JP2014192348A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】裏面照射型の固体撮像装置において、受光感度を向上させることができるようにする。
【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、行列状に配置された複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、素子分離領域の上面に形成された遮光部材とを備える。素子分離領域は、遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する。本技術は、例えば、裏面照射型の固体撮像装置等に適用できる。
【選択図】図3

Description

本技術は、固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関し、特に、裏面照射型の固体撮像装置において、受光感度を向上させることができるようにする固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器に関する。

半導体基板の裏面側から光が入射される裏面照射型の固体撮像装置がある。このような裏面照射型の固体撮像装置において、例えば、特許文献1では、光入射面側の遮光部材を接地回路に接続することで、遮光部材の周囲の活性層との間で電荷が発生することを抑制する技術が提案されている。

特開2008−300614号公報

しかしながら、特許文献1の技術では、光入射面側界面全体にP型拡散層が形成されているため、感度の低下が懸念される。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、裏面照射型の固体撮像装置において、受光感度を向上させることができるようにするものである。

本技術の第1の側面の固体撮像装置は、半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材とを備え、前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する。

本技術の第2の側面の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域を形成し、行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間の素子分離領域の裏面側に、前記素子分離領域より高不純物濃度の高不純物濃度領域を形成し、前記高不純物濃度領域の上面に、前記高不純物濃度領域と接続される遮光部材を形成する。

本技術の第3の側面の電子機器は、半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材とを備え、前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する固体撮像装置を備える。

本技術の第1乃至第3の側面においては、半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域が形成され、行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間の素子分離領域の裏面側に、前記素子分離領域より高不純物濃度の高不純物濃度領域が形成され、前記高不純物濃度領域の上面に、前記高不純物濃度領域と接続される遮光部材が形成される。

固体撮像装置及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。

本技術の第1乃至第3の側面によれば、裏面照射型の固体撮像装置において、受光感度を向上させることができる。

本技術が適用された固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 共有画素構造の例を示す図である。 画素アレイ部の画素の第1の構造例について説明する図である。 遮光部材が形成される領域を示す平面図である。 画素アレイ部の平面図である。 周辺回路分離領域と画素アレイ部との境界付近の断面構造図である。 従来の画素アレイ部境界付近の断面構造図である。 コンタクト部のその他の構造例を示す図である。 画素アレイ部の画素の第2の構造例について説明する図である。 遮光部材の配置場所について説明する図である。 画素アレイ部の画素の第3の構造例について説明する図である。 画素アレイ部の画素の第4の構造例について説明する図である。 画素アレイ部の画素のその他の構造例について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術が適用された固体撮像装置の製造方法について説明する図である。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本技術を実施するための形態(以下、実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(画素の第1の断面構造例)
2.第2の実施の形態(画素の第2の断面構造例)
3.第3の実施の形態(画素の第3の断面構造例)
4.第4の実施の形態(画素の第4の断面構造例)

<固体撮像装置の概略構成例>
図1は、本技術が適用された固体撮像装置の概略構成を示している。

図1の固体撮像装置1は、半導体として例えばシリコン(Si)を用いた半導体基板12に、画素2が2次元アレイ状に配列された画素アレイ部3と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、出力回路7、制御回路8などが含まれる。

画素2は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの4つのMOSトランジスタで構成される。

また、画素2は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される1つのフローティングディフージョン(浮遊拡散領域)と、共有される1つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の1つずつの画素トランジスタを共有して構成される。

制御回路8は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置1の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路8では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路8は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5及び水平駆動回路6等に出力する。

垂直駆動回路4は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線10を選択し、選択された画素駆動配線10に画素2を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素2を駆動する。すなわち、垂直駆動回路4は、画素アレイ部3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線9を通して各画素2の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路5に供給する。

カラム信号処理回路5は、画素2の列ごとに配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。例えば、カラム信号処理回路5は、画素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2重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。

水平駆動回路6は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路5の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路5の各々から画素信号を水平信号線11に出力させる。

出力回路7は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線11を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路7は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子13は、外部と信号のやりとりをする。

以上のように構成される固体撮像装置1は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路5が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。

また、固体撮像装置1は、画素トランジスタが形成される半導体基板12の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のMOS型固体撮像装置である。

<共有画素構造の例>
上述したように、画素アレイ部3の画素2は、フォトダイオードと複数の画素トランジスタを画素単位に有する構造とすることもできるし、フォトダイオードと転送トランジスタのみを画素単位で持ち、その他の画素トランジスタを複数の画素で共有する共有画素構造とすることもできる。

本実施の形態では、画素アレイ部3の画素2は、図2に示すような共有画素構造を有している。

すなわち、図2は、図1の固体撮像装置1で採用されている共有画素構造を示している。

画素アレイ部3において、2次元アレイ状に規則的に配列された複数の画素2は、緑(Gr,Gb)の光を受光するGb画素およびGr画素と、赤(R)の光を受光するR画素、並びに、青(B)の光を受光するB画素とからなる2×2の4画素を水平方向および垂直方向に繰り返し配列した、いわゆるベイヤー(Bayer)配列となっている。

本実施の形態の共有画素構造は、ベイヤー配列とされた複数の画素2のうち、図2において一点鎖線で示される、水平方向に2画素、垂直方向に4画素の計8画素で、複数の画素トランジスタが共有される構造である。

具体的には、一点鎖線で示される共有単位の8画素に対して、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、及び、選択トランジスタSELが共有化されており、転送トランジスタTRGは、画素2ごとに配置されている。なお、図2では、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMP、選択トランジスタSEL、及び、転送トランジスタTRGそれぞれのゲート電極のみが図示されている。

各画素2は、半導体基板12の裏面側から入射された光を光電変換する光電変換領域21を、素子分離領域22で分離した構造となっている。

<画素の第1の断面構造例>
次に、図3を参照して、画素アレイ部3の画素2の第1の構造例について説明する。

図3は、図2の共有単位内の水平方向に並ぶ2画素分の断面図を示している。

なお、図3では、図面下側が、光が入射される半導体基板12の裏面側であり、図面上側が、配線層が形成される半導体基板12の表面側に相当する。

画素2内の光電変換領域21では、N型半導体領域31と、それより高不純物濃度のN型の半導体領域(N+半導体領域)32と、高不純物濃度のP型の半導体領域(P+半導体領域)33が積層されることにより、フォトダイオード(PD)が形成されている。

したがって、フォトダイオード(PD)の光入射側(図面下側)には、P型不純物領域が配置されていないため、固体撮像装置1は、P型不純物領域が配置されている場合と比較して、受光感度を向上させることができる。

光電変換領域21の両側の素子分離領域22は、P型半導体領域(P-Well)で形成されている。

水平方向に並ぶ2つの画素2の間に位置する素子分離領域22の基板表面側には、共有単位の複数の画素2で共通に使用されるフローティングディフージョン(浮遊拡散領域)となる、高不純物濃度のN型の半導体領域(N++半導体領域)34が形成されている。ここで、N++半導体領域34の「N++」は、例えばN+半導体領域32の「N+」よりも不純物濃度が高いことを表す。

光電変換領域21と素子分離領域22の上面(基板表面側の面)には、ゲート絶縁膜35を介して、転送トランジスタTRGのゲート電極36が形成される。

一方、素子分離領域22それぞれの基板裏面側の界面付近には、素子分離領域22全体のP型半導体領域よりも不純物濃度が高濃度に設定されたP++半導体領域37が形成されている。この高不純物濃度のP++半導体領域37は、後述するように、0[V]の電圧が供給される導電性の遮光部材38とのコンタクト部として機能する。P++半導体領域37は、感度低下および混色悪化等の懸念を回避するため、光電変換領域21のN型半導体領域31から離れて配置される。

P++半導体領域37それぞれの下面には、隣接する他の画素2のカラーフィルタ42を通過した光が入射するのを防ぐための遮光部材38が形成される。したがって、遮光部材38の素子分離領域22との接続面は、高不純物濃度に設定されたP++半導体領域37で覆われている。遮光部材38には、例えば、タングステン(W)などの遮光性を有する導電性の材料が使用される。

基板裏面側の遮光部材38が形成されない領域には、例えば、ハフニウム酸化膜などで形成される固定電荷膜(SCF)39と、シリコン酸化膜(SiO2)40が、例えば、高密度プラズマCVDにより形成される。シリコン酸化膜(SiO2)は、HDP(High Density Plasma)酸化膜とも称される。

そして、遮光部材38とシリコン酸化膜40の面全体が平坦化膜41で覆われ、さらに、緑(Gr,Gb)、赤(R)、青(B)のいずれかのカラーフィルタ42が形成される。

なお、図3では、図示が省略されているが、カラーフィルタ42のさらに下側には、オンチップレンズ143(図14)が形成される。

以上のように、固体撮像装置1の画素アレイ部3では、各画素2のフォトダイオードを分離する素子分離領域22の直下に、導電性の遮光部材38が配置される。そして、導電性の遮光部材38は、素子分離領域22のなかで、より高不純物濃度に調整された領域であるP++半導体領域37と接続されている。

換言すれば、画素アレイ部3の複数の光電変換領域22の間の各素子分離領域22は、高不純物濃度のP++半導体領域37を有し、P++半導体領域37が、遮光部材38と直接接続されている。

<遮光部材38の平面配置>
図4は、遮光部材38が形成される領域を示す画素アレイ部3の平面図である。

斜線を付して示される遮光部材38は、図4に示されるように、素子分離領域22の直下に、素子分離領域22と同様の格子状に形成されている。

<画素アレイ部3の平面図>
図5は、固体撮像装置1の画素アレイ部3の平面図を示している。

画素アレイ部3は、各画素2の光電変換領域21が開口されている開口領域51と、光電変換領域21が素子分離領域22とともに遮光され、光学的黒レベルを検出する領域であるOPB(Optical Black)領域52とからなる。

画素アレイ部3の周辺には、周辺回路分離領域53が形成されている。周辺回路分離領域53は、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5などが配置される周辺回路と画素アレイ部3を分離するための領域である。

図4に示したように画素アレイ部3において格子状に配置された遮光部材38は、画素アレイ部3周辺の周辺回路分離領域53まで到達するように形成され、周辺回路分離領域53のコンタクト部54において、半導体基板12のP型半導体領域60(図6)と接続される。

<画素アレイ部3周辺の断面構造図>
図6は、周辺回路分離領域53と画素アレイ部3との境界付近の断面構造図を示している。

なお、図6において図3と同一の部分については同じ符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略する。図6では、図3とは上下が反対に図示されており、図面上側が基板裏面側(光入射面側)、図面下側が基板表面側となっている。また、図6では、図面全体の見易さを考慮して、図3を簡略化したり、縮尺を変更して示されている部分がある。

遮光部材38は、開口領域51では、図4を参照して説明したように、素子分離領域22と同様に格子状に形成されている。一方、OPB領域52では、遮光部材38は、フォトダイオード(PD)が形成されている光電変換領域21も遮光する必要があるため、光電変換領域21の上面にも形成されている。すなわち、OPB領域52の全面が遮光部材38で覆われている。

OPB領域52の全面に形成された遮光部材38は、周辺回路分離領域53にも同様に形成され、周辺回路分離領域53のP型半導体領域(P-Well)60と接続されている。周辺回路分離領域53のコンタクト部54は、P型半導体領域60と遮光部材38とが接続されている領域に相当する。

周辺回路分離領域53のP型半導体領域60の基板表面側の界面近傍には、不純物濃度が高濃度に設定されたP++半導体領域61が形成され、基板表面側の配線層の接続導体62と接続されている。この接続導体62は、周辺回路64と接続された第1の配線層63と接続されている。

周辺回路分離領域53のP型半導体領域60には、第1の配線層63及び接続導体62を介して、周辺回路64から、例えば、0[V]の電圧が供給されている。換言すれば、P型半導体領域60は、周辺回路64の接地配線(GND)である第1の配線層63と接続されている。

遮光部材38は、コンタクト部54で、P型半導体領域60と電気的に接続されている。また、遮光部材38は、画素アレイ部3の素子分離領域22内の高濃不純物濃度のP++半導体領域37とも接続されている。

したがって、各画素2の光電変換領域(PD)21を分離する素子分離領域22は、周辺回路64の接地配線(GND)である第1の配線層63と電気的に接続されており、素子分離領域22には、周辺回路64から所定の電圧(0[V])が供給される。

このように、本技術が適用された固体撮像装置1では、各画素2の光電変換領域(PD)21を分離する素子分離領域22が、基板裏面側から、遮光部材38を介して周辺回路64の接地配線(GND)と電気的に接続されている。これにより、素子分離領域22は、0[V]に電圧制御されるので、画素トランジスタのゲート電極に印加される印加電圧の変動に追従して素子分離領域22の電位が変動してしまうウェル揺れ等の現象で、画面内の出力がシェーディングを持つことを防止することができる。

なお、上述の例では、素子分離領域22には0[V]の電圧が供給されるようにしたが、例えば、−1[V]程度の負の電圧を印加するようにしてもよい。

<従来の断面構造図>
図7は、本技術の効果を説明するための、従来の画素アレイ部境界付近の断面構造図を示している。

図7において、図6と対応する部分については同一の符号を付してあるため、異なる部分についてのみ説明する。

図7に示す従来の構造では、遮光部材71は素子分離領域22と接続されておらず、素子分離領域22は、周辺回路64の接地配線(GND)である第1の配線層63と、基板表面側から、電気的に接続されている。

具体的には、素子分離領域22の基板表面側の界面近傍に、高不純物濃度のP++半導体領域37が設けられ、接続導体72と接続されている。接続導体72は、画素アレイ部3内の第1の配線層63を介して第2の配線層73と接続され、第2の配線層73は、周辺回路分離領域53において、第1の配線層63を介して周辺回路64に接続されている。これにより、周辺回路64からの0[V]の電圧が、素子分離領域22に供給されるようになっている。

このような従来の構造では、図7において矩形の一点鎖線で示されるように、素子分離領域22と周辺回路64の接地配線(GND)とを接続するための配線層(接続導体72、第2の配線層73など)が、基板表面側に必要になる。

これに対し、本技術が適用された固体撮像装置1では、図6に示したように、基板裏面側から遮光部材38を介して接地配線と電気的に接続するため、素子分離領域22を接地するための基板表面側の配線層が不要となる。これにより、基板表面側の配線レイアウトの自由度を向上させることができる。

<コンタクト部のその他の例>
図8は、周辺回路分離領域53のコンタクト部54のその他の構造例を示す図である。

図8の例では、周辺回路分離領域53のコンタクト部54が、遮光部材38と同一の材料を用いた貫通電極81により第1の配線層63に直接接続される構造となっている。このように貫通電極81により、周辺回路64から0[V]の電圧を遮光部材38に供給して、遮光部材38からさらに素子分離領域22に供給するようにしてもよい。

<画素の第2の断面構造例>
次に、図9を参照して、画素アレイ部3の画素2の第2の構造例について説明する。

図9は、図3の第1の構造例と同様に示した画素2の断面図である。

図9においても、図3と同様の部分については同一の符号を付してあり、その部分の説明は適宜省略し、異なる部分についてのみ説明する。図10以降についても同様である。

画素2の第2の構造例では、遮光部材91として、遮光部材91Aと、遮光部材91Bの2種類が存在する。遮光部材91Aは、図3と同様に、素子分離領域22の高濃不純物濃度のP++半導体領域37と接続されている。一方、遮光部材91Bは、素子分離領域22と接続されておらず、素子分離領域22には、P++半導体領域37も存在しない。

すなわち、上述した第1の構造例では、画素アレイ部3内において格子状に配置された遮光部材38の全てが、素子分離領域22のP++半導体領域37と接続されていた。

これに対して、第2の構造例では、画素アレイ部3内において格子状に配置された遮光部材91のなかの一部の遮光部材91Aのみが、素子分離領域22のP++半導体領域37と接続されている。P++半導体領域37は、導電性の遮光部材91Aとのコンタクト部として機能する。

P++半導体領域37とコンタクトしない遮光部材91Bと素子分離領域22との間には、光電変換領域21と同様に、固定電荷膜39とシリコン酸化膜40が形成される。

以上のように、第2の構造例では、画素アレイ部3内の一部の遮光部材91Aのみが、素子分離領域22(のP++半導体領域37)と接続され、接地される。

図10は、遮光部材91Aが素子分離領域22の一部のみでコンタクトをとる場合の接続場所の配置例を示す図である。

遮光部材91Aが素子分離領域22の一部のみでコンタクトをとる場合には、共有単位である8画素の領域内の少なくとも1か所以上でコンタクトしていることが条件とされる。

図10Aは、図9に示したように、共有単位の素子分離領域22のうち、フローティングディフージョン直下の領域101で、コンタクトしている(遮光部材91Aが配置されている)例を示している。

図10Bは、共有単位の素子分離領域22のうち、共有画素トランジスタ直下の領域102で、コンタクトしている(遮光部材91Aが配置されている)例を示している。

図10Cは、共有単位の素子分離領域22のうち、赤(R)の画素2の周辺の領域103で、コンタクトしている(遮光部材91Aが配置されている)例を示している。赤の光は、赤(R)、緑(G)、青(B)のうち、最も波長の長い光である。波長の長い光は、光電変換領域21内の深い位置(光の入射面から遠い位置)で光電変換されるため、P++半導体領域37の影響を受けにくい。そのため、赤(R)、緑(G)、青(B)のうち、最も波長の長い赤(R)の画素2周辺の領域103に対してのみ、遮光部材91Aが配置される。

なお、図10A乃至図10Cの例は、共有単位である8画素の領域内で少なくとも1か所以上のコンタクトを取る一例であり、これ以外の箇所でコンタクトを取っても勿論よい。

共有単位である8画素の領域内の少なくとも1か所以上で、遮光部材91Aが素子分離領域22とコンタクトを取ることにより、画素トランジスタのゲート電極に印加される印加電圧の変動に追従して素子分離領域22の電位が変動してしまうウェル揺れ等の現象で、画面内の出力がシェーディングを持つことを防止することができる。

<画素の第3の断面構造例>
次に、図11を参照して、画素アレイ部3の画素2の第3の構造例について説明する。

図11は、図3の第1の構造例と同様に示した画素2の断面図である。

画素2の第3の構造例では、P++半導体領域37が、素子分離領域22と固定電荷膜39との界面付近ではなく、固定電荷膜39から離れた素子分離領域22の内部に形成されている。

そして、遮光部材111は、P++半導体領域37と接続されるように素子分離領域22内部まで埋め込まれて形成されている。これにより、隣接する光電変換領域21のN型半導体領域31を、遮光部材111で物理的に分離することができるので、混色抑制の効果が向上する。

また、遮光部材111は、その外側をP型半導体領域である素子分離領域22で覆うことができるので、暗電流を抑制する効果が大きくなる。

<画素の第4の断面構造例>
次に、図12を参照して、画素アレイ部3の画素2の第4の構造例について説明する。

図12は、図3の第1の構造例と同様に示した画素2の断面図である。

画素2の第4の構造例では、遮光部材111が、上述した第3の構造例と同様に埋め込まれて形成されている。これにより、隣接する光電変換領域21のN型半導体領域31を、遮光部材111で物理的に分離することができるので、混色抑制の効果が向上する。

そして、遮光部材111とN型半導体領域31の間の領域が、固定電荷膜121で形成されている。これにより、遮光部材111は、その外側を固定電荷膜121で覆うことができるので、暗電流を抑制する効果が大きくなる。

なお、図11及び図12に示した第3および第4の構造例は、上述した第1の構造例と同様に、全ての素子分離領域22の直下でコンタクトを取る例であるが、上述した第2の構造例のように、一部のみでコンタクトを取るものでもよい。

なお、上述した例では、遮光部材38が、高不純物濃度のP++半導体領域37と直接接続するように形成されていた。しかし、図13に示すように、遮光部材38と異なる導電性の材料を用いてP++半導体領域37と接続するコンタクト部141を形成し、その上に、遮光部材38を形成することで、P++半導体領域37と遮光部材38が間接的に接続するようにしてもよい。

<固体撮像装置の製造方法>
次に、図14乃至図19を参照して、固体撮像装置1の製造方法について説明する。

まず初めに、図14Aに示されるように、半導体として例えばシリコン(Si)を用いた半導体基板151が用意される。

次に、図14Bに示されるように、半導体基板151に対して、素子分離層となるP型拡散層152、光電変換層となるN型拡散層153、表面ピニング層154が形成される。その後、半導体基板151の表面側に、画素トランジスタのソース/ドレイン領域155、ゲート絶縁膜156、およびゲート電極157が形成される。

P型拡散層152は、例えば図13の素子分離領域22に対応し、N型拡散層153は、例えば図13のN型半導体領域31とN+半導体領域32に対応し、表面ピニング層154は、例えば図13のP+半導体領域33に対応する。ゲート絶縁膜156およびゲート電極157は、例えば図13のゲート絶縁膜35およびゲート電極36に対応する。

次に、図15Aに示されるように、半導体基板151の表面側に、複数の金属配線と層間絶縁膜とからなる配線層158が形成された後、図15Bに示されるように、半導体基板151全体が反転される。

そして、図16Aに示されるように、光電変換層としてのN型拡散層153が露出されるまで、半導体基板151が研磨された後、図16Bに示されるように、研磨後の露出面に、裏面ピニング層159が形成される。裏面ピニング層159は、例えば図13の固定電荷膜(SCF)39に対応する。

次に、図17Aに示されるように、P型拡散層152の基板裏面側に、基板コンタクト用の高濃度のP型拡散層(P++)160を形成した後、図17Bに示されるように、裏面ピニング層159の上面に、絶縁膜161が形成される。P型拡散層(P++)160は、例えば図13のP++半導体領域37に対応し、絶縁膜161は、例えば図13のシリコン酸化膜40に対応する。

そして、図18Aに示されるように、P型拡散層(P++)160に接続されるように絶縁膜161をエッチングして、導電性の材料を埋め込むことにより、コンタクト部162が形成された後、図18Bに示されるように、導電性の材料を用いた遮光部材163が、コンタクト部162の上部に形成される。コンタクト部162は、例えば図13のコンタクト部141に対応し、遮光部材163は、例えば図13の遮光部材38に対応する。

最後に、図19Aに示されるように、遮光部材163と絶縁膜161の上面に、カラーフィルタ164が形成され、さらに、図19Bに示されるように、カラーフィルタ164の上側に、オンチップレンズ165が形成される。

以上のようにして、導電性の遮光部材163と、素子分離層であるP型拡散層152のP型拡散層(P++)160とを接続して基板コンタクトをとる固体撮像装置1を製造することができる。

なお、上述した例では、第1導電型をP型、第2導電型をN型として、電子を信号電荷とした固体撮像装置について説明したが、本技術は正孔を信号電荷とする固体撮像装置にも適用することができる。すなわち、第1導電型をN型とし、第2導電型をP型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。

<電子機器への適用例>
上述した固体撮像装置1は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えたオーディオプレーヤといった各種の電子機器に適用することができる。

図20は、本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

図20に示される撮像装置201は、光学系202、シャッタ装置203、固体撮像装置204、制御回路205、信号処理回路206、モニタ207、およびメモリ208を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。

光学系202は、1枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光(入射光)を固体撮像装置204に導き、固体撮像装置204の受光面に結像させる。

シャッタ装置203は、光学系202および固体撮像装置204の間に配置され、制御回路205の制御に従って、固体撮像装置204への光照射期間および遮光期間を制御する。

固体撮像装置204は、上述した固体撮像装置1により構成される。固体撮像装置204は、光学系202およびシャッタ装置203を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像装置204に蓄積された信号電荷は、制御回路205から供給される駆動信号(タイミング信号)に従って転送される。固体撮像装置204は、それ単体でワンチップとして構成されてもよいし、光学系202ないし信号処理回路206などと一緒にパッケージングされたカメラモジュールの一部として構成されてもよい。

制御回路205は、固体撮像装置204の転送動作、および、シャッタ装置203のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像装置204およびシャッタ装置203を駆動する。

信号処理回路206は、固体撮像装置204から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路206が信号処理を施すことにより得られた画像(画像データ)は、モニタ207に供給されて表示されたり、メモリ208に供給されて記憶(記録)されたりする。

本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、
行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、
前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材と
を備え、
前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する
固体撮像装置。
(2)
前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と、直接接続されている
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3)
前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、赤の光を光電変換する前記光電変換領域の周辺部のみに存在する
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(4)
前記複数の光電変換領域の間の各素子分離領域は、前記高不純物濃度領域を有し、
前記高不純物濃度領域は、その上面の前記遮光部材と直接接続されている
前記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
(5)
前記遮光部材には、前記複数の光電変換領域と前記素子分離領域を含む画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路から、所定の電圧が供給される
前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記遮光部材には、前記複数の光電変換領域と前記素子分離領域を含む画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路から、貫通電極を介して、所定の電圧が供給される
前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)
前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記半導体基板の裏面側の前記素子分離領域の界面から離れた位置に形成されており、
前記遮光部材は、前記素子分離領域内部まで埋め込まれている
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と、前記遮光部材と異なる導電性の材料を介して間接的に接続されている
前記(3)、(5)、または(6)に記載の固体撮像装置。
(9)
半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域を形成し、
行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間の素子分離領域の裏面側に、前記素子分離領域より高不純物濃度の高不純物濃度領域を形成し、
前記高不純物濃度領域の上面に、前記高不純物濃度領域と接続される遮光部材を形成する
固体撮像装置の製造方法。
(10)
半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、
行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、
前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材と
を備え、
前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する固体撮像装置
を備える電子機器。

1 固体撮像装置, 2 画素, 3 画素アレイ部, 21 光電変換領域, 22 素子分離領域, 31 N型半導体領域, 32 N+半導体領域, 33 P+半導体領域, 37 P++半導体領域, 38 遮光部材, 54 コンタクト部, 64 周辺回路, 81 貫通電極, 91A,91B,111 遮光部材, 141 コンタクト部, 201 撮像装置, 204 固体撮像装置

Claims (10)

  1. 半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、
    行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、
    前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材と
    を備え、
    前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する
    固体撮像装置。
  2. 前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と、直接接続されている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、赤の光を光電変換する前記光電変換領域の周辺部のみに存在する
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記複数の光電変換領域の間の各素子分離領域は、前記高不純物濃度領域を有し、
    前記高不純物濃度領域は、その上面の前記遮光部材と直接接続されている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  5. 前記遮光部材には、前記複数の光電変換領域と前記素子分離領域を含む画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路から、所定の電圧が供給される
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  6. 前記遮光部材には、前記複数の光電変換領域と前記素子分離領域を含む画素アレイ部の周辺に配置された周辺回路から、貫通電極を介して、所定の電圧が供給される
    請求項4に記載の固体撮像装置。
  7. 前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記半導体基板の裏面側の前記素子分離領域の界面から離れた位置に形成されており、
    前記遮光部材は、前記素子分離領域内部まで埋め込まれている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  8. 前記素子分離領域の前記高不純物濃度領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と、前記遮光部材と異なる導電性の材料を介して間接的に接続されている
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  9. 半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域を形成し、
    行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間の素子分離領域の裏面側に、前記素子分離領域より高不純物濃度の高不純物濃度領域を形成し、
    前記高不純物濃度領域の上面に、前記高不純物濃度領域と接続される遮光部材を形成する
    固体撮像装置の製造方法。
  10. 半導体基板の裏面側から入射された光を光電変換する複数の光電変換領域と、
    行列状に配置された前記複数の光電変換領域の間に形成された素子分離領域と、
    前記素子分離領域の上面に形成された遮光部材と
    を備え、
    前記素子分離領域は、前記遮光部材の少なくとも一部と接続される高不純物濃度の高不純物濃度領域を有する固体撮像装置
    を備える電子機器。
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