JPH01205465A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は受光部及び電荷転送部を有した固体撮像装置及
びその製造方法に関し、特に画素数が数十万画素以上の
集積度の高い固体撮像装置及びその製造方法に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、受光部及び電荷転送部が設けられる固体撮像
装置において、第１の基板に受光部、第２の基板に電荷
転送部がそれぞれ設けられ、その第２の基板が第１の基
板の裏面に張り合わされると共に、上記受光部からの電
荷を第１の基板を貫通して上記電荷転送部に転送するよ
うにすることにより、高密度に各画素が配置されるよう
にしたものである。また、さらに本発明は、そのような
固体撮像装置を製造する方法にかかり、第１の基板の各
受光素子毎に貫通電荷取り出し領域を設Ｊｌると共にそ
の貫通電荷取り出し領域に対応した第１の電極を設＋Ｊ
る工程と、第２の基板には一ヒ記第］の電極に対応した
第２の電極及び電荷転送部を形成ずろ工程と、両端板の
画電極を張り合わせる工程とによって、高密度の固体１
最像装置を製造する方法である。

〔従来の技術〕

ＣＣＩ）（電荷結合素子）等の構造を有する固体撮像装
置ては、画素を高密度に配置する要求があり、そのため
に、単に画素′リーイズを小さくして多画素化しただｉ
Ｊては、受光面積が縮小化した分だり取り扱い電荷量が
小さくなり、その分の感度が劣化する。

そこ−（、従来、受光部の開口率を大きく採るために、
電荷転送部の上層に受光部を設りた積層構造とするもの
や、微小な集光レンズ等を受光部の受光素子に対して配
列した構造のものがある。また、開口率の低下もなく、
過剰−）−ヤリアを吸収してブルーミングの問題を解決
する技術としては、縦型オーバーフロー］・レイン技術
かある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしなから、積層型構造や集光［／ンス等を積層した
構造の固体撮像装置てあっても、その茜密度化が容易で
はない。

すなわち、積層型構造の場合には、Ｌ層に複数の受光素
子を配列した受光部を設けろことで、それたり各受光素
子の開し］率を人きくするごとがてきる。しかし、受光
部をソリコン基板等の半導体結晶領域に形成することが
困難であり、十分な感度か（ｉ）られない。また、微小
な集光レンス笠を受光部に設りた場合や縦型オーバーフ
ロートレイン技術を用いた場合でも、基板トには電荷転
送部が設けられ、開口率を向上さ・Ｕるに＆；１１１１
１Ｊ度かある。

そこで、本発明目高密度に受光素子を配置し且つ十分な
感度の得られる固体撮像装置及びその製造方法を提供す
ることを「１的とする。

〔課題を解決するための手段］ 上１ｉ１ｅの目的を達成するために、本発明の固体撮像
装置ε１、第１の基板表面に受光部が設のられ、該第］
の基板と張り合わされた第２の基板に電荷転送部が設け
られてなり、」二記受光部からの電荷しＩ該第］の基板
を貫通して十記電荷転送部に転送されることを特徴とす
る。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、第１の基板
の表面に複数の受光素子を形成し、各受光素子毎に該第
１の基板を貫通ずる貫通電荷取り出し領域を設け、該第
１の基板の裏面に該貫通電荷取り出し領域に対応した第
１の電極を形成する］上程と、第２の基板の表面に上記
第１の電極に対応する位置で第２の電極を形成すると共
に、該第２の基板に該第２の電極からの電荷を転送して
出力する電荷転送部を形成する工程と、上記第１の基板
の裏面の第１の電極と、上記第２の基板の表面の第２の
電極とを張り合わせる工程とによって、」−９述の課題
を解決する。

ｒ作用］ 本発明の固体撮像装置では、第１の基板表面に受光部が
形成され、電荷転送部は異なる基板である第２の基板に
形成される。そして、第１の基板を貫通して電荷を転送
できる構成とするごとにより、二つの基板を張り合わセ
で装置を構成しても受光部から電荷転送部への電荷の転
送が可能となる。このため第１の基板」二にむ１受光素
子のみを配列させることができる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法においては、第
１の基板に第１の電極を設（」、さらに第２の基板に第
２の電極を設けて、これらを張り合わ−ｌる。このため
、上述のような固体撮像装置を容易に製造することがで
きる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例 木実力ｍ例は、２つの基板の張り合わせ構造によってＣ
ＣＤを構成した例である。

その構造の第１の基板１０側は、第１図に示すように、
Ｐ型のシリコン基板である第１の基板１０の表面］、　
Ｏａに、受光部を構成する受光素子となり柱つ複数の画
素に対応したＮ−型の不純物領域１２か形成されている
。上記表面１０　ａ　Ｉ、Ｊシリコン酸化膜１３が形成
され、このシリコン酸化膜１３＋：Ｉ上記表面］、　Ｏ
ａの保護膜として機能する。

各Ｎ−型の不純物領域］２の下部からは、第１の基板１
０を貫通ずるような溝部１３がそれぞれ形成されている
。これら溝部１３ば、それぞれ基板１０の主面に対して
垂直な方向に該基板１０を貫通ずるように形成され、該
溝部１３の上端は上記各Ｎ−型の不純物１】Ｍ域Ｉ２に
電気的に接続する。

これら）１４部１３の内部には、例えば選択エピクキソ
ヤル成長法によって形成された貫通電荷取り出し領域１
４がそれぞれ設りられている。これら貫通電荷取り出し
領域１４はＮ−型の領域とされ、これら各貫通電荷取り
出し領域１４の中央部には、その貫通電荷取り出し領域
１４による溝を埋めるように例えば多結晶シリコン層か
らなる充＠ＮＩ５が形成されている。

上記各Ｎ−型の不純物領域１２の下部から第１の基板１
０を貫通して設ＤＪられた各ｔ’１通電通電荷出し領域
１４及び充填層１５の下部には、さらに複数の第１の電
極２１か設りられている。これら第１の電極２１は、上
記第１の基板１０の裏面］ｏｂに設Ｇｊられた層間絶縁
膜１６の一部を、」上記名貫通電荷取り出し領域Ｉ４に
対応して開口したところでそれぞれ突出するよ・うに形
成されている。

これら第１の電極２１は、例えばアルミニコーム等の金
属＋Ａ１１ｔによって形成されている。

次に、第２の基板１１例の構造は、１）型のソリコン基
板である該第２の基板１１の表面に臨んで複数のＮ−型
の不純物領域３１が形成されている。

これらＮ−型の不純物領域３１上には、層間絶縁膜３５
を開口した開口部３６が形成され、それら開口部３６内
から突出するように、第２の電極２２が形成されている
。そして、これら第２の電極２２は、それぞれ」−記第
１の基板１０の裏面から突出する」−記第１の電極２１
と突き合わされて接続している。このような第２の電極
２２の下部のＮ−型の不純物領域３１に隣接した領域に
は、電荷転送部が形成される。電荷転送部は読み出しデ
ー１−電極３３と、転送電極３４が形成され、−」上記
転送電極３４の下部の」−記第２の基板１１の主面には
ケート絶縁膜を介してＮ−型の不純物領域３２か形成さ
れる。

上述の構造を有する本実施例の固体撮像装置は、上記第
］の基板１１の受光部に光が入射し、上記Ｎ−型の不純
物領域１２を用いて光電変換される。

光から変化した電荷は、上記貫通電荷取り出し領域１４
及び充填層１５を介して上記第１の電極２１に送られる
。ここで、第１の電極２１は第２の電極２２と張り合わ
されて電気的に接続しており、従って、」上記電荷は第
１の電極２１から第２の電１萌２２に至る。上記第２の
電極２２は上記Ｎ−型の不純物領域３１に接続しており
、」上記読み出しケーＩ−電極３３．ｌｘ記転送電極３
４の動作によって、」１記光電変換された電荷は順次転
送されて読のだされて行くごとになる。

このような機能を有し７た本実施例の固体撮像装置は、
受光部と電荷転送部かそれぞれ第１の基板１０と第２の
基板１１に別れて形成される。このため受光部におりる
各受光素子の開［」率を高くすることができ、また、結
晶性の良好な半導体基板を用いて光電変換されることか
ら、その感度を高めることができる。また、取り扱い電
荷量が増加するために、感度の劣化なくしての高密度化
か可能である。−例としては、５０万画素程度のものは
容易に得られることになる。また、第１の基板１０と第
２の基板１１は張り合わされて構成されるものであるた
めに、製造時に番才、それぞれ第１の基板１０と第２の
基板１１を独立した工程で形成することができ、高密度
化や生産性向」−に好適である。

なお、本発明の固体撮像装置の電荷転送部や受光部の構
造については、−」二連の実施例に限定されず、種々の
変更が可能である。

第２の実施例 本実施例は、上述のような固体撮像装置の製造方法であ
り、本実施例を第２図ａ〜第２図Ｃ１第３図ａ〜第３図
すおよび第４回を参照しながら説明する。

まず、受光部を有する第１の基板側の製造工程について
は、第２図ａに示すように、例えばＰ型のシリコン基板
である第１の基板４１の表面４１ａに、不純物を導入し
て各画素に対応した受光素子となる複数のＮ−型の不純
物領域４２を形成する。これら第］の基板４１の表面４
１ａには、シリコン酸化膜４３が被覆される。

続いて、］二上記第の基板４１の裏面４１ｂより、溝部
／ｌｄを形成する。この溝部４４の形成は、例えばＲＩ
Ｅ法等によって行うことができ、上記第１の基板４１を
貫通して上記Ｎ−型の不純物領域４２に至るよ・うな深
さに形成される。ずなわち、ごれら溝部４４の位置は、
−に記複数のＮ−型の不鈍物領域４２の位置に対応して
いる。このような溝部４４の形成の後、第２１１ｂに示
すように、第１の基板４１の裏面全面に、選択エピタキ
シャル成長法により、Ｎ−型の不純物を含有したエピタ
キシャル層４５を形成する。ごのエピタキシャル層４５
は、貫通電荷取り出し領域として機能する。

また、このとき、溝内部のエピタキシャル層４５の中心
部に良好な結晶性を有する領域が形成されない場合があ
り、その場合には、所要の導電材料例えば多結晶シリコ
ン層等を充填して充填層４Ｇを形成することができる。

なお、その時、酸化等の手段により結晶性の劣化した部
分を除去するようＱこしても良い。

このようなエピタキシャル層４５を形成した後、第２図
Ｃに示すように、上記エピタキシャル層４５を各画素に
対応してパターニングし、上記第１の基板４１の裏面／
Ｉｌｂ側で、各画素毎の領域になるように分離して貫通
電荷取り出し領域４日を形成する。続いて、その貫通電
荷取り出し領域４８に層間絶縁膜４７を形成し、その層
間絶に３膜４］２ ７を開［」シて開口部４９を得る。さらに、上記第２の
基板４■の裏面４１ｂ全面に、アルミ配線層を形成し、
これを上記開口部４９毎に電極を形成するようにパター
ニングし、各画素に対応した位置に配設される第１の電
極５０を形成する。

なお、溝部４４や貫通電荷取り出し領域４８を形成した
後、受光部を構成するＮ−型の不純物領域４２を形成し
ても良い。

次に、第３図ａ及び第３図すを参照しながら、電荷転送
部を有する第２の基板５１側について説明すると、まず
、第３図ａに示すように、第２の基板５１の工面に臨ん
で、Ｎ−型の不純物領域５２．５３が形成され、その上
部にはゲーＩ・絶縁膜を介して読み出しゲーＩ・電極５
４．転送電極５５等が形成される。」上記Ｎ−型の不純
物領＋Ａ５２は、各画素Ｑこ対応した位置に形成され、
上記読の出しケ−１・電極５４．転送電極５５等は層間
絶縁膜５８に被覆される。

さらに、第３図すに示すように、上記Ｎ−型の不純物領
域５２の上部が開口され開口部５６が形成される。続い
て、その開ＬＩ部５６にアルミ配線層が形成され、その
アルミ配線層がパターニングされて第２の電極５７が上
記開口部５６がら突設するように形成される。これら突
設されて形成される第２の電極５７は、各画素に対応し
たものとなる。

これら別個の工程にて、第１の基板４１の表面に受光部
を形成すると共に裏面に第１の電極５゜を形成し、第２
の基板５１に電荷転送部及び第２の電極５７を形成した
ところで、第４図に示すように、両基板４１．５１の張
り合わせを行う。両基板４１．５１の張り合わせは、上
記第１の電極５０と、第２の電極５７の同し画素に対応
した電極同士をもって張り合わせる。

このように別個の工程において、それぞれの基板に受光
部と電荷転送部を個別に形成し、これらを各電極５０．
５７を利用して張り合わせる方法によって、容易に高密
度、高感度の固体撮像装置を製造することができる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく、そ
の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

［発明の効果〕 本発明の固体撮像装置においては、第１の基板に受光部
か形成され、第２の暴仮に電荷転送部が形成される。こ
のため受光素子の開口率を高くすることかでき、同時に
結晶性の良好な基板を利用して受光素子を形成している
ために、高密度化と共に高感度化を図ることができる。

また、製造方法においては、第１の基板に貫通電荷取り
出し領域を設り、第１及び第２の電極を以て張り合わせ
る構造とすることにより、容易に上述の固体撮像装置を
製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の一例の概略断面図、第
２図ａ〜第２図Ｃは本発明の固体撮像装置の製造方法の
一例の第１の基板にかかるそれぞれ工程断面図、第３図
ａ及び第３図すは本発明の固体撮像装置の製造方法の一
例の第２の基板にかかるそれぞれ工程断面図、第４図番
Ｊ木発明の固体撮像装置の製造方法の一例の上記両基板
の張り合わせ工程にかかる工程断面図である。 １０．４１・・・第１の基板 １１．５１・・・第２の基板 ］、４．４８・・・貫通電荷取り出し領域２１．５０・
・・第１の電極 ２２．５７・・・第２の電極 特許出願人　　　ソニー株式会社 代理人弁理士　小池　晃（他２名） ｍ　　ぢ ８　　巧

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の基板表面に受光部が設けられ、該第１の基
   板と張り合わされた第２の基板に電荷転送部が設けられ
   てなり、上記受光部からの電荷は該第１の基板を貫通し
   て上記電荷転送部に転送されることを特徴とする固体撮
   像装置。
2. （２）第１の基板の表面に複数の受光素子を形成し、各
   受光素子毎に該第１の基板を貫通する貫通電荷取り出し
   領域を設け、該第１の基板の裏面に該貫通電荷取り出し
   領域に対応した第１の電極を形成する工程と、 第２の基板の表面に上記第１の電極に対応する位置で第
   ２の電極を形成すると共に、該第２の基板に該第２の電
   極からの電荷を転送して出力する電荷転送部を形成する
   工程と、 上記第１の基板の裏面の第１の電極と、上記第２の基板
   の表面の第２の電極とを張り合わせる工程とからなる固
   体撮像装置の製造方法。