JP2010056167A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010056167A JP2010056167A JP2008217255A JP2008217255A JP2010056167A JP 2010056167 A JP2010056167 A JP 2010056167A JP 2008217255 A JP2008217255 A JP 2008217255A JP 2008217255 A JP2008217255 A JP 2008217255A JP 2010056167 A JP2010056167 A JP 2010056167A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon layer
- reflective film
- solid
- photodiode
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 74
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 17
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 185
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 185
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 185
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 66
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 45
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 36
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 32
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 235
- 238000000034 method Methods 0.000 description 35
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 26
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000009751 slip forming Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
Abstract
【解決手段】半導体層3の内部にフォトダイオードを構成する電荷蓄積領域4が形成され、この電荷蓄積領域4の内部又は下に、電荷蓄積領域4を透過した光を反射させて電荷蓄積領域4の中央部に向かわせる反射膜16が設けられている固体撮像素子を構成する。
【選択図】図1
Description
従って、赤色感度を上げるために、シリコンの深い部分にポテンシャルを形成する必要がある。
このような深いポテンシャルを形成するためには、高いエネルギーでイオン注入を行う必要がある。
そして、このように高いエネルギーでイオン注入を行うために、イオン注入のマスクとして使用する、レジストを厚く形成する必要がある。
そのため、レジストマスクを精度良く形成することが困難になりつつある。
そして、マスクのレジストのアスペクト比が高くなると、レジストの下部が細くなって倒れやすくなることから、製造歩留まりの低下を招くことになる。
そのため、画素の微細化が進むほど、分離が困難になり、注入された不純物イオンが隣の画素まで広がってしまうことがある。
このような構成とすれば、フォトダイオードを深く形成する必要がなくなり、高いエネルギーのイオン注入も不要となる。
特に赤色の光は、深く進入するので、入射面の法線方向に対して斜めに入射すると、フォトダイオード領域からはずれやすくなる。これにより、赤色の光の感度が低下することになる。
さらに、シリコン層の露出した面から、シリコンのエピタキシャル成長を行い、反射膜を覆ってシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、上下を反転させて、別に用意した基体上に接着させる工程とを有する。
さらにまた、反射膜の上方のシリコン層に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する。
そして、上下を反転させて基体上に接着させることにより、反射膜が下に凸の形状となり、反射膜の上面が凹面となる。
さらに、反射膜の上方のシリコン層に電荷蓄積領域を形成することにより、電荷蓄積領域の下に、下に凸の形状で上面が凹面である反射膜が形成される。
これにより、反射膜で電荷蓄積領域を透過した光を反射させて電荷蓄積領域の中央部に向かわせる構成を製造することが可能になる。
さらに、穴内以外の、反射膜及び第2のシリコン層を除去する工程と、シリコン層の上部及び穴内の第2のシリコン層に対して、シリコンをイオン注入して、非晶質シリコン層を形成する工程と、非晶質シリコン層を結晶化させる工程とを有する。
さらにまた、反射膜の上方に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する。
そして、穴内を埋めてシリコン層の上に第2のシリコン層を形成していることにより、シリコン層に形成した穴において、シリコン層と第2のシリコン層との間に反射膜が埋め込まれる。
さらに、穴内以外の反射膜及び第2のシリコン層を除去し、シリコンをイオン注入して非晶質シリコン層を形成し、非晶質シリコン層を結晶化させることにより、反射膜を挟んで結晶質のシリコン層が形成される。
さらにまた、反射膜の上方に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成することにより、反射膜で電荷蓄積領域を透過した光を反射させて電荷蓄積領域の中央部に向かわせる構成を製造することが可能になる。
さらに、上下を反転させて、別に用意した基体上に接着させる工程と、反射膜の上方のシリコン層に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する。
そして、上下を反転させて基体上に接着させることにより、反射膜の側壁部が上向きになる。
さらに、反射膜の上方のシリコン層に電荷蓄積領域を形成することにより、電荷蓄積領域の下に、平坦部と側壁部とを有する反射膜が形成される。これにより、反射膜で電荷蓄積領域を透過した光を反射させて電荷蓄積領域の中央部に向かわせる構成を製造することが可能になる。
また、半導体層の表面に対して斜めに入射した光も、反射させて電荷蓄積領域に集めることが可能になり、隣の画素に侵入して混色を生じることを抑制することが可能になる。
そして、赤色の光のように、半導体層に深く進入する光も、電荷蓄積領域に集めることができるため、半導体層内に電荷蓄積領域を深く形成する必要がなくなり、高いエネルギーでイオン注入を行う必要がなくなる。
これにより、画素の微細化が進んでも、イオン注入マスクのレジストのアスペクト比が高くならず、レジストマスクの破損が生じにくくなる。即ち、マスクの加工が容易になり、製造歩留まりの向上を図ることができる。
そして、いずれの方法においても、半導体の製造の際に通常行われる工程を応用して製造を行うことができるので、電荷蓄積領域に対して反射膜を設けた固体撮像素子を、容易に安定して製造することができる。
1.本発明の概要
2.本発明の第1の実施の形態の構成及び製造方法
3.本発明の第2の実施の形態の構成及び製造方法
4.本発明の変形例やその他の構成
本発明の固体撮像素子では、受光部を構成するフォトダイオードの電荷蓄積領域の内部又は下(光が入射する側とは反対の側)に反射面を設ける。これにより、深く進入して電荷蓄積領域を透過してしまう光(特に、赤色の光)を反射して、電荷蓄積領域に戻すことができるので、感度を向上することができる。
ここで、「電荷蓄積領域の中央部」とは、主として電荷蓄積領域の平面方向の中央部を指すが、電荷蓄積領域の深さ方向の中央部をも意味する。
このような条件を満たす反射面の形状としては、いくつかの形状が考えられる。
大別すると、(1)全体的に電荷蓄積領域側が凹面となった形状の反射面、(2)主要部と半導体層に斜めに入射して電荷蓄積領域の外側に向かう光を電荷蓄積領域の中央部へ向かうように反射させる側面部とを有する反射面、の2種類ある。
以下、主として、反射膜自体で反射面を構成する場合を説明する。
このような形状としては、平面の傾斜が中央部から外側に段階的に増大する形状(断面が多角形になる)や、下に凸な曲面形状が挙げられる。
曲面形状とする場合、曲面の法線が光の入射面に垂直もしくは電荷蓄積領域の中心に向かって傾きを持つようにする。例えば、放物線面や楕円球面とする。
側壁部は、フォトダイオードが形成された半導体層の表面(光の入射面)に垂直な方向に形成することが望ましいが、多少(45度以下)傾斜していても構わない。
図21に示すように、フォトダイオードPDに斜めに入射した光は、平坦な反射膜101で反射されると、斜め上方へフォトダイオードPDの外側に逃げていくように進む。これにより、受光検出にロスを生じて、感度が低下する。
図22Aに示す構成は、反射膜51が、フォトダイオードPDの下の平坦部51Aと、フォトダイオードPDの外側(横)の側壁部51Bとを有している構成である。
平坦部51Aは、光の入射面(シリコン層の表面)に対して略平行に形成されている。側壁部51Bは、光の入射面(シリコン層の表面)に対して略垂直に形成されている。
このような構成により、フォトダイオードPDに斜めに入射した光を、反射膜51の側壁部51Bで反射させて、フォトダイオードPDの中央部へ向かわせることができる。
図22Aでは、いったん反射膜51の平坦部51Aで反射してから、側壁部51Bで反射する光を図示している。図示しないが、直接側壁部51Bに斜めに入射する光も、側壁部51Bと平坦部51Aでそれぞれ反射させて、フォトダイオードPDの中央部へ向かわせることができる。
本発明では、反射膜51の平坦部51A又は側壁部51Bが、フォトダイオードPDから少し離れていたり、フォトダイオードPDの内部に少し入り込んでいたりしていても、構わない。
また、反射膜51の側壁部51Bは、図22Aのように光の入射面(シリコン層の表面)に対して略垂直でなくてもよく、入射面に対してある程度(例えばシリコン層の表面に垂直な方向から45度以下)傾斜していても良い。
また、側壁部を有する反射膜の側壁部以外の部分は、図22Aの平坦部51Aのようなシリコン層の表面に略平行な形状でなくてもよく、シリコン層の表面に対して傾斜した形状(例えばV字形状)や、曲面形状(例えばU字形状)であっても構わない。
このような構成により、フォトダイオードPDに斜めに入射した光を、反射膜52の凹面52Aで反射させて、フォトダイオードPDの中央部へ向かわせることができる。
図22Bに示すように、曲面の曲率を内側と外側とで変えた構成の他にも、凹面52Aの形状は、様々な形状が可能である。平面の傾斜角を外側に向かうに従い段階的に多くした構成(断面形状が多角形になる)、回転放物面や楕円球面等の一様な曲面とした構成、等が考えられる。
本発明では、反射膜52の凹面52Aが、フォトダイオードPDから少し離れていたり、フォトダイオードPDの内部に少し入り込んでいたりしていても、構わない。
この場合には、焦点F(0,0,f)に対して、反射膜による反射面53が下記の式で決まる回転放物面であれば、反射光はすべて入射面に垂直な方向、もしくは電荷蓄積領域の中心に向かうようになる。
z=(x2+y2)/(4a) (ただし、a≦f)
これは、焦点F(0,0,f)を与える回転放物面の式が、z=(x2+y2)/(4f)で与えられるので、この回転放物面よりも曲率を大きくしてやればよいからである。
ただし、多層膜は、複雑な形状に膜厚を安定して形成することが難しいので、一様な曲面形状や単純な凹面形状の場合に適している。
いずれの材料を使用する場合においても、反射膜で反射させたい波長の光(例えば赤色の光)に対する反射率が比較的大きくなるように、材料を選定する。
赤色領域の波長に対するシリコンの屈折率n1=3.9程度(波長620nm)であり、反射膜にシリコン酸化膜を用いた場合にはn2=1.4(波長620nm)であるため、R=0.22(22%)となる。
また、反射膜に用いる金属として、アルミニウムを用いた場合には、n2=1.3(波長620nm)であるため、R=0.25(25%)となる。
反射膜に用いる金属として、銅を用いた場合には、n2=0.47(波長620nm)であるため、R=0.62(62%)となる。
反射膜に用いる金属として、金を用いた場合には、n2=0.13(波長620nm)であるため、R=0.88(88%)となる。
反射膜に用いる金属として、銀を用いた場合には、n2=0.27(波長620nm)であるため、R=0.76(76%)となる。
反射膜に用いる金属として、マグネシウムを用いた場合には、n2=0.48(波長578.0886nm)であるため、R=0.61(61%)となる。
反射膜に用いる金属として、リチウムを用いた場合には、n2=0.22(波長635.8974nm)であるため、R=0.80(80%)となる。
本発明の固体撮像素子の第1の実施の形態の概略構成図(断面図)を、図1A及び図1Bに示す。図1Aは画素領域の断面図を示し、図1Bは周辺回路部の断面図を示している。本実施の形態は、本発明をCMOSセンサー(CMOS型固体撮像素子)に適用した場合である。
図1A及び図1Bに示すように、シリコン基板1、酸化シリコン層2、シリコン層3の順に積層されて基体が構成され、シリコン層3の内部及び上に、画素や周辺回路を構成するフォトダイオードやトランジスタ等が形成されている。
フォトダイオードに隣接して、ゲート電極13及びその側壁のサイドウォール絶縁層15とから成る、読み出しゲート電極が形成されている。
読み出しゲート電極に対して、フォトダイオードとは反対の側に、N型のドレイン領域8が形成されている。このドレイン領域8は、フォトダイオードから読み出した電荷を貯めておいて、電荷量を電圧に変換する、所謂フローティングディフュージョンに相当するものである。
これらフォトダイオード、読み出しゲート電極、ドレイン領域8を囲って、シリコン層3内に埋め込まれた絶縁層(酸化シリコン層等)によって、素子分離層11が形成されている。
そして、フォトダイオードに対して素子分離層11を隔てた部分に、リセットトランジスタやアンプトランジスタやセレクトトランジスタ等の、各画素に設けられたトランジスタが配置される。
これらのトランジスタは、例えば、図1Aの右の部分に示すように、ゲート電極14と、ゲート電極14の側壁のサイドウォール絶縁層15と、ゲート絶縁膜12と、N型のソース・ドレイン領域9とを有して構成される。即ち、N型のMOSトランジスタ(NMOSトランジスタ)で構成される。
このように反射膜16の上面が凹面となっていることにより、図22Bに示した反射膜52の場合と同様に、凹面によって斜めに入射した光を反射して、電荷蓄積領域4の中央部へ向かわせることができる。
まず、図3Aに示すように、レジスト24をパターニングして、テーパー状の裾を有する第1のマスクを形成して、この第1のマスクを用いてシリコン層3の加工を行う。第1のマスクのレジスト24のパターンの大きさは、例えば、1.4μm角とする。
第1のマスクのレジスト24を除去した後に、図3Bに示すように、レジスト25をパターニングして、テーパー状の裾を有する第2のマスクを形成して、この第2のマスクを用いてシリコン層3の加工を行う。これにより、図3Bに示す台形状(もしくは、図示しないが、円錐形状や放物面形状)の凹部を、シリコン層23に形成する。例えば、シリコン層23の深さを、最深部で200nm程度とする。
さらに、第2のマスクのレジスト25を除去する。
その後、図4の拡大断面図に示すように、シリコン層23の表面に反射膜26を形成する。反射膜26の厚さは、例えば、20nmとする。
この反射膜26としては、金属膜や、熱酸化膜や、誘電体多層膜等が挙げられる。
なお、熱酸化膜を形成した後に、希フッ酸で熱酸化膜を剥離して、シリコン層23の角を丸めた後に、再度熱酸化膜を形成してこの熱酸化膜を反射膜26としても良い。
その後、CMP(化学的機械的研磨)法等により、図5に示すように、絶縁層27の表面を平坦化する。
これにより、シリコン層23が露出すると共に、フォトダイオードが形成される領域に残るように、シリコン層23の凹部上で反射膜26が分断され、反射膜26がシリコン層23の凹部の間の凸部を含んで残る。残った反射膜26は、図6に示すように、上に凸の形状となっている。
なお、周辺回路領域や画素領域のトランジスタの部分では、反射膜26が不要であるため、この工程で反射膜26を除去する。
このとき、絶縁層27の上に鎖線で示すように、成長したシリコン層29の繋ぎ目による欠陥が生じるが、この欠陥の部分は電荷蓄積領域4には使わないので、特に問題とはならない。
図9中右側に示すように、シリコン基板1上に酸化シリコン層(熱酸化膜等)2が形成された基体を用意する。また、図8までの工程で形成した積層体を、図9中左に示す。
そして、この図9中左側に示す積層体を上下反転させて、積層体の熱酸化膜30を右側の基体の酸化シリコン層2に、プラズマ接着等により接着させる。
この接着させた状態を、図10に示す。図10に示すように、積層体の上下を反転させたことにより、反射膜26が下に凸の形状となり、反射膜26の上面が凹面となる。
なお、接着方法は、プラズマ接着に限らないが、後続の熱処理工程に充分耐えうる方法を採用する必要がある。
シリコン層23及びシリコンエピタキシャル層29が、図1に示したシリコン層3となる。反射膜26は図1の反射膜16となり、絶縁層27は図1の絶縁層17となる。
その後、シリコン層23の反射膜26(16)の上の部分に、イオン注入により、電荷蓄積領域4やホール蓄積領域5を形成して、HAD構造のフォトダイオードを構成する。
また、トランジスタを形成する領域に、イオン注入により、P型ウエル領域6やN型ウエル領域7を形成する。
さらに、ゲート電極13,14の側壁にサイドウォール絶縁層15を形成し、シリコン層23(3)の内部にMOSトランジスタのソース・ドレイン領域9,10を形成する。
これにより、図1に示した構成を形成することができる。
このようにして、本実施の形態の固体撮像素子を形成することができる。
図3A及び図3Bに示したように、別々のマスクを形成した方が、形成可能な凹部の形状の範囲を広げることができる。
まず、図示しないが、このシリコン層に対して、レジストパターンをマスクとした加工により、シリコン層の表面に略垂直であり、底面が凹面である形状の穴を形成する。
この反射膜32としては、金属膜等が挙げられる。
なお、この成膜方法では、多層膜を均一に形成することが難しいので、誘電体多層膜には適していない。反射膜として誘電体多層膜を形成する場合には、前述した図2〜図11に示した製造方法を適用した方が良い。
これにより、図12Dに示すように、イオン注入34がなされた部分のシリコン層31及びシリコン層33が、アモルファスシリコン層35となる。
このようにして、図12Eに示すように、反射膜32以外の部分を結晶化したシリコン層36として、反射膜32を挟んで結晶質のシリコン層が形成される。この図12Eのシリコン層36を図1のシリコン層3として使用して、反射膜32を図1の反射膜16とする。この製造方法の場合は、図1の絶縁層17は形成されず、反射膜16の下にシリコン層3が接して形成される。
その後、シリコン層36(3)の反射膜32(16)の上の部分に、イオン注入により、電荷蓄積領域4やホール蓄積領域5を形成して、HAD構造のフォトダイオードを構成する。
また、トランジスタを形成する領域に、イオン注入により、P型ウエル領域6やN型ウエル領域7を形成する。
必要に応じて、さらにその後に、層内レンズ、カラーフィルタ、オンチップレンズ等をそれぞれ形成する工程を行う。
このようにして、本実施の形態の固体撮像素子を形成することができる。
これにより、反射膜16によって電荷蓄積領域を透過した光(例えば、赤色の光)を電荷蓄積領域4の中央部に集めることができ、感度を向上することが可能になる。
また、シリコン層3の表面に対して斜めに入射した光も、反射させて電荷蓄積領域4に集めることが可能になり、隣の画素に侵入して混色を生じることを抑制することが可能になる。
これにより、画素の微細化が進んでも、イオン注入マスクのレジストのアスペクト比が高くならず、レジストマスクの破損が生じにくくなるので、マスクの加工が容易になり、製造歩留まりの向上を図ることができる。
また、高いエネルギーでイオン注入するための特別な装置を使用しなくてもよくなり、工程数を削減することも可能になる。
そのような金属を使用する場合には、図示しないが、反射膜16とシリコン層3との間に、拡散やシリサイド化に対するバリアとなる絶縁膜を形成してもよい。
本発明の固体撮像素子の第2の実施の形態の概略構成図(断面図)を、図13に示す。本実施の形態も、本発明をCMOSセンサー(CMOS型固体撮像素子)に適用した場合である。
そして、受光部として、シリコン層45の内部にフォトダイオード46が形成されている。
このフォトダイオード46に隣接して、ゲート電極48及びその側壁のサイドウォール絶縁層49とから成る、読み出しゲート電極が形成されている。
シリコン層45と読み出しゲート電極との間には、薄いゲート絶縁膜47が形成されている。
また、図示しない他の部分には、図1A及び図1Bに示したような、各種MOSトランジスタや読み出し用のドレイン領域が形成されている。
このように反射膜43がフォトダイオード46の外側の側壁部43Bを有していることにより、図22Aに示した反射膜51の場合と同様に、側壁部43Bによって斜めに入射した光を反射して、フォトダイオードの中央部へ向かわせることができる。
さらに、溝23Aの内部を埋めて全面的に、反射膜43を形成する。この反射膜43としては、金属膜が挙げられる。
これにより、反射膜43が、表面にあるシリコン層23の表面に略平行な部分と、溝23Aの内部にあるシリコン層23の表面に略垂直な部分とを有する。
なお、反射膜43を酸化膜や窒化膜により形成する場合には、後述するように工程を変更する。
これにより、フォトダイオードが形成される領域に残るように、溝23Aの間の部分で反射膜43が分断されると共に、反射膜43が溝内の部分の側壁部と、溝以外の部分の平坦部とを有する形状となる。反射膜43の側壁部は、溝に沿って下向きになっている。
なお、周辺回路領域や画素領域のトランジスタの部分では、反射膜43が不要であるため、この工程で反射膜43を除去する。
また、後の接着工程の際のボイドの発生を抑制するために、絶縁層42を形成した後に、化学的機械的研磨等の表面平坦化処理を行ってもよい。
積層体のシリコン層23が、図13のシリコン層45となる。また、積層体の上下を反転させたことにより、反射膜43の側壁部が上向きになる。
必要に応じて、さらにその後に、層内レンズ、カラーフィルタ、オンチップレンズ、配線層等をそれぞれ形成する工程を行う。
このようにして、本実施の形態の固体撮像素子を形成することができる。
この工程において、反射膜43は、必ずしも画素毎に分断しなくてもよく、隣接するいくつかの画素で反射膜43が連続していても構わない。少なくともフォトダイオードが形成される領域に反射膜43が残るようにすればよい。
ただし、画素領域には、フォトダイオードのイオン注入のマスクの位置を合わせるために、アライメントマークを形成する必要がある。そのため、最低限アライメントマークを形成する部分では、反射膜43を除去する。
これにより、反射膜43によってフォトダイオード46の電荷蓄積領域を透過した光(例えば、赤色の光)を電荷蓄積領域の中央部に集めることができ、感度を向上することが可能になる。
また、シリコン層45の表面に対して斜めに入射した光も、反射させて電荷蓄積領域に集めることが可能になり、隣の画素に侵入して混色を生じることを抑制することが可能になる。
これにより、画素の微細化が進んでも、イオン注入マスクのレジストのアスペクト比が高くならず、レジストマスクの破損が生じにくくなるので、マスクの加工が容易になり、製造歩留まりの向上を図ることができる。
また、高いエネルギーでイオン注入するための特別な装置を使用しなくてもよくなり、工程数を削減することも可能になる。
図13に示した実施の形態の構成において、反射膜43を誘電体多層膜とすることも考えられる。
しかし、図15に示したように溝23Aを埋めて反射膜43を形成することから、画素が大きいときには誘電体多層膜とすることが可能であるが、画素が微細化されるほど、誘電体多層膜で反射膜43を形成することが難しくなっていく。
即ち、以下のようにして、固体撮像素子を製造する。
まず、図14に示した工程でシリコン層23に溝を形成せず、図15に示した工程でシリコン層23上に絶縁膜44と反射膜43を順次成膜する。
そして、レジスト61のマスクでエッチングして、反射膜43を分断する。
さらに、分断した反射膜43の上に絶縁層42を形成し、絶縁層42をシリコン基板41に接着する。
その後、反射膜43上にフォトダイオードの電荷蓄積領域やホール蓄積領域を形成する。
この場合、シリコン層に溝を形成しないので、反射膜の下のシリコン層として、図14のSOI基板の代わりに、シリコン基板をそのまま使用することも可能である。
本発明は、比較的薄い反射膜に限らず、ある程度厚さのある層を形成して、その表面に反射面を構成してもよい。例えば、酸化シリコンや窒化シリコン等の絶縁体の層を、その表面が凹面となるように形成して、この凹面を反射面にしてもよい。
CCD固体撮像素子においても、受光部となるフォトダイオードの電荷蓄積領域の内部又は下方に反射膜を設けることにより、反射膜により赤色の光を反射させて、赤色の光の感度を向上することができる。
本発明を適用することにより、フォトダイオードを透過した赤外光を反射面で反射させて、フォトダイオードの中央部に戻して、赤外光の感度を向上させることができる。
Claims (9)
- 半導体層と、
前記半導体層の内部に形成され、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域と、
前記電荷蓄積領域の内部又は下に配置され、前記電荷蓄積領域を透過した光を反射させて前記電荷蓄積領域の中央部に向かわせるように形成されている、反射面とを含む
固体撮像素子。 - 前記反射面が、反射膜により形成されている請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記反射面の前記電荷蓄積領域側が凹面である請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記反射膜が、前記半導体層に斜めに入射した光を反射して前記電荷蓄積領域の中央部に向かわせる、側壁部をさらに有している請求項2に記載の固体撮像素子。
- 前記反射面が、反射膜により形成されている請求項3に記載の固体撮像素子。
- 前記半導体層がシリコン層である請求項1に記載の固体撮像素子。
- シリコン層に凹部を形成する工程と、
前記シリコン層の表面に、反射膜を形成する工程と、
前記反射膜をエッチングして、前記シリコン層の前記凹部上で前記反射膜を分断させて前記シリコン層を露出させる工程と、
前記シリコン層の露出した面から、シリコンのエピタキシャル成長を行い、前記反射膜を覆ってシリコンエピタキシャル層を形成する工程と、
上下を反転させて、別に用意した基体上に接着させる工程と、
前記反射膜の上方の前記シリコン層に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。 - シリコン層に、前記シリコン層の表面に略垂直で底面が凹面である穴を形成する工程と、
異方性成膜法により、前記シリコン層の表面及び前記凹面の表面に、反射膜を形成する工程と、
前記穴内を埋めて、前記シリコン層の上に第2のシリコン層を形成する工程と、
前記穴内以外の、前記反射膜及び前記第2のシリコン層を除去する工程と、
前記シリコン層の上部及び前記穴内の前記第2のシリコン層に対して、シリコンをイオン注入して、非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記非晶質シリコン層を結晶化させる工程と、
前記反射膜の上方に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。 - シリコン層に溝を形成する工程と、
前記溝内を埋めて、前記シリコン層の上に反射膜を形成する工程と、
前記反射膜をエッチングして、前記溝の間の部分で前記反射膜を分断させる工程と、
上下を反転させて、別に用意した基体上に接着させる工程と、
前記反射膜の上方の前記シリコン層に、フォトダイオードを構成する電荷蓄積領域を形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008217255A JP2010056167A (ja) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
TW098124301A TW201010072A (en) | 2008-08-26 | 2009-07-17 | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
US12/545,924 US8129213B2 (en) | 2008-08-26 | 2009-08-24 | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
CN2009101692719A CN101661946B (zh) | 2008-08-26 | 2009-08-25 | 固体摄像器件和固体摄像器件的制造方法 |
KR1020090078871A KR20100024906A (ko) | 2008-08-26 | 2009-08-25 | 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법 |
US13/273,967 US8896037B2 (en) | 2008-08-26 | 2011-10-14 | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008217255A JP2010056167A (ja) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010056167A true JP2010056167A (ja) | 2010-03-11 |
Family
ID=41724835
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008217255A Pending JP2010056167A (ja) | 2008-08-26 | 2008-08-26 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8129213B2 (ja) |
JP (1) | JP2010056167A (ja) |
KR (1) | KR20100024906A (ja) |
CN (1) | CN101661946B (ja) |
TW (1) | TW201010072A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4769910B1 (ja) * | 2011-02-18 | 2011-09-07 | 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
JP4769911B1 (ja) * | 2010-10-29 | 2011-09-07 | 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
JPWO2012164809A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
JP2017092179A (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
JP2017216396A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子 |
WO2018116697A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
WO2021215337A1 (ja) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子および電子機器 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
JP6161258B2 (ja) * | 2012-11-12 | 2017-07-12 | キヤノン株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ |
WO2016054133A2 (en) * | 2014-09-30 | 2016-04-07 | Geophysical Technology, Inc. | Biodegradable ground contact sleeve for a seismic data acquisition node |
TWI678518B (zh) * | 2014-11-03 | 2019-12-01 | 光澄科技股份有限公司 | 半導體光學感測器 |
JP2016201397A (ja) * | 2015-04-07 | 2016-12-01 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子および電子機器 |
CN105206638B (zh) * | 2015-08-31 | 2019-05-31 | 豪威科技(上海)有限公司 | 一种背照式cmos图像传感器及其形成方法 |
US10051218B1 (en) * | 2017-02-03 | 2018-08-14 | SmartSens Technology (U.S.), Inc. | Stacked image sensor pixel cell with in-pixel vertical channel transfer transistor and reflective structure |
CN108878572B (zh) | 2018-07-10 | 2021-01-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 感光元件、光电传感探测基板及其制造方法 |
US11322542B2 (en) * | 2020-03-27 | 2022-05-03 | Harvatek Corporation | Light-emitting diode (LED) assembly and method of manufacturing an LED cell of the same |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133132A (en) * | 1979-02-21 | 1980-10-16 | Gen Electric | Solid relay |
JPS6134971A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-19 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体装置 |
JPS6393174A (ja) * | 1986-10-07 | 1988-04-23 | Nec Corp | フオトダイオ−ド |
JPH06177414A (ja) * | 1992-12-01 | 1994-06-24 | Sharp Corp | 半導体素子 |
JPH09252103A (ja) * | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Sony Corp | 受光素子 |
JP2001308366A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | フォトダイオード |
JP2009188316A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Denso Corp | 受光素子 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2797941B2 (ja) * | 1993-12-27 | 1998-09-17 | 日本電気株式会社 | 光電変換素子とその駆動方法 |
JP4123415B2 (ja) * | 2002-05-20 | 2008-07-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
JP4822683B2 (ja) * | 2004-10-08 | 2011-11-24 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
JP2007027604A (ja) | 2005-07-21 | 2007-02-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 撮像装置 |
US7524690B2 (en) * | 2006-08-10 | 2009-04-28 | United Microelectronics Corp. | Image sensor with a waveguide tube and a related fabrication method |
US7755123B2 (en) * | 2007-08-24 | 2010-07-13 | Aptina Imaging Corporation | Apparatus, system, and method providing backside illuminated imaging device |
US7982177B2 (en) * | 2008-01-31 | 2011-07-19 | Omnivision Technologies, Inc. | Frontside illuminated image sensor comprising a complex-shaped reflector |
JP2010056167A (ja) * | 2008-08-26 | 2010-03-11 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
-
2008
- 2008-08-26 JP JP2008217255A patent/JP2010056167A/ja active Pending
-
2009
- 2009-07-17 TW TW098124301A patent/TW201010072A/zh unknown
- 2009-08-24 US US12/545,924 patent/US8129213B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-25 CN CN2009101692719A patent/CN101661946B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-08-25 KR KR1020090078871A patent/KR20100024906A/ko not_active Application Discontinuation
-
2011
- 2011-10-14 US US13/273,967 patent/US8896037B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS55133132A (en) * | 1979-02-21 | 1980-10-16 | Gen Electric | Solid relay |
JPS6134971A (ja) * | 1984-07-25 | 1986-02-19 | Matsushita Electric Works Ltd | 半導体装置 |
JPS6393174A (ja) * | 1986-10-07 | 1988-04-23 | Nec Corp | フオトダイオ−ド |
JPH06177414A (ja) * | 1992-12-01 | 1994-06-24 | Sharp Corp | 半導体素子 |
JPH09252103A (ja) * | 1996-03-15 | 1997-09-22 | Sony Corp | 受光素子 |
JP2001308366A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Mitsubishi Electric Corp | フォトダイオード |
JP2009188316A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Denso Corp | 受光素子 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4769911B1 (ja) * | 2010-10-29 | 2011-09-07 | 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
WO2012056586A1 (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
WO2012056782A1 (ja) * | 2010-10-29 | 2012-05-03 | ユニサンティス エレクトロニクス シンガポール プライベート リミテッド | 固体撮像装置 |
JP4769910B1 (ja) * | 2011-02-18 | 2011-09-07 | 日本ユニサンティスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
JPWO2012164809A1 (ja) * | 2011-05-31 | 2014-07-31 | パナソニック株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
JP6020933B2 (ja) * | 2011-05-31 | 2016-11-02 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
JP2017092179A (ja) * | 2015-11-06 | 2017-05-25 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
JP2017216396A (ja) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | 凸版印刷株式会社 | 固体撮像素子 |
WO2018116697A1 (ja) * | 2016-12-20 | 2018-06-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
WO2021215337A1 (ja) * | 2020-04-20 | 2021-10-28 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子および電子機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8896037B2 (en) | 2014-11-25 |
KR20100024906A (ko) | 2010-03-08 |
CN101661946A (zh) | 2010-03-03 |
CN101661946B (zh) | 2012-07-18 |
US20120032290A1 (en) | 2012-02-09 |
US20100053400A1 (en) | 2010-03-04 |
TW201010072A (en) | 2010-03-01 |
US8129213B2 (en) | 2012-03-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010056167A (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
US11522004B2 (en) | Absorption enhancement structure for image sensor | |
TWI608600B (zh) | 影像感測器及其製作方法 | |
US11211419B2 (en) | Composite bsi structure and method of manufacturing the same | |
TWI625849B (zh) | 固態影像拾取器件及其製造方法,以及電子裝置 | |
TWI473256B (zh) | 抗分層及抗裂化之影像感測器結構及方法 | |
KR20190062241A (ko) | Cmos 이미지 센서용 다중 딥 트렌치 격리(mdti) 구조체 | |
US8828779B2 (en) | Backside illumination (BSI) CMOS image sensor process | |
JP5428479B2 (ja) | 固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置、および電子機器 | |
JP2008066732A (ja) | Cmosイメージセンサ及びその製造方法 | |
KR20210132574A (ko) | 이미지 센서를 위한 후면 딥 트렌치 격리 구조물 | |
TW201436183A (zh) | 影像感測器裝置及其製造方法 | |
CN113113433A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
TW201644041A (zh) | 具有垂直傳輸閘的圖像感測器及製造其的方法 | |
US20220262845A1 (en) | Lens structure configured to increase quantum efficiency of image sensor | |
TWI760010B (zh) | 影像感測件、光學結構及其形成方法 | |
CN113380844A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
JP5223883B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
US20100148295A1 (en) | Back-illuminated cmos image sensors | |
JP2008047902A (ja) | イメージセンサ及びその製造方法 | |
JP2007165403A (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
JP4470409B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法 | |
KR20210053152A (ko) | 이미지 센서의 양자 효율을 증가시키도록 구성되는 렌즈 구조물 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100528 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100601 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100726 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100907 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20110111 |