JP2007235028A - 光電変換装置およびイメージセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 製造コストを低減させることが可能になるとともに、製造過程において、配線部の上面に導電性の汚れなどが付着しても、フォトダイオードの容量を増加させず、その感度が低下するのを防ぐ。
【解決手段】 画素領域１１内の第１導電型の第１半導体領域１０ａと、この第１半導体領域１０ａ内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の第２半導体領域１２と、この第２半導体領域１２、および画素領域１１の外部に設けられた回路素子を接続する配線部１３、１４と、この配線部１３、１４において画素領域１１内に位置する部分の上に、絶縁保護膜１５を介して設けられ所定の電位に保持される有機膜１６とを有する光電変換装置１０であって、有機膜１６は、導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】 画素領域１１内の第１導電型の第１半導体領域１０ａと、この第１半導体領域１０ａ内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の第２半導体領域１２と、この第２半導体領域１２、および画素領域１１の外部に設けられた回路素子を接続する配線部１３、１４と、この配線部１３、１４において画素領域１１内に位置する部分の上に、絶縁保護膜１５を介して設けられ所定の電位に保持される有機膜１６とを有する光電変換装置１０であって、有機膜１６は、導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されている。
【選択図】 図１
Description
本発明は光電変換装置およびイメージセンサに関するものである。
この種の光電変換装置として、例えば下記特許文献１に示されるような、画素領域内の第１導電型の第１半導体領域と、この第１半導体領域内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の第２半導体領域と、この第２半導体領域、および前記画素領域の外部に設けられた回路素子を接続する配線部と、この配線部において前記画素領域内に位置する部分の上に、絶縁保護膜を介して設けられ所定の電位に保持される導電体とを有する構成が知られている。この構成において、画素領域内における半導体のＰＮ接合によって受光素子となるフォトダイオードが形成されている。
ここで、前記導電体を備えることによって、この光電変換装置の外部からのノイズが前記配線部に対して遮断等され、このノイズが前記配線部に及ぼす電気的な影響を軽減させることができるようになっている。そして、この導電体は、例えばアルミニウム、銅、モリブデン、タングステンまたはチタンなどの金属材料により形成されている。
特開２０００−３１１９９７号公報
ここで、前記導電体を備えることによって、この光電変換装置の外部からのノイズが前記配線部に対して遮断等され、このノイズが前記配線部に及ぼす電気的な影響を軽減させることができるようになっている。そして、この導電体は、例えばアルミニウム、銅、モリブデン、タングステンまたはチタンなどの金属材料により形成されている。
しかしながら、前記従来の光電変換装置によれば、前記導電体が金属材料により形成されているので、この光電変換装置には、前記配線部の配線および導電体の２層の金属材料からなるパターンが設けられていることになり、この製造コストを低減させるのが困難であるという問題がある。
また、光電変換装置の製造過程において、前記配線部の上面に、例えば、フラックスのような導電性の汚れなどが付着することがあり、この場合、前記配線部と導電性の汚れとの間に生じる寄生的な容量がフォトダイオードの容量と並列に存在するため、フォトダイオードのみかけ上の容量が増加させられてその感度が低下するおそれがあった。
また、光電変換装置の製造過程において、前記配線部の上面に、例えば、フラックスのような導電性の汚れなどが付着することがあり、この場合、前記配線部と導電性の汚れとの間に生じる寄生的な容量がフォトダイオードの容量と並列に存在するため、フォトダイオードのみかけ上の容量が増加させられてその感度が低下するおそれがあった。
本発明は、このような背景の下になされたもので、製造コストを低減させることが可能になるとともに、製造過程において、配線部の上面に導電性の汚れなどが付着しても、みかけ上のフォトダイオードの容量を増加させず、その感度が低下するのを防ぐことができる光電変換装置およびイメージセンサを提供することを目的とする。
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の光電変換装置は、画素領域内の第１導電型の第１半導体領域と、この第１半導体領域内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の第２半導体領域と、この第２半導体領域、および前記画素領域の外部に設けられた回路素子を接続する配線部と、この配線部の上に、絶縁保護膜を介して設けられる有機膜とを有する光電変換装置であって、前記有機膜は、導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されていることを特徴とする。
また、本発明のイメージセンサは、原稿に光を照射する光源と、この原稿からの反射光を集光して光電変換装置で結像させるための結像素子とを備えるイメージセンサであって、 前記光電変換装置が請求項１記載の光電変換装置であることを特徴とする。
これらの発明によれば、前記有機膜が導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されているので、この有機膜の厚さを２μｍ〜１０μｍ程度にすることが可能になり、光電変換装置において、有機膜の上面と配線部の配線の上面との距離を大きくすることができる。これにより、画素領域内における半導体のＰＮ接合によって受光素子となるフォトダイオードの、有機膜の上面に導電性の汚れなどが付着したことによる容量の増加分を小さくすることが可能になり、このフォトダイオードの感度が低下するのを防ぐことができる。しかも、この有機膜をポリイミド樹脂により形成すると、金属材料のみからなる導電体と比べて、例えば第2層目の金属膜を形成、エッチング加工に要する時間を短縮することが可能になる等、その製造時間を短縮することができ、製造コストを低減させることもできる。
本発明に係る光電変換装置およびイメージセンサによれば、製造コストを低減させることが可能になるとともに、製造過程において、有機膜の上面に導電性の汚れなどが付着しても、フォトダイオードの容量を増加させず、その感度が低下するのを防ぐことができる。
以下、図１に基づいて本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の光電変換装置１０は、第１導電型の半導体基板（第１半導体領域）１０ａと、この半導体基板１０ａにおける画素領域１１内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の半導体領域（第２半導体領域）１２と、この半導体領域１２、および画素領域１１の外部に設けられた図示されない回路素子を接続する配線部１３、１４と、この配線部１３、１４において画素領域１１内に位置する部分の上に、絶縁保護膜１５を介して設けられる有機膜１６とを有している。
図示の例では、半導体基板１０ａはＰ型領域とされ、半導体領域１２はＮ型領域とされている。また、半導体基板１０ａの表面側に遮光層１７が設けられている。そして、半導体基板１０ａが、その平面視において、遮光層１７に形成された平面視矩形状の開口部１７ａにより区画されることによって画素領域１１が画成されている。さらに、この遮光層１７は、図示されない電源に接続されて所定の電位に保持されている。前記配線部は、半導体領域１２内に設けられたＮ+型領域１３と、このＮ+型領域１３および前記回路素子を接続する金属材料からなる配線１４とを備えている。これにより、半導体領域１２に蓄積された信号電荷が、Ｎ+型領域１３および配線１４を順次通過して前記回路素子に供給可能とされている。
また、遮光層１７の下方には、この光電変換装置１０の平面視において、半導体領域１２およびＮ+型領域１３を囲うようにリング状に形成されたＰ+型の画素分離領域１８が設けられている。そして、この画素分離領域１８とＮ+型領域１３との間には、半導体領域１２の上方にフィールド酸化膜１９が配置されている。
なお、Ｎ+型領域１３、画素分離領域１８およびフィールド酸化膜１９は、半導体基板１０ａの表面に形成され、この半導体基板１０ａの表面と絶縁保護膜１５との間に絶縁膜２０が設けられている。また、配線１４は、Ｎ+型領域１３の表面から絶縁膜２０の表面まで延在して設けられ、遮光層１７は、画素分離領域１８の表面から絶縁膜２０の表面まで延在して設けられている。
なお、Ｎ+型領域１３、画素分離領域１８およびフィールド酸化膜１９は、半導体基板１０ａの表面に形成され、この半導体基板１０ａの表面と絶縁保護膜１５との間に絶縁膜２０が設けられている。また、配線１４は、Ｎ+型領域１３の表面から絶縁膜２０の表面まで延在して設けられ、遮光層１７は、画素分離領域１８の表面から絶縁膜２０の表面まで延在して設けられている。
さらに、このフィールド酸化膜１９と半導体領域１２との間には、これらを電気的に絶縁するためのＰ型領域２１が配置されている。そして、Ｐ型領域２１は、半導体領域１２の上面および画素分離領域１８に電気的に接続されている。なお、このＰ型領域２１は、半導体領域１２の表面においてＮ+型領域１３の配置された部分を除いた部分を、外部に対して電気的にシールドできるようになっている。
以上の構成において、半導体領域１２と、半導体基板１０ａおよびＰ型領域２１とのＰＮ接合によりフォトダイオードが構成されて、このフォトダイオードで光電変換された信号電荷を半導体領域１２で蓄積されるようになっている。
そして、本実施形態では、有機膜１６が、導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されている。この有機膜１６の厚さは２μｍ〜１０μｍ程度とされている。また、絶縁保護膜１５の表面、すなわち有機膜１６の下面と、配線１４の上面との距離は、１μｍ〜１．５μｍ程度とされている。以上より、有機膜１６の上面と配線１４の上面との距離Ａは、３μｍ〜１１．５μｍ程度とされている。
さらに、本実施形態では、遮光層１７の上に、絶縁保護膜１５を介して有機膜１６が配置されており、さらなる遮光性の向上が図られている。
さらに、本実施形態では、遮光層１７の上に、絶縁保護膜１５を介して有機膜１６が配置されており、さらなる遮光性の向上が図られている。
この有機膜１６は、絶縁保護膜１５の表面にその全域にわたって前記ポリイミド樹脂を塗布した後に、これを例えばフォトエッチング法等を適用することにより、不要部分を除去することによって形成することができる。
以上のように構成された光電変換装置１０は、原稿に光を照射する光源と、この原稿からの反射光を集光してこの光電変換装置１０で結像させるための結像素子とを備えるイメージセンサに設けられる。
以上説明したように本実施形態による半導体装置の製造方法および半導体装置によれば、有機膜１６が導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されているので、この有機膜１６の厚さを２μｍ〜１０μｍ程度にすることが可能になり、光電変換装置１０において、有機膜１６の上面と配線１４の上面との距離Ａを大きくすることができる。
これにより、前記フォトダイオードの、有機膜１６の上面に導電性の汚れなどが付着したことに起因する容量の増加分を最小限に抑えることが可能になり、このフォトダイオードの感度が低下するのを防ぐことができる。しかも、この有機膜１６をポリイミド樹脂により形成すると、金属材料のみからなる導電体と比べて、例えばエッチングに要する時間を短縮することが可能になる等、その製造時間を短縮することができ、製造コストを低減させることもできる。
さらに、ポリイミド樹脂は、融点がはんだの融点より高い２００℃以上あるので、有機膜１６をポリイミド樹脂により形成したことによる製造上の不具合が生じることはない。
なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、前記実施形態における導電型を全て逆にして光電変換装置を構成するようにしてもよい。
例えば、前記実施形態における導電型を全て逆にして光電変換装置を構成するようにしてもよい。
また、前記実施形態では、画素領域１１として、平面視矩形状の構成を示したが、この形状は特に限られるものではなく、例えば円形状であってもよい。
さらに、前記実施形態では、遮光層１７の上に、絶縁保護膜１５を介して有機膜１６が配置された構成を示したが、遮光層１７の上には必ずしも有機膜１６を配置しなくてもよい。
さらに、前記実施形態では、遮光層１７の上に、絶縁保護膜１５を介して有機膜１６が配置された構成を示したが、遮光層１７の上には必ずしも有機膜１６を配置しなくてもよい。
また、前記有機膜１６に代えて、例えば絶縁保護層１５の表面にその全域にわたってこの有機膜を配置するようにしてもよい。
さらに、前記実施形態では、第１導電型の半導体基板１０ａにおける画素領域１１内に第２導電型の半導体領域１２を形成したが、これに代えて、例えばこの半導体基板１０ａにおける画素領域１１内に第１導電型の第１半導体領域を形成し、この第１半導体領域内に第２導電型の第２半導体領域を形成するようにしてもよい。
さらに、前記実施形態では、第１導電型の半導体基板１０ａにおける画素領域１１内に第２導電型の半導体領域１２を形成したが、これに代えて、例えばこの半導体基板１０ａにおける画素領域１１内に第１導電型の第１半導体領域を形成し、この第１半導体領域内に第２導電型の第２半導体領域を形成するようにしてもよい。
製造コストを低減させることが可能になるとともに、製造過程において、配線部の上面に導電性の汚れなどが付着しても、フォトダイオードの容量を増加させず、その感度が低下するのを防ぐことができる。
１０ 光電変換装置
１０ａ 半導体基板（第１半導体領域）
１１ 画素領域
１２ 半導体領域（第２半導体領域）
１３ Ｎ+型領域（配線部）
１４ 配線（配線部）
１５ 絶縁保護膜
１６ 有機膜
１０ａ 半導体基板（第１半導体領域）
１１ 画素領域
１２ 半導体領域（第２半導体領域）
１３ Ｎ+型領域（配線部）
１４ 配線（配線部）
１５ 絶縁保護膜
１６ 有機膜
Claims (2)
- 画素領域内の第１導電型の第１半導体領域と、この第１半導体領域内に設けられ、信号電荷を蓄積する第２導電型の第２半導体領域と、この第２半導体領域、および前記画素領域の外部に設けられた回路素子を接続する配線部と、この配線部の上に、絶縁保護膜を介して設けられる有機膜とを有する光電変換装置であって、
前記有機膜は、導電性の粒子若しくは繊維を含む熱可塑性のポリイミド樹脂により形成されていることを特徴とする光電変換装置。 - 原稿に光を照射する光源と、この原稿からの反射光を集光して光電変換装置で結像させるための結像素子とを備えるイメージセンサであって、
前記光電変換装置が請求項１記載の光電変換装置であることを特徴とするイメージセンサ。
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