JP2015012043A - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

撮像装置およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2015012043A
JP2015012043A JP2013134280A JP2013134280A JP2015012043A JP 2015012043 A JP2015012043 A JP 2015012043A JP 2013134280 A JP2013134280 A JP 2013134280A JP 2013134280 A JP2013134280 A JP 2013134280A JP 2015012043 A JP2015012043 A JP 2015012043A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
insulating film
film
semiconductor layer
pixels
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013134280A
Other languages
English (en)
Inventor
裕之 福水
Hiroyuki Fukumizu
裕之 福水
孝明 南
Takaaki Minami
孝明 南
健太郎 江田
Kentaro Eda
健太郎 江田
武 用正
Takeshi Mochimasa
武 用正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2013134280A priority Critical patent/JP2015012043A/ja
Priority to US14/201,985 priority patent/US9219175B2/en
Priority to TW103121101A priority patent/TW201515246A/zh
Priority to CN201410298661.7A priority patent/CN104253137A/zh
Publication of JP2015012043A publication Critical patent/JP2015012043A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】実施形態は、画素間のクロストークの抑制手段を有し、光感度のバラツキを抑えることが可能な撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態に係る撮像装置は、第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、を有する半導体層と、前記半導体層に設けられた複数の画素と、前記第１の面に設けられ、前記複数の画素のそれぞれの出力を制御する電極と、前記複数の画素のそれぞれの境界を画する遮光膜と、を備える。前記第２の面の上には、第１の絶縁膜が設けられる。前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜の上面に接して設けられ、可視光領域における屈折率が前記第１の絶縁膜よりも小さい。前記遮光膜は、一方の端が前記第２の絶縁膜中、もしくは、前記第２の絶縁膜の前記第１絶縁膜に接する面とは反対側の面と同じレベルにあり、他方の端が前記半導体層中に位置する。
【選択図】図１

Description

実施形態は、撮像装置およびその製造方法に関する。
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳイメージセンサ（Complimentary Metal Oxide Smiconductor image sensor）等の撮像装置は、光電変換を行う複数の画素と、個々の画素の出力を集約した画像信号を出力する回路部と、を備える。そして、撮像装置には、１つのチップ面に画素と回路部の両方を設ける表面照射型デバイスと、表面側に回路部を設け、裏面側に画素を設ける裏面照射型デバイスの２つのタイプがある。このうち、裏面照射型デバイスは、受光面に回路部が設けられないため、画素の高密度化が容易で高感度である。しかしながら、裏面入射型デバイスでは、隣接する画素間の混色（クロストーク）が起こり易い。そこで、画素間のクロストークを抑制した高性能の撮像装置が必要とされている。
特開２０１２−２３２０７号公報
実施形態は、画素間のクロストークの抑制手段を有し、光感度のバラツキを抑えることが可能な撮像装置およびその製造方法を提供する。
実施形態に係る撮像装置は、第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、を有する半導体層と、前記半導体層に設けられ、前記半導体に入射した光を検出する複数の画素と、前記第１の面に設けられ、前記複数の画素のそれぞれの出力を制御する電極と、前記複数の画素のそれぞれの境界を画する遮光膜と、を備える。前記半導体層の前記第２の面の上には、第１の絶縁膜と、第２の絶縁膜と、が設けられる。前記第１の絶縁膜は、前記半導体層の上に設けられる。前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜の上に前記第１の絶縁膜に接して設けられ、可視光領域における屈折率が前記第１の絶縁膜よりも小さい。前記遮光膜は、一方の端が前記第２の絶縁膜中、もしくは、前記第２の絶縁膜の前記第１絶縁膜に接する面とは反対側の面と同じレベルにあり、他方の端が前記半導体層中に位置する。
実施形態に係る撮像装置を表す模式図。 実施形態に係る撮像装置の製造過程を表す模式断面図。 図２に続く製造過程を表す模式断面図。 図３に続く製造過程を表す模式断面図。 図４に続く製造過程を表す模式断面図。 実施形態の変形例に係る撮像装置を表す模式断面図。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
図１は、実施形態に係る撮像装置１を表す模式図である。図１（ａ）は、撮像装置１の部分断面を表している。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿った断面を表している。
撮像装置１は、半導体層１０と、半導体層１０に設けられた複数の画素２０と、画素２０の出力を制御する電極３０と、を備える。半導体層１０は、例えば、シリコン層であり、その導電形はｐ形である。画素２０は、半導体層１０に入射する光を検出する。
図１（ａ）に表すように、半導体層１０は、第１の面１０ａと、第１の面とは反対側の第２の面１０ｂと、を有する。第１の面１０ａの上には、複数の画素２０のそれぞれの出力を制御する電極３０が設けられる。半導体層１０と、電極３０と、の間には、絶縁膜３３が設けられる。
第２の面１０ｂの上には、第１の絶縁膜（以下、絶縁膜４０）と、第２の絶縁膜（以下、絶縁膜４１）と、が設けられる。絶縁膜４１は、絶縁膜４０の上に、絶縁膜４０に接して設けられる。また、絶縁膜４１は、可視光領域（例えば、波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲）における屈折率が絶縁膜４０よりも小さい。
さらに、撮像装置１は、複数の画素２０のそれぞれの境界を画する遮光膜６０を備える。遮光膜６０は、第２の面１０ｂから第１の面１０ａに向かう方向に延在する。そして、遮光膜６０の一方の端６０ａは、絶縁膜４１の絶縁膜４０に接する面とは反対側の面と同じレベルにあり、他方の端６０ｂは、半導体層１０の中に位置する。
また、絶縁膜４１と、絶縁膜４１の上に設けられる平坦化膜５１と、が同じ材料からなり一体化された絶縁膜５０となる場合は、遮光膜６０の一方の端６０ａは、絶縁膜５０の中に位置する。
次に、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して、撮像装置１を詳細に説明する。以下の説明では、半導体層１０の導電形をｐ形として説明するが、これに限定される訳ではない。すなわち、半導体層１０は、ｎ形であっても良い。
図１（ａ）に表すように、半導体層１０の内部には、複数の受光層１３が設けられる。受光層１３の導電形は、半導体層１０とは異なるｎ形である。受光層１３は、半導体層１０に入射する光を吸収し、フォトキャリアを発生する。
図１（ｂ）に表すように、受光層１３は、それぞれ画素分離領域１０ｆに囲まれ、１つの画素２０は、１つの受光層１３を含む。画素分離領域１０ｆは、半導体層１０の一部であり、その導電形はｐ形である。
半導体層１０の第１の面１０ａ側において、個々の画素２０に対応する部分にｐ＋層１９が選択的に設けられる。ｐ＋層１９は、半導体層１０よりも高濃度のｐ形不純物を含む。そして、ｐ＋層１９と受光層１３との間には、ｎ＋層１７が設けられる。ｎ＋層１７は、受光層１３よりも高濃度のｎ形不純物を含む。
図１（ａ）に表すように、ｎ＋層１７の一部は、第１の面１０ａまで延在し、絶縁膜３３を介して電極３０に向き合う。さらに、ｎ＋層１７の延在部１７ａに隣接する位置にｐ層１５が設けられる。ｐ層１５は、例えば、半導体層１０よりも高濃度、且つ、ｐ＋層１９よりも低濃度のｐ形不純物を含む。また、ｐ層１５は、絶縁膜３３を介して電極３０に向き合う。
例えば、電極３０にプラスのゲートバイアスを印加すると、ｐ層１５と絶縁膜３３との界面に反転チャネルが形成される。そして、受光層１３において光電変換されたフォトキャリアは、その反転チャネル、および、図示しないソースドレイン領域を介して光電流として出力される。
一方、第２の面１０ｂの側では、半導体層１０の上に絶縁膜２１を介して絶縁膜４０および絶縁膜４１が設けられる。絶縁膜２１は、パッシベーション膜であり、半導体層１０の上に直接設けられる。絶縁膜２１は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。
絶縁膜２１として、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜、または、酸化ハフニウムとシリコン酸化膜の積層膜（ＨｆＯ２／ＳｉＯ２）を用いることもできる。これらの膜は固定電荷を有するため、半導体層１０と絶縁膜２１の間の界面チャージを制御することが可能となる。これにより、例えば、画素２０の暗電流を低減することができる。
絶縁膜４０は、絶縁膜２１の上に設けられる反射防止膜である。例えば、絶縁膜４０の屈折率は、可視光領域において、半導体層１０の屈折率と、絶縁膜４１の屈折率と、の間の値を有する。そして、絶縁膜４０と半導体層１０との間における入射光の反射を低減する。
例えば、絶縁膜４１にシリコン酸化膜を用いた場合、絶縁膜４０は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（ＴａＯ）および酸化チタン（ＴｉＯ）のうちの少なくともいずれか１つを含む。シリコン酸化膜の屈折率は、１．５（光波長６３３ｎｍ）である。これに対し、シリコン窒化膜の屈折率は１．８、酸化タンタル膜の屈折率は２．１、酸化チタン膜の屈折率は２．６である。
絶縁膜４０には、単層膜もしくは多層膜を用いることができる。そして、絶縁膜４０の屈折率（もしくは等価屈折率）は、その上に直接設けられる絶縁膜４１の屈折率よりも高い。
図１（ａ）に表すように、絶縁膜４１の上には、平坦化膜５１を介してカラーフィルタ５３およびマイクロレンズ５５が設けられる。平坦化膜５１は、絶縁膜４１の表面の凹凸を緩和する。また、その屈折率は、絶縁膜４０の屈折率よりも小さい。平坦化膜５１には、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。
カラーフィルタおよびマイクロレンズ５５は、画素ごとに設けられる。すなわち、マイクロレンズ５５は、各画素に入射する光を集光し、受光層１３に効率良く入射させる。カラーフィルタは、画素ごとに入射光の波長を選別する。
撮像装置１は、各画素の境界を画する遮光膜６０をさらに備える。遮光膜６０は、絶縁膜４１、４０および２１を貫通し、半導体層１０の内部に延在する。
図１（ｂ）に表すように、遮光膜６０は、画素分離領域１０ｆの内部に格子状に設けられる。そして、遮光膜６０は、画素２０の中に入射した光の隣接した画素への漏れを抑制する。すなわち、遮光膜６０は、画素２０の入射光を吸収もしくは反射する。
遮光膜６０には、例えば、導電膜を用いることができる。例えば、シリコン（Ｓｉ）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）のうちの少なくとも１つを含む導電膜を用いることができる。
また、遮光膜６０は、可視光領域の反射率が高いことが望ましい。これにより、受光層１３に入射する光を増やし、画素２０の光感度を向上させることができる。この観点からは、遮光膜６０として、例えば、アルミニウムを用いることが好ましい。また、遮光膜６０として、可視光を反射する多層誘電体膜を用いても良い。
次に、図２〜図５を参照して、撮像装置１の製造方法を説明する。図２（ａ）〜図５は、実施形態に係る撮像装置１の製造過程を表す模式断面図である。
まず、複数の画素と、回路部と、が設けられたウェーハ９０を準備する。画素２０は、受光層１３、ｐ層１５、ｎ＋層１７およびｐ＋層１９を含む。半導体層１０の第１の面１０ａの上には、回路部の一部である絶縁膜３３および電極３０が設けられている。また、回路部は絶縁膜３７に覆われ、保護される。
一方、半導体層１０の第２の面１０ｂの上には、絶縁膜２１、４０および４１が順に積層される。絶縁膜４１の可視光領域における屈折率は、絶縁膜４０の同領域における屈折率よりも小さい。例えば、絶縁膜４０としてシリコン窒化膜を形成し、その上に、絶縁膜４１としてシリコン酸化膜を形成する。絶縁膜４０は、酸化タンタル膜、または、酸化チタン膜でも良い。これらの絶縁膜は、例えば、スパッタ法を用いて形成できる。
次に、図２（ａ）に表すように、複数の画素２０のそれぞれの境界を画するトレンチ６１を形成する。具体的には、半導体層１０の第２の面１０ｂの側に、図示しないエッチングマスクを形成し、ＲＩＥ法を用いて、絶縁膜４１、４０および２１と、半導体層１０と、を選択的にエッチングする。エッチングマスクには、例えば、厚さ２００ナノメートル（ｎｍ）のシリコン酸化膜と、厚さ５０ｎｍのシリコン窒化膜と、を含むハードマスクを用いることができる。
トレンチ６１は、第１の面１０ｂから第１の面１０ａに向かう方向に形成され、絶縁膜４１、絶縁膜４０および絶縁膜２１を貫通し半導体層１０の中に延在する。トレンチ６１は、隣り合う受光層１３の間の画素分離領域１０ｆに設けられる。また、複数の画素２０が設けられる画素部８０（図５参照）の外側にコンタクトトレンチ６３を形成する。コンタクトトレンチ６３は、図示しない部分においてトレンチ６１に連通する。
次に、図２（ｂ）に表すように、トレンチ６１および６３の内部、および、絶縁膜４１の上面を覆う絶縁膜６５（第３絶縁膜）を形成する。例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて、厚さ１０ｎｍ程度のシリコン酸化膜を形成する。
さらに、絶縁膜６５の上に、トレンチ６１および６３の内部を埋め込み、半導体層１０の第２の面１０ｂの側を覆う導電層６７を形成する。導電層６７は、例えば、タングステン（Ｗ）を含む。
また、導電層６７は単層に限らず、多層であっても良い。例えば、導電層６７は、絶縁膜６５の上に形成された厚さ５ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）層と、窒化チタン層の上に形成されたタングステン層と、を含む多層構造であっても良い。タングステン層は、例えば、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法を用いて形成することができる。
次に、図３（ａ）に表すように、トレンチ６１および６３の内部を埋め込んだ部分を残し、半導体層１０の第２の面１０ｂの側を覆う導電層６７を除去する。例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、半導体層１０の第２の面１０ｂの側を研磨する。これにより、第２の面１０ｂを覆う導電層６７を除去することができる。
上記の過程において、例えば、導電層６７を除去した後、絶縁膜４１において研磨が停止、または、絶縁膜４１の研磨速度が遅くなるようにＣＭＰの条件を設定する。すなわち、研磨後に、絶縁膜４０の上に絶縁膜４１が残るようにする。この結果、導電層６７を除去する過程において、絶縁膜４０が研磨され、その膜厚が変化することを防ぐことができる。そして、反射防止膜である絶縁膜４０の膜厚を維持することにより、画素２０の感度低下を抑制することができる。
図３（ａ）に表すように、トレンチ６１の内部には、遮光膜６０が形成される。また、コンタクトトレンチ６３の内部には、コンタクト部６９が形成される。遮光膜６０のトレンチ６１の開口６１ａの側の端６０ａは、絶縁膜４１の絶縁膜４０に接する面とは反対側の面と同じレベルに位置する。
例えば、ウェーハ面内におけるＣＭＰの研磨量の分布を考慮すると、研磨後の絶縁膜４１の厚さは、５０ナノメートル（ｎｍ）以上とすることが好ましい。これにより、絶縁膜４０の研磨を回避することができる。すなわち、遮光膜６０の端６０ａと、絶縁膜４０の上面（絶縁膜４０と絶縁膜４１との界面）と、の間の間隔は、５０ｎｍ以上とすることが望ましい。
次に、図３（ｂ）に表すように、絶縁膜４１および遮光膜６０の上に、絶縁膜４３を形成する。絶縁膜４３は、例えば、厚さ３００ｎｍ程度のシリコン酸化膜である。
続いて、図４（ａ）に表すように、絶縁膜４３の上面からコンタクト部６９に連通する開口７１を形成する。例えば、絶縁膜４３および絶縁膜４１をエッチングし、開口７１の底面に、コンタクト部６９の端部６９ａを露出させる。
例えば、絶縁膜４３の膜厚３００ｎｍに対し、４０％のオーバーエッチングを行う。この結果、ＣＭＰ後に絶縁膜４０の上に残った絶縁膜４１がエッチングにより除去され、下層の絶縁膜４０が露出する。絶縁膜４０の一部もエッチングされるが、その初期膜厚は、例えば、５０ｎｍあるため、完全には除去されない。
次に、図４（ｂ）に表すように、開口７１の内面を覆う配線７３を形成し、コンタクト部６９と電気的に接続させる。配線７３は、例えば、アルミニウム配線であり、コンタクト部６９と、図示しない制御回路と、の間を電気的に接続する。
遮光膜６０とコンタクト部６９とは、相互に連通したトレンチ６１および６３の内部に形成される。したがって、遮光膜６０とコンタクト部６９とは、電気的に接続されている。すなわち、配線７３およびコンタクト部６９を介して、遮光膜６０に制御バイアスを印加することができる。例えば、画素２０に対して遮光膜６０をマイナス電位とすることにより、それぞれの画素２０の暗電流を低下させることが可能である。
この例では、遮光膜６０に電気的に接続されたコンタクト部６９を形成するが、実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、画素分離領域１０ｆを不純物濃度の高いｐ＋層とした場合（半導体層１０の不純物濃度が高い場合、もしくは、高濃度のｐ形不純物をイオン注入して形成した場合）には、コンタクト部６９を設けなくても良い。
次に、図５に表すように、絶縁膜４３の上に絶縁膜４５を形成する。同図に表すように、絶縁膜４５は、開口７１の内部にも埋め込まれ、配線７３を覆う。さらに、絶縁膜４５の上に絶縁膜４７を形成する。絶縁膜４５は、例えば、シリコン酸化膜であり、絶縁膜４７は、例えば、シリコン窒化膜である。また、絶縁膜４３および絶縁膜４５は、例えば、層間絶縁膜として機能する。
続いて、複数の画素２０が設けられた画素部８０において、絶縁膜４７、絶縁膜４５および絶縁膜４３を除去する。この時、絶縁膜４０の上に、例えば、絶縁膜４０よりも屈折率の小さいシリコン酸化膜が５０ｎｍ以上残るように、絶縁膜４３をエッチングすることが望ましい。
例えば、絶縁膜４３を完全に除去すると、遮光膜６０が露出する。そして、アッシング等の工程で、遮光膜６０に含まれる金属が異常酸化され、体積膨張することがある。また、絶縁膜４３を除去する過程において絶縁膜４１がオーバーエッチされると、反射防止膜である絶縁膜４０もエッチングされ、その膜厚が変化することがある。その結果、入射光に対する反射率が高くなり、画素２０の感度が低下する。
このような画素２０の感度劣化は、絶縁膜４０としてシリコン窒化膜を用いる場合よりも、酸化タンタル膜、もしくは、酸化チタン膜を用いる場合に顕著に表れる。すなわち、酸化タンタル膜および酸化チタン膜のエッチング速度と、シリコン酸化膜のエッチング速度と、の差は、シリコン窒化膜のエッチング速度と、シリコン酸化膜のエッチング速度と、の差よりも小さい。したがって、絶縁膜４０に酸化タンタル膜もしくは酸化チタン膜を用いる場合、絶縁膜４０の上に残したシリコン酸化膜の効果は、より顕著である。
一方、絶縁膜４０の上に残したシリコン酸化膜のバラツキが画素２０の感度に影響を与える恐れもある。しかしながら、シリコン酸化膜のバラツキの影響は、絶縁膜４０の膜厚変化が画素２０の感度に与える影響に比べてはるかに小さい。
このように、画素部８０において、絶縁膜４７、絶縁膜４５および絶縁膜４３を除去する際に、絶縁膜４０の上に、絶縁膜４０よりも屈折率が低い膜を５０ｎｍ以上の厚さで残すことが望ましい。
続いて、画素部８０の上に、平坦化膜５１、カラーフィルタ５３およびマイクロレンズ５５を順に形成し、撮像装置１を完成させる。
これにより、隣接する画素間の混色を防ぐ遮光膜６０を備え、各画素２０の光感度のバラツキを抑えた撮像装置１を実現することができる。
例えば、上記の構造において、絶縁膜４１、絶縁膜４３および平坦化膜５１は、絶縁膜４０よりも可視光領域の屈折率が低い同じ材料を含むように形成することができる。そして、これらは、最終的に一体化された絶縁膜５０として設けられる。この結果、遮光膜６０の一方の端は、絶縁膜４０の上に設けられた絶縁膜５０の中に位置する。
図６は、実施形態の変形例に係る撮像装置２を表す模式断面図である。図６（ａ）は、撮像装置２の部分断面を表す模式図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。また、図６（ａ）では、平坦化膜５１、カラーフィルタ５３およびマイクロレンズ５５を省略している。
図６（ａ）に表すように、撮像装置２は、半導体層１０と、半導体層１０に設けられた複数の画素２０と、半導体層１０の第１の面１０ａの側に設けられ画素２０の出力を制御する電極３０と、を備える。また、第１の面１０ａとは反対側の第２の面１０ｂの上には、絶縁膜４０と、絶縁膜４１と、が設けられる。絶縁膜４１は、絶縁膜４０の上に、絶縁膜４０に接して設けられる。また、絶縁膜４１は、可視光領域（例えば、波長４００ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲）における屈折率が絶縁膜４０よりも小さい。
さらに、撮像装置２は、複数の画素２０のそれぞれの境界を画する遮光膜６０と、そのコンタクト部８１と、を備える。
遮光膜６０は、第２の面１０ｂから第１の面１０ａに向かう方向に方向に延在するトレンチ６１の内部に設けられる。遮光膜６０の一方の端６０ａは、絶縁膜４１の絶縁膜４０に接する面とは反対側の面と同じレベル、または、絶縁膜４１を含む絶縁膜５０の中（図１参照）にあり、他方の端６０ｂは、半導体層１０の中に位置する。
一方、コンタクト部８１は、トレンチ６１に連通するコンタクトトレンチ６４の内部に設けられる。コンタクトトレンチ６４の幅は、画素２０の境界を画するトレンチ６１の幅よりも広い。
コンタクト部８１は、第２の面１０ｂに平行なコンタクト面８１ａを有する。そして、コンタクト部８１に接して設けられる配線７９は、コンタクト面８１ａの外縁の内側においてコンタクト部８１に接する。
図６（ｂ）および図６（ｃ）は、コンタクト部８１と、絶縁膜４３に設けられる開口７７および７８の関係を表している。開口７７および開口７８の内部に設けられる配線７９は、その底面においてコンタクト部８１に接する。
図６（ｂ）に表すように、開口７７は円形である。一方、図６（ｃ）に表す開口７８は、長方形である。開口の形状は任意であり、どちらを用いても良い。また、開口形成時の加工不良に起因するコンタクト部８１と配線７９との間の導通不良を防止するために、複数の開口を設けることが望ましい。
開口７７および７８は、それぞれコンタクト面８１ａの外縁の内側に連通するように設けられる。すなわち、コンタクト部８１の幅Ｗ１は、開口７７および７８の幅Ｗ２よりも広い。Ｗ１とＷ２との間の差は、例えば、フォトリソグラフィにおける合わせずれを考慮して設定することが好ましい。すなわち、開口７７および７８の底面に絶縁膜４０および絶縁膜２１が露出しないように、Ｗ１およびＷ２の寸法を設定する。例えば、ＫｒＦステッパおよびＡｒＦステッパの合わせずれは、それぞれ約４０ｎｍおよび２５ｎｍである。このため、Ｗ１とＷ２の差を、例えば、ＫｒＦステッパを用いる場合は８０ｎｍ以上とし、ＡｒＦステッパを用いる場合は５０ｎｍ以上とすれば良い。
図５に表す例では、開口７１の幅は、コンタクト部６９よりも広い。このため、開口７１を形成する過程において、絶縁膜４３をオーバーエッチすると、絶縁膜４０および絶縁膜２１が除去され、半導体層１０が露出することがある。そして、配線７３が開口７１の底面で半導体層１０に接し、全ての画素２０が同電位となる。この結果、画素２０間の分離ができず、撮像装置１が正常に動作しなくなくなる恐れがある。
これに対し、開口７７および７８の底面には、コンタクト部８１が露出するだけである。したがって、絶縁膜４３をオーバーエッチしても、絶縁膜４０および絶縁膜２１がエッチングされることはなく、半導体層１０を露出させる恐れはない。このため、例えば、開口７７および７８を開口する際のエッチング時間を長く設定することが可能で有り、未開口による接触不良の発生率を低減できる。また、開口７７および７８の形成時に、長時間のエッチングを必要とする他の開口を同時に形成することも可能である。これにより、製造工程を簡略化し、工数および製造コストの削減を図ることもできる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１、２・・・撮像装置、 １０・・・半導体層、 １０ａ・・・第１の面、 １０ｂ・・・第２の面、 １０ｆ・・・画素分離領域、 １３・・・受光層、 １５・・・ｐ層、 １７・・・ｎ＋層、 １７ａ・・・延在部、 １９・・・ｐ＋層、 ２０・・・画素、 ２１、３３、３７、４０、４１、４３、４５、４７、５０、６５・・・絶縁膜、 ３０・・・電極、 ５１・・・平坦化膜、 ５３・・・カラーフィルタ、 ５５・・・マイクロレンズ、 ６０・・・遮光膜、 ６１・・・トレンチ、 ６３、６４・・・コンタクトトレンチ、 ６７・・・導電層、 ６９・・・コンタクト部、 ７１、７７、７８・・・開口、 ７３、７９・・・配線、 ８０・・・画素部、 ８１・・・コンタクト部、 ８１ａ・・・コンタクト面、 ９０・・・ウェーハ

Claims (5)

  1. 第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、を有する半導体層と、
    前記半導体層に設けられ、前記半導体層に入射する光を検出する複数の画素と、
    前記第１の面に設けられ、前記複数の画素のそれぞれの出力を制御する電極と、
    前記第２の面の上に設けられた第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜の上に、前記第１の絶縁膜に接して設けられ、可視光領域における屈折率が前記第１の絶縁膜よりも小さい第２の絶縁膜と、
    前記複数の画素のそれぞれの境界を画する遮光膜であって、一方の端が前記第２の絶縁膜中、もしくは、前記第２の絶縁膜の前記第１絶縁膜に接する面とは反対側の面と同じレベルにあり、他方の端が前記半導体層中に位置する遮光膜と、
    を備えた撮像装置。
  2. 前記第１の面上に設けられ、前記第１の絶縁膜を含む反射防止膜を有する請求項１記載の撮像装置。
  3. 前記第１の絶縁膜は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化タンタル（ＴａＯ）および酸化チタン（ＴｉＯ）のうちの少なくともいずれか１つを含む請求項１または２に記載の撮像装置。
  4. 前記一方の端と、前記第１の絶縁膜と、の間隔は、５０ナノメートル以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の撮像装置。
  5. 複数の画素が形成された半導体層の上に第１の絶縁膜を形成し、
    前記第１の絶縁膜の上に、前記第１の絶縁膜よりも可視光領域における屈折率が小さい第２の絶縁膜を形成し、
    前記複数の画素のそれぞれの境界を画し、前記第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜を貫通し前記半導体層中に延在するトレンチを形成し、
    前記トレンチの内部および前記第２の絶縁膜の上に導電膜を形成し、
    前記第２の絶縁膜の上に形成された前記導電膜を、前記第２の絶縁膜が前記第１の絶縁膜の上に残るように研磨し、前記トレンチの内部を埋め込んだ前記導電膜の一部である遮光膜を形成する撮像装置の製造方法。
JP2013134280A 2013-06-26 2013-06-26 撮像装置およびその製造方法 Pending JP2015012043A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013134280A JP2015012043A (ja) 2013-06-26 2013-06-26 撮像装置およびその製造方法
US14/201,985 US9219175B2 (en) 2013-06-26 2014-03-10 Imaging device and method for manufacturing same
TW103121101A TW201515246A (zh) 2013-06-26 2014-06-18 攝像裝置及其製造方法
CN201410298661.7A CN104253137A (zh) 2013-06-26 2014-06-26 摄像装置及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013134280A JP2015012043A (ja) 2013-06-26 2013-06-26 撮像装置およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015012043A true JP2015012043A (ja) 2015-01-19

Family

ID=52114771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013134280A Pending JP2015012043A (ja) 2013-06-26 2013-06-26 撮像装置およびその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9219175B2 (ja)
JP (1) JP2015012043A (ja)
CN (1) CN104253137A (ja)
TW (1) TW201515246A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085091A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ． グローバルシャッタースキームを有する背面照射（ｂｓｉ）イメージセンサー
WO2018216477A1 (ja) * 2017-05-24 2018-11-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
WO2022019133A1 (ja) * 2020-07-20 2022-01-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置
US11346953B2 (en) 2018-07-20 2022-05-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Photo detector, photo detection system, lidar device and vehicle
JP2022109893A (ja) * 2021-01-15 2022-07-28 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 イメージセンサ及びその製造方法
JP2022169429A (ja) * 2021-04-27 2022-11-09 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 イメージセンサ及びその形成方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9799697B2 (en) * 2014-04-25 2017-10-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters
KR102257031B1 (ko) * 2015-03-13 2021-05-27 삼성전자주식회사 반도체 집적 회로 설계 방법
US10134801B2 (en) 2015-11-30 2018-11-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device
KR20240010101A (ko) * 2017-03-22 2024-01-23 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 촬상 장치 및 신호 처리 장치
TWI837648B (zh) * 2017-07-31 2024-04-01 日商松下知識產權經營股份有限公司 拍攝裝置
WO2020095689A1 (ja) * 2018-11-06 2020-05-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、および電子機器
JP2020113573A (ja) * 2019-01-08 2020-07-27 キヤノン株式会社 光電変換装置
US11469264B2 (en) * 2020-01-30 2022-10-11 Omnivision Technologies, Inc. Flare-blocking image sensor
US11393861B2 (en) * 2020-01-30 2022-07-19 Omnivision Technologies, Inc. Flare-suppressing image sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006344754A (ja) * 2005-06-08 2006-12-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置及びその製造方法
JP2010225818A (ja) * 2009-03-23 2010-10-07 Toshiba Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP5172819B2 (ja) * 2009-12-28 2013-03-27 株式会社東芝 固体撮像装置
JP5663925B2 (ja) * 2010-03-31 2015-02-04 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
JP2012018951A (ja) * 2010-07-06 2012-01-26 Sony Corp 固体撮像素子及びその製造方法、並びに固体撮像装置及び撮像装置
JP2012023207A (ja) 2010-07-14 2012-02-02 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置
JP5810551B2 (ja) * 2011-02-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085091A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司Ｔａｉｗａｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌｔｄ． グローバルシャッタースキームを有する背面照射（ｂｓｉ）イメージセンサー
WO2018216477A1 (ja) * 2017-05-24 2018-11-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
JP2018198272A (ja) * 2017-05-24 2018-12-13 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
US11240452B2 (en) 2017-05-24 2022-02-01 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic device including light-shielding film for suppression of light leakage to memory
US11346953B2 (en) 2018-07-20 2022-05-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Photo detector, photo detection system, lidar device and vehicle
WO2022019133A1 (ja) * 2020-07-20 2022-01-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置
JP2022109893A (ja) * 2021-01-15 2022-07-28 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 イメージセンサ及びその製造方法
JP7350106B2 (ja) 2021-01-15 2023-09-25 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 イメージセンサ及びその製造方法
JP2022169429A (ja) * 2021-04-27 2022-11-09 台湾積體電路製造股▲ふん▼有限公司 イメージセンサ及びその形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201515246A (zh) 2015-04-16
CN104253137A (zh) 2014-12-31
US9219175B2 (en) 2015-12-22
US20150001660A1 (en) 2015-01-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2015012043A (ja) 撮像装置およびその製造方法
US10998364B2 (en) Image sensor scheme for optical and electrical improvement
US11756976B2 (en) Photoelectric conversion apparatus, camera, and moving body
KR102045352B1 (ko) 이미지 센서 디바이스 및 그 제조 방법
TWI429067B (zh) 固態成像元件
TWI442556B (zh) A solid-state image pickup device, a method of manufacturing the same, and an image pickup device
TWI497704B (zh) 後側照光影像感測器及其製造方法
TW201727882A (zh) 用於背照式影像感測器的深溝槽隔離件
US7875917B2 (en) Image sensor and method for manufacturing the same
US20070241418A1 (en) Image sensing device and fabrication method thereof
JP6061544B2 (ja) 撮像装置の製造方法
KR20200091254A (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
TWI543353B (zh) 影像感測器及其形成方法
US11769778B2 (en) Method for forming light pipe structure with high quantum efficiency
KR20190006764A (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP2014049671A (ja) 半導体装置およびその製造方法
EP4167287A1 (en) Image sensor and method of fabricating the same
US12062678B2 (en) Trench isolation structure for scaled pixel region
JP2012142363A (ja) 固体撮像素子の製造方法および当該製造方法により製造された固体撮像素子