JP4525144B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、このような構成の場合、表面側に形成された各素子や各膜等で入射光が吸収、あるいは反射されてしまい、入射光に対する光電変換効率が低く、感度の低い構成となっていた。
なお、図14Aは裏面側から見た撮像領域の概略平面図を示し、図14Bは図14AのA−A線の概略断面図を示している。
このCMOS型の固体撮像素子50では、半導体基体51(例えば単結晶シリコン層)内に形成された素子分離領域52により区切られた単位画素領域53内に、高濃度のN型の半導体領域よりなる光電変換素子(いわゆるフォトダイオードPD部)54が形成されている。
また、単結晶シリコン層51の一方の面、すなわち表面側(図中上側)には、各光電変換素子54に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)55がそれぞれ形成され、これら読み出し回路55上に配線層56が形成されている。
また、単結晶シリコン層51の他方の面、すなわち裏面側(図中下側)には、平坦化膜(パッシべーション膜)59を介して各光電変換素子54に対応する位置にオンチップレンズ57が形成されている。
なお、67はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また68は光電変換素子54の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域53内においては、フローティングディフュージョン部64に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部64で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
具体的には、単結晶シリコン層51上に形成された絶縁層74中において、1層目の配線561と、この1層目の配線561上に絶縁層74を介して形成された2層目の配線562とから形成されている。
なお、絶縁層74上にはパッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に接着剤層(図示せず)を介して支持基板58が接着されている。
また、単結晶シリコン層51内に例えば不要なメタル不純物が存在することにより、メタル汚染が進行するといった問題が生じる。
なお、このような暗電流や画像欠陥の発生は、固体撮像素子50の性能を低下させる要因となる。
また、本発明は、結晶欠陥の修復や不要な不純物を吸収することができる構成の固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
なお、図1Aは裏面側から見た撮像領域の概略平面図を示し、図1Bは図1AのA−A線の概略断面図を示している。
このCMOS型の固体撮像素子10では、半導体基体(例えば単結晶シリコン層)1内に形成された素子分離領域2により区切られた単位画素領域3内に、高濃度のN型の半導体領域よりなる光電変換素子(いわゆるフォトダイオードPD部)4が形成されている。すなわち、光電変換素子はマトリクス状に形成されている。そして、単結晶シリコン層1の一方の面、すなわち表面側(図中上側)には、各光電変換素子4に蓄積された信号電荷を読み出す回路(読み出し回路)5がそれぞれ形成され、これら読み出し回路5上に配線層6が形成されている。また、単結晶シリコン層1の他方の面、すなわち裏面側(図中下側)には、各光電変換素子4に対応してオンチップレンズ7が形成されている。
なお、17はP型の半導体領域よりなる第2の素子分離領域である。また18は光電変換素子4の表面側に形成された高濃度のP型の半導体領域よりなる電荷蓄積領域である。
また、図示しないが、この単位画素領域3内においては、フローティングディフュージョン部14に蓄積された信号電荷を掃き捨てるリセットゲート部や、フローティングディフュージョン部14で変換された電圧を出力する出力部(出力アンプ)等が設けられている。
具体的には、単結晶シリコン層1上に形成された絶縁層24中において、1層目の配線61と、この1層目の配線61上に絶縁層24を介して形成された2層目の配線62とから形成されている。
なお、絶縁層24上にはパッシベーション膜からなる平坦化膜が形成され、この平坦化膜上に接着剤層(図示せず)を介して支持基板8が形成されている。
このゲッタリング領域15は、単結晶シリコン層1内で発生した結晶欠陥を修復したり、単結晶シリコン層1内に存在する不純物を吸収したりする特性を有する領域である。
このように画像光が入射する裏面側にゲッタリング領域15を形成することにより、単結晶シリコン層1の裏面側に発生する結晶欠陥をより効果的に修復することができる。また、単結晶シリコン層1の裏面側に存在する不純物をより効果的に吸収することができる。
なお、ゲッタリング領域15を光電変換素子4に直接接して形成した場合、ゲッタリング領域15の形成材料にもよるが、ゲッタリング領域15の周囲で欠陥が発生し、この欠陥がリーク電流を引き起こす要因となることがある。したがって、ゲッタリング領域15は光電変換素子4の側壁から離れて形成することが望ましい。
図1に示す場合では、マトリクス状に配置された各単位画素領域3の周囲を囲むようにゲッタリング領域15を形成している。すなわち格子形状で形成した場合である。
また、単結晶シリコン層1内の特に裏面側に存在する不純物を吸収することができるので、不要なメタル不純物によるメタル汚染等の進行を抑えることができる。これにより、このようなメタル汚染等に起因する画素欠陥(白点)の発生を抑えることができる。
なお、この図2においても、図2Aは裏面側から見た平面図を示し、図2Bは図2AのA−A線の断面図を示している。
上述した実施の形態のCMOS型の固体撮像素子10では、図1に示したように、ゲッタリング領域15を、マトリクス状に配置された各単位画素領域3を囲むように格子形状で形成した場合を示したが、本実施の形態のCMOS型の固体撮像素子11では、ゲッタリング領域15をドット状に形成した場合である。
すなわち、本実施の形態の固体撮像素子11では、図2Aに示すように、素子分離領域2において、4つの各光電変換部の中心となる位置に(例えば4A,4B,4C,4Dの中心となる位置に)、それぞれ十字形状のゲッタリング領域15が形成されている。
なお、ゲッタリング領域11の具体的な形成材料や形成位置(深さ)は、上述した実施の形態のCMOS型の固体撮像素子10の場合と同様にすることができる。
また、これ以外の構成においても、上述した実施の形態のCMOS型の固体撮像素子10の場合と同様であるので、図1と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略している。
なお、図3において、図1及び図2と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略している。
ゲッタリング領域15をこのような形状に形成した場合にも、上述した実施の形態のCMOS型の固体撮像素子10,11の場合と同様の作用を得ることができる。
ゲッタリング領域15をこのように形成した場合は、上述した実施の形態のCMOS型の固体撮像素子10,11の場合と同様の作用を得ることができるが、特定の行間毎及び特定の列間毎とした分、レジストマスクがさらに作り易い構成を得ることができる。
具体的には、先ず、SOI基板23上の全面に絶縁層24を形成して平坦化処理を行った後、1層目となる配線61を所定のパターンに形成する。
次に、1層目の配線61を含んで全面に再び絶縁層24を形成して平坦化処理を行った後、2層目となる配線62を所定のパターンに形成する。
そして、この後、絶縁層24上に例えばSiN膜やSiON膜等からなる平坦化膜を形成する。
なお、図9に示す場合では配線層6が2層構造の場合を示したが、3層以上の場合はこのような工程が繰り返される。
具体的には、平坦化膜上に接着材層(図示せず)を塗布して、支持基板8を貼り合わせることにより、配線層6上に支持基板8を接着させる。
なお、SOI基板23の表面側に支持基板8を貼り合わせるのは、後述する工程において、SOI基板23を薄膜化させる際に、機械的な強度を確保するためである。
具体的には、先ず、単結晶シリコン層1上にレジスト膜(図示せず)を成膜し、このレジスト膜を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングすることで、図12Aに示すように、ゲッタリング領域15形成用のレジストマスク25を形成する。
この際、後述するように、形成されるゲッタリング領域15の形状が格子形状になるようにレジスト膜をパターニングする。また、形成されるゲッタリング領域15の側壁が光電変換素子4の側壁と直接接しないように、レジストマスク25は光電変換素子4よりも縦横とも大きい幅で形成する。すなわち、光電変換素子4を覆うようにしてレジストマスク25を形成する(図12B参照)。
この際、エネルギー量やドーズ量を調整することにより、素子分離領域2内の裏面側にゲッタリング領域15を形成することができる。
カーボンのエネルギー量は、例えば20KeV〜200KeVの範囲内で規定することができ、ドーズ量は、例えば5.0×1014cm−2〜5.0×1015cm−2の範囲内で規定することができる。
本実施の形態では、エネルギー量を100KeV、ドーズ量を1.0×1015cm−2としてカーボンを注入している。
また半導体基体1内に不要な不純物が存在する場合は、この不純物を吸収することができ、不要なメタル不純物によるメタル汚染の進行を抑えることができる。
これにより、結晶欠陥に起因する暗電流の発生や、不要なメタル不純物によるメタル汚染に起因する画素欠陥(白点)の発生を抑制することができる。
すなわち、単結晶シリコン層1の表面側より不純物元素を注入して素子分離領域2の裏面側にゲッタリング領域15を形成するようにした場合は、不純物元素が表面側から裏面側の所定の位置まで確実に注入されるようにするために高エネルギーで不純物元素を注入する必要があり、高性能な注入装置を用いることが必要になることが考えられるからである。
すなわち、単結晶シリコン層1の裏面側の所定の位置にゲッタリング領域15を形成した後に、単結晶シリコン層1の表面側に読み出し回路5や配線層6を形成した場合、読み出し回路や配線層6の形成過程で生じる熱履歴によりゲッタリング領域15が影響を受け、ゲッタリング効果が低下してしまう虞がある。
しかしながら、単結晶シリコン層1の表面側に読み出し回路5や配線層6等を形成した後に、素子分離領域2の所定の位置にゲッタリング領域15を形成した場合は、製造工程の最終段階でゲッタリング領域15を形成することになるので、製造過程においてゲッタリング領域15が余分な熱履歴による影響を受け、必要以上にゲッタリング効果が低下してしまうことを防止できるからである。
この場合、得ようとするゲッタリング領域15の形状によっては、レジストマスク25の形成が容易になる。
すなわち、図1に示したような格子形状のゲッタリング領域15形成用のレジストマスク25の場合は、縦横とも島状の微細なパターンに形成しなければならず、マスク25が作り難いが、図2及び図3、また図5に示したようなドット状のゲッタリング領域15形成用のレジストマスク25の場合は、レジストマスクを縦横とも島状の微細なパターンに形成しなくても済むためである。
ゲッタリング領域15をこのように形成する場合は、特定の行間毎及び列間毎とした分、レジストマスク25の形成をさらに作り易くすることができる。
このような構成を形成する場合は、例えば、図12に示した不純物元素注入工程において、読み出し回路5等が形成された領域付近(表面側付近)にゲッタリング領域15が形成されるように、エネルギー量やドーズ量を調整して不純物元素を注入すればよい。
Claims (4)
- 半導体基体内に、複数の光電変換素子が形成され、前記半導体基体上に、前記複数の光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路がそれぞれ形成され、前記複数の光電変換素子からの信号電荷を読み出す回路とは反対側より、光が照射される構成の固体撮像素子を製造する方法であって、
前記半導体基体に素子分離領域を形成し、当該半導体基体の光が照射される側と反対の面に、前記光電変換素子、前記信号電荷を読み出す回路を形成した後、
前記素子分離領域に、光が照射される側から不純物を注入することにより、ゲッタリング領域を形成する
固体撮像素子の製造方法。 - 前記光電変換素子をマトリクス状に形成し、前記ゲッタリング領域を、前記光電変換素子の行間或いは列間の前記素子分離領域の一部に形成する
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記不純物を注入する際のドーズ量が、1.0×1014cm-2である
請求項1または2に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記半導体基体の半導体領域を構成する元素とは異なる元素により、前記ゲッタリング領域を形成する
請求項1〜3の何れかに記載の固体撮像素子の製造方法。
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