JP2012094714A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素サイズの微細化を実現するとともに、高感度、低混色及び高画質を実現することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】光が入射する第１面、及び、第１面と反対側の第２面を有する層であって、第１面から入射した光を光電変換する複数のフォトダイオード２０３、複数のフォトダイオード２０３を分離する分離部２０４、及び、フォトダイオード２０３で生成された信号電荷を検出するトランジスタ２００を含む半導体層２０２と、第２面側に形成され、多層配線２０１を含む配線層２０１０と、第１面上に形成された層であって、分離部２０４に向けて入射してくる光を吸収する吸収部２０８を含む吸収層２０８０と、吸収層２０８０上に複数のフォトダイオード２０３のそれぞれに対応して形成され、隙間２０９によって隔てられたカラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換部を含む画素部がアレイ状に配列されたＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置及びその製造方法に関する。

近年、固体撮像装置は高画質化や小型化が要望されているが、画素サイズの微細化には、物理的な限界があり、微細化に伴う感度低下が大きな課題となっている。

従来、この課題を対策するため、特許文献１、特許文献２に記載されているような技術が提案されている。以下、従来技術について図面を用いて説明する。

図６は、特許文献１に記載の従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図６に示す固体撮像装置は、シリコン基板内にフォトダイオード６００が形成されて、シリコン基板の表面側に層間絶縁膜６０１を介して多層の配線６０２が形成されている。そして、多層の配線６０２の最上層表面（図６では最下層）には、接着材層６０３を介して、支持基板６０４が接着されている。そして、シリコン基板内のフォトダイオード６００は、分離領域６０５で分離されている、シリコン基板の裏面側は、カラーフィルタ６０６がフォトダイオード６００上方に形成され、カラーフィルタ６０６間には、中空部６０７が形成されている。

このような構造を備える特許文献１の固体撮像装置は、配線層が形成されている面とは反対側の面より光を入射させる裏面照射型の構造のため、感度特性が改善され、さらに、カラーフィルタ間に空洞または低屈折率材料を形成し、層内に入射した光を屈折率差により全反射させる導波路構造を有するため、感度特性と混色特性が改善される。

特開２００９−８８４１５号公報 特開２００９−１１１２２５号公報

しかしながら、上記従来技術では、カラーフィルタ６０６間の空洞部（中空部６０７）を透過する入射光は、シリコン基板表面または遮光配線へ到達する。入射光がシリコン基板表面に到達する場合、隣接画素への入射光のクロストークによって混色が生じるという課題がある。また、入射光が遮光配線へ到達する場合、遮光表面で光が反射して、高光強度で特に顕著となるフレアが発生し、画質が低下するという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、画素サイズの微細化を実現するとともに、高感度、低混色及び高画質を実現することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置の一形態は、光が入射する第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する層であって、前記第１面から入射した光を光電変換する複数の受光部、前記複数の受光部を分離する分離部、及び、前記受光部で生成された信号電荷を検出するトランジスタを含む半導体層と、前記半導体層の第２面側に形成され、前記トランジスタと接続された配線を含む配線層と、前記半導体層の第１面上に形成された層であって、前記分離部に向けて入射してくる光を吸収する吸収部を含む吸収層と、前記吸収層上に前記複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、隙間によって隔てられたカラーフィルタとを備える。

この構成であれば、従来の固体撮像装置が備える裏面照射型構造及び導波路構造による効果に加えて、以下の効果が奏される。つまり、カラーフィルタ間の空洞部を透過する入射光は吸収層により吸収されるため、隣接画素への入射光のクロストークによる混色が抑えられる。また、遮光表面で光が反射して、高光強度で特に顕著となるフレアが発生し、画質が低下するという不具合も抑えられる。また、吸収層が受光面上に接触しているため、カラーフィルタと受光部間の距離が短くなり、感度特性及び混色特性が向上する。さらに、このような効果により、画素サイズの微細化に伴う各種課題が解決され、結果として、更なる画素サイズの微細化が実現される。

また、前記吸収部がＳｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、カルコパイライト系材料及び有機材料のいずれかからなってもよい。この構成であれば、吸収層の吸収係数が高いため、カラーフィルタ間の空洞部を透過する入射光が十分に吸収される。

また、前記吸収層の厚みが１００ｎｍ以上で、かつ、３００ｎｍ以下であるのが好ましい。この構成であれば、カラーフィルタと受光部間の距離を短くすることができるため、感度特性及び混色特性が向上する。

また、（１）前記吸収部の導電型が前記分離部の導電型と同一である、あるいは、（２）前記吸収部は、前記半導体層と接する面を有する下方層と、前記半導体層と接する面と反対側の面を有する上方層とを含み、前記下方層の導電型が前記分離部の導電型と同一であり、前記上方層の導電型が前記下方層の導電型と反対である、あるいは、（３）前記吸収部はさらに、前記上方層と前記下方層とには挟まれたi（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）層を含むのが好ましい。これら構成であれば、吸収層で光電変換された電荷が再結合により消滅するので、その電荷が受光部へもれ込んでノイズ電荷となるという不具合が抑制される。

また、前記カラーフィルタの隙間における間隔が、当該間隔と同一方向における前記吸収部の幅より小さいのが好ましい。この構成であれば、カラーフィルタ間の空洞部を透過する入射光が減るため、感度特性が改善される。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一形態は、光が入射する第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する層であって、前記第１面から入射した光を光電変換する複数の受光部、前記複数の受光部を分離する分離部、及び、前記受光部で生成された信号電荷を検出するトランジスタを含む半導体層を形成する工程と、前記半導体層の第２面側に、前記トランジスタと接続された配線を含む配線層を形成する工程と、前記半導体層の第１面上に、前記分離部に向けて入射してくる光を吸収する吸収部を含む吸収層を形成する工程と、前記吸収層上に、前記複数の受光部のそれぞれに対応する位置に、隙間によって隔てられたカラーフィルタを形成する工程とを含み、前記吸収層を形成する工程では、前記分離部の上方であって、前記半導体層の第１面上に、選択的に前記吸収部を形成する。

この方法であれば、遮光膜形成プロセス（リソグラフィ及びドライエッチング）によって受光部へダメージを与えてしまうという不具合が回避され、高画質な固体撮像装置が実現される。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、画素サイズの微細化を実現しながら、感度特性と混色特性を改善し、高画質を実現することができる固体撮像装置が提供される。

図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す回路構成図である。 図２は、本発明の実施形態に係る画素部の構成の一例を示す断面図である。 図３は、ＧｅとＳｉの吸収係数の波長依存性を示す図である。 図４は、出力値の受光部とカラーフィルタ間距離依存性を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｃは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｄは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｅは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｆは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図５Ｇは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程における固体撮像装置の断面図である。 図６は、従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る固体撮像装置について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で適宜変更は可能である。さらに、他の実施形態との組み合わせも可能である。

本発明の実施形態に係る固体撮像装置の回路構成の一例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００の一例を示す回路構成図である。

本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００は、図１に示すように、複数の画素部１０１がアレイ状に配列されたＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサである。図１に示すように、固体撮像装置１００は撮像領域１０２と垂直シフトレジスタ１０３と水平シフトレジスタ１０４と出力回路１０５と出力端１０６とを備える。

撮像領域１０２には、複数の画素部１０１がアレイ状に配置されている。複数の画素部１０１は受光部１０７と、フローティングディフュージョン部１０８と転送トランジスタ１０９と増幅トランジスタ１１０とリセットトランジスタ１１１と選択トランジスタ１１２とを備える。

受光部１０７は、例えばフォトダイオードであり、入射光を光電変換することで、信号電荷を生成する。受光部１０７によって生成された信号電荷は、転送トランジスタ１０９によって、フローティングディフュージョン部１０８に転送される。

フローティングディフュージョン部１０８に転送された電荷は、増幅トランジスタ１１０によって増幅され、垂直シフトレジスタ１０３によって制御された選択トランジスタ１１２、及び出力信号線１１３を介して出力回路１０５に伝達される。さらに、出力回路１０５に伝達された信号電荷は、水平シフトレジスタ１０４によって、出力端１０６から出力される。

なお、フローティングディフュージョン部１０８に蓄積されている余剰電荷は、ドレイン領域が電源線に接続されたリセットトランジスタ１１１により排出される。また、転送トランジスタ１０９、リセットトランジスタ１１１及び選択トランジスタ１１２は、垂直シフトレジスタ１０３によって、制御信号線１１４を介して、ＯＮ／ＯＦＦが制御される。

図１には示されていないが、画素部１０１毎に、各フォトダイオードの上方に、緑色光を透過する緑フィルタ、赤色光を透過する赤フィルタ、及び、青色光を透過する青フィルタのいずれかが形成される。また、各フィルタの上方にオンチップマイクロレンズを形成することも可能である。

続いて、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００が備える画素部１０１の断面構成の一例について、図２を用いて説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る画素部１０１の構成の一例を示す断面図である。

本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００は、光が入射してくる側（図２の上方）から、カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃと、吸収層２０８０と、半導体層２０２と、配線層２０１０と、接着層２０７と、支持基板２０６とを備える。

半導体層２０２は、光が入射する第１面（図２における上面）、及び、その第１面と反対側の第２面（図２における下面）を有する層であり、第１面から入射した光を光電変換する複数の受光部であるフォトダイオード２０３、複数のフォトダイオード２０３を分離する分離部２０４、及び、フォトダイオード２０３で生成された信号電荷を検出するトランジスタ２００を含んでいる。ここで、フォトダイオード２０３は、図１における受光部１０７に対応する。また、トランジスタ２００は、図１における転送トランジスタ１０９、増幅トランジスタ１１０、リセットトランジスタ１１１及び選択トランジスタ１１２に対応する。

配線層２０１０は、半導体層２０２の第２面側（図２における半導体層２０２の下方）に形成され、絶縁膜２０５、及び、トランジスタ２００と接続された多層配線２０１を含む層である。ここで、多層配線２０１は、図１における出力信号線１１３及び制御信号線１１４に対応する。

吸収層２０８０は、半導体層２０２の第１面上に（図２における半導体層２０２の上面に接して）形成された層であり、分離部２０４の上方に配置され、分離部２０４に向けて入射してくる光を吸収する吸収部２０８、及び、フォトダイオード２０３の上方に配置され、フォトダイオード２０３に向けて入射してくる光を透過させる透過部２１１としてのシリコン酸化膜を含む。

カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃは、吸収層２０８０上に、複数のフォトダイオード２０３のそれぞれに対応して（図２における各フォトダイオード２０３の上方に）形成され、隙間２０９によって相互に隔てられている。

接着層２０７は、配線層２０１０と支持基板２０６とを貼り合わせる接着材を含む層である。

以下、以上の各構成要素について、さらに詳細に説明する。

具体的には、図２に示すように、シリコン層等で実現される半導体層２０２内に第１の導電型（ここでは、ｎ型）の拡散領域からなるフォトダイオード２０３と、フォトダイオード２０３に蓄積された電荷を読み出すトランジスタ２００とが形成されている。なお、トランジスタ２００は、画素部１０１が備えるトランジスタであり、例えば、図１における転送トランジスタ１０９、増幅トランジスタ１１０、又は選択トランジスタ１１２である。図２には、一例として、転送トランジスタ１０９がトランジスタ２００として図示されている。

フォトダイオード２０３は、図１における受光部１０７の一例であり、半導体層２０２の表面近傍から裏面近傍まで拡がっている。複数のフォトダイオード２０３は、半導体層２０２内に２次元状に配置され、それぞれの間には、電気的及び物理的に分離する分離部２０４が形成されている。

トランジスタ２００は、ＭＯＳ型トランジスタである。半導体層２０２の第２面内に、トランジスタ２００の拡散領域２００ａと、その拡散領域２００ａを取り囲んでＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）分離領域２００ｂとが形成されている。拡散領域２００ａの下方にゲート酸化膜（図示せず）を介して、トランジスタ２００のゲート電極２００ｃが形成されている。

ゲート電極２００ｃ下方には、多層の絶縁膜（シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜）２０５が形成され、当該絶縁膜２０５内に多層配線２０１が形成されている。なお、絶縁膜２０５と多層配線２０１とから配線層２０１０が構成されている。多層配線２０１は、トランジスタ２００を制御するための信号を伝達する制御信号線１１４及びトランジスタ２００から出力された信号を伝達する出力信号線１１３である。本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００は、半導体層２０２の光入射面（第１面）とは反対側の面（第２面）から、半導体層２０２内のフォトダイオード２０３によって生成された信号電荷を電気信号として取り出している。

さらに、多層の絶縁膜２０５の下方に（つまり、配線層２０１０の下方に）、支持基板２０６が接着層２０７を介して、貼りあわされている。本実施形態の固体撮像装置１００では、半導体層２０２は、例えば１〜５μｍと薄いため、支持基板２０６は、例えば、シリコン基板であって補強の役割を担う。これにより、固体撮像装置１００の強度が向上する。接着層２０７は、例えば、ベンゾシクロブテンなどの接着材であり、絶縁膜２０５と支持基板２０６とを貼り合せている。なお、このような材料に代えて、あるいは、加えて、酸化膜を接着層２０７として用いることも可能である。

また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００では、半導体層２０２の第１面上に、吸収部２０８と透過部２１１とを含む吸収層２０８０が形成されている。吸収部２０８は、分離部２０４の上方であって、半導体層２０２の第１面に接触する位置に形成され、分離部２０４に向けて入射してくる光を吸収する。

吸収部２０８は、吸収係数の高い材料で形成されている。そのような材料は、例えば、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、カルコパイライト系材料及び有機材料の少なくとも１つを含んでも良い。ここで、ＳｉはアモルファスＳｉやポリＳｉを含んでいる。また、カルコパイライト系材料は例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）₂、Ｃｕ₂ＺｎＳｎＳ₄、ＣｕＡｌＳ₂、ＣｕＡｌＳｅ₂、ＣｕＡｌＴｅ₂、ＣｕＧａＳ₂、ＣｕＧａＳｅ₂、ＣｕＧａＴｅ₂、ＣｕＩｎＳ₂、ＣｕＩｎＳｅ₂、ＣｕＩｎＴｅ₂である。また、有機材料は炭素化合物を原料とする材料で、例えば、レジストである。このように、吸収部２０８は、吸収係数が高い材料で構成されているため、厚みが薄い場合でも、遮光膜としての効果が十分に発揮される。

吸収部２０８の厚み（言い換えると、吸収層２０８０）は、吸収部２０８を構成する各材料の吸収係数に依存して定まる値に設計するのが好ましい。

図３に吸収係数の高い材料の一例として、ＧｅとＳｉの吸収係数の波長依存性を示す。吸収係数から分かるように、Ｇｅを吸収部２０８の材料として用いた場合には、Ｇｅの膜厚が約３００ｎｍあれば、可視光の光を全て吸収できる。

また、図４に受光部（フォトダイオード２０３）とカラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃ間の距離を変化させた場合の画素部１０１からの出力電圧を示す。図４に示すように、受光部とカラーフィルタ間の距離が小さくなると、出力電圧、つまり、感度特性が改善される。このことから、吸収部２０８（言い換えると、吸収層２０８０）の厚みは３００ｎｍ以下であることが好ましい。ただし、十分な遮光性を確保するためには、吸収部２０８を構成する材料の吸収係数に依存するが、１００ｎｍ以上であることが好ましい。

また、吸収部２０８は、カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃの隙間２０９の下方に形成されていることから、カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃ間の隙間２０９を透過する入射光を吸収する。そのため、吸収部２０８で吸収された光は吸収部２０８で光電変換され、その結果、吸収部２０８で電荷が発生する。この発生した電荷がフォトダイオード２０３にもれ込むとノイズとして出力されるため、撮像装置としての画質が低下する。

そこで、本実施形態では、（１）吸収部２０８の導電型が分離部２０４の導電型と同一であるか、または、（２）吸収部２０８の下方層（半導体層２０２と接する下面を有する下方部分）の導電型が分離部２０４の導電型と同一で、かつ、吸収部２０８の上方層（半導体層２０２と接する下面と反対側の上面を有する上方部分）の導電型が吸収部２０８の下方層の導電型と反対であるか、または、（３）吸収部２０８の上方層と下方層とに挟まれた中央部にｉ層（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ層；真性半導体層）が形成されている。これにより、吸収部２０８で光電変換されて生成されたノイズとなる電荷が吸収部２０８内で再結合され、フォトダイオード２０３にもれ込むことが防止される。例えば、分離部２０４の導電型がｐ型である場合、吸収部２０８は、ｐ型の下方層とｎ型の上方層と有するのが好ましい。この場合、吸収部２０８の下方層であるｐ型の導電型領域の不純物濃度は１×１０¹⁷〜１×１０²⁰（個／ｃｍ³）程度であり、吸収部２０８の上方層であるｎ型の導電型領域の不純物濃度は１×１０¹⁵〜１×１０²⁰（個／ｃｍ³）程度であるのが好ましい。

また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００は、さらに吸収層２０８０上に、隙間２０９によって画素部１０１毎に隔てられたカラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃが形成されている。ここで、隙間２０９の幅（図２における横方向の幅）は吸収部２０８の幅（図２における横方向の幅）より小さい。つまり、カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃの隙間２０９における間隔が、その間隔と同一方向における吸収部２０８の幅より小さい。これは、隙間２０９に入射してくる光を確実に吸収部２０８に吸収させるためである。

なお、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００では、例えば、画素部１０１がベイヤ配列で配列された固体撮像装置である。カラーフィルタ２１０ａは、透過光強度で青色光が高い青フィルタであり、カラーフィルタ２１０ｂは、透過光強度で緑色光が高い緑フィルタであり、カラーフィルタ２１０ｃは、透過光強度で赤色光が高い赤フィルタである。各カラーフィルタの厚みは３００〜１０００ｎｍである。また、隙間２０９は、空洞、または、シリコン酸化物等の低屈折材料で形成されてもよい。

このように、本発明の実施形態では、画素部１０１毎にカラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃが隙間２０９によって隔てられているため、導波路構造の効果により、感度特性が改善される。また、分離部２０４に接触してその上方に吸収部２０８が形成されているため、カラーフィルタ間の空洞部（隙間２０９）を透過する入射光が吸収され、混色特性が改善される。また、吸収部２０８を用いているため、遮光表面で光が反射して、高光強度で特に顕著となるフレアが発生し、画質が低下するという不具合も抑えられる。さらに、吸収部２０８に高吸収係数の材料を用いているため、吸収部２０８の厚みを薄くすることができ、感度特性が改善される。さらに、吸収部２０８の幅は分離部２０４の幅より小さいため、感度特性が低下することがない。さらに、カラーフィルタ間の隙間２０９は、吸収部２０８の幅より小さいため、感度特性と混色特性が改善される。

次に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｇを用いて説明する。なお、図５Ａ〜図５Ｇは、本発明の実施形態に係る固体撮像装置１００の製造方法の一例を示す固体撮像装置１００の断面図である。

まず、図５Ａに示すように、一般的な固体撮像装置の製造方法で、シリコン基板（ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を含む）を用いて、半導体層２０２内に、フォトダイオード２０３、分離部２０４、及び、トランジスタ２００を含む各種トランジスタを形成し、その半導体層２０２の上に、多層の絶縁膜２０５及び多層配線２０１を含む配線層２０１０を形成する。なお、図５Ａは、半導体層２０２、シリコン酸化膜２１１ａ及びシリコン基板２１１ｂからなるＳＯＩ基板２１２を用いた場合の製造方法における断面図であり、図２に対して、上下反転した向きに描かれている。

続いて、図５Ｂに示すように支持基板２０６として、例えばシリコン基板を、絶縁膜２０５に、接着層２０７を介して貼り付ける。

続いて、図５Ｃに示すように、フォトダイオード２０３を形成している半導体層２０２であるシリコン基板を薄化加工する。例えば、シリコン基板の厚みは、２〜５μｍであり、所望の厚みとなるようにシリコン基板の第１面（上面）を研磨する。ここでは、一例として、半導体層２０２と透過部２１１を形成するための材料としてＳＯＩ基板２１２を用いており、シリコン酸化膜２１１ａが露出するまでシリコン基板２１１ｂの研磨を行っているが、他の製造方法として、バルクＳｉ基板を用いても良い。バルクＳｉ基板を用いた場合は、研磨後にＳｉ上にシリコン酸化膜２１１ａを所望の厚みに形成する。

続いて、図５Ｄに示すように、半導体層２０２の第１面（上面）上にフォトレジスト２２０を用いて、分離部２０４上のシリコン酸化膜２１１ａを開口するためのフォトリソグラフィを行う。ここで開口の幅は分離部２０４の幅より小さい。

続いて、図５Ｅに示すように、分離部２０４上のシリコン酸化膜２１１ａをドライエッチングまたは、ウェットエッチングにより除去する。ドライエッチングする場合には、ドライエッチングガスとして、例えば、ＣＦ₄ガスを用いてシリコン酸化膜２１１ａの一部を除去する。この除去によって残ったシリコン酸化膜２１１ａが透過部２１１である。

続いて、図５Ｆに示すように、吸収部２０８を分離部２０４に接触するように分離部２０４の上方に形成する。吸収部２０８は、例えば、ＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて形成される。一例として、ＳｉＧｅ、Ｇｅの吸収部２０８を形成する方法を以下に記載する。ＣＶＤ法においては、基板（半導体層２０２）の温度を４００℃程度に加熱して、Ｓｉ₂Ｈ₆ガス、ＧｅＨ₄を所望の組成になるように混合して成長させる。例えば、Ｇｅ組成比率が２５％であれば、Ｓｉ₂Ｈ₆／ＧｅＨ₄＝０．２９程度になるように原料ガスを装置内に供給すればよい。

なお、吸収部２０８の導電型をｐ型にする際は、Ｂ₂Ｈ₆ガスを吸収部２０８の成長時に混入する。また、吸収部の導電型をｎ型にする際は、ＰＨ₃ガスを吸収部２０８の成長時に混入すればよい。

さらに、ＣＶＤ法を用いた場合、Ｓｉ（半導体層２０２）上にのみ吸収部２０８を形成する選択成長が可能である。つまり、ＣＶＤ法を用いることで、Ｓｉからなる半導体層２０２の第１面が露出している部分（半導体層２０２の第１面のうち、第１面上のシリコン酸化膜２１１ａが除去された箇所）だけに、吸収部２０８を選択成長させることが可能である。選択成長であれば、受光部（フォトダイオード２０３）上をドライエッチングが機械研磨により加工することがないので、ノイズ電荷を発生させるダメージを受光部に与えることがなく、高画質を実現することができる。

なお、ここでの製造方法の一例として、吸収部２０８の材料としてＳｉＧｅ、Ｇｅを、また、形成方法としてＣＶＤ法を採用しているが、材料はＳｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、カルコパイライト系材料、有機材料の少なくとも１つを含んでもよい。また、形成方法はＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法でも、同様に形成することは可能である。また、選択成長でない場合も、ドライエッチング、ウェットエッチング、リソグラフィ法又は研磨法を用いることで、同様に形成することは可能である。

続いて図５Ｇに示すように、ベイヤ配列となるようにカラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃを配置する。カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃ間の隙間２０９はマスクを用いて形成する。

続いて、レンズを形成することも可能であるが、カラーフィルタ２１０ａ〜２１０ｃ間の隙間２０９により、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は導波路構造を有しており、レンズの形成を省略することもできる。

以上の工程を経ることで、図２に示す固体撮像装置１００を製造することができる。

以上、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施形態に施したものや、異なる実施形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。

たとえば、本実施の形態における固体撮像装置１００は、支持基板２０６及び接着層２０７を備えたが、本発明は、このような付属的な構成要素を必ずしも備える必要はない。

本発明の固体撮像装置は、画素サイズを微細化しても、感度特性及び混色特性が改善され、高画質が実現されるという効果を奏し、例えば、デジタルスチルカメラなどの撮像装置に利用することができる。

１００ 固体撮像装置
１０１ 画素部
１０２ 撮像領域
１０３ 垂直シフトレジスタ
１０４ 水平シフトレジスタ
１０５ 出力回路
１０６ 出力端
１０７ 受光部
１０８ フローティングディフュージョン部
１０９ 転送トランジスタ
１１０ 増幅トランジスタ
１１１ リセットトランジスタ
１１２ 選択トランジスタ
１１３ 出力信号線
１１４ 制御信号線
２００ トランジスタ
２００ａ 拡散領域
２００ｂ ＳＴＩ分離領域
２００ｃ ゲート電極
２０１ 多層配線
２０２ 半導体層
２０３ フォトダイオード
２０４ 分離部
２０５ 絶縁膜
２０６ 支持基板
２０７ 接着層
２０８ 吸収部
２０９ 隙間
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ カラーフィルタ
２１１ 透過部
２１１ａ シリコン酸化膜
２１１ｂ シリコン基板
２１２ ＳＯＩ基板
２２０ フォトレジスト
６００ フォトダイオード
６０１ 層間絶縁膜
６０２ 配線
６０３ 接着材層
６０４ 支持基板
６０５ 分離領域
６０６ カラーフィルタ
６０７ 中空部
２０１０ 配線層
２０８０ 吸収層

Claims (8)

1. 光が入射する第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する層であって、前記第１面から入射した光を光電変換する複数の受光部、前記複数の受光部を分離する分離部、及び、前記受光部で生成された信号電荷を検出するトランジスタを含む半導体層と、
   前記半導体層の第２面側に形成され、前記トランジスタと接続された配線を含む配線層と、
   前記半導体層の第１面上に形成された層であって、前記分離部に向けて入射してくる光を吸収する吸収部を含む吸収層と、
   前記吸収層上に前記複数の受光部のそれぞれに対応して形成され、隙間によって隔てられたカラーフィルタと
   を備える固体撮像装置。
2. 前記吸収部がＳｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、カルコパイライト系材料及び有機材料のいずれかからなる請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記吸収層の厚みが１００ｎｍ以上で、かつ、３００ｎｍ以下である請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記吸収部の導電型が前記分離部の導電型と同一である請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記吸収部は、前記半導体層と接する面を有する下方層と、前記半導体層と接する面と反対側の面を有する上方層とを含み、
   前記下方層の導電型が前記分離部の導電型と同一であり、
   前記上方層の導電型が前記下方層の導電型と反対である請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 前記吸収部はさらに、前記上方層と前記下方層とには挟まれたi（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）層を含む請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記カラーフィルタの隙間における間隔が、当該間隔と同一方向における前記吸収部の幅より小さい請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置。
8. 光が入射する第１面及び前記第１面と反対側の第２面を有する層であって、前記第１面から入射した光を光電変換する複数の受光部、前記複数の受光部を分離する分離部、及び、前記受光部で生成された信号電荷を検出するトランジスタを含む半導体層を形成する工程と、
   前記半導体層の第２面側に、前記トランジスタと接続された配線を含む配線層を形成する工程と、
   前記半導体層の第１面上に、前記分離部に向けて入射してくる光を吸収する吸収部を含む吸収層を形成する工程と、
   前記吸収層上に、前記複数の受光部のそれぞれに対応する位置に、隙間によって隔てられたカラーフィルタを形成する工程とを含み、
   前記吸収層を形成する工程では、前記分離部の上方であって、前記半導体層の第１面上に、選択的に前記吸収部を形成する固体撮像装置の製造方法。

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