JP2011228748A

JP2011228748A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2011228748A
Application number: JP2011170761A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Okubo; 宏明大窪; Yasutaka Nakashiba; 康隆中柴
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】従来の固体撮像装置においては、感度の面で向上の余地がある。
【解決手段】固体撮像装置１は、半導体基板１０と受光部２０とを備えている。受光部２０は、半導体基板１０の表面Ｓ１（第１面）側の表層に設けられている。この受光部２０の表面２０ａは、シリサイド化されている。固体撮像装置１は、半導体基板１０の裏面Ｓ２（第２面）に入射した被撮像体からの光を半導体基板１０の内部で光電変換し、その光電変換により発生した電荷を受光部２０で受けて上記被撮像体を撮像するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

特許文献１には、裏面入射型の固体撮像装置が開示されている。この固体撮像装置は、半導体基板と、その表層に形成された受光部とを備えている。当該半導体基板の裏面（受光部が設けられた側と反対側の面）に入射した被撮像体からの光は、半導体基板の内部で光電変換される。そして、それにより発生した電荷を受光部が受けることで、被撮像体の撮像が行われる。

本発明に関連する先行技術文献としては、上記文献の他に、特許文献２〜５が挙げられる。特許文献２，３には、特許文献１とは異なる原理で被撮像体を撮像する裏面入射型の固体撮像装置が開示されている。また、特許文献４，５には、表面入射型の固体撮像装置が開示されている。

特開２００２−３３４６９号公報特開平３−２９６２８０号公報特開平２−２８５６８３号公報特開２０００−７７６４１号公報特開２０００−２５２４５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の固体撮像装置においては、感度の面で向上の余地がある。かかる固体撮像装置の感度が低下する一因としては、半導体基板の内部で発生した信号電荷の一部が、再結合によって消滅してしまうことが挙げられる。

本発明による固体撮像装置は、半導体基板と、上記半導体基板の第１面側の表層に設けられ、表面がシリサイド化された受光部と、を備え、上記半導体基板の第２面に入射した被撮像体からの光を当該半導体基板の内部で光電変換し、当該光電変換により発生した電荷を上記受光部で受けて上記被撮像体を撮像することを特徴とする。ここで、第２面は、第１面（受光部が設けられた側の面）と反対側の面である。

この固体撮像装置においては、受光部の表面がシリサイド化されている。このため、光電変換されることなく、半導体基板中を通って受光部の表面に達した光は、当該表面で反射される。これにより、その反射された光を再利用できるため、入射光に対する光電変換効率が向上する。

本発明によれば、感度の優れた固体撮像装置が実現される。

本発明による固体撮像装置の一実施形態を示す断面図である。実施形態の変形例に係る固体撮像装置を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明による固体撮像装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明による固体撮像装置の一実施形態を示す断面図である。固体撮像装置１は、半導体基板１０と受光部２０とを備えている。本実施形態において、半導体基板１０は、Ｐ型シリコン基板である。この半導体基板１０は、Ｐ型ウエル領域１２を含んでいる。

受光部２０は、半導体基板１０の表面Ｓ１（第１面）側の表層に設けられている。具体的には、半導体基板１０中のＰ型ウエル領域１２に受光部２０が形成されている。この受光部２０の表面２０ａは、シリサイド化されている。本実施形態においては特に、表面２０ａの全体がシリサイド化されている。また、受光部２０は、Ｎ型不純物拡散層（第１の不純物拡散層）であり、隣接するＰ型ウエル領域１２との間でＰＮ接合を形成している。

固体撮像装置１は、半導体基板１０の裏面Ｓ２（第２面）に入射した被撮像体からの光を半導体基板１０の内部で光電変換し、その光電変換により発生した電荷を受光部２０で受けて上記被撮像体を撮像するものである。

半導体基板１０の表面Ｓ１上には、ゲート絶縁膜３２が形成されている。このゲート絶縁膜３２は、上述の受光部２０と隣接して設けられている。また、ゲート絶縁膜３２上には、ゲート電極３４が形成されている。ゲート電極３４の表面３４ａも、シリサイド化されている。ゲート絶縁膜３２およびゲート電極３４は、例えば、それぞれ酸化シリコンおよびポリシリコンによって構成される。

さらに、ゲート絶縁膜３２およびゲート電極３４を挟んで、受光部２０の反対側にはＮ型不純物拡散層３６（第２の不純物拡散層）が形成されている。Ｎ型不純物拡散層３６の表面３６ａも、シリサイド化されている。これらのゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４およびＮ型不純物拡散層３６は、受光部２０と共に、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を構成している。このＦＥＴにおいて、ゲート電極３４およびＮ型不純物拡散層３６は、それぞれリセットゲートおよびリセットドレインとして機能する。また、このＦＥＴは、素子分離領域５２によって、他の素子と隔てられている。素子分離領域５２は、例えば、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）領域またはＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）領域である。

受光部２０には、配線５４を介して、ソースフォロアアンプ４０が接続されている。この配線５４は、半導体基板１０上の配線層（図示せず）中に形成される配線である。ただし、図１においては、この配線５４およびソースフォロアアンプ４０を回路図で表している。

ソースフォロアアンプ４０は、選択スイッチ用ＦＥＴ４２、検出用ＦＥＴ４４、および負荷用ＦＥＴ４６を含んでいる。これらは、高電位側の電源端子（Ｖ_ｄｄ）と低電位側の電源端子（Ｖ_ｓｓ）との間に、設けられている。具体的には、電源端子（Ｖ_ｄｄ）から電源端子（Ｖ_ｓｓ）に向かって、検出用ＦＥＴ４４、選択スイッチ用ＦＥＴ４２および負荷用ＦＥＴ４６の順に、互いに直列に設けられている。また、負荷用ＦＥＴ４６のドレイン端子（選択スイッチ用ＦＥＴ４２側の端子）に、ソースフォロアアンプ４０の出力端子４８が接続されている。

次に、固体撮像装置１の動作を説明する。まず、ゲート電極３４にハイパルスが印加されることにより、受光部２０の電位がリセットされる。次に、ゲート電極３４にローパルスが印加されることにより、光電変換により発生した電荷が受光部２０中に蓄積される。すると、受光部２０の電位は、蓄積された電荷量に依存した値となり、ソースフォロアアンプ４０の出力端子４８から出力される。

続いて、固体撮像装置１の効果を説明する。固体撮像装置１においては、受光部２０の表面２０ａがシリサイド化されている。このため、光電変換されることなく、半導体基板１０中を通って受光部２０の表面２０ａに達した光は、当該表面２０ａで反射される。これにより、その反射された光を再利用できるため、入射光に対する光電変換効率が向上する。よって、感度の優れた固体撮像装置１が実現されている。

このように受光部２０の表面２０ａに形成されるシリサイドを反射板として利用することにより、固体撮像装置１の製造工程の増大を抑えつつ、光電変換効率を向上させることができる。

ところで、特許文献２，３に記載の固体撮像装置においても、かかる反射板として機能し得る金属反射膜が設けられている。しかしながら、この場合、金属反射膜を形成する工程が追加されるため、製造工程が増大してしまう。

そのうえ、この金属反射膜は、半導体基板上に絶縁膜を介して設けられており、それにより光電変換領域から離間している。そのため、光電変換領域と金属反射膜との間の領域（この場合は絶縁膜）における光の吸収や散乱等により、光電変換領域を通過した光の再利用効率が低下してしまう。この点、固体撮像装置１においては、反射板として機能するシリサイドが光電変換領域に隣接して設けられているため、光電変換領域を通過した光を高効率で再利用することができる。これにより、上述のとおり、光電変換効率が向上し、感度に優れた固体撮像装置１が実現されている。

なお、特許文献２，３の固体撮像装置においても、シリサイドが設けられている。ところが、このシリサイドは、光電変換領域そのものとして用いられており、上述の反射板として機能するものではない。すなわち、これらの文献の固体撮像装置は、金属からなる第１光電変換領域と、それにオーミック接触した第２光電変換領域とを撮像のために要する。したがって、シリサイドは、第１光電変換領域として設けられたものである。

これに対して、固体撮像装置１においては、半導体基板１０および受光部２０が光電変換領域として機能するのであって、上記文献の固体撮像装置とは撮像原理が相異している。この撮像原理の相異に関し、固体撮像装置１の撮像原理の方が、使用可能な光の波長範囲が広いという点で優位である。すなわち、上記文献の固体撮像装置においては主に赤外光しか利用できないのに対して、固体撮像装置１においては、可視光から赤外光までの幅広い波長範囲の中から選択された入射光を利用することができる。

また、特許文献４の固体撮像装置においても、受光部の表面にシリサイドが設けられている。ところが、この固体撮像装置は表面入射型であるため、このシリサイドを、半導体基板中の光電変換領域を通過した光を反射させる反射板として利用することができない。むしろ、このシリサイドは、半導体基板に入射しようとする光を反射させてしまうものである。そのため、受光部の表面のうちシリサイドで覆われた部分の面積割合が増えれば増えるほど、光電変換効率が低下してしまう。実際、同文献の固体撮像装置においては、光電変換効率の低下を防ぐべく、受光部表面の周縁部にのみをシリサイド化している。

固体撮像装置１においては、受光部２０の表面２０ａの全体がシリサイド化されている。これにより、表面２０ａの一部のみがシリサイド化されている場合に比して、光電変換効率を一層向上させることができる。裏面入射型の固体撮像装置１においては、受光部２０の表面２０ａのうちシリサイドで覆われた部分の面積割合が増えれば増えるほど、光電変換効率が向上するからである。そのうえ、表面２０ａの全体をシリサイド化する場合の方が、一部のみをシリサイド化する場合よりも、製造工程が簡素である。ただし、表面２０ａの全体をシリサイド化することは必須ではなく、その一部のみがシリサイド化されていてもよい。

受光部２０は、隣接する半導体基板１０（Ｐ型ウエル領域１２）との間でＰＮ接合を形成する不純物拡散層である。これにより、簡素な構成で、固体撮像装置を実現することができる。

受光部２０、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４およびＮ型不純物拡散層３６は、ＦＥＴを構成している。これにより、簡素な構成で、受光部２０の電位をリセットするための構造を実現することができる。

ゲート電極３４の表面３４ａおよびＮ型不純物拡散層３６の表面３６ａがシリサイド化されている。これにより、これらの表面３４ａ，３６ａが低抵抗となるため、高速動作に適したＦＥＴが得られる。なお、固体撮像装置１の製造工程においては、受光部２０の表面２０ａのシリサイド化を、これらの表面３４ａ，３６ａのシリサイド化と同時に実行することが好ましい。

なお、本発明による固体撮像装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。図２は、上記実施形態の変形例に係る固体撮像装置を示す断面図である。固体撮像装置２は、半導体基板１０と受光部２０とを備えている。この固体撮像装置２も、半導体基板１０の裏面Ｓ２に入射した被撮像体からの光を半導体基板１０の内部で光電変換し、その光電変換により発生した電荷を受光部２０で受けて上記被撮像体を撮像するものである。半導体基板１０および受光部２０の構成は、固体撮像装置１について説明したとおりである。

固体撮像装置２においては、半導体基板１０の表面Ｓ１側の表層に、Ｎ型不純物拡散層３８が形成されている。このＮ型不純物拡散層３８は、受光部２０と隣接して設けられている。また、半導体基板１０の表面Ｓ１上に、Ｎ型不純物拡散層３８と隣接してゲート絶縁膜３２が形成されている。ゲート絶縁膜３２上には、ゲート電極３４が形成されている。さらに、ゲート絶縁膜３２およびゲート電極３４を挟んで、Ｎ型不純物拡散層３８の反対側にはＮ型不純物拡散層３６が形成されている。Ｎ型不純物拡散層３８の表面３８ａ、ゲート電極３４の表面３４ａおよびＮ型不純物拡散層３６の表面３６ａは、何れもシリサイド化されている。

これらのＮ型不純物拡散層３８、ゲート絶縁膜３２、ゲート電極３４およびＮ型不純物拡散層３６は、ＦＥＴを構成している。このＦＥＴにおいても、ゲート電極３４およびＮ型不純物拡散層３６は、それぞれリセットゲートおよびリセットドレインとして機能する。なお、固体撮像装置２の動作および効果は、上述の固体撮像装置１と同様である。

１固体撮像装置
２固体撮像装置
１０半導体基板
１２Ｐ型ウエル領域
２０受光部
３２ゲート絶縁膜
３４ゲート電極
３６Ｎ型不純物拡散層
３８Ｎ型不純物拡散層
４０ソースフォロアアンプ
４２選択スイッチ用ＦＥＴ
４４検出用ＦＥＴ
４６負荷用ＦＥＴ
４８出力端子
５２素子分離領域
５４配線

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板の第１面側の表層に設けられ、表面がシリサイド化された受光部と、を備え、
前記半導体基板の第２面に入射した被撮像体からの光を当該半導体基板の内部で光電変換し、当該光電変換により発生した電荷を前記受光部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴とする固体撮像装置。
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記受光部の表面全体がシリサイド化されている固体撮像装置。
請求項１または２に記載の固体撮像装置において、
前記受光部は、隣接する前記半導体基板との間でＰＮ接合を形成する第１の不純物拡散層である固体撮像装置。
請求項１乃至３いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板の前記第１面上に、前記受光部と隣接して設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を挟んで、前記受光部の反対側に設けられた第２の不純物拡散層と、を備え、
前記受光部、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極および前記第２の不純物拡散層は、電界効果トランジスタを構成している固体撮像装置。
請求項４に記載の固体撮像装置において、
前記第２の不純物拡散層の表面がシリサイド化されている固体撮像装置。
請求項１乃至３いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板の前記第１面側の前記表層に、前記受光部と隣接して設けられた第２の不純物拡散層と、
前記半導体基板の前記第１面上に、前記第２の不純物拡散層と隣接して設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極を挟んで、前記第２の不純物拡散層の反対側に設けられた第３の不純物拡散層と、を備え、
前記第２の不純物拡散層、前記ゲート絶縁膜、前記ゲート電極および前記第３の不純物拡散層は、電界効果トランジスタを構成している固体撮像装置。
請求項６に記載の固体撮像装置において、
前記第２および第３の不純物拡散層の表面がシリサイド化されている固体撮像装置。
請求項４乃至７いずれかに記載の固体撮像装置において、
前記ゲート電極の表面がシリサイド化されている固体撮像装置。