固态摄像元件、制作该元件的方法及使用该元件的电子设备的制作方法

专利名称：固态摄像元件、制作该元件的方法及使用该元件的电子设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及MOS型固态摄像元件、制作该元件的方法以及使用该元件的电子设备。
背景技术：
具有表面照射型结构的CMOS型固态摄像元件在图7中示出为当今固态摄像元件的示例。在表面照射型固态摄像元件201中，信号处理部分229以及布线层223相对于光电 转换部分222 (由光敏二极管PD组成)形成在上层中。通过层压布线224和绝缘层225来 形成布线层223。此外，彩色滤光片227以及板载透镜228以此顺序形成在布线层223上。 因此，使得由板载透镜228汇聚的光从布线层223那一侧入射到光电转换部分222上。表 面照射型固态摄像元件201具有上述结构。但是，相邻的两个布线224之间的间隔随着固态摄像元件的小型化发展而变得狭 窄。此外，随着布线层223的多层互联的发展，板载透镜228与光电转换部分222之间的距 离变得更宽，因此倾斜地入射的光L的部分Lx难以到达光电转换部分222。由于这个原因， 产生了其中光接收特性(诸如阴影)劣化的现象。作为对于改善光接收特性的劣化非常有用的结构而提出了如图8所示的背面照 射型固态摄像元件。例如在日本专利公报No.平6-283702中公开了这种背面照射型固态 摄像元件。在背面照射型固态摄像元件101中，信号处理部分129以及由布线124和绝缘 层125组成的布线层123相对于光电转换部分122形成在下部分中。此外，彩色滤光片127 以及板载透镜128以此顺序布线和设置在光电转换部分122上。以此方式，背面照射型固 态摄像元件101具有布线层123不形成在光电转换部分122以及彩色滤光片127和板载透 镜128中的任何一者之间的结构。通过这种结构，对于倾斜的光L可以获得100%的有效孔 径率。因此，可以大幅度增强敏感度，并且也可以抑制阴影的产生。之后，一般的半导体衬底具有数百微米那么厚的厚度，因此不能使光透过。由于这 个原因，在上述背面照射型CMOS固态摄像元件中，因为光从硅衬底的背面照射，所以需要 对诸如硅衬底进行变薄处理，以使其具有10 μ m或更小的厚度。在对硅衬底进行变薄处理 时，如果硅层的厚度离散，那么在光的入射强度中会发生离散，从而以颜色阴影的形式产生 不均勻。另一方面，为了防止硅层的厚度离散，设计了一种使用绝缘体上硅(SOI)衬底的 方法。通过该方法，对于SOI衬底执行具有高蚀刻速率的机械研磨，随后执行化学机械研磨 (CMP)，之后执行湿法蚀刻，并且由SiO2层使处理停止，由此防止硅层的厚度离散。但是，因为SOI衬底比普通的半导体衬底更昂贵，所以由于使用昂贵的SOI衬底而 增加固态摄像元件的成本变成了问题。之后，为了减小制作固态摄像元件的衬底成本的目的，提出了不使用SOI衬底而 制作背面照射型固态摄像元件的方法。例如，提出了一种方法，其中具有比衬底更高的硬度的终端检测部分设置在划线上或者设置在组成多个像素的像素部分的一部分或者周 围中，来由此制作背面照射型固态摄像元件。例如，在日本专利公报No. 2006-128392和 2008-182142中对该方法进行了描述。通过该方法，在通过执行CMP处理来在半导体衬底的 一个表面那一侧对其进行变薄处理时，化学机械研磨可以以自对准的方式在终端检测部分中结束。

发明内容
对于在使用上述终端检测部分的方法中以自对准的方式来使通过CMP处理而使 化学机械研磨结束来说，终端检测部分需要充分大的面积。但是，当终端检测部分设置在组成多个像素的像素部分的一部分或者周围时，增 加终端检测部分的面积导致其中形成光敏二极管的区域以及其中形成组成像素的多个MOS 晶体管的区域减小。另一方面，当终端检测部分的面积减小时，难以以自对准方式使通过 CMP处理来进行的化学机械研磨停止。此外，通过形成终端检测部分，在半导体衬底的表面 上引起不均勻。由于这个原因，难以使夹层绝缘层平坦化。此外，在背面照射型固态摄像元件的情况下，通过CMP等对半导体衬底进行变薄 地切削。由于这个原因，当具有比半导体衬底更高的硬度的终端检测部分形成在划线上或 者像素部分周围时，裂缝等在将半导体衬底切割为固态摄像元件的小块时产生在半导体衬 底中。如上所述，终端检测部分的提供导致形成在像素部分中的光电转换部分和晶体管 的区域减小，此外由于产生了夹层绝缘层中的不均勻以及半导体衬底中的裂缝等，所以减 小了制作产量。为了解决上述问题而做出本发明，并且因此期望提供背面照射型固态摄像元件以 及制作该元件的方法和使用该元件的电子设备，其中该元件可以确保像素部分的充足的面 积并且可以增加产量。为了达到上述期望，根据本发明的实施例，提供了一种固态摄像元件，包括多个 像素，所述多个像素中的每个都具有用于将入射光的量转换为电信号的光电转换部分以及 多个像素晶体管；布线层，其形成在其中形成有多个像素的半导体衬底的一个表面那一侧， 由相应的一个光电转换部分来接收从与其上形成布线层的表面相反的那一侧入射的光；划 线，其形成在由多个像素组成的像素部分的周围；以及方形的终端检测部分，每个终端检测 部分都具有比半导体衬底更高的硬度并且形成在划线中；其中，每个方形的终端检测部分 都具有与半导体衬底的划线的方向相平行的边。根据本发明的另一个实施例，提供了一种制作固态摄像元件的方法，包括以下步 骤在半导体衬底的划线中、在从半导体衬底的一个表面起的厚度方向上形成方形的终端检 测部分，每个方形的终端检测部分都具有比半导体衬底更高的硬度并且具有与半导体衬底的 划线的方向平行的边；在半导体衬底的一个表面那一侧上形成固态摄像元件的组成要素的 一部分；将支撑衬底粘贴到半导体衬底的这一个表面那一侧上；对于半导体衬底的另一个表 面那一侧执行化学机械研磨，并且在终端检测部分的底面以自对准的方式都暴露到半导体衬 底的另一个表面那一侧的位置处停止化学机械研磨，由此来对半导体衬底进行变薄处理；以 及在半导体衬底的另一个表面那一侧上形成固态摄像元件的组成要素的其他部分。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种电子设备，包括固态摄像元件，固态摄像 元件包括，多个像素，多个像素中的每个都具有用于将入射光的量转换为电信号的光电转 换部分以及多个像素晶体管；布线层，其形成在其中形成有多个像素的半导体衬底的一个 表面那一侧，由相应的一个光电转换部分来接收从与其上形成布线层的表面相反的那一侧 入射的光；划线，其形成在由多个像素组成的像素部分的周围；以及方形的终端检测部分， 每个终端检测部分都具有比半导体衬底更高的硬度并且形成在划线中，每个方形的终端检 测部分都具有与半导体衬底的划线的方向相平行的边。这种电子设备还包括光学系统，用 于将入射光引导到固态摄像元件的摄像部分；以及信号处理电路，用于处理来自固态摄像 元件的输出信号。在本发明的实施例的固态摄像元件中，以及本发明的上述另一个实施例的制作该 固态摄像元件的方法中，方形的终端检测部分形成在划线中。每个终端检测部分都具有比 半导体衬底更高的硬度，并且形成为使其具有方形形状，该方形形状具有与半导体衬底的 划线的方向平行的边。终端检测部分的形成导致在移除半导体衬底的一个表面那一侧时，移除处理在终 端检测部分的每个底面都以自对准方式而暴露的位置处停止。此外，终端检测部分形成在 划线中，不对其中形成固态摄像元件的像素部分和晶体管的区域的面积等产生影响。并且， 每个终端检测部分形成为使其具有上述结构，由此可以抑制由于在将半导体衬底切割为固 态摄像元件块中经过变薄处理的半导体衬底产生裂缝等而引起的产量降低。此外，根据本发明的另一个实施例的电子设备，通过为该电子设备提供具有本发 明的上述实施例的固态摄像元件，可以以高的产量和低的成本制作该电子设备。如上所述，根据本发明的实施例，可以提供背面照射型固态摄像元件、制作该元件 的方法以及使用该元件的电子设备，在该背面照射型摄像元件中可以在像素部分中确保充 足的面积并且可以增加产量。


图IA和图IB分别是都示出了根据本发明的实施例的MOS型固态摄像元件的俯视 平面图；图2是解释图IA中示出的MOS型固态摄像元件的结构的截面图；图3A到图3C分别是解释图IA和图IB以及图2中示出的终端检测部分的各个布 置的示意性俯视图；图4是沿着图3A的线A-A'取的放大截面图；图5A到图51分别是示出了在根据本发明的另一个实施例的、制作图2中示出的MOS型固态摄像元件的方法中的各个步骤的截面图；图6为示出了根据本发明的另一个实施例的电子设备的构造的示意图；图7为示出了具有表面照射型结构的已有的固态摄像元件的示意性截面图；以及图8为示出了具有背面照射型结构的已有的固态摄像元件的示意性截面图。
具体实施例方式虽然下文中将要参照附图详细描述本发明的优选实施例，但是本发明决不限于此。注意，将要按照以下顺序给出说明。1.固态摄像元件2.制作固态摄像元件的方法3.电子设备1.固态摄像元件固态摄像元件的结构下文中，将要对于根据本发明的实施例的固态摄像元件给出描述。图IA和图IB分别示出了作为根据本发明的实施例的固态摄像元件的MOS型固态 摄像元件的简要结构。MOS型固态摄像元件10由像素部分(所谓的摄像区域)13以及外围电路部分组 成，在像素部分中，包括成为多个光电转换部分的光电二极管的像素12规律地、二维地布 置在半导体衬底(例如，硅衬底)上。每个像素12都具有光电二极管和多个像素晶体管 (所谓的MOS晶体管)。此外，每个终端检测部分21都形成在由MOS型固态摄像元件10的多个像素12组 成的像素部分13的周围，其中在半导体衬底的一个表面那一侧被移除时使得移除处理在 终端检测部分21处停止。如图IB所示，终端检测部分21形成在相邻的两个像素部分13 之间，每个像素部分13都由形成在半导体衬底上的多个固态摄像元件10的多个像素12组 成。由固态摄像元件10的多个像素12组成的像素部分13的周围表示在将半导体衬底切 割为MOS型固态摄像元件10的块的过程中的划线处理等中半导体衬底在此处被切割的区 域，即所谓的划线20。换言之，每个终端检测部分21都形成为使其在MOS型固态摄像元件10的周围中的划线20中具有方形形状。在图IA和图IB中，以矩形的形式示出了每个成形为方形的终 端检测部分21，其中该矩形的纵向限定为处于与半导体衬底的划线的方向相同的方向。注 意，终端检测部分21的形状决不限于图IA和图IB中示出的矩形形状，并且终端检测部分 21可以具有任何其他合适的形状，只要终端检测部分21具有与划线20的方向平行的边的 方形形状。例如，终端检测部分21可以具有诸如矩形的形状，其中矩形的纵向限定为与半 导体衬底的划线20的方向正交的方向，或者具有与划线20的方向平行的边的四边形。例如，多个像素晶体管可以由传输晶体管、重置晶体管以及放大晶体管的三个晶 体管组成。除此之外，多个像素晶体管可以由具有额外的选择晶体管的四个晶体管组成。外围电路部分由垂直驱动电路14、列信号处理电路15、水平驱动电路16、输出电 路17和控制电路18等组成。控制电路18根据垂直同步信号、水平同步信号以及主时钟来产生作为垂直驱动 电路14、列信号处理电路15和水平驱动电路16等的工作基准的时钟信号以及控制信号。 控制电路18将时钟信号和控制信号输出到垂直驱动电路14、列信号处理电路15和水平驱 动电路16等。举例来说，垂直驱动电路14由移位寄存器组成。垂直驱动电路14在垂直方向上 以行为单位连续地选择扫描像素部分13的像素12，并且根据在各个像素12的光电转换元 件中依照所接收到的光的量来产生的信号电荷，将像素信号通过垂直信号线19提供给列 信号处理电路15。
举例来说，为像素12的每列设置列信号处理电路15，并且对于每一个像素列，列 信号处理电路15按照来自黑色基准像素(形成在有效像素区域的周围)的信号来对于一 行的像素12输出的信号执行信号处理(诸如噪音移除)。也就是说，列信号处理电路15执 行用于移除像素12所特有的固有图案噪音的信号处理(诸如相关双重取样(CDS))以及信 号放大。水平选择开关(未示出)设置在列信号处理电路15的输出阶段，以便于在输出阶 段与水平信号线11之间建立连接。举例来说，水平驱动电路16由移位寄存器组成。水平驱动电路16通过连续地输 出水平扫描脉冲来依次选择列信号处理电路15，并且将来自各个列信号处理电路15的像 素信号输出到水平信号线11。输出电路17对于从各个列信号处理电路15通过水平信号线11而连续地提 供的 信号执行信号处理，之后输出结果信号。当MOS型固态摄像元件10应用到背面照射型固态摄像元件时，多个布线层不形成 在光入射表面(所谓的光接收表面)那一侧上的背面上，而是形成与光接收表面相反的前 表面那一侧上。固态摄像元件的截面图中的结构图2示出了上述MOS型固态摄像元件10的截面图。注意，在图2中，在划线20中 的终端检测部分21的结构示出为由MOS型固态摄像元件10的光电二极管PD和多个MOS 晶体管Tr组成的单元像素的示例。注意，在图2中，视点与图4以及图5到图5F中的视点相反。每个终端检测部分21都形成在半导体衬底30的划线20中。并且，每个终端检测 部分21在与作为光电转换元件的光电二极管PD的深度相同的深度(距离衬底表面的深 度)处形成在半导体衬底30内。像素12具有多个MOS晶体管Tr，其用于从光电二极管PD读出信号电荷。多个MOS 晶体管Tr形成在半导体衬底30的表面上。多个MOS晶体管Tr由多种晶体管组成。例如，如上所述，多个MOS晶体管Tr由四 个晶体管(传输晶体管、重置晶体管、放大晶体管以及增加的选择晶体管)组成。对于多个MOS晶体管Tr来说，由光电二极管PD、一对源漏区域42以及这一对源和 漏区域42之间的栅电极44形成电荷读取晶体管。并且，通过其他的源和漏区域42对以及 其他的源和漏区域42对之间的栅电极45来形成其他的晶体管。此外，由布线层33和绝缘层34构成的多层互连层31设置在半导体衬底30的其 上形成有MOS晶体管Tr的那一侧上。在光电二极管PD和MOS晶体管Tr的预定区域中，例如，在对应于源和漏区域、栅 电极等的位置处，用于连接到相应的布线层33的接触栓35设置为使其完全延伸穿过相应 的一个绝缘层34。此外，在结构上与MOS晶体管Tr的栅电极都类似的栅电极22也形成在终端检测 部分21的、半导体衬底30表面的那一侧上。这些栅电极22中的每个都不用作通常的半导 体装置的电极，并且因此成为没有连接到任何布线等的假电极。此外，每个栅电极22的底部形成为使其具有比每个终端检测部分21更大的面积。 当终端检测部分21形成为使其埋在半导体衬底30中时，终端检测部分21与半导体衬底30之间容易产生阶梯部分。该阶梯部分对于在MOS型固态摄像元件10的多层互连层31中的绝缘层34和布线层33的平坦度施加影响，并且由此造成布线层的连接断开或短路。由于这个原因，具有比终端检测部分21更大的面积的栅电极22形成在终端检测 部分21上，由此通过栅电极22覆盖在终端检测部分21与半导体衬底30之间产生的阶梯 部分，以将其埋在栅电极22下方。具有比终端检测部分21更大的面积的栅电极22以此方 式设置在终端检测部分21上，由此抑制了由半导体衬底30与终端检测部分21之间的阶梯 部分所引起的布线层33的连接断开和短路，从而增强了 MOS型固态摄像元件10的可靠性。此外，光电二极管PD通过离子注入处理而形成在半导体衬底30中。光电二极管 PD形成在与终端检测部分21相同的深度处。举例来说，对于光电二极管PD，由第一导电型的半导体区域所构成的ρ型阱区域 41形成在第二导电型的(η型)半导体衬底30中。此外，由源和漏区域42构成的多个MOS 晶体管Tr、栅绝缘膜43以及栅电极44形成在半导体衬底30上，其中每个源和漏区域42都 是由具有比P型阱区域41具有更高的掺杂浓度的第二导电型的(η+型)半导体区域构成。 并且，第二导电型的(η型)半导体区域47形成在半导体衬底30的两个主要表面之间，以 使其延伸到具有形成在其中的多个MOS晶体管Tr的ρ型阱区域41，由此来构造光电二极 管PD。具有高掺杂浓度的第二导电型的(η+型)电荷聚集区域46形成在第二导电型的(η 型)半导体区域47上。并且，由具有高掺杂浓度并起到抑制暗电流的产生的作用的第一导 电型的(P+型)半导体区域所构成的聚集层48形成为使其与第二导电型的(η+型)电荷聚 集区域46相接触。此外，由具有高掺杂浓度并起到抑制暗电流的产生的作用的第一导电型 的(P+型)半导体区域所构成的聚集层49形成在光电二极管PD的光入射表面那一侧上。此外，用于保护半导体衬底30的表面的钝化层55形成在半导体衬底的光电二极 管PD以及终端检测部分21上。此外，彩色滤光片56和板载透镜57以此顺序设置在钝化 层55上。支撑衬底36粘贴到多层互连层31的、与多层互连层31的和半导体衬底30相接 触的表面相反的表面上。如上所述，多层互连层31和半导体衬底30以此顺序设置在支撑 衬底36上，由此构造背面照射型固态摄像元件10。终端检测部分的结构之后，将要对于上述终端检测部分21以及形成在终端检测部分21上的栅电极22 的结构给出描述。图3Α、3Β和3C分别是终端检测部分21和栅电极22的放大平面图。在图3Α、3Β和3C中的每个中，矩形的内部线表示在半导体衬底30的表面中的终 端检测部分21的平面形状，并且矩形的外部线表示在半导体衬底30的表面中的栅电极22 的平面形状。如图3Α所示，终端检测部分21形成为在其表面形状中具有矩形形状。此外，多个 矩形的终端检测部分21在半导体衬底30的划线20中设置为矩阵，以使其围绕MOS型固态 摄像元件10。以使得终端检测部分21的纵方向变得与半导体衬底30的划线20的方向相同的 方式，来形成每个矩形的终端检测部分21。换言之，每个矩形的终端检测部分21形成为其 纵方向变得与形成在半导体衬底30中的MOS型固态摄像元件10的周围的划线20的方向 相平行。
此外，每对在与划线20的方向正交的方向中彼此相邻的两个终端检测部分21交 替地形成在在划线20的方向中彼此偏移的相应位置处。参照图3A，每对在与划线20的方 向正交的方向中彼此相邻的两个终端检测部分21交替地形成为使其在划线20的方向上彼 此偏移约终端检测部分21的长边的一半。此外，栅电极22也形成在相应的一个终端检测部分21上，以使其的表面形状具有 与终端检测部分21的表面形状类似的矩形形状。并且，以矩形的栅电极22的纵方向变得 与半导体衬底30的划线20的方向相同的方式，来形成矩形的栅电极22。此外，每对在与划 线20的方向正交的方向中彼此相邻的两个栅电极22交替地形成在在划线20的方向中彼 此偏移约栅电极22的长边的一半的相应位置处。此外，除了图3A中示出的布置之外，终端检测部分21也可以例如构 造为使其具有 图3B和图3C中示出的任何布置。与图3A中示出的终端检测部分21相比，在图3B中示出的终端检测部分21的布 置中，每对在划线20的方向上彼此相邻的两个终端检测部分21形成在在与划线20的方向 正交的方向中(即，在所谓的划线20的宽度方向中)彼此偏移的相应位置处。换言之，每对在与划线20的方向正交的方向中彼此相邻的两个终端检测部分21 交替地形成在在划线20的方向中彼此偏移的相应位置处，并且此外，每对布置在划线20的 方向上的终端检测部分21形成为使其在划线20的宽度方向上偏移。如上所述，除了其中终端检测部分21在划线20的方向上布置为一列的布置之外， 每对在划线20的方向上布置的两个终端检测部分21形成为使其在划线20的宽度方向上 略微彼此偏移。但是，每个在划线20的方向上彼此相邻的两个终端检测部分21形成在终 端检测部分21的一部分至少在划线20的宽度方向上彼此重叠的相应位置。此外，在图3C中示出的终端检测部分21的布置中，每个在划线20的方向上彼此 相邻的两个终端检测部分21形成在在与划线20的方向正交的方向上彼此偏移的相应位 置。此外，每个在与划线20的方向正交的方向上彼此相邻的两个终端检测部分21形成在 在划线20的方向上彼此偏移的相应位置。换言之，与图3B中图示的终端检测部分21的布置的情况类似，在图3C中示出的 终端检测部分21的布置中，布置在划线20的方向上的终端检测部分21形成在与划线20 的方向正交的方向中(即，在所谓的划线20的宽度方向中)彼此偏移的相应位置处。此外，在图3C中示出的终端检测部分21的布置中，都在划线20的方向上布置为 一行的全部三列的终端检测部分21形成在划线20的宽度方向上彼此不同的相应位置处。 与在图3C中示出的终端检测部分21的布置相比，在图3A中示出的终端检测部分21的布 置中，都在划线20的方向上布置为一行的终端检测部分21的列在划线20的宽度方向上每 隔一行就交替地形成在相同的位置。换言之，在图3C中示出的终端检测部分21的布置中， 与图3A中示出的终端检测部分21的布置不同，终端检测部分21在与划线20的方向正交 的方向上每隔一行可以不形成在相同的位置处。因此，在图3C中示出的终端检测部分21 的布置中，在划线20的方向上以及在与划线20的方向正交的方向上，各个终端检测部分21 所形成的位置可以任意地设置。此时，每个在划线20的方向上彼此相邻的两个终端检测部分21形成在终端检测 部分21的一部分在划线20的方向上至少彼此重叠的相应位置。此外，每个在与划线20的方向正交的方向上彼此相邻的两个终端检测部分21形成在终端检测部分21的一部分在与 划线20的方向正交的方向上至少彼此重叠的相应位置。例如，当在半导体衬底30中，划线20的间隔设置为5mm并且划线20的宽度设置 为100 μ m时，图3A到图3C中示出的每个终端检测部分21形成为使得其短边为0. 7 μ m并 且其长边为5 μ m。此外，例如，以使得栅电极22的短边为0. 9 μ m并且长边为5. 2 μ m的方 式将每个栅电极22形成在相应的终端检测部分21上。
此外，对于终端检测部分21的间隔，以使得终端检测部分21的间隔在与划线20 的方向平行的方向上为Iym并且终端检测部分21的间隔在与划线20的方向正交的方向 上为0. 7μπι的方式，来形成终端检测部分21。并且，以使得在划线20的侧端处从划线20 的末端到终端检测部分21的间隔为1.3μπι的方式，来形成终端检测部分21。 注意，根据半导体衬底30的尺寸以及MOS型固态摄像元件10的尺寸等，可以以以 下方式来形成终端检测部分21和划线20 相邻的两个划线20的间隔设置为1到15mm的 范围内，每个划线20的宽度设置为30到400 μ m的范围内，每个终端检测部分21的短边设 置为0. 1到2μπι的范围内并且每个终端检测部分21的长边设置为0. 2到25000 μ m的范 围内。此外，可以以使得栅电极22的短边设置在0. 1到2μπι的范围内并且其长边设置在 0. 1到25000 μ m的范围内的方式，来将每个栅电极22形成在相应的终端检测部分21上。此外，可以以以下方式形成终端检测部分21 在与划线20的方向平行的方向中终 端检测部分21的间隔以及在与划线20的方向正交的方向中终端检测部分21的间隔设置 为0. 1到400 μ m的范围内。注意，虽然图3A到图3C中，作为终端检测部分21的示例，终端检测部分21的形 状示出为具有与划线20平行的纵向的矩形形状的形式，但是终端检测部分21的形状决不 限于此。所需要的只是终端检测部分形成为使其具有与半导体衬底的划线的方向相平行的 边的方形形状。例如，除了图3A到图3C中示出的形状之外，终端检测部分的形状形成为使 其具有与半导体衬底的划线的方向相平行的边的四边形。此外，终端检测部分可以形成为 使其具有纵向限定在与半导体衬底的划线的方向正交的方向中的矩形形状，即，使其具有 纵向限定在与划线的方向正交的方向中的矩形形状。之后，图4示出了从图3A的线A-A'取的放大截面图。如图4所示，例如，终端检测部分21由半导体衬底30的沟槽内的第一层27和第 二层28构成。举例来说，当第二层28由导电材料制成时，第一层27形成为第二层28与半 导体衬底30之间的绝缘层。终端检测部分21由比半导体衬底30具有更高硬度的材料制成，使得移除处理在 半导体衬底30的一个表面那一侧已经移除之后停止。例如，终端检测部分21由绝缘材料 (诸如氧化硅或氮化硅)制成，或者在终端检测部分21用作电极时，由导电材料(诸如多晶 硅、P型掺杂无定形硅(PDAS)或者金属)制成。注意，除了图4中示出的两层结构之外，终端检测部分21例如具有由单一材料制 成的结构或者具有两层或多层的多种结构。栅电极22通过栅绝缘膜29而形成在半导体衬底30和终端检测部分21上。侧壁 24和25形成在栅电极22的侧面上。此外，钝化层26形成在栅电极22、侧壁24和25上。 并且，夹层绝缘层34形成在钝化层26上。
栅电极22、侧壁24和25以及钝化层26等构造为使其对应于组成MOS型摄像元件 10的MOS晶体管Tr的栅电极的形状。采用与MOS晶体管的栅电极相同的结构导致在用于 形成MOS晶体管的栅电极的过程中，可以在形成MOS晶体管Tr的每个栅电极44和45的同 时，将栅电极22形成在终端检测部分21上。如上所述，都具有与半导体衬底的划线的方向相平行的边的方形的终端检测部分 形成在半导体衬底的划线中。此外，每对两个方形的终端检测部分交替地形成在在划线的方向上彼此偏移的相 应位置处。此外，每对在划线方向上彼此相邻的两个方形的终端检测部分形成在在与划线 的方向正交的方向上彼此偏移的相应位置处。此外，每对在划线方向上彼此相邻的两个方 形的终端检测部分形成在在与划线的方向正交的方向上彼此偏移的相应位置处，并且，每 对在与划线的方向正交的方向上彼此相邻的两个方形的终端检测部分形成在在划线方向 上彼此偏移的相应位置处。在半导体衬底中提供如上所述地构造的终端检测部分导致在与背面照射型固态 摄像元件同样地受到变薄地切削的半导体衬底中，可以在用于将半导体衬底切割为MOS型 固态摄像元件的半导体衬底的划线过程中抑制半导体衬底的裂缝等的产生。因此，可以抑 制由半导体衬底的裂缝等造成的制作产量减小。具体地，都具有与划线的方向相同的纵向的矩形的终端检测部分形成在半导体衬 底的划线中。此外，每对在与划线的方向正交的方向上彼此相邻的两个矩形的终端检测部 分交替地形成在在划线方向上彼此偏移的相应位置处。此外，每对在划线方向上彼此相邻 的两个矩形的终端检测部分形成在在与划线的方向正交的方向上彼此偏移的相应位置处， 并且每对在与划线的方向正交的方向上彼此相邻的两个矩形的终端检测部分形成在在划 线方向上彼此偏移的相应位置处。终端检测部分如上所述地构造，这导致可以在用于将半 导体衬底切割为MOS型固态摄像元件的半导体衬底的划线过程中进一步抑制半导体衬底 的裂缝等的产生。因此，可以抑制由半导体衬底的裂缝等造成的制作产量减小。此外，上述终端检测部分形成在划线中，不对其中形成MOS固态摄像元件的像素 部分、光电转换部分和MOS晶体管的区域的面积等产生影响。由于这个原因，可以在像素部 分中确保充足的面积，由此可以增加MOS型固态摄像元件的灵敏度。此外，即使在将终端检 测部分形成在半导体衬底中时，MOS型固态摄像元件的设计的自由度也不减小。此外，在用于制作MOS型固态摄像元件的过程中以对准标记的形式形成终端检测 部分，由此可以在现有的半导体装置中的用于形成对准标记的过程中形成终端检测部分。 此外，可以在与形成用于组成MOS型固态摄像元件的各个MOS晶体管的栅电极的相同过程 中，将栅电极形成在相应的终端检测部分上。由于这个原因，可以形成如上所述地构造的终端检测部分，而不需要增加用于制 作现有的半导体装置的步骤的数目。注意，随着形成在划线20中的终端检测部分21的数目更大，可以更好地防止由对半导体衬底30进行划线而引起的裂缝等。由于这个原因，终端检测部分21优选地密集地 形成在划线20的整个表面上。2.制作MOS型固态摄像元件的方法接着，将会给出根据本发明的另外一个实施例的制作MOS型固态摄像元件的方法。 首先，如图5A所示，准备了半导体衬底(例如硅晶片)30。并且，用于形成方形终端检测部分21的沟槽T形成在将要成为半导体衬底30的划线20的区域中。并且，如图5B 所示，在沟槽T的形成完成之后，通过诸如采用CVD方法等来形成第一层27，以使其覆盖沟 槽T的每个内壁表面以及半导体衬底30的表面。此外，通过诸如使用CVD方法等来形成第 二层28，以使其填充到每个沟槽T中。并且，如图5C所示，对第一层27和第二层28执行凹 蚀，使得只在每个沟槽T内留有第一层27和第二层28。在这个过程中形成了都具有包括第 一层27和第二层28的双层结构的终端检测部分21。 每个沟槽T都形成在与最终将形成的、成为光电转换元件的光电二极管PD相同的 深度(距离半导体衬底30的表面的深度)处。这就是说，在形成于相应的沟槽T内的每个 终端检测部分21的深度方向上的长度dl成为了对应于光电二极管PD的厚度的长度。每个终端检测部分21由具有比半导体衬底30更高硬度的材料制成。此外，第一 层27由诸如氧化硅或氮化硅的绝缘材料制成，并且第二层28由诸如多晶硅、P型掺杂不定 型硅(PDAS)或金属等导电材料制成。此外，在如图5A到5C所示的形成终端检测部分21的过程中，以图3A、3B或3C所 描述的方式设置沟槽τ。并且，沟槽T形成为使其具有以下形状，以便于与终端检测部分21 的形状相对应。这就是说，以沟槽T在半导体衬底30的表面上的形状是方形形状的方式， 来形成沟槽T，以使其具有与半导体衬底30的划线20平行的边。此时，举例来说，当终端检测部分21形成为使其具有纵向方向与半导体衬底30的 划线20的方向相同的矩形形状时，以使得沟槽T在半导体衬底30的表面中的形状是方形 并且其纵向方向变得与半导体衬底30的划线20相同的方式，来形成沟槽T。此外，虽然在图5A到5C中，终端检测部分21形成为使其具有诸如双层的结构，但 是终端检测部分也可以通过将单一材料填充到沟槽T内而形成为使其具有单层的结构。此 夕卜，终端检测部分也可以通过将多种材料填充到沟槽T内而形成为使其具有多层结构。注意，虽然在以下的描述以及以下描述所使用的附图中，为了简便而将终端检测 部分21示出为终端检测部分21似乎具有单层结构，但是正如上面所描述的，终端检测部分 21可能也构造为使其具有多个层。接着，如图5D所示，用于从之后形成的光电二极管PD中读取信号电荷的多个MOS 晶体管Tr形成在相邻的两个划线20之间的、半导体衬底30的每个单元像素区域23中，其 中两个划线20都具有形成在其中的终端检测部分21。多个MOS晶体管Tr形成在半导体衬 底30的表面那一侧上。多个MOS晶体管Tr以各种数量构造，并且例如可以由电荷读取晶体管、重置晶体 管、放大晶体管和垂直选择晶体管的四个晶体管组成。对于多个MOS晶体管Tr，电荷读取晶体管由光电二极管PD、源和漏区域42以及一 对源和漏区域42之间的栅电极44组成。并且，其他的晶体管由另一对的源和漏区域42以 及这另一对源和漏区域42之间的栅电极45组成。在光电二极管PD、M0S晶体管Tr的形成 完成之后，形成夹层绝缘层34，并且在预定区域中(例如在与源和漏区域42和栅电极44、 45等相对应的位置处)形成接触孔38。此外，在形成多个MOS晶体管Tr的栅电极44和45的同时，与MOS晶体管Tr的每个栅电极44和45都具有相同的结构的栅电极22形成在相应的终端检测部分21上。注意， 多个MOS晶体管Tr的栅电极44和45以及相应的终端检测部分21上的栅电极22分别通 过栅绝缘膜29和43而形成在半导体衬底30上。此外，侧壁和钝化层(都未示出)形成在 栅电极44和45以及栅电极22上。此外，如上所述，通过相应的栅绝缘膜29而形成在相应的终端检测部分21上的每 个栅电极22也形成为使其具有与相应的终端检测部分21在半导体衬底30的表面中的形 状相同的方形形状。此外，每个栅电极22形成为使得其方形形状的边变得与半导体衬底30 的划线20平行。并且，在相应的终端检测部分21上，每个栅电极22都形成为使得其面积比相应的 终端检测部分21的面积更大。此外，举例来说，当终端检测部分21形成为使其具有纵向方向与半导 体衬底的划 线20方向相同的矩形形状时，栅电极22也形成为使其在半导体衬底30的表面中具有矩形 形状。并且，栅电极22也形成为使其具有纵向方向与半导体衬底30的划线20方向相同的 矩形形状。此外，以栅电极22的面积比终端检测部分21更大的形式将栅电极22形成在终端 检测部分21上。之后，如图5E所示，形成布线层33、绝缘层34以及接触栓35，由此形成多层互联 层31，其中布线层33连接到期望的区域，连接栓35完全地延伸穿过相应的绝缘层34以将 布线层33彼此连接。之后，如图5F所示，诸如硅衬底的支撑衬底36粘贴到多层互联层31上。此时，通 过使用在划线20上形成的终端检测部分21作为对准标记，而将半导体衬底30和支撑衬底 33彼此对准。之后，如图5G所示，半导体衬底30被反转，并且通过CMP法对半导体衬底30的背 面那一侧进行研磨，由此对半导体衬底30进行变薄处理。此时，因为每个终端检测部分21 都由比半导体衬底30硬度更高的材料制成，所以化学机械研磨以自对准的方式停止在终 端检测部分21的每个底面都暴露出来的位置。如上所述，因为每个终端检测部分21的硬度较高，所以通过从半导体衬底30的背 面执行的化学机械研磨而暴露的终端检测部分21的每个底面作为停止件。因此，半导体衬 底30不再被研磨，由此以自对准的方式显现出半导体衬底30的经研磨的表面。之后，如图5H所示，对于半导体衬底30的背面执行离子注入，由此在半导体衬底 30中形成光电二极管PD。这里，光电二极管PD形成在与由栅电极22组成的绝缘区域的深 度dl相同的深度处。举例来说，对于光电二极管PD的形成，由第一导电型的半导体区域组成的ρ型阱 区域41形成在第二导电型的(η型)半导体衬底30中。此外，形成了由源和漏区域42组 成的多个MOS晶体管Tr、栅绝缘膜43以及栅电极44，其中每个源和漏区域42都是由具有 比P型阱区域41具有更高的掺杂浓度的第二导电型的(η+型)半导体区域构成。并且，第 二导电型的(η型)半导体区域47形成在半导体衬底30的两个主要表面之间，以便于延伸 到具有形成在其中的多个MOS晶体管Tr的第一导电型的ρ型阱区域41，由此构造光电二极 管PD。
具有高掺杂浓度的第二导电型的(η+型)电荷聚集区域46形成在第二导电型的(η型)半导体区域47上。并且，由具有高掺杂浓度并起到抑制暗电流的产生的作用的第一 导电型的(P+型)半导体区域所构成的聚集层48形成为使其与电荷聚集区域46相接触。 在这种情况下，由具有高掺杂浓度并起到抑制暗电流的产生的作用的第一导电型的(P+型) 半导体区域所构成的聚集层49形成在光电二极管PD的光入射表面那一侧上。注意，在参照图5D描述的步骤中，也可以通过对于半导体衬底30的前表面那一侧 执行离子注入来形成光电二极管PD。此外，如图51所示，钝化层55形成在半导体衬底30的表面上，并且彩色滤光片56 和板载透镜57以此顺序形成在钝化层上。可以通过上述步骤制作背面照射型MOS固态摄像元件。通过上述制作方法，终端检测部分形成在划线中，由此在通过执行CMP法来对半 导体衬底进行变薄处理时，CMP可以以自对准的方式在终端检测部分的每个底面都暴露的 位置处结束。此外，如上所述地构造的终端检测部分形成在半导体的划线中，由此在对半导体 衬底进行变薄处理之后，可以在诸如用于将半导体衬底切割为MOS型固态摄像元件的划线 过程中抑制半导体衬底的裂缝等的产生。因此，可以抑制由半导体衬底的裂缝等造成的制
作产量减小。此外，终端检测部分形成在划线中，划线不对其中形成MOS固态摄像元件的像素 部分和MOS晶体管的区域的面积等产生影响。此外，在用于制作MOS型固态摄像元件的过 程中以对准标记的形式形成终端检测部分，由此可以在现有的半导体装置中的用于形成对 准标记的过程中形成终端检测部分。此外，形成在相应的终端检测部分21上的栅电极22具有与组成MOS型固态摄像 元件10的MOS晶体管Tr的每个栅电极44和45相同的结构。因此，在用于形成MOS晶体 管的栅电极的过程中，可以在形成MOS晶体管Tr的每个栅电极44和45的同时，将栅电极 22形成在终端检测部分21上。由于这个原因，可以形成如上所述地构造的终端检测部分， 而不增加用于制作现有的半导体装置的步骤。3.电子设备本发明的实施例的固态摄像元件可以应用到诸如包括固态摄像元件的照相机、有 照相机的移动设备或者其他包括固态摄像元件的设备的电子设备中。图6示出了能够拍摄静止图像并且采用了根据本发明的实施例的固态摄像元件 的数字静态照相机的示意构造。根据本发明的实施例的数字静态照相机50包括光学系统(光学镜头)51、固态摄 像元件52、信号处理电路53以及驱动电路54。如上所述的MOS型固态摄像元件10应用到固态摄像元件52。光学镜头51在MOS 型固态摄像元件52的成像区域上对来自对象的图像光(入射光)成像。因此，在相应MOS 型固态摄像元件52内的光电转换元件内，信号电荷聚集给定的时间段。驱动电路54将传 输工作信号提供给MOS型固态摄像元件52。在MOS型固态摄像元件52中按照由驱动电路 54提供的驱动信号(正时信号)来执行信号的传输。信号处理电路53对于来自MOS型固 态摄像元件52的输出信号执行各种类型的信号处理。通过各种信号处理而获得的视频信号储存在诸如存储器的记录介质中，或者输出到通过监视器等。实施例的数字静态照相机 50包括照相模块的形式，其中模块化了光学镜头51、MOS型固态摄像元件52、信号处理电路 53以及驱动电路54。根据本发明实施例，可以构造具有照相机的移动设备，该移动设备例如以包括图6 中示出的数字静态照相机50或照相模块的移动电话为代表。此外，可以以模块的形式构造图6中示出的数字静态照相机50，其中模块具有图 像拍摄功能并且其中模块化了光学镜头51、M0S型固态摄像元件52、信号处理电路53以及 驱动电路54(即，所谓的图像获取功能模块)。根据本发明的实施例，可以构造包括诸如图 像获取功能模块的电子设备。
注意，在如上所述的MOS型摄像元件中，在形成在诸如第二导电型的η型半导体衬 底中的诸如第一导电型的P型半导体区域中，形成第二导电型的FD区域、第二导电型和第 一导电型的PD区域，η型导电型和ρ型导电型可以反转。形成，例如，第一导电型形成在η-型半导体衬底上，例如，第二导电型、η-型导体 型和P-型导体型可以被颠倒。注意，本发明决不限于在以上实施例中描述的上述构造，并且因此可以在不超出 本发明要点的前提下作出各种改变和修改。本申请包含与在2009年3月6号递交给日本专利局的日本优先权专利申请JP 2009-054212中所公开的主题相关的主题，并将其全部内容通过引用结合在这里。本领域技术人员应该认识到根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、 子结合以及改变，只要它们在权利要求的范围或权利要求的等价范围内。
权利要求
一种固态摄像元件，包括多个像素，所述多个像素中的每个都具有用于将入射光的量转换为电信号的光电转换部分以及多个像素晶体管；布线层，其形成在其中形成有所述多个像素的半导体衬底的一个表面那一侧，由相应的一个所述光电转换部分来接收从与其上形成所述布线层的所述一个表面相反的那一侧入射的光；划线，其形成在由所述多个像素组成的像素部分的周围；以及方形的终端检测部分，每个所述终端检测部分都具有比所述半导体衬底更高的硬度并且形成在所述划线中；其中，每个所述方形的终端检测部分都具有与所述半导体衬底的所述划线的方向相平行的边。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，每个所述终端检测部分形成为使其具 有矩形形状，其中矩形形状的纵向与所述半导体衬底的所述划线的方向相同或者与所述半 导体衬底的所述划线的方向正交。
3.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，每对在与所述划线的方向正交的方向 上彼此相邻的两个所述方形的终端检测部分形成在在所述划线的方向上彼此偏移的相应 位置处。
4.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，每对在所述划线的方向上彼此相邻的 两个所述方形的终端检测部分形成在在与所述划线的方向正交的方向上彼此偏移的相应 位置处，并且每对在与所述划线的方向正交的方向上彼此相邻的两个所述方形的终端检测 部分交替地形成在在所述划线的方向上彼此偏移的相应位置处。
5.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，每对在所述划线的方向上彼此相邻的 两个所述方形的终端检测部分形成在在与所述划线的方向正交的方向上彼此偏移的相应 位置处，并且每对在与所述划线的方向正交的方向上彼此相邻的两个所述方形的终端检测 部分形成在在所述划线的方向上彼此偏移的相应位置处。
6.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，每个所述终端检测部分形成为使其具 有由绝缘材料和导电材料制成的多层结构。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，栅电极分别形成在所述终端检测部分上。
8.根据权利要求7所述的固态摄像元件，其中，每个所述栅电极形成在所述半导体衬 底上，以使其具有比相应的一个所述终端检测部分更大的面积。
9.根据权利要求8所述的固态摄像元件，其中，分别形成在所述终端检测部分上的每 个所述栅电极具有与所述多个像素晶体管的每个栅电极相同的结构。
10.一种制作固态摄像元件的方法，包括以下步骤在半导体衬底的划线中，在从所述半导体衬底的一个表面起的厚度方向上形成方形的 终端检测部分，每个所述方形的终端检测部分都具有比半导体衬底更高的硬度并且具有与 所述半导体衬底的划线的方向平行的边；在所述半导体衬底的所述一个表面那一侧上形成所述固态摄像元件的组成要素的一 部分；将支撑衬底粘贴到所述半导体衬底的所述一个表面那一侧上；对于所述半导体衬底的另一个表面那一侧执行化学机械研磨，并且在所述终端检测部 分的底面暴露到所述半导体衬底的所述另一个表面那一侧的位置处以自对准的方式停止 所述化学机械研磨，由此来对所述半导体衬底进行变薄处理；以及在所述半导体衬底的所述另一个表面那一侧上形成所述固态摄像元件的组成要素的 其他部分。
11.根据权利要求10所述的制作固态摄像元件的方法，其中，每个所述终端检测部分 形成为使其具有矩形形状，其中矩形形状的纵向与所述半导体衬底的所述划线的方向相 同。
12.根据权利要求10所述的制作固态摄像元件的方法，其中，在粘贴所述支撑衬底的 步骤中，所述终端检测部分用作对准标记。
13.根据权利要求10所述的制作固态摄像元件的方法，其中，在形成所述固态摄像元 件的组成要素的一部分的步骤中，在所述终端检测部分上分别形成栅电极。
14.根据权利要求13所述的制作固态摄像元件的方法，其中，在形成所述固态摄像元 件的组成要素的一部分的步骤中，所述栅电极在与形成组成所述固态摄像元件的晶体管的 栅电极相同的步骤中，分别形成在所述终端检测部分上。
15.一种电子设备，包括固态摄像元件，包括，多个像素，所述多个像素中的每个都具有用于将入射光的量转换 为电信号的光电转换部分以及多个像素晶体管；布线层，其形成在其中形成有所述多个像 素的半导体衬底的一个表面那一侧，由相应的一个所述光电转换部分来接收从与其上形成 所述布线层的所述一个表面相反的那一侧入射的光；划线，其形成在由所述多个像素组成 的像素部分的周围；以及方形的终端检测部分，每个所述终端检测部分都具有比所述半导 体衬底更高的硬度并且形成在所述划线中，每个所述方形的终端检测部分都具有与所述半 导体衬底的所述划线的方向相平行的边；光学系统，用于将入射光引导到所述固态摄像元件的摄像部分；以及信号处理电路，用于处理来自所述固态摄像元件的输出信号。
全文摘要
本发明公开了固态摄像元件、制作该元件的方法及使用该元件的电子设备。固态摄像元件包括多个像素，所述多个像素中的每个都具有用于将入射光的量转换为电信号的光电转换部分以及多个像素晶体管；布线层，其形成在其中形成有多个像素的半导体衬底的一个表面那一侧，由相应的一个光电转换部分来接收从与其上形成布线层的一个表面相反的那一侧入射的光；划线，其形成在由多个像素组成的像素部分的周围；以及方形的终端检测部分，每个终端检测部分都具有比半导体衬底更高的硬度并且形成在划线中；其中，每个方形的终端检测部分都具有与半导体衬底的划线的方向相平行的边。
文档编号H04N5/369GK101826538SQ20101012497
公开日2010年9月8日 申请日期2010年3月1日 优先权日2009年3月6日
发明者中泽圭一, 榎本贵幸 申请人:索尼公司