JP2014203961A - 固体撮像装置およびその製造方法、ならびに電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板を備えた固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換部を有する第1部材と、凹面部を有する反射板を含む第2部材とを備え、前記第2部材は、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の前記凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせられた固体撮像装置。
【選択図】図1

Description

本開示は、光電変換部の光入射面と反対側に反射板を有する固体撮像装置およびその製造方法、ならびにこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
例えば特許文献1には、光電変換部の光入射面と反対側に反射板を有する固体撮像装置が記載されている。反射板は、シリコン基板を透過した光を反射し、再び光電変換部へと入射させ、感度の向上を図るためのものである。
特開2008−147333号公報 特開2011−91128号公報
しかしながら、特許文献1では平坦な反射板を用いていたので、シリコン基板を透過してきた光を光電変換部へと効率良く反射させることが難しかった。また、斜め入射光がシリコン基板を透過してきた場合には、反射光が隣接画素に入射し、隣接画素間でのクロストークを引き起こすなどの問題があった。
そこで、特許文献2では、反射板を断面円弧状の凹形状とすることが提案されている。しかし、エッチング制御が困難であり、チップ内またはウェハ内の反射板の形状均一性が低いという問題があった。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板を備えた固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
本開示による固体撮像装置は、光電変換部を有する第1部材と、凹面部を有する反射板を含む第2部材とを備え、第2部材は、第1部材の光入射面と反対側に、反射板の凹面部を光電変換部に向けて貼り合わせられたものである。
本開示の固体撮像装置では、第1部材の光入射面と反対側に、凹面部を有する反射板を含む第2部材が貼り合わせられているので、光電変換部を透過してきた光は、反射板の凹面部によって反射され、再び光電変換部へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。
本開示による固体撮像装置の製造方法は、第1半導体基板に光電変換部を形成し、第1部材を形成する工程と、第2半導体基板に、凹面部を有する反射板を形成し、第2部材を形成する工程と、第2部材を、第1部材の光入射面と反対側に、反射板の凹面部を光電変換部に向けて貼り合わせる工程とを含むものである。
本開示の固体撮像装置、または本開示の固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部を有する第1部材と、凹面部を有する反射板を含む第2部材とを貼り合わせるようにしている。よって、困難なエッチング制御を用いることなく簡素な工程で、凹面部を有する反射板を含む第2部材を形成することが可能となり、反射板の形状均一性を高めることが可能となる。
本開示の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図1に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図2に続く工程を表す断面図である。 図3に続く工程を表す断面図である。 図4に続く工程を表す断面図である。 図5に続く工程を表す断面図である。 図6に続く工程を表す断面図である。 図7に続く工程を表す断面図である。 図8に続く工程を表す断面図である。 図9に続く工程を表す断面図である。 図10に続く工程を表す断面図である。 図5に示した凹面部の窪み量の制御方法を説明するための断面図である。 凹面部の窪み量の制御方法を説明するための断面図である。 既存の反射板の一例を表す断面図である。 既存の反射板の他の例を表す断面図である。 変形例1に係る反射板の平面構成を表す平面図である。 変形例2に係る反射板の平面構成を表す平面図である。 変形例3に係る反射板の平面構成を表す平面図である。 変形例4に係る反射板の平面構成を表す平面図である。 本開示の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図20に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図21に続く工程を表す断面図である。 図22に続く工程を表す断面図である。 図23に続く工程を表す断面図である。 図24に続く工程を表す断面図である。 図25に続く工程を表す断面図である。 図26に続く工程を表す断面図である。 図27に続く工程を表す断面図である。 図28に続く工程を表す断面図である。 図29に続く工程を表す断面図である。 図30に続く工程を表す断面図である。 図31に続く工程を表す断面図である。 図32に続く工程を表す断面図である。 図33に続く工程を表す断面図である。 図34に続く工程を表す断面図である。 本開示の第3の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第4の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第5の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図38に示した固体撮像装置の平面図である。 本開示の第6の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第7の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第8の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の適用例1に係るデジタルスチルカメラの、開閉パネルを閉じた状態の外観を表す斜視図である。 図43に示したデジタルスチルカメラの、開閉パネルを開けた状態の外観を表す斜視図である。 図43に示したデジタルスチルカメラを、異なる方向から見た外観を表す斜視図である。 図43に示したデジタルスチルカメラの回路構成を表すブロック図である。 適用例2の表側から見た外観を表す斜視図である。 適用例2の裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例3の外観を表す斜視図である。 適用例4の閉じた状態の外観を表す正面図である。 適用例4の開いた状態の外観を表す正面図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(第1部材に光電変換部および金属配線層、第2部材に反射板を設ける例。)
2.変形例1〜4(反射板の平面構成の変形例)
3.第2の実施の形態(金属配線層の一部を第2部材に設ける例)
4.第3の実施の形態(周辺回路を構成する能動素子を第2部材に設ける例)
5.第4の実施の形態(ツインコンタクトの例)
6.第5の実施の形態(青フィルタ下方の反射板を省略し、金属配線層を集中配置して接続部とする例)
7.第6の実施の形態(緑フィルタおよびマゼンタフィルタの下方に二つの光電変換部を積層する例)
8.第7の実施の形態(三つの光電変換部を積層する例)
9.第8の実施の形態(有機光電変換部および無機光電変換部を組み合わせた例)
10.適用例(電子機器)
(第1の実施の形態)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置1は、カメラ等の電子機器に用いられるものであり、第1部材10と第2部材20とを接合面30で貼り合わせた構成を有している。第1部材10は、光電変換部11を有するイメージセンサ基板である。第2部材20は、凹面部21Aを有する反射板21を含む反射板形成基板である。第2部材20は、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1では、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第1金属配線層41と、第2金属配線層42とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、マイクロレンズ15が配設されている。
第2部材20は、例えば、半導体基板、例えばシリコン(Si)基板23上に、絶縁膜22Aと、反射板21と、絶縁膜22Bとをこの順に有している。
光電変換部11は、例えば、pn接合を有するフォトダイオード(Photo Diode )からなる無機光電変換部である。光電変換部11は、半導体基板、例えばシリコン基板16(図1には図示せず、図8参照。)上に成長した半導体層17の内部に設けられている。なお、図1では光電変換部11を抽象化して表しており、光電変換部11の構成は特に限定されるものではない。
絶縁膜12A,12Bは、光電変換部11の下方に設けられ、例えばシリコン酸化膜(SiO2)により構成されている。
ゲート電極13は、光電変換部11からの信号電荷を転送するものであり、図示しないソースおよびドレインと共に転送トランジスタを構成している。
第1金属配線層41および第2金属配線層42は、光電変換部11の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものであり、絶縁膜12B中に設けられている。なお、図1では金属配線層として第1金属配線層41および第2金属配線層42の二層が設けられている場合を表しているが、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
層間絶縁膜14は、例えばシリコン酸化膜(SiO2)により構成されている。マイクロレンズ15は、その上方から入射した光を、光電変換部11の受光面へ集光させるものである。
反射板21は、第1部材10を透過してきた光L1を反射させて、光電変換部11に向けて戻すことにより感度を向上させるものである。反射板21は、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。このような凹面部21Aは、後述するように、絶縁膜22Aの溝部24Aに埋め込んだ金属材料膜を化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
絶縁膜22A,22Bは、例えば、シリコン酸化膜(SiO2)により構成されている。
この固体撮像装置1は、例えば、次のようにして製造することができる。
図2ないし図11は、この固体撮像装置1の製造方法を工程順に表したものである。まず、第2半導体基板、例えばシリコン基板23に、凹面部21Aを有する反射板21を形成し、第2部材20を形成する。
すなわち、まず、図2に示したように、シリコン基板23に、上述した材料よりなる絶縁膜22Aを形成する。
次いで、図3に示したように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁膜22Aに、反射板21を形成するための溝部24Aを設ける。溝部24Aは、平坦な底面を有している。
続いて、図4に示したように、絶縁膜22Aの上面および溝部24A内に、金属材料膜25Aを形成する。金属材料膜25Aとしては、例えば、銅をめっき法により被着することが可能である。また、めっき法により銅を被着する前に、絶縁膜22Aの上面および溝部24A内に、バリアメタルとなるタンタル膜や、めっき時のシード膜となる銅をスパッタ形成してもよい(図示せず)。
そののち、金属材料膜25Aを化学的機械的研磨法(CMP;Chemical Mechanical Polishing)により研磨し、溝部24A内以外の金属材料膜25Aを除去する。これにより、図5に示したように、反射板21が形成される。このとき、反射板21は、上面が断面円弧状に窪み、凹面部21Aとなる。反射板21の下面は、溝部24Aの平坦な底面がそのまま保持され、平坦部21Bとなる。
すなわち、溝部24A内以外の金属材料膜25Aが除去された状態からオーバー研磨を行うことで、反射板21の上面はディッシングと称される現象により窪んでいく。オーバー研磨量を適切に設定することで、所望の形状の凹面部21Aを有する反射板21を形成することが可能である。
反射板21を形成したのち、図6に示したように、絶縁膜22Aおよび反射板21の上に、上述した材料よりなる絶縁膜22Bを形成する。このとき、反射板21上には、反射板21に用いた材料が絶縁膜22Bへと拡散するのを抑制するための拡散防止膜となるシリコン窒化膜、あるいは、シリコンカーバイド膜、シリコン窒化カーバイド膜などを形成する場合もあるが、図中では省略する。
続いて、図7に示したように、例えばCMP法により、絶縁膜22Bの上面を平坦化する。以上により、第2部材20が形成される。
一方、図8に示したように、第1半導体基板、例えばシリコン(Si)基板16に光電変換部11を形成し、第1部材10を形成する。
すなわち、シリコン基板16上に半導体層17を成長させ、この半導体層17内に光電変換部11を形成する。次いで、半導体層17の上に、絶縁膜12Aを形成する。続いて、絶縁膜12Aの上に、ゲート電極13,絶縁膜12B,第1金属配線層41および第2金属配線層42を形成する。これにより、第1部材10が形成される。
そののち、同じく図8に示したように、第2部材20を、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせる。貼り合わせ方法としては、例えばプラズマ照射による表面活性化接合法を用いることが可能である。
続いて、図9に示したように、例えば研削加工法により、第1部材10のシリコン基板16を除去する。
そののち、図10に示したように、光電変換部11上に層間絶縁膜14を形成する。続いて図11に示したように、層間絶縁膜14上にマイクロレンズ15を配設する。以上により、図1に示した固体撮像装置1が完成する。
図12および図13は、凹面部21Aの窪み量の制御方法を説明するためのものであり、溝部24および隣接する絶縁膜22Aの寸法と凹面部21Aの窪み量との関係を表している。図12に示したように、絶縁膜22Aの幅W1の溝部24Aの幅W2に対する比率が大きい場合には、凹面部21Aの窪み量Dは小さくなる。一方、図13に示したように、絶縁膜22Aの幅W1が狭くなるに従い、凹面部21Aの窪み量Dは大きくなる。単一画素の大きさや反射板21と光電変換部11との距離に応じて、溝部24Aと絶縁膜22Aとの寸法比率W2:W1を最適にすることにより、所望の曲率を有する反射板21を形成することが可能となる。また、窪み量Dの制御性を高め、感度のばらつきが小さい固体撮像装置1を得ることが可能となる。
ここで、絶縁膜22Aの寸法W1は、溝部24Aの寸法W2の1/3(3分の1)以下にすることが好ましい。溝部24Aと絶縁膜22Aとの寸法比率W2:W1を3:1よりも大きくすることにより、溝部24Aの寸法比が高くなりディッシングが大きく進むからである。
この固体撮像装置1では、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、光電変換部11を通過し、その通過過程において光電変換される。ここでは、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。
なお、図14に示したように平坦な反射板21を形成する場合には、第1部材10と第2部材20との貼り合わせ工程は不要であり、シリコン基板16に光電変換部11を形成したのち、絶縁膜12A,ゲート電極13,絶縁膜12B,反射板21,第1金属配線層41および第2金属配線層42を順次積層していくことが可能である。しかし、この場合には、シリコン基板16を透過してきた光L1を、光電変換部11へと効率良く反射させることが難しかった。また、斜め入射光がシリコン基板16を透過してきた場合には、反射光が隣接画素に入射し、隣接画素間でのクロストークを引き起こすおそれがあった。
また、図15に示したように、第1部材10と第2部材20との貼り合わせ工程を行わずに断面円弧状の反射板21を形成するには、例えば、次のような方法が考えられる。すなわち、シリコン基板16に光電変換部11を形成し、絶縁膜12Aで被覆する。続いて、絶縁膜12Aの上に下地層12Cを形成し、この下地層12Cをエッチングによりドーム状に成形し、その上に反射板21となる金属材料層を成膜する。しかし、この方法では、下地層12Cをドーム状に成形するためのエッチング制御が困難であり、チップ内またはウェハ内の反射板21の形状に不均一が生じ、感度むらの原因となっていた。
これに対して本実施の形態では、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを接合面30で貼り合わせるようにしている。よって、困難なエッチング制御を用いることなく、CMPのオーバー研磨によるディッシングという簡素な工程で、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20を形成することが可能となり、反射板21の形状均一性を高めることが可能となる。
このように本実施の形態では、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを接合面30で貼り合わせるようにしている。よって、困難なエッチング制御を用いることなく、CMPのオーバー研磨によるディッシングという簡素な工程で、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20を形成することが可能となる。よって、感度特性が高く、クロストークを抑制した固体撮像装置1を得ることが可能となる。また、反射板21の形状均一性を高め、感度むらを抑えることが可能となる。
また、反射板21の凹面部21Aは、金属材料膜25Aの化学的機械的研磨によるディッシング現象を利用して形成されているので、溝部24Aの幅W2を適切に設定することにより、窪み量Dの制御性を高め、感度のばらつきが小さい固体撮像装置1を得ることが可能となる。
(変形例1〜4)
図16ないし図19は、反射板21の平面構成の変形例1〜4を表したものである。図16ないし図18は、単位画素領域PXLが正方形の場合を表し、図19は単位画素領域PXLが長方形の場合を表している。
(変形例1)
反射板21は、例えば図16に示したように、矩形状の平面形状を有している。反射板21と絶縁膜22Aとの寸法比率W2:W1は、上述したように適切に設定することにより、凹面部21Aの窪み量Dを制御することが可能となる。
(変形例2)
また、反射板21は、例えば図17に示したように、円形の平面形状を有していることも可能である。本変形例においても、反射板21と絶縁膜22Aとの寸法比率W2:W1は、上述したように適切に設定することにより、凹面部21Aの窪み量Dを制御することが可能となる。また、反射板21の平面形状を円形とすることにより、光入射方向が変化した場合でも、反射率を一定に保つことが可能となり、感度の入射光の方位角依存を低減することが可能となる。
(変形例3)
あるいは、反射板21は、例えば図18に示したように、八角形の平面形状を有していることも可能である。本変形例では、円形の場合と比べ、単位画素中の絶縁膜22Aの占める領域が小さくなり、方位角依存を小さくした上で、反射光による感度を高めることが可能となるという利点がある。
なお、反射板21の平面形状については、図16ないし図18に示した例以外の構造を用いることが可能であり、図示しないが、更に多角形において、角の数を増やしたり、必要に応じて任意の形状とすることが可能であることは言うまでもない。
(変形例4)
例えば、上記変形例1〜3は正方画素の場合であるが、本開示は、例えば図19に示したように、長方形の画素の場合にも適用可能である。この場合には、反射板21と絶縁膜22Aとの横寸法比率W2H:W1H、および縦寸法比率W2V:W2Vの両方を、上述したように適切に設定することにより、凹面部21Aの窪み量Dを制御することが可能となる。
(第2の実施の形態)
図20は、本開示の第2の実施の形態に係る固体撮像装置1Aの断面構成を表したものである。本実施の形態は、光電変換部11の駆動または信号伝達を行う金属配線層の一部を、第2部材20に設けたものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Aは、上記第1の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Aは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Aでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、マイクロレンズ15が配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11、絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、後述するように、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45は、光電変換部11の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものである。第3金属配線層45は、第1部材10に設けられている。第1金属配線層43および第2金属配線層44は、第2部材20に設けられている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
反射板21は、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
絶縁膜22C〜22Eは、例えば、シリコン酸化膜(SiO2)により構成されている。
第3金属配線層45は、絶縁膜12B中に設けられている。第1金属配線層43および第2金属配線層44と、反射板21とは、絶縁膜22C〜22E中に設けられている。第1金属配線層43と第2金属配線層44とは、ビア46により接続されている。第2金属配線層44と第3金属配線層45とは、互いの表面44A,45Aが接触することにより接続されている。
この固体撮像装置1Aは、例えば、次のようにして製造することができる。
図21ないし図35は、この固体撮像装置1Aの製造方法を工程順に表したものである。まず、第2半導体基板、例えばシリコン基板23に、凹面部21Aを有する反射板21を形成し、第2部材20を形成する。
すなわち、まず、図21に示したように、シリコン基板23に、上述した材料よりなる絶縁膜22Cを形成する。
次いで、図22に示したように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁膜22Cに、第1金属配線層43を形成するための溝部24Bを設ける。
続いて、図23に示したように、絶縁膜22Cの上面および溝部24B内に、金属材料膜25Bを形成する。金属材料膜25Bとしては、例えば、銅をめっき法により被着することが可能である。また、めっき法により銅を被着する前に、絶縁膜22の上面および溝部24B内に、バリアメタルとなるタンタル膜や、めっき時のシード膜となる銅をスパッタ形成してもよい(図示せず)。
そののち、金属材料膜25Bを化学的機械的研磨法(CMP)により研磨し、溝部24B内以外の金属材料膜25Bを除去する。これにより、図24に示したように、第1金属配線層43が形成される。
第1金属配線層43を形成したのち、図25に示したように、第1金属配線層43および絶縁膜22C上に、上述した材料よりなる絶縁膜22Dを形成する。このとき、第1金属配線層43上には、第1金属配線層43に用いた材料が絶縁膜22Dへと拡散するのを抑制するための拡散防止膜となるシリコン窒化膜、あるいは、シリコンカーバイド膜、シリコン窒化カーバイド膜などを形成する場合もあるが、図中では省略する。
続いて、図26に示したように、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより、絶縁膜22Dに、第2金属配線層44を形成するための溝部24Cと、反射板21を形成するための溝部24Dとを設ける。溝部24C,24Dは、平坦な底面を有している
そののち、図27に示したように、第2金属配線層44を形成するための溝部24C内に、ビア24Eを形成する。なお、本製造方法では、溝部24C形成後にビア24Eを形成する場合を記載しているが、先にビア24Eを形成したのちに、ビア24Eを含む領域に溝部24Cを形成してもよい。
続いて、図28に示したように、絶縁膜22Dの上面および溝部24C,24D内(ビア24E内を含む)に、金属材料膜25Cを形成する。金属材料膜25Cとしては、例えば、銅をめっき法により被着することが可能である。また、めっき法により銅を被着する前に、絶縁膜22Dの上面および溝部24C,24D内(ビア24E内を含む)に、バリアメタルとなるタンタル膜や、めっき時のシード膜となる銅をスパッタ形成してもよい(図示せず)。
そののち、金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法(CMP)により研磨し、溝部24C,24D内(ビア24E内を含む)以外の金属材料膜25Cを除去する。これにより、図29に示したように、反射板21と、第2金属配線層44と、ビア46とが形成される。このとき、反射板21は、溝部24Dの幅が大きいので、上面が円弧状に窪み凹面部21Aが形成される。反射板21の下面は、溝部24Dの平坦な底面が保持され、平坦部21Bとなる。また、第1金属配線層43と第2金属配線層44とは、ビア46により接続される。
反射板21および第2金属配線層44を形成したのち、図30に示したように、絶縁膜22D,第2金属配線層44および反射板21の上に、上述した材料よりなる絶縁膜22Eを形成する。
続いて、図31に示したように、例えばCMP法により、絶縁膜22Eの上面を平坦化する。このとき、第2金属配線層44の表面44Aは、その後に第1部材10との貼り合わせ時に第3金属配線層45との電気的接続をとるために露出させる。反射板21上には、絶縁膜22Eが平坦に被着されるようにする。以上により、第2部材20が形成される。
一方、図32に示したように、第1半導体基板、例えばシリコン(Si)基板16に光電変換部11を形成し、第1部材10を形成する。
すなわち、シリコン基板16上に半導体層17を成長させ、この半導体層17内に光電変換部11を形成する。次いで、半導体層17の上に、絶縁膜12Aを形成する。続いて、絶縁膜12Aの上に、ゲート電極13,絶縁膜12B,第3金属配線層45を形成する。その際、第3金属配線層45の表面45Aは、その後に第2部材20との貼り合わせ時に第2金属配線層44との電気的接続をとるために露出させる。これにより、第1部材10が形成される。
そののち、同じく図32に示したように、第2部材20を、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせる。第1部材10には第3金属配線層45が形成されており、第2部材20に形成された第2金属配線層44と電気的に接続される。第1部材10の接合面30と反対側にはシリコン基板16が存在している。
続いて、図33に示したように、第1部材10のシリコン基板16を除去する。
そののち、図34に示したように、光電変換部11上に層間絶縁膜14を形成する。続いて、図35に示したように、層間絶縁膜14上にマイクロレンズ15を配設する。以上により、図20に示した固体撮像装置1Aが完成する。
この固体撮像装置1Aでは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、光電変換部11を通過し、その通過過程において光電変換される。ここでは、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。
また、第1金属配線層43および第2金属配線層44が第2部材20に設けられているので、反射板21が第1部材10に近づき、反射板21による反射光L2の集光効果が向上する。特に光入射角が大きくなったときの反射光L2の光電変換部11への集光がより効率良く行われ、光入射角が大きくなった場合の感度低下量が小さくなる。
このように本実施の形態では、第1の実施の形態の効果に加えて、光電変換部11の駆動または信号伝達を行う金属配線層の一部を、第2部材20に設けることにより、反射板21と光電変換部11との距離を小さくし、反射板21による集光効率を更に高めることが可能となる。
(第3の実施の形態)
図36は、本開示の第3の実施の形態に係る固体撮像装置1Bの断面構成を表したものである。本実施の形態は、光電変換部11の周辺回路を構成するトランジスタを第2部材20に設けるようにしたものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Bは、上記第1および第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Bは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Bでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、マイクロレンズ15が配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、トランジスタ50と、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11、絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45、および絶縁膜22C〜22Eは、第2の実施の形態と同様に構成されている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
反射板21は、第2の実施の形態と同様に、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
トランジスタ50は、例えば、信号電圧の出力回路を構成する素子であり、ゲート電極51と、ゲート絶縁膜52と、ソース53と、ドレイン54とを有している。このような素子は、通常は第1基板10に設けられるものである。なお、図36では、ゲート電極51に接続される配線が図示されていないが、適宜第1金属配線層43とのコンタクトを取ることにより電気的接続がなされている。
この固体撮像装置1Bは、シリコン基板23にトランジスタ50を形成したのちに絶縁膜22Cを形成することを除いては、第2の実施の形態と同様にして製造することができる。
この固体撮像装置1Bでは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、光電変換部11を通過し、その通過過程において光電変換される。ここでは、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。
また、光電変換部11の周辺回路を構成するトランジスタ50が第2部材20に設けられているので、トランジスタ動作時のホットキャリアが生じた場合に、反射板21によりこの発光が第1部材10に入射せずに遮断され、偽信号の生成が抑制される。
このように本実施の形態では、第1および第2の実施の形態の効果に加えて、光電変換部11の周辺回路を構成するトランジスタを第2部材20に設けるようにしたので、トランジスタ動作時のホットキャリアが生じた場合に、反射板21によりこの発光が第1部材10に入射するのを遮断し、偽信号の生成を抑制することが可能となる。
なお、本実施の形態では、第2部材20に、光電変換部11の出力回路を構成する素子を形成する場合について説明したが、このほかに、光電変換部11の駆動回路、光電変換部11からの出力信号を保持するためのメモリ回路、信号電荷を処理し画像を再生するための信号処理回路などの機能を有する素子を形成してもよいことはいうまでもない。また、駆動回路、出力回路、信号処理回路あるいはメモリ回路を組合せたものを第2部材20に設けることも可能である。
(第4の実施の形態)
図37は、本開示の第4の実施の形態に係る固体撮像装置1Cの断面構成を表したものである。本実施の形態は、第1部材10の第3金属配線層45と第2部材20の第2金属配線層44との接続構成が異なることを除いては、上記第3の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Cは、撮像領域1C1と、周辺領域1C2とを有している。撮像領域1C1の構成は、第3の実施の形態の固体撮像装置1Bと同様である。周辺領域1Cには、接続部60が設けられている。
接続部60は、第1部材10と第2部材20との電気的接続を行うものであり、第1貫通ビア61と、第2貫通ビア62と、金属膜63とからなる、いわゆるツインコンタクト構造を有している。第1貫通ビア61は、第1部材10内において半導体層17を縦方向に貫通し、第3金属配線層45に達している。第2貫通ビア62は、第1部材10を縦方向に貫通し、第2部材20内の第2金属配線層44に達している。金属膜63は、第1貫通ビア61と第2貫通ビア62とを連結し、第3金属配線層45と第2金属配線層44とを電気的に接続するものである。金属膜63は、例えば図37では層間絶縁膜14A,14Bの層間に設けられている場合を表しているが、他の場所に設けることも可能である。
この固体撮像装置1Cは、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、第3の実施の形態と同様にして、光電変換部11を有する第1部材10と、反射板21を有する第2部材20とを形成し、第1部材10と第2部材20とを接合面30で貼り合わせる。その際、第2金属配線層44および第3金属配線層45を、撮像領域1C1だけでなく周辺領域1C2に延長して形成しておく。
次いで、シリコン基板16を除去し、層間絶縁膜14Aを形成する。続いて、周辺領域1C2に第1貫通ビア61および第2貫通ビア62を穿設する。そののち、層間絶縁膜14A上に金属材料膜を成膜し、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより金属膜63を形成し、接続部60により第2金属配線層44と第3金属配線層45とを接続する。続いて、層間絶縁膜14Bを形成し、撮像領域1C1にマイクロレンズ15を配設する。以上により、図37に示した固体撮像装置1Cが完成する。
なお、図37では、第1部材10と第2部材20との接続を、接続部60のみにより行う場合を表している。しかしながら、図37に示した接続部60による接続と、図36に示した各画素の第2金属配線層44と第3金属配線層45との表面44A,45A間の接触による接続とを併用することも可能である。
(第5の実施の形態)
図38は、本開示の第5の実施の形態に係る固体撮像装置1Dの断面構成を表したものである。本実施の形態では、第1部材10に緑フィルタ70G,赤フィルタ70Rおよび青フィルタ70Bを設ける一方、第2部材20において、青フィルタ70Bに対向する領域の反射板21を省略し、代わりに第1部材10と第2部材20とを接続する接続部47を設けたものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Dは、上記第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Dは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Dでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、緑フィルタ70G,赤フィルタ70Rおよび青フィルタ70Bと、マイクロレンズ15とが配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11、絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
緑フィルタ70Gは、光電変換部11から緑の波長域に対応する信号を取得するためのものである。赤フィルタ70Rは、光電変換部11から赤の波長域に対応する信号を取得するためのものである。青フィルタ70Bは、光電変換部11から青の波長域に対応する信号を取得するためのものである。なお、赤(R)は、例えば620nm〜750nmの波長域、緑(G)は、例えば495nm〜570nmの波長域、青(B)は、例えば450nm〜495nmの波長域にそれぞれ対応する色である。
図39は、緑フィルタ70G,赤フィルタ70Rおよび青フィルタ70Bの平面的な配置の一例を表したものである。この固体撮像装置1Dでは、複数の正方画素が縦横にマトリクス配置されているが、図39では、二列分の画素を表している。図39の左列では、緑フィルタ70Gと青フィルタ70Bとが列方向に交互に配置されている。図39の右列では、赤フィルタ70Rと緑フィルタ70Gとが列方向に交互に配置されている。左列の緑フィルタ70Gと右列の緑フィルタ70Gとは、千鳥配置されており互いに隣り合わない。図39の左列と右列とは、図示しないが、行方向に繰り返し配置されている。
図38に示した反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
また、本実施の形態では、反射板21は、緑フィルタ70Gに対向する領域と、赤フィルタ70Rに対向する領域とに設けられ、青フィルタ70Bに対向する領域には設けられていない。波長の短い青の光は、青フィルタ70B下部の光電変換部11を通過する間にほぼ吸収され、光電変換部11を透過する成分はほとんどない。これに対し、緑および赤に対応する光は、光電変換部11を透過する成分が存在する。よって、緑フィルタ70Gおよび赤フィルタ70R下部の光電変換部11に対向する領域にのみ反射板21を設けることで、緑および赤の光を反射板21で反射させ、反射光を光電変換部11に向けて戻し、効率的に信号電荷に変換することが可能となる。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45は、第2の実施の形態と同様に、光電変換部11の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものである。第3金属配線層45は、第1部材10に設けられている。第1金属配線層43および第2金属配線層44は、第2部材20に設けられている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
反射板21は、第2の実施の形態と同様に、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
第3金属配線層45は、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜12B中に設けられている。第1金属配線層43および第2金属配線層44と、反射板21とは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22C〜22E中に設けられている。第1金属配線層43と第2金属配線層44とは、第2の実施の形態と同様に、ビア46により接続されている。第2金属配線層44と第3金属配線層45とは、第2の実施の形態と同様に、互いの表面44A,45Aが接触することにより接続されている。
また、本実施の形態では、第1金属配線層43ないし第3金属配線層45は、青フィルタ70Bに対向する領域に集中配置され、接続部47を構成している。このように青フィルタ70B下方の反射板21を削除し、第1金属配線層43ないし第3金属配線層45を青フィルタ70B下方に集めて接続部47を構成することにより、接続部47の面積を拡大し、第1部材10と第2部材20とのより確実な電気的接続を行うことが可能となる。
この固体撮像装置1Dは、第1部材10に緑フィルタ70G,赤フィルタ70Rおよび青フィルタ70Bを設けること、および第2部材20の青フィルタ70B下方に接続部47を形成することを除いては、第2の実施の形態と同様にして製造することができる。
(第6の実施の形態)
図40は、本開示の第6の実施の形態に係る固体撮像装置1Eの断面構成を表したものである。本実施の形態では、第1部材10に補色関係にある緑フィルタ70Gおよびマゼンタフィルタ70Mを設ける一方、第2部材20において、緑フィルタ70Gおよびマゼンタフィルタ70Mの下方にそれぞれ二つの光電変換部11を積層したものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Eは、上記第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Eは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Eでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、緑フィルタ70Gおよびマゼンタフィルタ70Mと、マイクロレンズ15とが配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11、絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45、および絶縁膜22C〜22Eは、第2の実施の形態と同様に構成されている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
緑フィルタ70Gは、二層の光電変換部11の出力信号を合わせて緑の波長域に対応する信号を取得するためのものである。マゼンタフィルタ70Mは、光入射面10Aに近いほうの光電変換部11から青の波長域に対応する信号を取得し、光入射面10Aから遠いほうの光電変換部11から赤の波長域に対応する信号を取得するためのものである。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10を透過してきた光L1を反射させて、光電変換部11に向けて戻すことにより感度を向上させるものである。特に、本実施の形態では、反射板21は、波長の長い光のうち光電変換部11を透過してきたものを反射させて、光電変換部11に再入射させる。
そもそも、ダマシン法により形成する金属配線としては、銅が最も一般的である。銅の反射特性として、特に波長の長い光に対する反射率が高い。積層型の光電変換部11を有する場合には、光入射面10Aから見て下層に、波長の長い光を検出するための光電変換部11を配置する。よって、光入射面10Aから見て下層の光電変換部11に対して、長波長光に対して高い反射率をもつ銅よりなる反射板21を設けることが有効である。積層型の光電変換部11を有する第1部材10に、反射板21を有する第2部材20を貼り合せることは、高感度化に効果が高い。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
また、反射板21は、第2の実施の形態と同様に、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
この固体撮像装置1Eでは、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、緑フィルタ70Gおよびその下方の二層の光電変換部11、またはマゼンタフィルタ70Mおよびその下方の二層の光電変換部11を通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。緑フィルタ70Gの下方の二層の光電変換部11の出力信号を合わせることで、緑の波長域に対応する信号が得られる。マゼンタフィルタ70Mの下方の光入射面10Aに近いほうの光電変換部11から、青の波長域に対応する信号が得られる。マゼンタフィルタ70Mの下方の光入射面10Aから遠いほうの光電変換部11から、赤の波長域に対応する信号が得られる。
ここでは、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。特に、本実施の形態では、波長の長い光のうち光電変換部11を透過してきたものが反射板21で反射され、光電変換部11へと再入射する。よって、とりわけ赤および緑の感度が向上する。
この固体撮像装置1Eは、第1部材10に緑フィルタ70Gおよびマゼンタフィルタ70Mを設けること、および緑フィルタ70Gおよびマゼンタフィルタ70Mの下方にそれぞれ二つの光電変換部11を積層することを除いては、第2の実施の形態と同様にして製造することができる。
(第7の実施の形態)
図41は、本開示の第6の実施の形態に係る固体撮像装置1Fの断面構成を表したものである。本実施の形態では、第1部材10において各画素につき三つの光電変換部11が積層されている。このことを除いては、この固体撮像装置1Fは、上記第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Fは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Fでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、光電変換部11の下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、光電変換部11に近い方からこの順に有している。光電変換部11の上方には、層間絶縁膜14を間にして、マイクロレンズ15が配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11は、各画素について三つずつ積層され、光入射面10Aに近いほうから順に、青、緑および赤の波長域に対応する信号を取得可能となっている。
絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45、および絶縁膜22C〜22Eは、第2の実施の形態と同様に構成されている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10を透過してきた光L1を反射させて、光電変換部11に向けて戻すことにより感度を向上させるものである。特に、本実施の形態では、反射板21は、波長の長い赤の光のうち光電変換部11を透過してきたものを反射させて、光入射面10Aから見て最も深い第3層目の光電変換部11に再入射させる。第6の実施の形態で説明したように、光入射面10Aから見て下層の光電変換部11に対して、長波長光に対して高い反射率をもつ銅よりなる反射板21を設けることにより、高感度化に効果が高い。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
反射板21は、第2の実施の形態と同様に、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
この固体撮像装置1Fでは、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、三層の光電変換部11を通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。光入射面10Aに最も近い第1層目の光電変換部11から、青の波長域に対応する信号が得られる。その次に光入射面10Aに近い第2層目の光電変換部11から、緑の波長域に対応する信号が得られる。光入射面10Aから最も遠い第3層目の光電変換部11から、赤の波長域に対応する信号が得られる。
ここでは、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。特に、本実施の形態では、波長の長い赤の光のうち光電変換部11を透過してきたものが反射板21で反射され、光入射面10Aから最も遠い光電変換部11へと再入射する。よって、とりわけ赤の感度が向上する。
この固体撮像装置1Fは、第1部材10において各画素につき三つの光電変換部11を積層することを除いては、第2の実施の形態と同様にして製造することができる。
(第8の実施の形態)
図42は、本開示の第8の実施の形態に係る固体撮像装置1Gの断面構成を表したものである。本実施の形態では、光電変換部11として、無機光電変換部11Aと、有機光電変換部11Bとを設けたものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Gは、上記第2の実施の形態と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
この固体撮像装置1Gは、第1の実施の形態と同様に、光電変換部11を有する第1部材10と、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20とを有している。第2部材20は、第1の実施の形態と同様に、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、反射板21の凹面部21Aを光電変換部11に向けて貼り合わせられている。これにより、この固体撮像装置1Gでは、第1の実施の形態と同様に、簡素な工程で作製可能な、形状均一性の高い凹形状の反射板21を備えることが可能となっている。
第1部材10は、例えば、無機光電変換部11Aの下方に、絶縁膜12A,12Bと、ゲート電極13と、第3金属配線層45とを、無機光電変換部11Aに近い方からこの順に有している。無機光電変換部11Aの上方には、層間絶縁膜14を間にして、有機光電変換部11Bと、パッシベーション膜18と、マイクロレンズ15とが配設されている。
第2部材20は、例えば、シリコン基板23上に、絶縁膜22Cと、第1金属配線層43と、絶縁膜22Dと、反射板21と、第2金属配線層44と、絶縁膜22Eとをこの順に有している。
光電変換部11は、上述したように、無機光電変換部11Aと、有機光電変換部11Bとを含む。無機光電変換部11Aは、第1の実施の形態の光電変換部11と同様に構成されている。無機光電変換部11Aは、例えば、第6の実施の形態と同様に各画素につき二つ積層されている。なお、無機光電変換部11Aは、第1の実施の形態と同様に各画素につき一つ設けられていてもよい。
有機光電変換部11Bは、例えば、下部透明電極(画素電極)81と上部透明電極(対向電極)82との間に有機膜(光電変換膜)83を有している。
下部透明電極81は、複数の画素の各々に対して分断され、絶縁膜84により互いに絶縁されている。下部透明電極81は、配線(図示せず)を介して金属配線層(図示せず)に接続されている。上部透明電極82は,複数の画素の共通電極である。下部透明電極81および上部透明電極82は例えばITO(Indium Tin Oxide;酸化インジウムスズ)などの透明導電材料により構成されている。
有機膜83は、有機光電変換膜により構成されている。緑の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料により構成されている。赤の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料により構成されている。青の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、クマリン系色素、トリス−8−ヒドリキシキノリンアルミニウム(Alq3)、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料により構成されている。
パッシベーション膜18は、水分やガスが有機光電変換部11Bに浸入するのを抑えるための保護膜としての機能を有するものであり、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されていることが好ましい。パッシベーション膜18は、例えば、シリコン窒化膜,シリコン酸窒化膜あるいは酸化アルミニウム膜、またはこれらの積層膜により構成されていることが好ましい。
絶縁膜12A,12B、ゲート電極13、層間絶縁膜14およびマイクロレンズ15は、第1の実施の形態と同様に構成されている。
第1金属配線層43ないし第3金属配線層45、および絶縁膜22C〜22Eは、第2の実施の形態と同様に構成されている。なお、金属配線層の積層数や構成は特に限定されない。
反射板21は、第1の実施の形態と同様に、上面(光電変換部11側)に凹面部21Aを有し、下面に平坦部21Bを有していることが好ましい。凹面部21Aは、第2の実施の形態と同様に、絶縁膜22Dの溝部24Dに埋め込んだ金属材料膜25Cを化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成されたものである。反射板21は、第1の実施の形態と同様に、例えば、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されていることが好ましい。
反射板21は、第2の実施の形態と同様に、第2金属配線層44と同一の金属材料膜により構成されていることが好ましい。反射板21と第2金属配線層44とを同一工程で作製することが可能となるからである。
この固体撮像装置1Gでは、光電変換部11に、マイクロレンズ15を介して光L1が入射すると、光L1は、有機光電変換部11Bおよび二層の無機光電変換部11Aを通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。有機光電変換部11Bからは、例えば、緑の波長域に対応する信号が得られる。光入射面10Aに近いほうの無機光電変換部11Aから、例えば、青の波長域に対応する信号が得られる。光入射面10Aから遠いほうの光電変換部11Aから、例えば、赤の波長域に対応する信号が得られる。
ここでは、第1部材10の光入射面10Aと反対側に、凹面部21Aを有する反射板21を含む第2部材20が貼り合わせられているので、光電変換部11を透過してきた光L1は、反射板21の凹面部21Aによって反射され、その反射光L2が再び光電変換部11へと入射し、隣接画素へのクロストークが抑制される。特に、本実施の形態では、波長の長い赤の光のうち無機光電変換部11Aを透過してきたものが反射板21で反射され、光入射面10Aから遠いほうの無機光電変換部11Aへと再入射する。よって、とりわけ赤の感度が向上する。
この固体撮像装置1Gは、層間絶縁膜14の上に有機光電変換部11Bを形成したのちにマイクロレンズ15を配設することを除いては、第2の実施の形態と同様にして製造することができる。
(適用例1)
図43は、本開示の適用例1に係るデジタルスチルカメラを被写体側から見た外観を表したものである。このデジタルスチルカメラ101は、例えば、本体部102の前面に、上下方向へスライド可能な開閉パネル103を有している。本体部102の上面には、操作部104が配置されている。操作部104は、例えば、電源の投入を行うための電源釦、撮影時に操作されるシャッター釦、ズーミングを行うためのズーム摘子を含む。
以下の説明および図面では、このデジタルスチルカメラ101による撮影時において撮影者から見た方向で前後(Z)、上下(Y)および左右(X)の方向を示すものとする。従って、被写体側が前方となり、撮影者側が後方となる。なお、前後(Z)、上下(Y)および左右(X)の方向は説明の便宜上のものであり、本開示の実施に関しては、これらの方向に限定されることはない。
本体部102は、例えば、フロントパネル102Aと、中間フレーム102Bと、キャビネット102Cとを有している。フロントパネル102A,中間フレーム102Bおよびキャビネット102Cは、前後方向Zにおいて順に結合されている。
図44は、開閉パネル103を開けた状態を表したものである。本体部102の前面の上端部には、撮影時において補助光を照射するフラッシュ105と、被写体像を結像するための撮影レンズ106とが、左右に並んで配置されている。撮影レンズ106の後方における本体部102内部には、撮像光学系(図44には図示せず、図46参照。)として、レンズまたはレンズ群(図示せず)が光軸に沿って配置されている。
フラッシュ105および撮影レンズ106は、開閉パネル103の上下方向へのスライドによって開閉されるようになっている。開閉パネル103が下方へ移動されてフラッシュ105と撮影レンズ106が開放されることにより被写体の撮影が可能な状態となる。開閉パネル103が上方へ移動されてフラッシュ105と撮影レンズ106が閉塞されることにより被写体の撮影が不能な状態となる。
図45は、このデジタルスチルカメラ101を、撮影者側から見た外観を表したものである。本体部102の背面には、表示ユニット107が設けられている。表示ユニット107は、撮像光学系により結像された被写体像または撮像素子により撮像された画像を表示するものである。また、表示装置107は、このほかに、ユーザーの操作部104に対する操作状態、本体部102の内蔵メモリや外部メモリに記憶された各種データなどを表示する。表示ユニット107は、例えば液晶または有機ELなどにより構成されている。
図46は、デジタルスチルカメラ101の回路構成の一例を表したものである。デジタルスチルカメラ101は、例えば、撮像機能を担うカメラブロック120と、カメラ信号処理部121と、画像処理部122と、表示ユニット107と、R/W(リーダ/ライタ)123と、CPU(CentralProcessingUnit)124と、入力部125と、レンズ駆動制御部126とを有している。
カメラブロック120は、例えば、レンズ群(図示せず)などを含む撮像光学系127の後段に、撮像素子128を有している。この撮像素子128が、上記本開示の固体撮像装置1〜1Gにより構成されている。
カメラ信号処理部121は、例えば、撮像素子128からの出力信号に対するアナログ−デジタル変換、ノイズ除去、画質補正、輝度・色差信号への変換等の各種の信号処理を行うものである。
画像処理部122は、所定の画像データフォーマットに基づく画像信号の圧縮符号化・伸張復号化処理や解像度等のデータ仕様の変換処理等を行うものである。
R/W123は、画像処理部122によって符号化された画像データのメモリーカード123Aへの書込及びメモリーカード123Aに記録された画像データの読出を行うものである。メモリーカード123Aは、例えば、R/W123に接続されたスロットに対して着脱可能な半導体メモリである。
CPU124は、デジタルスチルカメラ101の全体を制御する制御処理部としての機能を有するものであり、入力部125からの指示入力信号等に基づいて各回路ブロックを制御する。
入力部125は、ユーザーによる操作部104の操作に応じた指示入力信号をCPU124に対して出力するものである。
レンズ駆動制御部126は、CPU124からの制御信号に基づいて、撮像光学系127の各レンズを駆動するモータ(図示せず)等を制御するものである。
(適用例2)
図47および図48は、上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gが適用されるスマートフォン220の外観を表したものである。このスマートフォン220は、例えば、表側に表示部221および操作部222を有し、裏側に被写体撮影用のレンズ223を有している。スマートフォン220内部には、適用例1と同様に、レンズ223を含む撮像光学系(図示せず)の後段に、撮像素子(図示せず)が設けられている。この撮像素子が上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gにより構成されている。
(適用例3)
図49は、上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gが適用されるビデオカメラ260の外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部261,この本体部261の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ262,撮影時のスタート/ストップスイッチ263および表示部264を有している。本体261内部には、適用例1と同様に、レンズ262を含む撮像光学系(図示せず)の後段に、撮像素子(図示せず)が設けられている。この撮像素子が上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gにより構成されている。
(適用例4)
図50および図51は、上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gが適用される携帯電話機270の外観を表したものである。この携帯電話機270は、例えば、上側筐体271と下側筐体272とを連結部(ヒンジ部)273で連結したものであり、ディスプレイ274,サブディスプレイ275,ピクチャーライト276および被写体撮影用のレンズ277を有している。上側筐体271または下側筐体272内部には、適用例1と同様に、レンズ277を含む撮像光学系(図示せず)の後段に、撮像素子(図示せず)が設けられている。この撮像素子が、上記実施の形態の固体撮像装置1〜1Gにより構成されている。
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記第8の実施の形態では、下部透明電極81が画素ごとに分断され、上部透明電極82が共通電極である場合について説明したが、上部透明電極82が画素ごとに分断され、下部透明電極81が共通電極である構成をとることも可能である。この場合には、光電変換された信号電荷は、上部透明電極82へと収集され、上部透明電極82に接続された電荷出力部(図示せず)を介して外部へと出力される。
また、例えば、上記実施の形態では、固体撮像装置1〜1Gの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
光電変換部を有する第1部材と、
凹面部を有する反射板を含む第2部材と
を備え、
前記第2部材は、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の前記凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせられた
固体撮像装置。
(2)
前記反射板は、上面に前記凹面部を有し、下面に平坦部を有する
前記(1)記載の固体撮像装置。
(3)
前記凹面部は、絶縁膜の溝部に埋め込んだ金属材料膜を化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成された
前記(1)または(2)記載の固体撮像装置。
(4)
前記反射板は、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されている
前記(1)ないし(3)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(5)
前記光電変換部の駆動または信号伝達を行う金属配線層を備え、
前記金属配線層の一部は、前記第2部材に設けられている
前記(1)ないし(4)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(6)
前記反射板は、前記金属配線層の一部と同一の金属材料膜により構成されている
前記(5)記載の固体撮像装置。
(7)
前記光電変換部の周辺回路を備え、
前記周辺回路は、前記第2部材に搭載されている
前記(1)ないし(6)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(8)
前記周辺回路は、前記光電変換部の駆動回路、出力回路、信号処理回路あるいは信号保持用メモリ回路、または、前記駆動回路、前記出力回路、前記信号処理回路あるいは前記信号保持用メモリ回路を組合せたものである
前記(7)記載の固体撮像装置。
(9)
前記第1部材は、緑フィルタ,赤フィルタおよび青フィルタを有し、
前記第2部材は、前記青フィルタに対向する領域に、前記第1部材と前記第2部材とを電気的に接続する接続部を有する
前記(1)ないし(8)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(10)
前記第1部材は、
緑フィルタおよびマゼンタフィルタと、
前記緑フィルタに対向する領域に、前記光入射面に垂直な方向に積層された二つの光電変換部と、
前記マゼンタフィルタに対向する領域に、前記光入射面に垂直な方向に積層された二つの光電変換部と
を備えた前記(1)ないし(8)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(11)
前記第1部材は、前記光入射面に垂直な方向に積層された複数の光電変換部を有する
前記(1)ないし(8)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(12)
前記第1部材は、無機光電変換部および有機光電変換部を有する
前記(1)ないし(11)のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
(13)
第1半導体基板に光電変換部を形成し、第1部材を形成する工程と、
第2半導体基板に、凹面部を有する反射板を形成し、第2部材を形成する工程と、
前記第2部材を、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせる工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
(14)
前記反射板を形成する工程は、
前記第2半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に溝部を設ける工程と、
前記絶縁膜の上面および前記溝部内に、金属材料膜を形成する工程と、
前記金属材料膜を化学的機械的研磨法により研磨し、前記溝部内以外の前記金属材料膜を除去して反射板を形成し、前記反射板の上面をディッシングさせることで前記凹面部を形成する工程と
を含む前記(13)記載の固体撮像装置の製造方法。
(15)
前記光電変換部の駆動または信号伝達を行う金属配線層を形成する工程を更に含み、
前記金属配線層の一部を、前記第2部材に形成する
前記(13)または(14)記載の固体撮像装置の製造方法。
(16)
前記金属配線層を、前記第1部材および前記第2部材の両方に形成し、
前記第2部材を前記第1部材に貼り合わせる工程の前に、
前記第1部材に形成した前記金属配線層を露出させる工程と、
前記第2部材に形成した前記金属配線層を露出させる工程と
を、更に含む前記(15)記載の固体撮像装置の製造方法。
(17)
前記第1部材の前記光入射面上にカラーフィルタを形成する工程を更に含む
前記(13)ないし(16)のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
(18)
前記第1部材の前記光入射面上にオンチップレンズを形成する工程を更に含む
前記(13)ないし(17)のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
(19)
固体撮像装置を備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換部を有する第1部材と、
凹面部を有する反射板を含む第2部材と
を備え、
前記第2部材は、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の前記凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせられた
電子機器。
1,1A〜1G…固体撮像装置、10…第1部材、11…光電変換部、11A…無機光電変換部、11B…有機光電変換部、12A,12B…絶縁膜、13…ゲート電極、14…層間絶縁膜、15…マイクロレンズ、16…シリコン基板、17…半導体層、18…パッシベーション膜、20…第2部材、21…反射板、21A…凹面部、21B…平坦部、22A〜22E…絶縁膜、23…シリコン基板、24A〜24D…溝部、25A〜25C…金属材料膜、30…接合面、41〜45…金属配線層、46…ビア、50…トランジスタ、51…ゲート電極、52…ゲート絶縁膜、53…ソース、54…ドレイン、60…接続部、61…第1貫通ビア、62…第2貫通ビア、63…金属膜、70R…赤フィルタ、70G…緑フィルタ、70B…青フィルタ、70M…マゼンタフィルタ、81…下部透明電極、82…上部透明電極、83…有機膜、101…デジタルスチルカメラ。

Claims (19)

  1. 光電変換部を有する第1部材と、
    凹面部を有する反射板を含む第2部材と
    を備え、
    前記第2部材は、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の前記凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせられた
    固体撮像装置。
  2. 前記反射板は、上面に前記凹面部を有し、下面に平坦部を有する
    請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記凹面部は、絶縁膜の溝部に埋め込んだ金属材料膜を化学的機械的研磨法によりディッシングさせることにより形成された
    請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記反射板は、銅、アルミニウム、銅を含む合金およびアルミニウムを含む合金からなる群のうちの少なくとも1種により構成されている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 前記光電変換部の駆動または信号伝達を行う金属配線層を備え、
    前記金属配線層の一部は、前記第2部材に設けられている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 前記反射板は、前記金属配線層の一部と同一の金属材料膜により構成されている
    請求項5記載の固体撮像装置。
  7. 前記光電変換部の周辺回路を備え、
    前記周辺回路は、前記第2部材に搭載されている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  8. 前記周辺回路は、前記光電変換部の駆動回路、出力回路、信号処理回路あるいは信号保持用メモリ回路、または、前記駆動回路、前記出力回路、前記信号処理回路あるいは前記信号保持用メモリ回路を組合せたものである
    請求項7記載の固体撮像装置。
  9. 前記第1部材は、緑フィルタ,赤フィルタおよび青フィルタを有し、
    前記第2部材は、前記青フィルタに対向する領域に、前記第1部材と前記第2部材とを電気的に接続する接続部を有する
    請求項1記載の固体撮像装置。
  10. 前記第1部材は、
    緑フィルタおよびマゼンタフィルタと、
    前記緑フィルタに対向する領域に、前記光入射面に垂直な方向に積層された二つの光電変換部と、
    前記マゼンタフィルタに対向する領域に、前記光入射面に垂直な方向に積層された二つの光電変換部と
    を備えた請求項1記載の固体撮像装置。
  11. 前記第1部材は、前記光入射面に垂直な方向に積層された複数の光電変換部を有する
    請求項1記載の固体撮像装置。
  12. 前記第1部材は、無機光電変換部および有機光電変換部を有する
    請求項1記載の固体撮像装置。
  13. 第1半導体基板に光電変換部を形成し、第1部材を形成する工程と、
    第2半導体基板に、凹面部を有する反射板を形成し、第2部材を形成する工程と、
    前記第2部材を、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせる工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  14. 前記反射板を形成する工程は、
    前記第2半導体基板に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜に溝部を設ける工程と、
    前記絶縁膜の上面および前記溝部内に、金属材料膜を形成する工程と、
    前記金属材料膜を化学的機械的研磨法により研磨し、前記溝部内以外の前記金属材料膜を除去して反射板を形成し、前記反射板の上面をディッシングさせることで前記凹面部を形成する工程と
    を含む請求項13記載の固体撮像装置の製造方法。
  15. 前記光電変換部の駆動または信号伝達を行う金属配線層を形成する工程を更に含み、
    前記金属配線層の一部を、前記第2部材に形成する
    請求項13記載の固体撮像装置の製造方法。
  16. 前記金属配線層を、前記第1部材および前記第2部材の両方に形成し、
    前記第2部材を前記第1部材に貼り合わせる工程の前に、
    前記第1部材に形成した前記金属配線層を露出させる工程と、
    前記第2部材に形成した前記金属配線層を露出させる工程と
    を、更に含む請求項15記載の固体撮像装置の製造方法。
  17. 前記第1部材の前記光入射面上にカラーフィルタを形成する工程を更に含む
    請求項13記載の固体撮像装置の製造方法。
  18. 前記第1部材の前記光入射面上にオンチップレンズを形成する工程を更に含む
    請求項13記載の固体撮像装置の製造方法。
  19. 固体撮像装置を備え、
    前記固体撮像装置は、
    光電変換部を有する第1部材と、
    凹面部を有する反射板を含む第2部材と
    を備え、
    前記第2部材は、前記第1部材の光入射面と反対側に、前記反射板の前記凹面部を前記光電変換部に向けて貼り合わせられた
    電子機器。
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