JP2006134915A - Semiconductor substrate, solid state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor substrate, solid state imaging device and method of manufacturing the same Download PDF

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健太郎 秋山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a desired potential distribution with good precision even if there is unevenness in an active layer in a substrate surface. <P>SOLUTION: The semiconductor substrate 1 includes a first semiconductor layer 121 made of a first conductivity type formed by an epitaxial growth through an SOI-Box layer 11 on an SOI support substrate 10, a second semiconductor layer 122 made of a plurality of layers in which an impurity concentration changes gradually with second conductivity type formed of epitaxial growth on the first semiconductor layer 121, and a third semiconductor layer 123 made of a first conductivity type formed of the epitaxial growth on the second semiconductor layer 122. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長による半導体層が形成された半導体基板およびこの半導体基板を用いた固体撮像装置ならびに固体撮像装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate having a semiconductor layer formed by epitaxial growth via an insulating layer on a support substrate, a solid-state imaging device using the semiconductor substrate, and a method for manufacturing the solid-state imaging device.

半導体基板の一方面に信号回路を設け、他方面から受光を行ういわゆる裏面照射型固体撮像装置は、受光面側にアルミニウム等の信号配線および配線層間膜がないことから、減衰や蹴られ等の影響を受けずに受光量を増加できるメリットや、蹴られた光の一部が隣接画素に入る混色を防止できるメリットがある(例えば、特許文献1参照。)。   A so-called back-illuminated solid-state imaging device that provides a signal circuit on one side of a semiconductor substrate and receives light from the other side has no signal wiring such as aluminum and a wiring interlayer film on the light receiving side, so that attenuation, kicking, etc. There is a merit that the amount of received light can be increased without being affected, and a merit that a part of kicked light can enter a neighboring pixel can be prevented (for example, see Patent Document 1).

ここで、裏面照射型固体撮像装置は一方の面から光を入射し、他方の面に信号回路を形成するため、信号回路を形成する面からイオン注入を行いフォトダイオードを作りこんでいる。   Here, in the back-illuminated solid-state imaging device, light is incident from one surface and a signal circuit is formed on the other surface. Therefore, ion implantation is performed from the surface on which the signal circuit is formed to form a photodiode.

特開2003−273343号公報JP 2003-273343 A

このような裏面照射型固体撮像装置において、可視光領域の波長を持った光を全て光電変換させるためにはシリコン基板の膜厚が5μm程度もあれば十分であるが、片方の面から5μmの深さまでイオン注入を行うためにはMeVのオーダーをもったエネルギーが必要であるため、特に不純物濃度の高いものが必要なときにはシリコン基板1枚にフォトダイオードを作りこむために数時間を要し、作業時間が膨大になるという問題が生じる。   In such a back-illuminated solid-state imaging device, a film thickness of about 5 μm is sufficient to photoelectrically convert all light having a wavelength in the visible light region, but it is 5 μm from one surface. In order to perform ion implantation to the depth, energy in the order of MeV is required, so it takes several hours to build a photodiode on one silicon substrate, especially when a high impurity concentration is required. The problem is that time is enormous.

また、もう一つの問題点としては、裏面照射型固体撮像装置を作るシリコン基板としてSOI(Silicon On Insulator)基板を使用しているが、SOI基板活性層の面内膜厚の製造バラツキが10%程度である。そのため、光入射表面近辺へのイオン注入もシリコン基板面内でバラツキが発生し、所望のポテンシャル分布を作ることが不可能であり、光入射面のそばで光電変換が起こる青色の感度の低下や基板表面近くで発生する暗電流を防ぐことができなくなる。これは裏面照射型以外の固体撮像装置においても同様な問題であり、基板内に精度良く所望のポテンシャル分布を形成するのは非常に困難である。   Another problem is that an SOI (Silicon On Insulator) substrate is used as a silicon substrate for making a back-illuminated solid-state imaging device, but the manufacturing variation in the in-plane film thickness of the SOI substrate active layer is 10%. Degree. For this reason, ion implantation near the light incident surface also varies within the silicon substrate surface, making it impossible to create a desired potential distribution, and a decrease in blue sensitivity where photoelectric conversion occurs near the light incident surface. The dark current generated near the substrate surface cannot be prevented. This is the same problem in solid-state imaging devices other than the back-illuminated type, and it is very difficult to form a desired potential distribution in the substrate with high accuracy.

本発明はこのような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層とを備える半導体基板である。   The present invention has been made to solve such problems. That is, the present invention provides a first semiconductor layer of the first conductivity type formed by epitaxial growth through an insulating layer on a support substrate, and a second semiconductor layer formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of a plurality of layers of a conductivity type, the impurity concentration of which gradually changes, and a third semiconductor layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth on the second semiconductor layer. It is a semiconductor substrate provided.

このような半導体基板では、エピタキシャル成長によって徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層を設けているため、エピタキシャル成長によって所望のポテンシャル分布を精度良く形成できる。   In such a semiconductor substrate, since the second semiconductor layer composed of a plurality of layers whose impurity concentration gradually changes by epitaxial growth is provided, a desired potential distribution can be accurately formed by epitaxial growth.

また、本発明は、支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層とを備える半導体基板と、この半導体基板に形成される画素部と、画素部で得た電気信号を処理する信号回路とを備える固体撮像装置である。   The present invention also provides a first semiconductor layer of the first conductivity type formed by epitaxial growth through an insulating layer on a support substrate, and a second semiconductor layer formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of a plurality of layers of a conductivity type, the impurity concentration of which gradually changes, and a third semiconductor layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth on the second semiconductor layer. A solid-state imaging device including: a semiconductor substrate provided; a pixel portion formed on the semiconductor substrate; and a signal circuit that processes an electrical signal obtained by the pixel portion.

このような本発明では、エピタキシャル成長によって徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層を備えた半導体基板を用いて画素部や信号回路を形成し、固体撮像装置を構成することで、正確なポテンシャル勾配によって画素部で光電変換した電子を効率良く信号回路へ送ることができるようになる。   In the present invention, a solid-state imaging device is formed by forming a pixel portion and a signal circuit using a semiconductor substrate including a second semiconductor layer composed of a plurality of layers whose impurity concentration gradually changes by epitaxial growth. Thus, it becomes possible to efficiently send the electrons photoelectrically converted in the pixel portion to the signal circuit with an accurate potential gradient.

また、本発明は、支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層とを備える半導体基板を用い、素子分離を行った画素部を形成する工程と、画素部で得た電気信号を処理するための信号回路を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法である。   The present invention also provides a first semiconductor layer of the first conductivity type formed by epitaxial growth through an insulating layer on a support substrate, and a second semiconductor layer formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of a plurality of layers of a conductivity type, the impurity concentration of which gradually changes, and a third semiconductor layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth on the second semiconductor layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a step of forming a pixel portion in which element separation is performed using a semiconductor substrate provided; and a step of forming a signal circuit for processing an electrical signal obtained in the pixel portion.

このような本発明では、エピタキシャル成長によって徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層を備えた半導体基板を用いて画素部や信号回路を形成し、固体撮像装置を構成することで、正確なポテンシャル勾配による画素部を形成でき、光電変換した電子を効率良く信号回路へ送ることができる固体撮像装置を提供できるようになる。   In the present invention, a solid-state imaging device is formed by forming a pixel portion and a signal circuit using a semiconductor substrate including a second semiconductor layer composed of a plurality of layers whose impurity concentration gradually changes by epitaxial growth. Thus, a pixel portion having an accurate potential gradient can be formed, and a solid-state imaging device capable of efficiently sending photoelectrically converted electrons to a signal circuit can be provided.

したがって、本発明によれば、SOI基板を用いた固体撮像装置の製造において、エピタキシャル成長によって正確な不純物濃度の変化を設定するため、SOI基板活性層の面内膜厚にバラツキがあっても所望のポテンシャル分布を構成することが可能となる。これにより、光入射面のそばで光電変化が起こる青色の感度の低下や基板表面近くで発生する暗電流の発生を防止することが可能となり、歩留まりの高い固体撮像装置を提供することが可能となる。   Therefore, according to the present invention, in manufacturing a solid-state imaging device using an SOI substrate, an accurate change in impurity concentration is set by epitaxial growth. Therefore, even if there is a variation in the in-plane film thickness of the SOI substrate, a desired change is possible. It becomes possible to construct a potential distribution. As a result, it is possible to prevent a decrease in blue sensitivity where photoelectric change occurs near the light incident surface and a dark current generated near the substrate surface, and to provide a solid-state imaging device with a high yield. Become.

以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図1は、本実施形態に係る半導体基板を説明する模式断面図である。すなわち、この半導体基板1はSOI(Silicon On Insulator)基板から成るもので、SOI支持基板10の上に形成されたSOI・Box層(絶縁層)11を介して第1の導電型(図1ではp型)から成る第1の半導体層121と、第1の半導体層121の上に形成される第2の導電型(図1ではn型)から成る第2の半導体層122と、第2の半導体層122の上に形成される第1の導電型(図1ではp型)から成る第3の半導体層123とを備える構成となっている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor substrate according to this embodiment. That is, the semiconductor substrate 1 is composed of an SOI (Silicon On Insulator) substrate, and has a first conductivity type (in FIG. 1) via an SOI / Box layer (insulating layer) 11 formed on the SOI support substrate 10. a first semiconductor layer 121 made of p-type), a second semiconductor layer 122 made of a second conductivity type (n-type in FIG. 1) formed on the first semiconductor layer 121, and a second The third semiconductor layer 123 is formed on the semiconductor layer 122 and has a first conductivity type (p-type in FIG. 1).

この第1の半導体層121、第2の半導体層122および第3の半導体層123はともにSOI・Box層11上にエピタキシャル成長によって形成されている。また、第2の半導体層122は、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から構成されている。図1に示す例では、第1の半導体層121側から第3の半導体層123にかけて不純物濃度が徐々に濃くなるよう設定されている。これにより、各層の不純物濃度のコントロールや膜厚設定を正確に行うことができ、所望のポテンシャル勾配を得ることが可能となる。   The first semiconductor layer 121, the second semiconductor layer 122, and the third semiconductor layer 123 are all formed on the SOI / Box layer 11 by epitaxial growth. The second semiconductor layer 122 is composed of a plurality of layers whose impurity concentration gradually changes. In the example shown in FIG. 1, the impurity concentration is set to gradually increase from the first semiconductor layer 121 side to the third semiconductor layer 123. Thereby, it is possible to accurately control the impurity concentration of each layer and set the film thickness, and to obtain a desired potential gradient.

図1に示す例では、SOI・Box層11上の第1の半導体層121として、p型不純物を1.0×1018cm-3、200nm厚以内で形成し、第2の半導体層122として、n型不純物を1.0×1016cm-3、5.0×1016cm-3、1.0×1017cm-3、2.0×1017cm-3、2.5×1017cm-3の5層を各1μm厚に分けて形成し、第3の半導体層123として、p型不純物を1.0×1018cm-3、数μm厚で形成している。SOI・Box層11の上に形成される第1の半導体層121、第2の半導体層122および第3の半導体層123によってSOI活性層12が構成される。 In the example shown in FIG. 1, as the first semiconductor layer 121 on the SOI / Box layer 11, p-type impurities are formed within a thickness of 1.0 × 10 18 cm −3 and 200 nm, and the second semiconductor layer 122 is formed. N-type impurities are 1.0 × 10 16 cm −3 , 5.0 × 10 16 cm −3 , 1.0 × 10 17 cm −3 , 2.0 × 10 17 cm −3 , 2.5 × 10 Five layers of 17 cm −3 are formed with a thickness of 1 μm, and a p-type impurity is formed as a third semiconductor layer 123 with a thickness of 1.0 × 10 18 cm −3 and a thickness of several μm. The SOI active layer 12 is configured by the first semiconductor layer 121, the second semiconductor layer 122, and the third semiconductor layer 123 formed on the SOI • Box layer 11.

このような半導体基板1を用いてフォトダイオードを構成すると、第1の半導体層121および第3の半導体層123で表面暗電流の発生を防止し、第2の半導体層122の不純物濃度変化によって光電変換で得た電子を効率良く信号回路へ送ることができる。   When a photodiode is formed using such a semiconductor substrate 1, surface dark current is prevented from being generated in the first semiconductor layer 121 and the third semiconductor layer 123, and photoelectric conversion is performed by changing the impurity concentration in the second semiconductor layer 122. Electrons obtained by the conversion can be efficiently sent to the signal circuit.

なお、本実施形態の半導体基板1では、第1の半導体層121、第2の半導体層122および第3の半導体層123をエピタキシャル成長によって形成するため、エピタキシャル成長のベースとなるSOI・Box層11の表面における格子欠陥を極力無くす必要がある。したがって、SOI・Box層11を形成するには、酸化基板を貼り合わせ、あらかじめ水素イオン高濃度注入した部分の熱処理による剥離を利用して製造する技術(例えば、スマートカット技術)を用い、SOI・Box層11上に第1の半導体層121をエピタキシャル成長させるための下地を形成しておくことが望ましい。   In the semiconductor substrate 1 of this embodiment, since the first semiconductor layer 121, the second semiconductor layer 122, and the third semiconductor layer 123 are formed by epitaxial growth, the surface of the SOI / Box layer 11 serving as a base for epitaxial growth is used. It is necessary to eliminate as many lattice defects as possible. Therefore, in order to form the SOI • Box layer 11, a technology (for example, smart cut technology) that uses an oxide substrate to be bonded and manufactured by exfoliation by heat treatment of a portion previously implanted with a high concentration of hydrogen ions is used. It is desirable to form a base for epitaxial growth of the first semiconductor layer 121 on the Box layer 11.

本実施形態の固体撮像装置は、このような半導体基板を用いて画素部および信号回路を形成している。特に、裏面照射型固体撮像素子では、図1に示す半導体基板の片方の面にフォトダイオードで光電変換された電荷を取り出したり、その信号を処理するための信号回路を形成し、他方の面から光を入射させる。このとき、入射した光を光電変換させたり、光電変換によって生じた電子を信号回路側の半導体基板表面に集めるために光入射面から信号回路面に亘って上記のようなポテンシャル勾配を付ける必要がある。また、半導体基板表面で発生する暗電流の影響を低減するために半導体基板表面付近には高濃度のp型不純物をドーピングする必要がある。   The solid-state imaging device of this embodiment forms a pixel portion and a signal circuit using such a semiconductor substrate. In particular, in the back-illuminated solid-state imaging device, a signal circuit is formed on one side of the semiconductor substrate shown in FIG. Make light incident. At this time, it is necessary to apply the potential gradient as described above from the light incident surface to the signal circuit surface in order to photoelectrically convert the incident light and to collect electrons generated by the photoelectric conversion on the surface of the semiconductor substrate on the signal circuit side. is there. Further, in order to reduce the influence of dark current generated on the surface of the semiconductor substrate, it is necessary to dope a high concentration p-type impurity in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate.

従来の裏面照射型固体撮像素子では、前記半導体基板としてSOI基板を使用しており、SOI基板のシリコン活性層上に前記信号回路を形成している。この際、前記シリコン活性層内に前記ポテンシャル勾配と半導体基板表面の高濃度p型不純物をイオン注入により形成している。このとき、前記シリコン活性層には面内で製造バラツキがあり、その大きさはシリコン活性層の10%程度である。そのため、光入射面側の半導体基板表面の高濃度不純物のイオン注入を半導体基板面内で均一に作りこむことが不可能であり、光入射面付近で光電変換される青色波長領域の光から生じる電子からの信号が低下したり、暗電流の発生につながっている。   In a conventional back-illuminated solid-state imaging device, an SOI substrate is used as the semiconductor substrate, and the signal circuit is formed on a silicon active layer of the SOI substrate. At this time, the potential gradient and the high concentration p-type impurity on the surface of the semiconductor substrate are formed in the silicon active layer by ion implantation. At this time, the silicon active layer has an in-plane manufacturing variation, and its size is about 10% of the silicon active layer. Therefore, it is impossible to uniformly implant high-concentration impurity ions on the surface of the semiconductor substrate on the light incident surface side within the surface of the semiconductor substrate, resulting from light in the blue wavelength region that is photoelectrically converted near the light incident surface. The signal from the electrons is reduced and the dark current is generated.

また、裏面照射型固体撮像素子の中でも撮像波長領域を可視光領域としているため、青色から赤色までの光を光電変換するためには前記半導体基板のシリコン活性層膜厚としては5μm程度あれば十分であるが、5μmの深さにイオン注入を行うためにはMeVオーダーのエネルギーが必要であり膨大な時間を要する。しかも、高濃度不純物のイオン注入の場合はさらに時間を必要とするという問題がある。   In addition, since the imaging wavelength region is the visible light region among the back-illuminated solid-state imaging devices, a film thickness of about 5 μm is sufficient as the silicon active layer thickness of the semiconductor substrate in order to photoelectrically convert light from blue to red. However, in order to perform ion implantation to a depth of 5 μm, energy on the order of MeV is required, and enormous time is required. Moreover, there is a problem that more time is required in the case of ion implantation of high concentration impurities.

そこで、本実施形態では、裏面照射型固体撮像装置を製造するにあたり、図1に示す半導体基板(SOI基板)1を用いる。すなわち、SOI活性層(第1の半導体層121〜第3の半導体層123)12をエピタキシャル成長によって形成し、光入射面の最表面側にp型の高濃度不純物濃度を有する第1の半導体層121を配置し、第2の半導体層122としてエピタキシャル成長を段階的に不純物濃度を変化させた複数層から構成し、信号回路形成面側にp型の高濃度不純物濃度を有する第3の半導体層123を配置する。これにより、SOI活性層12をトータル5μm程度まで成長させる。エピタキシャル成長によってSOI活性層12を形成することで精度良く不純物濃度分布を変化でき、膜厚も正確に設定できる。   Therefore, in the present embodiment, the semiconductor substrate (SOI substrate) 1 shown in FIG. 1 is used in manufacturing the backside illumination type solid-state imaging device. That is, the SOI active layer (first semiconductor layer 121 to third semiconductor layer 123) 12 is formed by epitaxial growth, and the first semiconductor layer 121 having a p-type high concentration impurity concentration on the outermost surface side of the light incident surface. And a third semiconductor layer 123 having a p-type high-concentration impurity concentration on the signal circuit formation surface side. Deploy. Thereby, the SOI active layer 12 is grown to a total of about 5 μm. By forming the SOI active layer 12 by epitaxial growth, the impurity concentration distribution can be accurately changed, and the film thickness can also be set accurately.

可視光領域波長をもった光を撮像するような裏面照射型固体撮像素子においてエピタキシャル成長によって構成したSOI活性層12にフォトダイオードを形成することにより、5μm程度の厚さを備えたSOI活性層12であっても正確なポテンシャル勾配を実現でき、SOI基板のSOI活性層12における製造バラツキの限界とイオン注入装置の高エネルギーでの高濃度のイオン注入の限界とを克服することが可能になる。   In the SOI active layer 12 having a thickness of about 5 μm, a photodiode is formed on the SOI active layer 12 formed by epitaxial growth in a back-illuminated solid-state imaging device that images light having a wavelength in the visible light region. Even if this is the case, an accurate potential gradient can be realized, and it is possible to overcome the limitations of manufacturing variations in the SOI active layer 12 of the SOI substrate and the limitations of high concentration ion implantation at high energy of the ion implantation apparatus.

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。本実施形態の固体撮像装置の製造方法では、上記説明したエピタキシャル成長によるポテンシャル勾配を設けた半導体基板を用いて固体撮像装置を製造するもので、以下の例では裏面照射型固体撮像装置を製造する方法を説明する。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to this embodiment will be described. In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the solid-state imaging device is manufactured using the semiconductor substrate provided with the potential gradient by the epitaxial growth described above. In the following example, the method of manufacturing the back-illuminated solid-state imaging device Will be explained.

図2〜図11は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図である。先ず、図2に示すように、SOI支持基板10とSOI活性層12とが1μm厚程度の熱酸化膜から成るSOI・Box層11を介して貼り合わされたSOI基板を用意し、SOI活性層12に素子分離領域を設けてフォトダイオード20を形成する。   2 to 11 are schematic cross-sectional views for sequentially explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment. First, as shown in FIG. 2, an SOI substrate is prepared in which an SOI support substrate 10 and an SOI active layer 12 are bonded together via an SOI / Box layer 11 made of a thermal oxide film having a thickness of about 1 μm. A photodiode 20 is formed by providing an element isolation region.

このSOI活性層12は、図1に示す第1の半導体層121〜第3の半導体層123の部分に相当し、エピタキシャル成長によって正確なポテンシャル勾配が設けられたものである。したがって、ここに形成されるフォトダイオード20は、光入射面付近で光電変換される青色波長領域の光から生じる電子からの信号低下や、暗電流の発生を十分に抑制できるものとなっている。   The SOI active layer 12 corresponds to the first semiconductor layer 121 to the third semiconductor layer 123 shown in FIG. 1, and is provided with an accurate potential gradient by epitaxial growth. Therefore, the photodiode 20 formed here can sufficiently suppress the signal drop from the electrons generated from the light in the blue wavelength region photoelectrically converted in the vicinity of the light incident surface and the generation of dark current.

また、このフォトダイオード20の上方に層間膜30を介してトランジスタ21を形成するとともに、複数層から成る信号回路22を形成する。これら信号回路22やトランジスタ21を形成した後は、パッシベーション膜31を形成して保護する。   A transistor 21 is formed above the photodiode 20 via an interlayer film 30 and a signal circuit 22 composed of a plurality of layers is formed. After the signal circuit 22 and the transistor 21 are formed, a passivation film 31 is formed and protected.

次に、図3に示すように、フォトダイオード20および信号回路22等を形成したSOI基板のパッシベーション膜31の上に接着層50を形成し、シリコン等から成る支持基板40を貼り合わせる。貼り合わせると図4に示すような状態となる。   Next, as shown in FIG. 3, an adhesive layer 50 is formed on the passivation film 31 of the SOI substrate on which the photodiode 20 and the signal circuit 22 are formed, and a support substrate 40 made of silicon or the like is bonded thereto. When pasted together, a state as shown in FIG. 4 is obtained.

次いで、貼り合わせた基板を反転し、支持基板40を土台としてSOI支持基板10およびSOI・Box層11をエッチングにより除去する。除去すると、図5に示すようにSOI活性層12に形成したフォトダイオード20が表面に露出する状態となる。   Next, the bonded substrates are reversed, and the SOI support substrate 10 and the SOI / Box layer 11 are removed by etching using the support substrate 40 as a base. When removed, the photodiode 20 formed in the SOI active layer 12 is exposed to the surface as shown in FIG.

次に、図6に示すように、フォトダイオード20が露出したSOI活性層12の上に反射防止膜60を形成する。反射防止膜60は数nmの厚さで、必要に応じて複数層形成する。その後、フォトダイオード20が形成されている周辺のSOI活性層12および層間膜30に電極取り出し用の開口23をエッチングによって形成する。開口23は数十μm□の大きさから成り、層間膜30の信号回路22まで達するように形成する。通常、開口23の深さは5μm程度となる。   Next, as shown in FIG. 6, an antireflection film 60 is formed on the SOI active layer 12 where the photodiode 20 is exposed. The antireflection film 60 has a thickness of several nm, and a plurality of layers are formed as necessary. Thereafter, an opening 23 for extracting an electrode is formed by etching in the peripheral SOI active layer 12 and the interlayer film 30 where the photodiode 20 is formed. The opening 23 has a size of several tens of μm □ and is formed to reach the signal circuit 22 of the interlayer film 30. Usually, the depth of the opening 23 is about 5 μm.

次に、図7に示すように、形成した開口23を埋めるように第1のレジストR1を塗布する。この塗布は、必要に応じて複数回に分けて行う。すなわち、開口23の深さが5μm程度あるため、1回の塗布では完全に埋まらない可能性がある。したがって、複数回に分けて、1回ごとにキュアを行うことで開口23に第1のレジストR1を埋め込むことができる。また、開口23以外の部分に塗布されたレジストは露光および現像によって除去しておく。   Next, as shown in FIG. 7, a first resist R <b> 1 is applied so as to fill the formed opening 23. This application is performed in a plurality of times as necessary. That is, since the depth of the opening 23 is about 5 μm, there is a possibility that it is not completely filled by one application. Therefore, the first resist R <b> 1 can be embedded in the opening 23 by performing the cure for each time in a plurality of times. Further, the resist applied to portions other than the opening 23 is removed by exposure and development.

次に、図8に示すように、各フォトダイオード20の上に対応してオンチップ・カラーフィルタCFを形成する。ここでは、R(赤)、G(緑)、B(青)に対応したオンチップ・カラーフィルタCFをフォトダイオード20の位置に合わせて形成する。このオンチップ・カラーフィルタCFは、各色の順にレジストを塗布し、露光、現像を行うことで形成されるが、このレジスト塗布を行う際、先の工程で開口23に第1のレジストR1が埋め込まれ、表面が平坦化されていることから、オンチップ・カラーフィルタCFを形成するためのレジスト塗布を均一に行うことができ、このレジストを露光、現像して形成されるオンチップ・カラーフィルタCFを精度良く製造することが可能となる。   Next, an on-chip color filter CF is formed on each photodiode 20 as shown in FIG. Here, an on-chip color filter CF corresponding to R (red), G (green), and B (blue) is formed in accordance with the position of the photodiode 20. The on-chip color filter CF is formed by applying a resist in the order of each color, exposing and developing, and when applying the resist, the first resist R1 is embedded in the opening 23 in the previous step. Since the surface is flattened, it is possible to uniformly apply a resist for forming the on-chip color filter CF. The on-chip color filter CF formed by exposing and developing the resist. Can be manufactured with high accuracy.

次に、図9に示すように、オンチップ・カラーフィルタCFの上を含む全面に第2のレジストR2を塗布し、第1のレジストR1の上方を露光、現像して除去しておく。この第2のレジストR2は、後の工程でオンチップ・マイクロレンズとなるものである。この第2のレジストR2を塗布する際にも、先と同様に、第1のレジストR1によって開口23が埋め込まれ、表面が平坦化されていることから、オンチップ・マイクロレンズを形成するためのレジスト塗布を均一に行うことができるようになる。したがって、このレジストを用いたオンチップ・マイクロレンズを精度良く製造することが可能となる。なお、第1のレジストR1の上方となる第2のレジストR2を開口しておく際には、第1のレジストR1と同じ大きさではなく、多少小さめの開口にしておく。   Next, as shown in FIG. 9, the second resist R2 is applied to the entire surface including on the on-chip color filter CF, and the upper portion of the first resist R1 is exposed and developed to be removed. This second resist R2 becomes an on-chip microlens in a later step. When the second resist R2 is applied, the opening 23 is filled with the first resist R1 and the surface is flattened in the same manner as described above, so that an on-chip microlens is formed. The resist can be applied uniformly. Therefore, an on-chip microlens using this resist can be manufactured with high accuracy. Note that when opening the second resist R2 above the first resist R1, the opening is not the same size as the first resist R1, but a slightly smaller opening.

第2のレジストR2を塗布した後は、図10に示すように、第2のレジストR2上でオンチップ・カラーフィルタCFと対応する位置に第3のレジストR3を塗布し、この第3のレジストR3を露光、現像、キュアすることでオンチップ・マイクロレンズの形状を構成する。その後、基板全面に対する露光を行う。   After the application of the second resist R2, as shown in FIG. 10, the third resist R3 is applied on the second resist R2 at a position corresponding to the on-chip color filter CF. The shape of the on-chip microlens is formed by exposing, developing and curing R3. Thereafter, the entire surface of the substrate is exposed.

図11は、基板全面に対するエッチングを行った後の状態を示している。第3のレジストR3をオンチップ・マイクロレンズの形状に構成した状態で全面エッチングを行うと、第3のレジストR3で形成したオンチップ・マイクロレンズの形状が第2のレジストR2に転写され、第2のレジストR2によってオンチップ・マイクロレンズMLが形成される。   FIG. 11 shows a state after etching the entire surface of the substrate. When the entire surface is etched with the third resist R3 configured in the shape of an on-chip microlens, the shape of the on-chip microlens formed with the third resist R3 is transferred to the second resist R2, The on-chip microlens ML is formed by the two resists R2.

また、このエッチングによって第2のレジストR2に設けた開口を介して第1のレジストR1が除去され、開口23を介して信号配線22が露出する状態となる。つまり、図9に示す段階で第2のレジストR2における第1のレジストR1の上方を開口していることから、上記の全面エッチングによってオンチップ・マイクロレンズMLの形成とともに、開口23を埋め込んでいた第1のレジストR1を同時に除去できることになる。なお、第2のレジストR2の開口の大きさに合わせて第1のレジストR1が除去されるため、開口23の内壁にはわずかに第1のレジストR1が残る状態となる。   Further, this etching removes the first resist R 1 through the opening provided in the second resist R 2, and the signal wiring 22 is exposed through the opening 23. That is, since the upper portion of the second resist R2 is opened above the first resist R1 at the stage shown in FIG. 9, the opening 23 is embedded together with the formation of the on-chip microlens ML by the above-described entire etching. The first resist R1 can be removed at the same time. Since the first resist R1 is removed in accordance with the size of the opening of the second resist R2, the first resist R1 remains slightly on the inner wall of the opening 23.

第1のレジストR1が除去された開口23は電極取り出し口となり、例えばボンディングワイヤーによって信号配線22との電気的な導通を得ることが可能となる。開口23を介したボンディングワイヤーの接続では、開口23の内壁が第1のレジストR1によって保護されているため、ボンディングワイヤーとSOI活性層との直接の接触を防止することができる。   The opening 23 from which the first resist R1 has been removed becomes an electrode lead-out port, and for example, electrical continuity with the signal wiring 22 can be obtained by a bonding wire. In the bonding wire connection through the opening 23, since the inner wall of the opening 23 is protected by the first resist R1, direct contact between the bonding wire and the SOI active layer can be prevented.

このような製造方法によって完成した固体撮像装置では、裏面照射型でありながら大きな開口23によるレジスト塗布時の影響を抑制し、高精度なオンチップ・カラーフィルタCFやオンチップ・マイクロレンズMLを形成することが可能となる。   In the solid-state imaging device completed by such a manufacturing method, the influence of resist application due to the large opening 23 is suppressed while being a back-illuminated type, and a highly accurate on-chip color filter CF and on-chip microlens ML are formed. It becomes possible to do.

また、図6に示す段階で開口23を設けて信号回路22を露出させた後、この開口23に第1のレジストR1を埋め込んでいるため、その後の構成で信号回路22が薬液等と接触することを防止でき、信号回路22の腐食等の問題を回避することも可能である。   In addition, since the opening 23 is provided at the stage shown in FIG. 6 to expose the signal circuit 22, and the first resist R1 is buried in the opening 23, the signal circuit 22 comes into contact with a chemical solution or the like in the subsequent configuration. This can be prevented, and problems such as corrosion of the signal circuit 22 can be avoided.

本実施形態に係る半導体基板を説明する模式断面図である。It is a schematic cross section explaining the semiconductor substrate which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その1)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 1). 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その2)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 2). 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その3)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 3). 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その4)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 4). 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その5)である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view (No. 5) for sequentially explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment. 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その6)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 6). 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その7)である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view (No. 7) for sequentially describing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment. 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その8)である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view (No. 8) for sequentially explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment. 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その9)である。It is a schematic cross section (the 9) explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order. 本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を順に説明する模式断面図(その10)である。It is a schematic cross section explaining the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment in order (the 10).

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体基板、10…SOI支持基板、11…SOI・Box層、12…SOI活性層、20…フォトダイオード、21…トランジスタ、22…信号回路、30…層間膜、31…パッシベーション膜、121…第1の半導体層、122…第2の半導体層、123…第3の半導体層、CF…オンチップ・カラーフィルタ、ML…オンチップ・マイクロレンズ、R1…第1のレジスト、R2…第2のレジスト、R3…第3のレジスト   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 10 ... SOI support substrate, 11 ... SOI * Box layer, 12 ... SOI active layer, 20 ... Photodiode, 21 ... Transistor, 22 ... Signal circuit, 30 ... Interlayer film, 31 ... Passivation film, 121 ... 1st semiconductor layer, 122 ... 2nd semiconductor layer, 123 ... 3rd semiconductor layer, CF ... On-chip color filter, ML ... On-chip microlens, R1 ... 1st resist, R2 ... 2nd Resist, R3 ... Third resist

Claims (6)

支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層と
を備えることを特徴とする半導体基板。
A first semiconductor layer of a first conductivity type formed by epitaxial growth via an insulating layer on a support substrate;
A second semiconductor layer composed of a plurality of layers of a second conductivity type formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer, the impurity concentration of which gradually changes;
And a third semiconductor layer of the first conductivity type formed by epitaxial growth on the second semiconductor layer.
前記第2の半導体層を構成する複数の層の不純物濃度は、前記第1の半導体層側から前記第3の半導体層側にかけて濃くなっている
ことを特徴とする請求項1記載の半導体基板。
2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the impurity concentration of the plurality of layers constituting the second semiconductor layer increases from the first semiconductor layer side to the third semiconductor layer side.
支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、前記第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層とを備える半導体基板と、
前記半導体基板に形成される画素部と、
前記画素部で得た電気信号を処理する信号回路と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
Gradually, a first semiconductor layer having a first conductivity type formed by epitaxial growth through an insulating layer on a supporting substrate and a second conductivity type formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A semiconductor substrate comprising: a second semiconductor layer composed of a plurality of layers having different impurity concentrations; and a third semiconductor layer composed of a first conductivity type formed on the second semiconductor layer by epitaxial growth; ,
A pixel portion formed on the semiconductor substrate;
A solid-state imaging device comprising: a signal circuit that processes an electrical signal obtained by the pixel portion.
前記第2の半導体層を構成する複数の層の不純物濃度は、前記第1の半導体層側から前記第3の半導体層側にかけて濃くなっている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the impurity concentration of the plurality of layers constituting the second semiconductor layer increases from the first semiconductor layer side to the third semiconductor layer side. .
支持基板上の絶縁層を介してエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第2の導電型で、徐々に不純物濃度が変化する複数の層から成る第2の半導体層と、前記第2の半導体層の上にエピタキシャル成長によって形成される第1の導電型から成る第3の半導体層とを備える半導体基板を用い、素子分離を行った画素部を形成する工程と、
前記画素部で得た電気信号を処理するための信号回路を形成する工程と
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
Gradually, a first semiconductor layer having a first conductivity type formed by epitaxial growth through an insulating layer on a supporting substrate and a second conductivity type formed by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A semiconductor substrate comprising: a second semiconductor layer comprising a plurality of layers having different impurity concentrations; and a third semiconductor layer comprising a first conductivity type formed by epitaxial growth on the second semiconductor layer. And a step of forming a pixel portion subjected to element isolation,
Forming a signal circuit for processing an electrical signal obtained by the pixel portion. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記第2の半導体層を構成する複数の層の不純物濃度は、前記第1の半導体層側から前記第3の半導体層側にかけて濃くなっている
ことを特徴とする請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。
6. The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the impurity concentration of the plurality of layers constituting the second semiconductor layer increases from the first semiconductor layer side to the third semiconductor layer side. Manufacturing method.
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