CN109564924A - 固态图像摄像装置及其制造方法 - Google Patents

固态图像摄像装置及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109564924A
CN109564924A CN201780023292.2A CN201780023292A CN109564924A CN 109564924 A CN109564924 A CN 109564924A CN 201780023292 A CN201780023292 A CN 201780023292A CN 109564924 A CN109564924 A CN 109564924A
Authority
CN
China
Prior art keywords
solid
state image
region
photographic device
substrate
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
Application number
CN201780023292.2A
Other languages
English (en)
Inventor
田中浩司
小田真弘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd filed Critical TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Publication of CN109564924A publication Critical patent/CN109564924A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • 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
    • H01L27/14618—Containers
    • 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
    • H01L27/1462—Coatings
    • 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
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654—Blooming suppression
    • H01L27/14656—Overflow drain 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
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • 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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • 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
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • 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
    • H01L27/14636—Interconnect 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
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

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)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明的固态图像摄像装置具有：衬底(9)；设在衬底(9)内的第一导电型的第一杂质区域(3a)；形成在第一杂质区域内的第二导电型的受光部(3b)；设在第一杂质区域(3a)下的第二导电型的溢出漏极区域(22)；第二导电型的第二杂质区域(2)，其与溢出漏极区域(22)一起构成将在受光部(3b)产生的过量电荷排出的排出路径；以及反射膜(1b)。

Description

固态图像摄像装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用作二维图像传感器等的固态图像摄像装置。
背景技术
近年来，已有多种有关能够获取长波长光的图像的图像传感器的提案。尤其是关于使用了硅衬底的图像传感器，因为与可见光相比，硅对长波长光的光吸收系数较小，所以已有人提出用于提高灵敏度的改善方案。例如，根据专利文献1，通过在光电二极管的下方设置用于反射至少长波长光的反射构造，来提高灵敏度。
上述反射构造由绝缘膜或金属膜构成，因此，光电二极管是由衬底表面的绝缘膜和反射构造包围起来的构造。如果过量的光照射光电二极管而让光电二极管产生过量的电荷，则电荷会漏到相邻的光电二极管。其结果是，出现被摄物上没有的信号，图像质量显著变差。该现象一般被称作光晕(blooming)。
此外，作为用绝缘物包围光电二极管的构造，还提出了多种背面照明型的固态图像摄像装置。在该构造中，也已有用于抑制光晕的构造的提案。根据专利文献2，在一般的CMOS工艺中很难形成纵式溢出漏极(overflow drain)，其控制性之难会影响到装置的成品率，因此有人提出了横式溢出漏极。在该构造中，在光电二极管产生的过量电荷会被排往与该光电二极管平面相邻的溢出漏极。
专利文献1：日本公开专利公报特开2004-71817号公报
专利文献2：日本公开专利公报特开2006-49338号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
然而，由于横式溢出漏极的面积分为溢出漏极区域和溢出阻碍区域，所以存在光电二极管在像素内所占的面积率下降的问题。因此，需要实现一种固态图像摄像装置，其既能够提高灵敏度，又能够充分确保光电二极管的面积。
本发明的目的在于提供一种固态图像摄像装置，其既能够提高灵敏度，又能够抑制图像质量劣化，充分确保光电二极管的面积。
－用以解决技术问题的技术方案－
本说明书所公开的固态图像摄像装置是这样的一种固态图像摄像装置，其具有：衬底，多个像素呈二维状地排列在所述衬底的上表面一侧；第一导电型的第一杂质区域，其设在所述衬底内；第二导电型的受光部，其设在多个所述像素中的每个像素上，且形成在所述第一杂质区域内，并对入射光进行光电转换；第二导电型的溢出漏极区域，其在所述衬底内设在所述第一杂质区域下；第二导电型的第二杂质区域，其在所述第一杂质区域内，与所述溢出漏极区域相连，并与所述溢出漏极区域一起构成将在所述受光部产生的过量电荷排出的排出路径；以及反射膜，其在所述衬底上或所述衬底内，位于与从所述受光部观察时来自外部的光入射的方向相反的一侧。
－发明的效果－
根据本说明书所公开的固态图像摄像装置，既能够提高灵敏度，又能够抑制图像质量劣化，充分确保光电二极管的面积。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。
图2是从上方观察到的第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的俯视图。
图3是图1所示的固态图像摄像装置的A-A’线处的电位面图。
图4A是用于说明第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的制造方法的剖视图。
图4B是用于说明第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的制造方法的剖视图。
图4C是用于说明第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的制造方法的剖视图。
图5是示出第二实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。
图6A是示出具有吸杂层41的SOI衬底50的剖视图。
图6B是示出第三实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的实施方式做详细的说明。
(第一实施方式)
图1是本说明书所公开的第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。
如图1所示，本实施方式的固态图像摄像装置具有：衬底9，多个像素呈二维状地排列在衬底9的上表面一侧；第一导电型的第一杂质区域3a，其设在衬底9内；第二导电型的受光部(光电二极管)3b，其设在多个像素中的各个像素上，且形成在第一杂质区域3a内；第二导电型的溢出漏极区域22，其在衬底9内设在第一杂质区域3a下；以及第二导电型的第二杂质区域2，其在第一杂质区域3a内与溢出漏极区域22相连。在本实施方式中，上述第一导电型例如是p型，第二导电型是n型。
被p型的第一杂质区域3a包围的受光部3b受到来自外部的入射光L照射而生成电荷。溢出漏极区域22中含有浓度相对较高的n型杂质，且与第二杂质区域2一起构成将在受光部3b产生的过量电荷排出的排出路径。
在衬底9内且与从受光部3b观察时光入射的方向相反的一侧(此处为下方)形成有反射膜1b。反射膜1b将穿过受光部3b的入射光L反射而使光(反射光L’)再次入射到受光部3b。反射膜1b可以由金属等形成，但为了不对周围造成污染，优选由氧化硅形成。
在本实施方式中，具有反射膜1b的衬底采用了SOI(绝缘体上硅：silicon oninsulator)衬底1。SOI衬底1具有硅衬底1a、形成在硅衬底1a上且由氧化硅形成的反射膜1b以及形成在反射膜1b上的硅层1c。SOI衬底1可以通过SIMOX(注氧隔离：separation byimplantation of oxygen)法或贴合法等公知的方法制造。
上述溢出漏极区域22和溢出漏极区域22上的第一杂质区域3a通过外延生长形成。在衬底9的上表面上形成有由氧化硅形成的绝缘膜5。
在衬底9的上部，设有n型(第一导电型)的漏极区域4，在衬底9中受光部3b与漏极区域4之间的区域上，隔着绝缘膜5形成有栅极6a。在绝缘膜5中被衬底9和栅电极6a夹着的部分作为栅极绝缘膜发挥作用。由漏极区域4、受光部3b、栅极绝缘膜(绝缘膜5的一部分)和栅极6a构成MOS晶体管。需要说明的是，绝缘膜5因在形成栅电极6a时的蚀刻而会变薄等，因此位于栅电极6a下的部分和除此以外的部分的膜厚可以不同。
固态图像摄像装置还具有：平坦化层7，其形成在绝缘膜5上和栅极6a上且由氧化硅等形成；多层导线6c，其设在平坦化层7内；触点10a，其贯穿绝缘膜5而将导线6c与漏极区域4连接起来；以及透镜8，其设在平坦化层7上。在平坦化层7内，设有经由触点10b与第二杂质区域2相连的正电压施加端子6b。在固态图像摄像装置工作时，总是将1.0V～5.0V左右的正电压施加到正电压施加端子6b上。
图2是从上方观察到的第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的俯视图。在图2中，为了便于理解，没有示出透镜8和平坦化层7。
在图2所示的例子中，受光部3b以矩阵状设在衬底9内，在衬底9内的左右端部设有细长状的第二杂质区域2。细长状的正电压施加端子6b设在第二杂质区域2的上方。设置第二杂质区域2和正电压施加端子6b的位置不限于端部，它们的个数也都没有特别限定。
从被摄物入射到像素的入射光L被透镜8聚光后，入射到受光部3b，而在受光部3b生成信号电荷。生成的电荷在受光部3b蓄积起来。而且，穿过受光部3b的光被反射膜1b反射后，再次入射到受光部3b。其中，反射膜1b利用了其与硅层1c之间的折射率差。因此，反射光L’的光路长度是入射光L的光路长度的约2倍，能够使在受光部3b的对长波长光的光吸收系数也是未设置反射膜1b的情况的约2倍。
当反射膜1b由氧化硅形成时，用于使反射率达到最大的反射膜1b的厚度可由下述干扰条件式1求出。
2·n·t＝(N+1/2)λ……式1
t：薄膜的膜厚
N：自然数
n：反射膜的折射率
氧化硅膜的折射率n为1.46，可求出长波长光850nm下的膜厚t为146nm。因此，反射膜1b的膜厚只要被控制在150±50nm以内(即，100nm以上200nm以下)的范围，则光的反射率就不会大宽度地劣化。
在本实施方式的固态图像摄像装置中，溢出漏极区域22的膜厚为0.1μm～1.0μm左右，例如为0.3μm。
溢出漏极区域22的杂质浓度为1×1016atoms/cm3～1×1018atoms/cm3左右即可。在本实施方式的例子中，溢出漏极区域22的杂质浓度为8×1016atoms/cm3，电阻率为0.1Ωcm。
下面说明过量电荷的排出构造。如果要处理的信号电荷在受光部3b的蓄积容量以内，则信号电荷通过漏极区域4排出。信号电荷在栅极6a的控制下，移动到浮动扩散区(未图示)，通过导线6c被转换成电压，并被晶体管放大器(未图示)放大后，作为摄像信号被读取出来。信号电荷作为摄像信号被输出后，信号电荷从浮动扩散区被排往漏极区域4。
相对于此，当较强的入射光入射到受光部3b而产生过量电荷时，如果是现有的固态图像摄像装置电荷会被从漏极区域4排出，但没有被排干净的电荷会漏到相邻的受光部3b而产生光晕。
本实施方式的固态图像摄像装置具有由溢出漏极区域22、第二杂质区域2和正电压施加端子6b构成的大面积纵式溢出漏极构造，因此即使不增大漏极区域4的面积，也能够容易地将过量电荷排出。与对每个受光部3b都设置漏极区域4的情况相比，只要对多个受光部3b中的至少一个设置第二杂质区域2和正电压施加端子6b即可。因此，本实施方式的固态图像摄像装置能够减少光晕的产生，不会不大幅度增大面积。因此，利用本实施方式的固态图像摄像装置，在像素数增加、各像素的面积微细化的情况下，也能够维持良好的画质。
图3是图1所示的固态图像摄像装置的A-A’线处的电位面图。如图3所示，在受光部3b处电位较低。与此相对，位于受光部3b的下方的第一杂质区域3a的电位较高，形成所谓的势垒。因此，虽然在受光部3b电荷会蓄积起来，但在产生过量电荷的情况下，电荷会越过势垒而流入溢出漏极区域22。溢出漏极区域22是n型，且施加有来自正电压施加端子6b的正电压，因此溢出漏极区域22的电位比受光部3b低。
根据该构成，过量电荷迅速经由溢出漏极区域22和第二杂质区域2而排往正电压施加端子6b。其结果是，能够有效地抑制电荷向相邻的受光部3b的泄露和光晕等的产生。并且，根据该构成，还能够排出暗电流，因此本实施方式的固态图像摄像装置的暗时特性也很优异。
需要说明的是，溢出漏极区域22的电位深度能够根据n型的杂质浓度进行调节。
下面说明本实施方式的制造方法。图4A～4C是用于说明第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置的制造方法的剖视图。
首先，在图4A所示的工序中，准备具有硅衬底1a、反射膜1b和硅层1c的SOI衬底。反射膜1b由氧化硅形成，且具有100nm以上200nm以下的膜厚。SOI衬底1是通过SIMOX法或贴合法等公知的方法制作的，可以使用市售的衬底。
然后，在图4B所示的工序中，利用化学气相沉积(CVD)法等公知的方法让由n型硅形成且膜厚300nm左右的溢出漏极区域22在硅层1c上进行外延生长。溢出漏极区域22的杂质浓度为1×1016atoms/cm3～1×1018atoms/cm3左右。虽然溢出漏极区域22可以通过离子注入形成，但因为很难在衬底的较深位置处以较小的厚度范围形成均匀地含有高浓度杂质的区域，所以溢出漏极区域22优选通过外延生长形成。这样一来，就能够使溢出漏极区域22的厚度较薄。
下面，根据公知的方法，形成膜厚为6μm左右且由p型硅形成的第一杂质区域3a。将第一杂质区域3a的杂质浓度设为1×1013atoms/cm3～1×1015atoms/cm3左右。然后，向第一杂质区域3a内的规定区域注入注入能量为50keV～5000keV左右且剂量为5×1010atoms/cm2～5×1013atoms/cm2的磷(P)离子或砷(As)离子，由此形成n型的受光部3b。接着，向衬底9的端部区域注入注入能量为10keV～5000keV左右且剂量为1×1012atoms/cm2～1×1014atoms/cm2的磷(P)离子或砷(As)离子，由此形成n型的第二杂质区域2，之后进行热处理。需要说明的是，形成受光部3b的离子注入和形成第二杂质区域2的离子注入，先进行哪个都可以。
然后，通过热氧化或CVD法等公知的方法在衬底9上形成膜厚为1nm～20nm左右的绝缘膜5，之后形成栅极6a。之后，通过离子注入在衬底9中位于栅极6a的侧下方的区域形成n型的漏极区域4。需要说明的是，绝缘膜5形成在衬底9的整个上表面上。
接着，在图4C所示的工序中，在衬底9上适当地形成包括层间绝缘膜的平坦化层7、触点10a和10b、导线6c、正电压施加端子6b。
然后，通过公知的方法形成设在平坦化层7中位于各受光部3b的上方的区域且呈朝上凸之形状的透镜8。通过上述工序，就能够制作出本实施方式的固态图像摄像装置。
(第二实施方式)
图5是示出本说明书所公开的第二实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。在图5中，对与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置相同的部件标注相同的符号。
如图5所示，本实施方式的固态图像摄像装置是从衬底29的背面一侧受到入射光照射的固态图像摄像装置。本实施方式的固态图像摄像装置具有：衬底29；第一导电型的第一杂质区域3a，其设在衬底29内；第二导电型的受光部3b，其设在多个像素中的各个像素上，且形成在第一杂质区域3a内；第二导电型的溢出漏极区域22，其在衬底29内设在第一杂质区域3a下；以及第二导电型的第二杂质区域2，其在第一杂质区域3a内与溢出漏极区域22相连。上述第一导电型例如是p型，第二导电型是n型。溢出漏极区域22中含有浓度相对较高的n型杂质，且与第二杂质区域2一起构成将在受光部3b产生的过量电荷排出的排出路径。
衬底29具有例如由氧化硅等形成的绝缘膜31、上述的溢出漏极区域22、第一杂质区域3a和受光部3b。绝缘膜31的膜厚与第一实施方式中的反射膜1b不同，没有特别限定。
溢出漏极区域22以及第一杂质区域3a的形成材料、膜厚和杂质浓度与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置相同，受光部3b的杂质浓度也与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置相同。
在本实施方式的固态图像摄像装置中，在衬底29中至少位于各受光部3b的上方的区域上，形成有例如由氧化硅形成且膜厚在100nm以上200nm以下的反射膜35。反射膜35的优选膜厚可根据上述式1求出。
此外，在衬底29上隔着膜厚为1nm～20nm左右的栅极绝缘膜20设有栅极6a，在衬底29中位于栅极6a的侧下方的区域形成有n型的漏极区域4。
在反射膜35上和栅极6a上，设有由绝缘体形成的平坦化层37，在平坦化层37内，设有触点10a、导线6c和正电压施加端子6b。在平坦化层37上形成有支承衬底40。在衬底29(绝缘膜31)的背面上，设有由透明的绝缘体等形成的平坦化层38，在平坦化层38的背面上设有透镜39。
漏极区域4与栅极6a等一起构成MOS晶体管，并经由触点10a与导线6c相连。
在固态图像摄像装置工作的过程中，正电压施加在正电压施加端子6b上，容易将过量电荷从受光部排向溢出漏极区域22和第二杂质区域2。
从被摄物入射到衬底29的背面的入射光L被透镜39聚光后入射到受光部3b。在受光部3b利用光电转换生成的电荷在受光部3b蓄积起来。另一方面，穿过受光部3b的光在反射膜35反射而再次入射到受光部3b(图5的反射光L’)。
根据本实施方式的固态图像摄像装置，在入射光从衬底29的背面一侧入射到衬底29的情况下，通过将反射膜35设在衬底29的上表面上，也能够可靠地吸收长波长光并转换为信号。
此外，与第一实施方式相同，设有例如包括靠外延生长而形成的溢出漏极区域22的溢出漏极构造，因此电荷难以漏到相邻的受光部3b，且也难以产生光晕。
制作本实施方式的固态图像摄像装置的方法的一例是，例如通过离子注入等在硅衬底内形成受光部3b、漏极区域4和第二杂质区域2，之后，通过热氧化等在硅衬底的上表面上形成较薄的绝缘膜。其中，该绝缘膜的一部分成为栅极绝缘膜20。然后，在栅极绝缘膜20上形成规定形状的栅极6a。通过CVD法等在硅衬底的整个上表面上形成氧化硅膜之后，除去该氧化硅膜中位于栅极6a上的部分，由此形成膜厚在100nm以上200nm以下的反射膜35。
之后，通过公知的方法形成触点10a和10b、导线6c、平坦化层37，之后，将支承衬底40贴合在平坦化层37的上表面上。
另一方面，在硅衬底的背面上，通过CVD法等使溢出漏极区域22外延生长之后，依次形成绝缘膜31、平坦化层38。接着，通过公知的方法形成透镜39，由此能够制作出本实施方式的固态图像摄像装置。需要说明的是，各部件的形成顺序不限于此。
(第三实施方式)
图6A是示出具有吸杂层41的SOI衬底50的剖视图，图6B是示出具有SOI衬底50的第三实施方式所涉及的固态图像摄像装置的剖视图。
如图6A、图6B所示，在本实施方式的固态图像摄像装置中，在SOI衬底50的硅层1c内设有吸杂层41这一点与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置不同。绝缘膜5、栅极6a、导线6c和平坦化膜7等的构成与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置相同。
需要说明的是，在图6B中，衬底49具有SOI衬底50、第一杂质区域3a、受光部3b、漏极区域4和溢出漏极区域22。第一杂质区域3a、受光部3b、漏极区域4和溢出漏极区域22的构成与第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置相同。
吸杂层41中含有从碳、氮或钼中选出的至少一者，在构成该吸杂层41的构成部件(例如硅)中含有晶体缺陷。此处，设吸杂层41中含有浓度为1×1014atoms/cm3～5×1015atoms/cm3的碳。
根据本实施方式的固态图像摄像装置，能够利用吸杂层41捕获衬底49内的重金属原子，因此能够减少受光部3b中产生的暗电流。所以，在本实施方式的固态图像摄像装置中，不仅能够抑制光晕的产生，而且能够有效地抑制画质下降。
需要说明的是，以上所说明的固态图像摄像装置是本发明的实施方式的一例，在不脱离本发明主旨的范围内可以适当地改变其形成材料、膜厚、形状等。例如，在第一和第三实施方式中，还可以使用具有反射膜1b的其他衬底代替SOI衬底。此外，在固态图像摄像装置的上述说明中，第一导电型是p型，第二导电型是n型，但还可以让第一导电型是n型，第二导电型是p型。此时，向正电压施加端子6b施加负电压来代替正电压即可。
此外，第一到第三实施方式的构成部件可以适当地进行组合。例如，还可以在第二实施方式所涉及的固态图像摄像装置的溢出漏极区域22内或溢出漏极区域22下形成吸杂层41以减少暗电流。
此外，在第一实施方式所涉及的固态图像摄像装置中，还可以设定绝缘膜5的膜厚，以能够保证绝缘膜5作为反射膜发挥作用。此时，能够使入射到受光部3b的长波长光的光量进一步增加。
－产业实用性－
综上所述，本说明书中公开的固态图像摄像装置能够适用于数码相机和手机等各种摄像装置。
－符号说明－
1、50 SOI衬底
1a 硅衬底
1b、35 反射膜
1c 硅层
2 第二杂质区域
3a 第一杂质区域
3b 受光部
4 漏极区域
5、31 绝缘膜
6a 栅极
6b 正电压施加端子
6c 导线
7、37、38 平坦化层
8、39 透镜
9、29、49 衬底
10a、10b 触点
20 栅极绝缘膜
22 溢出漏极区域
40 支承衬底
41 吸杂层

Claims (9)

1.一种固态图像摄像装置，其特征在于，其具有：
衬底，多个像素呈二维状地排列在所述衬底的上表面一侧；
第一导电型的第一杂质区域，其设在所述衬底内；
第二导电型的受光部，其设在多个所述像素中的每个像素上，且形成在所述第一杂质区域内，并对入射光进行光电转换；
第二导电型的溢出漏极区域，其在所述衬底内设在所述第一杂质区域下；
第二导电型的第二杂质区域，其在所述第一杂质区域内，与所述溢出漏极区域相连，并与所述溢出漏极区域一起构成将在所述受光部产生的过量电荷排出的排出路径；以及
反射膜，其在所述衬底上或所述衬底内，位于与从所述受光部观察时来自外部的光入射的方向相反的一侧。
2.根据权利要求1所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
在所述溢出漏极区域和所述第二杂质区域，形成有电位梯度，以便该固态图像摄像装置工作时电荷被从所述受光部排出。
3.根据权利要求1或2所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
所述固态图像摄像装置还具有形成在所述第一杂质区域的上部的第二导电型的漏极区域。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
所述反射膜是绝缘膜。
5.根据权利要求4所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
所述衬底具有包括所述绝缘膜的SOI衬底。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
在所述衬底中位于所述溢出漏极区域的下方的区域设有吸杂层，所述吸杂层中含有从碳、氮或钼中选出的至少一者。
7.根据权利要求1到6中任一项权利要求所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
所述反射膜由氧化硅形成，
所述反射膜的厚度在100nm以上200nm以下。
8.根据权利要求1到7中任一项权利要求所述的固态图像摄像装置，其特征在于，
所述溢出漏极区域由外延层构成，所述溢出漏极区域的杂质浓度在1×1016atoms/cm3以上1×1018atoms/cm3以下。
9.一种固态图像摄像装置的制造方法，其特征在于，
所述固态图像摄像装置的制造方法包括：
通过外延生长在具有反射膜的SOI衬底上形成溢出漏极区域的工序，
在所述溢出漏极区域上形成第一导电型的第一杂质区域的工序，以及
在所述第一杂质区域内，形成与所述溢出漏极区域相接的第二导电型的第二杂质区域和第二导电型的受光部的工序；
所述溢出漏极区域是第二导电型。
CN201780023292.2A 2016-04-21 2017-03-22 固态图像摄像装置及其制造方法 Pending CN109564924A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-085061 2016-04-21
JP2016085061 2016-04-21
PCT/JP2017/011517 WO2017183383A1 (ja) 2016-04-21 2017-03-22 固体撮像装置及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109564924A true CN109564924A (zh) 2019-04-02

Family

ID=60116018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780023292.2A Pending CN109564924A (zh) 2016-04-21 2017-03-22 固态图像摄像装置及其制造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190051682A1 (zh)
JP (1) JPWO2017183383A1 (zh)
CN (1) CN109564924A (zh)
WO (1) WO2017183383A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020123717A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 シャープ株式会社 固体撮像装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101252140A (zh) * 2007-02-23 2008-08-27 索尼株式会社 固体摄像装置以及摄像装置
JP2009016811A (ja) * 2007-06-07 2009-01-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
CN101558496A (zh) * 2006-12-11 2009-10-14 伊斯曼柯达公司 具有掩埋的次收集器以减少图像传感器中的串扰的两个外延层
CN101997015A (zh) * 2009-08-20 2011-03-30 索尼公司 固体摄像器件及其制造方法和电子装置
CN104882454A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 瑞萨电子株式会社 半导体器件及其制造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6188093B1 (en) * 1997-09-02 2001-02-13 Nikon Corporation Photoelectric conversion devices and photoelectric conversion apparatus employing the same
JP2001168313A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Sony Corp 撮像素子及びその製造方法
JP4304302B2 (ja) * 2000-08-03 2009-07-29 日本電気株式会社 固体撮像素子
JP2004071817A (ja) * 2002-08-06 2004-03-04 Canon Inc 撮像センサ
JP2004165225A (ja) * 2002-11-08 2004-06-10 Sony Corp 半導体基板の製造方法、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置用の選別方法
JP2006054252A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Sony Corp 固体撮像装置
JP4826111B2 (ja) * 2005-03-17 2011-11-30 ソニー株式会社 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
KR100795922B1 (ko) * 2006-07-28 2008-01-21 삼성전자주식회사 이미지 픽업 소자 및 이미지 픽업 소자의 제조방법
US7875948B2 (en) * 2008-10-21 2011-01-25 Jaroslav Hynecek Backside illuminated image sensor
US9070900B2 (en) * 2008-11-13 2015-06-30 Joled Inc Method of manufacturing display, and display
JP2010258083A (ja) * 2009-04-22 2010-11-11 Panasonic Corp Ｓｏｉウェーハ、その製造方法および半導体装置の製造方法
JP2012124299A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置及びその製造方法
JP2012204674A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Sharp Corp エピタキシャル基板およびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
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
US10121928B2 (en) * 2014-07-01 2018-11-06 Sensl Technologies Ltd. Semiconductor photomultiplier and a process of manufacturing a photomultiplier microcell

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101558496A (zh) * 2006-12-11 2009-10-14 伊斯曼柯达公司 具有掩埋的次收集器以减少图像传感器中的串扰的两个外延层
CN101252140A (zh) * 2007-02-23 2008-08-27 索尼株式会社 固体摄像装置以及摄像装置
JP2009016811A (ja) * 2007-06-07 2009-01-22 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置及びその作製方法
CN101997015A (zh) * 2009-08-20 2011-03-30 索尼公司 固体摄像器件及其制造方法和电子装置
CN104882454A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 瑞萨电子株式会社 半导体器件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017183383A1 (ja) 2017-10-26
US20190051682A1 (en) 2019-02-14
JPWO2017183383A1 (ja) 2019-01-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103703759B (zh) 固体摄像装置及固体摄像装置的驱动方法
US8592933B2 (en) Photoelectric conversion device, fabrication method for the same, and solid state imaging device
CN101079967B (zh) 固态成像装置及其制造方法、以及摄像机
CN101752394B (zh) 具有改进背侧表面处理的cmos图像传感器
US8916916B2 (en) Imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus
KR100882467B1 (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
US20100163941A1 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
CN105409002A (zh) 固态成像元件和电子设备
TW201143075A (en) Solid-state imaging device, method for producing same, and camera
TW201003906A (en) Solid state imaging device, method for producing the same, and electronic apparatus
US9466636B2 (en) Image sensors including well regions of different concentrations and methods of fabricating the same
CN101211950A (zh) 图像传感器及其制造方法
CN107403816B (zh) 多光谱摄像装置及其制作方法
TW201015706A (en) Image sensor and method for manufacturing the same
WO2018110258A1 (ja) 固体撮像素子
TW200931655A (en) Image sensor and method for manufacturing the same
CN109564924A (zh) 固态图像摄像装置及其制造方法
KR20170087580A (ko) 이미지 센서 및 이를 제조하는 방법
CN103855178B (zh) 图像传感器
KR20090046413A (ko) 이미지센서 및 그 제조방법
CN108140662A (zh) 固体摄像元件、固体摄像元件制造方法和电子设备
TW201015710A (en) Image sensor and method for manufacturing the same
TW201013914A (en) Image sensor and manufacturing method of image sensor
US8345134B2 (en) Indium tin oxide gate charge coupled device
CN101471366A (zh) 图像传感器及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: Toyama County

Applicant after: Gaota partner Semiconductor Co.,Ltd.

Address before: Toyama County

Applicant before: TOWERJAZZ PANASONIC SEMICONDUCTOR Co.,Ltd.

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190402