JP2012212911A - Solid state imaging device, and driving method of solid state imaging device - Google Patents

Solid state imaging device, and driving method of solid state imaging device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve various problems that occur when structure, where a p+ layer is formed on a rear side of a substrate, is employed so as to prevent occurrence of dark current from a silicon interface.SOLUTION: An insulating film 39 is provided on a rear surface of a silicon substrate 31, and a transparent electrode 40 is provided on the insulating film 39. The insulating film 39 is applied with negative voltage against potential of the silicon substrate 31 through the transparent electrode 40 from a voltage source 41, thereby positive holes are accumulated on a silicon interface on a rear surface side of the substrate. Thus, structure, which is equivalent to structure where a positive hole accumulation layer is present on the silicon interface, is generated.

Description

本発明は、固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法に関し、特に基板の裏面側(配線形成側と反対側)から入射光を取り込む裏面入射型固体撮像装置および当該固体撮像装置の駆動方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a driving method of the solid-state imaging device, and more particularly to a back-illuminated solid-state imaging device that captures incident light from the back side (the side opposite to the wiring forming side) of a substrate and the driving method of the solid-state imaging device.

固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサに代表されるX−Yアドレス型固体撮像装置において、画素の微細化および高開口率化を図る目的として、半導体基板の一方の面(表面)に配線層を形成し、当該配線層と反対側の面(裏面)側から入射光を取り込む裏面受光型の画素構造が採られている(例えば、特許文献1,2参照)。   In a solid-state imaging device, for example, an XY address type solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor, a wiring layer is formed on one surface (front surface) of a semiconductor substrate for the purpose of miniaturizing pixels and increasing the aperture ratio. In addition, a back-surface light receiving type pixel structure that takes in incident light from the surface (back surface) side opposite to the wiring layer is employed (for example, see Patent Documents 1 and 2).

特許文献1記載の従来技術に係る画素構造は、図15に示すように、フォトダイオード102が形成されるシリコン層(基板)101の一方の面(以下、単に「基板表面」と記す場合もある)側に、層間絶縁膜を介して多層の配線106が配置された配線層103を形成し、シリコン層101の他方の面、即ち配線層103と反対側の面(以下、単に「基板裏面」と記す場合もある)側から可視光を取り込む構成となっている。フォトダイオード102の周囲には基板裏面に達するp型ウェル領域107は形成されている。   As shown in FIG. 15, the pixel structure according to the related art described in Patent Document 1 may be simply referred to as one surface of the silicon layer (substrate) 101 on which the photodiode 102 is formed (hereinafter simply referred to as “substrate surface”). ) Side, a wiring layer 103 in which a multi-layer wiring 106 is arranged through an interlayer insulating film is formed, and the other surface of the silicon layer 101, that is, a surface opposite to the wiring layer 103 (hereinafter simply referred to as “substrate back surface”). In some cases, visible light is taken in from the side. A p-type well region 107 reaching the back surface of the substrate is formed around the photodiode 102.

この裏面入射型CMOSイメージセンサにおいては、シリコン界面からの暗電流の発生を防止するために、基板裏面側にp+層104を形成している。p+層104の作り方としては、次の2通りの方法がある。   In this back-illuminated CMOS image sensor, a p + layer 104 is formed on the back side of the substrate in order to prevent dark current from being generated from the silicon interface. There are the following two methods for forming the p + layer 104.

第1の方法は、基板表面側にトランジスタや配線を含む配線層103を形成し、その後基板を裏返して基板裏面側に対して研磨等を施した後シリコン酸化膜(SiO2)などの電子注入防止層105を形成し、しかる後イオン注入によってp+層104を形成する方法である。   In the first method, a wiring layer 103 including transistors and wirings is formed on the surface side of the substrate, and then the substrate is turned over to polish the back surface side of the substrate and then prevent injection of electrons such as a silicon oxide film (SiO 2). In this method, the layer 105 is formed, and then the p + layer 104 is formed by ion implantation.

第2の方法は、基板表面側にトランジスタを作る工程の途中で、基板表面側から高エネルギーイオン注入によって基板の深い部位にp+層104を形成し、次いで配線106を作って配線層103を形成し、その後基板を裏返してp+層104の位置まで研磨等を施して基板裏面側に受光面を形成する方法である。   The second method is to form a p + layer 104 in a deep part of the substrate by high energy ion implantation from the substrate surface side during the process of forming a transistor on the substrate surface side, and then to form a wiring 106 to form the wiring layer 103. In this method, the substrate is turned upside down and polished to the position of the p + layer 104 to form a light receiving surface on the back surface side of the substrate.

特許文献2記載の従来技術に係る画素構造は、図16に示すように、フォトダイオード202が形成されるシリコン部(高抵抗基板)201の一方の面(表面)側に、層間絶縁膜を介して多層の配線207が配置された配線層203を形成し、他方の面(裏面)側から光を取り込む裏面入射型CMOSイメージセンサにおいて、フォトダイオード202およびその周囲のp型ウェル領域204を基板裏面に到達しない層構造で配置し、かつ、基板裏面上に電子注入防止膜205を介して形成された透明電極206に負電圧を印加する構成となっている。   As shown in FIG. 16, the pixel structure according to the related art described in Patent Document 2 has an interlayer insulating film on one surface (front surface) side of a silicon portion (high resistance substrate) 201 on which a photodiode 202 is formed. In a back-illuminated CMOS image sensor that forms a wiring layer 203 on which multilayer wirings 207 are arranged and takes in light from the other surface (back surface) side, the photodiode 202 and the surrounding p-type well region 204 are formed on the back surface of the substrate. In this configuration, a negative voltage is applied to the transparent electrode 206 formed on the back surface of the substrate via the electron injection prevention film 205.

特開2003−031785号公報JP 2003-031785 A 特開2003−338615号公報JP 2003-338615 A

上述した特許文献1記載の従来技術では、シリコン界面からの暗電流の発生を防止するために、基板裏面側にp+層104を形成しているため、当該p+層104の形成に上記第1の方法を採った場合でも、上記第2の方法を採った場合でも、以下に説明するような課題がある。   In the prior art described in Patent Document 1 described above, the p + layer 104 is formed on the back surface side of the substrate in order to prevent the generation of dark current from the silicon interface. Even when the method is adopted or when the second method is adopted, there are problems as described below.

(第1の方法を採った場合)
イオン注入したp+層104には、活性化のための熱処理を施さないと、暗電流の低減効果を最大限に発揮することができないが、イオン注入が配線形成の後の工程で行われるために、通常の拡散炉などによる熱処理を行ったのでは配線が溶けてしまうために採用できない。
(When using the first method)
If the ion-implanted p + layer 104 is not subjected to heat treatment for activation, the effect of reducing dark current cannot be maximized. However, since ion implantation is performed in a process after the formation of the wiring. If the heat treatment is performed using a normal diffusion furnace, the wiring melts and cannot be used.

このため、活性化のための熱処理無しで暗電流が大きいことを我慢するか、あるいはレーザーアニールなどで、基板裏面側の浅い領域だけを熱処理することになる。しかし、レーザーアニールは装置が高価であり、またウェーハを順にスキャンするために、何十枚のウェーハを一度に処理できる拡散炉と比べるとスループットが悪く、しかも撮像画像にスキャンの筋がムラとなって現れることがある。   For this reason, it is assumed that the dark current is large without heat treatment for activation, or only a shallow region on the back side of the substrate is heat-treated by laser annealing or the like. However, laser annealing is expensive, and the wafers are scanned sequentially, so the throughput is poor compared to a diffusion furnace that can process dozens of wafers at once, and the scanning lines are uneven in the captured image. May appear.

(第2の方法を採った場合)
イオン注入が配線層103の前に行われるため、活性化の熱処理は可能であるが、高エネルギーで深い部位にイオン注入するため、p+層104の分布が広がってしまう。p+層104の分布が広がると、基板裏面側の浅い部位で光電変換される、青色の光に対して光電子の捕捉確率が低下する、即ち青色の感度が低下する。
(When using the second method)
Since ion implantation is performed before the wiring layer 103, activation heat treatment is possible. However, since ion implantation is performed at a high energy and deep site, the distribution of the p + layer 104 is widened. When the distribution of the p + layer 104 is widened, the probability of capturing photoelectrons with respect to blue light that is photoelectrically converted at a shallow portion on the back side of the substrate is lowered, that is, blue sensitivity is lowered.

この青色の感度の低下は、裏面受光型の画素構造の特長である配線106のけられによる感度低下が無い、という効果を相殺してしまうことになる。これに対し、深い部位まで進入する赤色の光の感度は、裏面入射によって配線106のけられが無くなる分だけそのまま上がる。この赤色の感度向上に伴い、青色の感度が相対的に悪くなるため、分光のバランスが崩れることになる。   This decrease in blue sensitivity cancels the effect that there is no decrease in sensitivity due to the wiping of the wiring 106, which is a feature of the back surface light receiving type pixel structure. On the other hand, the sensitivity of the red light entering the deep part is increased as much as the wiring 106 is not damaged by the back side incidence. As the sensitivity of red is improved, the sensitivity of blue is relatively deteriorated, so that the spectral balance is lost.

一方、特許文献2記載の従来技術では、p型ウェル領域204を基板裏面に到達しない層構造とした場合でも、基板裏面から入射した光電子をフォトダイオード202に適正に誘導するために、透明電極206に負電圧を印加し、基板中に深さ方向の電場を発生させる構成を採っており、基板裏面側のシリコン界面からの暗電流の低減に関しては考慮されていなかった。   On the other hand, in the prior art described in Patent Document 2, even when the p-type well region 204 has a layer structure that does not reach the back surface of the substrate, the transparent electrode 206 is used to properly guide the photoelectrons incident from the back surface of the substrate to the photodiode 202. A negative voltage is applied to the substrate to generate an electric field in the depth direction in the substrate, and the reduction of dark current from the silicon interface on the back side of the substrate has not been considered.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりすることなく、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減可能な固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to perform ion implantation on the back side of the substrate, to increase the concentration, or to perform heat treatment for activation. It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device and a driving method for the solid-state imaging device that can reduce the generation of dark current from the interface on the back side of the substrate.

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面(基板表面)側に配線層を有し、この配線層と反対側の第2面(基板裏面)側から入射光を取り込む構成の固体撮像装置であって、半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を絶縁膜に印加する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。   The solid-state imaging device according to the present invention has a wiring layer on the first surface (substrate surface) side of a semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed, and a second surface (substrate back surface) opposite to the wiring layer. A solid-state imaging device configured to capture incident light from the side of the insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and a voltage application that applies a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate to the insulating film Means.

本発明の固体撮像装置では、基板裏面側から入射光を取り込む裏面入射型の固体撮像装置において、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧(半導体基板がn型のときは負の電圧、p型のときは正の電圧)を絶縁膜に印加すると、基板裏面側の半導体界面(絶縁膜との境界面)に、例えば半導体基板がn型のときは正孔(p型のときは電子)が貯まり、基板裏面側界面に正孔蓄積層(または、電子蓄積層)が存在しているのと等価となる。そして、この正孔(または、電子)が貯まった部分の作用により、暗電流の支配的な発生原因である、基板裏面側界面からの電子(または、正孔)の発生が減少する。   In the solid-state imaging device of the present invention, in a back-illuminated solid-state imaging device that captures incident light from the back side of the substrate, a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate (a negative voltage when the semiconductor substrate is n-type, p When a positive voltage is applied to the insulating film, holes are applied to the semiconductor interface (interface with the insulating film) on the back side of the substrate, for example, when the semiconductor substrate is n-type (electrons when p-type). This is equivalent to the presence of a hole accumulation layer (or electron accumulation layer) at the interface on the back side of the substrate. The generation of electrons (or holes) from the back side interface of the substrate, which is the dominant cause of dark current, is reduced by the action of the portion where the holes (or electrons) are accumulated.

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置であって、半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、光電変換素子の信号電荷と同極性の電圧を絶縁膜に印加し、信号電荷と逆極性の電荷を半導体基板の第2面側に誘起する電圧印加手段とを備えたことを特徴とする。   The solid-state imaging device according to the present invention has a wiring layer on the first surface side of a semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed, and captures incident light from the second surface side opposite to the wiring layer. An apparatus is a device in which a voltage having the same polarity as the signal charge of the photoelectric conversion element is applied to the insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and a charge having a polarity opposite to that of the signal charge is applied to the semiconductor substrate. And a voltage applying means for inducing on the two sides.

本発明の固体撮像装置では、基板裏面側から入射光を取り込む裏面入射型の固体撮像装置において、光電変換素子の信号電荷と同極性の電圧を絶縁膜に印加して、信号電荷と逆極性の電荷を半導体基板の第2面側に誘起する。このことにより、暗電流の発生原因である、基板裏面側からの信号電荷と同極性の電荷の発生が減少する。   In the solid-state imaging device of the present invention, in a back-illuminated solid-state imaging device that captures incident light from the back side of the substrate, a voltage having the same polarity as the signal charge of the photoelectric conversion element is applied to the insulating film, so that the polarity is opposite to that of the signal charge. Electric charges are induced on the second surface side of the semiconductor substrate. This reduces the generation of charges having the same polarity as the signal charges from the back side of the substrate, which is the cause of dark current.

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置の駆動方法であって、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を、半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜に印加することを特徴とする。   The solid-state imaging device driving method according to the present invention has a wiring layer on the first surface side of a semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed, and receives incident light from the second surface side opposite to the wiring layer. A method for driving a solid-state imaging device to be captured, wherein a voltage having a polarity opposite to a potential of a semiconductor substrate is applied to an insulating film formed on a second surface of the semiconductor substrate.

本発明の固体撮像装置の駆動方法では、基板裏面側から入射光を取り込む裏面入射型の固体撮像装置の駆動方法において、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を絶縁膜に印加すると、基板裏面側の半導体界面(絶縁膜との境界面)に、例えば半導体基板がn型のときは正孔(p型のときは電子)が貯まり、基板裏面側界面に正孔蓄積層(または、電子蓄積層)が存在しているのと等価となる。
この正孔(または、電子)が貯まった部分の作用により、暗電流の支配的な発生原因である、基板裏面側界面からの電子(または、正孔)の発生が減少する。
In the driving method of the solid-state imaging device of the present invention, in the driving method of the back-illuminated solid-state imaging device that captures incident light from the back side of the substrate, when a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate is applied to the insulating film, the substrate For example, when the semiconductor substrate is n-type, holes (electrons when the semiconductor substrate is p-type) are stored in the semiconductor interface (interface with the insulating film) on the back side, and hole accumulation layers (or electrons are stored on the back side interface of the substrate). This is equivalent to the existence of a storage layer.
Due to the action of the portion where the holes (or electrons) are accumulated, the generation of electrons (or holes) from the back side interface of the substrate, which is a dominant cause of dark current, is reduced.

本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板に光電変換素子を含む画素が形成され、半導体基板の裏面側に絶縁膜が形成され、半導体基板版の裏面側から入射光を取り込むようになされ、画素アレイ部では絶縁膜を介して裏面電極が形成され、裏面電極のパッド部直下に、パッド部と半導体基板との間のリーク電流を阻止するリーク電流阻止領域が設けられていることを特徴とする。   In the solid-state imaging device according to the present invention, a pixel including a photoelectric conversion element is formed on a semiconductor substrate, an insulating film is formed on the back side of the semiconductor substrate, and incident light is captured from the back side of the semiconductor substrate plate. In the array portion, a back electrode is formed through an insulating film, and a leak current blocking region for blocking a leak current between the pad portion and the semiconductor substrate is provided immediately below the pad portion of the back electrode. .

本発明の固体撮像装置では、裏面電極に、上記のように半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を印加することにより、基板裏面側界面からの暗電流の発生が減少する。さらに、パッド部の直下にリーク電流阻止領域が設けられるので、パッド部に検査用の針を何度も当てたとしても、裏面電極下の絶縁膜破壊を防止でき、あるいは絶縁膜破壊してもパッド部と半導体基板間のリーク電流を阻止することができる。   In the solid-state imaging device of the present invention, the occurrence of dark current from the substrate rear surface side interface is reduced by applying a voltage having a reverse polarity to the potential of the semiconductor substrate to the rear electrode as described above. In addition, since a leakage current blocking region is provided directly under the pad portion, even if the inspection needle is repeatedly applied to the pad portion, the insulating film under the back electrode can be prevented from being broken, or even if the insulating film is broken. Leakage current between the pad portion and the semiconductor substrate can be prevented.

本発明に係る固体撮像装置によれば、半導体基板の裏面上に絶縁膜を形成し、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を絶縁膜に印加することで、基板裏面側界面に正孔蓄積層(または、電子蓄積層)と等価な構造を作ることができるため、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりしなくても、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減できる。
本発明に係る固体撮像装置によれば、半導体基板版の裏面上に絶縁膜を形成し、光電変換素子の信号電荷と同極性の電圧を絶縁膜に印加することで、基板裏面側界面に正孔蓄積層(または、電子蓄積層)と等価な構造を作ることができるため、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりしなくても、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減できる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, an insulating film is formed on the back surface of the semiconductor substrate, and a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate is applied to the insulating film, so that holes are formed on the back surface side interface of the substrate. A structure equivalent to the storage layer (or electron storage layer) can be made, so even if ion implantation is performed on the back side of the substrate, concentration is increased, or heat treatment for activation is not performed, Generation of dark current from the substrate rear surface side interface can be reduced.
According to the solid-state imaging device of the present invention, an insulating film is formed on the back surface of the semiconductor substrate plate, and a voltage having the same polarity as the signal charge of the photoelectric conversion element is applied to the insulating film, so Since a structure equivalent to the hole accumulation layer (or electron accumulation layer) can be made, it is possible to perform ion implantation on the back side of the substrate, increase the concentration, or heat treatment for activation. The generation of dark current from the substrate back side interface can be reduced.

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法によれば、半導体基板の裏面上に形成した絶縁膜に、半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を印加することにより、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりしなくても、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減して駆動することができる。   According to the driving method of the solid-state imaging device according to the present invention, ions are implanted into the back surface side of the substrate by applying a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate to the insulating film formed on the back surface of the semiconductor substrate. Even if the concentration is not increased or heat treatment for activation is not performed, driving can be performed while reducing the generation of dark current from the substrate rear surface side interface.

本発明に係る固体撮像装置によれば、上記の基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減できることに加え、パッド部直下のリーク電流阻止領域でパッド部と半導体基板間のリーク電流の発生を阻止できるので、裏面電極の下の絶縁膜の厚さを薄くすることができる。これにより、裏面電極に印加する電圧を低いレベルに抑えつつ、パッド部におけるリーク電流発生を防止することができる。   According to the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to reduce the generation of dark current from the interface on the back side of the substrate, and to generate leakage current between the pad portion and the semiconductor substrate in the leakage current blocking region immediately below the pad portion. Since this can be prevented, the thickness of the insulating film under the back electrode can be reduced. Thereby, it is possible to prevent the leak current from being generated in the pad portion while suppressing the voltage applied to the back electrode to a low level.

本発明が適用されるCMOSイメージセンサの全体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the CMOS image sensor to which this invention is applied. 画素の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a pixel. 本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置、特にその裏面受光型画素構造の主要部を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a main part of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention, in particular, a backside light receiving pixel structure thereof. 本発明の第3実施の形態に係る固体撮像装置、特にその裏面受光型画素構造の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 3rd Embodiment of this invention, especially its back surface light reception type pixel structure. pウェル領域の望ましい態様を示す要部の拡大図である。It is an enlarged view of the principal part which shows the desirable aspect of p well area | region. 本発明の第4実施の形態に係る固体撮像装置の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明に係る固体撮像装置におけるパッド部の取出し方の一例を示す基板裏面側からみた平面図である。It is the top view seen from the board | substrate back surface side which shows an example of the taking-out method of the pad part in the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係る固体撮像装置におけるパッド部の取出し方の他の例を示す基板裏面側からみた平面図である。It is the top view seen from the board | substrate back surface side which shows the other example of the extraction method of the pad part in the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明の第5実施の形態に係る固体撮像装置の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 5th Embodiment of this invention. 本発明に適用される2層構造の裏面電極におけるコンタクト部の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the contact part in the back surface electrode of the two-layer structure applied to this invention. 本発明に適用される2層構造の裏面電極におけるコンタクト部の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the contact part in the back surface electrode of the two-layer structure applied to this invention. 本発明の第6実施の形態に係る固体撮像装置の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7実施の形態に係る固体撮像装置の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8実施の形態に係る固体撮像装置の主要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of the solid-state imaging device which concerns on 8th Embodiment of this invention. 従来の裏面入射型の固体撮像装置の画素の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the pixel of the conventional back-illuminated type solid-state imaging device. 従来の裏面入射型の固体撮像装置の画素の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the pixel of the conventional back-illuminated type solid-state imaging device.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明が適用される固体撮像装置、例えばCMOSイメージセンサの全体の構成を示すブロック図である。なお、ここでは、CMOS型の固体撮像装置に適用する場合を例に挙げて説明するが、本発明はこの適用例に限られるものではなく、MOS型固体撮像装置等のX−Yアドレス方式固体撮像装置全般に対して同様に適用可能である。   FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, for example, a CMOS image sensor. Here, the case where the present invention is applied to a CMOS type solid-state imaging device will be described as an example. However, the present invention is not limited to this application example, and an XY addressing type solid-state device such as a MOS type solid-state imaging device or the like. The present invention can be similarly applied to all imaging apparatuses.

図1に示すように、本適用例に係るCMOSイメージセンサ10は、光電変換素子を含む画素11が行列状(マトリックス状)に多数2次元配置されてなる画素アレイ部12に加えて、垂直駆動回路13、カラム信号処理回路14、水平駆動回路15、水平信号線16、出力回路17および制御回路18を有するシステム構成となっている。   As shown in FIG. 1, the CMOS image sensor 10 according to this application example includes a vertical drive in addition to a pixel array unit 12 in which a large number of pixels 11 including photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a matrix (matrix). The system configuration includes a circuit 13, a column signal processing circuit 14, a horizontal drive circuit 15, a horizontal signal line 16, an output circuit 17, and a control circuit 18.

このシステム構成において、制御回路18は、本CMOSイメージセンサ10の動作モードなどを指令するデータを外部から受け取り、また本CMOSイメージセンサ10の情報を含むデータを外部に出力するとともに、垂直同期信号Vsync、水平同期信号HsyncおよびマスタークロックMCKに基づいて、垂直駆動回路13、カラム信号処理回路14および水平駆動回路15などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、垂直駆動回路13、カラム信号処理回路14および水平駆動回路15などに対して与える。   In this system configuration, the control circuit 18 receives data for instructing the operation mode and the like of the CMOS image sensor 10 from the outside, outputs data including information on the CMOS image sensor 10 to the outside, and outputs the vertical synchronization signal Vsync. Based on the horizontal synchronization signal Hsync and the master clock MCK, the vertical drive circuit 13, the column signal processing circuit 14, the horizontal drive circuit 15 and the like generate clock signals and control signals that serve as reference for operation. This is applied to the column signal processing circuit 14 and the horizontal drive circuit 15.

画素アレイ部12には、画素11が2次元配置されるとともに、この画素配置に対して画素行ごとに行制御線が図の横方向(左右方向)に配線され、画素列ごとに垂直信号線19が図の縦方向(上下方向)に配線されている。垂直駆動回路13は、シフトレジスタなどによって構成され、画素アレイ部12の各画素11を行単位で順次選択走査し、その選択行の各画素に対して上記行制御線を通して必要な制御パルスを供給する。   In the pixel array section 12, the pixels 11 are two-dimensionally arranged, and row control lines for each pixel row are wired in the horizontal direction (left-right direction) in the drawing with respect to this pixel arrangement, and vertical signal lines are provided for each pixel column. 19 is wired in the vertical direction (vertical direction) in the figure. The vertical drive circuit 13 is configured by a shift register or the like, sequentially selects and scans each pixel 11 of the pixel array unit 12 in units of rows, and supplies necessary control pulses to the pixels in the selected row through the row control line. To do.

選択行の各画素から出力される信号は、垂直信号線19を通してカラム信号処理回路14に供給される。カラム信号処理回路14は、画素アレイ部12の例えば画素列ごとに配置されており、1行分の画素11から出力される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対して画素11固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)や信号増幅などの信号処理を行う。   A signal output from each pixel in the selected row is supplied to the column signal processing circuit 14 through the vertical signal line 19. The column signal processing circuit 14 is disposed, for example, for each pixel column of the pixel array unit 12, receives a signal output from the pixel 11 for one row for each pixel column, and is specific to the pixel 11 with respect to the signal. Signal processing such as CDS (Correlated Double Sampling) and signal amplification for removing fixed pattern noise is performed.

カラム信号処理回路14の入力段には、図2に示すように、定電流源としての負荷トランジスタ141が設けられている。この負荷トランジスタ141は、垂直信号線19と基準電位、例えばグランドとの間に接続され、ゲートが負荷配線25に接続され、選択行の画素の増幅トランジスタ114とソースフォロア回路を構成することで、選択行の画素から垂直信号線19に信号を出力させる。   As shown in FIG. 2, a load transistor 141 as a constant current source is provided at the input stage of the column signal processing circuit 14. The load transistor 141 is connected between the vertical signal line 19 and a reference potential, for example, the ground, the gate is connected to the load wiring 25, and constitutes a source follower circuit with the amplification transistor 114 of the pixel in the selected row. A signal is output from the pixel in the selected row to the vertical signal line 19.

カラム信号処理回路14の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線16との間に接続されて設けられている。なお、カラム信号処理回路14に、A/D(アナログ/デジタル)変換機能を持たせた構成を採ることも可能である。   At the output stage of the column signal processing circuit 14, a horizontal selection switch (not shown) is provided connected to the horizontal signal line 16. It is also possible to adopt a configuration in which the column signal processing circuit 14 has an A / D (analog / digital) conversion function.

水平駆動回路15は、シフトレジスタなどによって構成され、水平走査パルスφH1〜φHnを順次出力することによってカラム信号処理回路14の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路14の各々から画素信号を水平信号線16に出力させる。   The horizontal driving circuit 15 is configured by a shift register or the like, and sequentially selects the column signal processing circuits 14 by sequentially outputting horizontal scanning pulses φH1 to φHn, and horizontally outputs the pixel signals from each of the column signal processing circuits 14. The signal line 16 is output.

出力回路17は、カラム信号処理回路14の各々から水平信号線16を通して順に供給される信号に対して種々の信号処理を施して出力する。この出力回路17での具体的な信号処理としては、例えば、バッファリングだけする場合もあるし、あるいはバッファリングの前に黒レベル調整、列ごとのばらつきの補正、信号増幅、色関係処理などを行うこともある。   The output circuit 17 performs various signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 14 through the horizontal signal line 16 and outputs the processed signals. As specific signal processing in the output circuit 17, for example, only buffering may be performed, or black level adjustment, correction of variation for each column, signal amplification, color-related processing, and the like are performed before buffering. Sometimes.

図2は、画素11の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る画素11は、光電変換素子、例えばフォトダイオード111に加えて、例えば転送トランジスタ112、リセットトランジスタ113、増幅トランジスタ114および選択トランジスタ115の4つのトランジスタを有する画素回路となっている。ここでは、これらトランジスタ112〜115として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the pixel 11. As shown in FIG. 2, the pixel 11 according to this circuit example includes, in addition to a photoelectric conversion element, for example, a photodiode 111, four transistors, for example, a transfer transistor 112, a reset transistor 113, an amplification transistor 114, and a selection transistor 115. It is a pixel circuit. Here, as these transistors 112 to 115, for example, N-channel MOS transistors are used.

フォトダイオード111は、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、電子)に光電変換する。フォトダイオード111のカソード(n型領域)は、転送トランジスタ112を介して増幅トランジスタ114のゲートと接続されている。この増幅トランジスタ114のゲートと電気的に繋がったノード116をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。   The photodiode 111 photoelectrically converts the received light into photoelectric charges (here, electrons) having a charge amount corresponding to the amount of light. The cathode (n-type region) of the photodiode 111 is connected to the gate of the amplification transistor 114 via the transfer transistor 112. A node 116 electrically connected to the gate of the amplification transistor 114 is referred to as an FD (floating diffusion) portion.

転送トランジスタ112は、フォトダイオード111のカソードとFD部116との間に接続され、ゲートに転送線21を介して転送パルスφTRGが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード111で光電変換された光電荷をFD部116に転送する。   The transfer transistor 112 is connected between the cathode of the photodiode 111 and the FD unit 116, and is turned on when a transfer pulse φTRG is applied to the gate via the transfer line 21, and the light photoelectrically converted by the photodiode 111. The charge is transferred to the FD unit 116.

リセットトランジスタ113は、ドレインが画素電源Vddに、ソースがFD部116にそれぞれ接続され、ゲートにリセット線22を介してリセットパルスφRSTが与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード111からFD部116への信号電荷の転送に先立って、FD部116の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部116をリセットする。   The reset transistor 113 is turned on when the drain is connected to the pixel power supply Vdd, the source is connected to the FD unit 116, and a reset pulse φRST is applied to the gate via the reset line 22, and the photodiode 111 to the FD unit 116. Prior to the transfer of the signal charge, the FD unit 116 is reset by discarding the charge of the FD unit 116 to the pixel power supply Vdd.

増幅トランジスタ114は、ゲートがFD部116に、ドレインが画素電源Vddにそれぞれ接続され、リセットトランジスタ113によってリセットした後のFD部116の電位をリセットレベルとして出力し、さらに転送トランジスタ112によって信号電荷を転送した後のFD部116の電位を信号レベルとして出力する。   The amplification transistor 114 has a gate connected to the FD unit 116 and a drain connected to the pixel power supply Vdd, and outputs the potential of the FD unit 116 after being reset by the reset transistor 113 as a reset level. The potential of the FD unit 116 after the transfer is output as a signal level.

選択トランジスタ115は、例えば、ドレインが増幅トランジスタ114のソースに、ソースが垂直信号線19にそれぞれ接続され、ゲートに選択線23を介して選択パルスφSELが与えられることによってオン状態となり、画素11を選択状態として増幅トランジスタ114から出力される信号を垂直信号線19に中継する。   For example, the selection transistor 115 is turned on when the drain is connected to the source of the amplification transistor 114, the source is connected to the vertical signal line 19, and the selection pulse φSEL is applied to the gate via the selection line 23. As a selected state, a signal output from the amplification transistor 114 is relayed to the vertical signal line 19.

横方向の配線、即ち転送線21、リセット線22および選択線23は、同一行の画素について共通となっており、垂直駆動回路13によって制御される。但し、画素11のpウェル電位を固定するためのpウェル配線24は、グランド電位に固定されている。   The horizontal wiring, that is, the transfer line 21, the reset line 22, and the selection line 23 are common to the pixels in the same row, and are controlled by the vertical drive circuit 13. However, the p-well wiring 24 for fixing the p-well potential of the pixel 11 is fixed to the ground potential.

なお、この選択トランジスタ115については、画素電源Vddと増幅トランジスタ114のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。   The selection transistor 115 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply Vdd and the drain of the amplification transistor 114.

また、画素11としては、上記構成の4トランジスタ構成のものに限られるものではなく、増幅トランジスタ114と選択トランジスタ115を兼用した3トランジスタ構成のものであっても良い。   Further, the pixel 11 is not limited to the four-transistor configuration described above, and may have a three-transistor configuration that combines the amplification transistor 114 and the selection transistor 115.

上記構成の画素11では、画素の微細化および高開口率化を図る目的として、半導体基板の第1面(基板表面)に配線層を形成し、当該配線層と反対側の第2面(基板裏面)側から入射光を取り込む裏面受光型(裏面入射型)の画素構造が採られている。この裏面受光型の画素構造の具体的な構成が本発明の特徴とする。さらに、裏面受光型の画素構造に加えて、基板裏面側に形成するボンディング用のパッド部での構造も本発明の特徴である。本発明の具体的な実施の形態について以下に説明する。   In the pixel 11 having the above-described configuration, a wiring layer is formed on the first surface (substrate surface) of the semiconductor substrate and the second surface (substrate) opposite to the wiring layer for the purpose of miniaturizing the pixel and increasing the aperture ratio. A backside light receiving type (backside incident type) pixel structure that takes in incident light from the back side is employed. A specific configuration of the backside light receiving type pixel structure is a feature of the present invention. Further, in addition to the back surface light receiving type pixel structure, the structure of the bonding pad portion formed on the back surface side of the substrate is also a feature of the present invention. Specific embodiments of the present invention will be described below.

[第1実施の形態]
図3は、本発明の第1実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサ、特にその裏面受光型画素構造の主要部を示す断面図である。本実施の形態に係る裏面受光型画素構造では、半導体基板として第1導電型、例えばn型(n−)のシリコン基板が用いられている。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main part of the back-illuminated CMOS image sensor according to the first embodiment of the present invention, particularly its back-side light-receiving pixel structure. In the backside light receiving pixel structure according to the present embodiment, a first conductivity type, for example, an n-type (n−) silicon substrate is used as the semiconductor substrate.

図3において、ウェーハをCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨)にて研磨することにより、所定の厚さのシリコン部(以下、「シリコン基板」と記す)31が形成され、このシリコン基板31中に当該基板(n−型領域32)を利用してフォトダイオード33(図2のフォトダイオード111に相当)が形成される。シリコン基板31の厚さとしては、可視光に対しては5μm〜10μm程度が好ましい。この厚さ設定により、可視光をフォトダイオード32で良好に光電変換できる。   In FIG. 3, the wafer is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to form a silicon portion (hereinafter referred to as a “silicon substrate”) 31 having a predetermined thickness. A photodiode 33 (corresponding to the photodiode 111 in FIG. 2) is formed in the inside using the substrate (n− type region 32). The thickness of the silicon substrate 31 is preferably about 5 μm to 10 μm for visible light. With this thickness setting, visible light can be favorably photoelectrically converted by the photodiode 32.

フォトダイオード33は、n−型領域32が光電変換領域となり、このn−型領域32で光電変換した光電荷(本例では、電子)を蓄積するn型領域34を有し、さらに基板表面(第1面)側シリコン界面にキャリア、本例では正孔を蓄積するp+層35を有する埋め込みダイオード(HAD;Hole Accumulated Diode)であり、その周囲のp型半導体ウェル領域(以下、p型ウェル領域という)36と共にシリコン基板31の裏面(第2面)に到達するように形成されている。   The photodiode 33 includes an n-type region 32 in which the n − type region 32 becomes a photoelectric conversion region, and photoelectric charges (electrons in this example) photoelectrically converted in the n − type region 32 are accumulated. 1st surface) It is a buried diode (HAD; Hole Accumulated Diode) which has the p + layer 35 which accumulate | stores a carrier in this example, a hole, and a hole in this example, The p-type semiconductor well area | region (henceforth p-type well area | region) 36) so as to reach the back surface (second surface) of the silicon substrate 31.

シリコン基板31の表面側には、画素11の各種の配線、具体的には先述した転送線21、リセット線22、選択線23、pウェル配線24等が配線されてなる配線層、すなわち層間絶縁膜を介して多層の配線45を有した配線層37が形成されている。この配線層37には、転送トランジスタ112のゲート電極38を始め、他のトランジスタのゲート電極(図示せず)も形成されることになる。   On the surface side of the silicon substrate 31, various wirings of the pixel 11, more specifically, a wiring layer in which the transfer line 21, the reset line 22, the selection line 23, the p-well wiring 24 and the like described above are wired, that is, interlayer insulation. A wiring layer 37 having a multilayer wiring 45 is formed through the film. In the wiring layer 37, the gate electrode 38 of the transfer transistor 112 and the gate electrodes (not shown) of other transistors are also formed.

pウェル領域36は、上述したように、シリコン基板31の裏面に到達するように形成されているとともに、配線層37、具体的にはpウェル配線24を通して基準電位、例えばグランド(GND)電位が与えられている。図3では、MOSトランジスタとして転送トランジスタのみが示されている。転送トランジスタは、フォトダイオード33、特にn型領域34をソースとし、FD部となるn型ソース・ドレイン領域46及びゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極38を有して形成される。   As described above, the p-well region 36 is formed so as to reach the back surface of the silicon substrate 31, and a reference potential, for example, a ground (GND) potential is supplied through the wiring layer 37, specifically, the p-well wiring 24. Is given. In FIG. 3, only the transfer transistor is shown as the MOS transistor. The transfer transistor is formed by using a photodiode 33, in particular, an n-type region 34 as a source, an n-type source / drain region 46 to be an FD portion, and a gate electrode 38 formed through a gate insulating film.

このように、フォトダイオード33の周囲を、基板裏面に到達するように形成され、基準電位が与えられたpウェル領域36によって囲むことで、基板裏面に近い部位で光電変換された光電荷をn型領域34に適正に誘導することができる。   In this way, by surrounding the photodiode 33 with the p-well region 36 that is formed so as to reach the back surface of the substrate and to which a reference potential is applied, the photoelectric charge photoelectrically converted at a portion close to the back surface of the substrate is n. The mold region 34 can be properly guided.

シリコン基板31の裏面上には絶縁膜39が形成されている。この絶縁膜39は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)の1層構造である。但し、絶縁膜39としては、シリコン酸化膜の1層構造に限られるものではなく、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の2層構造であっても良い。この2層構造を採ることにより、シリコン窒化膜による反射防止効果が得られ、入射光をより多く取り込むことができるため、感度を向上できるメリットがある。   An insulating film 39 is formed on the back surface of the silicon substrate 31. The insulating film 39 has, for example, a single layer structure of a silicon oxide film (SiO 2). However, the insulating film 39 is not limited to a single layer structure of a silicon oxide film, and may be a two layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, for example. By adopting this two-layer structure, an antireflection effect by the silicon nitride film can be obtained, and more incident light can be taken in, so that there is an advantage that sensitivity can be improved.

絶縁膜39の上には、電圧源41からの例えば負の電圧(例えば、−3V程度)を絶縁膜39に印加するための電極、いわゆる裏面電極が形成されている。図示の例では、ITO(インジウムとすずの酸化物)からなる透明電極40が形成されている。この透明電極40と電圧源41は、シリコン基板31のポテンシャル(本例では、正の電位)に対して逆極性の電圧、即ち負の電圧を絶縁膜39に印加する電圧印加手段を構成している。   On the insulating film 39, an electrode for applying, for example, a negative voltage (for example, about −3 V) from the voltage source 41 to the insulating film 39, a so-called back electrode is formed. In the illustrated example, a transparent electrode 40 made of ITO (indium and tin oxide) is formed. The transparent electrode 40 and the voltage source 41 constitute voltage applying means for applying a voltage having a polarity opposite to the potential of the silicon substrate 31 (in this example, a positive potential), that is, a negative voltage, to the insulating film 39. Yes.

なお、本例では、絶縁膜39に電圧を印加するための電極として透明電極40を用いるとしたが、必ずしも全面に亘って透明な電極である必要はなく、少なくとも光電変換が行われるn−型領域32に対応する領域に1つの透孔、あるいは当該領域内に複数の透孔を有する構成の電極など、入射光をn−型領域32内に取り込み可能な構成の電極であれば良い。   In this example, the transparent electrode 40 is used as an electrode for applying a voltage to the insulating film 39. However, it is not always necessary to be a transparent electrode over the entire surface, and at least an n-type in which photoelectric conversion is performed. Any electrode having a configuration capable of taking incident light into the n − -type region 32, such as an electrode having one through hole in a region corresponding to the region 32 or a plurality of through holes in the region, may be used.

上述したように、シリコン基板31の裏面上に絶縁膜39を設けるとともに、当該絶縁膜39にシリコン基板31のポテンシャルに対して逆極性の電圧、例えば−3V程度の電圧を印加することにより、基板裏面側シリコン界面に正孔が貯まり、当該シリコン界面に正孔蓄積層が存在しているのと等価となる。このとき、シリコン基板31と透明電極40とは絶縁膜39によって電気的に絶縁されているため、空乏化していないpウェル領域36内には基本的に電場は形成されない。そして、この正孔が貯まったシリコン界面の作用により、暗電流の支配的な発生原因である、基板裏面側シリコン界面からの電子の発生が減少する。   As described above, the insulating film 39 is provided on the back surface of the silicon substrate 31, and a voltage having a polarity opposite to the potential of the silicon substrate 31 is applied to the insulating film 39, for example, a voltage of about −3V. This is equivalent to the accumulation of holes at the back side silicon interface and the presence of a hole accumulation layer at the silicon interface. At this time, since the silicon substrate 31 and the transparent electrode 40 are electrically insulated by the insulating film 39, an electric field is basically not formed in the p-well region 36 that is not depleted. Then, due to the action of the silicon interface where holes are accumulated, the generation of electrons from the silicon back-side silicon interface, which is the dominant cause of dark current, is reduced.

この正孔が貯まった界面部分(正孔蓄積層)の作用は、埋め込みダイオード構成のフォトダイオード33におけるp+層35の作用と同じである。このp+層35の作用とは次の通りである。すなわち、フォトダイオード33の表面のp+層35に存在する自由な電荷は正孔だけで、電子は枯渇状態になる。この結果、シリコン界面は正孔で満たされ、暗電流の支配的な発生原因である、シリコン界面からの電子の発生が著しく減少する。このp+層35の作用により、暗電流の少ないフォトダイオードを実現できる。このことは、基板裏面側についても同様である。   The action of the interface portion (hole accumulation layer) in which holes are accumulated is the same as the action of the p + layer 35 in the photodiode 33 having a buried diode configuration. The action of the p + layer 35 is as follows. That is, the free charge existing in the p + layer 35 on the surface of the photodiode 33 is only holes, and the electrons are depleted. As a result, the silicon interface is filled with holes, and the generation of electrons from the silicon interface, which is the dominant cause of dark current, is significantly reduced. Due to the action of the p + layer 35, a photodiode with little dark current can be realized. The same applies to the back side of the substrate.

このように、第1実施の形態によれば、このような裏面電極を有する構成を採ることにより、基板裏面側のシリコン界面に正孔蓄積層と等価な構造を作ることができるため、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減できる。特に、従来技術のように、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりする工程が不要となるため、製造工程も非常に簡単であるし、形成される正孔蓄積層の基板深さ方向の分布が非常に浅いため、青色の感度を最大限にとることができる。   Thus, according to the first embodiment, by adopting the configuration having such a back electrode, a structure equivalent to the hole accumulation layer can be formed at the silicon interface on the back surface side of the substrate. Generation of dark current from the side interface can be reduced. In particular, the manufacturing process is very simple because there is no need to perform ion implantation, concentration increase, or heat treatment for activation as in the prior art. Since the distribution of the hole accumulation layer to be formed in the substrate depth direction is very shallow, the blue sensitivity can be maximized.

ところで、裏面入射型では、基板裏面側で発生した光電子が表面に来るまでに、正孔と再結合しないことが重要である。特に、本例のように、フォトダイオード33の表面から裏面までにシリコンのバンドギャップ以上のポテンシャル差を発生しない場合は、電子を表面に収集する力に限りがあるため、光電変換によって生じた正孔をすばやく引き抜くことが重要になる。   By the way, in the back-illuminated type, it is important that the photoelectrons generated on the back side of the substrate do not recombine with holes before reaching the surface. In particular, as in this example, when no potential difference greater than the band gap of silicon is generated from the front surface to the back surface of the photodiode 33, the force to collect electrons on the surface is limited. It is important to pull out the holes quickly.

そこで、画素11の周囲だけでなく、画素11内を通る配線、具体的にはpウェル配線24(図2を参照)を通して1画素ごと、または数画素に一箇所、pウェル領域36の電位を固定するコンタクトを設けることが望ましい。これにより、pウェル領域36に正孔が過剰になったときにすばやく引き抜くことができるため、感度を向上できる。   Therefore, the potential of the p-well region 36 is set not only around the pixel 11 but also through the wiring inside the pixel 11, specifically, through the p-well wiring 24 (see FIG. 2) for each pixel or at every one pixel. It is desirable to provide a fixed contact. Thereby, when holes become excessive in the p-well region 36, it can be quickly extracted, so that the sensitivity can be improved.

(製造方法)
続いて、上記構成の裏面受光型画素構造(裏面入射型)のCMOSイメージセンサを作成するプロセスについて説明する。
(Production method)
Next, a process for producing a CMOS image sensor having a back side light receiving pixel structure (back side incident type) having the above configuration will be described.

(1)シリコン基板31の表面側からフォトダイオード33およびpウェル領域36を形成するとともに、シリコン基板31の表面側に画素11のトランジスタ(転送トランジスタ112、リセットトランジスタ113、増幅トランジスタ114、選択トランジスタ115)を形成し、次いでトランジスタのゲート電極や各種の配線(転送線21、リセット線22、選択線23、pウェル配線24等)を含む配線層37を形成する。 (1) The photodiode 33 and the p-well region 36 are formed from the surface side of the silicon substrate 31, and the transistors of the pixel 11 (transfer transistor 112, reset transistor 113, amplification transistor 114, selection transistor 115 are formed on the surface side of the silicon substrate 31. Then, a wiring layer 37 including a gate electrode of the transistor and various wirings (transfer line 21, reset line 22, selection line 23, p-well wiring 24, etc.) is formed.

(2)支持基板を貼り、ウェーハを裏返して研磨し、5μm〜10μm程度のシリコン基板31の厚さになるように裏面側を形成する。
(3)LPCVD(low pressure chemical vapor deposition)により、320℃程度の低温レシピにて絶縁膜39、具体的にはシリコン酸化膜であるTEOS膜を20nm〜40nm程度形成する。
(4)スパッタ法により、透明電極40であるITO膜を50nm〜100nm程度形成する。
(2) A support substrate is attached, the wafer is turned over and polished, and the back side is formed so as to have a thickness of the silicon substrate 31 of about 5 μm to 10 μm.
(3) An insulating film 39, specifically, a TEOS film, which is a silicon oxide film, is formed to a thickness of about 20 nm to 40 nm by LPCVD (low pressure chemical vapor deposition) at a low temperature recipe of about 320 ° C.
(4) An ITO film as the transparent electrode 40 is formed to a thickness of about 50 nm to 100 nm by sputtering.

上述したプロセスにより、裏面受光型の画素構造を作製することができる。その後、遮光のための別の電極や、色フィルタやオンチップレンズを透明電極40の上に、必要に応じて形成しても良い。   Through the above-described process, a back-side light-receiving pixel structure can be manufactured. Thereafter, another electrode for light shielding, a color filter, and an on-chip lens may be formed on the transparent electrode 40 as necessary.

但し、裏面受光型画素構造のCMOSイメージセンサの製造方法としては、上記の製法に限定されるものではない。例えば、SOI基板(シリコン-酸化膜-シリコンの構造の基板)を用いておいて、上記(2)の工程で裏面側を形成する方法として、酸化膜と基板側シリコンを除去するような方法でも良い。   However, the manufacturing method of the CMOS image sensor having the backside light receiving type pixel structure is not limited to the above manufacturing method. For example, using an SOI substrate (a substrate having a silicon-oxide film-silicon structure), a method of removing the oxide film and the silicon on the substrate side may be used as a method of forming the back side in the step (2). good.

あるいは、配線45が溶けない300℃程度の低温でシリコンを薄く酸化する方法を見つければ、上記(3)の工程でその方法により酸化することによって形成しても良い。また、(3)の工程では、反射防止のために、シリコン酸化膜をつけて直後にシリコン窒化膜をつけることで、絶縁膜39を2層構造にしても良い。   Alternatively, if a method of thinly oxidizing silicon at a low temperature of about 300 ° C. at which the wiring 45 does not melt is found, it may be formed by oxidizing the method in the step (3). Further, in the step (3), in order to prevent reflection, the insulating film 39 may be formed in a two-layer structure by attaching a silicon oxide film immediately after attaching a silicon oxide film.

[第2実施の形態]
第1実施の形態では、透明電極40と電圧源41を用いて−3V程度の電圧を絶縁膜39に印加するとしたが、第2実施の形態では、絶縁膜39上に、シリコンに対して実質的に負の電圧を与える仕事関数差を持つ物質を用いて透明電極を形成し、この透明電極の仕事関数差分の負電圧と電圧源41による負電圧とを併用して絶縁膜39に印加するようにする。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, a voltage of about −3 V is applied to the insulating film 39 using the transparent electrode 40 and the voltage source 41. However, in the second embodiment, the insulating film 39 is substantially covered with silicon. A transparent electrode is formed using a material having a work function difference that gives a negative voltage, and the negative voltage of the work function difference of the transparent electrode and the negative voltage by the voltage source 41 are applied to the insulating film 39 in combination. Like that.

なお、負の電圧を与える仕事関数差を持つ物質からなる透明電極としては、第1実施の形態の場合と同様に、必ずしも全面に亘って透明な電極である必要はなく、少なくとも光電変換が行われるn−型領域32に対応する領域に1つの透孔、あるいは当該領域内に複数の透孔を有する構成の電極など、入射光をn−型領域32内に取り込み可能な構成の電極であれば良い。   Note that, as in the case of the first embodiment, the transparent electrode made of a substance having a work function difference that gives a negative voltage is not necessarily a transparent electrode over the entire surface, and at least photoelectric conversion is performed. An electrode having a configuration capable of taking incident light into the n − type region 32, such as an electrode having a configuration having one through hole in a region corresponding to the n − type region 32 or a plurality of through holes in the region. It ’s fine.

このように、透明電極として、仕事関数差を利用して、0Vの状態で実質的に仕事関数差分の負電圧をかけたことになる物質を用いることで、当該負電圧の値の分だけ電圧源41の負電圧値を低減することができる。   In this way, by using a material that has applied a negative work function difference in a state of 0 V using a work function difference as a transparent electrode, a voltage corresponding to the value of the negative voltage is obtained. The negative voltage value of the source 41 can be reduced.

一例として、絶縁膜39、本例ではシリコン酸化膜の膜厚を20nm以下とし、負の電圧を与える仕事関数差を持つ物質として、シリコン基板31と異なる導電型の半導体、例えば30nm程度の薄膜のp型ポリシリコンを用いて透明電極を形成することで、当該透明電極によって仕事関数差分の負電圧として−0.5V程度を得ることができるため、電圧源41の負電圧値を−2.5Vに低減することができる。   As an example, an insulating film 39, in this example, a silicon oxide film having a film thickness of 20 nm or less and a material having a work function difference that gives a negative voltage is a semiconductor having a conductivity type different from that of the silicon substrate 31, for example, a thin film of about 30 nm. By forming the transparent electrode using p-type polysilicon, the negative voltage of the voltage source 41 can be set to −2.5V because the transparent electrode can obtain about −0.5V as the negative voltage of the work function difference. Can be reduced.

また、絶縁膜39、即ちシリコン酸化膜の膜厚を数nm程度に薄膜化すれば、−0.5V程度の電圧でシリコン界面に正孔を貯めることができるので、電圧源41の負電圧値を0Vに低減することも可能である。このことは、電圧源41を用いなくて済むことを意味する。   Further, if the thickness of the insulating film 39, that is, the silicon oxide film is reduced to about several nanometers, holes can be stored at the silicon interface at a voltage of about -0.5V. Can be reduced to 0V. This means that the voltage source 41 need not be used.

ポリシリコンは青感度を低下させるので、その影響を最小限にするために、上述したようにポリシリコン(透明電極)を薄膜化することが好ましい。   Since polysilicon lowers the blue sensitivity, it is preferable to thin the polysilicon (transparent electrode) as described above in order to minimize the influence.

[第3実施の形態]
図4は、本発明の第3実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサ、特にその裏面受光型画素構造の主要部を示す断面図であり、図中、図3と同等部分には同一符号を付して示している。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main part of the back-illuminated CMOS image sensor according to the third embodiment of the present invention, particularly its back-side light receiving pixel structure. In FIG. A reference numeral is attached.

第3実施の形態に係る裏面受光型画素構造では、シリコン基板31の裏面上に絶縁膜39を設けるとともに、当該絶縁膜39にシリコン基板31のポテンシャルに対して逆極性の電圧、例えば−3V程度の電圧を印加することにより、基板裏面側シリコン界面に正孔を蓄積する構造を採る点については第1、第2実施の形態の場合と同じである。   In the back surface light receiving pixel structure according to the third embodiment, an insulating film 39 is provided on the back surface of the silicon substrate 31, and a voltage having a polarity opposite to the potential of the silicon substrate 31 is provided on the insulating film 39, for example, about -3V. This is the same as in the first and second embodiments in that a hole is accumulated at the silicon back surface side of the substrate by applying the above voltage.

第1、第2実施の形態の場合と異なる点は、半導体基板として真性半導体に近い高抵抗基板42を用いていることと、pウェル領域43が基板裏面に到達していないことである。また、図15に示した従来技術とは、電子注入防止膜205が正孔を通す膜であるのに対して、絶縁膜39は正孔を通さない膜である点で異なる。   The differences from the first and second embodiments are that a high-resistance substrate 42 close to an intrinsic semiconductor is used as a semiconductor substrate and that the p-well region 43 does not reach the back surface of the substrate. 15 differs from the prior art shown in FIG. 15 in that the electron injection preventing film 205 is a film that allows holes to pass therethrough, whereas the insulating film 39 is a film that does not pass holes.

フォトダイオード33は、p+層35と、n型領域34と、その下部の高抵抗基板領域42とからなる。かかる構成の裏面受光型画素構造において、高抵抗基板42の厚さが薄い場合は、フォトダイオード33のn型領域34から裏面にかけて空乏層が拡がるので、直近のフォトダイオードに大多数の電子を収集することができる。あるいは、混色のスペックが緩い場合は、高抵抗基板42の厚さを厚くすることができる。   The photodiode 33 includes a p + layer 35, an n-type region 34, and a high resistance substrate region 42 below the p + layer 35. In the backside light-receiving pixel structure having such a configuration, when the thickness of the high-resistance substrate 42 is thin, a depletion layer expands from the n-type region 34 to the backside of the photodiode 33, so that most electrons are collected in the nearest photodiode. can do. Alternatively, when the color mixing specification is loose, the thickness of the high resistance substrate 42 can be increased.

シリコン基板31の裏面上に絶縁膜39を設け、当該絶縁膜39にシリコン基板31のポテンシャルに対して負の電圧を印加することにより、基板裏面側シリコン界面に正孔を蓄積することに伴う作用効果は、第1、第2実施の形態の場合と同じである。   An effect of accumulating holes at the silicon back surface side silicon interface by providing an insulating film 39 on the back surface of the silicon substrate 31 and applying a negative voltage with respect to the potential of the silicon substrate 31 to the insulating film 39. The effect is the same as in the first and second embodiments.

次に、第3実施の形態に係る裏面受光型画素構造におけるpウェル領域43の望ましい形状について説明する。   Next, a desirable shape of the p-well region 43 in the backside light receiving pixel structure according to the third embodiment will be described.

pウェル領域43′の望ましい態様としては、図5に示すように、基板表面側の開口よりも基板裏面側の開口を大きくする。このように、pウェル領域43′が基板裏面に到達していない画素構造において、pウェル領域43′の基板裏面側の開口を大きくすることにより、高抵抗基板42で光電変換された光電子をn型領域34に収集し易くなるメリットがある。   As a desirable mode of the p-well region 43 ′, as shown in FIG. 5, the opening on the substrate back side is made larger than the opening on the substrate surface side. As described above, in the pixel structure in which the p-well region 43 ′ does not reach the back surface of the substrate, the opening on the back surface side of the p-well region 43 ′ is increased, so that the photoelectrons photoelectrically converted by the high-resistance substrate 42 are n There is an advantage that the mold region 34 is easily collected.

かかる形状のpウェル領域43′の作製方法としては、例えば、複数回のイオン注入で異なる深さにイオンを打ち分けて形成する際に、深い部分へのイオン注入を別のマスクを用いて別工程で形成する方法を用いることができる。   As a method for producing the p-well region 43 ′ having such a shape, for example, when ions are formed at different depths by a plurality of ion implantations, ion implantation into a deep portion is performed using another mask. A method of forming in a process can be used.

[第4実施の形態]
図6は、本発明の第4実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサの主要部、すなわち画素アレイ部、周辺回路部及びボンディング用のパッド部を示す断面図である。本実施の形態のCMOS型イメージセンサ50は、図6に示すように、第1導電型の半導体基板、例えばn型のシリコン基板54の画素アレイ部51において、光電変換素子となるフォトダイオード55(図2のフォトダイオード111に相当)と、p型ウェル領域56内の設けた複数のMOSトランジスタとから構成される画素60(図1の画素11に相当)が複数(多数)マトリックス状に2次元的な配列をもって形成されている。MOSトランジスタはシリコン基板54の表面側に形成され、図6ではMOSトランジスタとして、転送トランジスタ57(図2の転送トランジスタ112に相当)のみを示す。転送トランジスタ57は、フォトダイオード55をソースとし、FD部となるn型ソース・ドレイン領域58及びゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極59を有して形成されている。
[Fourth embodiment]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a main part of a back-illuminated CMOS image sensor according to the fourth embodiment of the present invention, that is, a pixel array part, a peripheral circuit part, and a bonding pad part. As shown in FIG. 6, the CMOS image sensor 50 of the present embodiment includes a photodiode 55 (a photoelectric conversion element) in a pixel array portion 51 of a first conductivity type semiconductor substrate, for example, an n-type silicon substrate 54. 2 (corresponding to the photodiode 111 in FIG. 2) and a plurality of MOS transistors provided in the p-type well region 56 (corresponding to the pixel 11 in FIG. 1) are two-dimensionally arranged in a matrix form. It is formed with a typical arrangement. The MOS transistor is formed on the surface side of the silicon substrate 54. FIG. 6 shows only the transfer transistor 57 (corresponding to the transfer transistor 112 in FIG. 2) as the MOS transistor. The transfer transistor 57 is formed with a photodiode 55 as a source, and an n-type source / drain region 58 to be an FD portion and a gate electrode 59 formed through a gate insulating film.

またシリコン基板54の周辺回路52では、CMOSトランジスタが形成されている。すなわち、p型ウェル領域56にn型のソース・ドレイン領域61、62とゲート絶縁膜を介して形成したゲート電極63とからなるnチャネルMOSトランジスタTrnが形成され、p型ウェル領域56内のn型ウェル領域65にp型のソース・ドレイン領域66、67とゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極68とからなるpチャネルMOSトランジスタTrpが形成される。   In the peripheral circuit 52 of the silicon substrate 54, a CMOS transistor is formed. That is, an n-channel MOS transistor Trn composed of n-type source / drain regions 61 and 62 and a gate electrode 63 formed through a gate insulating film is formed in the p-type well region 56. A p-channel MOS transistor Trp including p-type source / drain regions 66 and 67 and a gate electrode 68 formed through a gate insulating film is formed in the type well region 65.

フォトダイオード55を含む画素60が形成されたシリコン基板54の表面側に層間絶縁膜71を介して多層の配線72が形成された配線層73が形成されている。   A wiring layer 73 in which a multilayer wiring 72 is formed via an interlayer insulating film 71 is formed on the surface side of the silicon substrate 54 on which the pixel 60 including the photodiode 55 is formed.

一方、シリコン基板54の裏面側に、画素アレイ部51から周辺回路部52およびパッド部53を形成する周辺を含むほぼ全面にわたって、絶縁膜75を介して透明電極(例えばITO膜:インジウムとすずの酸化物)76が形成され、この透明電極6676上にフォトダイオード55に対応する部分を除いて遮光膜(遮光電極)となる金属膜、例えばAlSi膜77が形成される。この透明電極76と遮光膜となるAlSi膜77で2層構造の裏面電極78が形成される。更に裏面表面に保護用のパシベーション膜79が形成されている。シリコン基板54の裏面側の周辺部に一部パシベーション膜79が選択的に除去され、パシベーション膜79の開口80からAlSi膜77が露出したパッド部(いわゆるボンディングパッド部)53が形成される。このパッド部53には、前述したようにフォトダイオード55の信号電荷が電子の場合には、所要の負電圧が与えられる。   On the other hand, on the back surface side of the silicon substrate 54, a transparent electrode (for example, ITO film: indium and tin oxide) is formed through the insulating film 75 over almost the entire surface including the periphery where the peripheral circuit section 52 and the pad section 53 are formed. ) 76 is formed, and a metal film, for example, an AlSi film 77 to be a light shielding film (light shielding electrode) is formed on the transparent electrode 6676 except for a portion corresponding to the photodiode 55. A back electrode 78 having a two-layer structure is formed by the transparent electrode 76 and the AlSi film 77 serving as a light shielding film. Further, a protective passivation film 79 is formed on the back surface. A part of the passivation film 79 is selectively removed in the peripheral part on the back surface side of the silicon substrate 54, and a pad part (so-called bonding pad part) 53 in which the AlSi film 77 is exposed from the opening 80 of the passivation film 79 is formed. As described above, when the signal charge of the photodiode 55 is an electron, the pad portion 53 is given a required negative voltage.

裏面電極78の目的は、フォトダイオードの信号電荷が電子の場合には、画素アレイ部51の裏面電極に負電圧を与えて基板裏面の界面に暗電流の発生を抑制するためのキャリア(正孔)を誘起させることと、不要な部分を遮光することである。画素アレイ部分では、透明電極76は全面に存在するが、金属膜77は光電変換素子(フォトダイオード)6755の部分のみ開口が形成された格子状に形成されている。画素部の遮光部や周辺回路は、金属膜を含む裏面電極で覆われており、光が入射されないようになっている。   The purpose of the back surface electrode 78 is to apply a negative voltage to the back surface electrode of the pixel array portion 51 to suppress the generation of dark current at the interface on the back surface of the substrate when the signal charge of the photodiode is an electron. ) And shielding light from unnecessary portions. In the pixel array portion, the transparent electrode 76 exists on the entire surface, but the metal film 77 is formed in a lattice shape in which openings are formed only in the photoelectric conversion element (photodiode) 6755 portion. The light-shielding portion and the peripheral circuit of the pixel portion are covered with a back electrode including a metal film so that light does not enter.

パッド部53は、外界との物理的なインターフェイスをとる部分であり、検査時には、このパッド部53に検査装置の針を当てて電圧を与えたり、実装時にはこのパッド部にワイヤボンディングされる。   The pad portion 53 is a portion having a physical interface with the outside world, and a voltage is applied to the pad portion 53 by applying a needle of the inspection device to the pad portion 53 at the time of inspection, or wire bonding is performed to the pad portion at the time of mounting.

シリコン基板54は、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械研磨)にて研磨することにより、所要の厚さに形成されている。シリコン基板54の厚さとしては、可視光に対しては5μm〜10μm程度が好ましい。この厚さに設定することにより、可視光をフォトダイオード55で良好に光電変換できる。   The silicon substrate 54 is formed to have a required thickness by polishing, for example, by CMP (Chemical Mechanical Polishing). The thickness of the silicon substrate 54 is preferably about 5 μm to 10 μm for visible light. By setting the thickness, visible light can be favorably photoelectrically converted by the photodiode 55.

フォトダイオード55は、シリコン基板54による低濃度のn- 領域が光電変換領域となり、この光電変換した光電荷(本例では電子)を蓄積する濃度の高いn領域を有し、さらに基板表面側のシリコン界面にキャリア(本例では正孔)を蓄積するp+ 領域(いわゆるp+ アキュミュレーション層)を有する埋め込みダイオード(HAD:Hole Accumulated Diode)である。   The photodiode 55 has a low concentration n− region formed by the silicon substrate 54 as a photoelectric conversion region, and has a high concentration n region for accumulating the photoelectrically converted photocharges (electrons in this example). It is a buried diode (HAD: Hole Accumulated Diode) having a p + region (so-called p + accumulation layer) that accumulates carriers (holes in this example) at the silicon interface.

p型ウェル領域56は、配線72、具体的にはpウェル配線24(図2参照)を通して基準電位、例えばグランド(GND)電位が与えられる。画素60のリセットトランジスタ113、 増幅トランジスタ114、選択トランジスタ115(図2参照)は、p型ウェル領域56上に形成されている。   The p-type well region 56 is supplied with a reference potential, for example, a ground (GND) potential, through the wiring 72, specifically, the p-well wiring 24 (see FIG. 2). The reset transistor 113, amplification transistor 114, and selection transistor 115 (see FIG. 2) of the pixel 60 are formed on the p-type well region 56.

基板裏面上の絶縁膜75は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)の1層構造である。但し、絶縁膜75としては、シリコン酸化膜の1層構造に限られるものではなく、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の複数層構造であってもよい。この複数層構造を採るときは、各層の厚さを適切にとることによって、シリコン窒化膜による反射防止効果が得られ、入射光をより多く取り込むことができるため、感度を向上することができる。   The insulating film 75 on the back surface of the substrate has, for example, a one-layer structure of a silicon oxide film (SiO 2). However, the insulating film 75 is not limited to a single layer structure of a silicon oxide film, and may be a multi-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film, for example. When this multi-layer structure is adopted, the antireflection effect by the silicon nitride film can be obtained by appropriately taking the thickness of each layer, and more incident light can be taken in, so that the sensitivity can be improved.

パッド部53を通してAlSiによる遮光膜77および透明電極76に与えられる負電圧としては、例えば−3V程度とすることができる。   The negative voltage applied to the light shielding film 77 and the transparent electrode 76 made of AlSi through the pad portion 53 can be set to about -3V, for example.

上述したように、シリコン基板54の裏面上に絶縁膜75を設けると共に、絶縁膜5575上にフォトダイオード45の信号電荷と同極性の電圧、例えば−3V程度の負電圧を印加することにより、基板裏面側のシリコン界面に正孔が誘起され、このシリコン界面に正孔蓄積層(いわゆるp+ アキュミュレーション層)が存在していると等価となる。このとき、シリコン基板54と透明電極76とは絶縁膜75によって電気的に絶縁されているため、空乏化していないp型ウェル領域56内には基本的に電場は形成されない。そして、前述したように、この正孔が誘起したシリコン界面の作用により、暗電流の支配的な発生原因である、基板裏面側シリコン界面からの電子の発生が減少する。   As described above, the insulating film 75 is provided on the back surface of the silicon substrate 54, and a voltage having the same polarity as the signal charge of the photodiode 45, for example, a negative voltage of about −3 V, is applied on the insulating film 5575. It is equivalent if holes are induced at the silicon interface on the back side and a hole accumulation layer (so-called p + accumulation layer) exists at the silicon interface. At this time, since the silicon substrate 54 and the transparent electrode 76 are electrically insulated by the insulating film 75, basically no electric field is formed in the p-type well region 56 that is not depleted. As described above, due to the action of the silicon interface induced by the holes, generation of electrons from the silicon back surface side silicon interface, which is a dominant cause of dark current, is reduced.

裏面入射型であるので、画素アレイ部51を含めて主要部の回路は、シリコン基板54の表面側に形成されている。裏面側には透明電極76と遮光膜であるAlSi膜77からなる2層構造の裏面電極78が形成されており、その概略平面図が図7である。画素のフォトダイオードに相当する部分は、裏面電極78のうち少なくとも遮光膜であるAlSi膜77の開口77aを通して光が透過するようになっており、それ以外の部分では遮光を兼ねて覆っている。但し、暗時レベル検出用の遮光画素等ではAlSi膜77に開口は形成されない。AlSi膜77に電圧を与えるためのパッド部53は、前述のようにAlSi膜77上でパシベーション膜79をくりぬいて形成されている。図7の例では、表側の配線72のパッド部は表側に形成される。パッド部の形成としては、図8に示すように、裏面電極78のパッド部53を裏面側に形成すると共に、表側の配線用のパッド部89を、シリコン基板54を貫通して裏面側に導出するようにして形成することもできる。   Since it is a back-illuminated type, the main circuit including the pixel array unit 51 is formed on the surface side of the silicon substrate 54. A back electrode 78 having a two-layer structure made of a transparent electrode 76 and an AlSi film 77 as a light shielding film is formed on the back side, and a schematic plan view thereof is shown in FIG. The portion corresponding to the photodiode of the pixel is such that light is transmitted through at least the opening 77a of the AlSi film 77 as the light shielding film in the back surface electrode 78, and the other portions are also covered for light shielding. However, an opening is not formed in the AlSi film 77 in a light-shielding pixel or the like for dark level detection. The pad portion 53 for applying a voltage to the AlSi film 77 is formed by hollowing out the passivation film 79 on the AlSi film 77 as described above. In the example of FIG. 7, the pad portion of the front-side wiring 72 is formed on the front side. As shown in FIG. 8, the pad portion 53 of the back electrode 78 is formed on the back surface side, and the front-side wiring pad portion 89 is led through the silicon substrate 54 to the back surface side. It can also be formed as described above.

このように、図6の裏面入射型のCMOSイメージセンサ50は、基板裏面側のシリコン界面に正孔蓄積層と等価な構造を作ることができるため、基板裏面側界面からの暗電流の発生を低減できる。特に、従来技術のように、基板裏面側にイオン注入したり、濃度を濃くしたり、あるいは活性化のための熱処理を施したりする工程が不要となる。このため、製造工程も非常に簡単であるし、形成される正孔蓄積層の基板深さ方向の分布が非常に浅いため、青色の感度を最大限にとることができる。   As described above, the back-illuminated CMOS image sensor 50 of FIG. 6 can make a structure equivalent to the hole accumulation layer at the silicon interface on the back surface side of the substrate. Can be reduced. In particular, there is no need for a step of ion implantation, increasing the concentration, or performing heat treatment for activation as in the prior art. For this reason, the manufacturing process is also very simple, and the distribution of the hole accumulation layer formed in the substrate depth direction is very shallow, so that the blue sensitivity can be maximized.

上述の第4実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサ50は、基本形であるが、パッド部53に対して、検査装置の針を当てて検査したり、ワイヤボンディングした場合でも、絶縁膜75が破損して裏面電極(透明電極76と遮光膜となるAlSi膜77)とシリコン基板54とがショートしてリーク電流が発生することを確実に阻止する必要がある。   The back-illuminated CMOS image sensor 50 according to the above-described fourth embodiment is a basic type, but even when the pad portion 53 is inspected by applying a needle of an inspection device or wire-bonded, the insulating film It is necessary to surely prevent leakage current from being generated due to short circuit between the back electrode (the transparent electrode 76 and the AlSi film 77 serving as a light shielding film) and the silicon substrate 54 due to breakage of 75.

裏面電極78は電圧を与えるだけであり、定常電流は流れないはずであるが、リーク電流が流れる虞れがある場合には、これを確実に阻止する必要がある。リーク電流が流れると、基板電圧が不安定になったり、スタンバイ時でも電力を消費してしまう不具合が生じ、歩留りを落とすことになる。   The back electrode 78 only applies voltage, and a steady current should not flow. However, if there is a possibility that a leak current flows, it is necessary to reliably prevent this. When the leakage current flows, the substrate voltage becomes unstable, and a problem that power is consumed even during standby occurs, resulting in a decrease in yield.

このリーク電流の発生原因としては、基板裏面上の絶縁膜75の厚さが100nm程度かそれ以下であるため、パッド部53に何度も検査用の針を当てたり、ボッディングの仕方によっては、絶縁膜75が破壊され、裏面電極78とシリコン基板54が電気的にショートすることによると考えられる。しかし、絶縁膜75を厚くすると、裏面電極78に与える電圧を増加させなくてはならない。   The cause of this leakage current is that the thickness of the insulating film 75 on the back surface of the substrate is about 100 nm or less, so that an inspection needle is repeatedly applied to the pad portion 53, or depending on the manner of boarding, It is considered that the insulating film 75 is broken and the back electrode 78 and the silicon substrate 54 are electrically short-circuited. However, if the insulating film 75 is thickened, the voltage applied to the back electrode 78 must be increased.

次に、この点を改良し、裏面電極78に与える電圧を低レベルに抑えてパッド部でのリーク電流を阻止できるようにした実施の形態を示す。   Next, an embodiment in which this point is improved and the leakage current at the pad portion can be prevented by suppressing the voltage applied to the back surface electrode 78 to a low level will be described.

[第5実施の形態]
図9は、上記の改良に係る第5実施の形態の裏面入射型のCMOSイメージセンサの主要部(第4実施の形態と同様の部分)を示す断面図である。なお、図9において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態のCMOSイメージセンサ81は、前述と同様に第1導電型の半導体基板、例えばn型のシリコン基板54の画素アレイ部51の領域に光電変換素子となるフォトダイオード55と基板表面側の複数のMOSトランジスタ(図示では転送トランジスタ57のみを示す)とからなる画素60が複数(多数)マトリックス状に2次元的に配列形成され、基板表面上に多層配線層73が形成され、基板裏面上に絶縁膜75を介して透明電極(例えばITO膜)76と、遮光膜となる金属膜、例えばAlSi膜77とからなる2層構造の裏面電極78が形成されて成る。
[Fifth Embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the main part (the same part as the fourth embodiment) of the back-illuminated CMOS image sensor of the fifth embodiment according to the above improvement. In FIG. 9, parts corresponding to those in FIG. In the CMOS image sensor 81 of the present embodiment, a photodiode 55 serving as a photoelectric conversion element in the region of the pixel array portion 51 of the first conductivity type semiconductor substrate, for example, an n-type silicon substrate 54, and the substrate surface side are the same as described above. Of the plurality of MOS transistors (only the transfer transistor 57 is shown in the figure) are two-dimensionally arranged in a matrix form (multiple), and a multilayer wiring layer 73 is formed on the substrate surface. A back electrode 78 having a two-layer structure composed of a transparent electrode (for example, an ITO film) 76 and a metal film to be a light-shielding film, for example, an AlSi film 77, is formed thereon via an insulating film 75.

そして、本実施の形態においては、特に、透明電極76を画素アレイ部51の領域に限って形成し、透明電極76上を含む基板裏面側の全面に層間絶縁膜91を形成し、この層間絶縁膜91上に遮光膜となるAlSi膜77を形成する。AlSi膜77は、画素アレイ部51において、フォトダイオード55に対応する領域を除いて格子状に形成されている。そして、画素アレイ部51においては、層間絶縁膜91の複数箇所、好ましくはAlSi膜の各開口を挟む4か所に設けたコンタク部92を通じてAlSi膜77と透明電極76とを電気的に接続している。さらに、基板裏面の画素アレイ部51、周辺回路部52を含み、且つパッド部53を除く全面にパシベーション膜79が形成されている。ここで、層間絶縁膜91は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜などで形成することができる。パッド部53直下の層間絶縁膜91が、リーク電流阻止領域となる。絶縁膜75の膜厚t1は、シリコン基板54と透明電極76間の電気的な絶縁性を保つことができれば、出来るだけ薄くすることが好ましく、例えば60nm以下とすることができる。また、パッド部53直下の層間絶縁膜91の膜厚t2は、パッド部53に検査針を当ててもシリコン基板54との間の絶縁破壊が回避されリーク電流が発生しない程度の膜厚であればよい。例えば、パッド部53のAlSi膜77とシリコン基板54までの絶縁膜75と層間絶縁膜91の和の厚さt3は、例えば100nm以上、好ましくは150nm〜800nm程度とすることができる。t3の厚い側は、製造工程が容易であり、斜め入射光の集光も容易である範囲で決まっている。例えば、t3は数百nmとすることができる。それ以外の構成は、図6と同様である。   In this embodiment, in particular, the transparent electrode 76 is formed only in the region of the pixel array portion 51, and an interlayer insulating film 91 is formed on the entire surface of the back side of the substrate including the transparent electrode 76. An AlSi film 77 serving as a light shielding film is formed on the film 91. The AlSi film 77 is formed in a lattice shape in the pixel array unit 51 except for the region corresponding to the photodiode 55. In the pixel array unit 51, the AlSi film 77 and the transparent electrode 76 are electrically connected through a plurality of contact parts 92 provided at a plurality of positions of the interlayer insulating film 91, preferably at four positions sandwiching the openings of the AlSi film. ing. Further, a passivation film 79 is formed on the entire surface including the pixel array portion 51 and the peripheral circuit portion 52 on the back surface of the substrate, and excluding the pad portion 53. Here, the interlayer insulating film 91 can be formed of, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like. The interlayer insulating film 91 immediately below the pad portion 53 becomes a leakage current blocking region. The film thickness t1 of the insulating film 75 is preferably as thin as possible as long as electrical insulation between the silicon substrate 54 and the transparent electrode 76 can be maintained, and can be set to 60 nm or less, for example. Further, the film thickness t2 of the interlayer insulating film 91 immediately below the pad part 53 should be such that even if a test needle is applied to the pad part 53, dielectric breakdown with the silicon substrate 54 is avoided and no leakage current is generated. That's fine. For example, the total thickness t3 of the AlSi film 77 of the pad portion 53, the insulating film 75 up to the silicon substrate 54, and the interlayer insulating film 91 can be, for example, 100 nm or more, preferably about 150 nm to 800 nm. The thick side of t3 is determined in such a range that the manufacturing process is easy and the oblique incident light can be easily collected. For example, t3 can be several hundred nm. Other configurations are the same as those in FIG.

次に、図9の第5実施の形態に係るCMOSイメージセンサ81の製造方法を説明する。ここでは、製造工程のうち、本実施の形態に関連する基板裏面上の各膜75、76、77、91、79の部分の工程を示す。   Next, a manufacturing method of the CMOS image sensor 81 according to the fifth embodiment shown in FIG. 9 will be described. Here, of the manufacturing process, the process of each film 75, 76, 77, 91, 79 on the back surface of the substrate related to the present embodiment is shown.

先ず、シリコン基板54の裏面上の全面に裏面側の絶縁膜75、例えばシリコン酸化膜(SiO2)を、CVD方や低温酸化法により形成する。
次に、絶縁膜75上の全面に透明電極76、例えばITO膜をスパッタリング法により形成する。
次に、透明電極76を、ウェットエッチングにより選択的に除去して、画素アレイ部51のみに残す。
次に、透明電極76の特性を調整するためにアニールする。
次に、層間絶縁膜91を全面に形成する。例えば有機シラン(TEOS)を用いて低圧CVD法で形成したCVD酸化膜により層間絶縁膜91を形成する。
次に、画素アレイ部51の層間絶縁膜91にコンタクトホールを形成する。
次に、コンタクトホール内に導電体によるコンタクト部を埋め込む。
次に、全面に遮光膜となる金属膜、例えばAlSi膜77をスパッタリング法により形成する。
次に、AlSi膜77を選択エッチングして、画素アレイ部55においてそのフォトダイオード45に対応する部分に開口を形成する。
次に、全面にパシベーション膜79、例えばシリコン窒化膜(SiN)を形成する。
次に、パシベーション膜79を選択エッチングして、パッド部53に対応する部分に開口79aを形成してAlSi膜77を露出し、パッド部53を形成する。
First, an insulating film 75 on the back side, for example, a silicon oxide film (SiO 2) is formed on the entire back surface of the silicon substrate 54 by a CVD method or a low temperature oxidation method.
Next, a transparent electrode 76 such as an ITO film is formed on the entire surface of the insulating film 75 by sputtering.
Next, the transparent electrode 76 is selectively removed by wet etching, leaving only the pixel array portion 51.
Next, annealing is performed to adjust the characteristics of the transparent electrode 76.
Next, an interlayer insulating film 91 is formed on the entire surface. For example, the interlayer insulating film 91 is formed by a CVD oxide film formed by low-pressure CVD using organosilane (TEOS).
Next, contact holes are formed in the interlayer insulating film 91 of the pixel array unit 51.
Next, a contact portion made of a conductor is embedded in the contact hole.
Next, a metal film to be a light shielding film, for example, an AlSi film 77 is formed on the entire surface by sputtering.
Next, the AlSi film 77 is selectively etched to form an opening in a portion corresponding to the photodiode 45 in the pixel array portion 55.
Next, a passivation film 79 such as a silicon nitride film (SiN) is formed on the entire surface.
Next, the passivation film 79 is selectively etched to form an opening 79 a in a portion corresponding to the pad portion 53 to expose the AlSi film 77, thereby forming the pad portion 53.

コンタクト埋め込みについては、例えば図10に示すように、層間絶縁膜91のコンタクト孔91a内に通常のタングステン(W)層94を埋め込む方法を用いることができる。この場合、密着性とコンタクト抵抗を下げるための、バリアメタルとしてTi/TiN膜95をタングステン層94と透明電極76、AlSi層77および層間絶縁膜91との間に介挿することが好ましい。コンタクトホール91aのアスペクト比が小さいときは、コンタクト埋め込みの工程を省略し、図11に示すように、AlSi膜77をスパッタリング法によりコンタクトホール91a内に直接埋め込むようにして形成することが好ましい。この場合も、密着性とコンタクト抵抗を下げるために、バリアメタルとなるTi/TiN膜95を挟むことが好ましい。   As for contact embedding, for example, as shown in FIG. 10, a method of embedding a normal tungsten (W) layer 94 in the contact hole 91 a of the interlayer insulating film 91 can be used. In this case, it is preferable to insert a Ti / TiN film 95 as a barrier metal between the tungsten layer 94, the transparent electrode 76, the AlSi layer 77, and the interlayer insulating film 91 in order to reduce adhesion and contact resistance. When the aspect ratio of the contact hole 91a is small, it is preferable to omit the contact embedding step and form the AlSi film 77 directly embedded in the contact hole 91a by sputtering as shown in FIG. In this case as well, it is preferable to sandwich a Ti / TiN film 95 serving as a barrier metal in order to reduce adhesion and contact resistance.

透明電極(例えばITO膜)76は、前述の図6のようにほぼ全面に残してもよいが、本例では画素アレイ部51近傍のみに残す構成にしている。透明電極76がほぼ全面に有る場合には、そこに負電圧をかけると、画素アレイ部51以外の部分で寄生MOSトランジスタが働いて、例えば異電位のPウェル間でリークを起こしてしまうなどの不具合を起こすことがある。Si基板に近い側である透明電極76を画素アレイ部51とその近くのみに残し、周辺回路部分は層間膜91を介してSi基板の遠くからAlSi層77で遮光することで、上記寄生MOSトランジスタの導通を防止することができる。この場合、下層に透明電極76が有るところと無いところの境界で層間絶縁膜91上にも数十nm程度の段差が生じてAlSi層77のエッチングが難しくなると一般には考えられるが、段差が小さいことと、AlSi膜77のエッチングが厚い層間絶縁膜91上で行うので、オーバーエッチングを多くして加工することが可能になる。勿論、層間絶縁膜91の平坦化工程を入れてもよい。   The transparent electrode (for example, ITO film) 76 may be left almost on the entire surface as shown in FIG. 6 described above, but in this example, it is configured to remain only in the vicinity of the pixel array portion 51. When the transparent electrode 76 is almost on the entire surface, if a negative voltage is applied to the transparent electrode 76, a parasitic MOS transistor works in a portion other than the pixel array unit 51, causing a leak between P wells having different potentials, for example. May cause malfunctions. By leaving the transparent electrode 76 on the side close to the Si substrate only in the pixel array portion 51 and the vicinity thereof, the peripheral circuit portion is shielded by the AlSi layer 77 from a distance of the Si substrate through the interlayer film 91, thereby the parasitic MOS transistor. Can be prevented. In this case, it is generally considered that a step of about several tens of nanometers is formed on the interlayer insulating film 91 at the boundary between the presence and absence of the transparent electrode 76 in the lower layer, which makes etching of the AlSi layer 77 difficult, but the step is small. In addition, since the etching of the AlSi film 77 is performed on the thick interlayer insulating film 91, it is possible to process with a large amount of overetching. Of course, a step of planarizing the interlayer insulating film 91 may be included.

前述の図6では、透明電極76より外周に絶縁膜75が無いが、図9の第5実施の形態では、透明電極76の外周まで絶縁膜75が有る。図6の第4実施の形態では、AlSi膜77をエッチングするときに、オーバーエッチングで周辺の絶縁膜75も無くなるが、図9の第5実施の形態では厚い層間絶縁膜が存在するので、周辺の絶縁膜75をシリコン基板54までエッチングすることがない。因みに、透明電極76のエッチングは、ウェットエッチングにより絶縁膜75をほとんど削らずに選択エッチングが可能になる。   In FIG. 6 described above, there is no insulating film 75 on the outer periphery of the transparent electrode 76, but in the fifth embodiment of FIG. 9, the insulating film 75 is provided up to the outer periphery of the transparent electrode 76. In the fourth embodiment shown in FIG. 6, when the AlSi film 77 is etched, the peripheral insulating film 75 is also eliminated by overetching. However, in the fifth embodiment shown in FIG. The insulating film 75 is not etched up to the silicon substrate 54. Incidentally, the etching of the transparent electrode 76 enables selective etching with little etching of the insulating film 75 by wet etching.

裏面電極78の上方に色フィルタやオンチップレンズを形成しても良い。図9の第5実施の形態では、AlSi膜77の開口を1画素ごとに形成して、コンタクトを画素アレイ部51の1画素、1画素に形成する構成としたが、その他、例えば画素アレイ部51の全体をAlSi膜の開口として、画素アレイ部51の周囲でコンタクトをとる構成とするようにしても良い。   A color filter or an on-chip lens may be formed above the back electrode 78. In the fifth embodiment shown in FIG. 9, the opening of the AlSi film 77 is formed for each pixel, and the contact is formed for one pixel and one pixel of the pixel array unit 51. The whole 51 may be an opening of the AlSi film, and contact may be made around the pixel array unit 51.

第5実施の形態によれば、画素アレイ部51の絶縁膜75は薄く形成することができるので、画素55に対して低電圧で裏面電極78に裏面電圧を印加することができる。すなわち、基板裏面のシリコン界面に暗電流の発生を阻止できる程度の正孔を低電圧で誘起することができる。しかも、パッド部53の下には厚い層間絶縁膜91が存在するので、絶縁破壊から保護することができる。図9では示していないが、パッド部53の下の表面側に回路を作ることもできる。   According to the fifth embodiment, since the insulating film 75 of the pixel array unit 51 can be formed thin, the back surface voltage can be applied to the back surface electrode 78 at a low voltage with respect to the pixels 55. That is, holes that can prevent dark current from being generated at the silicon interface on the back surface of the substrate can be induced at a low voltage. In addition, since the thick interlayer insulating film 91 exists under the pad portion 53, it can be protected from dielectric breakdown. Although not shown in FIG. 9, a circuit can be formed on the lower surface side of the pad portion 53.

[第6実施の形態]
第5実施の形態では、AlSi膜77がシリコン基板54から離れた位置に形成されている。この場合、1画素ごとにAlSi膜77に開口77aを形成すると、層間絶縁膜91の厚み分だけシリコン基板54から離れるため、斜め光の開口77aでの蹴られが影響して、集光に不利となる。次に、この点を改良した第6実施の形態について説明する。
[Sixth Embodiment]
In the fifth embodiment, the AlSi film 77 is formed at a position away from the silicon substrate 54. In this case, if the opening 77a is formed in the AlSi film 77 for each pixel, it is separated from the silicon substrate 54 by the thickness of the interlayer insulating film 91. Therefore, the oblique light is kicked at the opening 77a, which is disadvantageous for light collection. It becomes. Next, a sixth embodiment in which this point is improved will be described.

図12は、第6実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサの主要部(第4実施の形態と同様の部分)を示す断面図である。なお、図12において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態のCMOSイメージセンサ82は、前述と同様に第1導電型の半導体基板、例えばn型のシリコン基板54の画素アレイ部51の領域に光電変換素子となるフォトダイオード55と基板表面側の複数のMOSトランジスタ(図示では転送トランジスタ57のみを示す)とからなる画素60が複数(多数)マトリックス状に2次元的に配列形成され、基板表面上に多層配線層73が形成され、基板裏面上に絶縁膜75を介して透明電極(例えばITO膜)75と遮光膜となる金属膜、例えばAlSi膜77とからなる2層構造の裏面電極78が形成されて成る。   FIG. 12 is a cross-sectional view showing the main part (the same part as the fourth embodiment) of a back-illuminated CMOS image sensor according to the sixth embodiment. In FIG. 12, parts corresponding to those in FIG. As described above, the CMOS image sensor 82 of the present embodiment includes a photodiode 55 serving as a photoelectric conversion element in the region of the pixel array portion 51 of the first conductivity type semiconductor substrate, for example, an n-type silicon substrate 54, and the substrate surface side. Of the plurality of MOS transistors (only the transfer transistor 57 is shown in the figure) are two-dimensionally arranged in a matrix form (multiple), and a multilayer wiring layer 73 is formed on the substrate surface. A back electrode 78 having a two-layer structure comprising a transparent electrode (for example, an ITO film) 75 and a metal film for forming a light shielding film, for example, an AlSi film 77, is formed thereon via an insulating film 75.

そして、本実施の形態においては、特に、透明電極76を基板裏面のほぼ全面にわたって形成すると共に、遮光膜となるAlSi膜77を画素アレイ部51に対応する領域のみに、しかも透明電極76に直接重ねて形成する。このAlSi膜77に1画素ごとの開口77aを形成する。次いで全面に層間絶縁膜91を形成し、層間絶縁膜91上の周辺回路部52およびパッド部53の領域のみに2層目の遮光膜となる例えばAlSi膜96を形成する。この2層目のAlSi膜96と1層目のAlSi膜77とを、画素アレイ部51の周囲でコンタクト部97を介して接続する。層間絶縁膜91は、絶縁膜75および透明電極76を囲う外周で基板裏面に接触するように形成されている。さらに、全面にパシベーション膜79を形成し、パシベーション膜79を選択エッチングしてパッド部53に対応する部分に開口79aを形成してAlSi膜96を露出し、パッド部53を形成する。パッド部53直下の層間絶縁膜91が、リーク電流阻止領域となる。その他の構成は、図9と同様である。   In this embodiment, in particular, the transparent electrode 76 is formed over almost the entire back surface of the substrate, and the AlSi film 77 serving as a light-shielding film is formed only in the region corresponding to the pixel array unit 51 and directly on the transparent electrode 76. Overlapping to form. An opening 77 a for each pixel is formed in the AlSi film 77. Next, an interlayer insulating film 91 is formed on the entire surface, and an AlSi film 96 serving as a second light-shielding film is formed only in the peripheral circuit portion 52 and the pad portion 53 on the interlayer insulating film 91. The second-layer AlSi film 96 and the first-layer AlSi film 77 are connected around the pixel array section 51 via the contact section 97. The interlayer insulating film 91 is formed so as to be in contact with the back surface of the substrate at the outer periphery surrounding the insulating film 75 and the transparent electrode 76. Further, a passivation film 79 is formed on the entire surface, and the passivation film 79 is selectively etched to form an opening 79 a in a portion corresponding to the pad portion 53 to expose the AlSi film 96, thereby forming the pad portion 53. The interlayer insulating film 91 immediately below the pad portion 53 becomes a leakage current blocking region. Other configurations are the same as those in FIG.

第6実施の形態によれば、画素アレイ部51では遮光膜となるAlSi膜77とシリコン基板54との間隔が図9の場合より小さくなるので、フォトダイオード55への集光が有利となる。その他、図9で説明したと同様に、裏面電極78に印加する裏面電圧を低レベルに抑えつつ、パッド部53における絶縁破壊を防止し、リーク電流の発生を阻止することができる。   According to the sixth embodiment, in the pixel array section 51, the distance between the AlSi film 77 serving as a light shielding film and the silicon substrate 54 is smaller than in the case of FIG. In addition, as described with reference to FIG. 9, the back surface voltage applied to the back surface electrode 78 can be suppressed to a low level, the dielectric breakdown in the pad portion 53 can be prevented, and the occurrence of leakage current can be prevented.

[第7実施の形態]
図13は、第7実施の形態に係る裏面入射型のCMOイメージセンサの要部(第4実施の形態と同様の部分)を示す断面図である。なお、図13において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態の裏面入射型のCMOSイメージセンサ83は、前述と同様に第1導電型の半導体基板、例えばn型のシリコン基板54の画素アレイ部51の領域に光電変換素子となるフォトダイオード55と基板表面側の複数のMOSトランジスタ(図示では転送トランジスタ57のみを示す)とからなる画素60が複数(多数)マトリックス状に2次元的に配列形成され、基板表面上に多層配線層73が形成され、基板裏面上に絶縁膜75を介して透明電極(例えばITO膜)76と遮光膜となる金属膜、例えばAlSi膜77とからなる2層構造の裏面電極78が形成されて成る。
[Seventh embodiment]
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the main part (the same part as the fourth embodiment) of the back-illuminated CMO image sensor according to the seventh embodiment. In FIG. 13, parts corresponding to those in FIG. The back-illuminated CMOS image sensor 83 according to the present embodiment has a photodiode 55 serving as a photoelectric conversion element in the region of the pixel array portion 51 of the first conductivity type semiconductor substrate, for example, the n-type silicon substrate 54, as described above. And a plurality of MOS transistors on the substrate surface side (only the transfer transistor 57 is shown in the figure) are two-dimensionally arranged in a matrix form (multiple), and a multilayer wiring layer 73 is formed on the substrate surface. Then, a back-surface electrode 78 having a two-layer structure made of a transparent electrode (for example, an ITO film) 76 and a metal film to be a light-shielding film, for example, an AlSi film 77, is formed on the back surface of the substrate via an insulating film 75.

そして、本実施の形態においては、透明電極76を基板裏面のほぼ全面にわたって形成すると共に、透明電極76上のパッド部53に対応する位置に限って、層間絶縁膜、すなわちクッションとなる層間絶縁膜91Aを形成する。この層間絶縁膜91A上に乗り上げるように画素アレイ部51および周辺回路部52を含むほぼ全面上に遮光膜となる金属膜、例えばAlSi膜77を形成する。さらに、全面にパシベーション膜79を形成し、パシベーション膜79を選択エッチングしてパッド部53に対応する部分に開口79aを形成してAlSi膜77を露出し、パッド部53を形成する。パッド部53直下の層間絶縁膜91Aが、リーク電流阻止領域となる。クッションとなる層間絶縁膜91Aは、透明電極76と絶縁膜75との間に形成するも考えられる。しかし、層間絶縁膜91Aは、前述と同様に100nm以上の厚さとするので、層間絶縁膜91Aの選択エッチング時のエッチングストッパの役割を果たす透明電極76上に設けることが好ましい。その他の構成は、図6と同様である。   In the present embodiment, the transparent electrode 76 is formed over substantially the entire back surface of the substrate, and the interlayer insulating film, that is, the interlayer insulating film serving as a cushion is limited to the position corresponding to the pad portion 53 on the transparent electrode 76. 91A is formed. A metal film, such as an AlSi film 77, which becomes a light shielding film is formed on almost the entire surface including the pixel array portion 51 and the peripheral circuit portion 52 so as to run on the interlayer insulating film 91A. Further, a passivation film 79 is formed on the entire surface, and the passivation film 79 is selectively etched to form an opening 79 a in a portion corresponding to the pad portion 53 to expose the AlSi film 77, thereby forming the pad portion 53. The interlayer insulating film 91A immediately below the pad portion 53 becomes a leakage current blocking region. The interlayer insulating film 91 </ b> A serving as a cushion may be formed between the transparent electrode 76 and the insulating film 75. However, since the interlayer insulating film 91A has a thickness of 100 nm or more as described above, it is preferable to provide the interlayer insulating film 91A on the transparent electrode 76 that serves as an etching stopper during selective etching of the interlayer insulating film 91A. Other configurations are the same as those in FIG.

第7実施の形態によれば、パッド部53の直下にのみクッションとなる層間絶縁膜91Aを形成するので、パッド部53はシリコン基板54との距離が遠くなる。一方、画素アレイ部51では透明電極76上に直に遮光膜であるAlSi膜77が形成されるので、フォトダイオード55への集光が有利となる。従って、第6実施の形態と同様に、フォトダイオードへの集光効率を上げると共に、裏面電極78に印加する裏面電圧を低レベルに抑えつつ、パッド部53における絶縁破壊を防止し、リーク電流の発生を阻止することができる。   According to the seventh embodiment, since the interlayer insulating film 91A serving as a cushion is formed just below the pad portion 53, the distance between the pad portion 53 and the silicon substrate 54 is increased. On the other hand, in the pixel array unit 51, the AlSi film 77, which is a light shielding film, is formed directly on the transparent electrode 76, so that the light condensing on the photodiode 55 is advantageous. Accordingly, as in the sixth embodiment, the light collection efficiency to the photodiode is increased, the back surface voltage applied to the back surface electrode 78 is suppressed to a low level, and the dielectric breakdown in the pad portion 53 is prevented, and the leakage current is reduced. Generation can be prevented.

ここでは、クッションとなる層間絶縁膜91Aの周囲に100nm以上の段差が生じるので、AlSi膜77の選択エッチングで段差部にエッチング残りが生じ易いが、クッションの層間絶縁膜91Aをパッド部53のみに形成して置けば、エッチング残りが生じても、他の配線とショートすることはない。または、AlSi膜77が層間絶縁膜91Aを覆うようにすれば、そもそも段差部のエッチング残りが発生しない。   Here, since a step of 100 nm or more is generated around the interlayer insulating film 91A serving as a cushion, an etching residue is likely to be generated in the stepped portion by selective etching of the AlSi film 77, but the interlayer insulating film 91A of the cushion is formed only on the pad portion 53. If they are formed, they will not be short-circuited with other wirings even if etching remains. Alternatively, if the AlSi film 77 covers the interlayer insulating film 91A, the etching residue at the step portion does not occur in the first place.

[第8実施の形態]
図14は、第8実施の形態に係る裏面入射型のCMOSイメージセンサの主要部(第4実施の形態と同様の部分)を示す断面図である。なお、図14において、図6と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。本実施の形態のCMOSイメージセンサ84は、基板裏面上の2層構造の裏面電極78が前述した図6と同様に構成される。すなわち、基板裏面上に絶縁膜75を介して透明電極(例えばITO膜)66、遮光膜となる例えばAlSi膜77が積層され、画素アレイ部51のフォトダイオード55に対応する部分に開口が形成される。そして、パッド部53を除いて全面にパシベーション膜79が形成される。
[Eighth Embodiment]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the main part (the same part as the fourth embodiment) of a back-illuminated CMOS image sensor according to the eighth embodiment. In FIG. 14, parts corresponding to those in FIG. In the CMOS image sensor 84 of the present embodiment, the back surface electrode 78 having a two-layer structure on the back surface of the substrate is configured in the same manner as in FIG. That is, a transparent electrode (for example, an ITO film) 66 and, for example, an AlSi film 77 to be a light shielding film are laminated on the back surface of the substrate via an insulating film 75, and an opening is formed in a portion corresponding to the photodiode 55 of the pixel array unit 51. The Then, a passivation film 79 is formed on the entire surface except for the pad portion 53.

本実施の形態においては、特に、パッド部53直下のシリコン基板54において、シリコン基板54の少なくとも基板裏面に接するように、電気的にフローティングまたは裏面電極78と同電位の半導体ウェル領域98を形成し、この半導体ウェル領域98を裏面電極78の電位に対して逆バイアスとなるようにされた逆導電型の半導体領域で囲んで構成される。図示では、半導体ウェル領域98として、n型のシリコン基板54と逆導電型のp型ウェル領域で形成される。このp型ウェル領域98は、シリコン基板54の裏面から表面にわたって形成されているが、基板表面に達することなく、基板裏面から基板厚み方向の途中まで形成された構成としても良い。半導体ウェル領域98がリーク電流阻止領域となる。その他の構成は、図6と同様である。   In the present embodiment, in particular, in the silicon substrate 54 immediately below the pad portion 53, a semiconductor well region 98 that is electrically floating or has the same potential as the back electrode 78 is formed so as to be in contact with at least the back surface of the silicon substrate 54. The semiconductor well region 98 is surrounded by a reverse conductivity type semiconductor region which is reverse-biased with respect to the potential of the back electrode 78. In the figure, the semiconductor well region 98 is formed of an n-type silicon substrate 54 and a p-type well region having a reverse conductivity type. The p-type well region 98 is formed from the back surface to the front surface of the silicon substrate 54. However, the p-type well region 98 may be formed from the back surface to the middle of the substrate thickness direction without reaching the substrate surface. The semiconductor well region 98 becomes a leakage current blocking region. Other configurations are the same as those in FIG.

第8実施の形態では、n型のシリコン基板54には電源電圧が印加され、裏面電極78には負電圧が印加される。従って、パッド部53下の絶縁膜75が破壊され、パッド部53とp型ウェル領域98とがショートしても、p型ウェル領域98に裏面電圧の負電圧が印加されるので、p型ウェル領域98とn型シリコン基板54で形成されるpn接合が逆バイアスされ、リーク電流はほとんど流れない。本質的には、絶縁膜75が破壊されてもパッド部53に短絡されたシリコン基板54側の領域が周囲と逆バイアスされてリーク電流が防止される構成とすることであるので、図14以外の基板導電型や半導体ウェル構造でも構わない。   In the eighth embodiment, a power supply voltage is applied to the n-type silicon substrate 54, and a negative voltage is applied to the back electrode 78. Accordingly, even if the insulating film 75 under the pad portion 53 is broken and the pad portion 53 and the p-type well region 98 are short-circuited, a negative voltage of the back surface voltage is applied to the p-type well region 98. The pn junction formed by the region 98 and the n-type silicon substrate 54 is reverse-biased, and almost no leakage current flows. Essentially, even if the insulating film 75 is destroyed, the region on the silicon substrate 54 side that is short-circuited to the pad portion 53 is reverse-biased with the surroundings to prevent leakage current. The substrate conductivity type or semiconductor well structure may be used.

第8実施の形態によれば、電気的にフローティングまたは逆バイアスされた半導体ウェル領域98を、パッド部53直下のシリコン基板54に設けることにより、絶縁膜75が破壊されてもリーク電流を阻止することができる。同時に、絶縁膜75の厚みを薄くできるので、裏面電極78に印加する電圧の低電圧化を図ることができる。   According to the eighth embodiment, the semiconductor well region 98 that is electrically floating or reverse-biased is provided in the silicon substrate 54 immediately below the pad portion 53, thereby preventing leakage current even if the insulating film 75 is broken. be able to. At the same time, since the thickness of the insulating film 75 can be reduced, the voltage applied to the back electrode 78 can be reduced.

上述した第5〜第8実施の形態によれば、裏面入射型のCMOSイメージセンサにおいて、裏面電極に印加する電圧を低いレベルに抑えたまま、パッド部における絶縁破壊を防止することができ、または絶縁破壊してもリーク電流を阻止することができる。   According to the fifth to eighth embodiments described above, in the back-illuminated CMOS image sensor, it is possible to prevent the dielectric breakdown in the pad portion while keeping the voltage applied to the back electrode at a low level, or Leakage current can be prevented even if dielectric breakdown occurs.

上例では、裏面電極78として、シリコン基板54の裏面ほぼ全面に透明電極76と遮光膜(遮光電極)77の2層構造としたが、それ以外の裏面電極構造の場合にも上述したパッド部下の構造を応用することができる。例えば周辺回路部52が全てデジタル回路で形成されて遮光が必要無い場合には、画素アレイ部51のみ遮光膜77を形成すれば良い。   In the above example, the back electrode 78 has a two-layer structure of the transparent electrode 76 and the light-shielding film (light-shielding electrode) 77 on almost the entire back surface of the silicon substrate 54. The structure of can be applied. For example, in the case where the peripheral circuit portion 52 is entirely formed of a digital circuit and does not require light shielding, the light shielding film 77 may be formed only in the pixel array portion 51.

上述の各実施例では、半導体基板としてn型の基板を用いるとしたが、p型の基板を用いて構成することも可能である。この場合、当然のことながら、各実施例において、n型とp、電子と正孔、電圧の極性は全て反対とすることができる。   In each of the above-described embodiments, an n-type substrate is used as the semiconductor substrate. However, a p-type substrate may be used. In this case, as a matter of course, in each embodiment, the polarity of n-type and p, electrons and holes, and voltage can be reversed.

本発明に係る固体撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどの撮像装置の撮像デバイスとして利用することができる他、カメラ付き携帯電話などの携帯機器の撮像デバイスとしても利用することができる。   The solid-state imaging device according to the present invention can be used as an imaging device for an imaging device such as a video camera or a digital still camera, and can also be used as an imaging device for a portable device such as a mobile phone with a camera.

10・・CMOSイメージセンサ、11・・画素、12・・画素アレイ部、13・・垂直駆動回路、14・・カラム信号処理回路、15・・水平駆動回路、16・・水平信号線、17・・出力回路、18・・制御回路、19・・垂直信号線、21・・転送線、22・・リセット線、23・・選択線、31・・シリコン基板、32・・n−型領域、33・・フォトダイオード、35・・p+層、36,43,43′・・pウェル領域、37・・配線層、39・・絶縁膜、40・・透明電極、41・・電圧源、42・・高抵抗基板、50、81、82、83、84・・CMOSイメージセンサ、51・・画素アレイ部、52・・周辺回路部、53・・パッド部、54・・半導体基板、55・・フォトダイオード、56・・p型半導体ウェル領域、57・・転送トランジスタ、60・・画素、65・・n型半導体ウェル領域、Trn・・nチャネルMOSトランジスタ、Trp・・pチャネルMOSトランジスタ、73・・配線層、75・・絶縁膜、76・・透明電極、77・・遮光膜(金属膜)、78・・裏面電極、79・・パシベーション膜、91、91A・・層間絶縁膜、92、97・・コンタクト部、96・・遮光膜、98・・p型半導体ウェル領域   10..CMOS image sensor, 11..pixel, 12..pixel array section, 13..vertical drive circuit, 14..column signal processing circuit, 15..horizontal drive circuit, 16..horizontal signal line, 17 .. -Output circuit, 18-Control circuit, 19-Vertical signal line, 21-Transfer line, 22-Reset line, 23-Selection line, 31-Silicon substrate, 32-n-type region, 33 ..Photodiode, 35..p + layer, 36, 43, 43 '.. p well region, 37..wiring layer, 39..insulating film, 40..transparent electrode, 41..voltage source, 42 .. High resistance substrate, 50, 81, 82, 83, 84... CMOS image sensor, 51... Pixel array part, 52 .. Peripheral circuit part, 53 .. Pad part, 54 .. Semiconductor substrate, 55. , 56... P-type semiconductor well region, 7 ..Transfer transistor, 60 ..pixel, 65 ..n-type semiconductor well region, Trn ..n channel MOS transistor, Trp ..p channel MOS transistor, 73 ..wiring layer, 75 ..insulating film, 76. .. Transparent electrode, 77 .. Light shielding film (metal film), 78.. Back electrode, 79 .. Passivation film, 91, 91 A.. Interlayer insulating film, 92, 97. ..P-type semiconductor well region

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面(基板表面)側に配線層を有し、前記配線層と反対側の第2面(基板裏面)側から光が入射される固体撮像装置であって、半導体基板内に形成された第1導電型の光電変換領域と、光電変換領域の周囲に、半導体基板の第1面側から第2面に到達するように形成された第2導電型の半導体ウェル領域と、半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、半導体基板内の第2面側の絶縁膜との界面に形成される正孔蓄積層とを備え、正孔蓄積層は、負の電圧を前記絶縁膜に印加することにより形成される。 A solid-state imaging device according to the present invention has a wiring layer on a first surface (substrate surface) side of a semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed, and a second surface (substrate back surface) opposite to the wiring layer. ) the solid-state imaging device in which light is incident from the side, the photoelectric conversion region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate, the periphery of the photoelectric conversion region, the second surface from the first surface side of the semiconductor substrate Formed at the interface of the second conductivity type semiconductor well region formed so as to reach the surface, the insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and the insulating film on the second surface side in the semiconductor substrate. The hole accumulation layer is formed by applying a negative voltage to the insulating film.

本発明固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置であって、半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、光電変換素子の信号電荷と同極性の電圧を絶縁膜に印加し、信号電荷と逆極性の電荷を半導体基板の第2面側に誘起する電圧印加手段とを備える。 The solid-state imaging device of the present invention has a wiring layer on the first surface side of the semiconductor substrate which pixels including photoelectric conversion elements are formed, the solid-state imaging device captures incident light from the second surface side opposite to the wiring layer And applying a voltage having the same polarity as the signal charge of the photoelectric conversion element to the insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and applying a charge opposite in polarity to the signal charge to the second of the semiconductor substrate. Voltage applying means for inducing on the surface side .

本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、配線層と反対側の第2面側から光が入射される固体撮像装置の駆動方法であって、負の電圧を前記半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜に印加することにより、半導体基板内の第2面側の絶縁膜との界面に正孔蓄積層を形成するThe driving method of the solid-state imaging device according to the present invention has a wiring layer on the first surface side of the semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed, and light is incident from the second surface side opposite to the wiring layer. A method for driving a solid-state imaging device, wherein a negative voltage is applied to an insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, thereby interfacing with the insulating film on the second surface side in the semiconductor substrate A hole accumulation layer is formed on the substrate .

本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板に光電変換素子を含む画素が形成され、半導体基板の裏面側から光が入射されるようになされ、裏面側に絶縁膜が形成され、少なくとも画素アレイ部では絶縁膜を介して裏面電極が形成され、裏面電極により負の電圧を絶縁膜に印加することにより半導体基板内の裏面側の絶縁膜との界面に正孔蓄積層が形成され、裏面電極のパッド部直下に、パッド部と半導体基板との間のリーク電流を阻止するリーク電流阻止領域が設けられている。 In the solid-state imaging device according to the present invention, a pixel including a photoelectric conversion element is formed on a semiconductor substrate, light is incident from the back side of the semiconductor substrate, an insulating film is formed on the back side, and at least a pixel array unit Then, a back surface electrode is formed through the insulating film, and a negative voltage is applied to the insulating film by the back surface electrode to form a hole accumulation layer at the interface with the insulating film on the back surface side in the semiconductor substrate. A leakage current blocking region for blocking leakage current between the pad portion and the semiconductor substrate is provided immediately below the pad portion.

Claims (18)

光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、前記配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置であって、
前記半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、
前記半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を前記絶縁膜に印加する電圧印加手段と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a wiring layer on a first surface side of a semiconductor substrate on which a pixel including a photoelectric conversion element is formed and taking incident light from a second surface side opposite to the wiring layer,
An insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate;
A solid-state imaging device comprising: voltage applying means for applying a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate to the insulating film.
光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、前記配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置であって、
前記半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜と、
前記光電変換素子の信号電荷と同極性の電圧を前記絶縁膜に印加し、信号電荷と逆極性の電荷を半導体基板の第2面側に誘起する電圧印加手段と
を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
A solid-state imaging device having a wiring layer on a first surface side of a semiconductor substrate on which a pixel including a photoelectric conversion element is formed and taking incident light from a second surface side opposite to the wiring layer,
An insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate;
Voltage applying means for applying a voltage having the same polarity as the signal charge of the photoelectric conversion element to the insulating film and inducing a charge having a polarity opposite to that of the signal charge to the second surface side of the semiconductor substrate. Solid-state imaging device.
前記電圧印加手段は、前記絶縁膜上に形成され、前記半導体基板内に入射光を取り込み可能な電極と、当該電極に前記電圧を与える電圧源とを有する
ことを特徴とする請求項1または2記載の固体撮像装置。
The voltage applying means includes an electrode formed on the insulating film and capable of taking incident light into the semiconductor substrate, and a voltage source for applying the voltage to the electrode. The solid-state imaging device described.
前記電極は透明電極である
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the electrode is a transparent electrode.
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記絶縁膜は、シリコン酸化膜の1層構造、またはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の2層構造である
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか記載の固体撮像装置。
The semiconductor substrate is a silicon substrate;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating film has a one-layer structure of a silicon oxide film or a two-layer structure of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
前記画素は、前記配線層を通して基準電位が与えられたウェル領域を有する
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the pixel has a well region to which a reference potential is applied through the wiring layer.
前記ウェル領域は、前記半導体基板の第2面に到達している
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
The solid state imaging device according to claim 6, wherein the well region reaches a second surface of the semiconductor substrate.
前記ウェル領域は、前記半導体基板の第2面に到達しておらず、第1面側の開口よりも第2面側の開口が大きい
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the well region does not reach the second surface of the semiconductor substrate, and the opening on the second surface side is larger than the opening on the first surface side.
前記光電変換素子は、前記配線層側の半導体界面にキャリアを蓄積する層を有する埋め込みダイオードである
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion element is a buried diode having a layer that accumulates carriers at a semiconductor interface on the wiring layer side.
前記光電変換素子は、前記半導体基板の第2面に到達して設けられた光電変換領域と、当該光電変換領域及び前記キャリアを蓄積する層に接合して設けられた光電荷を蓄積する領域とを有する
ことを特徴とする請求項9記載の固体撮像装置。
The photoelectric conversion element includes a photoelectric conversion region provided to reach the second surface of the semiconductor substrate, and a region for accumulating photoelectric charges provided by being bonded to the photoelectric conversion region and the layer for accumulating the carriers. The solid-state imaging device according to claim 9.
前記電圧印加手段は、前記絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜に対して前記電圧を与える仕事関数差を持つ物質の層である
ことを特徴とする請求項1〜10の何れか記載の固体撮像装置。
11. The solid according to claim 1, wherein the voltage applying unit is a layer of a material formed on the insulating film and having a work function difference that applies the voltage to the insulating film. Imaging device.
前記物質は、前記半導体基板と異なる導電型の半導体である
ことを特徴とする請求項11記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 11, wherein the substance is a semiconductor having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate.
光電変換素子を含む画素が形成された半導体基板の第1面側に配線層を有し、前記配線層と反対側の第2面側から入射光を取り込む固体撮像装置の駆動方法であって、
前記半導体基板のポテンシャルに対して逆極性の電圧を、前記半導体基板の第2面上に形成された絶縁膜に印加する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
A driving method of a solid-state imaging device having a wiring layer on a first surface side of a semiconductor substrate on which pixels including photoelectric conversion elements are formed and taking incident light from a second surface side opposite to the wiring layer,
A method for driving a solid-state imaging device, wherein a voltage having a polarity opposite to the potential of the semiconductor substrate is applied to an insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate.
半導体基板に光電変換素子を含む画素が形成され、
前記半導体基板の裏面側から入射光を取り込むようになされ、
前記裏面側に絶縁膜が形成され、
少なくとも画素アレイ部では前記絶縁膜を介して裏面電極が形成され、
前記裏面電極のパッド部直下に、パッド部と前記半導体基板との間のリーク電流を阻止するリーク電流阻止領域が設けられている
ことを特徴とする固体撮像装置。
A pixel including a photoelectric conversion element is formed on a semiconductor substrate,
Incident light is taken from the back side of the semiconductor substrate,
An insulating film is formed on the back surface;
At least in the pixel array portion, a back electrode is formed through the insulating film,
A solid-state imaging device, wherein a leakage current blocking region for blocking a leakage current between the pad portion and the semiconductor substrate is provided immediately below the pad portion of the back electrode.
前記裏面電極が層間絶縁膜で分離された2層構造を有し、
前記2層構造がコンタクト部で接続され、
前記裏面電極のパッド部直下の前記層間絶縁膜により前記リーク電流阻止領域が形成されている
ことを特徴とする請求項14記載の固体撮像装置。
The back electrode has a two-layer structure separated by an interlayer insulating film,
The two-layer structure is connected at a contact portion;
The solid-state imaging device according to claim 14, wherein the leakage current blocking region is formed by the interlayer insulating film immediately below the pad portion of the back electrode.
前記裏面電極が2層構造を有し、
前記裏面電極のパッド部に対応する前記2層構造に層間絶縁膜が介挿され、
前記層間絶縁膜により前記リーク電流阻止領域が形成されている
ことを特徴とする請求項14記載の固体撮像装置。
The back electrode has a two-layer structure;
An interlayer insulating film is interposed in the two-layer structure corresponding to the pad portion of the back electrode,
The solid-state imaging device according to claim 14, wherein the leakage current blocking region is formed by the interlayer insulating film.
前記パッド部直下の前記半導体基板の少なくとも裏面に接してフローティングまたは前記裏面電極と同電位の半導体ウェル領域が形成され、
前記半導体ウェル領域が、前記裏面電極の電位に対して逆バイアスとなる前記半導体ウェル領域と逆導電型の半導体領域で囲われて
前記半導体ウェル領域により前記リーク電流阻止領域が形成されている
ことを特徴とする請求項14記載の固体撮像装置。
A floating or semiconductor well region having the same potential as the back electrode is formed in contact with at least the back surface of the semiconductor substrate immediately below the pad portion,
The semiconductor well region is surrounded by a semiconductor region having a conductivity type opposite to that of the semiconductor well region which is reversely biased with respect to the potential of the back electrode, and the leakage current blocking region is formed by the semiconductor well region. The solid-state imaging device according to claim 14, characterized in that:
前記2層構造のうち、Si基板に近い側の層が、前記画素アレイ部近傍のみに形成されている
ことを特徴とする請求項15記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 15, wherein a layer closer to the Si substrate in the two-layer structure is formed only in the vicinity of the pixel array unit.
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