光电转换装置及装备

技术领域

本发明涉及光电转换装置及装备。

背景技术

在以例如图像捕获装置为代表的光电转换装置的开发领域中，已提出了背面照射型传感器和将传感器用基板和信号处理电路用基板堆叠在一起的堆叠型传感器，以实现例如光电转换装置的尺寸减小、灵敏度更高、多功能化。国际专利公布No.WO 2020/262643讨论了其中堆叠第一半导体层和第二半导体层的配置。在第一半导体层中，部署光电转换单元和转移晶体管，并且在第二半导体层中，部署包括放大晶体管、复位晶体管和选择晶体管的读出电路。通过国际专利公布No.WO 2020/262643中讨论的这种配置，实现了更高的像素密度。国际专利公布No.WO 2020/262643还讨论了在选择晶体管的栅极和放大晶体管的栅极中的每一个中形成硅化物以减小电阻值的技术。

发明内容

根据本发明的一方面，一种光电转换装置包括：第一构件，包括在第一半导体层中的光电转换单元和转移晶体管，该转移晶体管被配置为转移在光电转换单元中生成的电荷；第二构件，包括在第二半导体层中的读出电路，该读出电路被配置为输出基于从转移晶体管转移的电荷的信号；以及第三构件，包括在第三半导体层中的信号处理电路，该信号处理电路被配置为处理信号，其中包括在第一构件中的第一布线结构部署在第一半导体层与第二半导体层之间，并且包括在第二构件中的第二布线结构和包括在第三构件中的第三布线结构堆叠在第二半导体层与第三半导体层之间，其中读出电路被配置为经由部署在第二布线结构中的输出线将信号从第二构件输出到第三构件，其中构成读出电路的晶体管的源极区域或漏极区域包括自对准硅化物(salicide)结构，并且其中扩散防止层部署在第一半导体层与第二半导体层之间，该扩散防止层防止包括在自对准硅化物结构中的金属的扩散。

通过以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步特征将变得清楚。

附图说明

图1是图示根据第一示例性实施例的光电转换装置的配置的图。

图2是图示根据第一示例性实施例的光电转换单元和读出电路的示意性配置的电路图。

图3是图示根据第一示例性实施例的光电转换装置的配置的示意性截面图。

图4A至图4C是图示根据第一示例性实施例的光电转换装置的制造方法的截面图。

图5A和图5B是图示根据第一示例性实施例的光电转换装置的制造方法的截面图。

图6是图示根据第一示例性实施例的光电转换装置的制造方法的截面图。

图7A和图7B是图示根据第二示例性实施例的光电转换装置的制造方法的截面图。

图8A和图8B是图示根据第二示例性实施例的光电转换装置的制造方法的截面图。

图9是图示根据第三示例性实施例的光电转换装置的配置的示意性截面图。

图10A至图10C是图示根据第四示例性实施例的装备的配置的图。

具体实施方式

就用于降低构成读出电路的晶体管的源极/漏极电阻的技术而言，国际专利公布No.WO 2020/262643中的讨论可能是不够的。实施例的一方面涉及提供一种与国际专利公布No.WO 2020/262643中讨论的读出电路中包括的晶体管相比能够以低电阻高速驱动的光电转换装置。

以下示例性实施例旨在实施本公开的技术思想，而非旨在限制本公开。为了描述清楚起见，附图中图示的构件的一些尺寸和位置关系被放大。在下面的描述中，相同的组件由相同的附图标记表示，并且可以省略冗余的描述。如果不存在技术问题，一些示例性实施例中描述的组件可以与其它示例性实施例中描述的组件替换或组合。

在下面的描述中，根据需要使用指定特定方向或位置的术语，例如“上”、“下”、“右”、“左”以及包括这些术语的其它术语。使用这些术语是为了参考附图清楚地理解本公开，并且本公开的技术范围不受这些术语的含义限制。换句话说，例如，上下颠倒的组件也属于本公开的技术范围。

在下面的示例性实施例中，将描述光电转换装置和包括该光电转换装置的装备。光电转换装置的示例包括图像捕获装置、距离测量装置和光度测定装置。距离测量装置例如是使用焦点检测或飞行时间(ToF)来测量距离的装置。光度测定装置例如是测量入射光量的装置。

以下示例性实施例中描述的半导体区域的导电类型、阱的导电类型以及注入的掺杂剂仅是示例，并且不仅仅限于示例性实施例中描述的导电类型和掺杂剂。示例性实施例中描述的导电类型和掺杂剂可以适当地改变，并且半导体区域和阱中的每一个的电位可以根据该改变而适当地改变。

以下示例性实施例中描述的晶体管的导电类型仅仅是示例，并且不仅仅限于示例性实施例中描述的导电类型。示例性实施例中描述的导电类型可以被适当地改变。在下面的描述中，例如，n型半导体被描述为第一导电类型半导体，并且p型半导体被描述为第二导电类型半导体。但是，这些导电类型可以颠倒。

在下面的示例性实施例中，将给出电路元件之间的连接的描述。在这种情况下，即使另一个元件位于感兴趣的元件之间，除非另有描述，否则感兴趣的元件也被视为彼此电连接。这种情况的示例是元件A连接到具有多个节点的电容器元件C的一个节点，并且元件B连接到电容器元件C的另一个节点。即使在这种情况下，除非另有描述，否则元件A和元件B被视为彼此电连接。

示例性实施例中描述的金属构件，诸如导线和焊盘，可以由金属元素组成，或者可以由金属(合金)的混合物组成。例如，被描述为铜线的导线可以由铜组成，或者可以主要由铜组成并且还可以包含其它成分。例如，连接到外部端子的焊盘可以由铝组成，或者可以主要由铝组成并且还可以包含其它成分。铜线和铝焊盘的材料仅仅是示例，并且可以用各种类型的金属代替。

图1图示了根据第一示例性实施例的光电转换装置的配置示例。该光电转换装置是具有三维结构的图像捕获装置，其中包括第一构件10、第二构件20和第三构件30的三个基板接合在一起。第一构件10、第二构件20和第三构件30以此顺序堆叠。具体而言，第二构件20堆叠在第一构件10上，并且第三构件30堆叠在第二构件20上。

第一构件10包括用于光电转换的多个传感器单元12。第一构件10的半导体层(第一半导体层)100具有传感器区域13。多个传感器单元12在传感器区域13中布置为矩阵。每个传感器单元12也被称为“像素”。

第二构件20包括在半导体层(第二半导体层)200中的读出电路22。读出电路22各自被配置为输出基于从传感器单元12输出的信号电荷的信号。例如，每个读出电路22在对应的四个传感器单元12之间共享。第二构件20还包括在行方向上伸长的多条驱动线24和在列方向上伸长的多条输出线25。驱动线24是用于控制读出电路22中所包括的晶体管的控制线。例如，驱动线24电连接到复位晶体管的栅极和选择晶体管的栅极。输出线25是将来自传感器单元12的输出信号输入到第三构件30的线。

第三构件30包括在半导体层(第三半导体层)300中的逻辑电路。逻辑电路被配置为处理从第二半导体层200输出的信号。逻辑电路包括例如垂直扫描电路42、列信号处理电路34、水平扫描电路35、存储器36和输出电路38。

水平扫描电路35经由输出电路38将从传感器单元12输出并存储在存储器36中的信号输出到光电转换装置的外部。例如，在逻辑电路中，可以在与晶体管的源极区域和漏极区域接触的杂质扩散区域的表面上形成包括通过自对准硅化物(salicide)工艺形成的硅化物结构的低电阻区域。下面将详细描述自对准硅化物工艺。

垂直扫描电路42例如逐行顺序选择多个传感器单元12。例如，列信号处理电路34对从由垂直扫描电路42选择的行中包括的传感器单元12输出的信号执行相关双采样(CDS)处理。例如，每个列信号处理电路34包括将从放大晶体管输出的信号(模拟信号)转换为数字信号的模数(AD)转换电路。存储器36保持基于由相应传感器单元12接收到的光量的数据。例如，水平扫描电路35将存储器36中保持的数据经由输出电路38顺序输出到光电转换装置的外部。控制电路(未图示)控制逻辑电路中的块的驱动，块例如是垂直扫描电路42、列信号处理电路34和水平扫描电路35。

图2是图示第一构件10中的传感器单元12的配置示例以及第二构件20中的读出电路22的配置示例的电路图。将给出四个传感器单元、即传感器单元12_a至12_d共享一个读出电路、即读出电路22的情况的描述，如图2中所示。这里使用的术语“共享”指示来自四个传感器单元12_a至12_d的输出信号被输入到共用读出电路、即读出电路22。在下面的描述中，当描述传感器单元12_a至12_d共用的特征时，有时将传感器单元12_a至12_d统称为传感器单元12。

例如，每个传感器单元12包括光电二极管PD、电连接到光电二极管PD的转移晶体管TR以及作为FD的一部分的第一浮动扩散(FD)节点FD1。将附图标记“a”至“d”添加到表示相应传感器单元12中的光电二极管和转移栅极的构件的附图标记的末尾。

读出电路22包括作为FD的另一个部分的第二FD节点FD2，该FD暂时保持经由转移晶体管TR从光电二极管PD输出的电荷。四个第一FD节点FD1_a至FD1_d连接到第二FD节点FD2。第二FD节点FD2是放大晶体管AMP的输入节点。

作为光电转换单元的光电二极管PD是基于接收到的光量生成电荷的元件。

光电二极管PD的阴极电连接到转移晶体管TR的源极。将供应给阱区域的电位被供应给光电二极管PD的阳极。光电二极管PD的阳极和阱区域电连接到参考电位，例如地电位。光电二极管PD部署在连接到参考电位线的阱区域中。转移晶体管TR的漏极电连接到FD，并且转移晶体管TR的栅极电连接到对应的驱动线24。

共享一个读出电路22的四个传感器单元12的FD彼此电连接，并且电连接到读出电路22的输入端。读出电路22包括例如复位晶体管RES、选择晶体管SEL以及放大晶体管AMP。选择晶体管SEL可以根据需要省略。

复位晶体管RES的作为读出电路22的输入端的源极电连接到FD。复位晶体管RES的漏极电连接到电源线(SVDD)。放大晶体管AMP的漏极电连接到电源线(SVDD)。复位晶体管RES的栅极电连接到对应的驱动线24。放大晶体管AMP的源极电连接到选择晶体管SEL的漏极，并且放大晶体管AMP的栅极电连接到复位晶体管RES的源极。选择晶体管SEL的作为读出电路22的输出端的源极电连接到对应的输出线25，并且选择晶体管SEL的栅极电连接到对应的驱动线24。

当转移晶体管TR接通至导通状态时，转移晶体管TR将电荷从光电二极管PD转移到FD。复位晶体管RES将FD的电位复位到预定电位。当复位晶体管RES接通时，复位晶体管RES将FD的电位复位到电源线(SVDD)的电位。选择晶体管SEL控制从读出电路22输出信号的定时。放大晶体管AMP生成电压与FD中保持的电荷的电平对应的信号。包括在源极跟随器放大器中的放大晶体管AMP输出电压基于光电二极管PD中生成的电荷电平的像素信号。当选择晶体管SEL接通时，放大晶体管AMP放大FD的电位，并且将基于该电位的电压经由输出线25输出到列信号处理电路34。转移晶体管TR、复位晶体管RES、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL例如是互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管。

选择晶体管SEL可以部署在电源线(SVDD)与放大晶体管AMP之间。在这种情况下，复位晶体管RES的漏极电连接到电源线(SVDD)和选择晶体管SEL。放大晶体管AMP的作为读出电路22的输出端的源极电连接到对应的输出线25。用于改变FD的电容值的开关也可以部署在复位晶体管RES与第二FD节点FD2之间的电路径上。

图3是根据本示例性实施例的光电转换装置的示意性截面图。这个截面图图示了在第一构件10、第二构件20和第三构件30中沿着穿过光电二极管PD和转移晶体管TR的栅极的线截取的光电转换装置的截面。

图3的下侧与光入射面侧对应，并且图3的上侧是光入射面侧的相对侧。由于图3是图示背面照射(BSI)型的配置示例的图，因此光入射面侧(下侧)可以被称为背面侧并且光入射面侧的相对侧(上侧)可以被称为前表面侧。

根据本示例性实施例的光电转换装置包括第一半导体层100、第二半导体层200和第三半导体层300。第一布线结构190部署在第一半导体层100与第二半导体层200之间。第二布线结构290和第三布线结构390部署在第二半导体层200与第三半导体层300之间。

包括传感器区域13的第一半导体层100包括光电转换单元111和FD 112。每个光电转换单元111包括第一导电类型、例如n型的半导体区域，生成信号电荷、例如电子，并累积信号电荷。围绕光电转换单元111的区域包括第二导电类型、例如p型的半导体区域。因而，形成光电转换单元111的第一导电类型的半导体区域和第二导电类型的半导体区域形成PN结二极管。每个FD 112包括第一导电类型、即n型的半导体区域。

在第一半导体层100上，部署转移晶体管TR的栅极电极120以将光电转换单元111中累积的电荷转移到对应的FD 112。当预定电压施加到栅极电极120时，形成沟道区域，并且信号电荷从光电转换单元111转移到FD 112。光电转换单元111通过隔离单元(未图示)彼此隔离。隔离单元具有将光电转换单元111彼此电隔离的功能。隔离单元可以包括由氧化硅等制成的绝缘部。通常，隔离单元使用硅的局部氧化(LOCOS)、浅沟槽隔离(STI)、深沟槽隔离(DTI)等形成。隔离单元可以包括形成势垒的半导体区域。通常，半导体区域是其中以与光电转换单元111中累积的信号电荷极性相反的电荷为主载流子的半导体区域。具体而言，半导体区域是第二导电类型、即p型的半导体区域，并且光电转换单元111和第二导电类型的半导体区域形成PN结。

图2图示了四个传感器单元12连接到一个放大晶体管AMP的配置，而图3图示了根据需要以简化的方式的图2的配置的截面图。

防止元素金属扩散的第一扩散防止层121部署在光电转换单元111、FD 112和栅极电极120上。第一扩散防止层121具有防止金属元素从第二半导体层200和第三半导体层300扩散到第一半导体层100的效果。下面将描述第二半导体层200和第三半导体层300中包括的金属元素。第一扩散防止层121由例如氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或碳化硅(SiC)制成。通常，第一扩散防止层121由氮化硅制成。当第一扩散防止层121部署在FD 112上时，接触电极被部署为与FD 112接触，因此第一扩散防止层121的部署在FD 112上的一部分被去除。

第二半导体层200部署在第一半导体层100上，并且绝缘膜130部署在第一半导体层100的前表面与第二半导体层200的背面之间。绝缘膜130是第一布线结构190的一部分。绝缘膜130例如由氧化硅(SiO)制成。

由一氧化硅(SiO)等制成的元件隔离区域201部署在第二半导体层200中。读出电路22部署在第二半导体层200中。如上所述，每个读出电路22包括例如复位晶体管RES、选择晶体管SEL和放大晶体管AMP。第一半导体层100和第二半导体层200在第一半导体层100的前表面和第二半导体层200的背面彼此面对的状态下接合。换句话说，第一半导体层100和第二半导体层200以面对背的方式接合。部署在第二半导体层200中的每个晶体管的源极/漏极区域211包括杂质扩散区域212和低电阻区域213。低电阻区域213是使用自对准硅化物工艺形成的硅化物结构。

自对准硅化物工艺包括(a)在半导体层上形成包括金属元素的膜，(b)执行硅化工艺，以及(c)去除金属元素。首先，通过物理气相沉积(PVD)方法等在半导体层的表面上形成包括金属元素的膜。接下来，加热半导体层，使得半导体层上的金属元素发生反应并形成硅化物。除半导体层以外的区域，例如部署在诸如氧化硅膜之类的绝缘膜上的金属膜，不经历硅化工艺，因此金属膜保持原样。接下来，执行溶液处理以选择性地去除形成在绝缘膜上的金属膜。通过这种工艺，在没有绝缘膜的晶体管的栅极、源极和漏极区域上保留硅化物。由于如上所述以自对准方式形成硅化物，所以该工艺被称为“自对准硅化物工艺”。

如果充当源极或漏极区域的半导体区域和诸如接触电极之类的金属在半导体区域和金属彼此接触的状态下被加热，那么半导体区域与金属之间的接触部分可能被硅化。在这种情况下，硅化物与金属接触，但不与绝缘膜接触。在本说明书中，在这种工艺中形成的硅化物不包括在自对准硅化物结构和硅化物结构中。

形成硅化物结构的金属元素例如是选自包括钛、镍、钴、钨、钼、钽、铬、钯和铂的组中的至少一种，或主要包括这些当中的任何元素的合金。例如，部署在第二半导体层200中的每个晶体管的源极/漏极区域211上的硅化物结构是硅化钴，并且形成硅化物结构的金属元素是钴。

部署覆盖部署在第二半导体层200中的每个晶体管的源极/漏极区域211和栅极电极214的第二扩散防止层217。第二扩散防止层217具有防止低电阻区域213中包括的金属元素扩散的效果。第二扩散防止层217例如由氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或碳化硅(SiC)制成。

在本示例性实施例中，第一半导体层100和第二半导体层200以面对背的方式接合。在其中第一半导体层100和第二半导体层200以面对面的方式接合的配置的情况下，部署在第二半导体层200中的低电阻区域213与光电转换单元111之间的距离小。在这种情况下，低电阻区域213中形成的硅化物结构中的金属元素很可能扩散到光电转换单元111并变为光电转换单元111中的噪声成分。另一方面，在其中第一半导体层100和第二半导体层200以面对背的方式接合的配置的情况下，低电阻区域213与光电转换单元111之间的距离长。因此，形成在低电阻区域213中的硅化物结构中的金属元素难以扩散到光电转换单元111，因此不太可能在光电转换单元111中引起噪声成分。因而，在本示例性实施例中，采用其中第一半导体层100和第二半导体层200以面对背的方式接合的配置。

绝缘膜230和330部署在第二半导体层200的前表面与第三半导体层300的前表面之间。绝缘膜230是第二布线结构290的一部分，并且绝缘膜330是第三布线结构390的一部分。绝缘膜230和330例如由一氧化硅(SiO)制成。

构成逻辑电路的晶体管部署在第三半导体层300中。

第二半导体层200和第三半导体层300在第二半导体层200的前表面和第三半导体层300的前表面彼此面对的状态下接合。换句话说，第二半导体层200和第三半导体层以面对面的方式接合。

部署在第三半导体层300中的晶体管小于部署在第二半导体层200中的晶体管。如上所述，部署在第三半导体层300中的晶体管构成逻辑电路。逻辑电路包括例如垂直扫描电路42、列信号处理电路34和水平扫描电路35。列信号处理电路34包括例如AD转换电路。部署在第三半导体层300中的每个晶体管的源极/漏极区域311包括杂质扩散区域312以及低电阻区域313和316。低电阻区域313和316具有使用自对准硅化物工艺形成的硅化物结构。形成硅化物结构的金属元素例如为选自包括钛、镍、钴、钨、钼、钽、铬、钯和铂的组中的至少一种，或以这些元素中的任何一种为主组成的合金。例如，部署在第三半导体层200中的每个晶体管的源极/漏极区域211上的硅化物结构是硅化镍，并且形成硅化物结构的金属元素是镍。换句话说，形成部署在第二半导体层200中的每个晶体管的硅化物结构的金属元素与形成部署在第三半导体层300中的每个晶体管的硅化物结构的金属元素不同。这是因为部署在第三半导体层300中的每个晶体管小于部署在第二半导体层200中的每个晶体管。由于晶体管尺寸的差异，第三半导体层300中使用的金属元素与第二半导体层200中使用的元素金属不同。

部署覆盖部署在第三半导体层300中的每个晶体管的源极/漏极区域311和栅极电极314的第三扩散防止层317。第三扩散防止层317具有防止低电阻区域313和316中包括的金属元素扩散的效果。第三扩散防止层317例如由氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或碳化硅(SiC)制成。

第四扩散防止层257和357部署在第二构件20中包括的绝缘膜230与第三构件30中包括的绝缘膜330之间。第四扩散防止层257和357具有防止低电阻区域313和316中包括的金属元素扩散的效果。第四扩散防止层257和357各自由例如碳化硅(SiC)制成。

在第一构件10中，作为第一布线结构190，导体240部署在绝缘膜130、元件隔离区域201和绝缘膜230中。导体240是穿过绝缘膜130和元件隔离区域201的贯通布线。导体240是将部署在第一半导体层100中的每个FD 112连接到部署在第二半导体层200上的放大晶体管AMP的栅极的导线。虽然未图示，但穿过绝缘膜130和元件隔离区域201的贯通布线也电连接到与光电转换单元111的第一半导体区域形成PN结的第二半导体区域。

在第二构件20中，绝缘膜230中的多层中的导体255被部署为第二布线结构290。导体255例如是充当驱动线24和输出线25的导线。导体250部署在绝缘膜230的最上层中。

在第三构件30中，绝缘膜330中的多层中的导体355被部署为第三布线结构390，并且导体350部署在绝缘膜330的最上层中。在第二构件20的表面处暴露的导体250和在第三构件30的表面处暴露的导体350通过金属接合而接合在一起。

例如，导体250和350主要由铜组成。部署为第二构件20的最上层的绝缘膜235和部署为第三构件30的最上层的绝缘膜335通过绝缘膜之间的共价结合而接合在一起。换句话说，第二构件20和第三构件30通过所谓的混合接合而接合在一起。绝缘膜235和335例如是氧化硅膜。可替代地，绝缘膜235和335可以是氮氧化硅膜、氮化硅膜、或包括氧化硅膜的此类绝缘膜的堆叠结构。

第一构件10、第二构件20和第三构件30中的导体主要由诸如铜、铝或钨之类的金属材料组成。还可以在绝缘膜与导体之间部署用于防止诸如铜或钨之类的金属扩散的阻挡金属。由于如上所述的绝缘膜和导体的组合，第一构件10、第二构件20和第三构件30彼此电连接。

虽然未图示，但是诸如滤色器层、微透镜等的光学结构可以部署在第一半导体层100的背面(光照射型)。还可以在微透镜与第一半导体层100之间部署其它微透镜，诸如内层透镜。还可以在第一半导体层100的背面上部署固定电荷膜(未图示)以减少暗电流。负固定电荷膜的示例包括氧化铪(HfO

(制造方法)

接下来，将参考图4A至图4C和图6描述根据本示例性实施例的光电转换装置的制造方法。

图4A中所示的第一半导体层100A例如是硅基板并且包括光电转换单元111和FD112。由绝缘材料形成的元件隔离区域(未图示)也可以在第一半导体层100A上形成。在第一半导体层100A中，形成转移晶体管TR的栅极电极120，然后形成由例如氮化硅制成的第一扩散防止层121。之后，在第一半导体层100A上形成由氧化硅膜形成的绝缘膜130A。

接下来，如图4B中所示，在绝缘膜130上形成第二半导体层200A。

在本示例性实施例中，例如，第一半导体层100A和第二半导体层200A可以利用氧化硅膜接合在一起。具体而言，在第二半导体层200A的背面上形成氧化硅膜，并将第二半导体层200A的背面和第一半导体层100A的正面以面对面的方式接合在一起。

接下来，如图4C中所示，减薄第二半导体层200A以形成第二半导体层200。之后，通过蚀刻去除第二半导体层200的一部分，并嵌入绝缘膜以形成元件隔离区域201。元件隔离区域201电隔离用于部署在第二半导体层200中的复位晶体管RES、放大晶体管AMP和选择晶体管SEL以及FD电容开关晶体管等的阱区域202。阱区域202例如是第二导电类型、即p型的半导体区域。

接下来，如图5A中所示，通过光刻技术和蚀刻技术形成晶体管的栅极电极214和侧壁215。栅极电极214例如由多晶硅制成。侧壁215例如由氮化硅制成。在形成栅极电极214和侧壁215之后，通过离子注入技术和等离子体掺杂技术形成源极/漏极区域211的杂质扩散区域212。杂质扩散区域212例如是第一导电类型、即n型的半导体区域。接下来，使用自对准硅化物工艺形成具有硅化物结构的低电阻区域213。形成例如由氮化硅制成的第二扩散防止层217。在这个过程中，还可以在栅极电极214上形成低电阻区域216。

在一个实施例中，将第二扩散防止层217直接形成为与低电阻区域213接触，因为该配置防止包括在低电阻区域213中的金属元素的扩散。为了防止金属元素的扩散，在一个实施例中，第二扩散防止层217大于低电阻区域213，以从上方观察时覆盖低电阻区域213。

接下来，如图5B中所示，在第二半导体层200上形成绝缘膜230A。之后，对绝缘膜230A执行开口工艺以部署连接第一半导体层100A、栅极电极120、第二半导体层200和栅极电极214的导体。这些开口是用于连接到FD 112和栅极电极120的贯通布线的通孔开口。通孔开口嵌入有金属，诸如钨(W)，以形成贯穿布线。适当地形成由例如铜和铝制成的导电构件以形成导体240。在上述通孔开口工艺中，形成用于连接到第一半导体层100A和栅极电极120的通孔开口，并且用金属嵌入通孔开口(第一开口工艺和第一嵌入工艺)。接下来，形成用于连接到第二半导体层200和栅极电极214的通孔开口，并用金属嵌入通孔开口(第二开口工艺和第二嵌入工艺)。通过具有上述过程的工艺，可以防止金属元素从低电阻区域213扩散到第一半导体层100A。在上述通孔开口工艺中，第一扩散防止层121和第二扩散防止层217可以用作蚀刻停止层。可替代地，可以使用与第一扩散防止层121和第二扩散防止层217不同的层作为蚀刻停止层。

接下来，如图6中所示，在绝缘膜230中形成导体255和250之后，堆叠第三半导体层300和具有第二半导体层200的第一半导体层100A。如上所述，导体250和导体350以面对面的方式堆叠，并且绝缘膜230和绝缘膜330以面对面的方式堆叠。换句话说，如上所述，这些构件通过所谓的混合接合而接合在一起，由此导体250和导体350彼此电连接。第二半导体层200和第三半导体层300不仅可以通过混合接合来接合，而且还可以通过接合绝缘膜来接合。

在堆叠了第一半导体层100A和第三半导体层300之后，减薄第一半导体层100A以形成第一半导体层100。在第一半导体层100上形成诸如滤色器层、微透镜或内层透镜之类的光学结构以及用于防止像素之间的光学串扰的导体。

在本示例性实施例中，构成部署在第二半导体层200中的读出电路22的晶体管的源极区域或漏极区域具有自对准硅化物结构，从而减小了电阻值。利用这种配置，可以提供能够高速驱动读出电路22的光电转换装置。

(第二示例性实施例)

省略第二示例性实施例的与第一示例性实施例的组件类似的组件的描述，并且下面将仅描述与第一示例性实施例的不同之处。

第二示例性实施例与第一示例性实施例的不同之处在于，根据第二示例性实施例的光电转换装置包括在第二半导体层200中不具有通过自对准硅化物工艺形成的低电阻区域的元件。另一方面，与根据第一示例性实施例的图4A至图4C中所示的配置类似，第二半导体层200A被减薄以形成第二半导体层200，并且形成元件隔离区域201。之后，形成充当电阻元件等的杂质扩散区域218和栅极电极214。图7A图示了这种状态下的光电转换装置的截面图。

接下来，如图7B中所示，形成充当晶体管的源极/漏极区域的杂质扩散区域212，并沉积绝缘膜219。通过蚀刻对绝缘膜219进行图案化以形成侧壁215。在这个处理中，对绝缘膜219进行图案化，使得绝缘膜219保留在其上没有形成低电阻区域的元件上。不具有低电阻区域的元件的示例是电阻器元件。可替代地，用于读出电路22的晶体管中的一些可以不包括低电阻区域。

接下来，如图8A中所示，使用自对准硅化物工艺形成由包括金属元素的硅化物结构形成的低电阻区域213。之后，例如，沉积氮化硅并对其进行图案化以形成第二扩散防止层217。

接下来，如图8B中所示，形成绝缘膜230A和导体240。在这种情况下，第一扩散防止层121、第二扩散防止层217和绝缘膜219可以在通孔开口工艺期间用作蚀刻停止膜。之后，与第一示例性实施例中一样，进一步形成导体，堆叠第三半导体层300，并形成光学结构。

根据本示例性实施例，构成部署在第二半导体层200中的读出电路22的晶体管的源极区域或漏极区域具有自对准硅化物结构，从而减小了电阻值。利用这种配置，可以提供能够高速驱动读出电路22的光电转换装置。

(第三示例性实施例)

省略对第三示例性实施例的与上述示例性实施例的组件类似的组件的描述，并且下面将仅描述与上述示例性实施例的不同之处。

如图9中所示，第三示例性实施例与其它示例性实施例的不同之处在于：第五扩散防止层117部署在第一布线结构190中。第五扩散防止层117例如由氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)或碳化硅(SiC)制成。将描述绝缘膜130由一氧化硅(SiO)制成并且第五扩散防止层117由氮化硅制成的情况。在这种情况下，用于充当贯通布线的导体240的开口形成在绝缘膜130和第五扩散防止层117两者中。绝缘膜130和第五扩散防止层117由彼此不同的材料制成，因此在蚀刻期间具有不同的蚀刻速率。因而，将第五扩散防止层117减薄到一定程度。例如，第五扩散防止层117的厚度被设定为小于第一扩散防止层121的厚度。这种配置使得可以在同一工艺中在绝缘膜130和第五扩散防止层117中的每一个中形成开口，这是有利的。

根据本示例性实施例，构成部署在第二半导体层200中的每个读出电路22的晶体管的源极区域或漏极区域具有自对准硅化物结构，从而减小了电阻值。根据这种配置，可以提供能够高速驱动读出电路22的光电转换装置。

(第四示例性实施例)

图10A至图10C是图示根据第四示例性实施例的装备的图。第四示例性实施例可应用于上述任何示例性实施例。图10A是图示根据本示例性实施例的包括半导体装置930的装备9191的框图。根据任何示例性实施例的光电转换装置可以被用作半导体装置930。将详细描述包括半导体装置930的装备9191。

半导体装置930不仅可以包括包含第一半导体层100的半导体设备910，而且可以包括容纳半导体设备910的封装920。封装920可以包括其上固定半导体设备910的基板以及由玻璃等制成且与半导体设备910相对的盖子。封装920还可以包括接合构件，诸如接合线和凸块，以将部署在基板上的端子与部署在半导体设备910上的端子连接。

装备9191包括光学设备940、控制设备950、处理设备(信号处理单元)960、显示设备970、存储设备980和机械设备990中的至少任何一种。光学设备940适用于半导体装置930。光学设备940的示例包括透镜、快门和镜子。控制设备950控制半导体装置930。控制设备950例如是半导体设备，诸如专用集成电路(ASIC)。

处理设备960处理从半导体装置930输出的信号。处理设备960是形成模拟前端(AFE)或数字前端(DFE)的半导体设备，诸如中央处理单元(CPU)或ASIC。显示设备970例如是电致发光(EL)显示设备或液晶显示设备，并且显示由半导体装置930获得的信息(图像)。存储设备980例如是磁性设备或半导体设备，并且存储由半导体装置930获得的信息(图像)。存储设备980是易失性存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM)或动态RAM(DRAM)，或者是非易失性存储器，诸如闪存或硬盘驱动器。

机械设备990包括驱动单元或推进单元，诸如马达或引擎。装备9191在显示设备970上显示从半导体装置930输出的信号，并且使用装备9191中包括的通信设备(未图示)来将信号传输到装备9191的外部。因此，在一个实施例中，除了半导体装置930中包括的存储电路和运算电路之外，装备9191还包括存储设备980和处理设备960。可以基于从半导体装置930输出的信号来控制机械设备990。

装备9191用作电子装备，诸如包括图像捕获功能的信息终端(例如，智能电话或可穿戴终端)或者相机(例如，可更换镜头相机、紧凑型相机、摄像机或监视相机)。相机中的机械设备990驱动光学设备940的组件以执行变焦、聚焦或快门的操作。可替代地，相机中的机械设备990移动半导体装置930以执行振动控制。

装备9191可以用作运输装备，诸如车辆、船舶或飞机。运输装备中的机械设备990可以用作移动装置。作为运输装备的装备9191适合于运输半导体装置930或者提供使用图像捕获功能的驾驶(控制)的辅助和/或自动化。用于提供驾驶(控制)的辅助和/或自动化的处理设备960可以基于由半导体装置930获得的信息来执行用于操作作为移动装置的机械设备990的处理。可替代地，装备9191可以用作诸如内窥镜之类的医疗装备、诸如距离测量传感器之类的测量装备、诸如电子显微镜之类的分析仪、诸如复印机之类的办公装备或诸如机器人之类的工业装备。

根据上述示例性实施例，可获得良好的像素特性。因此，半导体装置930的价值增加。这里所述的“增加价值”的优点指示功能的增加、性能的改善、特性的改善、可靠性的改善、制造成品率的改善、环境负荷的降低、成本的降低、尺寸的减小以及重量的减轻中的至少任何一种。

因而，在装备9191中使用根据本示例性实施例的半导体装置930也增加了装备9191的价值。例如，通过将半导体装置930安装在运输装备上，例如在捕获运输装备外部的图像或测量外部环境的情况下可获得优异的性能。因此，在运输装备的制造和销售中，将根据本示例性实施例的半导体装置930安装在运输装备上有利于增强运输装备的性能。半导体装置930特别适合于运输装备，其中使用由半导体装置930获得的信息来提供运输装备的驾驶辅助和/或自动驾驶。

将参考图10B和图10C描述根据本示例性实施例的光电转换系统和移动体。

图10B图示了车载相机的光电转换系统的示例。光电转换系统8包括光电转换装置80。光电转换装置80是根据上述示例性实施例的光电转换装置中的任何一种。光电转换系统8包括图像处理单元801和视差获取单元802，图像处理单元801对光电转换装置80获取的多条图像数据执行图像处理，视差获取单元802基于光电转换系统8获取的多条图像数据计算视差(视差图像之间的相位差)。光电转换系统8还包括：距离获取单元803，基于计算出的视差计算到目标物体的距离；以及碰撞判定单元804，基于计算出的距离判定是否存在碰撞的可能性。视差获取单元802和距离获取单元803是获取指示到目标物体的距离的距离信息的距离信息获取单元的示例。距离信息是关于视差、散焦量、到目标物体的距离等的信息。碰撞判定单元804可以使用多条距离信息中的任何一条来判定碰撞的可能性。距离信息获取单元可以通过专门设计的硬件或软件模块来实现。可替代地，距离信息获取单元可以通过现场可编程门阵列(FPGA)、ASIC等或者FPGA和ASIC的组合来实现。

光电转换系统8连接到车辆信息获取设备810，从而获取车辆信息，诸如车速、横摆率、转向角等。光电转换系统8还连接到充当控制设备(控制单元)的控制引擎控制单元(ECU)820，该控制ECU 820基于碰撞判定单元804的判定结果输出用于向车辆施加制动力的控制信号。光电转换系统8还连接到警报设备830，该警报设备830基于碰撞判定单元804的判定结果向驾驶员发出警报。例如，在基于碰撞判定单元804的判定结果存在碰撞可能性高的情况下，控制ECU 820通过例如施加制动、释放加速器或抑制引擎功率来执行车辆控制以避免碰撞或减少损坏。警报设备830例如通过生成警报声音、在汽车导航系统等的屏幕上显示警报信息或者向安全带或方向盘施加振动来警告用户。

在本示例性实施例中，光电转换系统8捕获车辆周围、诸如车辆的前部或后部的区域的图像。

图10C图示了在捕获车辆前方(成像范围850)的图像的情况下的光电转换系统8。车辆信息获取设备810向光电转换系统8或光电转换装置80发送指令。这种配置进一步改善了测距的准确性。

虽然上面描述了用于避免与另一个车辆碰撞的控制的示例，但是本示例性实施例也适用于用于跟随另一个车辆的自动驾驶的控制、用于不偏离行车道的自动驾驶的控制等。光电转换系统8不限于诸如汽车之类的车辆，而且例如还适用于诸如船舶、飞机或工业机器人之类的移动体(移动装置)。光电转换系统8不仅适用于移动体，而且还适用于广泛执行物体识别的装备，诸如智能交通系统(ITS)。

[修改示例]

本公开不限于上述示例性实施例并且可以以各种方式进行修改。

例如，将根据任何示例性实施例的配置的一部分添加到任何其它示例性实施例的示例以及将根据任何示例性实施例的配置的一部分替换为根据任何其它示例性实施例的配置的一部分的示例也包括在本公开的示例性实施例中。

上述示例性实施例中的装备9191(光电转换系统)是可对其应用根据上述示例性实施例的光电转换装置的光电转换系统的示例，并且可对其应用根据上述示例性实施例的光电转换装置的光电转换系统不仅仅限于图10A至图10C中所示的配置。

本公开不限于上述示例性实施例并且可以以各种方式进行修改。例如，将根据任何示例性实施例的配置的一部分添加到任何其它示例性实施例的示例以及根据任何示例性实施例的配置的一部分被替换为根据任何其它示例性实施例的配置的一部分的示例也包括在本公开的示例性实施例中。本说明书的公开不限于本说明书中明确描述的内容，并且包括可以从本说明书和本说明书所附的附图中理解的所有内容。

虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应该理解的是，本公开不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应符合最宽泛的解释，以便涵盖所有此类修改以及等同的结构和功能。