JP2008258201A - Rear surface irradiation type solid-state imaging element - Google Patents

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文一 今井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a rear surface irradiation type solid-state imaging element having an oxide film in which its film thickness is closely controlled while using an SOI wafer. <P>SOLUTION: This rear surface irradiation type solid-state imaging element 54 is provided with a semiconductor substrate 1 having an oxide film 2 of 1-50 nm in thickness on it rear surface; a light-receiving section 44 and a charge transfer section 46 formed on the front surface of the semiconductor substrate 1; and a color filter 19 and microlenses 22 formed on the oxide film 44. The semiconductor substrate 1 having an oxide film 2 is formed of an SOI wafer having an oxide film and a silicon layer formed on a silicon substrate by removing the silicon substrate with a solution principally containing KOH. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は固体撮像素子にかかり、特に、裏面照射型固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a solid-state image sensor, and particularly relates to a back-illuminated solid-state image sensor.

デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学装置に、固体撮像素子が使用される。一般的に、固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板の表面側に形成された受光部と、半導体基板に形成され受光部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを備えている。さらに、受光部の上方の開口部にはカラーフィルター及びマイクロレンズが形成されている。固体撮像素子への入射光はマクロレンズ及びカラーフィルターを介して受光部に照射され、受光部で光電変換される。光電変換により受光部で発生した電荷が電荷転送部を経由して外部に転送される。   A solid-state imaging device is used in an optical apparatus such as a digital still camera or a video camera. In general, a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate, a light receiving portion formed on the surface side of the semiconductor substrate, and a charge transfer portion that is formed on the semiconductor substrate and transfers charges generated in the light receiving portion. Further, a color filter and a microlens are formed in the opening above the light receiving unit. Incident light to the solid-state imaging device is irradiated to the light receiving unit through the macro lens and the color filter, and is photoelectrically converted by the light receiving unit. Charges generated in the light receiving unit by photoelectric conversion are transferred to the outside via the charge transfer unit.

近年、小型化の要求により開口部の面積が小さくなってきたこと、及びマイクロレンズと受光部の間に複数の絶縁膜が存在することから、固体撮像素子の感度が低下するおそれがある。   In recent years, due to the demand for miniaturization, the area of the opening has been reduced, and the presence of a plurality of insulating films between the microlens and the light receiving portion, there is a concern that the sensitivity of the solid-state imaging device may be reduced.

その問題を解決するため、特許文献1には、SOI(Silicon on Insulator)ウエハを使用して、半導体基板の裏面側から入射する光を光電変換する裏面照射型固体撮像素子が開示されている。
特開2005−268738号公報
In order to solve the problem, Patent Document 1 discloses a back-illuminated solid-state imaging device that uses an SOI (Silicon on Insulator) wafer and photoelectrically converts light incident from the back side of a semiconductor substrate.
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-268738

上述の特許文献1には、SOIウエハのシリコン層に素子を形成した後、シリコン基板と酸化膜を除去して、裏面を露出させ、その露出面に反射防止膜を形成することで裏面照射型固体撮像素子を製造する方法が開示されている。この裏面照射型固体撮像素子では、酸化膜を除去する工程と反射防止膜を形成する工程が必要であった。   In the above-mentioned patent document 1, after forming an element on a silicon layer of an SOI wafer, the silicon substrate and the oxide film are removed, the back surface is exposed, and an antireflection film is formed on the exposed surface, thereby forming a backside irradiation type. A method for manufacturing a solid-state imaging device is disclosed. This back-illuminated solid-state imaging device requires a step of removing an oxide film and a step of forming an antireflection film.

本発明は、上述の問題を解決すべく、SOIウエハを使用しながら、綿密に膜厚が制御された酸化膜を有する裏面照射型固体撮像素子を得ることを目的とする。   In order to solve the above-described problems, an object of the present invention is to obtain a back-illuminated solid-state imaging device having an oxide film whose film thickness is carefully controlled while using an SOI wafer.

本発明は前記目的を達成するために、本発明の裏面照射型固体撮像素子は、裏面に膜厚1〜50nmの酸化膜を備えた半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された受光部と電荷転送部と、前記酸化膜上に形成されたカラーフィルターとマイクロレンズと、を備え、前記酸化膜を備えた半導体基板が、シリコン基板上に酸化膜とシリコン層が形成されたSOIウエハを、KOHを主成分とする溶液で該シリコン基板を除去したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the present invention, a back-illuminated solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate having an oxide film with a film thickness of 1 to 50 nm on the back surface, and light reception formed on the surface side of the semiconductor substrate. SOI wafer in which an oxide film and a silicon layer are formed on a silicon substrate, a semiconductor substrate including the oxide film, a color filter formed on the oxide film, and a microlens. The silicon substrate is removed with a solution containing KOH as a main component.

所定の設計値に合致した膜厚の酸化膜を有するSOIウエハを準備し、濃度及び温度を調整したKOH溶液でシリコン基板を選択的にエッチングし、裏面照射型固体撮像素子用の酸化膜を有する半導体基板とする。KOH溶液でシリコン基板を選択的にエッチングした後、HF溶液等を用いた再エッチングは行われない。SOIウエハで形成された酸化膜は除去されず、裏面照射型固体撮像素子の酸化膜として使用される。その結果、綿密に膜厚が制御された酸化膜を有する裏面照射型固体撮像素子を得ることができる。   An SOI wafer having an oxide film having a thickness that matches a predetermined design value is prepared, and a silicon substrate is selectively etched with a KOH solution whose concentration and temperature are adjusted to have an oxide film for a back-illuminated solid-state imaging device. A semiconductor substrate is used. After the silicon substrate is selectively etched with a KOH solution, re-etching using an HF solution or the like is not performed. The oxide film formed on the SOI wafer is not removed, and is used as the oxide film of the back-illuminated solid-state imaging device. As a result, a back-illuminated solid-state imaging device having an oxide film whose film thickness is carefully controlled can be obtained.

本発明の裏面照射型固体撮像素子においては、酸化膜が反射防止機能を有するよう膜厚が調整されていることが好ましい。酸化膜が反射防止機能を有することで、新たに反射防止膜を形成する必要がないからである。   In the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, it is preferable that the film thickness is adjusted so that the oxide film has an antireflection function. This is because it is not necessary to form a new antireflection film because the oxide film has an antireflection function.

本発明の裏面照射型固体撮像素子においては、酸化膜上に形成され、該酸化膜との組み合わせにより反射防止機能を発揮する被覆膜を備えるものであることが好ましい。酸化膜と被覆膜を組み合わせることで、所望の反射防止効果を得やすくなるからである。   The back-illuminated solid-state imaging device of the present invention preferably includes a coating film that is formed on an oxide film and that exhibits an antireflection function in combination with the oxide film. This is because a desired antireflection effect can be easily obtained by combining the oxide film and the coating film.

本発明の裏面照射型固体撮像素子においては、被覆膜が酸化膜側から順に高屈折率膜及び低屈折率膜で構成されていることが好ましい。酸化膜―高屈折率膜−低屈折率膜の組み合わせが、反射防止機能に優れているからである。   In the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, the coating film is preferably composed of a high refractive index film and a low refractive index film in order from the oxide film side. This is because the combination of an oxide film, a high refractive index film, and a low refractive index film has an excellent antireflection function.

本発明の裏面照射型固体撮像素子においては、高屈折率膜が、窒化シリコン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化チタン、および酸化チタンから成る群から選ばれた一つの材料を含むものであることが好ましい。これらの材料が高屈折率膜として適しているからである。   In the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, the high refractive index film is selected from the group consisting of silicon nitride, cerium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, titanium nitride, and titanium oxide. It is preferable that one material is included. This is because these materials are suitable as a high refractive index film.

本発明の裏面照射型固体撮像素子においては、低屈折率膜が、弗化マグネシウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、および窒化シリコンから成る群から選ばれた一つの材料を含むものであることが好ましい。これらの材料が低屈折率膜として適しているからである。   In the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, the low refractive index film includes one material selected from the group consisting of magnesium fluoride, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride. preferable. This is because these materials are suitable as a low refractive index film.

本発明によれば、SOIウエハを使用しながら、綿密に膜厚が制御された酸化膜を有する裏面照射型固体撮像素子を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a back-illuminated solid-state imaging device having an oxide film whose thickness is carefully controlled while using an SOI wafer.

以下添付図面に従って本発明に係る裏面照射固体撮像素子の好ましい実施の形態を説明する。但し、本発明はこれらの例に限定されるものではない。   A preferred embodiment of a backside illuminated solid-state imaging device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to these examples.

〔固体撮像装置〕
図1は本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の外観形状を示す斜視図である。固体撮像装置50は、裏面照射型固体撮像素子54が形成された固体撮像素子チップ52、固体撮像素子チップ52に設けられた裏面照射型固体撮像素子54を取り囲む枠形状のスペーサ56、及びスペーサに取り付けられ、裏面照射型固体撮像素子54を封止するカバーガラス58から構成される。外部との配線を行うため、固体撮像素子チップ52は複数のパッド60を備えている。
[Solid-state imaging device]
FIG. 1 is a perspective view showing an external shape of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. The solid-state imaging device 50 includes a solid-state imaging element chip 52 on which a back-illuminated solid-state imaging element 54 is formed, a frame-shaped spacer 56 surrounding the back-illuminated solid-state imaging element 54 provided on the solid-state imaging element chip 52, and spacers A cover glass 58 that is attached and seals the back-illuminated solid-state imaging device 54 is configured. In order to perform wiring with the outside, the solid-state imaging device chip 52 includes a plurality of pads 60.

〔固体撮像素子〕
本発明においては、図2に示すように、SOIウエハ30が使用され、裏面照射型固体撮像素子が形成される。SOIウエハ30は、シリコン基板31とシリコン酸化膜32とシリコン層33を備えている。SOIウエハ30を製作する方法にはいくつかの種類がある。SIMOX(Separation by IMplanted OXygen)は、シリコン基板に酸素イオンを注入した後、高温度で熱処理することによりシリコン基板とシリコン層の間に埋め込みシリコン酸化膜を形成する方法である。ELTRAN(Epitaxial Layer TRANsfer)(キャノン株式会社の登録商標)は、種となるシードシリコン基板に多孔質膜を形成し、多孔質膜上にエピタキシャル層及びシリコン酸化膜層を形成し、シリコン酸化膜層を介して支持シリコン基板を貼り付けて、多孔質膜でシードシリコン基板を分離するという方法である。また、Smart−Cut(SOITEC社の登録商標)は、酸化膜を形成したシリコン基板に水素イオン注入した後、他のシリコン基板を貼り合せ、水素イオン注入部分からシリコン基板を剥離してSOIウエハを得る方法である。それ以外の方法で製造されたSOIウエハを本発明に好適に使用することができる。
[Solid-state image sensor]
In the present invention, as shown in FIG. 2, an SOI wafer 30 is used to form a back-illuminated solid-state imaging device. The SOI wafer 30 includes a silicon substrate 31, a silicon oxide film 32, and a silicon layer 33. There are several types of methods for manufacturing the SOI wafer 30. SIMOX (Separation by IM planted Oxygen) is a method of forming a buried silicon oxide film between a silicon substrate and a silicon layer by injecting oxygen ions into the silicon substrate and then performing heat treatment at a high temperature. ELTRAN (Epitaxial Layer TRANsfer) (registered trademark of Canon Inc.) forms a porous film on a seed silicon substrate as a seed, forms an epitaxial layer and a silicon oxide film layer on the porous film, and forms a silicon oxide film layer. In this method, a supporting silicon substrate is pasted through the substrate, and the seed silicon substrate is separated by a porous film. Smart-Cut (registered trademark of SOITEC Co., Ltd.) is a method in which hydrogen ions are implanted into a silicon substrate on which an oxide film is formed, and then another silicon substrate is bonded, and the silicon substrate is peeled off from the hydrogen ion implanted portion to form an SOI wafer. How to get. SOI wafers manufactured by other methods can be suitably used in the present invention.

上述の方法で製作されたSOIウエハ30に電荷転送部及び受光部等を含む機能部34を形成するため、複数の半導体プロセスが実行される、その結果、図2(a)に示すように、シリコン層33の表層部に電荷転送部及び受光部等を含む機能部34が形成される。   In order to form the functional unit 34 including the charge transfer unit and the light receiving unit on the SOI wafer 30 manufactured by the above method, a plurality of semiconductor processes are performed. As a result, as shown in FIG. A functional unit 34 including a charge transfer unit and a light receiving unit is formed on the surface layer of the silicon layer 33.

次いで、SOIウエハ30からシリコン基板31を除去するため、SOIウエハ30がKOH溶液でエッチング処理される。KOH溶液は、KOH(水酸化カリウム)とIPA(イソプロピルアルコール)と水の混合液であり、KOH濃度は10〜50vol%に調整される。また、KOH溶液は40℃〜75℃に温度制御される。   Next, in order to remove the silicon substrate 31 from the SOI wafer 30, the SOI wafer 30 is etched with a KOH solution. The KOH solution is a mixed solution of KOH (potassium hydroxide), IPA (isopropyl alcohol) and water, and the KOH concentration is adjusted to 10 to 50 vol%. Further, the temperature of the KOH solution is controlled at 40 ° C to 75 ° C.

KOH溶液をエッチング液として使用する理由は、シリコン基板31とシリコン酸化膜32の選択比が(Si:SiO2=100:1以上)と大きいので0.2〜10μm/minでエッチングでき、シリコン酸化膜32をエッチングストップ層とすることができるからである。   The reason why the KOH solution is used as the etching solution is that the silicon substrate 31 and the silicon oxide film 32 have a large selection ratio (Si: SiO2 = 100: 1 or more), so that the etching can be performed at 0.2 to 10 μm / min. This is because 32 can be an etching stop layer.

シリコン基板31がSOIウエハ30から除去され、シリコン酸化膜32を備えたシリコン層33が裏面照射型固体撮像素子のシリコン酸化膜2を備えた半導体基板1となる。本発明においては、SOIウエハ30のシリコン酸化膜32が裏面照射型固体撮像素子のシリコン酸化膜2となることを特徴とする。   The silicon substrate 31 is removed from the SOI wafer 30, and the silicon layer 33 including the silicon oxide film 32 becomes the semiconductor substrate 1 including the silicon oxide film 2 of the back-illuminated solid-state imaging device. The present invention is characterized in that the silicon oxide film 32 of the SOI wafer 30 becomes the silicon oxide film 2 of the back-illuminated solid-state imaging device.

但し、SOIウエハ30のシリコン酸化膜32が希望する膜厚と異なるときは、シリコン酸化膜32の膜厚がエッチングにより調整される場合がある。シリコン酸化膜32は所定膜厚を有するよう作製されているので、たとえ膜厚にずれが生じてもその差は小さい。エッチング量が少ないので、SOIウエハ30のシリコン酸化膜32を固体撮像素子のシリコン酸化膜2として要求される膜厚に精度よく調整することは容易に実現される。シリコン酸化膜32の調整は、例えばKOH溶液で行われる。シリコン基板31を除去した後、引き続きKOH溶液を使用することでシリコン酸化膜32をエッチングすることができる。シリコン酸化膜32対するKOH溶液のエッチング速度は遅いので、膜厚の調整に適している。   However, when the silicon oxide film 32 of the SOI wafer 30 is different from the desired film thickness, the film thickness of the silicon oxide film 32 may be adjusted by etching. Since the silicon oxide film 32 is formed to have a predetermined film thickness, even if a deviation occurs in the film thickness, the difference is small. Since the etching amount is small, it is easy to accurately adjust the silicon oxide film 32 of the SOI wafer 30 to the film thickness required as the silicon oxide film 2 of the solid-state imaging device. The silicon oxide film 32 is adjusted with, for example, a KOH solution. After removing the silicon substrate 31, the silicon oxide film 32 can be etched by using a KOH solution. Since the etching rate of the KOH solution with respect to the silicon oxide film 32 is slow, it is suitable for adjusting the film thickness.

図3は、本発明を適用した裏面照射のCCD型の固体撮像素子54の断面構造を示している。固体撮像素子54は、p型シリコン層1aと、p型シリコン層1aよりも不純物の高いp++型シリコン層1bとを有するp型半導体基板1を備える。p型半導体基板1は第1面40と第1面40とは反対側の第2面42とを備えている。本明細書ではp型半導体基板1の第2面42を裏面と称し、第2面42側から光を照射する固体撮像素子を裏面照射の固体撮像素子と称している。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a back-illuminated CCD type solid-state imaging device 54 to which the present invention is applied. The solid-state imaging device 54 includes a p-type semiconductor substrate 1 having a p-type silicon layer 1a and a p ++ type silicon layer 1b having a higher impurity than the p-type silicon layer 1a. The p-type semiconductor substrate 1 includes a first surface 40 and a second surface 42 opposite to the first surface 40. In this specification, the 2nd surface 42 of the p-type semiconductor substrate 1 is called a back surface, and the solid-state image sensor which irradiates light from the 2nd surface 42 side is called the solid-state image sensor of back irradiation.

入射光に応じてp型半導体基板1内で発生した電荷を蓄積するため、n型不純物拡散層4がp型半導体基板1の第1面40側に複数形成されている。n型不純物拡散層4は、第1面40側から順に形成されたn型不純物拡散層4aとn−型不純物拡散層4bを有する2層構造となっている。n型不純物拡散層4で発生した電荷と、第2面42側からの入射光がp型半導体基板1を通過する際に発生した電荷がn型不純物拡散層4に蓄積される。入射光に対応して電荷を生じるn型不純物拡散層4とp型半導体基板1が受光部44を構成する。   A plurality of n-type impurity diffusion layers 4 are formed on the first surface 40 side of the p-type semiconductor substrate 1 in order to accumulate charges generated in the p-type semiconductor substrate 1 in response to incident light. The n-type impurity diffusion layer 4 has a two-layer structure including an n-type impurity diffusion layer 4 a and an n − -type impurity diffusion layer 4 b formed in this order from the first surface 40 side. Charges generated in the n-type impurity diffusion layer 4 and charges generated when incident light from the second surface 42 side passes through the p-type semiconductor substrate 1 are accumulated in the n-type impurity diffusion layer 4. The n-type impurity diffusion layer 4 and the p-type semiconductor substrate 1 that generate an electric charge in response to incident light constitute the light receiving unit 44.

高濃度のp+型不純物拡散層5が各n型不純物拡散層4上に形成されている。p型半導体基板1の第1面40に発生する暗電荷が各n型不純物拡散層4に蓄積されるのを防止するためである。n型不純物拡散層4より高濃度のn+型不純物拡散層6が各p+型不純物拡散層5内において、第1面40側からp型半導体基板1内部に向かうよう形成されている。n+型不純物拡散層6はn型不純物拡散層4に蓄積される不要な電荷を排出するためのオーバーフロードレインとして機能する。p+型不純物拡散層5はオーバーフロードレインのオーバーフローバリアとして機能する。   A high concentration p + -type impurity diffusion layer 5 is formed on each n-type impurity diffusion layer 4. This is to prevent dark charges generated on the first surface 40 of the p-type semiconductor substrate 1 from being accumulated in each n-type impurity diffusion layer 4. An n + -type impurity diffusion layer 6 having a higher concentration than the n-type impurity diffusion layer 4 is formed in each p + -type impurity diffusion layer 5 from the first surface 40 side toward the inside of the p-type semiconductor substrate 1. The n + -type impurity diffusion layer 6 functions as an overflow drain for discharging unnecessary charges accumulated in the n-type impurity diffusion layer 4. The p + type impurity diffusion layer 5 functions as an overflow barrier for the overflow drain.

電荷転送チャネル12がn型不純物拡散層4とp+型不純物拡散層5と離間する位置で、p型半導体基板1の第1面40側に形成されている。また、p+型不純物拡散層5より低濃度のp型不純物拡散層11が電荷転送チャネル12を囲むように形成されている。   The charge transfer channel 12 is formed on the first surface 40 side of the p-type semiconductor substrate 1 at a position away from the n-type impurity diffusion layer 4 and the p + -type impurity diffusion layer 5. A p-type impurity diffusion layer 11 having a lower concentration than the p + -type impurity diffusion layer 5 is formed so as to surround the charge transfer channel 12.

シリコン酸化膜やONO膜等からなるゲート絶縁膜20がp型半導体基板1の第1面40上に形成されており、さらにゲート絶縁膜20上にはポリシリコン等からなる転送電極13が形成されている。電荷転送チャネル12と転送電極13とにより受光部で発生した電荷が転送され、CCD(電荷転送部46)を構成する。転送電極13の表面は酸化膜14で覆われている。   A gate insulating film 20 made of a silicon oxide film, an ONO film or the like is formed on the first surface 40 of the p-type semiconductor substrate 1, and a transfer electrode 13 made of polysilicon or the like is further formed on the gate insulating film 20. ing. Charges generated in the light receiving portion are transferred by the charge transfer channel 12 and the transfer electrode 13 to constitute a CCD (charge transfer portion 46). The surface of the transfer electrode 13 is covered with an oxide film 14.

電荷が隣接するn型不純物拡散層4にリークするのを防止するため、素子分離層15が隣接するn型不純物拡散層4間に形成される。   An element isolation layer 15 is formed between the adjacent n-type impurity diffusion layers 4 in order to prevent charge from leaking to the adjacent n-type impurity diffusion layers 4.

酸化シリコン等の絶縁膜9が転送電極13及び酸化膜14を覆うように第1面40上に形成されている。電極7がn+型不純物拡散層6と電気的に接続するよう絶縁膜9に形成されたコンタクトホールを介して形成されている。電極7と電気的に接続するように電極8が絶縁膜9上に設けられていている。電極8上には保護層10が形成されている。さらに保護層10上にはシリコンやガラス等からなるサポート基板48が表面活性化技術等の貼合法により設けられている。   An insulating film 9 such as silicon oxide is formed on the first surface 40 so as to cover the transfer electrode 13 and the oxide film 14. The electrode 7 is formed through a contact hole formed in the insulating film 9 so as to be electrically connected to the n + -type impurity diffusion layer 6. An electrode 8 is provided on the insulating film 9 so as to be electrically connected to the electrode 7. A protective layer 10 is formed on the electrode 8. Further, a support substrate 48 made of silicon, glass or the like is provided on the protective layer 10 by a bonding method such as a surface activation technique.

p型半導体基板1の裏面側から内側には、p型半導体基板1の裏面で発生する暗電荷がn型不純物拡散層4に移動するのを防ぐため、p++型シリコン層1bが設けられている。p++型シリコン層1bには端子が接続され、この端子に所定の電圧を印加することができる。p++型シリコン層1bの不純物濃度は、例えば1×1017/cm〜1×1020/cmのである。 A p ++ type silicon layer 1b is provided from the back side to the inside of the p type semiconductor substrate 1 in order to prevent dark charges generated on the back side of the p type semiconductor substrate 1 from moving to the n type impurity diffusion layer 4. . A terminal is connected to the p ++ type silicon layer 1b, and a predetermined voltage can be applied to the terminal. The impurity concentration of the p ++ type silicon layer 1b is, for example, 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 20 / cm 3 .

アルミパッド16が第1面40上に形成され、絶縁膜9で覆われている。アルミパッド16を露出するためp型半導体基板1に貫通孔17が形成される。この貫通孔17を介して金属ワイヤ(図示せず)がアルミパッド16の露出面に対しワイヤボンディグされる。なお、貫通孔17内で金属ワイヤがp型半導体基板1に接触するのを防止するため、貫通孔17の側壁には絶縁層18が形成されている。   An aluminum pad 16 is formed on the first surface 40 and covered with an insulating film 9. A through hole 17 is formed in the p-type semiconductor substrate 1 to expose the aluminum pad 16. A metal wire (not shown) is wire bonded to the exposed surface of the aluminum pad 16 through the through hole 17. An insulating layer 18 is formed on the side wall of the through hole 17 in order to prevent the metal wire from contacting the p-type semiconductor substrate 1 in the through hole 17.

p型半導体基板1の第2面42上には、入射光に対し透明なシリコン酸化膜2が形成されている。本発明では、SOIウエハを作製したときに形成されたシリコン酸化膜をシリコン酸化膜2として利用する。   A silicon oxide film 2 that is transparent to incident light is formed on the second surface 42 of the p-type semiconductor substrate 1. In the present invention, the silicon oxide film formed when the SOI wafer is manufactured is used as the silicon oxide film 2.

シリコン酸化膜2上に被覆膜3が形成される。被覆膜3は反射防止膜として機能するよう、シリコン酸化膜2の屈折率及び膜厚を考慮して、屈折率や膜厚が適宜選択された単膜又は複数膜で構成される。シリコン酸化膜2と被覆膜3の組み合わせが、実質的には反射防止膜を構成する。シリコン酸化膜2の膜厚を調整することで、シリコン酸化膜2だけで反射防止膜が構成される場合もある。   A coating film 3 is formed on the silicon oxide film 2. The coating film 3 is composed of a single film or a plurality of films whose refractive index and film thickness are appropriately selected in consideration of the refractive index and film thickness of the silicon oxide film 2 so as to function as an antireflection film. The combination of the silicon oxide film 2 and the coating film 3 substantially constitutes an antireflection film. By adjusting the film thickness of the silicon oxide film 2, an antireflection film may be formed only by the silicon oxide film 2.

被覆膜3は絶縁膜で形成されるので、貫通孔側壁の絶縁層18を被覆膜3と同じ工程で形成することができる。これは工程の省略という効果をもたらす。   Since the coating film 3 is formed of an insulating film, the insulating layer 18 on the side wall of the through hole can be formed in the same process as the coating film 3. This has the effect of omitting the process.

被覆膜3上には複数のカラーフィルター19が形成される。各カラーフィルター19は異なる波長域の光を透過するよう構成される。混色を防止するため、遮光部材21が各カラーフィルター19間に形成されている。遮光部材21として光を透過させない材料、例えばW,Mo,Al(アルミニウム)やブラックフィルタが用いられている。裏面からの入射光を効率よく電荷発生領域であるn型不純物拡散層4に導くため、マイクロレンズ22がカラーフィルター19上に形成される。   A plurality of color filters 19 are formed on the coating film 3. Each color filter 19 is configured to transmit light in different wavelength ranges. In order to prevent color mixing, a light shielding member 21 is formed between the color filters 19. A material that does not transmit light, such as W, Mo, Al (aluminum), or a black filter, is used as the light shielding member 21. A micro lens 22 is formed on the color filter 19 in order to efficiently guide incident light from the back surface to the n-type impurity diffusion layer 4 which is a charge generation region.

固体撮像素子としては、本実施の形態で説明した裏面照射のCCD型固体撮像素子でも、裏面照射のCMOS型固体撮像素子でも良い。   The solid-state image sensor may be the back-illuminated CCD solid-state image sensor described in this embodiment or the back-illuminated CMOS solid-state image sensor.

図4は裏面照射型の固体撮像素子に形成されるシリコン酸化膜2と被覆膜3の構成を示している。図4(a)はマイクロレンズを備えた固体撮像素子を示し、図4(b)はマイクロレンズに換えてリッドガラスを備えた固体撮像素子を示している。   FIG. 4 shows the configuration of the silicon oxide film 2 and the coating film 3 formed in the backside illumination type solid-state imaging device. FIG. 4A shows a solid-state imaging device provided with a microlens, and FIG. 4B shows a solid-state imaging device provided with a lid glass instead of the microlens.

図4(a)に示すように、半導体基板1はシリコン酸化膜2を備えている。シリコン酸化膜2の膜厚は25nmで、屈折率は1.45である。シリコン酸化膜2上に2層の膜からなる被覆膜3が形成されている。この被覆膜3は、半導体基板1から順に高屈折率を持つ酸化チタンからなる第1膜3a及び低屈折率を持つ酸化シリコンからなる第2膜3bで構成される。第1膜3aの膜厚は40nmで、その屈折率は2.0である。また、第2膜3bの膜厚は80nmで、その屈折率は1.46である。第2膜3b上には半導体基板1から順にカラーフィルター19及びマイクロレンズ22が形成される。   As shown in FIG. 4A, the semiconductor substrate 1 includes a silicon oxide film 2. The silicon oxide film 2 has a thickness of 25 nm and a refractive index of 1.45. On the silicon oxide film 2, a coating film 3 composed of two layers is formed. The coating film 3 includes a first film 3 a made of titanium oxide having a high refractive index and a second film 3 b made of silicon oxide having a low refractive index in order from the semiconductor substrate 1. The film thickness of the first film 3a is 40 nm and its refractive index is 2.0. The second film 3b has a thickness of 80 nm and a refractive index of 1.46. On the second film 3b, a color filter 19 and a microlens 22 are formed in order from the semiconductor substrate 1.

次に、図4(b)に示すように、半導体基板1はシリコン酸化膜2を備えている。シリコン酸化膜2の膜厚は25nmで、屈折率は1.45である。シリコン酸化膜2上に2層の膜からなる被覆膜3が形成される。この被覆膜3は、半導体基板1から順に高屈折率を持つ酸化チタンからなる第1膜3a及び低屈折率を持つ酸化シリコンからなる第2膜3bで構成される。第1膜3aの膜厚は40nmで、その屈折率は2.0である。また、第2膜3bの膜厚は130nmで、その屈折率は1.46である。第2膜3b上には半導体基板1から順にカラーフィルター19及び厚さ1mm以上のリッドガラス24が設けられる。   Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor substrate 1 includes a silicon oxide film 2. The silicon oxide film 2 has a thickness of 25 nm and a refractive index of 1.45. A coating film 3 composed of two layers is formed on the silicon oxide film 2. The covering film 3 includes a first film 3 a made of titanium oxide having a high refractive index and a second film 3 b made of silicon oxide having a low refractive index in order from the semiconductor substrate 1. The film thickness of the first film 3a is 40 nm and its refractive index is 2.0. The second film 3b has a thickness of 130 nm and a refractive index of 1.46. On the second film 3b, a color filter 19 and a lid glass 24 having a thickness of 1 mm or more are provided in order from the semiconductor substrate 1.

図4では2層の被覆膜の構成を示したが、所定の反射防止率を得るため、膜の材質、屈折率、膜厚及び膜の数が適宜選択され半導体基板の上に形成される。   In FIG. 4, the structure of the two-layer coating film is shown. However, in order to obtain a predetermined antireflection rate, the film material, refractive index, film thickness, and number of films are appropriately selected and formed on the semiconductor substrate. .

上述のように本発明によれば、SOIウエハを使用しながら、綿密に膜厚が制御された酸化膜を有する固体撮像素子を得ることができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a solid-state imaging device having an oxide film whose thickness is precisely controlled while using an SOI wafer.

本発明に係る固体撮像装置の外観形状を示す斜視図The perspective view which shows the external appearance shape of the solid-state imaging device concerning this invention 本発明の実施形態を説明するための概略断面図Schematic sectional view for explaining an embodiment of the present invention 本発明の固体撮像素子の概略断面図Schematic sectional view of the solid-state imaging device of the present invention 本発明の実施例を説明するための概略断面図Schematic sectional view for explaining an embodiment of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1・・・半導体基板、2・・・シリコン酸化膜、3・・・被覆膜、19・・・カラーフィルター、22・・・マイクロレンズ、44・・・受光部、46・・・電荷転送部、50・・・固体撮像装置、54・・・固体撮像素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 2 ... Silicon oxide film, 3 ... Cover film, 19 ... Color filter, 22 ... Micro lens, 44 ... Light-receiving part, 46 ... Charge transfer 50, solid-state imaging device, 54 ... solid-state imaging device

Claims (6)

裏面照射型固体撮像素子であって、
裏面に膜厚1〜50nmの酸化膜を備えた半導体基板と、前記半導体基板の表面側に形成された受光部と電荷転送部と、前記酸化膜上に形成されたカラーフィルターとマイクロレンズと、を備え、
前記酸化膜を備えた半導体基板が、シリコン基板上に酸化膜とシリコン層が形成されたSOIウエハを、KOHを主成分とする溶液で該シリコン基板を除去したものであることを特徴とする裏面照射型固体撮像素子。
A back-illuminated solid-state imaging device,
A semiconductor substrate having an oxide film with a thickness of 1 to 50 nm on the back surface, a light receiving portion and a charge transfer portion formed on the front surface side of the semiconductor substrate, a color filter and a microlens formed on the oxide film, With
The back surface is characterized in that the semiconductor substrate provided with the oxide film is obtained by removing the silicon substrate from a SOI wafer in which an oxide film and a silicon layer are formed on a silicon substrate with a solution containing KOH as a main component. Irradiation type solid-state image sensor.
前記酸化膜が反射防止機能を有するよう膜厚が調整されている請求項1記載の裏面照射型固体撮像素子。   The backside illumination type solid-state imaging device according to claim 1, wherein the oxide film has a film thickness adjusted so as to have an antireflection function. 前記酸化膜上に形成され、該酸化膜との組み合わせにより反射防止機能を発揮する被覆膜を備える、請求項1記載の裏面照射型固体撮像素子。   The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a coating film formed on the oxide film and exhibiting an antireflection function in combination with the oxide film. 前記被覆膜が前記酸化膜側から順に高屈折率膜及び低屈折率膜で構成されている請求項3記載の裏面照射型固体撮像素子。   The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 3, wherein the coating film includes a high refractive index film and a low refractive index film in order from the oxide film side. 前記高屈折率膜が、窒化シリコン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化チタン、および酸化チタンから成る群から選ばれた一つの材料を含む請求項4記載の裏面照射型固体撮像素子。   5. The backside irradiation according to claim 4, wherein the high refractive index film includes one material selected from the group consisting of silicon nitride, cerium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, titanium nitride, and titanium oxide. Type solid-state imaging device. 前記低屈折率膜が、弗化マグネシウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、および窒化シリコンから成る群から選ばれた一つの材料を含む請求項4又は5記載の裏面照射型固体撮像素子。   6. The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 4, wherein the low refractive index film includes one material selected from the group consisting of magnesium fluoride, silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, and silicon nitride.
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