固态成像器件以及制造方法和电子设备与流程

本申请是申请日为2014年3月11日、申请号为201410087647.2且发明名称为“固态成像器件以及制造方法和电子设备”的发明申请的分案申请。

本公开涉及固态成像器件以及制造方法和电子设备，特别是涉及能够防止传输下降同时抑制灵敏度降低的固态成像器件以及制造方法和电子设备。

背景技术：

近年来，在固态成像器件中，已经考虑通过加大像素尺寸而扩大光接收表面的面积，以便实现高灵敏度。然而，在像素尺寸增加时，传输长度变长，因此传输效率下降。

因此，公开了这样的方法，通过分割像素且相对于每个分割的像素设置传输晶体管使传输长度缩短，并且能防止传输效率下降以及降低电压(例如，见日本专利特开第2011-239070号公报)。

技术实现要素：

然而，在上述的方法中，因为必须在分割的像素之间形成隔离分割像素的元件隔离部，所以光敏二极管的开口面积减小，并且灵敏度降低。

本公开考虑了这样的情形而展开，因此能防止传输下降同时抑制灵敏度降低。

根据本公开的第一实施例，所提供的固态成像器件和电子设备的每一个都包括：基板，其中该基板包括：根据像素单元的入射光的光量产生电荷的光电转换部；蓄积部，将该像素单元在该光电转换部中产生的电荷进行分割且将该电荷蓄积；第一元件隔离部，形成在该像素单元的该光电转换部的边界处；以及第二元件隔离部，形成在该像素的分割单元的该蓄积部的边界处。

在本公开的第一实施例中，光电转换部根据像素单元的入射光的光量产生电荷，蓄积部分割光电转换部中产生的像素单元的电荷且蓄积该电荷，第一元件隔离部形成在像素单元的光电转换部的边界处，并且第二元件隔离部形成在像素的分割单元的蓄积部的边界处。

根据本公开的第二实施例，所提供的固态成像器件的用于制造设备的制造方法包括：在基板上形成光电转换部，该光电转换部根据像素单元的入射光的光量产生电荷；在该基板上形成蓄积部，该蓄积部将该像素单元在该光电转换部中产生的电荷分割且将该电荷蓄积；在该基板上形成第一元件隔离部，该第一元件隔离部形成在该像素单元的该光电转换部的边界处；以及在该基板上形成第二元件隔离部，该第二元件隔离部形成在该像素的分割单元的该蓄积部的边界处。

在本公开的第二实施例中，根据像素单元的入射光的光量产生电荷的光电转换部形成在基板上，分割光电转换部中产生的像素单元的电荷且蓄积该电荷的蓄积部形成在基板上，形成在像素单元的光电转换部的边界处的第一元件隔离部形成在基板上，并且形成在像素的分割单元的蓄积部的边界处的第二元件隔离部形成在基板上。

根据本公开的第三实施例，所提供的固态成像器件包括：基板，具有作为光入射侧的第一侧和与第一侧相对的第二侧；多个像素，其布置在所述基板中，并且包括第一像素和在横截面视图中与所述第一像素相邻布置的第二像素；多个分割区域，其布置在所述基板中，并且包括第一分割区域、第二分割区域和第三分割区域；和滤色器，其布置在所述基板的所述第一侧上，并且包括对应于第一颜色的第一滤色器和对应于不同于所述第一颜色的第二颜色的第二滤色器。在横截面视图中，第一像素包括由第一分割区域分割的第一分割像素和第二分割像素，第二像素包括由第二分割区域分割的第三分割像素和第四分割像素，第一像素和第二像素被第三分割区域分割，第一滤色器至少部分地布置在第一分割像素和第二分割像素的上方，第二滤色器至少部分地布置在第三分割像素和第四分割像素的上方，并且第一分割区域的长度与第三分割区域的长度不同。

根据本公开的第一实施例，能够防止传输的降低且抑制灵敏度的下降。

此外，根据本公开的第二实施例，能够制造固态成像器件，其可防止传输的降低且抑制灵敏度的下降。

附图说明

图1是在背侧照射型的cmos图像传感器中从像素阵列的光入射侧看的平面图；

图2是沿着图1中的线ii-ii剖取的截面图；

图3是示出沿着图2中的线iii-iii剖取的每个分割像素的电势状态的概略的截面图；

图4是示出沿着图2中的线iv-iv剖取的每个分割像素的电势状态的概略的截面图；

图5是示出根据应用本公开的第一实施例的背侧照射型的cmos图像传感器作为固态成像器件的构造示例的框图；

图6是在图5中从像素阵列单元的光入射侧看的平面图；

图7是沿着图6中的线vii-vii剖取的截面图；

图8是示出沿着图7中的线viii-viii剖取的每个分割像素的电势状态的概略的截面图；

图9是示出沿着图7中线ix-ix剖取的每个分割像素的电势状态的概略的截面图；

图10是示出像素阵列单元的光敏二极管周边利用制造设备的制造方法示例的示意图；以及

图11是示出作为应用本公开的电子设备的成像器件构造示例的框图。

具体实施方式

本公开前述

图1是在像素分成2×2块时作为固态成像器件的背侧照射型cmos(互补金属氧化物半导体)图像传感器中像素阵列的光入射侧看的平面图。此外，图2是沿着图1中的线ii-ii剖取的截面图。

在图1中，为了描述的方便，仅示出了设置成像素阵列的像素的2×2块。在图1的示例中，每个像素的设置为拜耳(bayer)阵列。就是说，左上方的像素11是红色(r)像素，右上方的像素12和左下方的像素13是绿色(g)像素，并且右下方的像素14是蓝色(b)像素。

如图1所示，像素11至像素14的每个分成2×2块，并且形成在像素阵列的基板(半导体基板)10上。具体而言，像素11由作为分割像素15-1至15-4的四块形成，并且像素12由作为分割像素15-5至15-8的四块形成。像素13和像素14以相同的方式形成。

其后，特别是在分割像素15-1至15-8之间不必区分时，分割像素15-1至15-8统称为分割像素15。类似地，像素11至14统称为像素11a。

此外，如图2所示，作为光电转换元件的光敏二极管19等设置在分割像素15的基板10内。而且，在分割像素15的边界处的基板10内，元件隔离部20形成为从基板10的光入射侧(背侧)到其相反侧(表面侧)。

这样，因为元件隔离部20设置为从基板10的背侧到其表面侧，所以与不形成元件隔离部20的情况相比，光敏二极管19的开口单元21仅被元件隔离部20减小。结果，灵敏度降低。

在图2中，光敏二极管19中叙及的实线是电势的轮廓。

此外，如图1和图2所示，遮挡入射光的挡光金属16设置在元件隔离部20的基板10的背侧上。在每个分割像素15的光敏二极管19的基板10的背侧，从基板10侧开始依次设置分配给包括分割像素15的像素11a的滤色器17以及聚集入射光到光敏二极管19的芯片上透镜18。

图3是沿着图2中的线iii-iii剖取的每个分割像素15的电势状态的概略的截面图，并且图4是示出沿着图2中线iv-iv剖取的每个分割像素15的电势状态的概略的截面图。

如图3和图4所示，光敏二极管19的电势低，并且元件隔离部20的电势高。而且，元件隔离部20的侧壁之间的电容由于元件隔离部20的形成而增加，并且光敏二极管19的饱和信号量qs增加。

然而，如图3和图4所示，与基板10的表面侧相比，光敏二极管19的电势朝着基板10的背侧变浅。

因此，在本公开的实施例中，元件隔离部20仅形成在基板10的表面侧上。这样，甚至在像素11至14分割以防止传输下降时，也能保持光敏二极管19的开口单元21的面积且抑制灵敏度的降低。就是说，能防止传输下降而同时抑制灵敏度的降低。

另外，在基板10电势很深且电容易于变大的表面侧上，由于元件隔离部20的侧壁之间的电容饱和信号量qs增加，并且，在基板10电势浅且电容很难变大的背侧上，由于光敏二极管19的体积能够增加饱和信号量qs。因此，能够有效提高饱和信号量qs且改善动态范围。

第一实施例

根据实施例的固态成像器件的构造示例

图5是示出根据应用本公开的第一实施例作为固态成像器件的背侧照射型的cmos图像传感器构造示例的模块图。

cmos图像传感器100由像素阵列单元111、垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114、系统控制单元115、像素驱动线116、垂直信号线117、信号处理单元118和数据存储单元119构成。

像素阵列单元111、垂直驱动单元112、列处理单元113、水平驱动单元114、系统控制单元115、像素驱动线116、垂直信号线117、信号处理单元118和数据存储单元119形成在图5中没有示出的基板(芯片)上。

此外，cmos图像传感器100不包括信号处理单元118和数据存储单元119，并且例如，信号处理单元118和数据存储单元119可设置在cmos图像传感器100之外的基板上作为诸如dsp(数字信号处理器)的外部信号处理单元。

cmos图像传感器100目标图像进行成像，并且输出该图像的每个像素的像素信号。

具体而言，在像素阵列单元111中，包括光敏二极管的像素二维地设置成矩阵，光敏二极管在这里例如为根据入射光量产生相应电荷量的电荷且累积该电荷的光电转换元件。像素的每一个分成多个分割的像素(在该实施例中2×2块)。

此外，在像素阵列单元111中，相对于矩阵中的像素，对于每个行像素驱动线116形成在图5的左右方向(行方向)上，并且对于每个列垂直信号线117形成在图5的上下方向(列方向)上。像素驱动线116的一端连接到与垂直驱动单元112的每个行对应的输出端(未示出)。

垂直驱动单元112由移位寄存器或地址解码器等构成。垂直驱动单元112是像素驱动单元，其通过行单元等驱动像素阵列单元111的每个像素。垂直驱动单元112的具体构造在图5中没有示出，但是垂直驱动单元112的构造包括读出扫描系统和清除扫描系统的两个扫描系统。

读出扫描系统依次选择每一行且从输出端输出选择脉冲，输出端连接到选择行的像素驱动线116，从而由行单元依次从每个像素读出像素信号。

清除扫描系统领先读出扫描系统的扫描快门速度的时间，并且从连接到每个行的像素驱动线116的输出端输出控制脉冲，以便从光敏二极管清除(复位)不必要的电荷。通过清除扫描系统的扫描，所谓的电子快门操作依次为每个行执行。这里，放出光敏二极管的电荷且重新开始曝光(开始累积电荷)的操作称为电子快门操作。

像素信号从由垂直驱动单元112的读出扫描系统选择行的每个像素输出，通过每个垂直信号线117提供到列处理单元113。

列处理单元113包括用于像素阵列单元111的每个列的信号处理电路。列处理单元113的每个信号处理电路对像素信号执行诸如cds(相关双采样)处理的噪声去除处理和诸如a/d转换处理的信号处理，像素信号从选择行的每个像素通过垂直信号线117输出。通过cds处理，去除了复位噪声和固定图案噪声，特别是诸如放大晶体管的阈值变化的像素。列处理单元113在信号处理后临时保存像素信号。

水平驱动单元114由移位寄存器或地址解码器等构造。水平驱动单元114依次选择列处理单元113的信号处理电路。像素信号由列处理单元113的每个信号处理电路进行信号处理，并且由于由水平驱动单元114选择的扫描，依次输出到信号处理单元118。

系统控制单元115由定时发生器构成，以产生各种定时信号等。系统控制单元115根据定时发生器产生的各种定时信号控制垂直驱动单元112、列处理单元113和水平驱动单元114。

信号处理单元118至少包括附加处理功能。信号处理单元118对从列处理单元113输出的像素信号执行诸如附加处理的各种信号处理。此时，根据需要，信号处理单元118在数据存储单元119中存储信号处理的中间结果等，并且在必要的时间参考它们。信号处理单元118在信号处理后输出像素信号。

像素阵列单元的构造示例

图6是在图5中从像素阵列单元111的光入射侧看的平面图，并且图7是沿着图6中的线vii-vii剖取的截面图。

在图6中，为了描述的方便起见，仅示出了设置在像素阵列单元111中的像素的2×2块。在图6的示例中，每个像素的设置是拜耳(bayer)阵列。就是说，左上方的像素131是红色(r)像素，右上方的像素132和左下方的像素133是绿色(g)像素，并且右下方的像素134是蓝色(b)像素。

如图6所示，像素131至像素134的每一个分成2×2块，并且形成在像素阵列单元111的基板130上。具体而言，像素131由作为分割像素135-1至135-4的四块形成，并且像素132由作为分割像素135-5至135-8的四块形成。像素133和像素134以相同的方式形成。

在下文，特别是当在分割像素135-1至135-8之间不必区分时，分割像素135-1至135-8统称为分割像素135。类似地，像素131至134统称为像素131a。

此外，如图7所示，光敏二极管139等设置在分割像素135的基板130内。光敏二极管139由光电转换部139a和蓄积部139b构造，光电转换部139a通过像素131a单元设置在基板130的背侧上，蓄积部139b通过分割像素135单元设置在基板130的表面侧上。

光电转换部139a根据像素131a的入射光的光量产生电荷，并且蓄积部139b分割光电转换部139a中产生的像素131a单元的电荷且由分割像素135单元累积电荷。蓄积部139b累积的电荷由分割像素135单元传输。因此，传输长度变短，并且能够防止传输的下降。

元件隔离部140形成在像素131a单元的光电转换部139a的边界处，并且元件隔离部141形成在分割像素135单元的蓄积部139b的边界处。具体而言，元件隔离部141由分割像素135单元设置，并且仅形成蓄积部139b距基板130的表面侧的厚度(例如，1.5微米)。另一方面，元件隔离部140由像素131a单元设置，并且形成到基板130的背侧，同时连接到像素131a单元的元件隔离部141。

就是说，元件隔离部141形成在每个分割像素135的光敏二极管139的边界处，并且元件隔离部140和元件隔离部141形成在像素131a的光敏二极管19的边界处。

如上所述，设置在每个分割像素135的边界的元件隔离部141不形成在基板130的背侧上，并且因此仅像素131a单元的元件隔离部140形成在基板130的背侧上。因此，光敏二极管139的开口单元142的尺寸与不分割像素的情况是相同的尺寸，并且能够抑制灵敏度的降低。

在图7中，光敏二极管139中描述的实线是电势的轮廓。

此外，如图6和图7所示，遮挡入射光的挡光金属136设置在元件隔离部140的基板130的背侧上。在每个像素131a的光电转换部139a的基板130的背侧上，从基板130侧开始依次设置分配给像素131a的滤色器137和聚集入射光到光电转换部139a的芯片上透镜138。

图8是示出沿着图7中的线viii-viii剖取的每个分割像素135的电势状态概略的截面图，并且图9是示出沿着图7中线ix-ix剖取的每个分割像素135的电势状态概略的截面图。

如图8所示，在基板130的表面侧上，蓄积部139b的电势低，并且分割像素135单元的元件隔离部141的电势高。而且，如图9所示，在基板130的背侧上，光电转换部139a的电势低，并且像素131a单元的元件隔离部140的电势高。

另外，如图8和图9所示，与基板130的背侧相比，光敏二极管139朝着基板130的表面侧的电势深。换言之，在基板130的表面侧上电容容易变大，并且该电容很难在基板130的背侧上变大。

因此，以与cmos图像传感器100相同的方式，当元件隔离部141由分割像素135单元形成在基板130的表面侧上时，饱和信号量qs由于元件隔离部141的侧壁之间的电容而有效增加。此外，以与cmos图像传感器100相同的方式，当元件隔离部141不设置在基板130的背侧上时，饱和信号量qs由于光敏二极管139的容量增加而有效增加。结果，能够改善动态范围(dynamicrange)。

像素阵列单元的制造方法

图10是示出利用制造设备制造像素阵列单元111的光敏二极管139周边的制造方法示例的示意图。

如图10所示，在第一工艺中，由光电转换部139a和蓄积部139b构成的光敏二极管139形成在基板130内。因此，光致抗蚀剂151施加到基板130的上部中对应于每个分割像素135的蓄积部139b的区域。

在第二工艺中，具有预定厚度(例如，1.5微米)的杂质152通过执行离子注入而注入在蓄积部139b没有提供光致抗蚀剂151的边界。元件隔离部141以这种方式形成，并且光致抗蚀剂153施加到对应于基板130的上部的每个像素131a的光电转换部139a的区域。

在第三工艺中，通过执行离子注入，杂质154在背侧没有提供光致抗蚀剂153的光电转换部139a的边界处注入到元件隔离部141的基板130的背侧中。因此，元件隔离部140在像素131a的光电转换部139a的边界处形成在元件隔离部141上。

如上所述，除了像素131a的光电转换部139a的边界，杂质不注入在元件隔离部141的基板130的背侧中。因此，与元件隔离部140形成在元件隔离部141的基板130的全部背侧上的情况相比，能够减少杂质注入基板130中的量，并且防止发生白斑。

第二实施例的构造示例

根据实施例的电子设备的构造示例

图11是示出成像器件作为应用本公开的电子设备的构造示例的框图。

图11的成像器件500例如为摄像机或者数字静态相机。成像器件500由光学单元501、固态成像器件502、dsp电路503、帧存储器504、显示单元505、记录单元506、操作单元507和电源单元508构成。dsp电路503、帧存储器504、显示单元505、记录单元506、操作单元507和电源单元508通过总线509彼此连接。

光学单元501由透镜组等构成。光学单元501通过从目标捕获入射光(图像光)在固态成像器件502的成像表面成像。固态成像器件502由上述的cmos图像传感器100构成。固态成像器件502由像素单元将由光学单元501在成像表面上成像的入射光的光量转换成电信号，并且提供作为像素信号的电信号到dsp电路503。

dsp电路503对从固态成像器件502提供的像素信号执行预定的成像处理。dsp电路503在图像处理后由帧单元提供图像信号到帧存储器504，并且临时存储图像信号。

例如，显示单元505由诸如液晶面板和有机el(电致发光)面板构成，并且根据临时存储在帧存储器504中的帧单元的像素信号显示图像。

记录单元506由dvd(数字通用盘)、闪存等构成。记录单元506读出临时存储在帧存储器504中的帧单元的像素信号，并且记录像素信号。

通过使用者的操作，操作单元507发出操作指令到具有各种功能的成像器件500。电源单元508为dsp电路503、帧存储器504、显示单元505、记录单元506和操作单元507适当地提供电源。

如果在图像捕获单元(光电转换部)中采用固态成像器件，应用本发明的电子设备可为任何类型的电子设备。除了成像器件500外，电子设备为具有成像功能的便携式终端设备、固态成像器件用在图像读取单元中的复印机等。

而且，cmos图像传感器可具有形成为一个芯片的形式或者具有成像功能封装为包括光学单元等的模块形式。

本公开的实施例不限于上述的实施例，并且在不偏离本公开范围的范围内，各种修改是可能的。

例如，本公开可应用于背侧照射型cmos图像传感器之外的表面侧照射型cmos图像传感器以及诸如ccd(电荷耦合器件)的固态成像器件。

此外，元件隔离部141的相对于基板130垂直方向的位置是适合的，如果该位置对应于光敏二极管139的电势相对深的区域。元件隔离部141的相对于基板130的垂直方向的位置不限于距基板130的表面1.5微米的位置。

本公开可构成如下。

(1)一种固态成像器件，包括：

基板，其中该基板包括：根据像素单元的入射光的光量产生电荷的光电转换部；蓄积部，将该像素单元在该光电转换部中产生的电荷进行分割且将该电荷蓄积；第一元件隔离部，形成在该像素单元的该光电转换部的边界处，以及第二元件隔离部，形成在该像素的分割单元的该蓄积部的边界处。

(2)根据上述(1)所述的固态成像器件，其中该光电转换部与该蓄积部相比形成在该入射光照射的一侧，并且该第一元件隔离部与该第二元件隔离部相比形成在该入射光照射的一侧。

(3)根据上述(1)或(2)所述的固态成像器件，还包括：遮光部，设置在该第一元件隔离部的该基板上以遮挡该入射光。

(4)根据上述(1)至(3)任一项所述的固态成像器件，还包括：滤色器，设置在该光电转换部的该基板上以分配到对应于该光电转换部的像素。

(5)根据上述(1)至(4)任一项所述的固态成像器件，还包括：透镜，设置在该光电转换部的该基板上以将该入射光聚集到该光电转换部。

(6)一种用于固态成像器件的制造设备的制造方法，包括：在基板上形成光电转换部，该光电转换部根据像素单元的入射光的光量产生电荷；在该基板上形成蓄积部，该蓄积部将该像素单元在该光电转换部中产生的电荷分割且将该电荷蓄积；在该基板上形成第一元件隔离部，该第一元件隔离部形成在该像素单元的该光电转换部的边界处；以及在该基板上形成第二元件隔离部，该第二元件隔离部形成在该像素的分割单元的该蓄积部的边界处。

(7)一种电子设备，包括：基板，其中该基板包括：根据像素单元的入射光的光量产生电荷的光电转换部；蓄积部，将该像素单元在该光电转换部中产生的电荷进行分割且将该电荷蓄积；第一元件隔离部，形成在该像素单元的该光电转换部的边界处；以及第二元件隔离部，形成在该像素的分割单元的该蓄积部的边界处。

本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

本申请要求2013年3月18日提交的日本优先权专利申请jp2013-054588的权益，其全部内容通过引用结合于此。