JP2014033107A - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板と、基板に設けられた複数の光電変換部と、溝部と、埋め込み膜と、遮光膜とを有し、隣り合う光電変換部間に設けられた素子分離部を備える。溝部は、基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する。また、埋め込み膜は、溝部の内壁面を被覆するように溝部内に埋め込まれている。また、遮光膜は、溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が埋め込み膜に埋め込まれている。
【選択図】図3
Description
1.第1の実施形態:固体撮像装置
1−1 固体撮像装置全体の構成
1−2 要部の構成
1−3 固体撮像装置の製造方法
1−4 比較例
1−5 変形例
1−6 変形例に係る固体撮像装置の製造方法
2.第2の実施形態:固体撮像装置
2−1 要部の構成
2−2 固体撮像装置の製造方法
3.第3の実施形態:固体撮像装置
3−1 要部の構成
3−2 固体撮像装置の製造方法
3−3 変形例
4.第4の実施形態:電子機器
[1−1 固体撮像装置全体の構成]
図1は、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像装置1の全体を示す概略構成図である。本実施形態例の固体撮像装置1は、シリコンからなる基板11上に配列された複数の画素2から構成される画素領域3と、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成される。
図2は、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像装置1の垂直方向及び水平方向に隣り合う4画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。また、図3は、図2のA−B−C線上に沿う断面構成図である。本実施形態の固体撮像装置1は、基板22と、基板22の表面側に形成された配線層23と、支持基板26とを備える。また、本実施形態の固体撮像装置1は、素子分離部31と、平坦化膜32と、カラーフィルタ層33と、集光レンズ34とをさらに備える。また、以下の説明では、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型として説明する。
次に、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。図4A〜図7Hは、本開示の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。
本実施形態に係る固体撮像装置1では、各画素の光電変換部35が、溝部27に埋め込み膜29が埋め込まれて形成された素子分離部31によって分離されている。このため、光電変換部35に蓄積された信号電荷の隣接する光電変換部35側への漏れを、不純領域のみで分離する場合より低減することができる。この結果、光電変換部35において飽和電荷量以上の信号電荷が生成された場合に、より効率的にソース・ドレイン領域40へ掃き出せることが可能となる。これにより、電子混色(ブルーミングの発生)が抑制される。
さらに、例えば、遮光膜30の埋め込みの深さを、基板22に設けられた溝部27の開口端よりも上部に設定した場合、膜ストレスによる画質低下や暗電流発生を抑制できる。
図8は、比較例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図8において、図3に対応する部分に同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置71として、遮光膜80でカラーフィルタ層33を分離する例を説明する。図9は、変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図9において、図3に対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。
変形例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図10A及び10Bは、変形例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。図10A及び10Bにおいて、図4A〜図7Fに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。また、変形例において、溝部27を形成するまでの工程は、図4A〜図7Fで説明した工程と同様であるから、その後の工程から説明する。
[2−1 要部の構成]
図12Aは、本開示の第2の実施形態に係る固体撮像装置の4画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図12Bは、図12AのA−B線上に沿う断面構成図であり、図12Cは、図12AのB−C線上に沿う断面構成図である。
その他、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本実施形態の固体撮像装置91の製造方法を説明する。図14A〜図15Dは、本開示の第2の実施形態の係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。なお、図14A〜図15Dは、図11Aにおける平面レイアウトのA−B−C線上に沿う断面構成図であり、図中の左側をA−B間の断面(第1の断面)、右側をB−C間の断面(第2の断面)とする。図4A〜図5Cに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。また、本実施形態において、溝部を形成する前までの工程は、図4A〜図5Cで説明した工程と同様であるから、説明を省略し、その後の工程から説明する。
したがって、遮光膜90aを溝部87aの埋め込み膜29に埋め込む深さy1と、遮光膜90bを溝部87bの埋め込み膜29に埋め込む深さy2を揃えることできる。以上より、第1の断面における素子分離部81aと第2の断面における素子分離部81bとで、分光性能を揃えることができ、また、遮光に対する遮光性能を揃えることもできるので、分光設計が容易となる。
その他、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[3−1 要部の構成]
次に、本開示の第3の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態の固体撮像装置の全体構成は、図1と同様であるから、図示を省略する。図17は、本開示の第3の実施形態に係る固体撮像装置の4画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図18は、図17のA−B−C線上に沿う断面構成図である。図18において、図3に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置101は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置を例としたものである。本実施形態の固体撮像装置101の全体構成は、図1と同様であるから、図示を省略する。
次に、本実施形態の固体撮像装置101の製造方法を説明する。図19A〜20Dは、本開示の第3の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。なお、図19A〜20Dは、図17における平面レイアウトのA−B−C線上に沿う断面である。図19A〜20Dにおいて、図4A〜図5Cに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態において、溝部を形成する前までの工程は、図4A〜図5Cで説明した工程と同様であるから、説明を省略し、その後の工程から説明する。
次に、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置121として、カラーフィルタ層33を遮光膜110で分離することによって、集光レンズを設けなくても集光可能な固体撮像装置の例を説明する。図21は、変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図21において、図9に対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。
その他、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本開示の第4の実施形態に係る電子機器について説明する。図22は、本開示の第4の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。本実施形態の電子機器131は、固体撮像装置134と、光学レンズ132と、メカニカルシャッタ133と、駆動回路136と、信号処理回路135とを有する。本実施形態の電子機器131は、固体撮像装置134として上述した本開示の第1の実施形態における固体撮像装置1を電子機器(カメラ)に用いた場合の実施形態を示す。
(1)
基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置。
(2)
素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成されている
(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ設けられており、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部が設けられている
(1)又は(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記遮光膜は、前記基板に設けられた溝部の開口端よりも上部に形成されている
(1)〜(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように配置されており、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じである
(1)〜(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記溝部の内壁面に接する膜は、固定電荷を有する膜である
(1)〜(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)
前記基板上部に、画素毎に配置されたカラーフィルタ層を有し、
前記遮光膜は、前記カラーフィルタ層を画素毎に区画するように設けられている
(1)〜(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記固定電荷を有する膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸窒化ハフニウム、または、酸窒化アルミニウムで形成されている
(1)〜(7)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(9)
前記遮光膜は、アルミニウム、タングステン、銅又はカーボンブラックで形成されている
(1)〜(8)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(10)
基板に複数の光電変換部を形成する工程と、
隣り合う前記光電変換部間に、前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部を形成する工程と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有する素子分離部を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
(11)
前記素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成する
(10)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(12)
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ形成し、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部を形成する
(10)又は(11)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(13)
前記段差部を有する溝部は、開口幅の異なるマスクを用いた複数回のエッチングによって形成する
(10)〜(12)のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
(14)
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように形成し、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じになるように、前記遮光膜を形成する
(10)〜(13)のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
(15)
前記遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれる深さは、前記溝部に形成される前記埋め込み膜の膜厚で調整する
(10)〜(14)のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
(16)
基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
Claims (16)
- 基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置。 - 素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ設けられており、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部が設けられている
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、前記基板に設けられた溝部の開口端よりも上部に形成されている
請求項3に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように配置されており、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じである
請求項4に記載の固体撮像装置。 - 前記溝部の内壁面に接する膜は、固定電荷を有する膜である
請求項5に記載の固体撮像装置。 - 前記基板上部に、画素毎に配置されたカラーフィルタ層を有し、
前記遮光膜は、前記カラーフィルタ層を画素毎に区画するように設けられている
請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記固定電荷を有する膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸窒化ハフニウム、または、酸窒化アルミニウムで形成されている
請求項7に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜は、アルミニウム、タングステン、銅又はカーボンブラックで形成されている
請求項8に記載の固体撮像装置。 - 基板に複数の光電変換部を形成する工程と、
隣り合う前記光電変換部間に、前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部を形成する工程と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有する素子分離部を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。 - 前記素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成する
請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ形成し、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部を形成する
請求項11に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記段差部を有する溝部は、開口幅の異なるマスクを用いた複数回のエッチングによって形成する
請求項12に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように形成し、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じになるように、前記遮光膜を形成する
請求項13に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれる深さは、前記溝部に形成される前記埋め込み膜の膜厚で調整する
請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
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