JP2006066456A - 固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】良質な光電変換層を有し、画素の高集積化が可能で、感度が高く、高度な色分離ができ、尚且つ偽色や残像が少ない固体撮像素子を提供すること。
【解決手段】Ｓｉ基板に信号転送回路（図示せず）が形成された信号転送回路基板１２（シリコン基板）上に、光電変換部１４が設けられた固体撮像素子において、受光面側から、例えば４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰからなる第１光電変換層１８（第１化合物半導体層：ＩｎＡｌＰ層）、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＧａＡｌＰからなる第２光電変換層２０（第２化合物半導体層：ＩｎＧａＡｌＰ層）、及び、６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓからなる第３光電変換層２２（第３化合物半導体層：ＧａＡｓ層）の光電変換層を積層させて、積層型の化合物半導体層からなる光電変換部１４を構成する。
【選択図】図１
【解決手段】Ｓｉ基板に信号転送回路（図示せず）が形成された信号転送回路基板１２（シリコン基板）上に、光電変換部１４が設けられた固体撮像素子において、受光面側から、例えば４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰからなる第１光電変換層１８（第１化合物半導体層：ＩｎＡｌＰ層）、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＧａＡｌＰからなる第２光電変換層２０（第２化合物半導体層：ＩｎＧａＡｌＰ層）、及び、６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓからなる第３光電変換層２２（第３化合物半導体層：ＧａＡｓ層）の光電変換層を積層させて、積層型の化合物半導体層からなる光電変換部１４を構成する。
【選択図】図１
Description
本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ファクシミリ、スキャナー、複写機をはじめとする機器、バイオや化学センサーなどの光センサーに利用可能な固体撮像素子に関するものである。特に、積層型の光電変換層を有する固体撮像素子に関するものである。
従来、電荷転送路と略同一平面に光電変換層を設けた構造の固体撮像素子では、画素の高集積化に伴い，カラーフイルターでの光損失や光の波長と同程度のサイズとなり光が光電変換層に導波されにくくなるという欠点がある。また、ＲＧＢの３色を異なる位置で検出するために、色分離が起こり、偽色が生じることがあるので、この問題を回避するために光学的ローパスフイルタを必要とし、このフイルターによる光損失も生じる。このように、従来の固体撮像素子は光の利用効率が悪いことが問題となっている。
この問題を解決するために、光電変換層を積層構造にすることが提案されている（特開平５−１５２５５４号公報、特開平９−６４４０６号公報参照）。この提案では、光電変換層をアモルファス或いは多結晶で構成しているために、残像や暗電流が大きく、実用化に至っていないのが現状である。
また、Ｓｉの吸収係数の波長依存性を利用して、光電変換層（受光部）を積層構造で構成し、その深さ方向で色分離を行うカラーセンサーが提案されている（例えば、ＵＳ５９６５８７５明細書、ＵＳ６６３２７０１明細書、特開平７−３８１３６公報参照）。この提案でも、しかしながら、積層された受光部での分光感度の波長依存性がブロードであり、色分離が不十分であるという問題点がある。
また、有機半導体による３層構造の光電変換層が提案されている（特開２００３−２３４４６０公報参照）。この提案でも、耐久性や感度が低いという問題点があり、実用化に至っていないのが現状である。
特開平５−１５２５５４号公報
特開平９−６４４０６号公報
ＵＳ５９６５８７５明細書
ＵＳ６６３２７０１明細書
特開平７−３８１３６公報
特開２００３−２３４４６０公報
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、良質な光電変換層を有し、画素の高集積化が可能で、感度が高く、高度な色分離ができ、尚且つ偽色や残像の少ない固体撮像素子を提供することである。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
本発明の個体撮像素子は、
外部からの入射光により信号を生成する光電変換部と、
表面上に前記変換部が設けられると共に、前記光電変換部から生成した前記信号を読み出す信号転送回路が設けられたシリコン基板と、
を有する固体撮像素子において、
前記光電変換部を構成する光電変換層は、光吸収波長が受光面側から光入射方向に向かって順次長波長となるように前記光吸収波長が互いに異なる複数の化合物半導体層を積層した積層構造を含んで構成され、
前記複数の化合物半導体層は各々前記信号転送回路の画素電極に接続されていることを特徴としている。
本発明の個体撮像素子は、
外部からの入射光により信号を生成する光電変換部と、
表面上に前記変換部が設けられると共に、前記光電変換部から生成した前記信号を読み出す信号転送回路が設けられたシリコン基板と、
を有する固体撮像素子において、
前記光電変換部を構成する光電変換層は、光吸収波長が受光面側から光入射方向に向かって順次長波長となるように前記光吸収波長が互いに異なる複数の化合物半導体層を積層した積層構造を含んで構成され、
前記複数の化合物半導体層は各々前記信号転送回路の画素電極に接続されていることを特徴としている。
本発明の個体撮像素子では、光電変換部を構成する光電変換層を積層した複数の半導体層で構成し、同一受光面において複数の半導体層により、その深さ方向で色分離を行って各々異なる波長の入射光に対して信号（信号電荷、或いは信号電流）を生成し、当該各々の信号が画素電極を介して信号転送回路により読み出される。このような光電変換部を構成する半導体層として、化合物半導体層を適用する。化合物半導体層は、良好な結晶性や格子整合性を持つため、高速に電荷が移動し、暗電流が少なく、しかも欠陥もできにくく、大面積化が可能である。このため、良質な光電変換層を有し、画素の高集積化が可能で、感度が高く、高度な色分離ができ、尚且つ偽色や残像が少なくなる。
本発明の固体撮像素子において、前記光電変換部を構成する光電変換層は、受光面側から光入射方向に向かって、３つの第１〜第３化合物半導体層が順次積層した積層構造で構成され、前記第１化合物半導体層がＩｎＡｌＰ層で構成され、第２化合物半導体層がＩｎＧａＡｌＰ層で構成され、第３化合物半導体層がＩｎＧａＰ層、ＧａＡｓ層又はＩｎＧａＡｓＰ層で構成されていることが好適である。
また、前記第１化合物半導体層が４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持ち、前記第２化合物半導体層が５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持ち、前記第３化合物半導体層が６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つことが好適である。
これらの構成により、光電変換部でＲＧＢの色分離が行われ、各色の信号が信号転送回路により読み出すことが可能となる。
本発明の固体撮像素子において、前記第３化合物半導体層は、ＩｎＧａＰ層で構成されていることが好適である。この構成により赤外カットフィルターを設ける必要がなくなる。
本発明の固体撮像素子において、前記光電変換部上に、受光面を除いて遮光膜が設けられていることが好適である。この構成により、固体撮像素子（或いは光電変換部）をアレイ化しても、混色を効果的に防止することができる。
本発明の固体撮像素子において、前記光電変換部の受光面上に、マイクロレンズが設けられていることが好適である。この構成により、光電変換部の受光面へ入射する光の集光効率が向上する。
本発明によれば、良質な光電変換層を有し、画素の高集積化が可能で、感度が高く、高度な色分離ができ、尚且つ偽色や残像が少ない固体撮像素子を提供することができる。
以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実質的に同じ機能を有する部材には全図面通して同じ符号を付与して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の製造過程を示す工程図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の製造過程を示す工程図である。
本実施形態に係る固体撮像素子１０は、Ｓｉ基板に信号転送回路（図示せず）が形成された信号転送回路基板１２（シリコン基板）上に、光電変換部１４が設けられている。そして、光電変換部１４の受光面を除いて絶縁性の封止材１６により封止されている。なお、図示しないが、受光面を保護するために、光電変換部１４の最上層上に透明な絶縁膜を設けてもよい。
光電変換部１４は、受光面側から、４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰからなる第１光電変換層１８（第１化合物半導体層：ＩｎＡｌＰ層）、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップＩｎＧａＡｌＰからなる第２光電変換層２０（第２化合物半導体層：ＩｎＧａＡｌＰ層）、及び、６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓからなる第３光電変換層２２（第３化合物半導体層：ＧａＡｓ層）の光電変換層が積層されて構成している。なお、各光電変換層は、積層順番が上層から下層に向かって、光吸収波長（バンドギャップ）が長波長となるように積層されている。即ち、受光面側の上層が短波長の光吸収波長（バンドギャップ）を持つ光電変換層となる。
第１光電変換層１８は、ｎ−ＩｎＡｌＰ層１８ａ及びｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂから構成されている。第２光電変換層２０は、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａ及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂから構成されている。第３光電変換層２２は、ｎ−ＧａＡｓ層２２ａ及びｉ−ＧａＡｓ層２２ｂから構成されている。
そして、各光電変換層には、はんだなどで構成されたｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ、ｐ側電極２６ｒ，２６ｇ，２６ｂが設けられている。各電極とのオーミックコンタクトを図るため、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂはｎ−ＧａＡｓからなるコンタクト層２８ｒ，２８ｇ，２８ｂを介して、ｐ側電極２６ｒ，２６ｇ，２６ｂはｐ−ＧａＡｓからなるコンタクト層３０ｒ，３０ｇ，３０ｂを介して各光電光電変換層に設けられている。なお、ｎ−ＧａＡｓ層２２ａがコンタクト層２８ｒを兼ねている。
各光電変換層は、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂを介して信号転送回路基板１２に形成された画素電極３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ（それぞれＲ信号読み出し用電極、Ｇ信号読み出し用電極、Ｂ信号読み出し用電極）にそれぞれ接続され、ｐ側電極２６ｒ，２６ｇ，２６ｂを介してアースへとそれぞれ接続されている。但し、第３光電変換層２２は下層に設けられたｐ側電極２６ｒを介して共通電極３４に接合されている。
各光電変換層おいては、同一受光面において光が入射すると、受光面側から第１光電変換層１８が青色光を吸収しＢ信号を生成し、第２光電変換層２０が緑色光を吸収しＧ信号を生成し、第３光電変換層２２が赤色光を吸収しＲ信号を生成し、各々の画素電極３２ｒ，３２ｇ，３２ｂを通じて、ＲＧＢ信号が信号転送回路へと送られる。このように、光電変換部１４（光電変換層）では、その深さ方向で色分離（本実施形態ではＲＧＢの３色）を行って各々異なる波長の入射光に対して信号を生成することができる。
信号転送回路基板１２は、シリコン基板で構成され、半導体プロセスにより信号転送回路（図示せず）が形成されいる。また、光電変換部１４からの信号を信号転送回路へ送るための画素電極３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ（Ｒ信号読み出し用電極、Ｇ信号読み出し用電極、Ｂ信号読み出し用電極）分設けられている。また、共通電極３４が絶縁層３５を介して設けられている。
信号転送回路は通常のカラー読み出し回路を用いることができる。光電変換部１４（以下、受光部）で光／電気変換された信号電荷もしくは信号電流は、受光部そのものもしくは付設されたキャパシタで蓄えられる。蓄えられた電荷は、いわゆる電荷結合素子（ＣＣＤ）や、Ｘ−Ｙアドレス方式を用いたＭＯＳ型撮像素子（いわゆるＣＭＯＳセンサ）の手法により、画素位置の選択とともに読み出される。ＣＣＤを適用した転送読み出し方式として、画素の電荷信号を転送スイッチにより、アナログシフトレジスタに転送する電荷転送部を有しており、レジスタの動作で信号を出力端に準じ読み出す方法が挙げられる。ラインアドレス（ｌｉｎｅａｄｄｒｅｓｓ）型、フレーム転送（ｆｒａｍｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ）型やインターライン転送（ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ）型、フレームインターライン転送（ｆｒａｍｅ ｉｎｔｅｒｌｉｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ）型方式などが挙げられる。また、ＣＣＤには２相構造３相構造や４相構造、さらには埋め込みチャンネル構造などが知られるが特に、こだわらず任意の構造を適用できる。
他には、アドレス選択方式として、１画素づつ順次マルチプレクサスイッチとデジタルシフトレジスタで選択し、共通の出力線に信号電圧（または電荷）として読み出す方式が挙げられる。２次元にアレイ化されたＸ−Ｙアドレス操作の撮像素子がＣＭＯＳセンサとして知られる。これは、Ｘ−Ｙの交点に接続された画素に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続され、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチがオンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された信号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水平走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを棟して順番に出力端から読み出される。
出力信号の読み出しには、フローティングディフュージョン検出器や、フローティングゲート検出器を用いることができる。また画素部分に信号増幅回路を設けることや、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）の手法などにより、Ｓ／Ｎの向上をはかることができる。
信号処理には、ＡＤＣ回路によるガンマ補正、ＡＤ変換機によるデジタル化、輝度信号処理や、色信号信号処理を施すことができる。色信号処理としては、ホワイトバランス処理や、色分離処理、カラーマトリックス処理などが挙げられる。ＮＴＳＣ信号に用いる際は、ＲＧＢ信号をＹＩＱ信号の変換処理を施すことができる。
以下、本実施形態に係る固体撮像素子１０の製造方法について説明する。なお、以下の化合物半導体層の積層は、例えば有機金属気相成長法や分子線エピタキャシャル成長法により行われる。
まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＡｓ基板３６上に、ＧａＡｓバッファ層３８、ＩｎＧａＰエッチング阻止層４０を順次積層する。引き続き、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｒ、ｉ−ＧａＡｓ層２２ｂ、ｎ−ＧａＡｓ層２２ａ、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂ、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇを積層する。
次に、図２（ｂ）に示すように、最上層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇを通常のリソグラフィーにより一部残し、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂを露出する。その上にｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇを積層する。
次に、図２（ｃ）に示すように、最上層のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇを通常のリソグラフィーにより下層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇと違う位置に一部を残し、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａを露出する。その上にｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂ、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｂを積層する。
次に、図２（ｄ）最上層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｂを通常のリソグラフィーにより、下層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇ及びｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇと違う位置に一部残し、ｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂを露出する。その上に、ｎ−ＩｎＡｌＰ層１８ａ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｂを積層する。
次に、図２（ｅ）に示すように、通常のリソグラフィーとドライエッチング技術により、各ＧａＡｓコンタクト層を露出させ（最下層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｒは除く．最上層のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｂはパターニング）、各ＧａＡｓコンタクト層（ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｒは除く）上にそれぞれ、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂとしてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを、ｐ側電極２６ｇ，２６ｂとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成する。
次に、エピタキシャル成長面を保護するようにＧａＡｓ基板３６を、図示しないガラス基板に樹脂層を介して張り合わせる。その後、図２（ｆ）に示すように、アンモニア系のエッチング液で、ＧａＡｓ基板３６とＧａＡｓバッファ層３８を除去する。そして、塩酸系のエッチング液で、ＩｎＧａＰエッチング阻止層４０を除去し、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｒを露出させ、ｐ側電極２６ｒとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成する。
このようにして、受光面側から、ｎ−ＩｎＡｌＰ層１８ａ及びｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂからなる第１光電変換層、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａ及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂからなる第２光電変換層２０、ｎ−ＧａＡｓ層２２ａ及びｉ−ＧａＡｓ層２２ｂからなる第３光電変換層２２が積層された光電変換部１４が作製される。
次に、図２（ｇ）に示すように、別工程で作製された信号転送回路基板１２上に、所定のパターニングが施された共通電極３４と最下層のｐ側電極２６ｒとを接合して光電変換部１４が配設される。この際、ガラス基板を樹脂層ごと取り除く。その後、封止材１６としてＳｉＯ2積層、ビアホール形成、ビアプラグ形成などを施し、光電変換部１４における各光電変換層を、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂを介して信号転送回路基板１２に形成された画素電極３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ（Ｒ信号読み出し用電極、Ｇ信号読み出し用電極、Ｂ信号読み出し用電極）にそれぞれ接続し、ｐ側電極２６ｇ，２６ｂを介してアースへとそれぞれ接続する。
このようにして、本実施形態に係る固体撮像素子１０を作製する。特に、本実施形態では、光電変換部１４の各構成層材料の組合せにより、エッチング選択性が得られ、容易にリソグラフィーとドライエッチングを施すことができる。
以上、説明した本実施形態に係る固体撮像素子１０では、積層型の光電変換部１４を構成する光電変換層として、良好な結晶性や格子整合性を持った化合物半導体層を適用しているので、この積層型の光電変換部１４は、高速に電荷が移動し、暗電流が少なく、しかも欠陥もできにくく、大面積化が可能である。このため、本実施形態の固体撮像素子１０は、良質な光電変換層を有し、画素の高集積化が可能で、感度が高く、高度な色分離ができ、尚且つ偽色や残像が少なくなる。また、光電変換部１４は、高速に電荷を移動できるので、残像の問題がなく、デジタルビデオのような高速駆動においても良質な画像が得られる。
特に、４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＡｌＰ（第１光電変換層１８）、５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持つＩｎＧａＡｌＰ（第２光電変換層２０）、６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つＧａＡｓ（第３光電変換層２２）は、例えば、ナイトライド系の化合物半導体に比べ、結晶性が高く完全格子整合性を持っているため、高速に電荷が移動し、暗電流が少なく、しかも欠陥もできにくく、大面積化が可能な光電変換部１４となる。
また、本実施形態の固体撮像素子１０では、赤色光を吸収する第３光電変換層２２（第３化合物半導体層）を、ＧａＡｓで構成した形態を示したが、これに代えて、ＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＰや、ＩｎＧａＡｓＰで構成してもよい。特に、通常、固体撮像素子１０には、赤外カットフィルター（図示せず）を設ける必要があるが、この赤色光を吸収する第３光電変換層２２を、ＩｎＧａＰで構成すると赤外カットフィルターが不要となる。
また、本実施形態に係る固体撮像素子１０では、同一の（平面）位置で各色に分離できるため、受光位置の違いによる偽色の問題を回避でき、理論的にローパスフィルタは不要となる。また、信号転送回路基板１２上に光電変換部１４を設けているので、信号転送回路基板１２に設けられた信号転送回路と同一面内に光電変換部１４を設けた場合よりも、受光面を大きく形成できるので画素の微細化も可能となり、画素の高集積化が図れる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
図３は、本発明の第２実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
本実施形態に係る固体撮像素子１０は、光電変換部１４上に遮光膜４２を設けて、受光面を除いて遮光した形態である。遮光膜４２は、例えば、光電変換部１４上に、受光面にマスクを施し、封止材１６上に金属材料を蒸着することで形成することができる。これ以外の構成は第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
本実施形態に係る固体撮像素子１０では、光電変換部１４上に遮光膜４２を設けて受光面以外を遮光することで、固体撮像素子１０（或いは光電変換部１４）をアレイ化した場合、有効に混色を防止可能となる。
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
図４は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。
本実施形態に係る固体撮像素子１０は、光電変換部１４の受光面上にマイクロレンズ４４を設ける形態である。これ以外は、第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
本実施形態に係る固体撮像素子１０では、光電変換部１４の受光面上にマイクロレンズ４４を設けることで、入射光の集光効率が向上するため、より効果的に感度を向上させ、高度な色分離ができる。
（第４実施形態）
図５は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。図６〜図８は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の製造過程を示す工程図である。
図５は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図である。図６〜図８は、本発明の第４実施形態に係る固体撮像素子の製造過程を示す工程図である。
本実施形態に係る固体撮像素子は、光電変換部１４における第３光電変換層２２として、Ｓｉ単結晶を適用した形態である。第３光電変換層２２は、ｎ−Ｓｉ層４６ａ及びｉ−Ｓｉ層４６ｂで構成され、コンタクト層３０ｒとしてｐ−Ｓｉ層を適用する。また、第２光電変換層２０と第３光電変換層２２との間には、ＧａＰからなるバッファ層４８を介在させている。これ以外の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
以下、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板５０を準備する。このＳＯＩ基板５０は、Ｓｉ基板５２上にＳｉＯ2層５４を介して薄膜のｐ−Ｓｉ層５６が形成されているものであり、このｐ−Ｓｉ層５６を、コンタクト層３０ｒとして利用する。
次に、図６（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板５０上に、ｉ−Ｓｉ層４６ｂ、ｎ−Ｓｉ層４６ａを順次積層する。
次に、図６（ｃ）に示すように、ｎ−Ｓｉ層４６ａ上に格子不整合緩和のためにＧａＰからなるバッファ層４８を積層し、その上にｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂ、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇを積層する。
次に、図６（ｄ）に示すように、最上層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇを通常のリソグラフィーにより一部残し、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂを露出する。その上にｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇを積層する。
次に、図６（ｅ）に示すように、最上層のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇを通常のリソグラフィーにより下層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇと違う位置に一部を残し、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａを露出する。その上にｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂ、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｂを積層する。
次に、図６（ｆ）最上層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｂを通常のリソグラフィーにより、下層のｐ−ＧａＡｓコンタクト層３０ｇ及びｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｇと違う位置に一部残し、ｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂを露出する。その上に、ｎ−ＩｎＡｌＰ層１８ａ、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｂを積層する。
次に、図６（ｇ）に示すように、エピタキシャル成長面を保護するようにＳＯＩ基板５０を、ガラス基板５８に樹脂層６０を介して張り合わせる。
次に、図６（ｈ）に示すように、フッ酸系のエッチング液で、ＳｉＯ2層５４を溶かして、Ｓｉ基板５２を取り除くと共に、ｐ−Ｓｉ層５６（コンタクト層３０ｒ）を露出させる。
次に、図６（ｉ）に示すように、このｐ−Ｓｉ層５６からなるコンタクト層３０ｒ上に、ｐ側電極２６ｒとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成する。
次に、図７（ｊ）に示すように、別工程で作製された信号転送回路基板１２上に、所定のパターニングが施された共通電極３４と最下層のｐ側電極２６ｒとを接合して光電変換部１４が配設される。そして、図７（ｋ）に示すように、ガラス基板５８を樹脂層６０ごと取り除く。
次に、図７（ｌ）に示すように、通常のリソグラフィーとドライエッチング技術により、各ＧａＡｓコンタクト層を露出させ（ｐ−Ｓｉコンタクト層３０ｒは除く．最上層のｎ−ＧａＡｓコンタクト層２８ｂはパターニング）、図８（ｍ）に示すように、各ＧａＡｓコンタクト層（ｐ−Ｓｉコンタクト層３０ｒは除く）上にそれぞれ、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂとしてＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕを、ｐ側電極２６ｇ，２６ｂとしてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成する。
このようにして、受光面側から、ｎ−ＩｎＡｌＰ層１８ａ及びｐ−ＩｎＡｌＰ層１８ｂからなる第１光電変換層、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ａ及びｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層２０ｂからなる第２光電変換層２０、ｎ−Ｓｉ層４６ａ及びｉ−Ｓｉ層４６ｂ及びからなる第３光電変換層２２が積層された光電変換部１４が作製され、信号転送回路基板１２上に設けられる。
そして、図８（ｎ）に示すように、封止材１６としてＳｉＯ2積層、ビアホール形成、ビアプラグ形成などを施し、光電変換部１４における各光電変換層を、ｎ側電極２４ｒ，２４ｇ，２４ｂを介して信号転送回路基板１２に形成された画素電極３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ（Ｒ信号読み出し用電極、Ｇ信号読み出し用電極、Ｂ信号読み出し用電極）にそれぞれ接続し、ｐ側電極２６ｇ，２６ｂを介してアースへとそれぞれ接続する。
このようにして、本実施形態に係る固体撮像素子１０を作製する。
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像素子では、ＳＯＩ基板５０を使用することで、化合物半導体からなる光電変換層（第１及び第２）とＳｉからなる光電変換層（第３）とで構成される光電変換部１４を、容易に且つ低コストで作製可能である。
なお、上記何れの実施形態も組み合わせて実施することができる。また、上記何れの実施の形態においても、限定的に解釈されるものではなく、本発明の要件を満足する範囲内で実現可能であることは、言うまでもない。
１０ 固体撮像素子
１２ 信号転送回路基板
１４ 光電変換部
１６ 封止材
１８ 第１光電変換層（第１化合物半導体層）
２０ 第２光電変換層（第２化合物半導体層）
２２ 第３光電変換層（第３化合物半導体層）
２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ ｎ側電極
２６ｒ，２６ｇ，２６ｂ ｐ側電極
２８ｒ，２８ｇ，２８ｂ コンタクト層
３０ｒ，３０ｇ，３０ｂ コンタクト層
３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ 画素電極
４２ 遮光膜
４４ マイクロレンズ
１２ 信号転送回路基板
１４ 光電変換部
１６ 封止材
１８ 第１光電変換層（第１化合物半導体層）
２０ 第２光電変換層（第２化合物半導体層）
２２ 第３光電変換層（第３化合物半導体層）
２４ｒ，２４ｇ，２４ｂ ｎ側電極
２６ｒ，２６ｇ，２６ｂ ｐ側電極
２８ｒ，２８ｇ，２８ｂ コンタクト層
３０ｒ，３０ｇ，３０ｂ コンタクト層
３２ｒ，３２ｇ，３２ｂ 画素電極
４２ 遮光膜
４４ マイクロレンズ
Claims (6)
- 外部からの入射光により信号を生成する光電変換部と、
表面上に前記変換部が設けられると共に、前記光電変換部から生成した前記信号を読み出す信号転送回路が設けられたシリコン基板と、
を有する固体撮像素子において、
前記光電変換部を構成する光電変換層は、光吸収波長が受光面側から光入射方向に向かって順次長波長となるように前記光吸収波長が互いに異なる複数の化合物半導体層を積層した積層構造を含んで構成され、
前記複数の化合物半導体層は各々前記信号転送回路の画素電極に接続されていることをを特徴とする固体撮像素子。 - 前記光電変換部を構成する光電変換層は、受光面側から光入射方向に向かって、３つの第１〜第３化合物半導体層が順次積層した積層構造で構成され、
前記第１化合物半導体層がＩｎＡｌＰ層で構成され、第２化合物半導体層がＩｎＧａＡｌＰ層で構成され、第３化合物半導体層がＩｎＧａＰ層、ＧａＡｓ層又はＩｎＧａＡｓＰ層で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 前記第１化合物半導体層が４４０から４８０ｎｍにバンドギャップを持ち、前記第２化合物半導体層が５２０から５８０ｎｍにバンドギャップを持ち、前記第３化合物半導体層が６００ｎｍより長波長側にバンドギャップを持つことを特徴とする前記請求項２に記載の固体撮像素子。
- 前記第３化合物半導体層は、ＩｎＧａＰ層で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
- 前記光電変換部上に、受光面を除いて遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
- 前記光電変換部の受光面上に、マイクロレンズが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
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