JP2006128392A - 固体撮像素子とその製造方法、並びに半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基板21に、表面から厚み方向に半導体基板21より硬度が大きい終端検出部22が形成され、半導体基板21が裏面からの化学機械研磨により終端検出部22が露出する位置まで薄膜化され、半導体基板21の表面に、該基板内に形成された光電変換素子PDからの信号を読み出す手段Tr1 が形成され、半導体基板21の裏面から入射光を取り込むようにして成る。
【選択図】 図6
Description
先ず、図17Aに示すように、シリコン基板1上にシリコン酸化膜(SiO2 膜)2を介して薄膜のシリコン層3が形成されたSOI基板4を用意する。このSOI基板4のシリコン層3の所要位置にアライメントマーク5を形成する。
次に、図17Bに示すように、シリコン層3にその表面側よりアライメントマーク5を基準にして、撮像領域の画素分離領域(図示せず)、半導体ウェル領域(図示せず)、光電変換素子となるフォトダイオードPD、HAD(Hole Accumulation Diode)構造のフォトダイオードPDと共に画素を構成する複数のMOSトランジスタTr等を形成する。さらにその上に層間絶縁層7を介して多層配線8を形成した多層配線層6を積層する。
次に、図18Dに示すように、SOI基板4を反転して、シリコン酸化膜2をストッパ膜としてシリコン基板1をバックグラインド(機械的な粗削り)及びウェットエッチングにより研磨除去する。さらにシリコン酸化膜2をウェットエッチングで除去する。
次に、図19Fに示すように、裏面上に各画素のフォトダイオードPDに対応した位置にカラーフィルタ16及びオンチップレンズ17を形成して、裏面照射型のCMOS固体撮像素子18を得る。
終端検出部は、光吸収により光電変換させる光電変換素子の厚みに対応した長さに形成することが望ましい。
複数の前記柱状層による終端検出部は、化学機械研磨工程での厚みむらが発生しない間隔をもって形成することが望ましい。
本製造方法は、CMOS固体撮像素子の製造に適用したときには、汎用CMOSプロセス技術をそのまま活用することができる。
終端検出部を素子分離領域と異なる柱状層で形成することにより、所望のポテンシャル深さが得られる光電変換素子を備えた裏面照射型の固体撮像素子を提供できる。
終端検出部の深さ方向の長さを、光電変換素子の厚みに対応した長さにすることにより、光電変換素子の厚みに対応した半導体薄膜基板の形成を可能にする。
柱状層による終端検出部の間隔を、化学機械研磨において厚みむらを発生させない間隔で形成することにより、全面均一な厚みの薄膜化した半導体基板が得られる。
本製造方法は、CMOS集積回路装置の製造に適用したときには、汎用CMOSプロセス技術をそのまま活用することができる。
終端検出部を素子分離領域と異なる柱状層で形成することにより、所望の厚みに薄膜化した半導体基板に構成要素を備えた半導体装置を提供できる。
柱状層による終端検出部の間隔を、化学機械研磨において厚みむらを発生させない間隔で形成することにより、全面均一な厚みの薄膜化した半導体基板が得られる。
本実施の形態においては、先ず図1に示すように、半導体基板(例えばシリコンウェハ)21を用意し、この半導体基板21に終端検出部を兼ねる素子分離領域22を形成する。素子分離領域22は各画素を分離するための画素分離に供される。終端検出部は半導体基板よりも硬度が大きい材料で形成するもので、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の絶縁体で形成することができる。従って、終端検出部を兼ねる素子分離領域22としては、シリコン酸化膜を埋め込んだトレンチ分離領域あるいはLOCOS(選択酸化)分離領域などにより形成することができる。この場合、最終的に形成する光電変換素子となるフォトダイオードPDの深さ(基板表面からの深さ)と同じレベルの深さd1 の素子分離領域22を形成する。すなわち、素子分離領域22の深さ方向の長さd1 は、フォトダイオードPDの厚みに対応した長さになる。
次に、図4に示すように、多層配線層31上に例えばシリコン基板などによる支持基板33を貼り合わせる。
第1実施の形態の製造方法によれば、SOI基板が必要なく製造プロセスの簡素化が可能になるので、製造コストを大幅に低減することができる。汎用CMOSプロセス技術をそのまま活用することができる。
本実施の形態においては、先ず図10に示すように、半導体基板(例えばシリコンウェハ)21を用意し、この半導体基板21に各画素を分離するための素子分離領域62を形成する。さらに、この半導体基板21に基板表面から所要深さにわたって柱状層からなる終端検出部63を形成する。素子分離領域62は、前述と同様にシリコン酸化膜を埋め込んだトレンチ分離領域あるいはLOCOS(選択酸化)分離領域などにより形成することができる。終端検出部63は、素子分離領域62より深く形成し、前述した同様に半導体基板21よりも硬度が大きい材料で形成する。終端検出部62は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜で形成することができる。終端検出部63は、最終的に形成する光電変換素子となるフォトダイオードPDの深さ(基板表面からの深さ)と同じ深さd1 に形成する。すなわち、終端検出部63の深さ方向の長さd1 は、フォトダイオードPDの厚みに対応した長さになる。
Claims (18)
- 半導体基板に、表面から厚み方向に前記半導体基板より硬度が大きい終端検出部が形成され、
前記半導体基板が、裏面からの化学機械研磨により前記終端検出部が露出する位置まで薄膜化され、
前記半導体基板の表面に、該基板内に形成された光電変換素子からの信号を読み出す手段が形成され、前記半導体基板の裏面から入射光を取り込むようにして成る
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記終端検出部が、素子分離領域と兼用して形成されて成る。
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記終端検出部が、素子分離領域と異なる柱状層で形成されて成る
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記終端検出部の深さ方向の長さが、光吸収により光電変換させる光電変換素子の厚みに対応した長さである
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 - 前記柱状層による終端検出部の間隔が、化学機械研磨において厚みむらを発生させない間隔に設定されて成る
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 半導体基板に、表面から厚み方向に該半導体基板より硬度が大きい終端検出部を形成する工程と、
前記半導体基板の表面側に固体撮像素子の構成要素の一部を形成する工程と、
前記半導体基板の表面側に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記半導体基板の裏面から化学機械研磨を行い、裏面に前記終端検出部の底面が現れた時点で化学機械研磨を自己整合的に止めて、前記半導体基板の薄膜化を行う工程と、
前記半導体基板の裏面側に固体撮像素子の構成要素の他部を形成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記終端検出部を素子分離領域と兼用して形成する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記終端検出部を素子分離領域と異なる柱状層で形成する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記終端検出部を、光吸収により光電変換させる光電変換素子の厚みに対応した長さに形成する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像素子の製造方法。 - 複数の前記柱状層による終端検出部を、化学機械研磨での厚みむらが発生しない間隔をもって形成する
ことを特徴とする請求項8記載の固体撮像素子の製造方法。 - 半導体基板に、表面から厚み方向に該半導体基板より硬度が大きい終端検出部が形成され、
前記半導体基板が、裏面からの化学機械研磨により前記終端検出部が露出する位置まで薄膜化され、
前記半導体基板の表面及び裏面に半導体装置の構成要素が形成されて成る
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記終端検出部が、素子分離領域と兼用して形成されて成る。
ことを特徴とする請求項11記載の半導体装置。 - 前記終端検出部が、素子分離領域と異なる柱状層で形成されて成る
ことを特徴とする請求項11記載の半導体装置。 - 前記柱状層によるエッチングストッパ層の間隔が、化学機械研磨工程時での厚みむらを発生させない間隔に設定されて成る
ことを特徴とする請求項13記載の半導体装置。 - 半導体基板に、表面から厚み方向に該半導体基板より硬度が大きい終端検出部を形成する工程と、
前記半導体基板の表面側に半導体装置の構成要素の一部を形成する工程と、
前記半導体基板の表面側に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記半導体基板の裏面から化学機械研磨を行い、裏面に前記終端検出部の底面が現れた時点で化学機械研磨を自己整合的に止めて、前記半導体基板の薄膜化を行う工程と、
前記半導体基板の裏面側に半導体装置の構成要素の他部を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記終端検出部を素子分離領域と兼用して形成する
ことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。 - 前記終端検出部を素子分離領域と柱状層で形成する
ことを特徴とする請求項15記載の半導体装置の製造方法。 - 複数の前記柱状層による終端検出部を、化学機械研磨での厚みむらが発生しない間隔をもって形成する
ことを特徴とする請求項17記載の半導体装置の製造方法。
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