JP2008109130A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】
リーク電流が生じない固体撮像素子を提供すること。
【解決手段】
ＥＳＤ保護回路１０Ａの拡散層１２と拡散層１３との間にチャンネルストッパー２０を形成することにより、ｐウェル層１１の反転を防ぎ、リーク電流の発生を防止する。
【選択図】図１
リーク電流が生じない固体撮像素子を提供すること。
【解決手段】
ＥＳＤ保護回路１０Ａの拡散層１２と拡散層１３との間にチャンネルストッパー２０を形成することにより、ｐウェル層１１の反転を防ぎ、リーク電流の発生を防止する。
【選択図】図１
Description
固体撮像素子が形成されたウェーハと、光透過性保護部材とが、前記固体撮像素子を取り囲むように配置されるスペーサを介して接合された固体撮像装置に関するものである。
デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる固体撮像装置は、近年益々の小型化が要求されている。
そのような要求から、固体撮像装置の小型化を図るため、多数の固体撮像素子の受光部が形成された固体撮像素子ウェーハと光透過性保護部材とを、各受光部を包囲する位置に対応させて形成されたスペーサを介して接合した後、接合基板を個々の固体撮像装置に分離することにより製造される固体撮像装置、及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
上記のような固体撮像装置の例を記載する。図１及び図２は、固体撮像装置の外観形状を示す斜視図、及び断面図である。固体撮像装置１は、固体撮像素子３が設けられた固体撮像素子ウェーハを切断することにより製造される固体撮像素子チップ２、固体撮像素子チップ２に取り付けられ固体撮像素子３を取り囲む枠形状のスペーサ５、及びスペーサ５の上に取り付けられて固体撮像素子３を封止する光透過性部材４から構成されている。
固体撮像素子チップ２は、図２に示すように、矩形のチップ基板２Ａと、このチップ基板２Ａ上に形成された固体撮像素子３と、固体撮像素子３の外側に複数個配列され外部との配線を行うためのパッド（電極）６とからなっている。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶で、その厚さは例えば３００μｍ程度である。
光透過性部材４は、透明のガラス、または樹脂等の光透過性素材、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられ、その厚さは、例えば５００μｍ程度である。
スペーサ５は、チップ基板２Ａ及び透明板４と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、例えば多結晶シリコン等が用いられる。また、枠形状のスペーサ５の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば２００μｍ程度、厚さは例えば１００μｍ程度である。このスペーサ５は、一方の端面５Ａでチップ基板２Ａに接着剤７を用いて接合され、他方の端面で透明板４に接着剤８を用いて接合されている。
特開２００１−３５１９９７号公報
上に説明されるような固体撮像装置１では、パッド６と固体撮像素子３等の内部回路との中間には、図７に示される、パッド６に発生した静電気放電から固体撮像素子３等の内部回路を保護する静電気放電保護回路（以下、ＥＳＤ保護回路と称する。）が設けられている。
図３は、固体撮像装置のＥＳＤ保護回路部を示した断面図である。ＥＳＤ保護回路部１０ではｎ型の基板上にｐ型のウェル層１１が形成された半導体基板の表面に拡散層部としてのｎ型半導体が離れて形成され、一方の拡散層１３は内部回路とパッド６とが接続される配線１５に接続され、もう一方の拡散層１２は内部回路に印加される電圧よりも低電圧なグランド配線１６に接続される。
拡散層１３と拡散層１２との間のｐウェル層１１表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１４が形成され、さらにその上に層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１９、層内レンズ等を形成するＳｉＮ膜１７、ＣＣＤ表層樹脂１８が形成されている。そして、ＥＳＤ保護回路部１０は、スペーサ５の下部に位置するため、ＥＳＤ保護回路１０上部にスペーサ５とチップ基板２Ａとを接合する接着剤７が存在する。
ところで、固体撮像装置１では、使用が長時間の及ぶ場合、固体撮像装置１全体が発熱し、接着剤７等の樹脂素材が高温になることがある。高温になった接着剤７は、分子の架橋が緩くなり、接着剤７中の可動イオンの移動や高分子中の分子や電子の配向により分極が発生しやすくなる。
接着剤７に分極が発生した場合、図４のように、接着剤７と素子界面の電荷２２によって電界２３が生じ、ＥＳＤ保護回路１の拡散層１３と拡散層１２の間のｐウェル層１１は不純物濃度が低いので、ｐウェル層１１が反転して寄生ＭＯＳトランジスタがオン状態となり、グランド配線１６へリーク電流２４が流れることとなる。
ＥＳＤ保護回路１０に生じたリーク電流２４は、固体撮像装置１にノイズや動作不良を発生させる問題となる。
本発明はこのような問題に対してなされたものであって、寄生ＭＯＳトランジスタの発生を防ぎ、固体撮像素子のＥＳＤ保護回路部にリーク電流が生じない固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、固体撮像素子が形成された固体撮像素子ウェーハと光透過性保護部材とが、前記固体撮像素子を取り囲むように配置されるスペーサを介して接着剤により接合された固体撮像装置において、前記固体撮像素子ウェーハに形成され前記スペーサの下部に位置する静電気保護回路の拡散層部間のウェル層へチャンネルストッパーを設けたことを特徴としている。
請求項１の発明によれば、ＥＳＤ保護回路の拡散層間のｐウェル層部分に不純物濃度の高いチャンネルストッパーを形成する。これにより、ｐウェル層の反転が起きにくく、寄生ＭＯＳトランジスタがオン状態となりにくく、リーク電流を制御できる。
請求項２に記載の発明は、固体撮像素子が形成された固体撮像素子ウェーハと、光透過性保護部材とが、前記固体撮像素子を取り囲むように配置されるスペーサを介して接着剤により接合された固体撮像装置において、前記固体撮像素子ウェーハに形成され前記スペーサの下部に位置する静電気保護回路の拡散層部間のウェル層と、前記スペーサとの間に位置する窒化シリコンからなる膜の厚みが４０００オングストロームから１５０００オングストロームであることを特徴としている。
請求項２の発明によれば、窒化シリコンからなる膜（ＳｉＮ膜）の厚みが通常形成される２０００オングストロームに対して、４０００から１５０００オングストロームの厚みまで厚くされることにより、接着剤の界面から拡散層間のｐウェル層までの層の厚みが厚くなり、反転の原因となる電界を弱める。これによりｐウェル層に反転が起こらず、寄生ＭＯＳトランジスタがオン状態とならないため、リーク電流が発生しない。
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、寄生ＭＯＳトランジスタの発生を防ぎ、固体撮像素子のＥＳＤ保護回路部にリーク電流を生じないことが可能となる。
以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
まず、本発明に係わる、固体撮像装置、及び静電気保護回路（ＥＳＤ保護回路）の構成を説明する。
図１に示される固体撮像装置１は、固体撮像素子３が設けられた固体撮像素子チップ２、固体撮像素子チップ２に取り付けられ固体撮像素子３を取り囲む枠形状のスペーサ５、及びスペーサ５の上に取り付けられて固体撮像素子３を封止する光透過性部材４から構成されている。
固体撮像素子チップ２は、図２に示すように、矩形のチップ基板２Ａと、このチップ基板２Ａ上に形成された固体撮像素子３と、外部との配線を行うためのパッド６とからなっている。チップ基板２Ａの材質は、例えばシリコン単結晶で、その厚さは例えば３００μｍ程度である。
光透過性部材４は、透明のガラス、または樹脂等の光透過性素材、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられ、その厚さは、例えば５００μｍ程度である。
スペーサ５は、チップ基板２Ａ及び透明板４と熱膨張係数等の物性が類似した材質が望ましいため、例えば多結晶シリコン等が用いられる。また、枠形状のスペーサ５の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば２００μｍ程度、厚さは例えば１００μｍ程度である。このスペーサ５は、一方の端面５Ａでチップ基板２Ａに接着剤７を用いて接合され、他方の端面で透明板４に接着剤８を用いて接合されている。
パッド６と固体撮像素子３等の内部回路との中間には、図３に示される、ＥＳＤ保護回路１０が設けられている。
ＥＳＤ保護回路部１０は、ｐ型のウェル層１１の表面に拡散層部としてのｎ型半導体が離れて形成され、一方の拡散層１３は内部回路とパッド６とが接続される配線１５に接続され、もう一方の拡散層１２は内部回路に印加される電圧よりも低電圧なグランド配線１６に接続される。
拡散層１３と拡散層１２との間のｐウェル層１１表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１４が形成され、さらにその上に層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１９、層内レンズ等を形成するＳｉＮ膜１７、ＣＣＤ表層樹脂１８が形成されている。そして、ＥＳＤ保護回路部１０は、スペーサ５の下部に位置するため、ＥＳＤ保護回路１０上部にスペーサ５とチップ基板２Ａとを接合する接着剤７が存在する。
次に本発明にかかわる固体撮像装置の第１の実施の形態について説明する。図５は第１の実施の形態におけるＥＳＤ保護回路の構成を示した断面図である。
ＥＳＤ保護回路１０Ａは、ＥＳＤ保護回路部１０と同様に、ｐ型のウェル層１１の表面に拡散層部としてのｎ型半導体が離れて形成され、一方の拡散層１３は内部回路とパッド６とが接続される配線１５に接続され、もう一方の拡散層１２は内部回路に印加される電圧よりも低電圧なグランド配線１６に接続される。
拡散層１３と拡散層１２との間のｐウェル層１１表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１４が形成され、その上に層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１９、層内レンズ等を形成するＳｉＮ膜１７、ＣＣＤ表層樹脂１８が形成され、さらにその上に接着剤７が存在する。
拡散層１３と拡散層１２との間のｐウェル層１１には、ｐウェル層１１よりも不純物濃度の高いチャンネルストッパー２０が形成されている。
チャンネルストッパー２０は、ｐウェル層１１の表層（ＢＰＳＧ膜１９等との界面）より０から１．５μｍの深さにホウ素（ボロン：Ｂ）等のイオンを注入することにより形成される。
注入されるイオン濃度は、例えばｐウェル層１１が２．３Ｅ１１（１／ｃｍ２）であるのに対し、７．０Ｅ１２（１／ｃｍ２）程度であって、ｐウェル層１１のイオン濃度に対して３０倍程度であることが望ましい。
これにより、ｐウェル層１１には反転が起こらず、寄生ＭＯＳトランジスタがオン状態とならないため、ＥＳＤ保護回路１０Ａにはリーク電流が発生しない。
次に本発明にかかわる固体撮像装置の第２の実施の形態について説明する。図６は第２の実施の形態におけるＥＳＤ保護回路の構成を示した断面図である。
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一、または類似の部材には同一の番号を付してその説明を省略する。
ＥＳＤ保護回路１０Ｂは、ＥＳＤ保護回路部１０と同様に、ｐ型のウェル層１１の表面に拡散層部としてのｎ型半導体が離れて形成され、一方の拡散層１３は内部回路とパッド６とが接続される配線１５に接続され、もう一方の拡散層１２は内部回路に印加される電圧よりも低電圧なグランド配線１６に接続される。
拡散層１３と拡散層１２との間のｐウェル層１１表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜１４が形成され、その上に層間絶縁膜であるＢＰＳＧ膜１９、ＳｉＮ膜１７Ａ、ＣＣＤ表層樹脂１８が形成され、さらにその上に接着剤７が存在する。
このとき、ＳｉＮ膜１７Ａの厚みｋは、図３に示されるＳｉＮ膜１７の厚みが２０００オングストロームであるのに対し、４０００から１５０００オングストロームで形成されている。
これにより、反転の原因となる電界がＳｉＮ膜１７Ａにより弱められ、ｐウェル層１１の反転が起きにくく、寄生ＭＯＳトランジスタがオン状態となりにくく、リーク電流を制御できる。
次に本発明に係わる固体撮像装置の具体的な実施例を説明する。
まず、第１の実施の形態により製造された固体撮像装置のリーク電流の発生状況を、本発明によらない固体撮像装置の場合と比較する。
チャンネルストッパー２０はホウ素イオンを７．０Ｅ１２（１／ｃｍ２）で注入し、ｐウェル層１１は２．３Ｅ１１（１／ｃｍ２）となっている。
これにより、本発明によらず、チャンネルストッパーが形成されない固体撮像装置は１０から６０μＡ程度のリーク電流が発生したのに対し、本発明による固体撮像装置はリーク電流がまったく発生せず、本発明の効果が確認された。
つづいて、第２の実施の形態により製造された固体撮像装置のリーク電流の発生状況を、本発明によらない固体撮像装置の場合と比較する。
本発明による固体撮像装置のＳｉＮ膜は４４００オングストロームとし、本発明によらない固体撮像装置のＳｉＮ膜は２２００オングストロームとした。
この結果、本発明によらない固体撮像装置では、１０から６０μＡ程度のリーク電流が発生したのに対し、本発明による固体撮像装置では０から５μＡ程度のリーク電流しか発生せず、本発明の効果が確認された。
以上説明したように、本発明の固体撮像装置によれば、ｐウェル層の反転を防止することにより、寄生ＭＯＳトランジスタの発生を防ぎ、固体撮像素子のＥＳＤ保護回路部にリーク電流を生じないことが可能となる。
１…固体撮像装置、２…固体撮像素子チップ、２Ａ…チップ基板、３…固体撮像素子 、
４…透明板、５…スペーサ、５Ａ…端面、６…パッド、７…接着剤、１０，１０Ａ，１０Ｂ…ＥＳＤ保護回路、１１…ｐウェル層、１２，１３…拡散層、１４…絶縁膜、１５…配線、１６…グランド配線、１７，１７Ａ…ＳｉＮ膜、１８…ＣＣＤ表層樹脂、１９…ＢＰＳＧ膜、２０…チャンネルストッパー
４…透明板、５…スペーサ、５Ａ…端面、６…パッド、７…接着剤、１０，１０Ａ，１０Ｂ…ＥＳＤ保護回路、１１…ｐウェル層、１２，１３…拡散層、１４…絶縁膜、１５…配線、１６…グランド配線、１７，１７Ａ…ＳｉＮ膜、１８…ＣＣＤ表層樹脂、１９…ＢＰＳＧ膜、２０…チャンネルストッパー
Claims (2)
- 固体撮像素子が形成された固体撮像素子ウェーハと光透過性保護部材とが、前記固体撮像素子を取り囲むように配置されるスペーサを介して接着剤により接合された固体撮像装置において、
前記固体撮像素子ウェーハに形成され前記スペーサの下部に位置する静電気保護回路の拡散層部間のウェル層へチャンネルストッパーを設けたことを特徴とする固体撮像装置。 - 固体撮像素子が形成された固体撮像素子ウェーハと、光透過性保護部材とが、前記固体撮像素子を取り囲むように配置されるスペーサを介して接着剤により接合された固体撮像装置において、
前記固体撮像素子ウェーハに形成され前記スペーサの下部に位置する静電気保護回路の拡散層部間のウェル層と、前記スペーサとの間に位置する窒化シリコンからなる膜の厚みが４０００オングストロームから１５０００オングストロームであることを特徴とする固体撮像装置。
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- 2007-09-28 JP JP2007256633A patent/JP5090120B2/ja active Active
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