固态成像装置，制造固态成像装置的方法和电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种固态成像装置、制造固态成像装置的方法和电子设备，其特征在于，包括：衬底，具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧；光电转换部，具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；第二导电型半导体层，形成在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；传输晶体管，配置用以传输所述光电转换部中累积的电荷；浮动扩散区，配置用以转移通过所述转移晶体管的电荷；存储晶体管，连接到所述浮动扩散区；存储电容器元件，配置用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷；其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。

【技术实现步骤摘要】
固态成像装置，制造固态成像装置的方法和电子设备
本申请基于并要求日本专利申请序列号2018-134131(2018年7月17日提交)的优先权，其内容通过引用整体并入本文。本专利技术涉及固态成像装置，以及用于制造固态成像装置的方法和电子设备。
技术介绍
电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器已广被应用于作为检测光并产生电荷的光电转换元件的固态成像装置(图像传感器)。CCD图像传感器和CMOS图像传感器已是诸如数码相机，摄像机，监视相机，医疗内窥镜，个人计算机(PC)和诸如移动电话的便携式终端设备(移动设备)的各种电子设备中被广泛应用的一部分。CMOS图像传感器，在每个像素中，包含了光电二极管(光电转换元件)和具有浮动扩散(FD)的浮动扩散(FD)放大器。当前CMOS图像传感器中的读取操作的主流设计是通过选择像素阵列中的行并在列方向上同时读取像素来执行的列并行输出处理。CMOS图像传感器的每个像素对于一个光电二极管一般可包括四个有源元件：用作传输元件的传输晶体管、用作复位元件的复位晶体管、用作源极跟随元件的源极跟随器晶体管(放大元件)、和用作选择元件的选择晶体管(例如，参见日本专利申请公开No.2005-223681)。为了改善特性，已经提出了用于实现具有宽动态范围的高质量CMOS图像传感器的各种方法(例如，参见日本专利No.4317115)。除了上述传输晶体管，复位晶体管，源极跟随器晶体管和选择晶体管的四个元件之外，该宽动态范围CMOS图像传感器还可具有以下元件：存储电容器(CS)，用于存储来自浮动扩散(FD)区的电荷，光电二极管(PD)的存储电荷被转移到浮动扩散区(FD)，以及存储在存储电容器中的电荷和浮动扩散区，以及用于与存储的电荷混合的存储晶体管(CS读出开关)。该CMOS图像传感器通过在混合之前读出存储在浮动扩散中的电荷并在混合之后读出混合电荷来实现宽动态范围。嵌入式光电二极管(pinnedphotodiode，PPD)被广泛用作在每个像素中的光电二极管(PD)。由于诸如悬空键之类的表面状态缺陷存在于形成光电二极管(PD)的衬底的表面上，因此通过热能之际会产生大量电荷(暗电流)，使得信号不能被正确地读出。在嵌入式光电二极管(PPD)中，可以通过将光电二极管(PD)的电荷存储部分嵌入衬底中，来减少暗电流混入信号。例如，可以通过改变曝光时间来改变光电二极管(PD)的灵敏度。嵌入式光电二极管(PPD)可藉由，例如，一个n型半导体层以及一个形成在所述n型半导体层表面中的p型半导体层所形成，即，在绝缘膜的界面附近配置用于抑制暗电流的浅杂质浓度的浅p型半导体层而形成。如上述日本专利No.4317115中描述的CMOS图像传感器具有光电二极管PD和存储电容器CS，并且将信号电荷保持在电容密度高于光电二极管PD的电容密度的存储电容器CS中，从而实现信号的最大化并实现了动态范围DR的扩展。然而，如上述日本专利No.4317115中描述的CMOS图像传感器中，当存储电容器CS的电容设置得大时，光电二极管PD的孔径降低并且灵敏度降低。另一方面，当光电二极管PD的光接收面积设置得大时，存储电容器CS占据的面积减小，结果导致动态范围减小。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的诸实施例提供能够实现宽动态范围和高灵敏度的固态成像装置、制造固态成像装置的方法、以及其电子设备。本专利技术申请案的第一个面向公开了一种固态成像装置，其特征在于，包括：衬底，具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧；光电转换部，具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；第二导电型半导体层，形成在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；传输晶体管，配置用以传输所述光电转换部中累积的电荷；浮动扩散区，配置用以转移通过所述转移晶体管的电荷；存储晶体管，连接到所述浮动扩散区；存储电容器元件，配置用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷；其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。本专利技术申请案的第二个面向公开了一种制造固态成像装置的方法，其特征在于，包括：在具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧的衬底中，形成光电转换部，所述光电转换部具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；形成第二导电型半导体层在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；形成用以传输所述光电转换部中累积的电荷的传输晶体管；形成用以转移通过所述转移晶体管的电荷的浮动扩散区；形成连接到所述浮动扩散区的存储晶体管；形成用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷的存储电容器元件；其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。本专利技术申请案的第三个面向公开了一种电子设备，其特征在于，包括：固态成像装置；以及用于在所述固态成像装置上形成被摄体图像的光学系统，其中所述固态成像装置包括：衬底，具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧，光电转换部，具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；第二导电型半导体层，形成在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；传输晶体管，配置用以传输所述光电转换部中累积的电荷；浮动扩散区，配置用以转移通过所述转移晶体管的电荷；存储晶体管，连接到所述浮动扩散区；存储电容器元件，配置用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷；其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。根据本专利技术公开之技术方案，可以实现宽动态范围和高灵敏度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1是示出根据本专利技术第一实施例的固态成像装置的配置的框图。图2是示出根据第一实施例的像素的示例的电路图。图3A至3C示出了从根据本专利技术实施例的固态成像装置的像素部分输出的列的读取系统的示例配置。图4是示出根据本专利技术第一实施例的像素的示例配置的简化截面图。图5是示出根据本专利技术第二实施例的像素的示例配置的简化截面图。图6A和6B是示出根据本专利技术第二实施例的像素的示例配置的平面图。图7是示出根据本专利技术第三实施例的像素的示例配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像装置，其特征在于，包括：/n衬底，具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧；/n光电转换部，具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；/n第二导电型半导体层，形成在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；/n传输晶体管，配置用以传输所述光电转换部中累积的电荷；/n浮动扩散区，配置用以转移通过所述转移晶体管的电荷；/n存储晶体管，连接到所述浮动扩散区；/n存储电容器元件，配置用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷；/n其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。/n

【技术特征摘要】
20180717 JP 2018-1341311.一种固态成像装置，其特征在于，包括：
衬底，具有第一衬底表面侧和与第一衬底表面侧相对的第二衬底表面侧；
光电转换部，具有第一导电型半导体层，所述第一导电型半导体层形嵌设在所述衬底的所述第一衬底表面侧和第二衬底表面侧之间，并且具有接收光的光电转换功能和电荷存储功能；
第二导电型半导体层，形成在所述光电转换部的第一导电型半导体层的至少一个侧部上；
传输晶体管，配置用以传输所述光电转换部中累积的电荷；
浮动扩散区，配置用以转移通过所述转移晶体管的电荷；
存储晶体管，连接到所述浮动扩散区；
存储电容器元件，配置用于通过所述存储晶体管存储来自所述浮动扩散区的电荷；
其中，所述存储电容器元件是形成于所述第二衬底表面侧，进而在与衬底表面垂直方向上与所述光电转换部形成空间重叠。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其中，
所述存储电容器元件包括：
第一电极，其包括形成在所述衬底的所述第二衬底表面上的第一导电类型半导体区域或第二导电类型半导体区域；以及
第二电极，形成在所述第二衬底表面上方进而在与衬底表面正交的方向上以一间隔面对所述第一电极。


3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
其中，所述光电转换部包括在所述第二衬底表面侧的第一导电类型半导体层的表面上形成的第二导电类型半导体区域，且，
其中，形成在所述第二衬底表面侧的表面上的所述第二导电类型半导体区域被所述存储电容器元件共用作为其第一电极。


4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，
其中，所述衬底包括：
第一区域，其在与衬底表面正交的方向上具有从所述第二衬底表面朝向所述第一衬底表面的第一深度；以及
第二区域，其具有比所述第一深度更深的第二深度，
其中，所述第二导电类型半导体区域是形成在第一区域中的所述光电转换部的所述第一导电类型半导体层的表面，上述表面是被设在所述第二衬底表面侧。


5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，
其中，所述衬底包括：
第一区域，其在与衬底表面正交的方向上具有从所述第二衬底表面朝向所述第一衬底表面的第一深度；以及
第二区域，其具有比所述第一深度更深的第二深度，
其中，所述光电转换部被设置成所述第一导类型电半导体层在所述第二区域中面对所述衬底表面的部分的面积大于所述第一导电类型半导体层在所述第一区域中面对所述衬底表面的部分的面积，
其中，所述存储电容器元件的第一电极是由所述衬底的所述第二衬底表面的所述第一导电类型半导体区域经由所述第一区域中的第二导电类型半导体层，进而面对所述光电转换部的第二区域的第一导电类型半导体层所形成的半导体区域。


6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，所述第一区域中的第一导电类型半导体层为偏离像素的中心而设置。


7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，在所述第二区域中的所述第一导电类型半导体层的形成区域中，保留有第二导电类型的外延区域。


8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，所述第二区域中的所述第一导电类型半导体层具有使其中电荷被转移到所述第一区域中的第一导电类型半导体层的形状。


9.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，在所述第一区域中的第一导电类型半导体层的一部分中形成有所述第二导电类型半导体区域。


10.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，在所述第二区域中的第一导电类型半导体层的一部分中形成有所述第二导电类型半导体区域。


11.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，在所述第二区域中的第一导电半导体层之中，所述第一衬底表面侧上的区域小于位在所述第一区域中与所述第一导电类型半导体层接触的区域。


12.如权利要求5所述的装置，其特征在于，
其中，在所述第一区域中的所述光电转换部的第一导电类型半导体层的表面形成有第二导电类型半导体区域，上述表面被设置在所述第二衬底表面侧；其中，所述浮动扩散区域是所述衬底的第二衬底表面的表面上所形成的第一导电类型的半导体区域，
其中，所述存储晶体管和所述存储电容器元件之间的电容连接节点是在所述衬底的第二衬底表面的表面上形成的第一导电类型的半导体区域，
其中，所述传输晶体管具有设置在所述衬底的第二衬底表面上、位于所述第二导电类型半导体区域和所述第一导电类型半导体区域之间、作为所述浮动扩散区域的栅电极，且
其中，所述存储晶体管具有形成在所述衬底的第二衬底表面上、作为所述浮动扩散区域的所述第一导电半导体区域以及作为所述电容连接节点的所述第一导电半导体区域之间的栅电极。


13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，
其中，第一导电类型半导体区域被形成在所述存储晶体管的栅电极下方的第二衬底表面侧用以连接所述作为电容连接节点的第一导电类型半导体区域。


14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，
其中，所述浮动扩散区域被设置为由多个光电转换部以及多个转移晶体管共用而形成共享像素设计，且
其中，所述第一导电类型半导体区域被形成在所述存储晶体管的栅电极下方的第二衬底表面侧用以连接作...

【专利技术属性】
技术研发人员：大仓俊介，高柳功，盛一也，宫内健，须川成利，
申请(专利权)人：奕景科技香港有限公司，东北泰克诺亚奇股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71