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    • 专利摘要:
    依據實施形態之固態攝像裝置，係具備：半導體層，係具有第1及第2區域；設於上述第1區域的畫素部；複數個電極，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層；及保護環，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層，而且用於將上述畫素部和上述複數個電極予以電性分離；上述第2區域之半導體層之上面，係較上述第1區域之半導體層之上面低。
    公开号:TW201301486A
    申请号:TW101107900
    申请日:2012-03-08
    公开日:2013-01-01
    发明作者:Hidetoshi Koike
    申请人:Toshiba Kk；
    IPC主号:H01L27-00
    专利说明:
    固態攝像裝置及其製造方法
    本發明主張2011年4月26日申請之JP2011-098534之優先權，本發明亦引用其全部內容。
    本發明之實施形態係關於固態攝像裝置及其製造方法。
    CMOS影像感測器等固態攝像裝置，伴隨著畫素尺寸之縮小，有一部分採用在確保射入光二極體之光量具有良好優點的背面照射型構造。背面照射型構造，係指對形成有電晶體等電路元件的半導體基板之表面的相反面，亦即對半導體基板之背面照射來自被攝像體之射入光的構造。背面照射型之固態攝像裝置，係以光照射面、亦即半導體基板之背面向上的方式被安裝，因此需要於半導體基板之背面側形成外部端子。因此，於半導體基板形成貫穿其之貫穿電極，經由該貫穿電極而使半導體基板之表面側所形成的配線或電極電連接於背面側之外部端子。
    例如為防止包含貫穿電極之電極部與畫素部之間之洩漏電流或電極部之雜訊，而設置將電極部和畫素部間予以電氣分離的保護環。但是，該保護環之形成方法對於電極部和畫素部間之電氣分離有可能不完全。此情況下，於保護環之內側與外側，經由半導體基板之背面側之P型半導體層而產生洩漏電流。因此，強烈期待著不會產生洩漏電流的製程。
    本發明欲解決的課題在於提供可以減少畫素部與電極之間之洩漏電流的固態攝像裝置及其製造方法。
    實施形態之固態攝像裝置，其特徵為具備：半導體層，其具有第1及第2區域；設於上述第1區域的畫素部；複數個電極，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層；及保護環，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層，而且用於將上述畫素部和上述複數個電極予以電性分離；上述第2區域之半導體層之上面，係較上述第1區域之半導體層之上面低。
    另一實施形態之固態攝像裝置之製造方法，其特徵為具備：於半導體層之第1區域形成畫素部的工程；於上述半導體層之第2區域，形成複數個電極以及將上述畫素部和上述複數個電極予以電性分離之保護環的工程，上述複數個電極及上述保護環，係由上述半導體層之第1面被填埋；以露出上述複數個電極及上述保護環之端部的方式，對上述第2區域之半導體層之第2面實施向下挖掘的工程；以第1絕緣膜覆蓋上述保護環之露出部分的工程；及形成和上述複數個電極呈電連接的導電性焊墊的工程。
    依據上述構成之固態攝像裝置及其製造方法，可減低畫素部與電極之間之洩漏電流。
    以下，參照圖面說明本實施形態之固態攝像裝置1之製造方法及構造。本實施形態之固態攝像裝置1，係具有背面照射型構造的固態攝像裝置。
    圖1係表示本實施形態之固態攝像裝置1之製造工程之斷面圖。首先，準備SOI(Silicon On Insulator)基板10。SOI基板10，係由基板11，絕緣層12，半導體層13依序積層而構成。基板11係使用例如矽(Si)基板。絕緣層12係使用例如矽氧化物。半導體層13係使用例如矽(Si)構成的磊晶層。
    接著，於半導體層13形成實現固態攝像裝置1之機能之各種元件。具體言之為，於半導體層13形成畫素、電極及保護環等。形成於半導體層13之畫素、電極及保護環之構成如後述。
    接著，於半導體層13上形成配線構造體14，該配線構造體14係和形成於半導體層13的元件呈電連接。配線構造體14，係由多層配線層及層間絕緣層構成。接著，以半導體層13及配線構造體14之外周小於基板11之外周的方式，對半導體層13及配線構造體14之側面實施修整(trimming)。
    接著，如圖2所示，實施配線構造體14之最上層之層間絕緣層之平坦化後，將配線構造體14和支撐基板15予以貼合。支撐基板15，係使用補強固態攝像裝置1之強度之機能。
    接著，如圖3所示，將SOI基板10予以翻面。於該狀態下，半導體層13之背面(和絕緣層12呈相接之面)成為上側，半導體層13之表面(配線構造體14呈相接之面)成為下側。之後，使用例如CMP(Chemical Mechanical Polishing)法將矽基板11除去。
    接著，如圖4所示，將絕緣層12，半導體層13及配線構造體14修整成為所要之形狀。接著，如圖5所示，使用例如濕蝕刻法除去絕緣層12之同時，以使電極及保護環和半導體層13之背面呈接近的方式對半導體層13之背面實施向下挖掘。
    圖6係表示抽出圖5所示半導體層13予以表示之斷面圖。圖6，係和圖5同樣，半導體層13之背面(露出之面)成為上側，半導體層13之表面(和配線構造體14呈相接之面)為下側。半導體層13之厚度，例如約2.8μm。半導體層13，係具備：形成有畫素部的畫素區域，及形成有包含電極22及保護環20之電極部的電極區域。配線構造體14，係具備：包含MOS電晶體之閘極電極的多層配線層14B，及填滿多層配線層14B間的層間絕緣層14A。
    圖7係表示包含電極22及保護環20的電極部之佈局圖。沿著圖7之A-A′線的斷面圖係對應於圖6之電極部。半導體層13係設有複數個電極22。又，圖7係表示一例之(4×4)個電極22。另外，於半導體層13係以包圍電極22的方式設置保護環20。
    電極22及保護環20係使用例如導電性多晶矽。電極22，係被絕緣膜23覆蓋，藉由該絕緣膜23而和半導體層13呈絕緣分離。同樣，保護環20，係由絕緣膜21覆蓋，藉由該絕緣膜21而和半導體層13呈絕緣分離。絕緣膜21、23係使用例如矽氮化物。保護環20，最終係被接地，具有將電極22和畫素部予以電性分離之機能。
    電極22之形成方法為，(1)於半導體層13由表面側起形成溝槽形成，(2)於溝槽內形成絕緣膜23，(3)於絕緣膜23之內側以填埋溝槽的方式形成電極22。保護環20之形成方法亦同樣。溝槽之底面和半導體層13之背面間之距離，例如約0.4μm。保護環20及電極22，最終係貫穿半導體層13，但於圖6之製造工程段階，係形成於半導體層13之溝槽內。亦即，本實施形態之貫穿電極(保護環20及電極22)，係於半導體基板(半導體層13)填埋被絕緣膜所覆蓋的導電體之後，實施半導體基板之薄膜化而形成。
    於半導體層13之畫素區域，形成有分別包含於複數個畫素的複數個光二極體24。光二極體24，係由n型半導體區域構成。複數個光二極體24，係藉由元件分離區域25實施電性分離。元件分離區域25，係由p型半導體區域構成。另外，半導體層13之電極區域，亦和元件分離區域25同樣係由p型半導體區域構成。
    接著，如圖8所示，於半導體層13之背面區域，進行高濃度之p型雜質，例如硼(B+)之離子植入。接著，對半導體層13之背面區域實施雷射退火。如此則，如圖9所示，於半導體層13之背面區域形成p型半導體區域30。p型半導體區域30之厚度，例如約0.15μm。p型半導體區域30，係作為防止光二極體24所儲存電荷放出的屏蔽膜之機能。
    接著，如圖10所示，使用例如CVD(Chemical Vapor Deposition)法，於p型半導體區域30上依序沈積絕緣膜31，反射防止膜32，及保護膜33。絕緣膜31，係由矽氧化膜與鉿氧化膜(HfO膜)積層而構成。矽氧化膜之厚度約為2nm。鉿氧化膜之厚度約為13nm。鉿氧化膜可以儲存電子，因此作為固定電荷膜之機能，可以促進電洞之儲存於挾持矽氧化膜而呈對向的p型半導體區域30。藉由絕緣膜31之包含鉿氧化膜之存在，可以提升p型半導體區域30之屏蔽效果。反射防止膜32係使用例如厚度約70nm之矽氮化物。保護膜33係使用例如厚度約220nm之矽氧化物。
    接著，如圖11所示，使用微影成像工程於保護膜33上形成僅露出電極部的阻劑34。
    接著，如圖12所示，使用例如RIE(Reactive Ion Etching)法，以阻劑34作為遮罩而對保護膜33、反射防止膜32及絕緣膜31進行加工。接著，將阻劑34予以除去。接著，使用濕蝕刻法進行露出的半導體層13之向下挖掘，而使保護環20及電極22之上部露出。此時，畫素部之半導體層13未被蝕刻，因此於半導體層13之背面，於畫素部與電極部之境界產生段差。另外，電極22，係成為貫穿半導體層13的貫穿電極。保護環20亦同樣，貫穿半導體層13。亦即，電極22及保護環20，係由半導體層13之背面突出。如此則，保護環20，可將畫素部與電極22予以電性分離。
    接著，如圖13所示，使用例如CVD法，於裝置全面沈積絕緣膜35。絕緣膜35係使用例如厚度約70nm之矽氮化物。接著，如圖14所示，使用微影成像工程於絕緣膜35上形成覆蓋畫素部及保護環20的阻劑36。
    接著，如圖15所示，使用例如RIE法，以阻劑36作為遮罩而實施絕緣膜35之加工。另外，藉由該RIE工程使露出的絕緣膜23亦被蝕刻，使電極22之上部露出。如此則，僅畫素部及保護環20被絕緣膜35被覆。其後，將阻劑36予以除去。
    接著，如圖16所示，使用例如濺鍍法於裝置全面沈積成為接合焊墊的金屬膜37。金屬膜37係使用例如厚度約330nm之鋁(Al)。
    接著，如圖17所示，使用微影成像工程於金屬膜37上，形成使畫素部露出，而且具有和接合焊墊之最終形狀相同形狀的阻劑38。
    接著，如圖18所示，使用例如RIE法，以阻劑38作為遮罩而實施金屬膜37之加工。如此則，形成電連接於電極22的接合焊墊37。其後，將阻劑38予以除去。
    接著，如圖19所示，使接合焊墊37之一部分露出而形成覆蓋電極部的鈍化膜39。鈍化膜39係使用例如矽氧化膜與矽氮化膜之積層膜。接著，於複數個光二極體24之上方分別形成複數個彩色濾光片40及複數個微透鏡41。
    藉由該構造，本實施形態之固態攝像裝置1，係由圖19之上方使光射入，藉由光二極體24進行光電轉換，可對射入光進行受光檢測。由形成有光二極體24的半導體層13看時，光係由位於下方的配線構造體14之側(表面側)之相反側(背面側)之上方射入，而成為背面照射型構造。亦即，半導體層13之背面成為光射入面。 (效果)
    於以上詳述之本實施形態，固態攝像裝置1係具備：設於半導體層13之第1區域的畫素部，及設於半導體層13之第2區域的電極部。電極部係具備：貫穿半導體層13的複數個電極22，及貫穿半導體層13、而且將畫素部和複數個電極22予以電性分離的保護環20。第2區域之半導體層13之背面，係設為較第1區域之半導體層13之背面低。另外，使複數個電極22及保護環20露出於半導體層13之背面上，使露出之保護環20藉由絕緣膜35予以覆蓋之同時，使露出的複數個電極22藉由接合焊墊37予以覆蓋。另外，於固態攝像裝置1之製造方法，係由半導體層13之背面側使複數個電極22及保護環20同時露出後，僅使保護環20藉由絕緣膜35予以覆蓋。
    因此依據本實施形態，可以防止於保護環20之內側與外側、經由半導體層13之背面區域而產生的洩漏電流路徑。如此則，保護環20，可將畫素部和複數個電極22予以電性分離，可實現在畫素部和複數個電極22之間不會產生洩漏電流的構造。
    13‧‧‧半導體層
    22‧‧‧電極
    20‧‧‧保護環
    23‧‧‧絕緣膜
    21‧‧‧絕緣膜
    24‧‧‧光二極體
    25‧‧‧元件分離區域
    30‧‧‧p型半導體區域
    31‧‧‧絕緣膜
    32‧‧‧反射防止膜
    33‧‧‧保護膜
    35‧‧‧絕緣膜
    37‧‧‧金屬膜
    39‧‧‧鈍化膜
    40‧‧‧彩色濾光片
    41‧‧‧微透鏡
    圖1係表示本實施形態之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖2係表示接續圖1之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖3係表示接續圖2之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖4係表示接續圖3之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖5係表示接續圖4之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖6係表示接續圖5之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖7係表示電極及保護環之佈局圖。
    圖8係表示接續圖6之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖9係表示接續圖8之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖10係表示接續圖9之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖11係表示接續圖10之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖12係表示接續圖11之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖13係表示接續圖12之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖14係表示接續圖13之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖15係表示接續圖14之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖16係表示接續圖15之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖17係表示接續圖16之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖18係表示接續圖17之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    圖19係表示接續圖18之固態攝像裝置之製造工程之斷面圖。
    13‧‧‧半導體層
    22‧‧‧電極
    20‧‧‧保護環
    23‧‧‧絕緣膜
    21‧‧‧絕緣膜
    24‧‧‧光二極體
    25‧‧‧元件分離區域
    30‧‧‧p型半導體區域
    31‧‧‧絕緣膜
    32‧‧‧反射防止膜
    33‧‧‧保護膜
    35‧‧‧絕緣膜
    37‧‧‧金屬膜
    39‧‧‧鈍化膜
    40‧‧‧彩色濾光片
    41‧‧‧微透鏡
    权利要求:
    Claims (12)
    [1] 一種固態攝像裝置，其特徵為具備：半導體層，係具有第1及第2區域；設於上述第1區域的畫素部；複數個電極，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層；保護環，係設於上述第2區域，而且貫穿上述半導體層，而且用於將上述畫素部和上述複數個電極予以電性分離；上述第2區域之半導體層之上面，係較上述第1區域之半導體層之上面低。
    [2] 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中上述複數個電極及上述保護環，係由上述半導體層之上面露出。
    [3] 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中另外具備：絕緣膜，用於覆蓋上述保護環之露出部分；及導電性焊墊，係電連接於上述複數個電極。
    [4] 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中上述保護環，係包圍上述複數個電極。
    [5] 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中另外具備：第1絕緣膜，用於覆蓋上述複數個電極之各個，而且使上述電極與上述半導體層呈電性分離；第2絕緣膜，用於覆蓋上述保護環，而且用於將上述保護環與上述半導體層予以電性分離。
    [6] 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中上述畫素部，係包含：設於上述半導體層內的光二極體，設於上述光二極體之上方的彩色濾光片；及設於上述彩色濾光片上的微透鏡。
    [7] 一種固態攝像裝置之製造方法，其特徵為具備：於半導體層之第1區域形成畫素部的工程；於上述半導體層之第2區域，形成複數個電極以及將上述畫素部和上述複數個電極予以電性分離之保護環的工程，上述複數個電極及上述保護環，係由上述半導體層之第1面被填埋；以露出上述複數個電極及上述保護環之端部的方式，對上述第2區域之半導體層之第2面實施向下挖掘的工程；以第1絕緣膜覆蓋上述保護環之露出部分的工程；及形成和上述複數個電極呈電連接的導電性焊墊的工程。
    [8] 如申請專利範圍第7項之固態攝像裝置之製造方法，其中另外具備：在實施上述半導體層之向下挖掘工程之前，以阻劑覆蓋上述第1區域之半導體層的工程。
    [9] 如申請專利範圍第7項之固態攝像裝置之製造方法，其中另外具備：形成用於覆蓋上述複數個電極之各個，而且將上述電極和上述半導體層予以電性分離之第2絕緣膜的工程；及形成用於覆蓋上述保護環，而且將上述保護環和上述半導體層予以電性分離之第3絕緣膜的工程。
    [10] 如申請專利範圍第7項之固態攝像裝置之製造方法，其中上述複數個電極及上述保護環，係由上述半導體層之第2面突出。
    [11] 如申請專利範圍第7項之固態攝像裝置之製造方法，其中上述保護環，係包含上述複數個電極。
    [12] 如申請專利範圍第7項之固態攝像裝置之製造方法，其中上述畫素部，係包含：設於上述半導體層內的光二極體，設於上述光二極體之上方的彩色濾光片；及設於上述彩色濾光片上的微透鏡。
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    法律状态:
    2014-10-21| GD4A| Issue of patent certificate for granted invention patent|
    2017-07-21| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP2011098534A|JP5826511B2|2011-04-26|2011-04-26|固体撮像装置及びその製造方法|
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