CN111799287B

CN111799287B - 摄像器件、摄像器件的制造方法和电子装置

Info

Publication number: CN111799287B
Application number: CN202010543724.6A
Authority: CN
Inventors: 佐藤信也
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2024-02-13
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: US20210265398A1; US9929200B2; US20180158852A1; CN104576669A; JP2015076569A; CN110190079A; CN111799286B; US20150102448A1; US20190333946A1; CN111799287A; CN110190079B; CN104576669B; US10381392B2; US11056524B2; US11721715B2; CN111799286A

Abstract

本发明公开了摄像器件及其制造方法和电子装置。所述摄像器件包括：第一沟槽，所述第一沟槽设置在半导体基板的受光区域内的多个像素之间，所述半导体基板包括周边区域和所述受光区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的所述多个像素；和第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述半导体基板的周边区域内，其中，所述半导体基板的设置有所述第一沟槽的部分的厚度与所述半导体基板的设置有所述第二沟槽的部分的厚度不同。所述电子装置设置有所述摄像器件。根据本发明，能够在保持聚焦特性的同时减少工序的数量。

Description

摄像器件、摄像器件的制造方法和电子装置

本申请是申请日为2014年9月30日、发明名称为“摄像器件、摄像器件的制造方法和电子装置”的申请号为201410521129.7的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种背面照射型摄像器件及其制造方法和电子装置。

背景技术

在诸如CCD(电荷耦合器件)图像传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等固态摄像器件(摄像器件)中，每个像素配置有包含光电转换部(例如，PD(光电二极管)的固态摄像元件(摄像元件)。

在摄像器件中，当强光进入成像屏幕中的一些像素中以使得能够生成数量超过光电二极管的电荷容纳能力的信号电荷时，过剩的信号电荷从光电二极管构成的势阱溢出从而泄漏到邻近的光电二极管中，这导致图像质量的严重劣化。例如，通过在嵌入有光电二极管的Si基板中的相邻像素之间设置沟槽并且通过用具有负的固定电荷的绝缘膜覆盖该沟槽的表面，能够防止信号电荷泄漏。

另一方面，多数摄像器件具有这样的构造：其中，入射光能够在配线层侧进入(前面照射型摄像器件)。这样的摄像器件的缺点包括因入射光受到配线层的遮挡而造成的降低的灵敏度以及因被配线层反射而进入邻近像素的入射光造成的混色的发生。因此，提出背面照射型摄像器件。在背面照射型摄像器件中，光电二极管和各种晶体管设置在Si基板的前面，且Si基板的背面被研磨变薄以使入射光能够在背面侧进入以进行光电转换(例如，日本待审查专利申请公开第2005-209677号)。

在背面照射型摄像器件中，位于与配线层相同的层的外部连接电极设置在Si基板的光入射面(背面)的相反侧(前面)。因此，在具有足够穿透Si基板的深度的孔的内部，外部连接电极作为电极焊盘露出。由此露出的外部连接电极例如通过引线键合连接至外部电路。此时，劈刀(capillary)的端部很可能与孔的边缘接触，这可能造成漏电。对此，提出了在孔的周围设置有绝缘膜以将外部连接电极与Si基板绝缘的摄像器件(例如，日本待审查专利申请公开第2010-109137号)。

发明内容

上述用来分离像素的沟槽(像素分离沟槽)和用来设置使外部连接电极与Si基板绝缘的绝缘膜的沟槽(绝缘分离沟槽)均在Si基板的深度方向上延伸。因此可以在相同的工序中形成上述沟槽，这使得能够减少制造工序的数量。然而，在像素分离沟槽与穿透Si基板的绝缘分离沟槽同时形成的情况下，存在这样的缺点：可能损坏位于Si基板的前表面上的设置于像素之间的FD(浮动扩散)。

另一方面，在将像素分离沟槽与绝缘分离沟槽分开来形成的情况下，当绝缘材料被嵌入到沟槽时，因为沟槽深，所以需要较长的时间才能用绝缘材料将绝缘分离沟槽完全填满。这导致绝缘材料被沉积在Si基板上成为厚膜。因此，由于斜入射光而易于发生混色，这导致了聚焦特性下降的缺点。

因此，期望提供能够在保持聚焦特性的同时减少工序的数量的摄像器件及其制造方法和电子装置。

根据本发明的实施例，提供了一种摄像器件，其包括：第一沟槽，所述第一沟槽设置在半导体基板的受光区域内的多个像素之间，所述半导体基板包括周边区域和所述受光区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的所述多个像素；和第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述半导体基板的周边区域内，其中，所述半导体基板的设置有所述第一沟槽的部分的厚度与所述半导体基板的设置有所述第二沟槽的部分的厚度不同。

根据本发明的实施例，提出了一种摄像器件的制造方法，所述方法包括以下步骤：在半导体基板的一个表面的周边区域内设置挖入部，所述半导体基板包括受光区域和所述周边区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的多个像素；并且在所述半导体基板的另一个表面上设置第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽设置在所述受光区域内，所述第二沟槽设置在所述周边区域的面对着所述挖入部的位置处。

根据本发明的实施例，提出了一种设置有摄像器件的电子装置。所述摄像器件包括：第一沟槽，所述第一沟槽设置在半导体基板的受光区域内的多个像素之间，所述半导体基板包括周边区域和所述受光区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的所述多个像素；和第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述半导体基板的周边区域内，其中，所述半导体基板的设置有所述第一沟槽的部分的厚度与所述半导体基板的设置有所述第二沟槽的部分的厚度不同。

在根据本发明上述实施例的摄像器件及其制造方法和电子装置中，所述第一沟槽(像素分离沟槽)设置在所述受光区域内的像素之间，所述第二沟槽(绝缘分离沟槽)设置在所述周边区域内。在所述半导体基板的一个表面上对所述周边区域进行蚀刻之后，从另一个表面形成所述第一沟槽和所述第二沟槽。这使得能够在相同的条件下在同一工序中形成期望形状的所述第一沟槽和所述第二沟槽。

在根据本发明上述实施例的摄像器件及其制造方法和电子装置中，所述第一沟槽设置在所述受光区域内的像素之间，所述第二沟槽设置在所述周边区域内。在所述半导体基板的一个表面上对所述周边区域进行蚀刻之后，从另一个表面形成所述第一沟槽和所述第二沟槽。因此，在相同的条件下在同一工序中形成期望形状的所述第一沟槽和所述第二沟槽。具体地，能够在同一工序中形成不穿透所述半导体基板的所述第一沟槽和穿透所述半导体基板的所述第二沟槽。因此，能够在不降低聚焦特性的情况下减少工序的数量。应注意，这里所述的效果不必是限制性的，且可以呈现出本发明所述的任何其它效果。

应当理解，前面的整体说明和下面的详细说明都是示例性的，且旨在对请求保护的技术提供进一步的说明。

附图说明

本说明书所包括的附图提供了对本发明的进一步理解，这些附图被并入本说明书中且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例，并且与本说明书一起用来解释本发明的原理。

图1是图示了根据本发明第一实施例的摄像器件的横截面图。

图2是图示了图1所示的摄像器件的总体构造的平面图。

图3A是示意性地图示了图2所示的摄像器件的像素区域的构造的平面图。

图3B是示意性地图示了图2所示的焊盘部及其周边的构造的平面图。

图4是图示了图1所示的摄像器件的制造方法的横截面图。

图5是图示了图4之后的工序的横截面图。

图6是图示了图5之后的工序的横截面图。

图7是图1所示的摄像器件的功能框图。

图8A是示意性地图示了根据本发明的比较例的摄像器件的横截面图。

图8B是示意性地图示了图1所示的摄像器件的横截面图。

图9是图示了根据本发明第二实施例的摄像器件的横截面图。

图10是图示了图9所示的摄像器件的制造方法的横截面图。

图11是图示了图10之后的工序的横截面图。

图12是图示了根据本发明变型例1的摄像器件的一个示例的横截面图。

图13是图示了根据本发明变型例1的摄像器件的另一个示例的横截面图。

图14是图示了根据本发明变型例2的摄像器件的一个示例的横截面图。

图15是图示了根据本发明变型例2的摄像器件的另一个示例的横截面图。

图16A是图示了根据本发明变型例3的摄像器件的一个示例的横截面图。

图16B是图示了根据本发明变型例3的摄像器件的另一个示例的横截面图。

图17是图示了根据本发明变型例4的摄像器件的横截面图。

图18是根据应用例的电子装置的功能框图。

具体实施方式

下面，将参照附图详细说明本发明的一些实施例。应注意，将以下面的顺序进行说明。

1.第一实施例(在半导体基板的前面的周边区域内设置有二级凹部的示例)

1-1.基本构造

1-2.制造方法

1-3.操作和效果

2.第二实施例(在半导体基板的前面和背面的周边区域内设置有凹部的示例)

3.变型例1(在半导体基板的背面上设置有固定电荷膜的示例)

4.变型例2(遮光膜在沟槽内延伸的示例)

5.变型例3(在沟槽内设置有空气间隙的示例)

6.变型例4(具有分层结构的示例)

7.应用例(应用于电子装置)

<1.第一实施例>

图1以截面的方式图示了根据本发明第一实施例的摄像器件(摄像器件1)的构造(沿着图2中的I-I线)。图2图示了摄像器件1的总体构造。摄像器件1例如用于CCD图像传感器或CMOS图像传感器等，并且由含有多个像素(例如，像素P(参照图7))的受光区域110A和含有周边电路(例如，周边电路部130)的周边区域110B构成。受光区域110A具有这样的构造：其中，多个像素P以二维阵列排列。在像素之间，设置有像素分离沟槽11A(第一沟槽)。周边区域110B包括外部连接区域110C以及周边电路，并且设置有多个外部连接电极(电极焊盘1B)。在每个电极焊盘1B的周围，设置有使电极焊盘1B与半导体基板11绝缘的绝缘分离沟槽11B(第二沟槽)。

在实施例中，在半导体基板11的前面(表面S2)的与绝缘分离沟槽11B相面对的位置处设置有挖入部(凹部11C)。绝缘膜15嵌入在凹部11C中。在设置有绝缘分离沟槽11B的区域内的半导体基板11的厚度小于在设置有像素分离沟槽11A的区域内的半导体基板11的厚度。此外，像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B优选在相同的条件下在同一工序中形成。

(1-1.基本构造)

图3A图示了根据实施例的摄像器件1的受光区域110A的平面构造。图3B图示了周边区域110B的外部连接区域110C中的电极焊盘1B及其周边的平面构造。根据实施例的摄像器件1是背面照射型摄像器件，并且具有所谓的四像素供供给作为一个单元的构造，在该构造中，四个光电转换部(PD(光电二极管)12)共用需要的像素晶体管。

如图1所示，摄像元件1A包括位于构成受光部10的半导体基板11的前面(表面S2)侧的配线层20和支撑基板41。在配线层20中，设置有多条配线21并且在配线21之间设置有层间绝缘膜22。在背面(光入射面；受光面S1)侧，设置有包含片上透镜35等的聚光部30。

受光部10由半导体基板11和保护膜17构成。在半导体基板11中，例如，嵌入有PD12。PD 12具有将入射光转换为电子的功能(光电转换功能)。保护膜17设置在半导体基板11的背面。

半导体基板11例如由p型硅(Si)构成，并且在受光面S1侧在像素P之间设置有像素分离沟槽11A。像素分离沟槽11A在半导体基板11的厚度方向上(在Z方向上)延伸。如图3A所示，像素分离沟槽11A是以围绕像素P的格子形状设置的。像素分离沟槽11A被布置为与后面所述的FD(浮动扩散)13或源极/漏极区域21E至21H重叠。像素分离沟槽11A可以具有足够抑制串扰的深度(高度(h))，即，在FD 13或源极/漏极区域21E至21H的厚度等于或小于1um的情况下，优选0.25um至5um(包括两端值)。像素分离沟槽11A可以具有足够抑制串扰的宽度(W)，即，100nm至500nm(包括两端值)。

靠近半导体基板11的前面(表面S2)，设置有传输晶体管Tr1(参照图3A和图8B)。传输晶体管Tr1被构造为用来将PD 12中产生的信号电荷传输至垂直信号线Lsig(参照图7)。传输晶体管Tr1的栅极电极TG1包含在例如配线层20中。信号电荷可以是通过光电转换而产生的电子或空穴。本说明书对电子被读出作为信号电荷的示例情况进行说明。

靠近半导体基板11的表面S2，除了如上所述的传输晶体管Tr1，例如，还设置有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4等等。上述晶体管例如由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成，且上述晶体管构成用于每个像素P的电路。每个电路可以具有例如含有传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管的三晶体管构造。可替代地，每个电路可以具有增添了选择晶体管的四晶体管构造。除了传输晶体管以外的晶体管可以被像素共用。在四个像素之间(具体地，如图3A所示，在以两行、两列排列的PD 12的中心区域处)设置有FD 13。FD 13形成在半导体基板11的表面S2附近。FD 13是通过将n型杂质以高浓度注入到形成在半导体基板11的前面侧的p-阱层11y(参照图4的(D))中而形成的n型半导体区域。

PD 12例如是这样的n型半导体区域：该n型半导体区域是在半导体基板11(这里是Si基板)的厚度方向(Z方向)上为每个像素P而形成的。PD 12是具有设置于半导体基板11的前面和背面附近的p型半导体区域的pn结的光电二极管。应注意，半导体基板11在像素P之间设置有p型半导体区域(p型层11x和p-阱层11y，例如参见图4的(D))。应注意，像素分离沟槽11A形成在p型半导体区域内。像素分离沟槽11A的深度(在Z方向上)例如是0.25um至5um(包括两端值)。像素分离沟槽11A的端部不必达到形成在FD 13周围的p-阱层11y，而是只要像素分离沟槽11A设置在p型半导体区域内即可。使用设置在p型层11x中的像素分离沟槽11A可以获得足够的像素间绝缘分离效果。

传输晶体管Tr1由FD 13和传输栅极电极21A构成。在PD 12与FD13之间，传输栅极电极21A作为一条配线21被设置在半导体基板11的表面S2附近的配线层20中，配线之间设置有层间绝缘膜22。

在像素晶体管中，针对每四个共用FD 13的PD 12形成有复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。如图3A所示，像素晶体管位于由四个PD 12构成的组的一侧。

复位晶体管Tr2由一对源极/漏极区域21E和21F以及形成在源极/漏极区域21E和21F之间的复位栅极电极21B构成。放大晶体管Tr3由一对源极/漏极区域21F和21G以及形成在源极/漏极区域21F和21G之间的放大栅极电极21C构成。选择晶体管Tr4由一对源极/漏极区域21G和21H以及形成在源极/漏极区域21G和21H之间的选择栅极电极21D构成。

复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4均具有类似于传输晶体管Tr1的构造。换言之，与FD 13类似地，源极/漏极区域21E至21H均由形成在半导体基板11的p-阱层11y中的n型高浓度杂质区域构成。

保护膜17填充在像素分离沟槽11A中，并使半导体基板11的受光面S1平坦化。保护膜17例如由氮化硅(Si₂N₃)、二氧化硅(SiO₂)和氮氧化硅(SiON)等的单层膜或层叠膜构成。保护膜17的厚度例如优选0.05um至0.30um(包括两端值)。

聚光部30设置在受光部10的受光面S1侧，并且包括光入射侧的作为光学功能层的片上透镜35。片上透镜35被布置为与各像素P的PD 12面对。在受光部10(具体地，保护膜17)与片上透镜35之间，从受光部10侧依次层叠有平坦化膜32和滤色器34。在像素P之间的保护膜17上，设置有遮光膜33。

片上透镜35被构造用来使光能够朝向受光部10(具体地，朝向受光部10的PD 12)聚焦。片上透镜35的透镜系统被设定为根据像素P的尺寸的值，例如，0.05um至1.00um(包括两端值)。片上透镜35的折射率例如是1.4至2.0(包括两端值)。透镜材料的示例包括有机材料和二氧化硅膜(SiO₂)等等。

遮光膜33在保护膜17上设置于像素P之间例如与像素分离沟槽11A相面对的位置处。遮光膜33被构造用来抑制邻近像素之间的由于倾入射光的串扰而导致的混色。遮光膜33的材料的示例例如包括钨(W)、铝(Al)以及铜(Cu)铝合金等。遮光膜33的厚度例如是20nm至5000nm(包括两端值)。

平坦化膜32例如由氮化硅(Si₂N₃)、二氧化硅(SiO₂)和氮氧化硅(SiON)等的单层膜或层叠膜构成。

滤色器34例如是红色(R)滤色器、绿色(G)滤色器、蓝色(B)滤色器和白色(W)滤色器之一。滤色器34例如是针对每个像素P设置的。滤色器34以规则的颜色阵列(例如，以拜耳阵列)排列。通过设置滤色器34，能够获得与颜色阵列相对应的颜色受光数据。

支撑基板41位于配线层20的与半导体基板11侧相反的表面。支撑基板41被设置用于在制造过程中确保半导体基板11的强度，并且支承基板41例如由硅(Si)基板构成。

在受光区域110A的周围设置有周边区域110B。周边区域110B包括外部连接区域110C。在外部连接区域110C中，设置有对外连接的多个电极焊盘1B。电极焊盘1B具有这样的构造：其中，配线23在孔14中露出。配线23设置在与形成于配线层20中的配线21相同的层上。孔14设置在配线23上。在电极焊盘1B的周围，如图3B所示，设置有绝缘分离沟槽11B。

绝缘分离沟槽11B使电极焊盘1B与半导体基板11电绝缘，并且与上述的像素分离沟槽11A类似地，从半导体基板11的背面(受光面S1)侧设置。在本实施例中，在半导体基板11的前面(表面S2)的与绝缘分离沟槽11B相面对的位置处设置有具有深度差的凹部11C。凹部11C填充有绝缘膜15。凹部11C可以具有这样的深度(在Z方向上)：该深度足够通过凹部11C和绝缘分离沟槽11B分离半导体基板11。这使得能够抑制从电极焊盘1B向周围的半导体基板11的泄漏。应注意，凹部11C可以具有两个或以上的深度差，或可以是没有深度差的简单挖入结构。凹部11C的纵横比优选等于或大于0.5，以此确保构成绝缘膜15的绝缘材料的嵌入性并且以此防止未与绝缘分离沟槽11B对准。具体地，在绝缘分离沟槽11B的深度是5um的情况下，凹部11C的深度等于或大于1um且宽度等于或大于0.5um。

例如，可以如下地制造摄像器件1。

(制造方法)

首先，对半导体基板11的表面S2侧实施两级蚀刻以形成凹部11C。具体地，如图4的(A)所示，在半导体基板11的表面S2的外部连接区域110C内，例如，通过干法蚀刻将凹部11a形成至例如300nm的深度(h)。其后，如图4的(B)所示，在凹部11a内再次进行蚀刻以将凹部11b形成至例如500nm的深度(h)。由此形成了凹部11C。其后，如图4的(C)所示，例如，通过PVD将SiN嵌入凹部11C中以形成绝缘膜15。

接着，在半导体基板11的表面S2侧形成配线层20。具体地，如图4的(D)所示，例如，在半导体基板11的表面S2附近形成诸如传输晶体管Tr1等晶体管和诸如逻辑电路等周边电路。关于半导体基板11，例如，使用Si基板。其后，通过将离子注入到半导体基板11中，形成杂质半导体区域(p型层11x、p-阱层11y和构成PD 12的n型半导体区域)。更加具体地，在与各像素P相对应的位置处形成n型半导体区域(PD 12)，而在像素之间形成p型半导体区域。其后，如图5的(A)所示，将支撑基板41接合至配线层20。

其后，如图5的(B)所示，在半导体基板11的受光面S1的预定位置处，具体地，在像素P之间的p型半导体区域和在外部连接区域110C中的形成有凹部的区域，例如通过干法蚀刻将像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B形成至例如3000nm的深度(h)。

接着，如图5的(C)所示，在半导体基板11的受光面S1侧通过CVD形成例如SiO₂膜以形成保护膜17。与此同时，SiO₂膜被嵌入像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中。其后，如图6的(A)所示，在保护膜17上，通过使用例如溅射或CVD的沉积工艺和使用例如光刻的图案化工艺等形成遮光膜33。接着，如图6的(B)，在保护膜17和遮光膜33上形成平坦化膜32。其后，在平坦化膜32上依次形成拜耳阵列布置的滤色器34和片上透镜35。这样，完成了包含摄像元件1A和电极焊盘1B的摄像器件1。

(总体构造)

图7以框图的形式图示了摄像器件1的总体构造。图像显示器件1构成例如CMOS图像传感器，并且包括处于半导体基板11中心的作为摄像区的受光区域110A。在受光区域110A的周边设置有周边电路部130。周边电路部130例如包括行扫描部131、系统控制部132、水平选择部133和列扫描部134。

受光区域110A包括以矩阵阵列二维排列的多个单位像素P(对应于摄像元件1A)。单位像素P与针对各像素行的像素驱动线Lread(具体地，行选择线和复位控制线)接线，并与针对各像素列的垂直信号线Lsig接线。像素驱动线Lread被构造用来传输用于从像素读出信号的驱动信号。像素驱动线Lread的端部连接到与行扫描部131的各行相对应的输出端子。

行扫描部131由移位寄存器和地址译码器等构成。行扫描部131是被构造用来例如以行为单位驱动像素区域1a内的每个像素P的像素驱动部。通过各条垂直信号线Lsig将从行扫描部131选择的像素行中的每个像素P输出的信号供给至水平选择部133。水平选择部133由为每条垂直信号线Lsig而设置的放大器和水平选择开关等构成。

列扫描部134由移位寄存器和地址译码器等构成。列扫描部134被构造用来扫描水平选择部133的每个水平选择开关并依次驱动它们。通过列扫描部134的选择性扫描，依次将每个像素P中产生的并通过每条垂直信号线Lsig被传输的信号输出至水平信号线135。然后，通过水平信号线135将信号传输至半导体基板11的外部。

由行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和水平信号线135构成的电路部可以直接设置在半导体基板11上，或者设置在外部控制IC上。可替代地，上述电路部可以设置在通过电缆等连接的另一基板上。

系统控制部132被构造用来接收从半导体基板11的外部提供的时钟或者指示操作模式的数据等等，并被构造用来输出摄像器件1的内部信息。此外，系统控制部132包括例如被构造用来生成各种类型时序信号的时序发生器。系统控制部132被构造用来根据在时序发生器中生成的各种类型的时序信号来进行诸如行扫描部131、水平选择部133和列扫描部134等周边电路的驱动控制。

(摄像元件的操作)

在用作摄像器件的像素P的摄像元件1A中，例如，可以如下地获得信号电荷(在这里，电子)。入射光L通过片上透镜35进入受光部10。光L穿过滤色器34等，从而被每个像素P中的PD 12检测(吸收)。因此，红色、绿色或蓝色的颜色光经过光电转换。在PD 12中产生的电子-空穴对中，电子运动到半导体基板11(例如，Si基板中的n型半导体区域)以被保存。空穴运动到p型区域被排出。

(操作和效果)

图8A和图8B分别以截面的方式图示了根据比较例(图8A)和实施例(图8B)的像素Tr部A(沿着图3A所示的显示器件1中的I-I线)、TG部B(沿着II-II线)和焊盘部C(沿着III-III线)的构造。在受光区域中，在像素之间设置有像素分离沟槽。绝缘分离沟槽使电极焊盘与周围的半导体基板电绝缘。像素分离沟槽和绝缘分离沟槽均属于在半导体基板的深度方向上形成绝缘分离部的技术。因此可以通过同时形成像素分离沟槽和绝缘分离沟槽来减少制造工序的数量。然而，因为绝缘分离沟槽穿透半导体基板，所以在基于绝缘分离沟槽1100B形成像素分离沟槽1100A的情况下，如图8A所示，像素分离沟槽1100A的端部达到复位晶体管Tr2的沟道形成区域或FD 1300。这可能造成电荷传输困难等缺点。

与此同时，考虑到对复位晶体管Tr2或FD 1300的损坏，可以分别单独形成像素分离沟槽1100A和绝缘分离沟槽1100B。在这种情况下，在将绝缘材料嵌入到各个沟槽时，绝缘材料的沉积时间变长并且沉积在半导体基板1100的背面上的绝缘膜变厚。这可能造成像素间的混色。

另一方面，在根据实施例的显示器件1中，如图8B所示，在半导体基板11的前面(表面S2)侧，面对着绝缘分离沟槽11B的凹部11C被形成至与像素分离沟槽11A的深度相对应的深度。具体地，在与像素分离沟槽11A相同的工序中并在相同的条件下形成绝缘分离沟槽11B的过程中，将凹部形成至使绝缘分离沟槽11B足以穿透半导体基板11的深度。因此，能够在不降低聚焦特性的情况下在同一工序中形成像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B。

如上所述，在实施例中，在其上形成有绝缘分离沟槽11B的表面(半导体基板11的背面(受光面S1))的相反表面(前面，表面S2)上形成凹部11C。绝缘分离沟槽11B使形成在周边区域110B的外部连接区域110C内的电极焊盘1B绝缘。因此，半导体基板11在设置有像素分离沟槽11A的区域的厚度与在设置有绝缘分离沟槽11B的区域的厚度具有差异。具体地，在半导体基板11中，设置有绝缘分离沟槽11B的区域的厚度小于设置有像素分离沟槽11A的区域的厚度。因此能够在相同的条件下在同一工序中形成绝缘分离沟槽11B和受光区域110A中的位于像素之间的像素分离沟槽11A。换言之，能够在不降低聚焦特性的情况下减少工序的数量。

<2.第二实施例>

图9以截面的方式图示了根据本发明第二实施例的摄像器件(摄像器件2)的构造。类似于上述的第一实施例，摄像器件2是背面照射型摄像器件，并且具有这样的构造：其中，多个像素P以二维阵列排列。根据实施例的摄像器件2与上述实施例的不同之处在于：在半导体基板11的外部连接区域110C中，在形成有绝缘分离沟槽11B以使电极焊盘1B与周围绝缘的位置处，在前面(表面S2)和背面(受光面S1)形成有凹部11C和凹部11D。

例如，可以如下地制造摄像器件2。

首先，如图10的(A)所示，在半导体基板11的表面S2上的外部连接区域110C内，例如通过干法蚀刻将凹部11a(第一挖入部)形成至例如300nm的深度(h)。其后，如图10的(B)所示，通过PVD将例如SiN嵌入凹部11C以形成绝缘膜15。其后，类似于第一实施例，如图10的(C)所示，在半导体基板11的表面S2侧形成配线层20，并且通过将离子注入到半导体基板11中来形成杂质半导体区域(p型层11x、p-阱层11y和构成PD 12的n型半导体区域)。接着，将支撑基板41接合至配线层20。

其后，如图11的(A)所示，在半导体基板11的受光面S1的预定位置处，具体地，在与设置于半导体基板11的表面S2中的凹部11C相面对的位置处，例如通过干法蚀刻形成凹部11D(第二挖入部)。接着，如图11的(B)所示，在半导体基板11中，在像素P之间和凹部11D中分别将像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B形成至例如3000nm的深度(h)。

其后，如图11的(C)所示，在半导体基板11的受光面S1侧，通过CVD形成例如SiO₂膜以形成保护膜17。与此同时，所述SiO₂膜被嵌入像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中。其后，通过与第一实施例类似的方法形成滤色器34和片上透镜35等等。由此获得了摄像器件2。

在根据实施例的摄像器件2及其制造方法中，通过在半导体基板11的前面(表面S2)和背面(受光面S1)形成凹部11C和凹部11D来调整位于形成在电极焊盘1B周围的绝缘分离沟槽11B处的半导体基板11的厚度。此外，摄像器件2具有类似于摄像器件1的构造，并且它们的操作和效果也类似。

<3.变型例1>

图12和图13分别以截面的方式图示了根据如上所述的第一和第二实施例的变型例1的摄像器件3和摄像器件4的构造。类似于上述的第一实施例，摄像器件3和4均是背面照射型摄像器件，并且均具有这样的构造：其中，多个像素P以二维阵列排列。根据变型例的摄像器件3和4与第一和第二实施例的不同之处在于：在半导体基板11的整个背面(包括像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B)上设置有固定电荷膜16。

固定电荷膜16具有负的固定电荷，并且设置在半导体基板11的包括像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B的侧面和底面的整个背面上。作为固定电荷膜16的材料，可以优选使用具有负的固定电荷的高介电材料。具体的示例包括二氧化铪(HfO₂)、二氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、二氧化钛(TiO₂)和氧化钽(Ta₂O₅)等等。这些氧化物已经被用于绝缘栅极场效应晶体管的栅极绝缘膜等，并且它们的沉积方法是已经确立的。因此，可以容易地沉积这些氧化物。特别地，具有相对高折射率的HfO₂(具有2.05的折射率)、Ta₂O₅(具有2.16的折射率)和TiO₂(具有2.20的折射率)的使用可以为固定电荷膜16增加抗反射效果。如上所述材料以外的其它材料的示例包括稀土元素的氧化物。具体地，镧(La)、镨(Pr)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和钇(Y)中各者的氧化物。应注意，在不降低绝缘特性的一定范围内，上述的氧化物可以掺杂硅(Si)。在替代方案中，除了氧化物以外，可以使用诸如氮化铪、氮化铝、氮氧化铪和氮氧化铝等氮化物或氮氧化物。在固定电荷膜16中添加Si或Ni有助于改善耐热特性或防止制造过程中的离子注入的能力。

如上所述，在变型例中，在半导体基板11的背面(受光面S1)上形成有具有负电荷的绝缘膜(固定电荷膜16)。因此，在与固定电荷膜16接触的表面上形成了反转层。因此，除了上述实施例的效果以外，还能够获得如下效果：抑制了暗电流发生并且反转层钉扎硅界面。还能够抑制由于在形成像素分离沟槽11A时发生的物理损伤而造成的钉扎失败。

<4.变型例2>

图14和图15分别图示了根据上述变型例1的变型例2的摄像器件(摄像器件5和6)的截面构造。类似于上述的第一实施例等，摄像器件5和6均是背面照射型摄像器件，并且均具有这样的构造：其中，多个像素P以二维阵列排列。根据变型例的摄像器件5和6与变型例1的不同之处在于：遮光膜33在像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中延伸。

如上所述，在变型例中，遮光膜33在像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中延伸。因此，除了上述变型例的效果以外，还能够获得这样的效果：抑制了相邻像素P之间的光学混色的发生。

应注意，变型例也可以应用于上述的第一和第二实施例。换言之，在像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中没有设置固定电荷膜16的情况下，通过使遮光膜33在像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中延伸，能够获得与本变型例相同的效果。

<5.变型例3>

图16A和图16B图示了根据变型例3的摄像器件7A和7B的截面构造。根据上述实施例等的摄像器件1至6还可以包括像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中的空气间隙G。可以通过高沉积速度的CVD(化学气相沉积)或通过溅射来形成像素分离沟槽11A和绝缘分离沟槽11B中的空气间隙G。

如上所述，除了上述实施例等的效果以外，还能够获得这样的效果：通过在每个沟槽中设置空气间隙G，增大了折射率的差值，并且获得更高的反射功能。

<6.变型例4>

图17图示了根据上述的第一实施例等的变型例4的摄像器件8的截面构造。类似于上述的实施例等，根据本变型例的摄像器件8是背面照射型摄像器件。摄像器件8是层叠型摄像器件，其中，第一半导体芯片81和第二半导体芯片82彼此电连接以构成一个半导体芯片。第一半导体芯片81装载着受光区域110A和控制电路。第二半导体芯片82装载着含有信号处理电路的逻辑电路。如图17所示，本发明的实施例可以适用于这样的层叠型摄像器件。

<7.应用例>

根据如上所述第一、第二实施例和变型例1至4的摄像器件1至8可以被搭载在例如相机系统(诸如数码相机或摄像机等)和移动电话等以各种类型的具有拍照功能的电子装置上。作为示例，图18图示了相机(电子装置)的总体构造。电子装置9例如是能够拍摄静态图像或动态图像的摄像机。电子装置9包括摄像器件(例如，摄像器件1)、光学系统(光学透镜)310、快门器件311、信号处理部312和驱动部313。

光学系统310被构造用来将来自被摄物体的图像光(入射光)引导向摄像器件1的像素区域1a。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门器件311被构造用来控制关于摄像器件1的光照期间和遮光期间。驱动部313被构造用来控制快门器件311的快门操作和摄像器件1的传输操作。信号处理部312被构造用来对从摄像器件1输出的信号进行各种类型的信号处理。信号处理后的图画信号Dout可以例如存储在诸如存储器等记录介质中或输出至监视器等。

尽管已经通过给出第一、第二实施例和变型例1至4进行了说明，但是本发明的内容不限于上述的实施例等，且可以以各种方式进行修改。例如，尽管在上述的实施例等中已经以PD 12形成在半导体基板11的背面(光入射面)侧的情况作为示例，但是PD 12可以设置在半导体基板11的前面侧，即，设置于半导体基板11与配线层20之间。应注意，在这种情况下，具有宽禁带宽度的第二区域12B也可以优选设置在光入射面侧。

此外，在受光部10与聚光部30的滤色器34之间可以设置有内部透镜(未图示)。

此外，不必包括上述实施例等所述的所有构成元件，并且还可以包括上述元件以外的一个或多个元件。

应注意，本说明书中所述的效果仅是示例性的而不是限制性的，还可以显示出其它效果。

根据本发明的上述示例性实施例，能够实现至少下面的构造。

(1)一种摄像器件，其包括：

第一沟槽，所述第一沟槽设置在半导体基板的受光区域内的多个像素之间，所述半导体基板包括周边区域和所述受光区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的所述多个像素；和

第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述半导体基板的所述周边区域内，

其中，所述半导体基板的设置有所述第一沟槽的部分的厚度与所述半导体基板的设置有所述第二沟槽的部分的厚度不同。

(2)根据(1)所述的摄像器件，其中，在所述半导体基板中，设置有所述第二沟槽的部分的厚度小于设置有所述第一沟槽的部分的厚度。

(3)根据(1)或(2)所述的摄像器件，还包括挖入部，所述挖入部设置在所述半导体基板的一个表面或两个表面的面对着所述第二沟槽的区域内。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的摄像器件，其中，所述第一沟槽分离所述多个像素中各像素的所述光电转换部。

(5)根据(1)至(4)中任一项所述的摄像器件，还包括设置在所述周边区域内的外部连接电极，

其中，所述第二沟槽设置在所述外部连接电极的周围。

(6)根据(3)至(5)中任一项所述的摄像器件，其中，所述挖入部填充有绝缘材料。

(7)根据(1)至(6)中任一项所述的摄像器件，其中，所述第二沟槽穿透所述半导体基板。

(8)一种摄像器件的制造方法，所述方法包括如下步骤：

在半导体基板的一个表面的周边区域内设置挖入部，所述半导体基板包括受光区域和所述周边区域，所述受光区域设置有均含有光电转换部的多个像素；并且

在所述半导体基板的另一个表面设置第一沟槽和第二沟槽，所述第一沟槽设置在所述受光区域内，所述第二沟槽设置在所述周边区域的面对着所述挖入部的位置处。

(9)根据(8)所述的摄像器件的制造方法，其中，通过两级蚀刻形成所述挖入部。

(10)根据(8)或(9)所述的摄像器件的制造方法，还包括步骤：在设置所述挖入部作为第一挖入部之后，设置第二挖入部，所述第二挖入部设置在所述半导体基板的所述另一个表面的面对着所述第一挖入部的位置处。

(11)根据(9)或(10)所述的摄像器件的制造方法，还包括步骤：将绝缘材料嵌入到所述挖入部中。

(12)一种设置有摄像器件的电子装置，所述摄像器件是如(1)至(7)中任一项所述的摄像器件。

本领域技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明随附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合以及改变。

Claims

1.一种光检测器件，其包括：

第一半导体基板，所述第一半导体基板具有受光区域和周边区域，所述受光区域包括多个光电转换区域；

第一沟槽，在横截面图中，所述第一沟槽设置在所述受光区域中相邻的光电转换区域之间；

浮动扩散区域，在所述横截面图中，所述浮动扩散区域设置在所述第一沟槽的下方；

第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述周边区域中；

布线层，所述布线层设置在所述第一半导体基板的第一侧，所述第一侧与所述第一半导体基板的光入射侧相反；以及

凹部，在所述第一半导体基板中，所述凹部设置在所述第一半导体基板的所述第一侧，

其中，在所述横截面图中，所述第二沟槽与所述凹部接触。

2.根据权利要求1所述的光检测器件，还包括：第一绝缘膜，在所述周边区域中，所述第一绝缘膜设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方，并且在所述横截面图中，所述第一绝缘膜从所述光入射侧连续地设置到所述第二沟槽。

3.根据权利要求2所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜包括金属氧化物。

4.根据权利要求3所述的光检测器件，其中，所述金属氧化物包括氧化铪、氧化铝或氧化钽。

5.根据权利要求2所述的光检测器件，其中，在所述受光区域中，所述第一绝缘膜设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方，并且所述第一绝缘膜从所述第一沟槽连续地设置到所述周边区域中所述第一半导体基板的所述光入射侧。

6.根据权利要求2所述的光检测器件，还包括：第二绝缘膜，所述第二绝缘膜设置在所述凹部中。

7.根据权利要求6所述的光检测器件，其中，所述第二绝缘膜包括氮化硅。

8.根据权利要求6所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜接触。

9.根据权利要求8所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜之间的接触点位于所述凹部的内部。

10.根据权利要求1所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，空隙设置在所述第二沟槽中。

11.根据权利要求1所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，遮光膜设置在所述第二沟槽中。

12.根据权利要求11所述的光检测器件，其中，所述遮光膜包括金属。

13.根据权利要求2所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜从所述第一半导体基板的所述光入射侧延伸至所述凹部中。

14.根据权利要求1所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，所述凹部的宽度大于所述第二沟槽的宽度。

15.根据权利要求1所述的光检测器件，还包括：片上透镜，在所述受光区域中，所述片上透镜设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方。

16.根据权利要求1所述的光检测器件，还包括：滤色器，在所述受光区域中，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方。

17.根据权利要求1所述的光检测器件，其中，所述受光区域包括像素，所述像素被配置成输出信号电荷。

18.根据权利要求1所述的光检测器件，其中，所述浮动扩散区域不与所述第一沟槽接触。

19.根据权利要求1所述的光检测器件，还包括：第二半导体基板，所述第一半导体基板层叠在所述第二半导体基板上，且电连接至所述第二半导体基板。

20.一种光检测器件，其包括：

第二沟槽，所述第二沟槽设置在所述周边区域中；

第一绝缘膜，所述第一绝缘膜设置在所述第二沟槽中；

布线层，所述布线层设置在所述第一半导体基板的第一侧，所述第一侧与所述第一半导体基板的光入射侧相反；

凹部，在所述第一半导体基板中，所述凹部设置在所述第一半导体基板的所述第一侧；以及

第二绝缘膜，所述第二绝缘膜设置在所述凹部中，

其中，在所述横截面图中，所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜接触。

21.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜还设置在所述第一沟槽中。

22.根据权利要求21所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜还设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方，并且从所述第一半导体基板的所述光入射侧连续地设置到所述第一沟槽和所述第二沟槽。

23.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜包括金属氧化物。

24.根据权利要求23所述的光检测器件，其中，所述金属氧化物包括氧化铪、氧化铝或氧化钽。

25.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述第二绝缘膜包括氮化硅。

26.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，所述第一绝缘膜与所述第二绝缘膜之间的接触点位于所述凹部的内部。

27.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，空隙设置在所述第二沟槽中。

28.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，遮光膜设置在所述第二沟槽中。

29.根据权利要求28所述的光检测器件，其中，所述遮光膜包括金属。

30.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述第一绝缘膜从所述第二沟槽延伸至所述凹部中。

31.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，在所述横截面图中，所述凹部的宽度大于所述第二沟槽的宽度。

32.根据权利要求20所述的光检测器件，还包括：片上透镜，在所述受光区域中，所述片上透镜设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方。

33.根据权利要求20所述的光检测器件，还包括：滤色器，在所述受光区域中，所述滤色器设置在所述第一半导体基板的所述光入射侧的上方。

34.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述受光区域包括像素，所述像素被配置成输出信号电荷。

35.根据权利要求20所述的光检测器件，其中，所述浮动扩散区域不与所述第一沟槽接触。

36.根据权利要求20所述的光检测器件，还包括：第二半导体基板，所述第一半导体基板层叠在所述第二半导体基板上，且电连接至所述第二半导体基板。