TW201712858A - 背面射入型固體攝像裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之背面射入型固體攝像裝置具備：半導體基板，其具有表面及設置有凹部之背面，且將作為凹部之底部分的薄化部分設為攝像區域；信號讀出電路，其形成於半導體基板之表面；硼層，其至少形成於半導體基板之背面及凹部之側面；金屬層，其形成於硼層上，且設置有與凹部之底面對向之開口；及防反射層，其形成於凹部之底面。
Description
本發明係關於一種背面射入型固體攝像裝置。
在背面射入型固體攝像裝置中，有如以下者：在表面形成有信號讀出電路之半導體基板之背面設置凹部，將作為凹部之底部分的薄化部分作為攝像區域而使用。在如上述之背面射入型固體攝像裝置中，存在有出於防止解析度劣化等之觀點而防止光朝包圍薄化部分之框部分的射入之情形。例如，在專利文獻1所記載之半導體裝置中，為了防止能量線朝斜角部分(薄化部分與框部分之間的部分)之射入，在劃定斜面部分之傾斜面(凹部之側面)，形成有包含黑樹脂之遮蔽層。
[專利文獻1]日本特開2002-231913號公報
然而，在專利文獻1所記載之半導體裝置中，由於遮蔽層包含黑樹脂，故有在較短期間內遮蔽層即劣化之虞。
因此，本發明之一個方式之目的在於，提供一種背面射入型固體攝像裝置，其可在長期間防止光朝半導體基板中之包圍薄化部分之框部分的射入。
本發明之一個方式之背面射入型固體攝像裝置具備：半導體基板，其具有表面及設置有凹部之背面，且將作為凹部之底部分的薄化部分作為攝像區域；信號讀出電路，其形成於半導體基板之表面；硼層，其至少形成於半導體基板之背面及凹部之側面；金屬層，其形成於硼層上，且設置有與凹部之底面對向之開口；及防反射層，其形成於凹部之底面。
在該背面射入型固體攝像裝置中，介隔以硼層而在半導體基板之背面及凹部之側面形成有金屬層。該構成係基於在硼層上金屬層可穩定地形成此一本發明人等所發現之見解者。因此，可利用穩定地形成之金屬層來防止光朝半導體基板中之包圍薄化部分之框部分的射入。由此，根據該背面射入型固體攝像裝置，可在長期間防止光朝半導體基板中之包圍薄化部分之框部分的射入。
在本發明之一個方式之背面射入型固體攝像裝置中，凹部可具有朝與半導體基板之表面側為相反側擴展之錐台狀之形狀。根據該構成，可進一步提高介隔以硼層而形成於凹部之側面的金屬層之穩定性。
在本發明之一個方式之背面射入型固體攝像裝置中，可行的是硼層進一步形成於凹部之底面，防反射層介隔以硼層而形成於凹部之底面。根據該構成，可提高對於極端紫外線之耐性，且可使硼層作為聚積層而發揮機能。
在本發明之一個方式之背面射入型固體攝像裝置中，半導體基板中之至少包圍凹部之區域可包含P型半導體材料。根據該構成，由於金屬層可經由硼層與P型區域電性連接，故可謀求該區域之低電阻化。
在本發明之一個方式之背面射入型固體攝像裝置中，金屬層可
為鍍敷層。該構成係基於利用鍍敷在硼層上選擇性地且各向同性地形成金屬層此一本發明人等所發現之見解者。藉此，藉由在凹部之側面預先形成硼層，可不受凹部之形狀等影響，介隔以硼層而在凹部之側面確實地形成金屬層。因此，可進一步提高介隔以硼層而形成於凹部之側面的金屬層之穩定性。
根據本發明之一個方式，可提供一種背面射入型固體攝像裝置，其可在長期間防止光朝半導體基板中之包圍薄化部分之框部分的射入。
1A‧‧‧背面射入型固體攝像裝置
1B‧‧‧背面射入型固體攝像裝置
2‧‧‧P+型半導體基板
3‧‧‧P-型半導體層
4‧‧‧閘極絕緣膜
5‧‧‧閘極絕緣膜
6‧‧‧閘極絕緣膜
7‧‧‧信號讀出電路
8‧‧‧金屬配線
9‧‧‧凸塊底層金屬
10‧‧‧半導體基板
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
10c‧‧‧薄化部分
10d‧‧‧框部分
11‧‧‧聚積層
12‧‧‧硼層
12a‧‧‧開口
13‧‧‧金屬層
13a‧‧‧開口
14‧‧‧防反射層
20‧‧‧凹部
20a‧‧‧凹部20之底面
20b‧‧‧凹部20之側面
30‧‧‧保護膜
40‧‧‧抗蝕劑膜
hν‧‧‧光
圖1係本發明之第1實施方式之背面射入型固體攝像裝置的剖視圖。
圖2(a)、圖2(b)及圖2(c)係用於說明圖1之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
圖3(a)及圖3(b)係用於說明圖1之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
圖4(a)及圖4(b)係用於說明圖1之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
圖5係本發明之第2實施方式之背面射入型固體攝像裝置的剖視圖。
圖6(a)及圖6(b)係用於說明圖5之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
圖7(a)及圖7(b)係用於說明圖5之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
圖8(a)及圖8(b)係用於說明圖5之背面射入型固體攝像裝置之製造方法的剖視圖。
以下針對本發明之實施方式，參照圖式詳細地予以說明。另外，在各圖中對相同或相當部分賦予相同符號，並省略重複之說明。
圖1所示之背面射入型固體攝像裝置1A係背面射入型CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合裝置)圖像感測器。如該圖所示，背面射入型固體攝像裝置1A具備半導體基板10。半導體基板10藉由在P+型半導體基板2之表面使P-型半導體層3磊晶生長而構成。P+型半導體基板2及P-型半導體層3包含例如矽晶體。另外所謂「P+型」係意味著P型雜質之濃度為例如1×1017cm-3程度以上般高之情形，「P-型」係意味著P型雜質之濃度為例如1×1015cm-3程度以下般低之情形。
在半導體基板10之表面10a形成有閘極絕緣膜4、5、6。閘極絕緣膜4、6係例如氧化矽膜，閘極絕緣膜5係例如氮化矽膜。換言之，閘極絕緣膜4、5、6具有ONO(氧化膜-氮化膜-氧化膜)結構。在閘極絕緣膜4、5、6上形成有信號讀出電路7。換言之，信號讀出電路7係介隔以閘極絕緣膜4、5、6而形成於半導體基板10之表面10a上。信號讀出電路7包含複數個電荷傳送電極。在信號讀出電路7上形成有對信號讀出電路7進行信號輸入輸出用之金屬配線8。金屬配線8包含例如鋁。在金屬配線8上形成有用於設置焊料凸塊之UBM(Under Bump Metal，凸塊底層金屬)9。
在半導體基板10之背面10b設置有凹部20。凹部20具有朝與半導體基板10之表面側10a為相反側擴展之錐台狀(例如四角錘台狀)之形狀。凹部20之底面20a到達P+型半導體基板2與P-型半導體層3之界面。半導體基板10中，作為凹部20之底部分的薄化部分10c設為攝像區域，將在自半導體基板10之厚度方向觀察之情形下包圍薄化部分10c的部分設為框部分10d。在半導體基板10中，在自半導體基板10之
厚度方向觀察之情形下至少包圍凹部20的區域包含P+型半導體基板2之材料(P型半導體材料)。另外，所謂薄化部分10c係意味著與框部分10d相比在半導體基板10之厚度方向上被薄化之部分。
在P-型半導體層3中之與凹部20之底面20a對應之部分形成有用於消除背面井之聚積層11。聚積層11係藉由使P型雜質離子植入或擴散至P-型半導體層3中之與凹部20之底面20a對應之部分而形成。在半導體基板10中，P-型半導體層3中之自聚積層11直至半導體基板10之表面10a之區域係作為光電變換區域而發揮機能。另外，雖省略圖式，在光電變換區域之表面10a側之部分形成有與信號讀出電路7之各電荷傳送電極對向之N型埋入通道、及用於蓄積光電變換區域所產生之電子的n型蓄積部等。
在半導體基板10之背面10b、凹部20之側面20b及凹部20之底面20a處，硼層12係連續地形成。硼層12係藉由例如CVD(Chemical Vapor Deposition，化學汽相沈積)磊晶生長而以數nm~數十nm之厚度各向同性地形成。在硼層12上形成有金屬層13。在金屬層13處設置有與凹部20之底面20a對向之開口13a。換言之，金屬層13係介隔以硼層12而形成於半導體基板10之背面10b及凹部20之側面20b。金屬層13作為對光hν之遮光層而發揮機能。在自半導體基板10之厚度方向觀察之情形下，開口13a之形狀與凹部20之底面20a之形狀一致。
金屬層13例如利用鍍敷在硼層12上以數μm~數十μm之厚度各向同性地形成。鍍敷之一例係無電解金屬鍍敷。在此情形下，金屬層13係鍍敷層。鍍敷層係藉由利用例如無電解Ni/Au鍍敷在包含鎳之厚度10μm左右之基底層上形成包含金之厚度0.05μm左右之表層而構成。另外，在硼層12上穩定地形成金屬層13、及利用鍍敷在硼層12上選擇性地且各向同性地形成金屬層13皆係本發明人等所發現之見解。
在凹部20之底面20a，介隔以硼層12而形成防反射層14。防反射
層14係配置於金屬層13之開口13a之內側。防反射層14包含例如氧化鋁。
以下，關於背面射入型固體攝像裝置1A之製造方法予以說明。首先，如圖2(a)所示，藉由在P+型半導體基板2之表面使P-型半導體層3磊晶生長而獲得半導體基板10。繼而，如圖2(b)所示，在半導體基板10之表面10a上形成閘極絕緣膜4、5、6，進一步在閘極絕緣膜4、5、6上形成信號讀出電路7。繼而，如圖2(c)所示，利用鹼性蝕刻等之各向異性蝕刻在半導體基板10之背面10b形成凹部20，進而藉由使P型雜質離子植入或擴散至P-型半導體層3中之與凹部20之底面20a對應之部分而形成聚積層11。並且，在信號讀出電路7上形成保護膜30。
繼而，如圖3(a)所示，在除去自然氧化膜之後，藉由CVD磊晶生長，在半導體基板10之背面10b、凹部20之側面20b及凹部20之底面20a各向同性地形成硼層12。繼而，如圖3(b)所示，在除去保護膜30之後，在信號讀出電路7上形成金屬配線8。繼而，如圖4(a)所示，藉由依次實施原子層沈積法(ALD)、利用蝕刻進行之圖案化，從而介隔以硼層12而在凹部20之底面20a形成防反射層14。繼而，如圖4(b)所示，利用鍍敷在硼層12上選擇性地且各向同性地形成金屬層13。最後，在金屬配線8上形成UBM 9，而獲得背面射入型固體攝像裝置1A。
若利用例如汽相生長法，則難以在凹部20之側面20b以所期望之厚度均一地形成金屬層。為此，有形成樹脂層作為遮光層之情形。然而，樹脂層會產生於較短期間之劣化、釋氣之發生此等問題。根據上述之背面射入型固體攝像裝置1A之製造方法，可不受凹部20之形狀等影響，在凹部20之側面20b以所期望之厚度均一地形成金屬層13。
如以上所說明般，在背面射入型固體攝像裝置1A中，介隔以硼層12而在半導體基板10之背面10b及凹部20之側面20b形成有金屬層
13。該構成係基於在硼層上12穩定地形成金屬層13此一本發明人等所發現之見解者。因此，自半導體基板10之背面10b側朝凹部20內行進之光hν透射防反射層14而高效率地射入半導體基板10之薄化部分10c，另一方面，光hν朝半導體基板10之框部分10d的射入被穩定地形成之金屬層13防止。由此，利用背面射入型固體攝像裝置1A，可在長期間防止光hν朝半導體基板10之框部分10d的射入。
又，在背面射入型固體攝像裝置1A中，由於金屬層13作為遮光層而形成，故可防止在樹脂層作為遮光層而形成之情形下所產生之釋氣之發生此一問題。
又，在背面射入型固體攝像裝置1A中，凹部20具有朝與半導體基板10之表面10a側為相反側擴展之錐台狀之形狀。根據該構成，可進一步提高介隔以硼層12而形成於凹部20之側面20b的金屬層13之穩定性。
又，在背面射入型固體攝像裝置1A中，硼層12形成於凹部20之底面20a，防反射層14介隔以硼層12而形成於凹部20之底面20a。根據該構成，可提高對於極端紫外線之耐性，且可使硼層12作為聚積層而發揮機能。
又，在背面射入型固體攝像裝置1A中，半導體基板10中之包圍凹部20之區域包含P型半導體材料。根據該構成，由於金屬層13可經由硼層12與P型區域電性連接，故可謀求該區域之低電阻化。因此，藉由例如使金屬層13接地，可使因光電變換而在半導體基板10之薄化部分10c所產生之電洞經由半導體基板10之框部分10d而快速移動至金屬層13，從而穩定地排除至大地。
又，在背面射入型固體攝像裝置1A中，金屬層13係鍍敷層。該構成係基於：利用鍍敷在硼層12上選擇性地且各向同性地形成金屬層13此一本發明人等所發現之見解者。因此，藉由在凹部20之側面20b
預先形成硼層12，可不受凹部20之形狀等影響，介隔以硼層12而在凹部20之側面20b確實地形成金屬層13。因此，可進一步提高介隔以硼層12而形成於凹部20之側面20b的金屬層13之穩定性。
如圖5所示，背面射入型固體攝像裝置1B主要在硼層12及防反射層14之構成方面，與上述之背面射入型固體攝像裝置1A有所不同。在背面射入型固體攝像裝置1B中，硼層12係在半導體基板10之背面10b及凹部20之側面20b連續地形成，而未在凹部20之底面20a形成。在硼層12處設置有與凹部20之底面20a對向之開口12a。在金屬層13介隔以硼層12而形成於半導體基板10之背面10b及凹部20之側面20b此點上，係與上述之背面射入型固體攝像裝置1A相同。在自半導體基板10之厚度方向觀察之情形下，各開口12a、13a之形狀與凹部20之底面20a之形狀一致。防反射層14係在凹部20之底面20a及金屬層13上連續地形成。防反射層14之一部分係配置於開口12a、13a之內側。
以下，關於背面射入型固體攝像裝置1B之製造方法予以說明。直至在信號讀出電路7上形成保護膜30為止之步驟係與上述之背面射入型固體攝像裝置1A之製造方法相同(參照圖2(a)、圖2(b)及圖2(c))。繼而，如圖6(a)所示，藉由依次實施抗蝕劑之塗佈、利用蝕刻進行之圖案化，從而在凹部20之底面20a形成剝離用抗蝕劑膜40。繼而，如圖6(b)所示，在除去自然氧化膜之後，藉由CVD磊晶生長，在半導體基板10之背面10b、凹部20之側面20b及剝離用抗蝕劑膜40上各向同性地形成硼層12。
繼而，如圖7(a)所示，將在剝離用抗蝕劑膜40上形成之硼層12與剝離用抗蝕劑膜40一起除去。繼而，如圖7(b)所示，在除去保護膜30之後，在信號讀出電路7上形成金屬配線8。繼而，如圖8(a)所示，利用鍍敷在硼層12上選擇性地且各向同性地形成金屬層13。進而，在金
屬配線8上形成UBM 9。最後，如圖8(b)所示，利用原子層沈積法，在凹部20之底面20a及金屬層13上形成防反射層14，而獲得背面射入型固體攝像裝置1B。
如以上所說明般，在背面射入型固體攝像裝置1B中，介隔以硼層12而在半導體基板10之背面10b及凹部20之側面20b形成有金屬層13。由此，利用背面射入型固體攝像裝置1B，可與上述之背面射入型固體攝像裝置1A相同地，在長期間防止光hν朝半導體基板10之框部分10d的射入。
又，在背面射入型固體攝像裝置1B中，由於金屬層13作為遮光層而形成，故可防止在樹脂層作為遮光層而形成之情形下所產生之釋氣之發生此一問題。
又，在背面射入型固體攝像裝置1B中，凹部20具有朝與半導體基板10之表面10a側為相反側擴展之錐台狀之形狀。根據該構成，可進一步提高介隔以硼層12而形成於凹部20之側面20b的金屬層13之穩定性。
又，在背面射入型固體攝像裝置1B中，半導體基板10中之包圍凹部20之區域包含P型半導體材料。根據該構成，由於金屬層13可經由硼層12與P型區域電性連接，故可謀求該區域之低電阻化。因此，藉由例如使金屬層13接地，可使因光電變換而在半導體基板10之薄化部分10c所產生之電洞經由半導體基板10之框部分10d而快速移動至金屬層13，從而穩定地排除至大地。
又，在背面射入型固體攝像裝置1B中，金屬層13係鍍敷層。因此，與上述之背面射入型固體攝像裝置1A相同地，可進一步提高介隔以硼層12而形成於凹部20之側面20b的金屬層13之穩定性。
以上，說明了本發明之第1實施方式及第2實施方式，但本發明之一個方式並不限定於上述各實施方式。例如，在上述各實施方式
中，可將P型及N型之各導電型以相反之方式替換。又，金屬層13雖有必要在硼層12上直接形成，但針對其他構成，其亦可在形成對象之構成上直接形成，還可介隔以某種層等而在形成對象之構成上間接地形成。又，上述各實施方式係背面射入型固體攝像裝置1A、1B為背面射入型CCD圖像感測器之情形，但本發明之一個方式亦可應用於背面射入型CMOS圖像感測器等其他背面射入型固體攝像裝置。在背面射入型固體攝像裝置為背面射入型CMOS圖像感測器之情形下，電晶體電路、含有配線層等之信號讀出電路係形成於半導體基板之表面。
1A‧‧‧背面射入型固體攝像裝置
2‧‧‧P+型半導體基板
3‧‧‧P-型半導體層
4‧‧‧閘極絕緣膜
5‧‧‧閘極絕緣膜
6‧‧‧閘極絕緣膜
7‧‧‧信號讀出電路
8‧‧‧金屬配線
9‧‧‧凸塊底層金屬
10‧‧‧半導體基板
10a‧‧‧表面
10b‧‧‧背面
10c‧‧‧薄化部分
10d‧‧‧框部分
11‧‧‧聚積層
12‧‧‧硼層
13‧‧‧金屬層
13a‧‧‧開口
14‧‧‧防反射層
20‧‧‧凹部
20a‧‧‧凹部20之底面
20b‧‧‧凹部20之側面
hν‧‧‧光
Claims (5)
- 一種背面射入型固體攝像裝置，其包含：半導體基板，其具有表面及設置有凹部之背面，且將作為前述凹部之底部分的薄化部分設為攝像區域；信號讀出電路，其形成於前述半導體基板之前述表面；硼層，其至少形成於前述半導體基板之前述背面及前述凹部之側面；金屬層，其形成於前述硼層上，且設置有與前述凹部之底面對向之開口；及防反射層，其形成於前述凹部之前述底面。
- 如請求項1之背面射入型固體攝像裝置，其中前述凹部具有朝與前述半導體基板之前述表面側為相反側擴展之錐台狀之形狀。
- 如請求項1或2之背面射入型固體攝像裝置，其中前述硼層進一步形成於前述凹部之前述底面，且前述防反射層介隔以前述硼層而形成於前述凹部之前述底面。
- 如請求項1至3中任一項之背面射入型固體攝像裝置，其中前述半導體基板中之至少包圍前述凹部之區域係包含P型半導體材料。
- 如請求項1至4中任一項之背面射入型固體攝像裝置，其中前述金屬層係鍍敷層。
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