JP2012231026A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】1つの実施形態は、例えば、斜め入射光に対する隣接画素間の混色を抑えることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】1つの実施形態によれば、光電変換部を備えた固体撮像装置が提供される。光電変換部は、半導体領域と、第2導電型の半導体膜とを有する。半導体領域は、半導体基板内に設けられている。半導体領域は、第2の導電型の第1の領域と、第1の導電型の第2の領域とを有する。第2の領域は、第1の領域上に設けられている。第1の導電型は、第2導電型と異なる。半導体膜は、半導体領域上に設けられている。半導体膜の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板の材料の可視光に対する吸収係数より高い。半導体膜の厚さは、半導体領域の厚さよりも小である。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
現在、イメージセンサーに用いられるフォトダイオードは、SiでのPN接合ダイオードが主流であり、リーク特性や作りやすさという点でSiにはメリットがある。一方、近年、画素の微細化が進むとともに、斜め入射光に対する隣接画素間の混色によるノイズ劣化は深刻な問題になりつつある。この混色を抑えるためには、フォトダイオードを薄くする必要がある。
しかしながら、従来のSiで形成したフォトダイオードでは、可視光領域の特に長波長側の赤色の光吸収の侵入長を考慮して、フォトダイオードの接合深さが3μm〜4μm程度の厚さを確保しなければならない。このため、斜め入射光に対する隣接画素間の混色を抑えることが困難である。
特開平8−107232号公報 特開2007−27686号公報
1つの実施形態は、例えば、斜め入射光に対する隣接画素間の混色を抑えることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
1つの実施形態によれば、光電変換部を備えた固体撮像装置が提供される。光電変換部は、半導体領域と、第2導電型の半導体膜とを有する。半導体領域は、半導体基板内に設けられている。半導体領域は、第2の導電型の第1の領域と、第1の導電型の第2の領域とを有する。第2の領域は、第1の領域上に設けられている。第1の導電型は、第2導電型と異なる。半導体膜は、半導体領域上に設けられている。半導体膜の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板の材料の可視光に対する吸収係数より高い。半導体膜の厚さは、半導体領域の厚さよりも小である。
第1の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第1の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第1の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第1の実施形態における光電変換部の構成を示す図。 第1の実施形態による効果を説明するための図。 第2の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第2の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第3の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 第3の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 第4の実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 比較例にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 他の比較例における光電変換部の構成を示す図。 光の波長と吸収係数・侵入長との関係を示す図。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
第1の実施形態にかかる固体撮像装置100について図1を用いて説明する。図1は、固体撮像装置100における1画素分の断面構成を示す図である。
固体撮像装置100では、複数の画素が1次元的に又は2次元的に配列されている。以下では、画素P1について例示的に説明する。
固体撮像装置100の画素P1は、光電変換部10、ゲート電極20、及びフローティングディフュージョン30を備える。
光電変換部10は、半導体基板SB内に設けられた半導体領域11と、半導体基板SB上に設けられた第2導電型(例えば、P型)の半導体膜12とを有している。半導体領域11は、第2導電型(例えば、P型)の第1の領域11aと、第1導電型(例えば、N型)の第2の領域11bとを有する。第1導電型は、第2導電型の反対導電型である。光電変換部10は、例えば、フォトダイオードである。
半導体領域11は、半導体基板SB内に配されている。第1の領域11aは、第2導電型(例えば、P型)の不純物を低い濃度で含む第1の半導体で形成されている。P型の不純物は、例えば、ボロンである。第2の領域11bは、例えば、第1導電型(例えば、N型)の不純物を、第1の領域11aにおける第2導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む第1の半導体で形成されている。N型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
半導体膜12は、半導体基板SB上で半導体領域11を覆っている。半導体膜12は、例えば、第2導電型(例えば、P型)の不純物を、第1の領域11aにおける第2導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む第2の半導体で形成されている。
光電変換部10は、導かれた光に対してPN接合領域で光電変換を行い、光の応じた電荷を発生させて例えば半導体領域11に蓄積する。
ゲート電極20は、半導体基板SB上における光電変換部10に隣接した位置に配されている。ゲート電極20は、光電変換部10における半導体領域11及びフローティングディフュージョン30とともに転送トランジスタを構成している。この転送トランジスタは、アクティブレベルの制御信号がゲート電極20に供給された際にオンすることにより、光電変換部10(における例えば半導体領域11)に蓄積された電荷をフローティングディフュージョン30へ転送する。
フローティングディフュージョン30は、半導体基板SBのウエル領域内に配されている。フローティングディフュージョン30は、第1導電型(例えば、N型)の不純物を、ウエル領域における第2導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む第1の半導体で形成されている。フローティングディフュージョン30は、転送トランジスタにより転送された電荷を電圧に変換する。図示しない増幅トランジスタは、その変換された電圧に応じた信号を信号線へ出力する。
ここで、半導体膜12の材料である第2の半導体は、半導体基板SBの材料である第1の半導体よりも可視光に対する吸収係数が高い材料である。すなわち、半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数より高い。
例えば、半導体基板SBは、Siを主成分とする材料で形成され、半導体膜12は、Si1−xGe(0<x≦1)を主成分とする材料で形成されている。例えば、半導体基板SBの材料としてSiを選択し半導体膜12の材料としてSi1−xGe(0<x<1)を選択すれば、半導体膜12の吸収係数が図13に破線で示すSiの吸収係数と実線で示すGeの吸収係数との間の値になると予想されることから、半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数より高くなる。あるいは、例えば、半導体基板SBの材料としてSiを選択し半導体膜12の材料としてGeを選択すれば、図13に破線で示すSiの吸収係数に比べて実線で示すGeの吸収係数が大きいことから、半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数よりさらに高くなる。
半導体基板SBの材料としてSiを選択し半導体膜12の材料としてGe又はSi1−xGe(0<x≦1)を選択した場合、要求を満たす光電変換効率を確保しながら、例えば半導体膜12の厚さD12を約0.1μm〜0.5μmとし第2の領域11bの深さD11を約1.0μmとし光電変換部10全体の厚さD10を1.5μm以下(約1.1μm〜1.5μm程度)にすることができる。これは、Ge又はSi1−xGe(0<x<1)の吸収係数がSiよりも大きく光の吸収深さも0.1μm以下程度で、可視光領域(波長400nm〜700nm)における長波長光(例えば、赤色光)は吸収できるためである(図13参照)。また、Siは光の吸収深さが1.0μm以下程度で可視光領域(波長400nm〜700nm)における短中波長光(例えば、青色光、緑色光)を吸収できるためである(図13参照)。
また、半導体基板SBの材料としてSiを主成分とする材料を選択し半導体膜12の材料としてSi1−xGe(0<x≦1)を主成分とする材料を選択した場合、光電変換部10は、図4(a)に示すような不純物プロファイルを有する。すなわち、第2導電型(例えば、P型)の半導体膜12に主として含まれる第2導電型の不純物の不純物プロファイルPF12と、第1導電型(例えば、N型)の第2の領域11bに主として含まれる第1導電型の不純物の不純物プロファイルPF11とは、2点差線で示す半導体膜12と第2の領域11bとの界面14よりも第2の領域11bの側で交差する。これにより、光電変換部10は、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14よりも第2の領域11bの側に、破線で示すPN接合界面13を有する。
さらに、第2導電型の不純物の不純物プロファイルPF12は、半導体膜12の表面近傍にシャープなピークを有し、第2の領域11bとの界面14に近づくに従って急激に不純物濃度が小さくなっている。このとき、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14における第2導電型の不純物濃度は、1×1017/cm以下になっていることが好ましい。
仮に、図12(a)に示すように、半導体膜912と第2の領域911bとの界面914における第2導電型の不純物濃度が1×1017/cmより大きいと、エネルギーバンド構造において半導体膜912と第2の領域911bとの界面近傍に図12(b)に示すような突起状のエネルギー障壁915がEc(伝導帯)バンド側で生じる傾向にある。このエネルギー障壁915は、半導体膜912と半導体領域911との界面近傍における光電変換により発生した電子正孔対の分離を妨げ、電子正孔対を再結合させてしまう可能性が高い。これにより、電荷(電子)の収集効率すなわち量子効率が劣化する傾向にある。
次に、固体撮像装置100の製造方法について図2及び図3を用いて説明する。図2(a)〜(c)、図3(a)〜(c)は、固体撮像装置100の製造方法を示す工程断面図である。以下では、半導体基板SBを、Siを主成分とする材料で形成し、半導体膜12を、Si1−xGe(0<x≦1)を主成分とする材料で形成する場合について例示的に説明する。
図2(a)に示す工程では、第1の領域11aを含む半導体基板SBi上にCMOSプロセスで素子分離領域やトランジスタ用のゲート電極20を形成する。ゲート電極20は、例えばポリシリコンで形成する。そして、第2の領域11bを形成すべき領域に開口パターンOP1を有するレジストパターンRP1を半導体基板SBi及びゲート電極20の上に形成する。そして、イオン注入法などにより、レジストパターンRP1をマスクとして、半導体基板SBiに第1導電型の不純物(例えば、N型の不純物としてのリン又は砒素)を導入し、活性化アニールを行う。これにより、半導体基板SBiの第1の領域11aを残すとともに第1の領域11aの上に第2の領域11bを形成する。この際のイオン注入等による第2の領域11bの深さは1μm程度にする。これはSi領域で青、緑色は吸収できるようにしておくためである。
図2(b)に示す工程では、半導体膜12を選択成長させるマスクとなるべきマスク層40iを堆積する。このマスク層40iの材料は、絶縁物系であればよく、例えばSiOやSiNなどである。
図2(c)に示す工程では、第2の領域11bに対応した領域に開口パターンOP2を有するレジストパターンRP2をマスク層40iの上に形成する。レジストパターンRP2をマスクとして、RIEなどを用いたドライエッチング法などによりマスク層40iをエッチング加工する。これにより、マスク層40に開口41を形成する。その後、レジストパターンRP2を除去し、マスク層40の開口41により露出された半導体領域11の表面をフッ酸などで洗浄する。
図3(a)に示す工程では、エピタキシャル法などにより、第2の領域11bの表面におけるマスク層40の開口41により露出された領域から、半導体膜12iを成長させる。半導体膜12iの成長膜厚は、例えば、約0.1μm〜0.5μmとする。
ここで、例えば半導体膜12iの材料としてSi1−xGe(0<x<1)を選択する場合、Si系のガス(例えば、シランガス)と、Ge系のガスとの混合ガスを用いる。このとき、形成すべきSi1−xGe(0<x<1)の組成比に応じてSi系のガスとGe系のガスとの流量比を調整する。また、例えば半導体膜12iの材料としてGeを選択する場合、Ge系のガスを用いる。
図3(b)に示す工程では、ウェットエッチング法などにより、マスク層40を除去する。そして、半導体膜12iに対応した領域に開口パターンOP3を有するレジストパターンRP3を半導体基板SBi及びゲート電極20の上に形成する。そして、イオン注入法などにより、レジストパターンRP3をマスクとして、半導体膜12iに第2導電型の不純物(例えば、P型の不純物としてのボロン)を導入し、活性化アニールを行う。これにより、第2導電型の半導体膜12を形成する。
このとき、イオン注入及び活性化アニールの各条件は、半導体膜12と第2の領域11bとの界面における第2導電型の不純物濃度が1×1017/cm以下になるように調整される。すなわち、図4(a)に示すような半導体膜12の表面近傍にシャープなピークを有する不純物プロファイルPF12が得られるように、低加速のイオン注入及び短時間の熱処理を行う。例えば、イオン注入において、加速電圧を2kV〜10kVとし、ドーズ量を1×1014以下とする。また、例えば、活性化アニールをRTA法により行い、半導体膜12の材料としてSi1−xGe(0<x<1)を選択する場合、1000℃で10秒以下の熱処理を行う。あるいは、半導体膜12の材料としてGeを選択する場合、850℃で10秒以下の熱処理を行う。
図3(c)に示す工程では、フローティングディフュージョン30等の拡散層領域(N+)を形成する。
このようにして、固体撮像装置100を製造することができる。
なお、その他、図面には省略しているが必要なインプラは適宜行っておく。ただし、光電変換部10が薄くできるので、画素間分離用の半導体領域などの必要なインプラ数を減らすことができる。
また、上記のマスク層は、SiOやSiNを組み合わせた積層タイプを用い、適宜エッチング加工処理することでマスクとなる開口を形成するものであってもよい。
また、光電変換部10の形成とゲート電極20やフローティングディフュージョン30等のトランジスタ領域の形成とは、適宜順番を入れ替えても問題なく、上記の実施形態には勿論限るものではない。
ここで、仮に、図11に示すように、光電変換部810が、半導体基板SB800より可視光に対する吸収係数の高い材料で形成された半導体膜12(図1参照)を有しない場合について考える。この場合、光電変換部810は、光電変換を行うための半導体領域811として、半導体基板SB800内の表面側に配された第1導電型の第2の領域811bと、半導体基板SB800内の第2の領域811bより裏面側に配された第2導電型の第1の領域811aとを有する。このとき、可視光領域の特に長波長側の赤色の光吸収の侵入長を考慮して、第2の領域811bの接合深さD811を3μm〜4μm程度にしなければならない。このため、例えば図5(b)に示すように、画素P801の隣接画素P802に入射した斜め入射光L801は、隣接画素P802の第2の領域811bを通過して画素P801の第2の領域811bまで到達するので、斜め入射光による画素P801、P802間の混色が発生しやすい。すなわち、斜め入射光に対する隣接画素間の混色を抑えることが困難である。
それに対して、第1の実施形態では、半導体膜12が、半導体基板SB上で第2の領域11bを覆っている。半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数より高い。これにより、要求を満たす光電変換効率を確保しながら、第2の領域11bの深さを浅くすることができる。例えば、半導体基板SBの材料としてSiを選択し半導体膜12の材料としてGe又はSi1−xGe(0<x<1)を選択した場合、要求を満たす光電変換効率を確保しながら、例えば半導体膜12の厚さD12を約0.1μm〜0.5μmとし第2の領域11bの深さD11を約1.0μmとし光電変換部10全体の厚さD10を1.5μm以下(約1.1μm〜1.5μm程度)、すなわち上記の第2の領域811の接合深さD811の半分以下にすることができる。これにより、例えば図5(a)に示すように、画素P1の隣接画素P2に入射した斜め入射光L1は、隣接画素P2の第2の領域11bを通過しても画素P1の第2の領域11まで到達しにくいので、斜め入射光による画素P1、P2間の混色が発生しにくい。すなわち、斜め入射光に対する隣接画素間の混色を抑えることができる。
また、電荷を蓄積すべき第2の領域11bの深さD11を浅くできるので、第2の領域11bに蓄積された電荷の隣接画素へのリークを低減するための画素間分離用の半導体領域も浅くて済むようになる。すなわち、画素間分離用の半導体領域を形成するためのイオン注入の回数を低減できるため、固体撮像装置100の製造コストを低減できる。
また、第1の実施形態では、光電変換部10が、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14よりも第2の領域11bの側にPN接合界面13を有する(図4(a)参照)。これにより、光電変換により発生した電荷が半導体基板SB表面のダングリングボンドによりトラップされにくく、暗電流を低減できる。
あるいは、仮に、図12(a)に示すように、半導体膜912と半導体領域911との界面914における第2導電型の不純物濃度が1×1017/cmより大きい場合について考える。すなわち、図12(a)に示された第1導電型の不純物プロファイルPF911と第2導電型の不純物プロファイルPF912のうち第2導電型の不純物プロファイルPF912に着目すると、界面914における第2導電型の不純物濃度が例えば約1×1019/cmになっている。この場合、光電変換部のエネルギーバンド構造において、半導体膜912と半導体領域911との界面近傍に図12(b)に示すような突起状のエネルギー障壁915がEc(伝導帯)バンド側で生じる傾向にある。このエネルギー障壁915は、半導体膜912と半導体領域911との界面近傍における光電変換により発生した電子正孔対の分離を妨げ、電子正孔対を再結合させてしまう可能性が高い。これにより、電荷(電子)の収集効率すなわち量子効率が劣化する傾向にある。
それに対して、第1の実施形態では、半導体基板SBの材料としてSiを主成分とする材料を選択し半導体膜12の材料としてSi1−xGe(0<x≦1)を主成分とする材料を選択した場合、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14における第2導電型の不純物濃度は、1×1017/cm以下になっている。すなわち、図4(a)に示された第1導電型の不純物プロファイルPF11と第2導電型の不純物プロファイルPF12のうち第2導電型の不純物プロファイルPF12に着目すると、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14における第2導電型の不純物濃度が例えば約1×1016/cmになっている。これにより、図4(b)に示すように、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14近傍におけるエネルギー密度を下げて突起状のエネルギー障壁915(図12(b)参照)が生じないようにすることができる。これにより、半導体膜12と第2の領域11bとの界面14近傍における光電変換により発生した電子正孔対の分離が容易であり、量子効率の劣化を抑制できる。
なお、第1の実施形態では、第1導電型がN型であり第2導電型がP型である場合を例示的に説明したが、第1導電型がP型であり第2導電型がN型であってもよい。
また、半導体基板SBは、Geを主成分とする材料で形成され、半導体膜12は、Ge1−y(InGaAs)(0<y≦1)を主成分とする材料で形成されていてもよい。例えば、半導体基板SBの材料としてGeを選択し半導体膜12の材料としてGe1−y(InGaAs)(0<y<1)を選択すれば、その吸収係数が図13に実線で示すGeの吸収係数と1点差線で示すInGaAsの吸収係数との間の値になると予想されることから、半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数より高くなる。あるいは、例えば、半導体基板SBの材料としてGeを選択し半導体膜12の材料としてInGaAsを選択すれば、図13に実線で示すGeの吸収係数に比べて1点差線で示すInGaAsの吸収係数が大きいことから、半導体膜12の材料の可視光に対する吸収係数は、半導体基板SBの材料の可視光に対する吸収係数よりさらに高くなる。
また、固体撮像装置100の製造方法では、図3(b)に示す工程において、図4(a)に示すような半導体膜12の表面近傍にシャープなピークを有する不純物プロファイルPF12が得られるように、プラズマを用いて第2導電型の不純物を半導体膜12に導入するプラズマドーピングを行ってもよい。
あるいは、図3(b)に示す工程に不純物の導入を行う代わりに、図3(a)に示す工程においてin−situで第2導電型の不純物を半導体膜12iに導入しながら半導体膜12iを成長させてもよい。例えば半導体膜12iの材料としてSi1−xGe(0<x<1)を選択する場合、Si系のガス(例えば、シランガス)と、Ge系のガスと、第1導電型の不純物をin−situで導入するためのガスとの混合ガスを用いてエピタキシャル成長を行う。このとき、形成すべきSi1−xGe(0<x<1)の組成比に応じてSi系のガスとGe系のガスとの流量比を調整する。また、例えば半導体膜12iの材料としてGeを選択する場合、Ge系のガスと、第1導電型の不純物をin−situで導入するためのガスとの混合ガスを用いてエピタキシャル成長を行う。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態にかかる固体撮像装置200について図6を用いて説明する。以下では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第2の実施形態は、固体撮像装置200の画素P201の光電変換部210における半導体膜212が半導体領域211の表面に埋め込まれている点で第1の実施形態と異なる。このとき、第2の領域211bの深さD211を、半導体膜212の厚さD212を含むものとすることができる。例えば、第1の領域211a及び第2の領域211bを含む半導体基板SB200の材料としてSiを選択し半導体膜212の材料としてGe又はSi1−xGe(0<x≦1)を選択した場合、要求を満たす光電変換効率を確保しながら、例えば半導体膜212の厚さD212を約0.1μm〜0.5μmとし第2の領域211bの深さD211を約1.0μmとし光電変換部210全体の厚さD210を1.0μm程度にすることができる。
また、固体撮像装置200の製造方法が図7(a)、(b)に示すように第1の実施形態と異なる。
図7(a)に示す工程は、図2(c)に示す工程の後に行われる。この工程では、レジストパターンRP2をマスクとして、RIEなどを用いたリセスエッチングなどにより、半導体基板SB200jにおける第1の領域211a上の第2の領域211bのエッチング加工を行う。これにより、第2の領域211bの表面に凹部211b1を形成する。その後、レジストパターンRP2を除去し、露出された半導体領域211の凹部211b1の側面及び底面をフッ酸などで洗浄する。このとき、凹部211b1の深さは、成長させるべき半導体膜212の膜厚に応じて例えば約0.1μm〜0.5μmとする。
図7(b)に示す工程では、エピタキシャル法などにより、半導体領域211におけるマスク層40の開口41により露出された凹部211b1から、半導体膜212を成長させる。半導体膜212の成長膜厚は、例えば、約0.1μm〜0.5μmとする。
その後、図3(b)、(c)と同様の工程の処理を行う。
以上のように、第2の実施形態では、半導体膜212の厚さD212を半導体領域211の深さD211に含めることができるので、光電変換部210全体の厚さD210をさらに薄くすることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態にかかる固体撮像装置300について図8を用いて説明する。以下では、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第3の実施形態は、固体撮像装置300の画素P301の光電変換部310における半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が半導体基板SB300の裏面SB300bの一部を形成している点で第1の実施形態と異なる。すなわち、半導体領域311は、第1の領域11a(図1参照)を有さず、半導体基板SB300の表面SB300a及び裏面SB300bの両側で露出されている。言い換えると、半導体基板SB300が薄板化されており、半導体基板SB300の厚さが半導体領域311の第2の領域311bの厚さD311にまで薄くなっている。これにより、光電変換部310全体の厚さD310を半導体領域311の第2の領域311bの厚さD311にまで薄くすることができる。
また、固体撮像装置300の製造方法が図9(a)〜(c)に示すように第1の実施形態と異なる。
図9(a)に示す工程では、下地領域360に埋め込み酸化層350及びアクティブ領域340が順に積層されたSOI基板を半導体基板SB300iとして用意する。そして、図2(a)に示す工程と同様の処理を行う。
図9(b)に示す工程では、図2(b)〜図3(c)に示す工程と同様の処理を行う。
図9(c)に示す工程では、半導体基板(SOI基板)SB300iの裏面を埋め込み酸化層350が除去されるまで研磨する。これにより、半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が露出され、半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が半導体基板SB300の裏面SB300bの一部を形成するようになる。
以上のように、第3の実施形態では、半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が半導体基板SB300の裏面SB300bの一部を形成している。すなわち、半導体基板SB300が半導体領域311の第2の領域311bの厚さD311にまで薄板化されているので、固体撮像装置300を裏面照射型のイメージセンサに適用することが容易である。また、半導体基板SB300が半導体領域311の第2の領域311bの厚さD311にまで薄板化されているので、薄型のカメラモジュールに実装することが容易である。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態にかかる固体撮像装置400について図10を用いて説明する。以下では、第3の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
第4の実施形態は、固体撮像装置400の画素P401の光電変換部310における半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が半導体基板SB400における埋め込み酸化層450に接している点で第3の実施形態と異なる。すなわち、半導体基板SB400は、アクティブ領域340が配された表面SB400aと、埋め込み酸化層450が露出された裏面SB400bとを有する。また、このような構造は、図9(c)に示す工程において、埋め込み酸化層350を除去せずに、埋め込み酸化層350が露出されるまで研磨することで得ることができる。
このように、第4の実施形態でも、半導体領域311の第2の領域311bの下面311b1が埋め込み酸化層450を介した半導体基板SB400の裏面側に露出されているので、固体撮像装置400を裏面照射型のイメージセンサに適用することが容易である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
10、210、810 光電変換部、11、211、311、811、911 半導体領域、12、212、912 半導体膜、13 PN接合界面、14、914 界面、20 ゲート電極、30 フローティングディフュージョン、40 マスク層、41 開口、100、200、300、400 固体撮像装置、340 アクティブ領域、350、450 埋め込み酸化層、360 下地領域、812 半導体領域、915 エネルギー障壁、SB、SBi、SB200、SB200j、SB300、SB300i、SB 400 半導体基板。

Claims (5)

  1. 半導体基板内に設けられ第2の導電型の第1の領域と前記第1の領域上に設けられ前記第2導電型と異なる第1の導電型の第2の領域とを有する半導体領域と、前記半導体領域上に設けられた第2導電型の半導体膜とを有する光電変換部を備え、
    前記半導体膜の材料の可視光に対する吸収係数は、前記半導体基板の材料の可視光に対する吸収係数より高く、
    前記半導体膜の厚さは、前記半導体領域の厚さよりも小である
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 半導体基板内に設けられた半導体領域と、前記半導体領域上に設けられた半導体膜とを有し、第1の導電型と前記第1導電型と異なる第2の導電型との接合界面を有する光電変換部を備え、
    前記半導体膜の材料の可視光に対する吸収係数は、前記半導体基板の材料の可視光に対する吸収係数より高く、
    前記半導体膜の厚さは、前記半導体領域の厚さよりも小である
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  3. 前記半導体基板は、Siを主成分とする材料で形成され、
    前記半導体膜は、Si1−xGe(0<x≦1)を主成分とする材料で形成され、
    前記半導体膜と前記半導体領域との界面における前記第2導電型の不純物濃度は、1×1017/cm以下である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
  4. 前記半導体領域の下面は、前記半導体基板の裏面の一部を形成している
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記半導体基板は、アクティブ領域が配された表面と埋め込み酸化層が露出された裏面とを有し、
    前記半導体領域は、前記アクティブ領域内に配されており、
    前記半導体領域下面は、前記埋め込み酸化層に接している
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104517976B (zh) * 2013-09-30 2018-03-30 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 Cmos图像传感器的像素结构及其形成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001345436A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Sharp Corp 回路内蔵受光素子
JP2001345439A (ja) * 2000-03-28 2001-12-14 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP2006032497A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Sony Corp 固体撮像素子と固体撮像装置、固体撮像素子の製造方法
JP2007027686A (ja) * 2005-07-11 2007-02-01 Magnachip Semiconductor Ltd イメージセンサ及びその製造方法
WO2008010292A1 (fr) * 2006-07-21 2008-01-24 Renesas Technology Corp. Dispositif de conversion photoélectrique et dispositif d'imagerie
JP2008305994A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2010258157A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2701754B2 (ja) 1994-10-03 1998-01-21 日本電気株式会社 シリコン受光素子の製造方法
TW415103B (en) * 1998-03-02 2000-12-11 Ibm Si/SiGe optoelectronic integrated circuits
WO2000077861A1 (en) * 1999-06-14 2000-12-21 Augusto Carlos J R P Stacked wavelength-selective opto-electronic device
GB2367945B (en) * 2000-08-16 2004-10-20 Secr Defence Photodetector circuit
JP4376516B2 (ja) * 2000-10-19 2009-12-02 クォンタム セミコンダクター リミテッド ライアビリティ カンパニー Cmosと一体化されたヘテロ接合ホトダイオードの製造方法
US20030116762A1 (en) * 2001-12-20 2003-06-26 Industrial Technology Research Single-chip structure of silicon germanium photodetector and high-speed transistor
DE60322233D1 (de) * 2002-09-19 2008-08-28 Quantum Semiconductor Llc Licht-detektierende vorrichtung
US6897082B2 (en) * 2003-06-16 2005-05-24 Micron Technology, Inc. Method of forming well for CMOS imager
US7335958B2 (en) * 2003-06-25 2008-02-26 Micron Technology, Inc. Tailoring gate work-function in image sensors
US7164182B2 (en) * 2003-07-07 2007-01-16 Micron Technology, Inc. Pixel with strained silicon layer for improving carrier mobility and blue response in imagers
US7129488B2 (en) * 2003-12-23 2006-10-31 Sharp Laboratories Of America, Inc. Surface-normal optical path structure for infrared photodetection
KR100657143B1 (ko) 2005-07-11 2006-12-13 매그나칩 반도체 유한회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20080070340A1 (en) 2006-09-14 2008-03-20 Nicholas Francis Borrelli Image sensor using thin-film SOI
JP5232981B2 (ja) * 2008-03-07 2013-07-10 日本電気株式会社 SiGeフォトダイオード
US7732845B2 (en) * 2008-04-08 2010-06-08 International Business Machines Corporation Pixel sensor with reduced image lag
JP2012191097A (ja) * 2011-03-14 2012-10-04 Toshiba Corp 固体撮像装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001345439A (ja) * 2000-03-28 2001-12-14 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP2001345436A (ja) * 2000-05-30 2001-12-14 Sharp Corp 回路内蔵受光素子
JP2006032497A (ja) * 2004-07-13 2006-02-02 Sony Corp 固体撮像素子と固体撮像装置、固体撮像素子の製造方法
JP2007027686A (ja) * 2005-07-11 2007-02-01 Magnachip Semiconductor Ltd イメージセンサ及びその製造方法
WO2008010292A1 (fr) * 2006-07-21 2008-01-24 Renesas Technology Corp. Dispositif de conversion photoélectrique et dispositif d'imagerie
JP2008305994A (ja) * 2007-06-07 2008-12-18 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法
JP2010258157A (ja) * 2009-04-23 2010-11-11 Panasonic Corp 固体撮像装置およびその製造方法

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