JP2011119558A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に電荷の取り出しを光入射面と反対側の面から行う固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device that extracts charges from a surface opposite to a light incident surface.
近年、金属−酸化膜−半導体(MOS)型の固体撮像装置が、低消費電力駆動及び高速撮像が可能な装置として注目されている。MOS型の固体撮像装置は、携帯機器用カメラ、車載用カメラ及び監視用カメラ等の幅広い分野において利用が進んでいる。 In recent years, metal-oxide-semiconductor (MOS) type solid-state imaging devices have attracted attention as devices capable of low power consumption driving and high-speed imaging. MOS-type solid-state imaging devices are increasingly used in a wide range of fields such as mobile device cameras, in-vehicle cameras, and surveillance cameras.
一般的なMOS型の固体撮像装置は、フォトダイオードからなる光電変換部を含む複数の画素がアレイ状に配列されている。各画素は、光電変換部に蓄積された電荷を取り出すための、出力回路を有している。出力回路は、例えば転送トランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ及びリセットトランジスタ等を有している。光電変換部において光電変換された電荷は、転送トランジスタにより浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)に転送される。浮遊拡散層に転送された電荷は、増幅トランジスタにより増幅され、垂直シフトレジスタにより選択された選択トランジスタを介して、列ごとに設けられた出力信号線に伝達される。出力信号線に伝達された電荷は、水平シフトレジスタを介して出力端子へ出力される。なお、浮遊拡散層に蓄積された余剰電荷は、ドレイン領域が電源線と接続されたリセットトランジスタにより排出される。 In a general MOS type solid-state imaging device, a plurality of pixels including a photoelectric conversion unit made of a photodiode are arranged in an array. Each pixel has an output circuit for extracting charges accumulated in the photoelectric conversion unit. The output circuit includes, for example, a transfer transistor, an amplification transistor, a selection transistor, a reset transistor, and the like. The charge photoelectrically converted in the photoelectric conversion unit is transferred to the floating diffusion layer (floating diffusion) by the transfer transistor. The charge transferred to the floating diffusion layer is amplified by the amplification transistor and transmitted to the output signal line provided for each column via the selection transistor selected by the vertical shift register. The charge transmitted to the output signal line is output to the output terminal via the horizontal shift register. The surplus charge accumulated in the floating diffusion layer is discharged by a reset transistor whose drain region is connected to the power supply line.
固体撮像装置の微細化に伴い、出力回路を光が入射する光入射面と反対側の面に形成した裏面照射型の固体撮像装置が検討されている。図7は、裏面照射型の固体撮像装置の構成の一例を示している。図7に示すように、半導体基板に、不純物濃度が低いn型のシリコン層(n−層)216と、n−層216の裏面側に積層した、不純物濃度が低いp型のシリコン層(p−層)214と、p−層214の裏面側に積層した不純物濃度が高いp型のシリコン層(p+層)212とが形成されている。また、n−層216よりも表面側には、p型の不純物拡散層からなる画素分離領域228が形成されている。画素分離領域228の下方には、不純物濃度が低いp型のウエル領域234が形成されている。各受光部領域の表面側には、不純物濃度が高いp型のシリコン層222が形成され、シリコン層222よりも裏面側には、n型の不純物を含むシリコン層224が形成されている。半導体基板のp+層212の裏面側には、酸化シリコンや窒化シリコン等の入射光に対して透明な絶縁膜242が形成されている。絶縁膜242の光入射面側には、高屈折率透明層244が形成されている。高屈折率透明層244の光入射側の面には、複数のカラーフィルタ246を水平方向に配列してなるカラーフィルタ層が形成されている。隣接するカラーフィルタ246同士の間には、混色(クロストーク)を防止するための遮光部材248が形成され、カラーフィルタ246上には、マイクロレンズ252が形成されている。
With the miniaturization of solid-state imaging devices, back-illuminated solid-state imaging devices in which an output circuit is formed on the surface opposite to the light incident surface on which light enters are being studied. FIG. 7 shows an example of the configuration of a back-illuminated solid-state imaging device. As shown in FIG. 7, an n-type silicon layer (n− layer) 216 with a low impurity concentration and a p-type silicon layer (p-type with a low impurity concentration) stacked on the back side of the n−
半導体基板の内部には、隣り合う画素同士の間を仕切るように、タングステン等の光反射性材料から構成された埋め込み部材218が形成されている。埋め込み部材218とシリコン層との間には酸化シリコン等からなる絶縁膜219が形成されている。埋め込み部材218を形成することにより、入射光が入射した画素とは別の位置に設けられた画素の光電変換領域に侵入することを回避でき、混色の発生を防止できる。
An embedded
しかしながら、従来の裏面照射型の固体撮像装置には以下のような問題がある。画素同士の間に埋め込まれた埋め込み部材は、金属等の光を反射する材料からなる。金属とシリコンとは格子定数が異なるため、埋め込み部材の上に単結晶のエピタキシャル層を形成することは困難である。このため、埋め込み部材の上に形成されたシリコン層は結晶欠陥を多く含む。従って、暗時発生電荷が増加するので、固体撮像装置の感度が低下する。 However, the conventional back-illuminated solid-state imaging device has the following problems. The embedding member embedded between the pixels is made of a material that reflects light such as metal. Since metal and silicon have different lattice constants, it is difficult to form a single crystal epitaxial layer on the embedded member. For this reason, the silicon layer formed on the embedded member contains many crystal defects. Therefore, since the charge generated in the dark increases, the sensitivity of the solid-state imaging device decreases.
また、従来の裏面照射型の固体撮像装置は、光電変換部からの電荷を読み出す際に、CCD型の電荷読み出し構成を取っている。このため、半導体基板における読み出し電極を形成する側に、光反射材料を形成することができず、斜め入射光を完全に吸収することができない。例えば、波長が650nmの光は、厚さが10μmのシリコン材料により90%程度しか吸収されない。斜め入射光の吸収が不十分となると、混色を低減することができなくなる。さらに、金属をシリコン材料内に埋め込んでいるため、プロセス中の熱処理により、シリコン材料内に金属が熱拡散する。これによっても、シリコン層の結晶欠陥が増加し、暗時発生電荷が増加するので、感度が低下する。 Further, the conventional back-illuminated solid-state imaging device has a CCD-type charge reading configuration when reading charges from the photoelectric conversion unit. For this reason, the light reflecting material cannot be formed on the side of the semiconductor substrate where the readout electrode is formed, and the oblique incident light cannot be completely absorbed. For example, light having a wavelength of 650 nm is absorbed only about 90% by a silicon material having a thickness of 10 μm. If absorption of obliquely incident light is insufficient, color mixing cannot be reduced. Furthermore, since the metal is embedded in the silicon material, the metal is thermally diffused into the silicon material by heat treatment during the process. This also increases the crystal defects in the silicon layer and increases the charge generated in the dark, resulting in a decrease in sensitivity.
本発明は、前記の問題を解決し、感度が高く且つ混色を低減した裏面照射型の固体撮像装置を実現できるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and to realize a back-illuminated solid-state imaging device with high sensitivity and reduced color mixing.
前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像装置を、シリコン層からなる分離部を備えた構成とする。 In order to achieve the above object, according to the present invention, a solid-state imaging device is configured to include a separation unit made of a silicon layer.
具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、光入射面及び電荷検出面を有する半導体基板と、半導体基板に形成され、第1導電型の不純物を含む複数の光電変換部と、光電変換部同士の間に形成され、半導体基板に埋め込まれたシリコン層を有する分離部と、光入射面側に形成されたカラーフィルタと、電荷検出面側に形成された出力回路とを備え、シリコン層は、非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなる。 Specifically, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a light incident surface and a charge detection surface, a plurality of photoelectric conversion units formed on the semiconductor substrate and including a first conductivity type impurity, and a photoelectric conversion unit. A separation part formed between each other and having a silicon layer embedded in a semiconductor substrate, a color filter formed on the light incident surface side, and an output circuit formed on the charge detection surface side are provided. Made of amorphous silicon or polycrystalline silicon.
本発明の固体撮像装置は、光電変換部同士の間に形成され、半導体基板に埋め込まれたシリコン層を有する分離部を備えている。このため、固体撮像装置のプロセス中に半導体基板内に含まれる鉄、銅、ニッケル等の重金属をシリコン層にゲッタリングすることができる。従って、暗時発生電荷を低減し、固体撮像装置の感度を向上させることができる。また、カラーフィルタが光入射面側に形成され、出力回路が電荷検出面側に形成されているため、カラーフィルタと光電変換部との間隔を狭くすることができる。従って、斜め入射光による混色を低減することができる。さらに、基板の深部まで到達する長波長光についても、斜めに入射した場合に隣接する画素へ侵入しにくくなり、混色を低減できる。 The solid-state imaging device of the present invention includes a separation unit that is formed between photoelectric conversion units and includes a silicon layer embedded in a semiconductor substrate. For this reason, heavy metals such as iron, copper, and nickel contained in the semiconductor substrate can be gettered to the silicon layer during the process of the solid-state imaging device. Therefore, it is possible to reduce the charge generated in the dark and improve the sensitivity of the solid-state imaging device. In addition, since the color filter is formed on the light incident surface side and the output circuit is formed on the charge detection surface side, the distance between the color filter and the photoelectric conversion unit can be reduced. Therefore, color mixing due to obliquely incident light can be reduced. Furthermore, long-wavelength light reaching the deep part of the substrate is less likely to enter adjacent pixels when incident obliquely, and color mixing can be reduced.
本発明の固体撮像装置において、分離部は、シリコン層と半導体基板との間に形成された側部シリコン酸化膜を有していてもよい。このような構成とすることにより、分離部を形成するための溝部の側面における結晶欠陥を低減することができ、暗時発生電荷を低減して、高感度化することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the separation unit may have a side silicon oxide film formed between the silicon layer and the semiconductor substrate. With such a configuration, crystal defects on the side surface of the groove portion for forming the separation portion can be reduced, and the charge generated in the dark can be reduced to increase the sensitivity.
本発明の固体撮像装置において分離部は、シリコン層よりも電荷検出面側に形成された上部シリコン酸化膜を有し、上部シリコン酸化膜は、電荷検出面から突出していてもよい。このような構成とすることにより、分離部の上にゲート配線を形成することが可能となる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the separation unit may include an upper silicon oxide film formed on the charge detection surface side of the silicon layer, and the upper silicon oxide film may protrude from the charge detection surface. With such a configuration, a gate wiring can be formed on the separation portion.
本発明の固体撮像装置においてシリコン層は、リン、ホウ素又は砒素を含んでいてもよい。このような構成とすることにより、シリコン層において重金属のゲッタリングをより確実に行うことが可能となる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the silicon layer may contain phosphorus, boron, or arsenic. With such a configuration, heavy metal gettering can be performed more reliably in the silicon layer.
本発明の固体撮像装置においてシリコン層は、負電圧が印加されていてもよい。このような構成とすることにより、分離部を形成する溝部の表面にホール蓄積層を形成できる。このため、結晶欠陥による界面準位により発生する電荷を低減し、高感度化を行うことができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, a negative voltage may be applied to the silicon layer. With such a configuration, a hole accumulation layer can be formed on the surface of the groove portion that forms the separation portion. For this reason, the charge generated by the interface state due to crystal defects can be reduced, and high sensitivity can be achieved.
本発明の固体撮像装置において、光電変換部における第1導電型の不純物の濃度が最大となる位置は、分離部における最も光入射面側の位置よりも、光入射面側とすればよい。このような構成とすることにより、可視光領域の光が斜めに入射した場合の混色をより低減することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the position where the concentration of the first conductivity type impurity in the photoelectric conversion unit is maximized may be on the light incident surface side than the position on the most light incident surface side in the separation unit. With such a configuration, it is possible to further reduce color mixing when light in the visible light region is incident obliquely.
本発明の固体撮像装置は、光入射面に形成され、第2導電型の不純物を含む第2導電型層をさらに備え、分離部は、電荷検出面から第2導電型層に達していてもよい。このような構成とすることにより、可視光領域の光が斜めに入射した場合の混色をより低減することができる。 The solid-state imaging device of the present invention further includes a second conductivity type layer formed on the light incident surface and containing a second conductivity type impurity, and the separation portion may reach the second conductivity type layer from the charge detection surface. Good. With such a configuration, it is possible to further reduce color mixing when light in the visible light region is incident obliquely.
本発明に係る固体撮像装置によれば、感度が高く且つ混色を低減した裏面照射型の固体撮像装置を実現できる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, a back-illuminated solid-state imaging device with high sensitivity and reduced color mixing can be realized.
図1は、一実施形態に係る固体撮像装置の回路構成を示している。本実施形態の固体撮像装置は、フォトダイオードからなる光電変換部161を含む複数の画素100が行列状に配列されている。各画素100は、光電変換部161に蓄積された電荷を取り出すための、出力回路162を有している。出力回路162は、転送トランジスタ103、増幅トランジスタ104、選択トランジスタ106及びリセットトランジスタ105等の複数のMOSトランジスタを有している。例えば、光電変換部161において光電変換された電荷は、転送トランジスタ103により浮遊拡散層(フローティングディフュージョン)102に転送される。浮遊拡散層102に転送された電荷は、増幅トランジスタ104により増幅され、垂直シフトレジスタ108により選択された選択トランジスタ106を介して、列ごとに設けられた出力信号線111に伝達される。出力信号線111に伝達された電荷は、水平シフトレジスタ109を介して出力端子112へ出力される。なお、浮遊拡散層102に蓄積された余剰電荷は、ドレイン領域が電源線と接続されたリセットトランジスタ105により排出される。
FIG. 1 shows a circuit configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment. In the solid-state imaging device of this embodiment, a plurality of
図2は、画素100の断面構成を示している。図2においては3画素のみを示している。シリコン基板である半導体基板151には、n型の拡散領域である光電変換部161が行列状に形成されている。半導体基板151の表面は電荷検出面151Aであり、複数のMOSトランジスタを含む出力回路162が形成されている。半導体基板151の裏面は光入射面151Bであり、複数のカラーフィルタ169及びレンズ173等が形成されている。
FIG. 2 shows a cross-sectional configuration of the
出力回路162は、隣接する光電変換部161の間に形成され、光電変換部161と出力回路162を構成するトランジスタのソースドレイン領域との間には、分離部163が形成されている。電荷検出面151Aの上には出力回路162を覆うように層間膜165が形成され、層間膜165には複数の配線160が形成されている。配線160は出力回路162を駆動する制御線及び電荷を出力する出力線等を含む。隣接する光電変換部161同士の間には、p型の拡散層である分離拡散層164が形成されている。これにより、隣接する光電変換部161を電気的に分離し、混色を低減することができる。
The
カラーフィルタ169は、それぞれ光電変換部161に対応して形成されている。カラーフィルタ169は、波長450nm程度の短波長の光を高効率で透過するBフィルタと、波長650nm程度の長波長の光を高効率で透過するRフィルタと、波長550nm程度の中間波長の光を高効率で透過するGフィルタとを含み、ベイヤ配列等を構成している。カラーフィルタ169と光入射面151Bとの間には酸化シリコン(SiO2)又は窒化シリコン(SiN)等からなる絶縁膜166が形成されている。カラーフィルタ169の上には、平坦化層172を介してレンズ173が形成されている。
The color filters 169 are formed corresponding to the
光入射面151Bには光入射面151Bから一定の深さまで高濃度のp型不純物を拡散させた高濃度p型層170が形成されている。高濃度p型層170を形成することにより、光入射面151Bの結晶欠陥に起因する暗時発生電荷が光電変換部161へ流入することを抑え、ノイズを低減できる。電荷検出面151Aには高濃度p型層171が形成されている。高濃度p型層171を形成することにより、電荷検出面151Aの結晶欠陥に起因する暗時発生電荷が光電変換部161へ流入することを抑え、ノイズを低減できる。
On the
一般にMOS型の固体撮像装置は、多層配線の上にカラーフィルタを形成する。このため、基板面からカラーフィルタまでの距離が大きくなり、斜め入射光による混色の影響を大きく受ける。しかし、本実施形態の固体撮像装置は、カラーフィルタと多層配線とが基板の互いに異なる面に形成されている。このため、基板面からカラーフィルタまでの距離を小さくすることができる。具体的には、従来4μm程度であった基板面からカラーフィルタまでの距離を1μm程度まで小さくすることができる。これにより混色を半減させることができる。 In general, a MOS type solid-state imaging device forms a color filter on a multilayer wiring. For this reason, the distance from the substrate surface to the color filter is increased, and it is greatly affected by color mixing due to obliquely incident light. However, in the solid-state imaging device of this embodiment, the color filter and the multilayer wiring are formed on different surfaces of the substrate. For this reason, the distance from the substrate surface to the color filter can be reduced. Specifically, the distance from the substrate surface to the color filter, which was conventionally about 4 μm, can be reduced to about 1 μm. As a result, the color mixture can be halved.
また、本実施形態の固体撮像装置における分離部163は、非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなるシリコン層175を有している。分離部に酸化膜を埋め込む場合には、分離部のアスペクト比を3以上にすることは困難である。しかし、シリコン層175は埋め込み性が優れたLPCVD法により成膜可能である。このため、分離部163のアスペクト比を10〜20程度にまで大きくすることが可能となる。このため、分離部163の深さを深くし、斜め入射光による混色をさらに低減することができる。
In addition, the
さらに、本実施形態においては、分離部163を、光入射面151B側にシリコン層175を形成し、電荷検出面151A側に上部SiO2膜176が形成された構成としている。このため、分離部163の上にパルス伝達配線となるゲート配線及びゲート電極を形成することができる。このため、配線層数を低減でき、低コスト及び短TAT(Turn Around Time)の製造が可能となる。
Further, in the present embodiment, the separating
具体的には、本実施形態の固体撮像装置における分離部163は、幅が0.2μmで電荷検出面151Aからの深さが2.0μm程度の分離溝に、電荷検出面151Aからの深さが0.3μm程度の位置までシリコン層175を埋め込み、シリコン層175よりも電荷検出面151A側には、酸化シリコンからなる上部SiO2膜176を形成している。上部SiO2膜176は、電荷検出面151Aから50nm程度突出するように形成されている。このような構成とすることにより、光電変換部161におけるn型不純物の濃度が最大となる位置が、分離部163の電荷検出面151Aから最も深い位置よりも電荷検出面151A側となる。これにより、長波長の光が隣接する画素へ侵入することを低減できる。Rフィルタが設けられた画素と隣接するGフィルタが設けられた画素の出力値に対する、Rフィルタが設けられた画素の出力値の比として算出した混色特性は約0.5%となる。一般的に、シリコン基板へ入射した光の強度が半減する深さは、波長が450nmの場合には0.3μm程度であり、波長が550nmの場合には0.8μm程度であり、波長が650nmの場合には、2.3μm程度である。このように、長波長の光の方がシリコン基板の深い位置まで到達するため、斜め入射光による混色が顕在化しやすい。
Specifically, the
また、分離部163は、分離溝の底面及び側面に形成された側部SiO2膜177を有している。このため、分離溝の側面に発生する結晶欠陥を低減することができ、暗時発生電荷に起因した感度低下を抑えることができる。側部SiO2膜177は例えば、膜厚を10nm程度とすればよい。
Further, the
本実施形態の固体撮像装置にシリコン層175を接地電位としたり、負電圧を印加したりしてもよい。画素数が30万程度の固体撮像装置において、暗時の出力が69mV以上の画素が10000画素程度であった場合、側部SiO2膜177を設けることにより1000画素以下まで減少させることができる。さらに、シリコン層175に−3Vの電圧を印加すると、分離溝の側壁に1×1018/cm3程度の濃度のホール蓄積層を形成できる。これにより、結晶欠陥の界面準位から発生する電荷を低減でき、暗時の出力が69mV以上の画素数を10画素以下にまで低減できる。
The
また、半導体基板151をSOI基板としてもよい。一般に、SOI基板中に拡散したFe元素及びNi元素は200nm程度の埋め込み酸化(BOX)層を拡散することが困難である。このため、Si基板においてゲッタリングされず、SOI層の上に残存する。従って、暗時の出力が69mV以上の画素が増加し、特性が悪化する。これを回避するために、SOI層にゲッタリング箇所を設けた場合には、ゲッタリング箇所に結晶欠陥が集中するため、熱による発生電荷が増大し、暗時の出力が69mV以上の画素が増加してしまう。一方、分離部163にシリコン層175を設けた場合には、光電変換部161から隔離された箇所に、Fe元素及びNi元素をゲッタリングすることが可能となる。この場合SOI基板のシリコン層から98%程度吸収することができる。このため、画素数が30万程度の固体撮像装置において、暗時の出力が69mV以上の画素を10画素以下にまで低減できる。
Further, the
本実施形態の固体撮像装置において、光電変換部161は200keV〜2000keVの注入エネルギーにより形成し、不純物濃度を1×1014/cm3〜1×1017/cm3とすればよい。分離拡散層164は100keV〜3000keVの注入エネルギーにより形成し、不純物濃度を1×1015/cm3〜1×1018/cm3とすればよい。高濃度p型層170及び高濃度p型層171は、1keV〜100keVの注入エネルギーにより形成し、不純物濃度を1×1017/cm3〜1×1020/cm3とすればよい。高濃度p型層170の不純物濃度を高濃度とすることにより、発生電荷のライフタイムが短くなり、結晶欠陥に起因して発生する電荷の光電変換部161への流入を防止できる。高濃度p型層171により、全画素において光電変換部161の一部分は電荷検出面151Aからの深さが等しくなっており、光電変換部161から浮遊拡散部への蓄積電荷の転送は、光電変換部161の浅い部分において行う。
In the solid-state imaging device of this embodiment, the
以下に、本実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、図3(a)に示すように、CVD法により、SOI基板又はシリコン基板等の半導体基板151の電荷検出面151Aの上に膜厚が10nm〜200nmのシリコン窒化膜189を形成する。続いて、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法等によりシリコン窒化膜189における分離部と対応する箇所に開口部を形成する。
Below, the manufacturing method of the solid-state imaging device of this embodiment is demonstrated. First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、シリコン窒化膜189をハードマスクとして、ドライエッチング法により半導体基板151の電荷検出面151A側に幅が0.1μm〜0.5μmで、深さが1μm〜5μmの分離溝174を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, with the
次に、図3(c)に示すように分離溝174の側面に熱CVD法等により、厚さが5nm〜20nmのSiO2からなる側部SiO2膜177を形成する。続いて、CVD法によりシリコン層175を分離溝174に形成した後、エッチバックを行い、側部SiO2膜177の分離溝174の上部0.1μm〜0.3μm程度の部分を除去する。分離溝174の結晶欠陥に起因する暗時発生電荷が光電変換部161へ流入することを防止するため、側部SiO2膜177を形成した後に、分離溝174の側壁にp型不純物を注入することが好ましい。p型不純物の注入条件は、注入エネルギーを5〜30keVで、注入濃度を1×1014/cm3〜1×1019/cm3とすればよい。
Next, as shown in FIG. 3C, a side SiO 2 film 177 made of SiO 2 having a thickness of 5 nm to 20 nm is formed on the side surface of the
次に、図3(d)に示すように、CVD法によりSiO2からなる上部SiO2膜176をシリコン層175の上部に形成する。
Next, as shown in FIG. 3 (d), to form an upper SiO 2 film 176 made of SiO 2 by CVD on the
次に、図4(a)に示すように、CMP法によりシリコン窒化膜189上の上部SiO2膜176を除去した後、ウエットエッチング法によりシリコン窒化膜189を除去する。これにより、上部SiO2膜176が半導体基板の上に50nm程度突出した分離部163が形成される。続いて、フォトリソグラフィ法及びイオン注入法により、所望の領域に光電変換部161、出力回路162の拡散層、高濃度p型層171及び分離拡散層164等を形成する。この後、熱酸化によりゲート酸化膜(図示せず)を形成し、CVD法によりゲート電極を形成する。
Next, as shown in FIG. 4A, after the upper SiO 2 film 176 on the
次に、図4(b)に示すように、層間膜165及び配線160を、スパッタ法及びCVD法を用いた成膜と、フォトリソグラフィ法及びドライエッチング法を用いたパターニングとにより形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
次に、図4(c)に示すように、層間膜165上に支持基板190を貼り付ける。支持基板190はシリコン基板等とすればよい。また、石英基板等を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 4C, a
次に、図5(a)に示すように、半導体基板151の電荷検出面151Aと反対側の面をバックグラインド及びウエットエッチングして、光電変換部161が露出した光入射面151Bを形成する。続いて、イオン注入法により、光入射面151B側に高濃度p型層170を形成する。高濃度p型層170の形成は、注入エネルギーを1keV〜100keVとし、不純物濃度を1×1017/cm3〜1×1020/cm3とすればよい。
Next, as shown in FIG. 5A, the surface opposite to the
続いて、図5(b)に示すように、高濃度p型層170の上に、CVD法により厚さが0.05μm〜1μmの絶縁膜166を形成し、スピン塗布法によりカラーフィルタ169を形成する。カラーフィルタ169は例えばベイヤ配列とすればよい。続いて、スピン塗布法及びドライエッチング法により平坦化層172を介してレンズ173を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, an insulating
分離部163は、電荷検出面151Aからの深さが光電変換部161における不純物濃度が最も高い位置よりも深ければよい。従って、図6に示すように、分離部163が高濃度p型層170に達していてもよい。この場合、例えば半導体基板151の厚さと3μmとし、分離部163を形成する分離溝を幅が0.3μmで深さが2.8μmとすればよい。分離部163が高濃度p型層170に達している場合には、隣接する光電変換部161を物理的に分離することができる。このため、混色特性をさらに改善することができる。Rフィルタが設けられた画素と隣接するGフィルタが設けられた画素における出力値に対するRフィルタが設けられた画素の出力値の比は、最終的に約0.01%となる。
The
本発明に係る固体撮像装置は、感度の向上及び混色の低減が可能であり、特に電荷の取り出しを光入射面と反対側の面から行う固体撮像装置等として有用である。 The solid-state imaging device according to the present invention can improve sensitivity and reduce color mixing, and is particularly useful as a solid-state imaging device or the like that extracts charges from a surface opposite to the light incident surface.
100 画素
102 浮遊拡散層
103 転送トランジスタ
104 増幅トランジスタ
105 リセットトランジスタ
106 選択トランジスタ
108 垂直シフトレジスタ
109 水平シフトレジスタ
111 出力信号線
112 出力端子
151 半導体基板
151A 電荷検出面
151B 光入射面
160 配線
161 光電変換部
162 出力回路
163 分離部
164 分離拡散層
165 層間膜
166 絶縁膜
169 カラーフィルタ
170 高濃度p型層
171 高濃度p型層
172 平坦化層
173 レンズ
174 分離溝
175 シリコン層
176 上部SiO2膜
177 側部SiO2膜
189 シリコン窒化膜
190 支持基板
100
Claims (7)
前記半導体基板に形成され、第1導電型の不純物を含む複数の光電変換部と、
前記光電変換部の間に形成され、前記半導体基板に埋め込まれたシリコン層を有する分離部と、
前記光入射面側に形成されたカラーフィルタと、
前記電荷検出面側に形成された出力回路とを備え、
前記シリコン層は、非晶質シリコン又は多結晶シリコンからなることを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate having a light incident surface and a charge detection surface;
A plurality of photoelectric conversion units formed on the semiconductor substrate and including impurities of a first conductivity type;
A separation unit formed between the photoelectric conversion units and having a silicon layer embedded in the semiconductor substrate;
A color filter formed on the light incident surface side;
An output circuit formed on the charge detection surface side,
The solid-state imaging device, wherein the silicon layer is made of amorphous silicon or polycrystalline silicon.
前記上部シリコン酸化膜は、前記電荷検出面から突出していることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The separation part has an upper silicon oxide film formed on the charge detection surface side of the silicon layer,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the upper silicon oxide film protrudes from the charge detection surface.
前記分離部は、前記電荷検出面から前記第2導電型層に達することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 A second conductivity type layer formed on the light incident surface and including a second conductivity type impurity;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the separation unit reaches the second conductivity type layer from the charge detection surface.
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