JP2013084786A - Solid-state imaging element and electronic equipment - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element capable of suppressing optical interference.SOLUTION: A solid-state imaging element 30 is configured to have a semiconductor base substance 31, and a first semiconductor layer 32 formed on a first principal surface of the semiconductor base substance 31 and containing Ge. The solid-state imaging element 30 also has a transfer transistor Tr1 formed on a second principal surface of the semiconductor base substance 31, and a photodiode 33 formed in a region including the first semiconductor layer 32.

Description

本技術は、固体撮像素子、及び、電子機器に係わる。特に、Ge含有半導体層を備える固体撮像素子、及び、電子機器に係わる。   The present technology relates to a solid-state imaging device and an electronic device. In particular, the present invention relates to a solid-state imaging device including a Ge-containing semiconductor layer and an electronic device.

Siを基板としたイメージセンサ、特に裏面照射型イメージセンサは、受光部側に回路部の配線層が無い構造から、表面照射型によりも感度が向上する。このような裏面照射型の固体撮像素子においては、隣接する画素間での干渉、特に隣接画素への侵入光による混色の低下が求められている。混色を抑制する方法として、画素間に遮光層を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   An image sensor using Si as a substrate, particularly a back-illuminated image sensor, has a structure in which the wiring layer of the circuit part is not provided on the light-receiving part side, and therefore, the sensitivity is improved compared to the front-illuminated type. In such a back-illuminated solid-state imaging device, there is a demand for a reduction in color mixture due to interference between adjacent pixels, in particular, light entering the adjacent pixels. As a method of suppressing color mixing, a method of forming a light shielding layer between pixels has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2010−186818号公報JP 2010-186818 A

上述の固体撮像素子においては、隣接する画素間での干渉、特に入射光が隣接画素へ侵入する光学的干渉、例えば光学混色の低下が求められている。   In the above-described solid-state imaging device, there is a demand for interference between adjacent pixels, in particular, optical interference in which incident light enters the adjacent pixels, for example, reduction in optical color mixing.

本技術においては、光学的な干渉を抑制することが可能な固体撮像素子、及び、電子機器を提供するものである。   The present technology provides a solid-state imaging device and an electronic device that can suppress optical interference.

本技術の固体撮像素子は、半導体基体と、半導体基体の第1主面上に形成された、Geを含む第1半導体層とを備える。そして、半導体基体の第2主面に形成された転送トランジスタと、第1半導体層を含む領域に形成されたフォトダイオードとを備える。
また、本技術の電子機器は、上記固体撮像素子と、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。
The solid-state imaging device according to the present technology includes a semiconductor substrate and a first semiconductor layer containing Ge formed on the first main surface of the semiconductor substrate. A transfer transistor formed on the second main surface of the semiconductor substrate and a photodiode formed in a region including the first semiconductor layer are provided.
Moreover, the electronic device of this technique has the said solid-state image sensor and the signal processing circuit which processes the output signal of a solid-state image sensor.

上述の固体撮像素子によれば、Geを含む第1半導体層を備えることにより、第1半導体層での入射光の吸収が大きくなる。このため、第1半導体層を通過して隣接する画素へ再入射する光の量を減少させることができる。この結果、固体撮像素子の光学的干渉を抑制することができる。そして、この固体撮像素子を用いることにより、光学的特性に優れた電気機器を構成することができる。   According to the above-described solid-state imaging device, by including the first semiconductor layer containing Ge, absorption of incident light in the first semiconductor layer is increased. For this reason, the amount of light that passes through the first semiconductor layer and re-enters the adjacent pixel can be reduced. As a result, optical interference of the solid-state image sensor can be suppressed. And by using this solid-state image sensor, it is possible to configure an electric device having excellent optical characteristics.

本技術によれば、光学的干渉を抑制することが可能な固体撮像素子、及び、電子機器を提供することができる。   According to the present technology, it is possible to provide a solid-state imaging device and an electronic apparatus that can suppress optical interference.

第1実施形態の固体撮像素子の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the solid-state image sensor of 1st Embodiment. 第1実施形態の固体撮像素子の画素部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pixel part of the solid-state image sensor of 1st Embodiment. Si基板における光吸収割合を示すグラフである。It is a graph which shows the light absorption ratio in Si substrate. Si0.9Ge0.1半導体層における光吸収割合を示すグラフである。Is a graph showing the light absorption rate in the Si 0.9 Ge 0.1 semiconductor layer. Si0.8Ge0.2半導体層における光吸収割合を示すグラフである。Is a graph showing the light absorption rate in the Si 0.8 Ge 0.2 semiconductor layer. Si0.7Ge0.3半導体層における光吸収割合を示すグラフである。Is a graph showing the light absorption rate in the Si 0.7 Ge 0.3 semiconductor layer. Si0.6Ge0.4半導体層における光吸収割合を示すグラフである。Is a graph showing the light absorption rate in the Si 0.6 Ge 0.4 semiconductor layer. Si.05Ge0.5半導体層における光吸収割合を示すグラフである。Si . Is a graph showing the light absorption rate in the 05 Ge 0.5 semiconductor layer. 各組成の半導体層の光吸収係数と入射光波長との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the light absorption coefficient of the semiconductor layer of each composition, and incident light wavelength. 実施例で用いた固体撮像素子の画素部の各構成の寸法を示す図である。It is a figure which shows the dimension of each structure of the pixel part of the solid-state image sensor used in the Example. 各波長の入射光深さと入射光強度を示すグラフである。It is a graph which shows the incident light depth and incident light intensity of each wavelength. 第2実施形態の固体撮像素子の画素部の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the pixel part of the solid-state image sensor of 2nd Embodiment. 電子機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an electronic device.

以下、本技術を実施するための最良の形態の例を説明するが、本技術は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.固体撮像素子の第1実施形態
2.固体撮像素子の第2実施形態
3.電子機器
Hereinafter, examples of the best mode for carrying out the present technology will be described, but the present technology is not limited to the following examples.
The description will be given in the following order.
1. 1. First embodiment of solid-state imaging device 2. Second embodiment of solid-state imaging device Electronics

〈1.固体撮像素子の第1実施形態〉
[固体撮像素子の構成例:概略構成図]
以下、本実施形態の固体撮像素子の具体的な実施の形態について説明する。
図1に、裏面照射型の固体撮像素子の一例として、三次元構造のMOS(Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像素子の概略構成図を示す。図1に示す固体撮像素子10は、光電変換部が配列形成されたセンサ基板11と、このセンサ基板11に対して積層させた状態で貼り合わされた回路基板21とを備えている。
<1. First Embodiment of Solid-State Image Sensor>
[Configuration example of solid-state imaging device: schematic configuration diagram]
Hereinafter, specific embodiments of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a three-dimensional MOS (Metal Oxide Semiconductor) type solid-state image pickup device as an example of a back-illuminated solid-state image pickup device. A solid-state imaging device 10 illustrated in FIG. 1 includes a sensor substrate 11 on which photoelectric conversion units are arranged and a circuit substrate 21 that is bonded to the sensor substrate 11 in a stacked state.

センサ基板11は、一方の面を受光面Aとし、光電変換部を含む複数の画素13が受光面Aに対して2次元的に配列された画素領域14を備えている。画素領域14には、複数の画素駆動線15が行方向に配線され、複数の垂直信号線16が列方向に配線されており、1つの画素13が1本の画素駆動線15と1本の垂直信号線16とに接続される状態で配置されている。これらの各画素13には、光電変換部と、電荷蓄積部と、複数のトランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)および容量素子等で構成された画素回路とが設けられている。尚、画素回路の一部は、受光面Aとは反対側の表面側に設けられている。また複数の画素で画素回路の一部を共有していても良い。   The sensor substrate 11 includes a pixel region 14 in which one surface is a light receiving surface A and a plurality of pixels 13 including a photoelectric conversion unit are two-dimensionally arranged with respect to the light receiving surface A. In the pixel region 14, a plurality of pixel drive lines 15 are wired in the row direction, a plurality of vertical signal lines 16 are wired in the column direction, and one pixel 13 includes one pixel drive line 15 and one pixel drive line 15. They are arranged in a state of being connected to the vertical signal line 16. Each of these pixels 13 is provided with a photoelectric conversion unit, a charge storage unit, and a pixel circuit composed of a plurality of transistors (so-called MOS transistors) and a capacitor element. A part of the pixel circuit is provided on the surface side opposite to the light receiving surface A. A part of the pixel circuit may be shared by a plurality of pixels.

またセンサ基板11は、画素領域14の外側に周辺領域17を備えている。この周辺領域17には、電極パッドを含む配線18が設けられている。この配線18は、必要に応じてセンサ基板11に設けられた画素駆動線15、垂直信号線16、および画素回路、さらには回路基板21に設けられた駆動回路に接続されている。   The sensor substrate 11 includes a peripheral region 17 outside the pixel region 14. In the peripheral region 17, a wiring 18 including an electrode pad is provided. The wiring 18 is connected to the pixel drive line 15 and the vertical signal line 16 provided on the sensor substrate 11 and the pixel circuit, and further to the drive circuit provided on the circuit board 21 as necessary.

回路基板21は、センサ基板11側に向かう一面側に、センサ基板11に設けられた各画素13を駆動するための垂直駆動回路22、カラム信号処理回路23、水平駆動回路24、およびシステム制御回路25などの駆動回路を備えている。これらの駆動回路は、センサ基板11側の配線18に接続されている。尚、センサ基板11の表面側に設けられた画素回路も、駆動回路の一部である。   The circuit board 21 has a vertical drive circuit 22, a column signal processing circuit 23, a horizontal drive circuit 24, and a system control circuit for driving each pixel 13 provided on the sensor board 11 on one side facing the sensor board 11 side. 25 etc. are provided. These drive circuits are connected to the wiring 18 on the sensor substrate 11 side. Note that the pixel circuit provided on the front surface side of the sensor substrate 11 is also a part of the drive circuit.

[固体撮像素子の構成例:画素部]
次に、図2に、本実施形態の固体撮像素子の1画素を構成する要部の断面図を示す。
図2に示す固体撮像素子30は、半導体基体31と、半導体基体31上に形成された第1半導体層32とを備える。第1半導体層32は、半導体基体31の第1主面(固体撮像素子30の受光面)側に形成されている。
第1半導体層32の半導体基体31と反対側の面は、固体撮像素子30の光の入射面である。以降の説明では、上記光の入射面を第1半導体層32の第1主面とし、半導体基体31と接する面を第1半導体層32の第2主面とする。また、上記光の入射面を固体撮像素子30の裏面とし、半導体基体31の第2主面側を固体撮像素子30の表面とする。
[Configuration Example of Solid-State Image Sensor: Pixel Unit]
Next, FIG. 2 shows a cross-sectional view of a main part constituting one pixel of the solid-state imaging device of the present embodiment.
A solid-state imaging device 30 shown in FIG. 2 includes a semiconductor substrate 31 and a first semiconductor layer 32 formed on the semiconductor substrate 31. The first semiconductor layer 32 is formed on the first main surface (light receiving surface of the solid-state imaging device 30) side of the semiconductor substrate 31.
The surface of the first semiconductor layer 32 opposite to the semiconductor substrate 31 is a light incident surface of the solid-state imaging device 30. In the following description, the light incident surface is the first main surface of the first semiconductor layer 32, and the surface in contact with the semiconductor substrate 31 is the second main surface of the first semiconductor layer 32. The light incident surface is the back surface of the solid-state image sensor 30, and the second main surface side of the semiconductor substrate 31 is the surface of the solid-state image sensor 30.

半導体基体31は、一般的に固体撮像素子の製造に用いられる、例えばシリコン基板等を用いられる。
第1半導体層32は、Geを含む半導体層である。Geを含む半導体層としては、エピタキシャル成長により形成されたSiGe混晶、又は、Ge単体の半導体層を用いる。SiGe混晶を用いる場合には、組成式Si(1−x)Ge(x)の組成比xが0以外の組成、特に、xが0.05以上1.0未満である組成を用いる。
As the semiconductor substrate 31, for example, a silicon substrate or the like that is generally used for manufacturing a solid-state imaging device is used.
The first semiconductor layer 32 is a semiconductor layer containing Ge. As the semiconductor layer containing Ge, a SiGe mixed crystal formed by epitaxial growth or a Ge single semiconductor layer is used. In the case of using a SiGe mixed crystal, a composition in which the composition ratio x of the composition formula Si (1-x) Ge (x) is other than 0, particularly a composition in which x is 0.05 or more and less than 1.0 is used.

第1半導体層32の第1主面の表面から、半導体基体31の第2主面側まで、フォトダイオード(PD)33が形成されている。PD33は、第1半導体層32の第1主面の表面と、半導体基体31の第2主面側の表面とに、第1導電型(p型)半導体領域を有する。そして、このp型半導体領域の間に、第1半導体層32から半導体基体31まで連続して形成された第2導電型(n型)半導体領域を有する。また、PD33と隣接する画素のPD33Aとの間には、第1導電型(p型)半導体領域からなる画素分離部を備える。   A photodiode (PD) 33 is formed from the surface of the first main surface of the first semiconductor layer 32 to the second main surface side of the semiconductor substrate 31. The PD 33 has a first conductivity type (p-type) semiconductor region on the surface of the first main surface of the first semiconductor layer 32 and the surface on the second main surface side of the semiconductor substrate 31. Between the p-type semiconductor regions, there is a second conductivity type (n-type) semiconductor region formed continuously from the first semiconductor layer 32 to the semiconductor substrate 31. In addition, a pixel separation unit including a first conductivity type (p-type) semiconductor region is provided between the PD 33 and the PD 33A of the adjacent pixel.

また、半導体基体31の第2主面上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極34が形成されている。そして、半導体基体31の表面側において、ゲート電極34を介してPD33と対になる位置に、フローティングディフュージョン(FD)35が形成されている。これにより、ゲート電極34、及び、PD33とFD35とをソース・ドレインとする転送トランジスタTr1が形成される。   A gate electrode 34 is formed on the second main surface of the semiconductor substrate 31 via a gate insulating film. A floating diffusion (FD) 35 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 31 at a position where it is paired with the PD 33 via the gate electrode 34. As a result, the gate electrode 34 and the transfer transistor Tr1 using the PD 33 and the FD 35 as the source / drain are formed.

半導体基体31の第2主面上には、固体撮像素子30の多層配線層36が形成されている。多層配線層36は、複数積層された層間絶縁層と導体層とからなる。第1半導体層32の第1主面上には、画素間を遮光するための遮光膜37を備える。この遮光膜37の開口部からPD33に光が入射する。遮光膜37上には、カラーフィルタ38やマイクロレンズ39等の各種光学部品が搭載されている。   On the second main surface of the semiconductor substrate 31, a multilayer wiring layer 36 of the solid-state imaging device 30 is formed. The multilayer wiring layer 36 includes a plurality of laminated interlayer insulating layers and conductor layers. On the first main surface of the first semiconductor layer 32, a light shielding film 37 for shielding light between pixels is provided. Light enters the PD 33 from the opening of the light shielding film 37. Various optical components such as a color filter 38 and a micro lens 39 are mounted on the light shielding film 37.

上述の構成の固体撮像素子30では、固体撮像素子30の受光面側に、Geを含む半導体層が形成されている。そして、トランジスタTr1等からなる回路部が半導体基体31の第2主面に形成されている。
Geはバンドギャップが0.66eVである。また、一般的に固体撮像素子の受光部を構成するSiのバンドギャップは、1.11eVである。つまり、Geのバンドギャップは、Siよりも小さい。このため、Geを含む第1半導体層32に形成されているPD33は、Si基板内に形成される場合よりも、光吸収係数が全波長領域において大きくなる。
In the solid-state imaging device 30 having the above-described configuration, a Ge-containing semiconductor layer is formed on the light-receiving surface side of the solid-state imaging device 30. A circuit portion including the transistor Tr1 and the like is formed on the second main surface of the semiconductor substrate 31.
Ge has a band gap of 0.66 eV. In general, the band gap of Si constituting the light receiving unit of the solid-state imaging device is 1.11 eV. That is, the band gap of Ge is smaller than Si. For this reason, the PD 33 formed in the first semiconductor layer 32 containing Ge has a larger light absorption coefficient in the entire wavelength region than that formed in the Si substrate.

Geを含む半導体層の光吸収係数について説明する。
Si単体基板と、組成式Si(1−x)Ge(x)の組成比xを変化させた組成の半導体層について、入射光の吸収の様子を表すグラフを図3〜8に示す。
図3に、Si単体からなる基板において、基板の深さに対する光吸収割合のグラフを示す。また、図4〜図8に、Si(1−x)Ge(x)の組成の半導体層において、Geの比率xを、0.1〜0.5まで0.1ずつ大きくした半導体層の光吸収割合のグラフを示す。
図4はSi0.9Ge0.1の組成の半導体層における光吸収割合のグラフである。図5はSi0.8Ge0.2、図6はSi0.7Ge0.3、図7はSi0.6Ge0.4、図8はSi.05Ge0.5の組成の半導体層における光吸収割合のグラフである。
さらに、図9に、Si基板と、上述のSi0.9Ge0.1、Si0.8Ge0.2、Si0.7Ge0.3、及び、Si0.6Ge0.4の組成の半導体層とにおける光吸収係数(cm−1)と入射光波長との関係を示す。
The light absorption coefficient of the semiconductor layer containing Ge will be described.
FIGS. 3 to 8 are graphs showing the state of absorption of incident light with respect to the Si single substrate and the semiconductor layer having a composition in which the composition ratio x of the composition formula Si (1-x) Ge (x) is changed.
FIG. 3 shows a graph of the light absorption ratio with respect to the depth of the substrate made of Si alone. 4 to 8 show the light of the semiconductor layer in which the Ge ratio x is increased by 0.1 from 0.1 to 0.5 in the semiconductor layer having the composition of Si (1-x) Ge (x). The graph of an absorption rate is shown.
FIG. 4 is a graph of the light absorption ratio in a semiconductor layer having a composition of Si 0.9 Ge 0.1 . 5 shows Si 0.8 Ge 0.2 , FIG. 6 shows Si 0.7 Ge 0.3 , FIG. 7 shows Si 0.6 Ge 0.4 , and FIG . It is a graph of the light absorption ratio in the semiconductor layer of the composition of 05 Ge 0.5 .
Further, FIG. 9 shows the Si substrate and the above-mentioned Si 0.9 Ge 0.1 , Si 0.8 Ge 0.2 , Si 0.7 Ge 0.3 , and Si 0.6 Ge 0.4 . The relationship between the light absorption coefficient (cm <-1> ) and incident light wavelength in the semiconductor layer of a composition is shown.

図3〜8に示すグラフでは、入射光の波長を400nmから950nmまで50nm刻みで示し、横軸に光が入射する基板の深さ、縦軸に光吸収割合を示す。光吸収割合は、入射時の光の強度からの減衰を0〜1の範囲で表している。つまり、入射時の光吸収割合を0とし、入射光の強度が徐々に低下して強度が0となった時点での光吸収割合を1として示している。   In the graphs shown in FIGS. 3 to 8, the wavelength of incident light is shown in increments of 50 nm from 400 nm to 950 nm, the horizontal axis indicates the depth of the substrate on which light is incident, and the vertical axis indicates the light absorption ratio. The light absorption ratio represents the attenuation from the light intensity at the time of incidence in the range of 0-1. That is, the light absorption ratio at the time of incidence is set to 0, and the light absorption ratio at the time when the intensity of the incident light gradually decreases and becomes 0 is shown as 1.

図3〜図8に示すように、Geの組成比が大きくなるほど、可視光から赤外光までの全波長域において、浅い領域での光吸収割合が大きくなる。例えば、SiGe(Si0.8Ge0.2)の組成の半導体層においては、1.5μm程度の厚さで、3μmの厚さのSi基板と同等の光電変換効率を示す。また、図9に示すグラフから、Si(1−x)Ge(x)半導体層は、全波長域に対して光吸収係数がSiよりも大きくなることがわかる。
従って、固体撮像素子30の受光部を、Geを含む第1半導体層32に形成すると、受光部の光吸収係数が、全波長領域においてSiよりも高くなる。このように、受光部側の光吸収係数が高まることにより、PD33内での光電変換効率が大きくなる。
As shown in FIGS. 3 to 8, as the Ge composition ratio increases, the light absorption ratio in the shallow region increases in the entire wavelength region from visible light to infrared light. For example, a semiconductor layer having a composition of Si 4 Ge (Si 0.8 Ge 0.2 ) has a thickness of about 1.5 μm and a photoelectric conversion efficiency equivalent to that of a Si substrate having a thickness of 3 μm. Further, it can be seen from the graph shown in FIG. 9 that the Si (1-x) Ge (x) semiconductor layer has a light absorption coefficient larger than that of Si over the entire wavelength region.
Therefore, when the light receiving part of the solid-state imaging device 30 is formed in the first semiconductor layer 32 containing Ge, the light absorption coefficient of the light receiving part becomes higher than Si in the entire wavelength region. Thus, the photoelectric conversion efficiency in PD33 becomes large because the light absorption coefficient by the side of a light-receiving part increases.

また、上述の入射深さと光吸収割合との関係、及び、波長と光吸収係数との関係によれば、Geを含む半導体層は、Geの組成比の変化により、光吸収係数が連続的に変化する。つまり、Geの添加比率を変えることにより、半導体層のバンドギャップを連続的に変えることができる。
また、GeのSiに対する相溶性は100%固溶である。このため、Geを含む半導体層は、Geの組成比を連続的に自由に変えることができる。
従って、第1半導体層32のGeの含有比を調整することにより、固体撮像素子30の受光部の光吸収係数を所望の値に設計することができる。
Further, according to the relationship between the incident depth and the light absorption ratio and the relationship between the wavelength and the light absorption coefficient, the semiconductor layer containing Ge has a light absorption coefficient continuously due to a change in the composition ratio of Ge. Change. That is, the band gap of the semiconductor layer can be continuously changed by changing the Ge addition ratio.
The compatibility of Ge with Si is 100% solid solution. For this reason, the Ge-containing semiconductor layer can freely and continuously change the Ge composition ratio.
Therefore, by adjusting the Ge content ratio of the first semiconductor layer 32, the light absorption coefficient of the light receiving portion of the solid-state imaging device 30 can be designed to a desired value.

また、第1半導体層32の厚さは、上述の各関係から固体撮像素子の実用的には0.01〜5μmとすることが好ましい。Geの組成比を大きくすることで吸収係数を大きくすることができるため、少なくとも0.01μm程度の厚さで、Si基板との光吸収の差異を発現することが可能である。また、5μm程度の厚さが有れば、充分な差異を発現することが可能である。   Further, the thickness of the first semiconductor layer 32 is preferably 0.01 to 5 μm for practical use of the solid-state imaging device from the above-described relationships. Since the absorption coefficient can be increased by increasing the composition ratio of Ge, it is possible to express a difference in light absorption from the Si substrate with a thickness of at least about 0.01 μm. Further, if the thickness is about 5 μm, a sufficient difference can be expressed.

上述のように、本実施形態の固体撮像素子30では、PD33の受光面側に光電変換効率が大きい第1半導体層32を備える。この構成により、入射光が受光面側において大きく光電変換する。PD33の表面での入射光の光電変換量が大きくなるため、基体深部まで侵入する光が減衰する。このため、所望の画素で光電変換されずに直接隣接画素へ到達する光の割合が減少する。さらに、一度光電変換領域を透過した後、配線層により反射し再入射されて隣接画素へ到達する光の割合が減る。
上述のように、隣接画素へ侵入する光の割合が減少することにより、固体撮像素子30の光学混色を抑制することができる。さらに、オプティカルブラック領域での偽信号による画質劣化の改善が可能となる。
As described above, the solid-state imaging device 30 according to the present embodiment includes the first semiconductor layer 32 having high photoelectric conversion efficiency on the light receiving surface side of the PD 33. With this configuration, incident light is largely photoelectrically converted on the light receiving surface side. Since the photoelectric conversion amount of incident light on the surface of the PD 33 is increased, the light that penetrates to the deep part of the base body is attenuated. For this reason, the proportion of light that reaches the adjacent pixel directly without being subjected to photoelectric conversion in the desired pixel is reduced. In addition, the ratio of light that once passes through the photoelectric conversion region, is reflected by the wiring layer, is re-entered, and reaches the adjacent pixel is reduced.
As described above, the optical color mixing of the solid-state imaging device 30 can be suppressed by reducing the ratio of light entering the adjacent pixels. Furthermore, it is possible to improve image quality degradation due to false signals in the optical black region.

例えば、図2に示すように、PD33に対して斜めに入射された入射光41が、最初に入射したPD33を通り、隣接する画素のPD33Aへ入射する場合について考える。この場合、入射光41は、最初に第1半導体層32を通過する。この第1半導体層32は、上述のようにGeを含むことによりSi基板よりも光電変換効率が大きい。このため、入射光41は第1半導体層32中で光電変換され、隣接する画素へ向かう途中で吸収される。従って、隣接する画素33Aに到達するまでに、入射光41の光量が大きく減少する。   For example, as shown in FIG. 2, consider a case where incident light 41 incident obliquely on the PD 33 passes through the first incident PD 33 and enters the PD 33A of an adjacent pixel. In this case, the incident light 41 first passes through the first semiconductor layer 32. Since the first semiconductor layer 32 contains Ge as described above, the photoelectric conversion efficiency is higher than that of the Si substrate. Therefore, the incident light 41 is photoelectrically converted in the first semiconductor layer 32 and absorbed on the way to the adjacent pixel. Accordingly, the amount of incident light 41 is greatly reduced before reaching the adjacent pixel 33A.

また、PD33に対して斜めに入射する入射光41は、PD33に対して垂直に近い角度で入射する入射光42よりも、第1半導体層32を通過する距離が長くなる。このため、斜めに入射する入射光41は、第1半導体層32での吸収量が大きくなる。従って、受光面側に光電変換率の大きい第1半導体層32を備えることにより、隣接画素33Aに到達する光量を減少させることができる。   Further, the incident light 41 incident obliquely on the PD 33 has a longer distance to pass through the first semiconductor layer 32 than the incident light 42 incident on the PD 33 at an angle close to perpendicular. For this reason, the incident light 41 incident obliquely has a large amount of absorption in the first semiconductor layer 32. Therefore, by providing the first semiconductor layer 32 having a high photoelectric conversion rate on the light receiving surface side, the amount of light reaching the adjacent pixel 33A can be reduced.

このように、第1半導体層32を備えることにより、隣接画素へ侵入する斜め光に対し、隣接画素へ到達するまでに光量を大きく減少させることができる。そして、隣接画素のPD33Aにおいて、PD33からの斜め光により光電変換される光学的な干渉に起因する偽信号の割合を減少させることができる。
また、固体撮像素子30の受光面での光吸収係数が高まることにより、受光部を透過し配線層にまで到達する入射光の割合も減少する。このため、配線層からの反射による隣接画素への光学的な干渉(混色)を抑制することができる。
Thus, by providing the first semiconductor layer 32, the amount of light can be greatly reduced before reaching the adjacent pixel with respect to the oblique light entering the adjacent pixel. And in PD33A of an adjacent pixel, the ratio of the false signal resulting from the optical interference photoelectrically converted by the oblique light from PD33 can be reduced.
Further, since the light absorption coefficient on the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 is increased, the proportion of incident light that passes through the light receiving portion and reaches the wiring layer is also reduced. For this reason, optical interference (color mixing) to adjacent pixels due to reflection from the wiring layer can be suppressed.

従来のSiを基板のみから構成された一般的な固体撮像素子、特に裏面照射型の固体撮像素子は、インナーレンズによる集光が不十分等の理由により、一部の入射光が光電変換される前に隣接画素へ到達する光学混色が問題となる。また、入射光が光電変換せずに回路部側まで到達し、回路部側にある配線層等で反射し、この反射光が隣接画素へ再入射する現象も、裏面照射型イメージセンサにおける偽信号の要因となる。
表面型の固体撮像素子では、上記の光学的混色を、受光面側にある回路部の配線層を画素間に配置することで低減させていた。裏面照射型の固体撮像素子では、受光面側に配線層が形成されていないため、画素間に回路部の配線層を形成する方法で、光学的混色を防ぐことができない。
A conventional solid-state image sensor composed of only a substrate made of Si, particularly a back-illuminated solid-state image sensor, photoelectrically converts a part of incident light due to insufficient condensing by an inner lens. Optical color mixing that reaches the adjacent pixel before becomes a problem. In addition, the phenomenon that incident light reaches the circuit part side without photoelectric conversion, is reflected by the wiring layer etc. on the circuit part side, and this reflected light re-enters the adjacent pixel is also a false signal in the backside illuminated image sensor. It becomes a factor of.
In the surface type solid-state imaging device, the above optical color mixture is reduced by arranging the wiring layer of the circuit portion on the light receiving surface side between the pixels. In a back-illuminated solid-state imaging device, since no wiring layer is formed on the light receiving surface side, optical color mixing cannot be prevented by a method of forming a wiring layer of a circuit portion between pixels.

上述の実施形態の固体撮像素子では、裏面照射型イメージセンサの受光部側にGeを含む半導体層をエピタキシャル成長で作製し、回路部側をSi等の半導体基体中に形成する。このような構成の固体撮像素子により、隣接する画素間での干渉、特に入射光が隣接画素へ侵入する光学的干渉、例えば光学混色を抑制することができる。   In the solid-state imaging device according to the above-described embodiment, a semiconductor layer containing Ge is formed by epitaxial growth on the light receiving portion side of the back-illuminated image sensor, and the circuit portion side is formed in a semiconductor substrate such as Si. With the solid-state imaging device having such a configuration, it is possible to suppress interference between adjacent pixels, particularly optical interference in which incident light enters the adjacent pixels, for example, optical color mixing.

なお、上述の実施形態では、受光部を第1半導体層と半導体基体とに渡って形成したが、半導体基体を薄く、第1半導体層を厚く形成することにより、PDを第1半導体層内のみに形成する構成としてもよい。特に、赤外線等の長波長成分は、Si基板では透過性が高いため、受光部が基板の深くまで形成されていた。これに対し、Geを含む半導体層では、赤外領域まで含む全波長域でSiよりも光電変換効率が高くなる。このため、Geを含む半導体層を用いることにより、受光部を浅く形成しても赤外線等の長波長成分を充分に変換することができる。
さらに、上述の実施形態では、裏面照射型の固体撮像素子にGe含有半導体層を適用した場合について説明しているが、上述のGe含有半導体層をCCD型固体撮像素子にも適用できる。
上述の場合にも、電荷転送パス等に結晶欠陥がない方が好ましいため、ゲート電極下やFD等の回路部は、半導体基体内に形成することが好ましい。
In the above-described embodiment, the light receiving portion is formed across the first semiconductor layer and the semiconductor substrate. However, the PD is formed only in the first semiconductor layer by forming the semiconductor substrate thin and the first semiconductor layer thick. It is good also as a structure formed in. In particular, since long wavelength components such as infrared rays are highly transmissive on the Si substrate, the light receiving portion is formed deep in the substrate. On the other hand, in the semiconductor layer containing Ge, the photoelectric conversion efficiency is higher than that of Si in the entire wavelength region including the infrared region. For this reason, by using a semiconductor layer containing Ge, a long wavelength component such as infrared rays can be sufficiently converted even if the light receiving portion is formed shallow.
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the Ge-containing semiconductor layer is applied to the back-illuminated solid-state image sensor has been described.
Also in the above-described case, since it is preferable that there is no crystal defect in the charge transfer path or the like, it is preferable to form the circuit portion under the gate electrode or the FD in the semiconductor substrate.

[実施例]
次に、上述の実施形態の固体撮像素子において、隣接画素への入射光の減衰の様子について実施例を用いて説明する。実施例で用いる固体撮像素子は、上述の図2に示す固体撮像素子30と同じ構成である。実施例で用いる固体撮像素子30の画素部の各構成の寸法を図10に示す。
図10に示すように、半導体基体31の厚さを1.5μmとし、この半導体基体31上に、第1半導体層32を1.5μmの厚さで形成した。半導体基体31は、Si単体である。第1半導体層32の組成はSi0.8Ge0.2である。この構成より、センサ受光部側から厚さ3μmの光電変換領域を有する裏面照射型の固体撮像素子とした。
また、PD33を通り隣接する画素のPD33Aへ入射する入射光41について、入射光41がPD33とPD33Aとの画素境界43を通過する位置を、受光面側から1.5μmとした。
[Example]
Next, in the solid-state imaging device of the above-described embodiment, the state of attenuation of incident light to adjacent pixels will be described using examples. The solid-state imaging device used in the embodiment has the same configuration as the solid-state imaging device 30 shown in FIG. The dimension of each structure of the pixel part of the solid-state image sensor 30 used in an Example is shown in FIG.
As shown in FIG. 10, the thickness of the semiconductor substrate 31 was 1.5 μm, and the first semiconductor layer 32 was formed on the semiconductor substrate 31 to a thickness of 1.5 μm. The semiconductor substrate 31 is a simple substance of Si. The composition of the first semiconductor layer 32 is Si 0.8 Ge 0.2 . With this configuration, a back-illuminated solid-state imaging device having a photoelectric conversion region with a thickness of 3 μm from the sensor light-receiving portion side was obtained.
In addition, regarding the incident light 41 incident on the PD 33A of the adjacent pixel through the PD 33, the position where the incident light 41 passes through the pixel boundary 43 between the PD 33 and the PD 33A is set to 1.5 μm from the light receiving surface side.

図11に、上述の構成の固体撮像素子30における入射光41の減衰の様子を示す。図11に示すグラフは、縦軸が入射光41の入射光強度、横軸が基板の受光面からの深さを示す。入射光強度は、固体撮像素子30の受光面の最表面における入射光41の強度を1としている。また、入射光41として、650nm(Red)光、550nm(Green)光、450nm(Blue)光を示す。   FIG. 11 shows how the incident light 41 is attenuated in the solid-state imaging device 30 having the above-described configuration. In the graph shown in FIG. 11, the vertical axis indicates the incident light intensity of the incident light 41, and the horizontal axis indicates the depth from the light receiving surface of the substrate. With respect to the incident light intensity, the intensity of the incident light 41 on the outermost surface of the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 is set to 1. As the incident light 41, 650 nm (Red) light, 550 nm (Green) light, and 450 nm (Blue) light are shown.

上述の条件における650nm(Red)光の基板深さと入射光強度との関係を実線Aで示す。同様に、550nm(Green)光の基板深さと入射光強度との関係を実線Bで示し、450nm(Blue)光の基板深さと入射光強度との関係を実線Cで示す。
また、比較例として、Si単体基板に対する650nm(Red)光の基板深さと入射光強度との関係を破線Dで示す。同様に、Si単体基板に対する550nm(Green)光の基板深さと入射光強度との関係を破線E、450nm(Blue)光の基板深さと入射光強度との関係を破線Fで示す。
図11に示すように、第1半導体層32(Si0.8Ge0.2)を通過する光は、Si基板を通過する光よりも入射光強度が減少している。この減少は、第1半導体層32への侵入と同時に大きく発生している。
A solid line A indicates the relationship between the substrate depth of 650 nm (Red) light and the incident light intensity under the above-described conditions. Similarly, the relationship between the substrate depth of 550 nm (Green) light and the incident light intensity is indicated by a solid line B, and the relationship between the substrate depth of 450 nm (Blue) light and the incident light intensity is indicated by a solid line C.
As a comparative example, the relationship between the substrate depth of 650 nm (Red) light and the incident light intensity with respect to the Si single substrate is indicated by a broken line D. Similarly, the relationship between the substrate depth of 550 nm (Green) light and the incident light intensity with respect to the Si single substrate is indicated by a broken line E, and the relationship between the substrate depth of 450 nm (Blue) light and the incident light intensity is indicated by a broken line F.
As shown in FIG. 11, the light passing through the first semiconductor layer 32 (Si 0.8 Ge 0.2 ) has a lower incident light intensity than the light passing through the Si substrate. This decrease occurs at the same time as the first semiconductor layer 32 enters.

また、図11に示す結果から、実施例の光学混色の減少率を求めた。減少率は、入射光41が画素境界43を通過する時点、つまり、受光面から1.5μmの深さでの各波長の実施例と比較例との入射高強度の比から求めた。
450nm光における、Si単体基板(比較例)に対するSi0.8Ge0.2半導体層(実施例)の光学混色の減少率は99.6%であった。
550nm光おける、Si単体基板(比較例)に対するSi0.8Ge0.2半導体層(実施例)の光学混色の減少率は、87.1%であった。
650nm光における、Si単体基板(比較例)に対するSi0.8Ge0.2半導体層(実施例)の光学混色の減少率は、52.9%であった。
Further, from the results shown in FIG. 11, the reduction rate of the optical color mixture of the example was obtained. The decrease rate was obtained from the ratio of incident high intensity between the example and the comparative example at each wavelength when the incident light 41 passes through the pixel boundary 43, that is, at a depth of 1.5 μm from the light receiving surface.
The decrease rate of the optical color mixture of the Si 0.8 Ge 0.2 semiconductor layer (Example) with respect to the Si single substrate (Comparative Example) at 450 nm light was 99.6%.
The reduction rate of the optical color mixture of the Si 0.8 Ge 0.2 semiconductor layer (Example) with respect to the Si single substrate (Comparative Example) at 550 nm was 87.1%.
The decrease rate of the optical color mixture of the Si 0.8 Ge 0.2 semiconductor layer (Example) with respect to the Si single substrate (Comparative Example) at 650 nm light was 52.9%.

光学混色の減少率が示すように、固体撮像素子30の受光面側にGeを含む第1半導体層32を備えることにより、入射光41を第1半導体層32により減衰させることができる。このため、一度入射した画素を透過して隣接画素にと到達する光の量を減少させ、光学混色の発生を抑制することができる。   As shown by the reduction rate of the optical color mixture, the incident light 41 can be attenuated by the first semiconductor layer 32 by providing the first semiconductor layer 32 containing Ge on the light receiving surface side of the solid-state imaging device 30. For this reason, it is possible to reduce the amount of light that passes through a pixel once incident and reaches an adjacent pixel, thereby suppressing the occurrence of optical color mixing.

〈2.固体撮像素子の第2実施形態〉
次に、固体撮像素子の第2実施形態について説明する。図12に、第2実施形態の固体撮像素子の1画素を構成する要部の断面図を示す。
図12に示す固体撮像素子50は、半導体基体51と、第1半導体層52と、第2半導体層53とを備える。
なお、図12に示す第2実施形態の固体撮像素子50は、基板構成を除き、上述の図2に示す第1実施形態の固体撮像素子30と同様の構成であるため、同様の各構成については詳細な説明を省略する。
<2. Second Embodiment of Solid-State Image Sensor>
Next, a second embodiment of the solid-state image sensor will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view of a main part constituting one pixel of the solid-state imaging device of the second embodiment.
A solid-state imaging device 50 illustrated in FIG. 12 includes a semiconductor substrate 51, a first semiconductor layer 52, and a second semiconductor layer 53.
Note that the solid-state imaging device 50 of the second embodiment shown in FIG. 12 has the same configuration as the solid-state imaging device 30 of the first embodiment shown in FIG. Will not be described in detail.

固体撮像素子50は、半導体基体51の第1主面側に形成されている。
半導体基体51の第1主面(固体撮像素子50の受光面)側に第1半導体層52が形成されている。さらに、第1半導体層52の第1主面側(受光面)に第2半導体層53が形成されている。
このため、固体撮像素子50は、受光面側から順に、第2半導体層53、第1半導体層52、及び、半導体基体51の3層を備える。
The solid-state imaging device 50 is formed on the first main surface side of the semiconductor substrate 51.
A first semiconductor layer 52 is formed on the first main surface of the semiconductor substrate 51 (light receiving surface of the solid-state imaging device 50). Further, a second semiconductor layer 53 is formed on the first main surface side (light receiving surface) of the first semiconductor layer 52.
For this reason, the solid-state imaging device 50 includes three layers of the second semiconductor layer 53, the first semiconductor layer 52, and the semiconductor substrate 51 in order from the light receiving surface side.

第2半導体層53の表面から、半導体基体31の第2主面側まで、第1半導体層52を含み、フォトダイオード(PD)54が形成されている。PD54は、第2半導体層53の受光面側の表面と、半導体基体51の第2主面の表面とに、第1導電型(p型)半導体領域を有する。そして、このp型半導体領域の間に、2半導体層53、第1半導体層52及び半導体基体51の3層に連続して形成された第2導電型(n型)半導体領域を有する。また、PD54と隣接する画素のPD54Aとの間は、第1導電型(p型)半導体領域からなる画素分離部を備える。
また、半導体基体51の第2主面上に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極55、PD54、及び、半導体基体51の表面に形成されたフローティングディフュージョン(FD)56から、トランジスタTr1が形成されている。
A photodiode (PD) 54 including the first semiconductor layer 52 is formed from the surface of the second semiconductor layer 53 to the second main surface side of the semiconductor substrate 31. The PD 54 has a first conductivity type (p-type) semiconductor region on the light receiving surface side surface of the second semiconductor layer 53 and the surface of the second main surface of the semiconductor substrate 51. Between the p-type semiconductor regions, a second conductive type (n-type) semiconductor region formed continuously in three layers of the two semiconductor layers 53, the first semiconductor layer 52, and the semiconductor substrate 51 is provided. In addition, a pixel separation unit made of a first conductivity type (p-type) semiconductor region is provided between the PD 54 and the PD 54A of an adjacent pixel.
A transistor Tr1 is formed on the second main surface of the semiconductor substrate 51 from a gate electrode 55 and a PD 54 formed via a gate insulating film and a floating diffusion (FD) 56 formed on the surface of the semiconductor substrate 51. Is formed.

また、半導体基体51の表面上には、固体撮像素子50の多層配線層57が形成されている。多層配線層57は、複数積層された層間絶縁層と導体層とからなる。第2半導体層53の受光面上には、画素間を遮光するための遮光膜58を備える。そして、遮光膜58上には、カラーフィルタ59やマイクロレンズ60等の各種光学部品が搭載されている。   In addition, a multilayer wiring layer 57 of the solid-state imaging device 50 is formed on the surface of the semiconductor substrate 51. The multilayer wiring layer 57 includes a plurality of laminated interlayer insulating layers and conductor layers. On the light receiving surface of the second semiconductor layer 53, a light shielding film 58 for shielding light between pixels is provided. Various optical components such as a color filter 59 and a microlens 60 are mounted on the light shielding film 58.

半導体基体51は、一般的に固体撮像素子の製造に用いられる、例えばシリコン基板等が用いられる。第1半導体層52は、上述の第1実施形態と同様に、Geを含む半導体層である。   For example, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 51, which is generally used for manufacturing a solid-state imaging device. The first semiconductor layer 52 is a semiconductor layer containing Ge, as in the first embodiment described above.

第2半導体層53は、Geを含まない半導体層により形成されている。第2半導体層53は、特にSi単体から形成されていることが好ましい。第2半導体層53は、例えば、Siのエピタキシャル成長層や、Si薄膜を貼り合わせることにより形成する。
第2半導体層53の厚さは、少なくとも、PD54の受光面側の表面に形成されている第1導電型の半導体領域以上の厚さで形成することが好ましい。第1導電型の半導体領域の厚さは、基板表面からの暗電流を抑制するために少なくとも0.01μm以上であることが好ましい。このため、第2半導体層53の厚さも0.01μm以上であることが好ましい。
また、Geを含む第1半導体層52の受光面側に形成する第2半導体層53は、薄い方が好ましい。受光面の近くまでGeを含む半導体層が形成されている方が、光電変換効率がよいため、斜め光の隣接画素への到達を減少させることができる。このため、第2半導体層53は、光学的な干渉の抑制を低下させない程度の厚さ以下で形成する必要がある。例えば、第2半導体層53の厚さの最大値は、5μm以下であることが好ましい。
The second semiconductor layer 53 is formed of a semiconductor layer that does not contain Ge. The second semiconductor layer 53 is particularly preferably formed from a simple substance of Si. The second semiconductor layer 53 is formed by bonding, for example, an Si epitaxial growth layer or an Si thin film.
The thickness of the second semiconductor layer 53 is preferably at least as thick as the first conductivity type semiconductor region formed on the light receiving surface side surface of the PD 54. The thickness of the first conductivity type semiconductor region is preferably at least 0.01 μm or more in order to suppress dark current from the substrate surface. For this reason, the thickness of the second semiconductor layer 53 is also preferably 0.01 μm or more.
Further, the second semiconductor layer 53 formed on the light receiving surface side of the first semiconductor layer 52 containing Ge is preferably thin. Since the photoelectric conversion efficiency is better when the semiconductor layer containing Ge is formed near the light receiving surface, the arrival of oblique light to adjacent pixels can be reduced. For this reason, it is necessary to form the second semiconductor layer 53 with a thickness that does not lower the suppression of optical interference. For example, the maximum value of the thickness of the second semiconductor layer 53 is preferably 5 μm or less.

受光面にGeを含む場合、つまり、受光部界面がSi(1−x)Ge(x)の組成比xが0以外の場合には、半導体層のバンドギャップがSiよりも小さくなる。このため、結晶連続性の終端部が形成する、受光部表面の界面準位からの電子−ホール対の生成率が大きくなる。このため、受光部表面かの暗電流の増加が懸念される。このため、上述の第2実施形態の固体撮像素子50では、受光部界面にGeを含まない構成、例えば、Si(1−x)Ge(x)組成比x=0となる構成とする。Geを含む第1半導体層52上に、例えばSi単体からなる第2半導体層53を備えることにより、受光部界面の状態は従来のSiと同等となる。この構成では、界面準位からの電子−ホール対の生成率を、従来のSi基板を用いた固体撮像素子と同等に保つことができる。
従って、第2実施形態の固体撮像素子では、上述の第1実施形態の固体撮像素子と同様に光学的な干渉を抑制するとともに、受光界面からの暗電流をも抑制することができる。この結果、固体撮像素子の画質を向上させることができる。
When Ge is included in the light receiving surface, that is, when the composition ratio x of Si (1-x) Ge (x) is other than 0 at the light receiving portion interface, the band gap of the semiconductor layer becomes smaller than Si. For this reason, the generation rate of the electron-hole pair from the interface state on the surface of the light receiving portion formed by the terminal portion of the crystal continuity increases. For this reason, there is a concern about an increase in dark current on the surface of the light receiving unit. For this reason, in the solid-state imaging device 50 of the second embodiment described above, a configuration in which Ge is not included in the light receiving unit interface, for example, a configuration in which the Si (1-x) Ge (x) composition ratio x = 0 is obtained. By providing the second semiconductor layer 53 made of, for example, Si alone on the first semiconductor layer 52 containing Ge, the state of the light receiving unit interface becomes equivalent to that of conventional Si. In this configuration, the generation rate of electron-hole pairs from the interface state can be kept equal to that of a solid-state imaging device using a conventional Si substrate.
Therefore, in the solid-state imaging device of the second embodiment, optical interference can be suppressed and dark current from the light receiving interface can be suppressed as in the solid-state imaging device of the first embodiment. As a result, the image quality of the solid-state image sensor can be improved.

〈3.電子機器〉
次に、上述の固体撮像素子を備える電子機器の実施形態について説明する。
上述の固体撮像素子は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、撮像機能を有する携帯電話、又は、撮像機能を備えた他の機器などの電子機器に適用することができる。図13に、電子機器の一例として、固体撮像素子を静止画像又は動画を撮影が可能なカメラに適用した場合の概略構成を示す。
<3. Electronics>
Next, an embodiment of an electronic device including the above-described solid-state imaging device will be described.
The above-described solid-state imaging device can be applied to electronic devices such as a camera system such as a digital camera or a video camera, a mobile phone having an imaging function, or another device having an imaging function. FIG. 13 illustrates a schematic configuration when a solid-state imaging device is applied to a camera capable of capturing a still image or a moving image as an example of an electronic device.

この例のカメラ70は、固体撮像素子71と、固体撮像素子71の受光センサ部に入射光を導く光学系72と、固体撮像素子71及び光学系72間に設けられたシャッタ装置73と、固体撮像素子71を駆動する駆動回路74とを備える。さらに、カメラ70は、固体撮像素子71の出力信号を処理する信号処理回路75を備える。   The camera 70 of this example includes a solid-state image sensor 71, an optical system 72 that guides incident light to the light receiving sensor portion of the solid-state image sensor 71, a shutter device 73 provided between the solid-state image sensor 71 and the optical system 72, And a drive circuit 74 for driving the image sensor 71. Further, the camera 70 includes a signal processing circuit 75 that processes an output signal of the solid-state image sensor 71.

固体撮像素子71には、上述の第1実施形態及び第2実施形態の固体撮像素子を適用することができる。光学系(光学レンズ)72は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像素子71の撮像面(不図示)上に結像させる。これにより、固体撮像素子71内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系72は、複数の光学レンズを含む光学レンズ群で構成してもよい。また、シャッタ装置73は、入射光の固体撮像素子71への光照射期間及び遮光期間を制御する。   As the solid-state image sensor 71, the solid-state image sensor of the first embodiment and the second embodiment described above can be applied. The optical system (optical lens) 72 forms image light (incident light) from a subject on an imaging surface (not shown) of the solid-state imaging device 71. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 71 for a certain period. The optical system 72 may be composed of an optical lens group including a plurality of optical lenses. The shutter device 73 controls the light irradiation period and the light shielding period of the incident light to the solid-state image sensor 71.

駆動回路74は、固体撮像素子71及びシャッタ装置73に駆動信号を供給する。そして、駆動回路74は、供給した駆動信号により、固体撮像素子71の信号処理回路75への信号出力動作、及び、シャッタ装置73のシャッタ動作を制御する。すなわち、この例では、駆動回路74から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像素子71から信号処理回路75への信号転送動作を行う。   The drive circuit 74 supplies drive signals to the solid-state image sensor 71 and the shutter device 73. The drive circuit 74 controls the signal output operation to the signal processing circuit 75 of the solid-state image sensor 71 and the shutter operation of the shutter device 73 by the supplied drive signal. That is, in this example, a signal transfer operation from the solid-state imaging device 71 to the signal processing circuit 75 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 74.

信号処理回路75は、固体撮像素子71から転送された信号に対して、各種の信号処理を施す。そして、各種信号処理が施された信号(映像信号)は、メモリなどの記憶媒体(不図示)に記憶される、又は、モニタ(不図示)に出力される。   The signal processing circuit 75 performs various types of signal processing on the signal transferred from the solid-state image sensor 71. The signal (video signal) that has been subjected to various signal processing is stored in a storage medium (not shown) such as a memory, or is output to a monitor (not shown).

なお、上述した各実施形態に係る固体撮像素子では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上述の固体撮像素子は、イメージセンサへの適用に限られるものではなく、画素アレイ部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像素子全般に対して適用可能である。   In the solid-state imaging device according to each of the above-described embodiments, an example is described in which the solid-state imaging device is applied to an image sensor in which unit pixels that detect signal charges corresponding to the amount of visible light as physical quantities are arranged in a matrix. did. However, the above-described solid-state imaging device is not limited to application to an image sensor, and can be applied to all column-type solid-state imaging devices in which column circuits are arranged for each pixel column of the pixel array unit. .

また、上述の固体撮像素子は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やX線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子に適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子(物理量分布検知装置)全般に対して適用可能である。
さらに、上述の固体撮像素子は、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像素子に限らない。例えば、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すX−Yアドレス型の固体撮像素子に対しても適用可能である。
上記各形態に固体撮像素子を適用した場合においても、上述の実施形態の固体撮像素子と同様に、光学的干渉の抑制が可能である。
なお、固体撮像素子はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
In addition, the solid-state imaging device described above is not limited to application to a solid-state imaging device that senses the distribution of the amount of incident light of visible light and captures it as an image. The present invention can be applied to a solid-state imaging device for imaging. In a broad sense, the present invention can be applied to all solid-state imaging devices (physical quantity distribution detection devices) such as a fingerprint detection sensor that senses other physical quantity distributions such as pressure and capacitance and captures images as images.
Furthermore, the above-described solid-state imaging device is not limited to a solid-state imaging device that sequentially scans each unit pixel of the pixel array unit in units of rows and reads a pixel signal from each unit pixel. For example, the present invention can also be applied to an XY address type solid-state imaging device that selects an arbitrary pixel in pixel units and reads signals from the selected pixels in pixel units.
Even when a solid-state image sensor is applied to each of the above embodiments, optical interference can be suppressed as in the solid-state image sensor of the above-described embodiment.
The solid-state imaging device may be formed as a single chip, or may be in a module-like form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. Good.

また、上記各実施の形態の固体撮像素子では、信号電荷として電子を用いた固体撮像素子について説明したが、信号電荷として正孔を用いた固体撮像素子に適用することもできる。この場合、上例で第1導電型をp型とし、第2導電型をn型とした構成を、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型とする。   Further, in the solid-state imaging device of each of the embodiments described above, the solid-state imaging device using electrons as signal charges has been described, but the present invention can also be applied to a solid-state imaging device using holes as signal charges. In this case, in the above example, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type, and the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)半導体基体と、前記半導体基体の第1主面上に形成された、Geを含む第1半導体層と、前記半導体基体の第2主面に形成された転送トランジスタと、前記第1半導体層を含む領域に形成されたフォトダイオードと、を備える固体撮像素子。
(2)前記第1半導体層が、Ge単体、又は、組成式Si(1−x)Geで表され、xが0.05以上1.0未満である(1)に記載の固体撮像素子。
(3)前記第1半導体層上に、Geを含まない第2半導体層を備える(1)又は(2)に記載の固体撮像素子。
(4)前記第2半導体層は、前記フォトダイオードの受光面側に形成されている第1導電型の半導体領域の厚さ以上に形成されている(3)に記載の固体撮像素子。
(5)前記第1半導体層の厚さが0.01μm以上5μm以下である(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有する電子機器。
In addition, this indication can also take the following structures.
(1) A semiconductor substrate, a first semiconductor layer containing Ge formed on the first main surface of the semiconductor substrate, a transfer transistor formed on the second main surface of the semiconductor substrate, and the first semiconductor And a photodiode formed in a region including the layer.
(2) The solid-state imaging device according to (1), wherein the first semiconductor layer is represented by Ge alone or a composition formula Si (1-x) Ge x , and x is 0.05 or more and less than 1.0. .
(3) The solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein a second semiconductor layer not containing Ge is provided on the first semiconductor layer.
(4) The solid-state imaging device according to (3), wherein the second semiconductor layer is formed to have a thickness equal to or greater than a thickness of a first conductivity type semiconductor region formed on a light receiving surface side of the photodiode.
(5) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (4), wherein a thickness of the first semiconductor layer is 0.01 μm or more and 5 μm or less.
(6) An electronic apparatus comprising: the solid-state imaging device according to any one of (1) to (5); and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.

10,30,50,71 固体撮像素子、11 センサ基板、13 画素、14 画素領域、15 画素駆動線、16 垂直信号線、17 周辺領域、18 配線、21 回路基板、22 垂直駆動回路、23 カラム信号処理回路、24 水平駆動回路、25 システム制御回路、31,51 半導体基体、32,52 第1半導体層、33,54 フォトダイオード、33A 隣接画素、34,55 ゲート電極、35,56 フローティングディフュージョン、36,57 多層配線層、37,58 遮光膜、38,59 カラーフィルタ、39,60 マイクロレンズ、41,42 入射光、43 画素境界、53 第2半導体層、70 カメラ、72 光学系、73 シャッタ装置、74 駆動回路、75 信号処理回路、Tr1 トランジスタ   10, 30, 50, 71 Solid-state imaging device, 11 sensor substrate, 13 pixels, 14 pixel region, 15 pixel drive line, 16 vertical signal line, 17 peripheral region, 18 wiring, 21 circuit substrate, 22 vertical drive circuit, 23 column Signal processing circuit, 24 horizontal drive circuit, 25 system control circuit, 31, 51 semiconductor substrate, 32, 52 first semiconductor layer, 33, 54 photodiode, 33A adjacent pixel, 34, 55 gate electrode, 35, 56 floating diffusion, 36, 57 Multilayer wiring layer, 37, 58 Light shielding film, 38, 59 Color filter, 39, 60 Micro lens, 41, 42 Incident light, 43 Pixel boundary, 53 Second semiconductor layer, 70 Camera, 72 Optical system, 73 Shutter Device, 74 drive circuit, 75 signal processing circuit, Tr1 transistor

Claims (6)

半導体基体と、
前記半導体基体の第1主面上に形成された、Geを含む第1半導体層と、
前記半導体基体の第2主面に形成された転送トランジスタと、
前記第1半導体層を含む領域に形成されたフォトダイオードと、
を備える固体撮像素子。
A semiconductor substrate;
A first semiconductor layer containing Ge formed on the first main surface of the semiconductor substrate;
A transfer transistor formed on the second main surface of the semiconductor substrate;
A photodiode formed in a region including the first semiconductor layer;
A solid-state imaging device.
前記第1半導体層が、Ge単体、又は、組成式Si(1−x)Geで表され、xが0.05以上1.0未満である請求項1に記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is represented by Ge alone or a composition formula Si (1-x) Ge x , and x is 0.05 or more and less than 1.0. 前記第1半導体層上に、Geを含まない第2半導体層を備える請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a second semiconductor layer not containing Ge on the first semiconductor layer. 前記フォトダイオードは、受光面側から第1導電型の半導体領域と第2導電型の半導体領域とを備え、前記第2半導体層は、前記フォトダイオードの受光面側に形成されている前記第1導電型の半導体領域の厚さ以上に形成されている請求項3に記載の固体撮像素子。   The photodiode includes a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor region from the light receiving surface side, and the second semiconductor layer is formed on the light receiving surface side of the photodiode. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the solid-state imaging device is formed to have a thickness equal to or greater than a thickness of the conductive semiconductor region. 前記第1半導体層の厚さが0.01μm以上5μm以下である請求項1に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a thickness of the first semiconductor layer is 0.01 μm or more and 5 μm or less. 半導体基体と、前記半導体基体の第1主面上に形成された、Geを含む第1半導体層と、前記半導体基体の第2主面に形成された転送トランジスタと、前記第1半導体層を含む領域に形成されたフォトダイオードとを備える固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有する
電子機器。
A semiconductor substrate; a first semiconductor layer containing Ge formed on the first main surface of the semiconductor substrate; a transfer transistor formed on the second main surface of the semiconductor substrate; and the first semiconductor layer. A solid-state imaging device comprising a photodiode formed in the region;
And a signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device.
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