JP2004228407A - Solid state imaging element and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004228407A JP2003015929A JP2003015929A JP2004228407A JP 2004228407 A JP2004228407 A JP 2004228407A JP 2003015929 A JP2003015929 A JP 2003015929A JP 2003015929 A JP2003015929 A JP 2003015929A JP 2004228407 A JP2004228407 A JP 2004228407A
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Hajime Sakota
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging element capable of preventing light leakage into an adjacent light receiving area even when pixels are further fined, and also to provide a method for manufacturing the solid state imaging element. <P>SOLUTION: In the solid state imaging element 30 constituted of arraying a plurality of light receiving areas 11 on the surface side of a substrate 1, a trench 9 whose inside is hollow is formed between the light receiving areas 11 as an element separation area 16. The trench 9 is formed from the rear face of the substrate 1 to the surface side and reached to an insulating film 20 formed on the substrate 1. A p-type impurity diffusion layer 10 is formed on the periphery of a sidewall of the element separation area 16. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特には基板の表面側に複数の受光領域を配列してなる固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体撮像素子の多画素化および小型化の要求にともない、画素の微細化が進展している。このように小型化が進展した固体撮像素子においては、基板の表面側に配列形成された各画素にオンチップレンズや層内レンズを介して入射した光(入射光)が、隣接する画素の受光領域へと漏れ込む現象が起こる。この現象は、入射光が、各画素の周辺上を覆う遮光膜の淵において回折されることにより、基板表面に対して大きな入射角(基板表面の法線とのなす角度)をもつ回折光を生むことに起因するものである。そして、固体撮像素子のモジュールの小型化が進み射出瞳距離が小さくなるに伴い、基板に対する入射光の入射角は益々大きくなるため、このような回折光の入射角も増加していくと考えられる。
【0003】
そこで、半導体基板の表面側に設けられた各画素間に、半導体基板をその表面側から加工してなるトレンチを形成し、このトレンチ内を絶縁膜で埋め込んでなる素子分離層を設ける構成が提案されている(下記特許文献1参照)。この場合、絶縁膜としては、酸化シリコンが好適に用いられる。これは、酸化シリコンの屈折率が絶縁膜の中でもかなり小さいこと(N=1.46)に加え、酸素以外の元素を余分に含まないため、暗電流の発生の原因となる、不純物元素の基板中への拡散の問題が生じないことによる。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−57318号公報
【0005】
このような構成の素子分離層を設けた固体撮像素子においては、トレンチ内に埋め込まれた絶縁膜と半導体基板との界面(すなわち素子分離層の側壁)において、上述した回折光を全反射させることにより、隣接する画素に当該回折光が漏れ込むことを防止できる。また、隣接する画素間が素子分離層となる絶縁膜により絶縁されるため、隣接する画素へ電荷が漏れ込むことも防止できる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した固体撮像素子には、次のような課題があった。すなわち、素子分離層を構成する絶縁膜として、屈折率が小さい酸化シリコン(n=1.46)を用いた場合であっても、例えば単結晶シリコンからなる半導体基板(n=3.4)との界面、つまり素子分離層の側壁における全反射臨界角は25.4°程度でしかない。したがって、画素の微細化の要求にともない上述した回折光の入射角がさらに大きくなると、素子分離層の側壁に対する上記回折光の入射角(素子分離層側壁の法線とのなす角度)が、全反射臨界角25.4°を下回ることが予想される。このため、このような構成の固体撮像素子においては、画素の微細化がさらに進んだ場合の光の漏れ込み、さらには光の漏れ込みによる混色を防止することが困難になる。
【0007】
また、画素の微細化に伴いトレンチにも微細化が要求されることになるが、さらに微細化が進んで開口幅が狭くなるトレンチ内に絶縁膜を充填することは、非常に困難な工程となる。
【0008】
しかも、上記固体撮像素子を得るためには、トレンチを形成した後、絶縁膜の成膜や半導体基板上における余分な絶縁膜の研磨除去を行う必要があるため、固体撮像素子の製造工程数が増加してしまうと言った問題もある。
【0009】
そこで本発明は、画素の微細化がさらに進んだ場合であっても、隣接する受光領域への光の漏れ込みを防止することが可能な固体撮像素子、およびこの固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の固体撮像素子は、基板の表面側に複数の受光領域が配列形成された固体撮像素子であり、特には、内部が中空に保たれたトレンチが、素子分離領域として受光領域間に設けられていることを特徴としている。
【0011】
このような構成の固体撮像素子では、内部が中空に保たれたトレンチを素子分離領域としたことにより、基板と中空部との界面(すなわち素子分離領域の側壁)における全反射臨界角が最小に設定される。ここで、全反射臨界角とは、素子分離領域側壁に対する入射角度のうち、素子分離側壁で全反射可能な入射角の最小値である。このため、トレンチ内を絶縁膜で埋め込んだ構成と比較して、素子分離領域側壁で全反射される入射角の範囲が広げられることになる。したがって、基板表面に対する入射角がより大きな入射光が受光領域に入射された場合であっても、素子分離領域の側壁で全反射させることができるようになり、この素子分離領域を挟んで配置された受光領域への光の漏れ込みが防止される。
【0012】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、基板の表面側に複数の受光領域を配列形成する工程と、基板の受光領域間または受光領域の形成予定領域間に当該基板の裏面側からトレンチを形成し、当該トレンチの内部が中空に保たれた素子分離領域を形成する工程とを行うことを特徴としている。トレンチの形成は、前記基板の表面上に絶縁膜を形成した後、当該絶縁膜をストッパとしたパターンエッチングによって行うことが好ましい。
【0013】
このような構成の製造方法では、基板の裏面側からトレンチを形成することにより、基板の表面側が塞がれたトレンチが形成される。このため、基板の上方に設けられる部材や基板の表面上において施される成膜やパターニングなどの工程に、トレンチ形成の影響がおよぶことを防止できる。特に、基板上に絶縁膜を形成した後、当該絶縁膜をストッパとしたパターンエッチングによってトレンチを形成する場合、基板の表面側が絶縁膜で塞がれ、かつ基板の表面側に貫通したトレンチを形成でき、しかも、絶縁膜を中空のトレンチ内に弛ませることなく、すなわち絶縁膜の表面を平坦に保つことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、ここでは、本発明をインターライントランスファー型のCCD固体撮像素子に適用した場合の実施の形態を説明する。
【0015】
<固体撮像素子>
図1〜図4は、本発明を適用した実施形態の固体撮像素子の概略構成図を示す。このうち、図1は固体撮像素子の概略平面図であり、図2は図1におけるA部の拡大平面図であり、図3は図2におけるx−x’断面図であり、図4はy−y’断面図である。
【0016】
図1に示す固体撮像素子30は、インタートランスファー型のCCD固体撮像素子であり、次のように構成されている。すなわち、この固体撮像素子30においては、入射した光を電子に変換して蓄積する光電変換・電荷蓄積領域(以下、受光領域と記す)11が、基板1の表面側にマトリックス状に配置されている。そして、これらの各受光領域11が配置された各部分が各画素となる。また、受光領域11の水平方向(図面上における左右方向)脇には、読出領域12を介して垂直転送領域13が配置されている。この垂直転送領域13は、受光領域11に沿って垂直方向(図面上における上下方向)に延設されており、この最終段に接続させて水平転送電極14が配置され、さらに水平転送電極14の最終段に接続させて出力部15が配置されている。そして、各受光領域11間および垂直転送領域13との間には、素子分離領域16が配置されている。
【0017】
図2の拡大図に示すように、垂直転送領域13における基板1上には、2層構造の転送電極21(21a,21b)が、絶縁膜(図示省略)を介してそれぞれの端部を積層させた状態で、垂直方向に沿って交互に配置されている。そして、水平方向に配置された転送電極21a−21a間および転送電極21b−21b間は、垂直方向に配置された受光領域11間において接続されている。この接続部分においては、第1層の転送電極21a上に第2層の転送電極21bが積層されている。尚、ここでの図示は省略したが、垂直転送領域13の垂直方向の最終段に配置された転送電極21は水平転送領域の転送電極に接続された構成となっている。
【0018】
また、図3および図4に示すように、この固体撮像素子30における基板1の内部構造は、例えば単結晶シリコンからなるN型の基板1の内部深くにオーバーフローバリアとなる第1のP型半導体ウエル領域(Pwell)2が形成され、この上方の基板1の表面側にはN型半導体ウエル領域(Nwell)3が形成されている。そして、N型半導体ウエル領域3の表面側に、N型の不純物拡散層4が形成され、その上にP型の不純物拡散層5が形成されている。これらにより、P型の不純物拡散層5から、P型半導体ウエル領域(Pwell)2までの信号電荷生成領域を有する受光領域11が構成されている。
【0019】
さらに、各受光領域11に隣接させてMOS構造の読出領域12が設けられており、この読出領域12を介した受光領域11脇に、上述した垂直転送領域13が設けられている(図4参照)。このうち読出領域12は、基板1の表面側のN型半導体ウエル領域3と、その上部に絶縁膜20を介して設けられた読出電極21によって構成される。さらに、垂直転送領域13は、基板1の表面層に設けられたN型の転送チャネル領域7と、その上部に絶縁膜20を介して設けられた転送電極21とによって構成され、図示したように読出電極21と転送電極21とが一体に形成されていても良い。尚、転送チャネル領域7の下部には、第2のP型半導体ウエル領域8が形成されている。
【0020】
またさらに、この基板1内には、受光領域11間となる位置に、上述した素子分離領域16が設けられている。素子分離領域16は、読出領域12が配置された側を除いて受光領域11を囲む位置に配置されることとする(図1および図2の平面図参照)。ただし、素子分離領域16の配置状態は、図1および図2の平面図に示す位置に限定されることはなく、受光領域11と読出領域12との間を除く位置で、少なくとも垂直方向に配置された受光領域11間に設けられていることとする。また、この素子分離領域16の上部にも、転送電極21が設けられる。
【0021】
そして特に、この素子分離領域16は、内部が中空に保たれたトレンチ9からなることを特徴としている。このトレンチ9は、0.1μm〜0.2μm程度の幅を有していることとする。
【0022】
また、トレンチ9は、少なくともP型半導体ウエル領域(Pwell)2と同程度の深さ位置に配置されることとし、例えば基板1の裏面側から表面側に向かって設けられていることとする。
【0023】
図5には、図3におけるA部の拡大図を示す。この図5に示すように、素子分離領域16は、基板1の表面を覆う絶縁膜20に達する状態で、基板1を貫通して設けられていることが好ましい。この場合、後の製造方法でさらに詳しく説明するが、基板1のエッチングにおいてストッパとなる材料を用いて絶縁膜20を構成することで、表面平坦な絶縁膜20によってトレンチ9が塞がれた素子分離領域16を設ける。このため、例えば基板1が単結晶シリコンからなる場合、基板1上に、酸化シリコン膜20a、窒化シリコン膜20bおよび酸化シリコン膜20cをこの順に積層した絶縁膜20を設け、窒化シリコン膜20bをストッパにして基板1を裏面側からパターンエッチングすることによってトレンチ9が設けられていることとする。
【0024】
尚、トレンチ9は、上述したように、少なくともP型半導体ウエル領域(Pwell)2と同程度の深さ位置に配置されることが好ましいが、基板1の表面側に貫通していなくても良く、基板1の表面側から数μm程度の深さを残して設けられても良い。
【0025】
このような構成の素子分離領域16は、トレンチの内壁に接する部分、特に受光可能な最大深さに相当するP型半導体ウエル領域(Pwell)2と同程度の深さ位置においてトレンチの内壁に接する部分が中空であれば、トレンチの内部が完全に中空である必要はない。したがって、このような状態に保たれていれば、例えば、絶縁膜20の底面側が弛んだ状態で、素子分離領域16を構成するトレンチ9の内部に入り込んでいても良い。
【0026】
そして、先の図3,図4に示すように、この素子分離領域16の側面を囲む位置には、P型不純物拡散層10が設けられている。このP型不純物拡散層10は、オーバーフローバリアとなる第1のP型半導体ウエル領域2から基板1の表面側にかけて、素子分離領域16の側壁周囲に設けられていることとする。ただし、この部分に加えて、第1のP型半導体ウエル領域2よりも基板1の裏面側における素子分離領域16の側壁周囲に、P型不純物拡散層10が設けられていても良い。
【0027】
以上のように内部が構成された基板1上には、絶縁膜20を介して形成された転送電極21a,21bを覆う状態で、層間絶縁膜22が設けられている。この層間絶縁膜22上には、受光領域11を開口させてアルミニウムやタングステンなどからなる遮光膜23が設けられている。また、さらに全体を覆ってリフロー膜24および、表面が平坦化された高屈折率膜25がこの順に形成されている。リフロー膜24は、下地の各層による段差に応じて凹凸を有しており、このリフロー膜24と高屈折率膜25とによって、受光領域11上に層内レンズ26が構成されている。これにより、受光領域11に光を集光して感度を向上させることが可能になる。またさらに、ここでの図示を省略したが、高屈折率膜25上には、フィルタ層やオンチップレンズが設けられていることとする。
【0028】
以上のように構成された固体撮像素子30においては、内部が中空に保たれたトレンチ9からなる素子分離領域16を、受光領域11間に設けた構成となっている。このような素子分離領域16においては、中空部の屈折率nがほぼn=1と最小値であることから、基板1と中空部との界面(すなわち素子分離領域16の側壁)における全反射臨界角が最小に設定される。ここで、全反射臨界角とは、受光面(ここでは素子分離領域16の側壁)の法線と入射光とがなす角度を入射角とした場合、この受光面(素子分離領域16の側壁)で全反射可能な入射角の最小値である。そして、基板11が単結晶シリコンからなる場合、その全反射臨界角は17.1°になる。
【0029】
このため、このような素子分離領域16は、従来の技術において説明したようなトレンチ9内を絶縁膜で埋め込んでなる素子分離層(全反射臨界角25.4°)と比較して、素子分離領域16の側壁で全反射される入射角の範囲が広げられることになる。したがって、基板1の表面に対する入射角がより大きな入射光が受光領域11に入射された場合であっても、素子分離領域16の側壁で全反射させることができるようになる。この結果、固体撮像素子30の微細化が進行して射出瞳距離がさらに小さくなり、これによって基板1表面に対する入射角が大きくなることで、遮光膜16の淵において回折した回折光の素子分離領域16の側壁に対する回折光の入射角が小さくなっても、素子分離領域16を挟んで配置された受光領域11への光の漏れ込みを防止することが可能になり、混色の発生を抑えることができる。
【0030】
また、この固体撮像素子30において、素子分離領域16を構成するトレンチ9を、基板1上に設けられた絶縁膜20に達する状態で設けた場合、基板1の表面側を貫通してトレンチ9(すなわち素子分離領域16)が配置されることになる。このため、素子分離領域16とその上部の転送電極21との間の間隔をより狭くすることが可能になり、この間隔部分から隣接する受光領域11への光の漏れ込みを抑えることが可能になる。
【0031】
しかも、素子分離領域16によって、隣接する表示領域11への電荷の漏れ込みをも防止することができる。
【0032】
また、この固体撮像素子30には、素子分離領域16の側壁周囲にP型不純物拡散層10が設けられている。このため、トレンチ9との界面における基板11面において暗電流が発生した場合であっても、このP型不純物拡散層10内のホールによって暗電流を吸収することができる。このP型不純物拡散層10は、素子分離領域16の側壁周囲のP型不純物濃度が暗電流の吸収に十分な濃度であれば、特別に設けた層とする必要はない。
【0033】
尚、以上の固体撮像素子30は、例えば図6に示すように構成されていても良い。すなわち、この固体撮像素子30は、支持枠51と、この支持枠51内に張設された状態で支持された半導体薄膜部分52とで構成されている。そして、この半導体薄膜部分52に、図2〜図4を用いて説明した固体撮像素子の各領域、すなわち受光領域11,読出領域12,垂直転送領域13、および素子分離領域16を配置した構成とする。この場合、半導体薄膜部分52が上述した基板1となる。
【0034】
このような構成とすることにより、垂直転送領域13に沿って配置される素子分離領域16が、トレンチ9内を中空に保ってなるもので、このトレンチ9が基板1(すなわち半導体薄膜52)の裏面に連通していたとしても、この支持枠51によって、トレンチ9部分での基板1の折れ曲がりを防止することができる。
【0035】
尚、このような構成の固体撮像素子30においては、素子分離領域16が配置される部分のみが半導体薄膜52部分に配置されれば良い。このため、図1を用いて説明した水平転送領域14および出力部15等は、支持枠51の表面側に設けられていても良い。
【0036】
また、このほかにも、基板1の裏面側に、支持基板を貼り合わせた構成とすることで、トレンチ9部分での基板の折れ曲がりを防止することもできる。この場合であっても、トレンチ9内の所定部(受光領域11と同程度の深さ部分)を中空に保つことで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0037】
<固体撮像素子の製造方法>
次に、上述した構成の固体撮像素子の製造方法を、図2〜図5を用いて説明する。
【0038】
先ず、単結晶シリコンからなる基板1の所定深さに、P型の不純物をイオン注入によって導入してオーバーフローバリアとなる第1のP型半導体ウエル領域2を形成する。
【0039】
次に、基板1の表面層における垂直転送領域13に、イオン注入によって、N型の転送チャネル領域7とこの下部の第2のP型半導体ウエル領域8を形成する。
【0040】
その後、基板1上に酸化シリコン膜20a、窒化シリコン膜20b、酸化シリコン膜20cをこの順に積層してなる絶縁膜20を形成する(図5参照)。
【0041】
次いで、素子分離領域16を形成する予定の領域とこれを含む一回り外側の領域に掛けて、イオン注入によってP型不純物を拡散させ、P型不純物拡散層10を形成する。この際、P型不純物の拡散深さは、基板1の表面から第1のP型半導体ウエル領域2までを目安として良い。
【0042】
以上の工程を、従来と同様の手順で行った後、基板1の裏面側からパターンエッチングを行うことで、読出領域12が配置された側を除いた3方向から受光領域11を囲む配置形状のトレンチ9を形成する。尚、この3方向とは、基板1を平面視的に見た場合において、読出領域12が四角形状である場合の、読出領域12が配置された側の面を除く3方向であることとする。このため、基板1を平面視的に見た場合において、読出領域12が四角形状でない場合には、読出領域12が配置された側の面を除く、その他の全方向となる。このトレンチ9の形成においては、絶縁膜20を構成する窒化シリコン膜20bをストッパとしたエッチングを行う(図5参照)。また、異方性の良好な条件でエッチングを行うことで、0.1μm〜0.2μm程度の幅のトレンチ9を形成することとする。
【0043】
ここで、上記トレンチ9の形成においては、予め、基板1を裏面側からエッチング、または研磨することによって基板1を十分に薄型化しておくことで、十分に線幅の狭い(0.1μm〜0.2μm程度)のトレンチ9を異方性形状良好に形成することが好ましい。このような基板1の薄型化に際しては、先ず、基板1の裏面側に、トレンチ9が形成される領域を囲むレジストパターンを設け、このレジストパターンをマスクにして基板1を裏面側からエッチングすることで、トレンチ9を形成する領域を薄型化する。これにより、図6に示したような支持枠51の内側に薄型化した基板1部分(半導体薄膜部分52)を支持させた形状とし、その後、この半導体薄膜部分52を裏面側からパターンエッチングすることにより、良好な異方性形状を有するトレンチ9を形成する。
【0044】
以上の後、従来と同様の手順で、絶縁膜20上に第1層の転送電極21aを形成し、さらに絶縁膜20を介して第2層の転送電極21bを形成する。その後、基板1の表面層における転送電極21a、21bの開口部に、N型の不純物拡散層4とこの上部のP型の不純物拡散層5とを形成して受光領域11を形成する。次いで、受光領域11を露出するような開口部を有する遮光膜23を形成し、さらにリフロー膜24、高屈折率膜25、および必要に応じてさらに上層の部材(フィルタ、オンチップレンズ等)を形成することにより、上述した構成の固体撮像素子30を完成させる。
【0045】
以上の製造方法によれば、基板1の裏面側から素子分離領域16となるトレンチ9を形成することにより、基板1の表面側が塞がれたトレンチ9が形成される。この際、特に、基板1上に形成した絶縁膜20(詳しくは窒化シリコン膜20b)をストッパとしたパターンエッチングを行うことで、基板1の表面側に貫通したトレンチ9を形成でき、なおかつ絶縁膜20を中空のトレンチ内に弛ませることなく、すなわち絶縁膜20の表面を平坦に保つことができる。したがって、以降の工程でこの絶縁膜20上おいて施される成膜やパターニングなどの工程に、トレンチ9形成の影響がおよぶことを防止できる。この結果、絶縁膜20上に形成される各構成部材を、平坦な絶縁膜20上に精度良く形成することが可能になる。
【0046】
しかも、トレンチ9内を中空に保つため、トレンチ9内に絶縁膜を充填する従来の方法と比較して、製造工程数の削減を図ることができる。また、トレンチ9内に絶縁膜を充填する場合には、その充填の精度が問題となっていたが、このような問題が生じることもない。
【0047】
以上の手順においては、絶縁膜20を形成した直後に、素子分離領域16となるトレンチ9を形成する構成とした。しかし、トレンチ9の形成は、絶縁膜20を形成した後、さらに詳しくは絶縁膜20を構成する窒化シリコン膜20bを形成した後であれば、いずれの工程で行っても良く、上述した製造方法と同様の効果を得ることができる。
【0048】
尚、絶縁膜20のトレンチ9内への弛み込みの問題がない場合や、このように弛んだ絶縁膜20上への各構成部材の形成に問題がない場合には、基板1の表面側からのエッチングによってトレンチ9を形成した後、絶縁膜20の形成以降の工程を行う様にしても良い。
【0049】
また、基板1の表面側にトレンチ9を貫通させない場合、すなわち基板1を裏面側からパターンエッチングしてトレンチ9を形成する際に、表面側のトレンチ9底部に基板1を残す場合には、トレンチ9の形成はどの工程で行っても良い。
【0050】
さらに、上述した実施形態においては、インターライントランスファー型のCCD固体撮像素子に本発明を適用した実施の形態を説明した。しかし本発明は、このような固体撮像素子への適用に限定されることはなく、フレームトランスファー型のCCD固体撮像素子、フレームインターライントランスファー型のCCD固体撮像素子、フルフレームトランスファー型のCCD固体撮像素子、さらにはCMOSセンサーを用いた固体撮像素子への適用が可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0051】
尚、上述した実施形態においては、素子分離領域11が、読出領域12が配置された側を除いた3方向から受光領域11を囲む部分のみに設けられている構成を説明した。しかし、素子分離領域11は、さらに垂直転送領域13における第2のP型半導体ウェル領域8の下方側に延設されても良い。このような構成にした場合、第2のP型半導体ウェル領域8の下方側から隣接する画素の受光領域への光の漏れ込みを防止することもできる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の固体撮像素子によれば、内部が中空に保たれたトレンチを素子分離領域としたことにより、素子分離領域の側壁における全反射臨界角を最小にすることができる。したがって、固体撮像素子の微細化が進展して射出瞳距離がさらに小さくなり、各画素の受光領域に素子分離領域の側壁に対してより入射角の小さい入射光が入射された場合であっても、素子分離領域の側壁においてこの入射光を全反射させることができるようになり、この素子分離領域を挟んで配置された受光領域への光の漏れ込みが防止され、混色を抑えた撮像が可能になる。
【0053】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、基板の裏面側からトレンチを形成することによって、基板の表面側を塞いだ状態でトレンチを形成することができる。このため、基板の上方に設けられる部材や基板の表面上において施される成膜やパターニングなどの工程に、トレンチ形成の影響がおよぶことを防止できる。特に、基板の表面側に形成した絶縁膜をストッパとしたパターンエッチングによってトレンチを形成することで、絶縁膜を中空のトレンチ内に弛ませることなく、すなわち絶縁膜の表面を平坦に保ちつつも、基板の表面側に貫通させたトレンチを形成し、より高い位置にまで達する素子分離領域を形成することができる。このため、基板上の各部材の形成精度を保ちかつ、素子分離によってより確実に光漏れを防止できる固体撮像素子を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した固体撮像素子の概略平面図である。
【図2】図1のA部拡大平面図である。
【図3】図2の拡大平面図におけるx−x’断面図である。
【図4】図2の格段平面図におけるy−y’断面図である。
【図5】図3のA部拡大断面図である。
【図6】本発明を適用した固体撮像素子の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1…基板、9…トレンチ、10…P型不純物拡散層、11…受光領域、16…素子分離領域、20…絶縁膜、30…固体撮像素子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a solid-state imaging device having a plurality of light receiving regions arranged on a surface side of a substrate and a method of manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the demand for increasing the number of pixels and reducing the size of a solid-state imaging device, miniaturization of pixels has been progressing. In such a solid-state imaging device that has been miniaturized in this manner, light (incident light) incident on each pixel arranged and formed on the surface side of the substrate via an on-chip lens or an in-layer lens is received by an adjacent pixel. The phenomenon of leaking into the region occurs. This phenomenon is caused by the fact that the incident light is diffracted at the edge of the light-shielding film that covers the periphery of each pixel, so that the diffracted light having a large incident angle with respect to the substrate surface (the angle formed with the normal to the substrate surface) It is due to the birth. As the size of the module of the solid-state imaging device advances and the exit pupil distance decreases, the angle of incidence of incident light on the substrate increases, and therefore, it is considered that the angle of incidence of such diffracted light also increases. .
[0003]
Therefore, a configuration has been proposed in which between each pixel provided on the front surface side of the semiconductor substrate, a trench is formed by processing the semiconductor substrate from the front side, and an element isolation layer is formed by filling the trench with an insulating film. (See Patent Document 1 below). In this case, silicon oxide is preferably used as the insulating film. This is because, in addition to the fact that the refractive index of silicon oxide is extremely small even in an insulating film (N = 1.46), since an element other than oxygen is not included extra, a substrate of an impurity element causing dark current is generated. Because there is no problem of diffusion into.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-57318
[0005]
In the solid-state imaging device provided with the element isolation layer having such a configuration, the above-described diffracted light is totally reflected at the interface between the insulating film embedded in the trench and the semiconductor substrate (that is, the side wall of the element isolation layer). Accordingly, it is possible to prevent the diffracted light from leaking into adjacent pixels. In addition, since adjacent pixels are insulated by an insulating film serving as an element isolation layer, leakage of charges to adjacent pixels can be prevented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described solid-state imaging device has the following problems. That is, even when silicon oxide (n = 1.46) having a small refractive index is used as an insulating film forming an element isolation layer, a semiconductor substrate (n = 3.4) made of, for example, single crystal silicon can be used. , That is, the critical angle of total reflection at the side wall of the element isolation layer is only about 25.4 °. Therefore, if the incident angle of the above-mentioned diffracted light further increases in accordance with the demand for miniaturization of the pixel, the incident angle of the diffracted light with respect to the side wall of the element isolation layer (the angle formed with the normal line of the side wall of the element isolation layer) becomes larger. It is expected that the reflection critical angle will be less than 25.4 °. For this reason, in the solid-state imaging device having such a configuration, it is difficult to prevent light leakage when pixels are further miniaturized, and further prevent color mixing due to light leakage.
[0007]
In addition, the miniaturization of pixels requires finer trenches. However, it is a very difficult process to fill an insulating film in a trench, which is further miniaturized and has a narrower opening width. Become.
[0008]
Moreover, in order to obtain the solid-state imaging device, it is necessary to form an insulating film after forming the trench and to polish and remove an extra insulating film on the semiconductor substrate. There is also a problem that it will increase.
[0009]
Therefore, the present invention provides a solid-state imaging device capable of preventing light from leaking into an adjacent light receiving region even when the pixel size is further reduced, and a method for manufacturing the solid-state imaging device. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The solid-state imaging device of the present invention for achieving such an object is a solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving regions are arranged and formed on the surface side of the substrate, and in particular, a trench whose inside is kept hollow, It is characterized in that it is provided between the light receiving regions as an element isolation region.
[0011]
In the solid-state imaging device having such a configuration, the critical angle of total reflection at the interface between the substrate and the hollow portion (that is, the side wall of the device isolation region) is minimized by using the trench whose inside is kept hollow as the device isolation region. Is set. Here, the critical angle for total reflection is the minimum value of the incident angle that can be totally reflected by the element isolation side wall among the incident angles with respect to the element isolation region side wall. For this reason, as compared with the configuration in which the inside of the trench is buried with the insulating film, the range of the incident angle totally reflected on the side wall of the element isolation region is expanded. Therefore, even when incident light having a larger incident angle with respect to the substrate surface is incident on the light receiving region, the light can be totally reflected on the side wall of the element isolation region, and is arranged with the element isolation region interposed therebetween. Light is prevented from leaking into the light receiving region.
[0012]
Further, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of arranging a plurality of light receiving regions on the surface side of the substrate, Forming an element isolation region in which the interior of the trench is kept hollow. Preferably, the trench is formed by forming an insulating film on the surface of the substrate and then performing pattern etching using the insulating film as a stopper.
[0013]
In the manufacturing method having such a configuration, by forming the trench from the rear surface side of the substrate, a trench whose front surface side of the substrate is closed is formed. For this reason, it is possible to prevent the influence of the trench formation from affecting the members provided above the substrate and the processes such as film formation and patterning performed on the surface of the substrate. In particular, in the case where a trench is formed by pattern etching using the insulating film as a stopper after forming the insulating film on the substrate, a trench that is closed on the surface side of the substrate with the insulating film and penetrates the surface side of the substrate is formed. In addition, the insulating film can be kept flat without loosening the insulating film in the hollow trench.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, an embodiment in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD solid-state imaging device will be described.
[0015]
<Solid-state image sensor>
1 to 4 show schematic configuration diagrams of a solid-state imaging device according to an embodiment to which the present invention is applied. 1 is a schematic plan view of the solid-state imaging device, FIG. 2 is an enlarged plan view of a portion A in FIG. 1, FIG. 3 is a sectional view taken along line xx 'in FIG. 2, and FIG. It is -y 'sectional drawing.
[0016]
The solid-state imaging device 30 shown in FIG. 1 is an inter-transfer-type CCD solid-state imaging device, and is configured as follows. That is, in the solid-state imaging device 30, photoelectric conversion / charge storage regions (hereinafter, referred to as light receiving regions) 11 for converting incident light into electrons and storing the electrons are arranged in a matrix on the front surface side of the substrate 1. I have. Each part where these light receiving areas 11 are arranged becomes each pixel. Further, a vertical transfer area 13 is arranged on the side of the light receiving area 11 in the horizontal direction (the left and right direction in the drawing) via the reading area 12. The vertical transfer region 13 extends in the vertical direction (vertical direction in the drawing) along the light receiving region 11, and a horizontal transfer electrode 14 is arranged so as to be connected to the final stage. The output unit 15 is arranged so as to be connected to the last stage. An element isolation region 16 is arranged between each light receiving region 11 and the vertical transfer region 13.
[0017]
As shown in the enlarged view of FIG. 2, on the substrate 1 in the vertical transfer region 13, transfer electrodes 21 (21a, 21b) having a two-layer structure are stacked at respective ends via an insulating film (not shown). In this state, they are arranged alternately along the vertical direction. The transfer electrodes 21a-21a and the transfer electrodes 21b-21b arranged in the horizontal direction are connected between the light receiving regions 11 arranged in the vertical direction. In this connection portion, the second-layer transfer electrode 21b is stacked on the first-layer transfer electrode 21a. Although not shown here, the transfer electrodes 21 arranged at the last stage in the vertical direction of the vertical transfer area 13 are connected to the transfer electrodes of the horizontal transfer area.
[0018]
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the internal structure of the substrate 1 in the solid-state imaging device 30 is such that a first P-type semiconductor that becomes an overflow barrier deep inside the N-type substrate 1 made of, for example, single crystal silicon A well region (Pwell) 2 is formed, and an N-type semiconductor well region (Nwell) 3 is formed above the surface of the substrate 1. An N-type impurity diffusion layer 4 is formed on the surface side of the N-type semiconductor well region 3, and a P-type impurity diffusion layer 5 is formed thereon. Thus, a light receiving region 11 having a signal charge generation region from the P-type impurity diffusion layer 5 to the P-type semiconductor well region (Pwell) 2 is formed.
[0019]
Further, a read region 12 having a MOS structure is provided adjacent to each light receiving region 11, and the above-described vertical transfer region 13 is provided beside the light receiving region 11 via the read region 12 (see FIG. 4). ). The readout region 12 includes the N-type semiconductor well region 3 on the front surface side of the substrate 1 and the readout electrode 21 provided thereon with an insulating film 20 interposed therebetween. Further, the vertical transfer region 13 is constituted by an N-type transfer channel region 7 provided on the surface layer of the substrate 1 and a transfer electrode 21 provided thereon with an insulating film 20 interposed therebetween. The read electrode 21 and the transfer electrode 21 may be formed integrally. Note that a second P-type semiconductor well region 8 is formed below the transfer channel region 7.
[0020]
Further, in the substrate 1, the above-described element isolation region 16 is provided at a position between the light receiving regions 11. The element isolation region 16 is arranged at a position surrounding the light receiving region 11 except for the side where the readout region 12 is arranged (see plan views in FIGS. 1 and 2). However, the arrangement state of the element isolation region 16 is not limited to the position shown in the plan views of FIGS. 1 and 2, and is at least vertically arranged at a position other than between the light receiving region 11 and the readout region 12. It is provided between the light receiving regions 11 provided. Further, a transfer electrode 21 is also provided above the element isolation region 16.
[0021]
In particular, the element isolation region 16 is characterized by comprising the trench 9 whose inside is kept hollow. The trench 9 has a width of about 0.1 μm to 0.2 μm.
[0022]
The trench 9 is arranged at a position at least as deep as the P-type semiconductor well region (Pwell) 2, and is provided, for example, from the back side to the front side of the substrate 1.
[0023]
FIG. 5 is an enlarged view of a portion A in FIG. As shown in FIG. 5, it is preferable that the element isolation region 16 is provided to penetrate the substrate 1 so as to reach the insulating film 20 covering the surface of the substrate 1. In this case, as will be described in more detail in a later manufacturing method, by forming the insulating film 20 using a material serving as a stopper in the etching of the substrate 1, the element in which the trench 9 is closed by the insulating film 20 having a flat surface is provided. An isolation region 16 is provided. Therefore, for example, when the substrate 1 is made of single-crystal silicon, an insulating film 20 in which a silicon oxide film 20a, a silicon nitride film 20b, and a silicon oxide film 20c are stacked in this order is provided on the substrate 1, and the silicon nitride film 20b is used as a stopper. The trenches 9 are provided by pattern-etching the substrate 1 from the back side.
[0024]
As described above, the trench 9 is preferably disposed at a position at least as deep as the P-type semiconductor well region (Pwell) 2, but does not have to penetrate the surface side of the substrate 1. Alternatively, it may be provided with a depth of about several μm from the surface side of the substrate 1.
[0025]
The element isolation region 16 having such a configuration comes into contact with the inner wall of the trench at a portion in contact with the inner wall of the trench, particularly at a depth position substantially equal to the P-type semiconductor well region (Pwell) 2 corresponding to the maximum light-receiving depth. If the portion is hollow, the interior of the trench need not be completely hollow. Therefore, if such a state is maintained, for example, the insulating film 20 may enter the inside of the trench 9 constituting the element isolation region 16 with the bottom surface side slackened.
[0026]
Then, as shown in FIGS. 3 and 4, a P-type impurity diffusion layer 10 is provided at a position surrounding the side surface of the element isolation region 16. The P-type impurity diffusion layer 10 is provided around the side wall of the element isolation region 16 from the first P-type semiconductor well region 2 serving as an overflow barrier to the surface of the substrate 1. However, in addition to this portion, the P-type impurity diffusion layer 10 may be provided around the sidewall of the element isolation region 16 on the back surface side of the substrate 1 with respect to the first P-type semiconductor well region 2.
[0027]
The interlayer insulating film 22 is provided on the substrate 1 having the inside as described above so as to cover the transfer electrodes 21a and 21b formed via the insulating film 20. On the interlayer insulating film 22, a light-shielding film 23 made of aluminum, tungsten, or the like is provided so as to open the light receiving region 11. Further, a reflow film 24 covering the entire surface and a high-refractive-index film 25 whose surface is flattened are formed in this order. The reflow film 24 has irregularities according to the steps of the underlying layers, and the reflow film 24 and the high-refractive-index film 25 form an inner-layer lens 26 on the light receiving region 11. Thereby, it becomes possible to condense the light to the light receiving region 11 and improve the sensitivity. Further, although not shown here, it is assumed that a filter layer and an on-chip lens are provided on the high refractive index film 25.
[0028]
In the solid-state imaging device 30 configured as described above, the element isolation region 16 including the trench 9 whose inside is kept hollow is provided between the light receiving regions 11. In such an element isolation region 16, since the refractive index n of the hollow portion is almost the minimum value of n = 1, the total reflection criticality at the interface between the substrate 1 and the hollow portion (that is, the side wall of the element isolation region 16). Corners are set to minimum. Here, the total reflection critical angle is defined as the angle of incidence between the normal line of the light receiving surface (here, the side wall of the element isolation region 16) and the incident light, and the light receiving surface (the side wall of the element isolation region 16). Is the minimum value of the incident angle that allows total reflection. When the substrate 11 is made of single-crystal silicon, its critical angle for total reflection is 17.1 °.
[0029]
For this reason, such an element isolation region 16 has a smaller element isolation layer (total reflection critical angle 25.4 °) than the element isolation layer in which the trench 9 is filled with an insulating film as described in the related art. The range of the incident angle totally reflected by the side wall of the region 16 is widened. Therefore, even when incident light having a larger incident angle with respect to the surface of the substrate 1 is incident on the light receiving region 11, the light can be totally reflected on the side wall of the element isolation region 16. As a result, the miniaturization of the solid-state imaging device 30 progresses to further reduce the exit pupil distance, thereby increasing the incident angle with respect to the surface of the substrate 1. Even when the angle of incidence of the diffracted light on the side wall of the light-receiving element 16 becomes small, it is possible to prevent light from leaking into the light-receiving area 11 disposed with the element isolation area 16 interposed therebetween, thereby suppressing the occurrence of color mixing. it can.
[0030]
In the solid-state imaging device 30, when the trench 9 forming the element isolation region 16 is provided so as to reach the insulating film 20 provided on the substrate 1, the trench 9 ( That is, the element isolation region 16) is arranged. Therefore, the distance between the element isolation region 16 and the transfer electrode 21 thereabove can be further reduced, and leakage of light from the space to the adjacent light receiving region 11 can be suppressed. Become.
[0031]
In addition, the element isolation region 16 can also prevent the charge from leaking into the adjacent display region 11.
[0032]
In the solid-state imaging device 30, a P-type impurity diffusion layer 10 is provided around the side wall of the element isolation region 16. Therefore, even if a dark current is generated on the surface of the substrate 11 at the interface with the trench 9, the dark current can be absorbed by the holes in the P-type impurity diffusion layer 10. The P-type impurity diffusion layer 10 does not need to be a specially provided layer as long as the P-type impurity concentration around the side wall of the element isolation region 16 is sufficient to absorb dark current.
[0033]
The solid-state imaging device 30 described above may be configured as shown in FIG. 6, for example. That is, the solid-state imaging device 30 includes a support frame 51 and a semiconductor thin film portion 52 supported in a state of being stretched in the support frame 51. The semiconductor thin film portion 52 has a configuration in which each region of the solid-state imaging device described with reference to FIGS. 2 to 4, that is, the light receiving region 11, the readout region 12, the vertical transfer region 13, and the element isolation region 16 are arranged. I do. In this case, the semiconductor thin film portion 52 becomes the substrate 1 described above.
[0034]
With such a configuration, the element isolation region 16 arranged along the vertical transfer region 13 keeps the inside of the trench 9 hollow, and the trench 9 is formed in the substrate 1 (that is, the semiconductor thin film 52). Even if it communicates with the back surface, the support frame 51 can prevent the substrate 1 from being bent at the trench 9 portion.
[0035]
In the solid-state imaging device 30 having such a configuration, only the portion where the element isolation region 16 is provided may be provided in the semiconductor thin film 52 portion. Therefore, the horizontal transfer area 14 and the output unit 15 described with reference to FIG. 1 may be provided on the front side of the support frame 51.
[0036]
In addition, by employing a configuration in which a support substrate is bonded to the back surface of the substrate 1, the substrate can be prevented from being bent at the trench 9 portion. Even in this case, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained by keeping a predetermined portion (a portion having the same depth as the light receiving region 11) in the trench 9 hollow.
[0037]
<Method of manufacturing solid-state imaging device>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device having the above-described configuration will be described with reference to FIGS.
[0038]
First, a P-type impurity is introduced into a predetermined depth of a substrate 1 made of single-crystal silicon by ion implantation to form a first P-type semiconductor well region 2 serving as an overflow barrier.
[0039]
Next, an N-type transfer channel region 7 and a second P-type semiconductor well region 8 therebelow are formed in the vertical transfer region 13 in the surface layer of the substrate 1 by ion implantation.
[0040]
Thereafter, an insulating film 20 is formed on the substrate 1 by laminating the silicon oxide film 20a, the silicon nitride film 20b, and the silicon oxide film 20c in this order (see FIG. 5).
[0041]
Next, a P-type impurity is diffused by ion implantation over a region where the element isolation region 16 is to be formed and a region outside the region including the region, thereby forming a P-type impurity diffusion layer 10. At this time, the diffusion depth of the P-type impurity may be set from the surface of the substrate 1 to the first P-type semiconductor well region 2 as a guide.
[0042]
After the above steps are performed in the same procedure as in the related art, pattern etching is performed from the back surface side of the substrate 1 so that the arrangement shape surrounding the light receiving region 11 from three directions excluding the side where the readout region 12 is arranged. A trench 9 is formed. Note that these three directions are the three directions except the surface on the side where the readout area 12 is arranged when the readout area 12 is rectangular when the substrate 1 is viewed in a plan view. . For this reason, when the reading area 12 is not rectangular when the substrate 1 is viewed in a plan view, the directions are all other directions except for the surface on which the reading area 12 is arranged. In forming the trench 9, etching is performed using the silicon nitride film 20b constituting the insulating film 20 as a stopper (see FIG. 5). In addition, the trench 9 having a width of about 0.1 μm to 0.2 μm is formed by performing etching under a condition with good anisotropy.
[0043]
Here, in the formation of the trench 9, the substrate 1 is sufficiently thinned in advance by etching or polishing the substrate 1 from the back side, so that the line width is sufficiently narrow (0.1 μm to 0 μm). (About 2 μm) is preferably formed in an anisotropic shape. When thinning the substrate 1, first, a resist pattern surrounding a region where the trench 9 is formed is provided on the back surface of the substrate 1, and the substrate 1 is etched from the back surface using the resist pattern as a mask. Thus, the region where the trench 9 is formed is thinned. As a result, the thinned substrate 1 portion (semiconductor thin film portion 52) is supported inside the support frame 51 as shown in FIG. 6, and then the semiconductor thin film portion 52 is subjected to pattern etching from the back surface side. Thereby, the trench 9 having a favorable anisotropic shape is formed.
[0044]
After the above, the transfer electrode 21a of the first layer is formed on the insulating film 20 and the transfer electrode 21b of the second layer is formed via the insulating film 20 in the same procedure as the conventional method. Thereafter, an N-type impurity diffusion layer 4 and a P-type impurity diffusion layer 5 thereon are formed in the openings of the transfer electrodes 21a and 21b in the surface layer of the substrate 1 to form the light receiving region 11. Next, a light-shielding film 23 having an opening for exposing the light-receiving region 11 is formed, and a reflow film 24, a high-refractive-index film 25, and, if necessary, further upper-layer members (filters, on-chip lenses, etc.) By forming, the solid-state imaging device 30 having the above-described configuration is completed.
[0045]
According to the above-described manufacturing method, the trench 9 that becomes the element isolation region 16 is formed from the back surface side of the substrate 1, thereby forming the trench 9 in which the front surface side of the substrate 1 is closed. At this time, in particular, by performing pattern etching using the insulating film 20 (specifically, the silicon nitride film 20b) formed on the substrate 1 as a stopper, the trench 9 penetrating to the surface side of the substrate 1 can be formed, and the insulating film can be formed. The insulating film 20 can be kept flat without loosening the insulating film 20 into the hollow trench. Therefore, it is possible to prevent the formation of the trench 9 from affecting the steps such as film formation and patterning performed on the insulating film 20 in the subsequent steps. As a result, each component formed on the insulating film 20 can be accurately formed on the flat insulating film 20.
[0046]
Moreover, since the inside of the trench 9 is kept hollow, the number of manufacturing steps can be reduced as compared with the conventional method of filling the trench 9 with an insulating film. When the trench 9 is filled with an insulating film, the accuracy of the filling is a problem, but such a problem does not occur.
[0047]
In the above procedure, immediately after the formation of the insulating film 20, the trench 9 to be the element isolation region 16 is formed. However, the formation of the trench 9 may be performed in any step after the formation of the insulating film 20, and more specifically, after the formation of the silicon nitride film 20 b constituting the insulating film 20. The same effect as described above can be obtained.
[0048]
When there is no problem of loosening of the insulating film 20 into the trench 9 or when there is no problem in forming each component on the loosened insulating film 20, the surface side of the substrate 1 may be used. After the trench 9 is formed by the above etching, the steps after the formation of the insulating film 20 may be performed.
[0049]
When the trench 9 is not penetrated on the front surface side of the substrate 1, that is, when the substrate 1 is pattern-etched from the rear surface side to form the trench 9, the substrate 1 is left at the bottom of the trench 9 on the front surface side. 9 may be formed in any step.
[0050]
Further, in the above-described embodiment, the embodiment in which the present invention is applied to the interline transfer type CCD solid-state imaging device has been described. However, the present invention is not limited to the application to such a solid-state imaging device, but includes a frame transfer type CCD solid-state imaging device, a frame interline transfer type CCD solid-state imaging device, and a full frame transfer type CCD solid-state imaging device. The present invention can be applied to a device, and further to a solid-state imaging device using a CMOS sensor, and similar effects can be obtained.
[0051]
In the above-described embodiment, the configuration in which the element isolation region 11 is provided only in the portion surrounding the light receiving region 11 from three directions excluding the side where the readout region 12 is arranged has been described. However, the element isolation region 11 may further extend below the second P-type semiconductor well region 8 in the vertical transfer region 13. With such a configuration, it is also possible to prevent light from leaking from below the second P-type semiconductor well region 8 to the light receiving region of an adjacent pixel.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the critical angle of total reflection on the side wall of the element isolation region can be minimized by using the trench whose inside is kept hollow as the element isolation region. . Therefore, even when the miniaturization of the solid-state imaging device is advanced and the exit pupil distance is further reduced, even when incident light having a smaller incident angle is incident on the light receiving region of each pixel with respect to the side wall of the element isolation region. This allows the incident light to be totally reflected on the side wall of the element isolation region, preventing light from leaking into the light receiving region disposed across the element isolation region, and enabling imaging with reduced color mixing. become.
[0053]
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the trench can be formed in a state in which the front surface of the substrate is closed by forming the trench from the back surface of the substrate. For this reason, it is possible to prevent the influence of the trench formation from affecting the members provided above the substrate and the processes such as film formation and patterning performed on the surface of the substrate. In particular, by forming a trench by pattern etching using the insulating film formed on the surface side of the substrate as a stopper, the insulating film is not loosened in the hollow trench, that is, while keeping the surface of the insulating film flat, By forming a penetrated trench on the front surface side of the substrate, an element isolation region reaching a higher position can be formed. For this reason, it is possible to obtain a solid-state imaging device that can maintain the formation accuracy of each member on the substrate and can more reliably prevent light leakage by element separation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a solid-state imaging device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is an enlarged plan view of a portion A in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line xx ′ in the enlarged plan view of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view taken along the line yy ′ in the plan view of FIG.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a portion A in FIG. 3;
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another example of the solid-state imaging device to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 9 ... Trench, 10 ... P-type impurity diffusion layer, 11 ... Light receiving area, 16 ... Element isolation area, 20 ... Insulating film, 30 ... Solid-state image sensor

Claims (7)

基板の表面側に複数の受光領域が配列形成された固体撮像素子であって、
前記受光領域間には、内部が中空に保たれたトレンチが素子分離領域として設けられている
ことを特徴とする固体撮像素子。
A solid-state imaging device in which a plurality of light receiving regions are arranged and formed on the front surface side of the substrate,
A solid-state imaging device, wherein a trench whose interior is kept hollow is provided as an element isolation region between the light receiving regions.
請求項1記載の固体撮像素子において、
前記トレンチは、前記基板の裏面から表面側に向けて形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the trench is formed from a back surface of the substrate toward a front surface.
請求項2記載の固体撮像素子において、
前記トレンチは、前記基板上に設けられた絶縁膜に達している
ことを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 2,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the trench reaches an insulating film provided on the substrate.
請求項1記載の固体撮像素子において、
前記素子分離領域の側壁周囲には、P型不純物拡散層が設けられている
ことを特徴とする固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device, wherein a P-type impurity diffusion layer is provided around a side wall of the element isolation region.
基板の表面側に複数の受光領域を配列形成する工程と、
前記基板の前記受光領域間または前記受光領域の形成予定領域間に、当該基板の裏面側からトレンチを形成し、当該トレンチの内部が中空に保たれた素子分離領域を形成する工程とを行う
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A step of arranging and forming a plurality of light receiving regions on the surface side of the substrate,
Forming a trench from the back side of the substrate between the light receiving regions of the substrate or between regions where the light receiving region is to be formed, and forming an element isolation region in which the inside of the trench is kept hollow. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
請求項5記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記トレンチの形成は、前記基板の表面上に絶縁膜を形成した後、当該絶縁膜をストッパとしたパターンエッチングによって行う
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the trench is formed by forming an insulating film on a surface of the substrate and then performing pattern etching using the insulating film as a stopper.
請求項5記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記素子分離領域を形成する工程の前または後に、前記基板の前記素子分離領域の周囲または当該素子分離領域の形成予定領域を覆う位置にP型不純物拡散領域を形成する工程を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5,
Before or after the step of forming the element isolation region, a step of forming a P-type impurity diffusion region in the substrate around the element isolation region or at a position covering a region where the element isolation region is to be formed. Of manufacturing a solid-state imaging device.
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