JP2015111604A - Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic equipment - Google Patents

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史彦 古閑
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device capable of efficiently transferring signal charge of a photoelectric conversion part or an electric charge holding part.SOLUTION: A solid-state imaging device comprises: a semiconductor layer 17; a photoelectric conversion part or an electric charge holding part arranged on a light reception surface side of the semiconductor layer 17; a connector 21 formed on the semiconductor layer 17, and to which signal charge generated at the photoelectric conversion part or the electric charge holding part is read out; a charge storage part 23 storing the signal charge read out to the connector 21; a potential barrier part 22 provided between the connector 21 and the charge storage part 23; and an element isolation part 27 consisting of a trench 54 formed on the semiconductor layer 17, and an insulating layer 25 formed in the trench 54. The trench 54 is formed at a position surrounding a lateral face of the connector 21 or a position at least partially contacted with the connector 21 on the lateral face of the connector 21.

Description

本技術は、半導体基板外に光電変換部又は電荷保持部を備え、光電変換部又は電荷保持部から半導体基板へ信号電荷を伝送する構成を有する固体撮像装置、及び、その固体撮像装置の製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。   The present technology provides a solid-state imaging device including a photoelectric conversion unit or a charge holding unit outside a semiconductor substrate, and has a configuration for transmitting signal charges from the photoelectric conversion unit or the charge holding unit to the semiconductor substrate, and a method for manufacturing the solid-state imaging device About. The present invention also relates to an electronic device using the solid-state imaging device.

近年、イメージセンサの画素の微細化が進むにつれ、画素の感度電子数が減少し固体撮像装置の画質が劣化するという問題が発生している。現在、イメージセンサで広く用いられている赤(R)、青(B)及び緑(G)の色フィルタを平面状に並べた画素配列では、特定波長の光を吸収することで色分離を実施している。例えば、R画素では、BとG波長の光は色フィルタで吸収されて損失するという問題がある。   In recent years, as the pixels of an image sensor have been miniaturized, there has been a problem that the number of sensitive electrons of the pixel decreases and the image quality of the solid-state imaging device deteriorates. A pixel array in which red (R), blue (B), and green (G) color filters, which are currently widely used in image sensors, are arranged in a plane, performs color separation by absorbing light of a specific wavelength. doing. For example, the R pixel has a problem that light of B and G wavelengths is absorbed by the color filter and lost.

この解決方法として、積層型の固体撮像装置が提案されている。例えば、同一画素空間に、それぞれR,B,Gの光を光電変換する光電変換領域を積層させた構成が提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。この構造を用いることにより、カラーフィルタの光吸収による感度低下を抑制できる。さらに、補間処理が不要となるため、偽色が発生しない。   As a solution to this problem, a stacked solid-state imaging device has been proposed. For example, a configuration has been proposed in which photoelectric conversion regions for photoelectrically converting R, B, and G light are stacked in the same pixel space (see, for example, Patent Document 1 below). By using this structure, it is possible to suppress a decrease in sensitivity due to light absorption of the color filter. Furthermore, since no interpolation process is required, false colors do not occur.

また、イメージセンサの特性を非連続的に変える技術として、半導体基板外に光電変換部又は電荷保持部等を配置する構成も提案されている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。ここでは、例えば、光電変換部を半導体基板上部に配置し、光電変換信号を半導体基板に蓄積する構造が提案されている。この構成では、従来半導体基板の材料で決定されていた光電変換特性を大きく変更することが可能となる。このため、従来のシリコン基板を用いたイメージセンサでは実現困難であった、遠赤外用途等の分野へのセンサ技術の適用が検討されている。   As a technique for changing the characteristics of the image sensor discontinuously, a configuration in which a photoelectric conversion unit, a charge holding unit, or the like is disposed outside the semiconductor substrate has been proposed (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). Here, for example, a structure has been proposed in which the photoelectric conversion unit is disposed on the semiconductor substrate and the photoelectric conversion signal is accumulated in the semiconductor substrate. In this configuration, it is possible to greatly change the photoelectric conversion characteristics that have been conventionally determined by the material of the semiconductor substrate. For this reason, application of sensor technology to fields such as far-infrared applications, which has been difficult to realize with conventional image sensors using silicon substrates, is being studied.

半導体基板外に配置された光電変換部から、光電変換部で生成された電荷を半導体基板に伝送するためには、光電変換部と半導体基板とを電気的に接続する必要がある。例えば、半導体基板にn型の拡散層領域とP−Wellで形成されるPN接合を形成する。そして、光電変換部の電極とn型の拡散領域とをコンタクトプラグで接続する。   In order to transmit charges generated by the photoelectric conversion unit from the photoelectric conversion unit disposed outside the semiconductor substrate to the semiconductor substrate, it is necessary to electrically connect the photoelectric conversion unit and the semiconductor substrate. For example, an n-type diffusion layer region and a PN junction formed of P-Well are formed on a semiconductor substrate. Then, the electrode of the photoelectric conversion unit and the n-type diffusion region are connected by a contact plug.

光電変換部からの信号電荷は、コンタクトプラグに接続した拡散層領域に直接蓄積することも可能であるが、この方法では蓄積電荷量に応じて拡散層領域の電位が大きく変動し、光電変換部に印加される電圧が変動してしまう。この結果、光電変換部の光電変換性能が光量に対して変動し、光出力の線形性が悪化する。
また、一般にコンタクトプラグを配置する拡散層は、オーミック接続をとるために不純物濃度が高く、通常のCMOSプロセスやCCDで用いられる電源電圧では空乏化しない。このため、電荷蓄積部に蓄積した信号をリセットする際に発生する、リセットノイズを除去することが困難となり、固体撮像装置のノイズが増大するという問題がある。
The signal charge from the photoelectric conversion unit can be directly accumulated in the diffusion layer region connected to the contact plug. However, in this method, the potential of the diffusion layer region greatly varies depending on the amount of accumulated charge, and the photoelectric conversion unit The voltage applied to fluctuates. As a result, the photoelectric conversion performance of the photoelectric conversion unit varies with the amount of light, and the linearity of the light output deteriorates.
In general, a diffusion layer in which a contact plug is disposed has a high impurity concentration for ohmic connection, and is not depleted by a power supply voltage used in a normal CMOS process or CCD. For this reason, it is difficult to remove the reset noise that occurs when resetting the signal accumulated in the charge accumulation unit, and there is a problem that the noise of the solid-state imaging device increases.

これら問題を改善する方法として、上述の特許文献1では半導体基板のコンタクトプラグで保持した電荷を電荷蓄積部にオーバーフローする構造が提案されている。この構造によれば、拡散層へ読み出された光電変換信号が電荷蓄積部へ排出されるため、コンタクトプラグの電位変動を低減することができる。また、特許文献3では半導体基板の裏面側に光電変換部と縦型オーバーフロー構造とを配置することで、電荷蓄積部の面積拡大と電荷読み出しに有利な構成が提案されている。   As a method for solving these problems, the above-described Patent Document 1 proposes a structure in which the charge held by the contact plug of the semiconductor substrate overflows into the charge storage portion. According to this structure, since the photoelectric conversion signal read to the diffusion layer is discharged to the charge storage unit, the potential fluctuation of the contact plug can be reduced. Further, Patent Document 3 proposes a configuration advantageous for expanding the area of the charge storage unit and reading the charge by arranging the photoelectric conversion unit and the vertical overflow structure on the back side of the semiconductor substrate.

特開2006−120921号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2006-120921 特開2010−278086号公報JP 2010-278086 A 特開2011−138927号公報JP 2011-138927 A

上述のように、半導体基板外に光電変換部又は電荷保持部を配置する構成の固体撮像装置では、光電変換部又は電荷保持部からの信号電荷の転送効率の向上が求められている。   As described above, in a solid-state imaging device having a configuration in which a photoelectric conversion unit or a charge holding unit is disposed outside a semiconductor substrate, improvement in transfer efficiency of signal charges from the photoelectric conversion unit or the charge holding unit is required.

本技術においては、光電変換部又は電荷保持部の信号電荷を効率的に転送することが可能な固体撮像装置、及び、その製造方法、並びに、この固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。   In the present technology, a solid-state imaging device capable of efficiently transferring signal charges of a photoelectric conversion unit or a charge holding unit, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the solid-state imaging device are provided.

本技術の固体撮像装置は、半導体層と、半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部とを備える。そして、半導体層に形成され、光電変換部又は電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、接続部と電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを備える。さらに、半導体層に形成されたトレンチと、トレンチ内に形成された絶縁層とからなる素子分離部を備える。このトレンチは、接続部の側面を囲む位置、又は、接続部の側面で少なくとも一部が接続部と接する位置に形成される。
また、本技術の電子機器は、上記固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備える。
The solid-state imaging device of the present technology includes a semiconductor layer and a photoelectric conversion unit or a charge holding unit disposed on the light receiving surface side of the semiconductor layer. Then, a connection unit that is formed in the semiconductor layer and from which the signal charge generated by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit is read out, a charge storage unit in which the signal charge read out by the connection unit is stored, a connection unit and a charge And a potential barrier portion provided between the storage portion and the storage portion. In addition, an element isolation portion including a trench formed in the semiconductor layer and an insulating layer formed in the trench is provided. The trench is formed at a position surrounding the side surface of the connection portion, or at a position where at least part of the side surface of the connection portion is in contact with the connection portion.
Moreover, the electronic device of this technique is provided with the said solid-state imaging device and the signal processing circuit which processes the output signal of a solid-state imaging device.

また、本技術の固体撮像装置の製造方法は、半導体層の受光面側に光電変換部又は電荷保持部が配置される固体撮像装置の製造方法である。この製造方法は、半導体層に、光電変換部又は電荷保持部で生成される信号電荷を読み出す接続部と、接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、接続部と電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを形成する工程を有する。そして、光電変換部又は電荷保持部を半導体層の受光面側に配置する工程と、半導体層にトレンチを形成する工程と、トレンチ内に、絶縁層を形成する工程とを有する。このトレンチを形成する位置は、半導体層の接続部の側面を囲む位置、又は、半導体層の接続部の側面と少なくとも一部が接する位置である。   Moreover, the manufacturing method of the solid-state imaging device of this technique is a manufacturing method of the solid-state imaging device by which a photoelectric conversion part or an electric charge holding | maintenance part is arrange | positioned at the light-receiving surface side of a semiconductor layer. In this manufacturing method, a semiconductor layer includes a connection unit that reads out signal charges generated by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit, a charge storage unit that stores the signal charges read out in the connection unit, and the connection unit and the charge. Forming a potential barrier portion provided between the storage portion and the storage portion. And it has the process of arrange | positioning a photoelectric conversion part or an electric charge holding part to the light-receiving surface side of a semiconductor layer, the process of forming a trench in a semiconductor layer, and the process of forming an insulating layer in a trench. The position where the trench is formed is a position surrounding the side surface of the connecting portion of the semiconductor layer, or a position where at least a part of the side surface of the connecting portion of the semiconductor layer is in contact.

上述の固体撮像装置、及び、上述の製造方法により製造される固体撮像装置によれば、光電変換部又は電荷保持部からの信号電荷を取り出す接続部の側面、又は、周囲にトレンチ内に絶縁層が埋め込まれた素子分離部が形成される。この素子分離部により、接続部からオーバーフローされる信号電荷が、電位障壁部及び電荷蓄積部に集中する。このため、光電変換部又は電荷保持部の信号電荷を効率的に転送することが可能となる。   According to the above-described solid-state imaging device and the solid-state imaging device manufactured by the above-described manufacturing method, the insulating layer is formed in the trench on the side surface of the connection portion that takes out the signal charge from the photoelectric conversion unit or the charge holding unit, or around it. An element isolation portion in which is embedded is formed. By this element isolation part, the signal charge overflowed from the connection part concentrates on the potential barrier part and the charge storage part. For this reason, it becomes possible to efficiently transfer the signal charge of the photoelectric conversion unit or the charge holding unit.

本技術によれば、光電変換部又は電荷保持部の信号電荷を効率的に転送することが可能な固体撮像装置、及び、その製造方法、並びに、この固体撮像装置を用いた電子機器を提供することができる。   According to the present technology, a solid-state imaging device capable of efficiently transferring a signal charge of a photoelectric conversion unit or a charge holding unit, a manufacturing method thereof, and an electronic apparatus using the solid-state imaging device are provided. be able to.

Aは、従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、従来の固体撮像装置の構成を示す平面図である。A is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional solid-state imaging device. B is a plan view showing a configuration of a conventional solid-state imaging device. 第1実施形態の固体撮像装置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 imaging device of 1st Embodiment. 第1実施形態の固体撮像装置の概略平面構成を示す平面図である。It is a top view which shows the schematic planar structure of the solid-state imaging device of 1st Embodiment. Aは、第1実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第1実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view illustrating a configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment. FIG. A及びBは、第1実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。A and B are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the first embodiment. C及びDは、第1実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。C and D are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the first embodiment. E及びFは、第1実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。E and F are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the first embodiment. Aは、第2実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第2実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a second embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device of the second embodiment. Aは、第2実施形態の変形例の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第2実施形態の変形例の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a modification of the second embodiment. FIG. 7B is a plan view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a modification of the second embodiment. Aは、第3実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第3実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a third embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device of the third embodiment. A及びBは、第3実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。A and B are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the third embodiment. C及びDは、第3実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。C and D are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the third embodiment. Aは、第4実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第4実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a fourth embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. A及びBは、第4実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。A and B are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. C及びDは、第4実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。C and D are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. Aは、第5実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第5実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a fifth embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. A及びBは、第5実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。A and B are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. C及びDは、第5実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。C and D are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. E及びFは、第5実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。E and F are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. Aは、第6実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第6実施形態の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a sixth embodiment. B is a plan view showing the configuration of the solid-state imaging device of the sixth embodiment. Aは、第6実施形態の第1変形例の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第6実施形態の第1変形例の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a first modification of the sixth embodiment. FIG. 7B is a plan view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a first modification of the sixth embodiment. Aは、第6実施形態の第2変形例の固体撮像装置の構成を示す断面図である。Bは、第6実施形態の第2変形例の固体撮像装置の構成を示す平面図である。FIG. 9A is a cross-sectional view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a second modification of the sixth embodiment. B is a plan view illustrating a configuration of a solid-state imaging device according to a second modification of the sixth embodiment. A及びBは、第6実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。A and B are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the sixth embodiment. C及びDは、第6実施形態の固体撮像装置の製造工程図である。C and D are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device of the sixth 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.固体撮像装置の概要
2.第1実施形態(固体撮像装置)
3.第1実施形態(固体撮像装置の製造方法)
4.第2実施形態(固体撮像装置)
5.第3実施形態(固体撮像装置)
6.第3実施形態(固体撮像装置の製造方法)
7.第4実施形態(固体撮像装置)
8.第4実施形態(固体撮像装置の製造方法)
9.第5実施形態(固体撮像装置)
10.第5実施形態(固体撮像装置の製造方法)
11.第6実施形態(固体撮像装置)
12.第6実施形態(固体撮像装置の製造方法)
13.第7実施形態(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. Overview of solid-state imaging device First embodiment (solid-state imaging device)
3. First Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)
4). Second embodiment (solid-state imaging device)
5. Third embodiment (solid-state imaging device)
6). Third Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)
7). Fourth embodiment (solid-state imaging device)
8). Fourth Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)
9. Fifth embodiment (solid-state imaging device)
10. Fifth Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)
11. Sixth embodiment (solid-state imaging device)
12 Sixth Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)
13. Seventh embodiment (electronic device)

〈1.固体撮像装置の概要〉
実施形態の説明に先立ち、固体撮像装置の概要について説明する。
上述の特許文献3に記載された構成の固体撮像装置は、半導体層外に光電変換部を配置し、光電変換により生成された信号電荷を半導体層に伝送する構造を備える。この構造では、半導体層中に形成した接続部のリーク電流が大きな問題となる。
また、接続部から電荷蓄積部へ電荷をオーバーフローさせる構造では、信号電荷の消失や電荷蓄積部以外の領域への電荷混入などの問題が存在する。また、電位障壁部の電位変動によるノイズも課題となる。
<1. Overview of solid-state imaging device>
Prior to the description of the embodiment, an outline of the solid-state imaging device will be described.
The solid-state imaging device having the configuration described in Patent Document 3 described above includes a structure in which a photoelectric conversion unit is disposed outside the semiconductor layer, and signal charges generated by the photoelectric conversion are transmitted to the semiconductor layer. In this structure, the leakage current of the connection portion formed in the semiconductor layer becomes a big problem.
In the structure in which the charge overflows from the connection portion to the charge storage portion, there are problems such as the disappearance of the signal charge and the charge mixing into the region other than the charge storage portion. In addition, noise due to potential fluctuation of the potential barrier portion is also a problem.

図1A,Bに、上述の特許文献3に記載された固体撮像装置の構成を示す。図1Aは、固体撮像装置の1画素の構成を示す断面図である。図1Bは、固体撮像装置の1画素の構成を、半導体基体の受光面側からみた平面図である。図1A,Bに示す固体撮像装置は、半導体層17の回路形成面(表面)側とは反対側の面(裏面)に光の入射面を有する、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置である。   1A and 1B show the configuration of the solid-state imaging device described in Patent Document 3 described above. FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a configuration of one pixel of the solid-state imaging device. FIG. 1B is a plan view of the configuration of one pixel of the solid-state imaging device as viewed from the light receiving surface side of the semiconductor substrate. The solid-state imaging device shown in FIGS. 1A and 1B is a so-called back-illuminated solid-state imaging device having a light incident surface on the surface (back surface) opposite to the circuit forming surface (front surface) side of the semiconductor layer 17.

図1Aに示すように、固体撮像装置は、半導体層17内に、第1光電変換部及び第2光電変換部として、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2を備える。そして、半導体層17の光の裏面側に、第3光電変換部として光電変換膜32を備える。図1Bに示すように、第1フォトダイオードPD1、第2フォトダイオードPD2は、半導体層17において、光の入射方向に積層されている。   As shown in FIG. 1A, the solid-state imaging device includes a first photodiode PD1 and a second photodiode PD2 in the semiconductor layer 17 as a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit. And the photoelectric conversion film 32 is provided in the back surface side of the light of the semiconductor layer 17 as a 3rd photoelectric conversion part. As shown in FIG. 1B, the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are stacked in the light incident direction in the semiconductor layer 17.

第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2は、シリコン等からなる第2導電型(本例ではn型)の半導体層17の、第1導電型(本例ではp型)の半導体領域からなるウェル領域(p−Well)16に形成されている。
第1フォトダイオードPD1は、半導体層17の受光面側に形成された第2導電型(本例ではn型)不純物によるn型半導体領域19と、その一部が半導体層の表面側に達するように延長して形成された延長部19aを有する。
第2フォトダイオードPD2は、半導体層17の表面側に形成されたn型半導体領域20からなる。
The first and second photodiodes PD1 and PD2 are wells made of a semiconductor region 17 of the first conductivity type (p-type in this example) of the semiconductor layer 17 of the second conductivity type (n-type in this example) made of silicon or the like. The region (p-well) 16 is formed.
The first photodiode PD1 has an n-type semiconductor region 19 formed of a second conductivity type (n-type in this example) impurity formed on the light-receiving surface side of the semiconductor layer 17 and a part thereof reaching the surface side of the semiconductor layer. It has the extension part 19a formed by extending.
The second photodiode PD2 includes an n-type semiconductor region 20 formed on the surface side of the semiconductor layer 17.

光電変換膜32は、半導体層17の裏面上に形成された反射防止膜となる絶縁層28を介して形成されている。光電変換膜32の上下両面には、上部電極33及び下部電極31が形成されている。上部電極33及び下部電極31は、光透過性の材料で構成される。   The photoelectric conversion film 32 is formed through an insulating layer 28 that is an antireflection film formed on the back surface of the semiconductor layer 17. An upper electrode 33 and a lower electrode 31 are formed on the upper and lower surfaces of the photoelectric conversion film 32. The upper electrode 33 and the lower electrode 31 are made of a light transmissive material.

光電変換膜32の半導体層17側に形成される下部電極31は、絶縁層28を貫通するコンタクトプラグ29に接続されている。コンタクトプラグ29は、半導体層17裏面側から表面側にかけて形成された信号取り出し部に接続されている。信号取り出し部は、半導体層17の裏面側から表面側近くまで、縦方向に形成された接続部21、電位障壁部22、及び、電荷蓄積部23からなる縦型転送路50により構成されている。
また、縦型転送路50は図1Bに示すように、半導体層17上での平面配置で同じ領域に、接続部21、電位障壁部22、及び、電荷蓄積部23が積層されている。そして、縦型転送路50は、p−Well16によって第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2と分離された位置に形成されている。
The lower electrode 31 formed on the semiconductor layer 17 side of the photoelectric conversion film 32 is connected to a contact plug 29 that penetrates the insulating layer 28. The contact plug 29 is connected to a signal extraction portion formed from the back surface side to the front surface side of the semiconductor layer 17. The signal extraction unit is configured by a vertical transfer path 50 including a connection unit 21, a potential barrier unit 22, and a charge storage unit 23 formed in the vertical direction from the back surface side to the front surface side of the semiconductor layer 17. .
In addition, as shown in FIG. 1B, the vertical transfer path 50 has a connection portion 21, a potential barrier portion 22, and a charge storage portion 23 stacked in the same region in a planar arrangement on the semiconductor layer 17. The vertical transfer path 50 is formed at a position separated from the first and second photodiodes PD1 and PD2 by the p-well 16.

接続部21は、半導体層17の裏面側に形成された高濃度のn型不純物領域からなる。接続部21は、コンタクトプラグ29とのオーミック接続を取るために構成されている。接続部21に、光電変換膜32で生成された信号電荷が読み出される。
電位障壁部22は、低濃度のp型不純物領域からなり、接続部21と電荷蓄積部23との間でポテンシャルバリアとなる。
電荷蓄積部23は、光電変換膜32から転送された信号電荷を蓄積する層であり、接続部21よりも低濃度のn型不純物領域で構成される。
The connection portion 21 is composed of a high-concentration n-type impurity region formed on the back side of the semiconductor layer 17. The connection portion 21 is configured to establish ohmic connection with the contact plug 29. The signal charges generated by the photoelectric conversion film 32 are read out to the connection unit 21.
The potential barrier unit 22 is formed of a low-concentration p-type impurity region, and serves as a potential barrier between the connection unit 21 and the charge storage unit 23.
The charge accumulation unit 23 is a layer that accumulates signal charges transferred from the photoelectric conversion film 32, and includes an n-type impurity region having a lower concentration than the connection unit 21.

半導体層17の回路形成面となる表面側には、第1フォトダイオードPD1、第2フォトダイオードPD2及び光電変換膜32に対応する第1〜第3画素トランジスタが構成されている。図では、第1〜第3転送トランジスタTr1,Tr2,Tr3を示している。
第1転送トランジスタTr1は、第1フォトダイオードPD1の延長部19aに隣接する半導体層表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD1と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極37とで構成される。
第2転送トランジスタTr2は、第2フォトダイオードPD2に隣接する半導体層表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD2と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極38とで構成される。
第3転送トランジスタTr3は、縦型転送路50に隣接する半導体層表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD3と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極39とで構成される。
また、上部電極33上には、図示しない遮光膜や平坦化膜等を介して、オンチップレンズ35が形成されている。
First to third pixel transistors corresponding to the first photodiode PD <b> 1, the second photodiode PD <b> 2, and the photoelectric conversion film 32 are formed on the surface side that is a circuit formation surface of the semiconductor layer 17. In the figure, first to third transfer transistors Tr1, Tr2, Tr3 are shown.
The first transfer transistor Tr1 includes a floating diffusion portion FD1 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the extension portion 19a of the first photodiode PD1, and a transfer gate electrode formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. 37.
The second transfer transistor Tr2 includes a floating diffusion portion FD2 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the second photodiode PD2, and a transfer gate electrode 38 formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. Is done.
The third transfer transistor Tr3 includes a floating diffusion portion FD3 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the vertical transfer path 50, and a transfer gate electrode 39 formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. Is done.
An on-chip lens 35 is formed on the upper electrode 33 through a light shielding film, a planarizing film, or the like (not shown).

上述の構成の固体撮像装置では、光電変換膜32で生成される信号電荷を電子とし、半導体層中の接続部21がn型拡散層、オーバーフロー部がp型半導体の電位障壁部22、電荷蓄積部23がn型拡散層、Wellがp型半導体で形成されている。
光が光電変換膜32に照射されると、半導体層17外に配置した光電変換膜で生成した信号電荷は、コンタクトプラグ29を介してn型拡散層からなる接続部21に読み出される。そして、p型の電位障壁部22を通じて電荷蓄積部23にオーバーフローされる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the signal charges generated in the photoelectric conversion film 32 are electrons, the connection portion 21 in the semiconductor layer is an n-type diffusion layer, the overflow portion is a potential barrier portion 22 of a p-type semiconductor, and charge accumulation. The part 23 is formed of an n-type diffusion layer, and the well is formed of a p-type semiconductor.
When the photoelectric conversion film 32 is irradiated with light, signal charges generated by the photoelectric conversion film disposed outside the semiconductor layer 17 are read out to the connection portion 21 formed of the n-type diffusion layer through the contact plug 29. Then, the charge accumulation unit 23 overflows through the p-type potential barrier unit 22.

ここで、半導体層17外の光電変換膜32に大光量が照射されると、光電変換膜32からn型の接続部21へ大量の信号電子が注入される。このとき、接続部21に注入された信号電子のうち、一部の電子が接続部21と逆極性を有するp−Well16に流れ込み、正孔と再結合して消失する。この結果、電荷蓄積部23への信号電荷の転送効率が低下し、固体撮像装置の感度低下を招く。   Here, when the photoelectric conversion film 32 outside the semiconductor layer 17 is irradiated with a large amount of light, a large amount of signal electrons are injected from the photoelectric conversion film 32 into the n-type connection portion 21. At this time, some of the signal electrons injected into the connection part 21 flow into the p-Well 16 having a polarity opposite to that of the connection part 21, and recombine with holes to disappear. As a result, the transfer efficiency of the signal charge to the charge storage unit 23 is lowered, and the sensitivity of the solid-state imaging device is lowered.

また、図1に示すように、半導体層17内に複数の光電変換領域、又は、電荷を保持する電荷蓄積領域を有している場合には、接続部21からp−Well16に注入された電荷の一部が再結合せずに、他の光電変換領域あるいは電荷蓄積領域へ混入する。例えば図1の構造では、光電変換膜32の下部に第1フォトダイオードPD1と第2フォトダイオードPD2が配置されている。光電変換膜32で第1の波長の光を光電変換した後、光電変換膜32を透過した光を、吸収係数の違いにより第1フォトダイオードPD1と第2フォトダイオードPD2でそれぞれ第2、第3の波長の光として吸収する。   In addition, as shown in FIG. 1, in the case where a plurality of photoelectric conversion regions or charge accumulation regions that hold charges are included in the semiconductor layer 17, the charges injected from the connection portion 21 into the p-well 16. A part of them is not recombined but mixed into other photoelectric conversion regions or charge storage regions. For example, in the structure of FIG. 1, a first photodiode PD1 and a second photodiode PD2 are disposed below the photoelectric conversion film 32. After photoelectrically converting the light of the first wavelength by the photoelectric conversion film 32, the light transmitted through the photoelectric conversion film 32 is second and third by the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, respectively, due to the difference in absorption coefficient. It absorbs as light of the wavelength.

ここで、光電変換膜32で大量の信号電荷が発生すると、コンタクトプラグ29を介してn型接続部21に大量の電子が注入され、一部の電荷がp−Well16に流れ込む。このとき、p−Well16のポテンシャル障壁を乗り越え、p−Well16中の正孔と再結合する前に、第1フォトダイオードPD1や第2フォトダイオードPD2へ一部の電荷が混入する。
この結果、光電変換膜32の信号が、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2の信号に混入し、固体撮像装置の色再現性が悪化する。
Here, when a large amount of signal charge is generated in the photoelectric conversion film 32, a large amount of electrons are injected into the n-type connection portion 21 through the contact plug 29, and a part of the charge flows into the p-well 16. At this time, some charges are mixed into the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 before overcoming the potential barrier of the p-Well16 and recombining with the holes in the p-Well16.
As a result, the signal of the photoelectric conversion film 32 is mixed into the signals of the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, and the color reproducibility of the solid-state imaging device is deteriorated.

この問題の対策としては、オーバーフロー部のポテンシャル障壁を深くし、接続部21とp−Well16との間に適度な逆バイアスが印加されるように設計する方法がある。例えば、図1の構成であれば、電位障壁部22のp型不純物濃度をp−Well16よりも低く形成する。この構成により、オーバーフロー電流が電荷蓄積部23以外の領域に注入され難くすることができる。   As a countermeasure against this problem, there is a method in which the potential barrier of the overflow portion is deepened and a design is made so that an appropriate reverse bias is applied between the connection portion 21 and the p-Well 16. For example, in the configuration of FIG. 1, the p-type impurity concentration of the potential barrier unit 22 is formed to be lower than that of the p-well 16. With this configuration, it is possible to make it difficult for an overflow current to be injected into a region other than the charge storage unit 23.

しかし、上記方法では接続部21とp−Well16間の逆バイアスが強化されるため、pn接合の逆方向リーク電流が増加し、ノイズの原因になるという問題が発生する。また、他の対策として、上述の特許文献2では、コンタクトプラグ29が接続される半導体層17中の接続部21を電位障壁部22で取り囲み、電荷蓄積部23を拡散層の下方に広く形成する構成が提案されている。この構成により、電荷蓄積部23への転送効率を高めることができる。しかし、この手法では、電荷蓄積部23を広く形成する必要があるため、電荷蓄積部23の微細化が困難となる。このため、画素サイズの縮小が困難となる。さらに、図1に示す構成にように、半導体層17内に、第1フォトダイオードPD1や第2フォトダイオードPD2のような複数の光電変換部を配置した場合には、素子面積の確保が難しくなる。   However, since the reverse bias between the connection portion 21 and the p-well 16 is strengthened in the above method, the reverse leakage current of the pn junction increases, causing a problem of causing noise. As another countermeasure, in Patent Document 2 described above, the connection portion 21 in the semiconductor layer 17 to which the contact plug 29 is connected is surrounded by the potential barrier portion 22, and the charge storage portion 23 is formed widely below the diffusion layer. A configuration is proposed. With this configuration, the transfer efficiency to the charge storage unit 23 can be increased. However, in this method, it is necessary to form the charge accumulating portion 23 widely, so that it is difficult to miniaturize the charge accumulating portion 23. For this reason, it is difficult to reduce the pixel size. Furthermore, as shown in FIG. 1, when a plurality of photoelectric conversion units such as the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are arranged in the semiconductor layer 17, it is difficult to ensure the element area. .

さらに、接続部21から電荷蓄積部23へ電荷をオーバーフローさせる構造では、電位障壁部22の電位変動により発生するノイズが課題となる。例えば、図1の構成では、p型の電位障壁部22とn型の電荷蓄積部23はpn接合容量によって結合している。n型の電荷蓄積部23に蓄積された電荷を読み出すとき、この電荷蓄積部23は蓄積状態から空乏状態に変化することで電圧が上昇する。このとき、電荷蓄積部23の電圧の上昇にともなって、電位障壁部22の電位も上昇する。この結果、接続部21からみた電位障壁部22のポテンシャル障壁が低くなる。そして、接続部21と電位障壁部22との間のポテンシャル変動量と、電位障壁部22の容量とに応じた電荷が、電荷蓄積部23へ注入される。この電荷蓄積部23へ注入される電荷が、光電変換膜32から縦型転送路50を介してトランジスタに転送される信号電荷へのノイズとなる。   Furthermore, in the structure in which the charge overflows from the connection portion 21 to the charge storage portion 23, noise generated by potential fluctuation of the potential barrier portion 22 becomes a problem. For example, in the configuration of FIG. 1, the p-type potential barrier unit 22 and the n-type charge storage unit 23 are coupled by a pn junction capacitance. When the charge stored in the n-type charge storage unit 23 is read, the voltage of the charge storage unit 23 increases due to the change from the storage state to the depletion state. At this time, as the voltage of the charge storage unit 23 increases, the potential of the potential barrier unit 22 also increases. As a result, the potential barrier of the potential barrier unit 22 viewed from the connection unit 21 is lowered. Then, charges corresponding to the amount of potential fluctuation between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 and the capacitance of the potential barrier portion 22 are injected into the charge storage portion 23. The charge injected into the charge storage unit 23 becomes noise to the signal charge transferred from the photoelectric conversion film 32 to the transistor via the vertical transfer path 50.

そこで、本技術では、半導体層外で生成あるいは保持した信号電荷を、接続部から電荷蓄積部へ集中的にオーバーフローさせることが可能な構成の固体撮像装置を提供する。この構成では、接続部から電荷蓄積部へ集中的にオーバーフローさせることにより、大量の信号電荷がコンタクト部に注入された場合に、半導体層中に形成された他の光電変換領域や電荷蓄積部へ信号電荷が混入する問題を抑制することができる。また、接続部とWell領域の電位差を低減することが可能となり、接続部で発生するリーク電流を抑制できる。
さらに、電位障壁部と電荷蓄積部の素子サイズを縮小することができる。
Therefore, the present technology provides a solid-state imaging device having a configuration capable of intensively overflowing signal charges generated or held outside the semiconductor layer from the connection portion to the charge storage portion. In this configuration, when a large amount of signal charge is injected into the contact part by intensively overflowing from the connection part to the charge storage part, to other photoelectric conversion regions and charge storage parts formed in the semiconductor layer. The problem that signal charges are mixed can be suppressed. In addition, the potential difference between the connection portion and the well region can be reduced, and leakage current generated at the connection portion can be suppressed.
Furthermore, the element size of the potential barrier portion and the charge storage portion can be reduced.

〈2.第1実施形態(固体撮像装置)〉
[固体撮像装置の概略構成]
図2に、本技術が適用される固体撮像装置の一例として、CMOS型の固体撮像装置1について説明する。図2の構成は、下記に説明する各実施形態に係る固体撮像装置に共通の構成である。また、本実施形態例では、半導体基体の回路形成面(表面)側とは反対側に光の入射面を有する、いわゆる、裏面照射型のCMOS型固体撮像装置として説明する。
<2. First Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
[Schematic configuration of solid-state imaging device]
FIG. 2 illustrates a CMOS solid-state imaging device 1 as an example of a solid-state imaging device to which the present technology is applied. The configuration in FIG. 2 is a configuration common to the solid-state imaging device according to each embodiment described below. In the present embodiment, a back-illuminated CMOS solid-state imaging device having a light incident surface on the side opposite to the circuit formation surface (front surface) side of the semiconductor substrate will be described.

[固体撮像装置の全体構成]
図2は、第1実施形態に係るCMOS型の固体撮像装置1の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置1は、シリコンからなる基板11上に配列された複数の画素2から構成される画素領域3と、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成される。
[Overall configuration of solid-state imaging device]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating the entire CMOS solid-state imaging device 1 according to the first embodiment.
The solid-state imaging device 1 according to the present embodiment includes a pixel region 3 composed of a plurality of pixels 2 arranged on a substrate 11 made of silicon, a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, and a horizontal drive circuit. 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.

画素2は、光電変換素子であるフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとから構成され、基板11上に、2次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素2を構成する画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、増幅トランジスタで構成される4つの画素トランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた3つのトランジスタであってもよい。   The pixels 2 are composed of photodiodes that are photoelectric conversion elements and a plurality of pixel transistors, and a plurality of pixels 2 are regularly arranged in a two-dimensional array on the substrate 11. The pixel transistors constituting the pixel 2 may be four pixel transistors including a transfer transistor, a reset transistor, a selection transistor, and an amplification transistor, or may be three transistors excluding the selection transistor.

画素領域3は、2次元アレイ状に規則的に複数配列された画素2から構成される。画素領域3は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路5に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域(図示せず)とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。   The pixel area 3 is composed of pixels 2 regularly arranged in a two-dimensional array. The pixel region 3 has an effective pixel region that actually receives light, amplifies the signal charge generated by photoelectric conversion, and reads it to the column signal processing circuit 5, and a black for outputting optical black as a reference for the black level. And a reference pixel region (not shown). The black reference pixel region is normally formed on the outer periphery of the effective pixel region.

制御回路8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等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路8で生成されたクロック信号や制御信号などは、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等に入力される。   The control circuit 8 generates a clock signal, a control signal, and the like that serve as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. To do. The clock signal and control signal generated by the control circuit 8 are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.

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、画素領域3の各画素2を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素2のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線9を通してカラム信号処理回路5に供給する。   The vertical drive circuit 4 is configured by a shift register, for example, and selectively scans each pixel 2 in the pixel region 3 in the vertical direction sequentially in units of rows. Then, a pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of light received in the photodiode of each pixel 2 is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 9.

カラム信号処理回路5は、例えば、画素2の列毎に配置されており、1行分の画素2から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路5の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線10とのあいだに設けられている。   The column signal processing circuit 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 2, and a signal output from the pixels 2 for one row is sent to the black reference pixel region (not shown, but around the effective pixel region) for each pixel column. Signal processing such as noise removal and signal amplification. A horizontal selection switch (not shown) is provided between the output stage of the column signal processing circuit 5 and the horizontal signal line 10.

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10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10を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。
The horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.
The output circuit 7 performs signal processing on signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10 and outputs the signals.

[固体撮像装置の要部の構成(平面図)]
図3に、固体撮像装置の単位画素2における概略平面構成を示す。
図3に示すように、単位画素2は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のそれぞれの波長の光を光電変換する第1〜第3光電変換部が3層に積層された光電変換領域15と、各光電変換部に対応する電荷読み出し部とから構成されている。本実施形態例においては、電荷読み出し部は、第1〜第3光電変換部に対応した第1〜第3画素トランジスタTrA,TrB,TrCで構成されている。固体撮像装置1では、単位画素2において縦方向の分光がなされる。
[Configuration of main part of solid-state imaging device (plan view)]
FIG. 3 shows a schematic planar configuration of the unit pixel 2 of the solid-state imaging device.
As shown in FIG. 3, the unit pixel 2 includes three layers of first to third photoelectric conversion units that photoelectrically convert light of each wavelength of red (R), green (G), and blue (B). The photoelectric conversion region 15 and a charge reading unit corresponding to each photoelectric conversion unit. In the present embodiment example, the charge readout unit includes first to third pixel transistors TrA, TrB, and TrC corresponding to the first to third photoelectric conversion units. In the solid-state imaging device 1, the unit pixel 2 performs vertical spectroscopy.

第1〜第3画素トランジスタTrA,TrB,TrCは、光電変換領域15の周辺に形成されており、それぞれ4つのMOS型トランジスタで構成されている。第1画素トランジスタTrAは、後述する第1光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を画素信号として出力するもので、第1転送トランジスタTr1、リセットトランジスタTr4、増幅トランジスタTr5、選択トランジスタTr6で構成されている。第2画素トランジスタTrBは、後述する第2光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を画素信号として出力するもので、第2転送トランジスタTr2、リセットトランジスタTr7、増幅トランジスタTr8、選択トランジスタTr9で構成されている。第3画素トランジスタTrCは、後述する第3光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を画素信号として出力するもので、第3転送トランジスタTr3、リセットトランジスタTr10、増幅トランジスタTr11、選択トランジスタTr12で構成されている。   The first to third pixel transistors TrA, TrB, TrC are formed in the periphery of the photoelectric conversion region 15 and each include four MOS transistors. The first pixel transistor TrA outputs a signal charge generated and accumulated by a first photoelectric conversion unit, which will be described later, as a pixel signal, and includes a first transfer transistor Tr1, a reset transistor Tr4, an amplification transistor Tr5, and a selection transistor Tr6. Has been. The second pixel transistor TrB outputs a signal charge generated and accumulated by a second photoelectric conversion unit described later as a pixel signal, and includes a second transfer transistor Tr2, a reset transistor Tr7, an amplification transistor Tr8, and a selection transistor Tr9. Has been. The third pixel transistor TrC outputs a signal charge generated and accumulated by a third photoelectric conversion unit (to be described later) as a pixel signal, and includes a third transfer transistor Tr3, a reset transistor Tr10, an amplification transistor Tr11, and a selection transistor Tr12. Has been.

[固体撮像装置の画素部の構成]
図4に、図3に示す光電変換領域15の概略構成を示す。図4Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図4Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、受光面側からみた半導体層の平面構成である。
図4では、第1〜第3画素トランジスタTrA,TrB,TrCのうち第1〜第3転送トランジスタTr1,Tr2,Tr3のみ図示し、他の画素トランジスタの図示を省略する。本実施形態例の固体撮像装置は、半導体層17の表面側の画素トランジスタが形成された側とは反対側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である。図4では、上側を受光面側とし、下側を画素トランジスタや、ロジック回路等の周辺回路などが形成された回路形成面とする。
[Configuration of Pixel Unit of Solid-State Imaging Device]
FIG. 4 shows a schematic configuration of the photoelectric conversion region 15 shown in FIG. FIG. 4A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 4B is a planar configuration of the semiconductor layer viewed from the light receiving surface side in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.
In FIG. 4, only the first to third transfer transistors Tr1, Tr2, and Tr3 of the first to third pixel transistors TrA, TrB, and TrC are illustrated, and the other pixel transistors are not illustrated. The solid-state imaging device according to the present embodiment is a back-illuminated solid-state imaging device in which light is incident from the back side opposite to the side where the pixel transistors on the front side of the semiconductor layer 17 are formed. In FIG. 4, the upper side is the light receiving surface side, and the lower side is a circuit forming surface on which peripheral circuits such as pixel transistors and logic circuits are formed.

図4Aに示すように、固体撮像装置は、半導体層17内に第1及び第2光電変換部となる、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2を備える。また、図4Bに示すように、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2は、半導体層17において、光の入射方向に積層されている。このように、本例の固体撮像装置は、光の入射方向から、光電変換膜32、第1フォトダイオードPD1、及び、第2フォトダイオードPD2が積層された構成を有する。   As illustrated in FIG. 4A, the solid-state imaging device includes a first photodiode PD1 and a second photodiode PD2 that serve as first and second photoelectric conversion units in the semiconductor layer 17. Further, as shown in FIG. 4B, the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are stacked in the light incident direction in the semiconductor layer 17. As described above, the solid-state imaging device of this example has a configuration in which the photoelectric conversion film 32, the first photodiode PD1, and the second photodiode PD2 are stacked in the light incident direction.

また、本例の固体撮像装置は、半導体層17の裏面側に、第3光電変換部となる光電変換膜32を備える。
なお、第3光電変換部となる光電変換膜32のかわりに、コンデンサのように電子を保持することが可能な電荷保持部を備えていてもよい。以下の説明では、第3光電変換部に光電変換膜32を備える構成により本技術の一例を説明するが、この光電変換部を電荷保持部と読みかえることで、電荷保持部を備える構成とすることができる。
In addition, the solid-state imaging device of this example includes a photoelectric conversion film 32 serving as a third photoelectric conversion unit on the back side of the semiconductor layer 17.
Instead of the photoelectric conversion film 32 serving as the third photoelectric conversion unit, a charge holding unit capable of holding electrons, such as a capacitor, may be provided. In the following description, an example of the present technology will be described based on the configuration in which the third photoelectric conversion unit includes the photoelectric conversion film 32. However, the photoelectric conversion unit is replaced with the charge holding unit, thereby including the charge holding unit. be able to.

第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2は、シリコン等からなる第2導電型(本例ではn型)の半導体層17の、第1導電型(本例ではp型)の半導体領域からなるウェル領域(p−Well)16に形成されている。
第1フォトダイオードPD1は、半導体層17の受光面側に形成された第2導電型(本例ではn型)不純物によるn型半導体領域19と、その一部が半導体層の表面側に達するように延長して形成された延長部19aを有する。延長部19aは、3層の光電変換部が積層されている光電変換領域の周辺に形成される。延長部19aの表面(半導体層17の表面側)には、ホール蓄積層となる高濃度のp型半導体領域(図示省略)が形成されている。また、延長部19aは、第1フォトダイオードPD1のn型半導体領域19に蓄積された信号電荷を、半導体層17の表面側に引き出す層として機能する。
The first and second photodiodes PD1 and PD2 are wells made of a semiconductor region 17 of the first conductivity type (p-type in this example) of the semiconductor layer 17 of the second conductivity type (n-type in this example) made of silicon or the like. The region (p-well) 16 is formed.
The first photodiode PD1 has an n-type semiconductor region 19 formed of a second conductivity type (n-type in this example) impurity formed on the light-receiving surface side of the semiconductor layer 17 and a part thereof reaching the surface side of the semiconductor layer. It has the extension part 19a formed by extending. The extension portion 19a is formed around the photoelectric conversion region where the three layers of photoelectric conversion portions are stacked. A high-concentration p-type semiconductor region (not shown) serving as a hole accumulation layer is formed on the surface of the extension 19a (the surface side of the semiconductor layer 17). The extension portion 19a functions as a layer that draws out signal charges accumulated in the n-type semiconductor region 19 of the first photodiode PD1 to the surface side of the semiconductor layer 17.

第2フォトダイオードPD2は、半導体層17の表面側に形成されたn型半導体領域20からなる。そして、n型半導体領域20の表面側の半導体層17界面には、ホール蓄積層となる高濃度のp型半導体領域(図示省略)が形成されている。
第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2において、半導体層17の界面にp型半導体領域が形成されることにより、半導体層17界面で発生する暗電流の抑制が図られる。
The second photodiode PD2 includes an n-type semiconductor region 20 formed on the surface side of the semiconductor layer 17. At the interface of the semiconductor layer 17 on the surface side of the n-type semiconductor region 20, a high-concentration p-type semiconductor region (not shown) serving as a hole accumulation layer is formed.
In the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2, by forming a p-type semiconductor region at the interface of the semiconductor layer 17, dark current generated at the interface of the semiconductor layer 17 can be suppressed.

受光面から一番離れた領域に形成された第2フォトダイオードPD2は、赤色の波長の光を光電変換する光電変換部となる。受光面側に形成された第1フォトダイオードPD1は、青色の波長の光を光電変換する光電変換部となる。そして、半導体層17の裏面上に配置された光電変換膜32が、緑色の波長の光を光電変換する光電変換部となる。   The second photodiode PD2 formed in a region farthest from the light receiving surface serves as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light having a red wavelength. The first photodiode PD1 formed on the light receiving surface side serves as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light having a blue wavelength. And the photoelectric conversion film 32 arrange | positioned on the back surface of the semiconductor layer 17 turns into a photoelectric conversion part which photoelectrically converts the light of a green wavelength.

光電変換膜32は、半導体層17の裏面上に形成された第1絶縁層25、及び、第1絶縁層25上に設けられた第2絶縁層26を介して形成されている。そして、光電変換膜32の上下両面には、上部電極33及び下部電極31が形成されている。上部電極33及び下部電極31は、光透過性の材料で構成される。   The photoelectric conversion film 32 is formed via a first insulating layer 25 formed on the back surface of the semiconductor layer 17 and a second insulating layer 26 provided on the first insulating layer 25. An upper electrode 33 and a lower electrode 31 are formed on the upper and lower surfaces of the photoelectric conversion film 32. The upper electrode 33 and the lower electrode 31 are made of a light transmissive material.

光電変換膜32は、緑色の波長の光を光電変換する光電変換部として用いられる場合には、例えば、ローダーミン系色素、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から構成される。また、上部電極33及び下部電極31は、光透過性の材料で構成され、例えば、インジウム錫(ITO)膜、酸化インジウム亜鉛膜等の透明導電膜で構成される。   When the photoelectric conversion film 32 is used as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts light having a green wavelength, the photoelectric conversion film 32 is made of an organic photoelectric conversion material containing, for example, a rhodamine dye, a melocyanine dye, or quinacridone. The upper electrode 33 and the lower electrode 31 are made of a light transmissive material, and are made of a transparent conductive film such as an indium tin (ITO) film or an indium zinc oxide film.

また、光電変換膜32を、青色又は赤色の波長の光を光電変換する材料で構成し、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2を、その他の波長に対応させて構成してもよい。
例えば、光電変換膜32で青色の光を吸収させる場合には、半導体層17の受光面側に形成される第1フォトダイオードPD1を、緑色の光を光電変換する光電変換部として設定する。そして、第2フォトダイオードPD2を、赤色の光を光電変換する光電変換部として設定する。また、光電変換膜32で赤色の光を吸収させる場合には、半導体層17の受光面側に形成される第1フォトダイオードPD1を、青色の光を光電変換する光電変換部として設定する。そして、第2フォトダイオードPD2を、緑色の光を光電変換する光電変換部として設定する。
Alternatively, the photoelectric conversion film 32 may be configured of a material that photoelectrically converts light having a blue or red wavelength, and the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 may be configured to correspond to other wavelengths.
For example, when blue light is absorbed by the photoelectric conversion film 32, the first photodiode PD1 formed on the light receiving surface side of the semiconductor layer 17 is set as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts green light. Then, the second photodiode PD2 is set as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts red light. Further, when red light is absorbed by the photoelectric conversion film 32, the first photodiode PD1 formed on the light receiving surface side of the semiconductor layer 17 is set as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts blue light. Then, the second photodiode PD2 is set as a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts green light.

青色の光を光電変換する光電変換膜は、例えば、クマリン酸色素、トリス−8−ヒドリキシキノリAl(Alq3)、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料から構成される。また、赤色の光を光電変換する光電変換膜は、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料から構成される。   The photoelectric conversion film for photoelectrically converting blue light is composed of an organic photoelectric conversion material containing, for example, a coumaric acid dye, tris-8-hydroxyquinori Al (Alq3), a melocyanine dye, and the like. The photoelectric conversion film that photoelectrically converts red light is composed of an organic photoelectric conversion material containing a phthalocyanine dye.

上述の構成の固体撮像装置では、半導体層17内で光電変換する光を、青色の波長及び赤色の波長と設定する。そして、光電変換膜32で光電変換する光を緑色の波長と設定する。このような構成では、光電変換膜32で中間波長の緑色の波長を受光することで、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2間における分光特性を向上させることができる。   In the solid-state imaging device having the above-described configuration, light that is photoelectrically converted in the semiconductor layer 17 is set to a blue wavelength and a red wavelength. And the light photoelectrically converted by the photoelectric conversion film 32 is set as a green wavelength. With such a configuration, the spectral characteristics between the first and second photodiodes PD1 and PD2 can be improved by receiving the green wavelength of the intermediate wavelength by the photoelectric conversion film 32.

光電変換膜32の半導体層17側に形成される下部電極31は、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を貫通するコンタクトプラグ29に接続されている。コンタクトプラグ29は、半導体層17裏面側から表面側にかけて形成された縦型転送路50に接続されている。   The lower electrode 31 formed on the semiconductor layer 17 side of the photoelectric conversion film 32 is connected to a contact plug 29 that penetrates the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26. The contact plug 29 is connected to a vertical transfer path 50 formed from the back surface side to the front surface side of the semiconductor layer 17.

縦型転送路50は、半導体層17の裏面側から表面側にかけて縦方向に形成された接続部21、電位障壁部22、及び、電荷蓄積部23により構成されている。
接続部21は、半導体層17の裏面側に形成された高濃度のn型不純物領域からなる。接続部21は、コンタクトプラグ29とのオーミック接続を取るために構成されている。電位障壁部22は、低濃度のp型不純物領域からなり、接続部21と電荷蓄積部23との間でポテンシャルバリアとなる。電荷蓄積部23は、光電変換膜32から転送された信号電荷を蓄積する層であり、接続部21よりも低濃度のn型不純物領域で構成される。また、半導体層17の最表面に、p型半導体領域(図示省略)が高濃度のp型不純物領域から形成され、半導体層17界面での暗電流の発生を抑制する。
The vertical transfer path 50 includes a connection portion 21, a potential barrier portion 22, and a charge storage portion 23 that are formed in the vertical direction from the back surface side to the front surface side of the semiconductor layer 17.
The connection portion 21 is composed of a high-concentration n-type impurity region formed on the back side of the semiconductor layer 17. The connection portion 21 is configured to establish ohmic connection with the contact plug 29. The potential barrier unit 22 is formed of a low-concentration p-type impurity region, and serves as a potential barrier between the connection unit 21 and the charge storage unit 23. The charge accumulation unit 23 is a layer that accumulates signal charges transferred from the photoelectric conversion film 32, and includes an n-type impurity region having a lower concentration than the connection unit 21. In addition, a p-type semiconductor region (not shown) is formed on the outermost surface of the semiconductor layer 17 from a high-concentration p-type impurity region, and suppresses the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer 17.

光が光電変換膜32に照射されると、半導体層17外に配置した光電変換膜32で信号電荷(電子)が生成される。この信号電荷は、コンタクトプラグ29を介して、光電変換膜32から、n型拡散層の接続部21に読み出される。そして、p型の電位障壁部22を通じて電荷蓄積部23にオーバーフローされる。   When the photoelectric conversion film 32 is irradiated with light, signal charges (electrons) are generated in the photoelectric conversion film 32 disposed outside the semiconductor layer 17. This signal charge is read out from the photoelectric conversion film 32 to the connection part 21 of the n-type diffusion layer via the contact plug 29. Then, the charge accumulation unit 23 overflows through the p-type potential barrier unit 22.

また、半導体層17には、接続部21から電位障壁部22を介して電荷蓄積部23へオーバーフローする構成の縦型転送路50において、縦型転送路50の側面を囲い、且つ、縦型転送路50に接する位置に、埋め込み型の素子分離部27が形成されている。
図4Aに示す構成では、半導体層17の裏面側から、接続部21と電位障壁部22との接続面を超える深さまで素子分離部27が形成されている。このため、接続部21は、半導体層17の裏面(上面)側及び電位障壁部22と接する面(上面及び底面)以外の、全ての面(側面)が素子分離部27に接している。
Further, in the vertical transfer path 50 configured to overflow from the connection portion 21 to the charge storage portion 23 via the potential barrier portion 22, the semiconductor layer 17 surrounds the side surface of the vertical transfer path 50, and the vertical transfer path. A buried element isolation portion 27 is formed at a position in contact with the path 50.
In the configuration shown in FIG. 4A, the element isolation portion 27 is formed from the back surface side of the semiconductor layer 17 to a depth exceeding the connection surface between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22. For this reason, all the surfaces (side surfaces) of the connection portion 21 are in contact with the element isolation portion 27 except for the back surface (upper surface) side of the semiconductor layer 17 and the surfaces (upper surface and bottom surface) in contact with the potential barrier portion 22.

また、素子分離部27は、電位障壁部22と電荷蓄積部23との接続面の外周よりも内側まで、形成されている。このため、素子分離部27によって、接続部21の面積、及び、接続部21と電位障壁部22との接触面積が、電位障壁部22と電荷蓄積部23との接続面積よりも制限されている。   Further, the element isolation part 27 is formed to the inner side of the outer periphery of the connection surface between the potential barrier part 22 and the charge storage part 23. For this reason, the element isolation part 27 limits the area of the connection part 21 and the contact area between the connection part 21 and the potential barrier part 22 more than the connection area between the potential barrier part 22 and the charge storage part 23. .

素子分離部27は、STIのように半導体層17をエッチングして形成した溝(トレンチ)54と、トレンチ54内に埋め込まれた第1絶縁層25及び第2絶縁層26とからなる。なお、本例では、第1絶縁層25及び第2絶縁層26との2層から絶縁層が形成されているが、第1絶縁層25及び第2絶縁層26とを分けずに単一層の絶縁層が形成された構成としてもよい。   The element isolation portion 27 includes a groove (trench) 54 formed by etching the semiconductor layer 17 like STI, and a first insulating layer 25 and a second insulating layer 26 embedded in the trench 54. In this example, the insulating layer is formed from two layers of the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26. However, the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are not separated, and a single layer is formed. A structure in which an insulating layer is formed may be employed.

第1絶縁層25及び第2絶縁層26は、半導体装置に一般的に用いられる絶縁膜から構成される。例えば、HDP(High Density Plasma)法を用いて形成した酸化シリコン膜等から構成される。また、第1絶縁層25及び第2絶縁層26は、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、及び、金属の化合物であり、さらに酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも1つ以上の元素を含有している材料からなり、単層、又は、これらの膜を積層した構成である。   The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are made of an insulating film generally used in a semiconductor device. For example, it is composed of a silicon oxide film formed using an HDP (High Density Plasma) method. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are, for example, a compound of silicon, germanium, gallium, and metal, and further contain at least one element of oxygen, nitrogen, and carbon. A single layer or a structure in which these films are laminated.

また、埋め込み型の素子分離部27とp−Well16が接する部分では、不純物濃度が不足して暗電流が発生する恐れがある。この場合は、第1絶縁層25、特に、トレンチ54の側壁部に、負の固定電荷を有する膜を配置することが好ましい。負の固定電荷を持つ材料としては、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン等が挙げられる。また、上記以外の材料としては、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜等から負の固定電荷を有する膜を形成することも可能である。負の固定電荷を有する膜は、絶縁性を損なわない範囲で、膜中にシリコン(Si)や窒素(N)が添加されていてもよい。その濃度は、膜の絶縁性が損なわれない範囲で適宜決定される。このように、シリコン(Si)や窒素(N)が添加されることによって、膜の耐熱性や製造工程中でのイオン注入の阻止能力を上げることが可能になる。   Further, in the portion where the buried type element isolation portion 27 and the p-well 16 are in contact with each other, there is a possibility that dark current is generated due to insufficient impurity concentration. In this case, it is preferable to dispose a film having a negative fixed charge on the first insulating layer 25, particularly on the sidewall of the trench 54. Examples of the material having a negative fixed charge include hafnium oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, tantalum oxide, and titanium oxide. In addition to the above materials, lanthanum oxide, praseodymium oxide, cerium oxide, neodymium oxide, promethium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, thulium oxide, ytterbium oxide, lutetium oxide Alternatively, a film having a negative fixed charge can be formed from yttrium oxide, an aluminum nitride film, a hafnium oxynitride film, an aluminum oxynitride film, or the like. In the film having a negative fixed charge, silicon (Si) or nitrogen (N) may be added to the film as long as the insulating property is not impaired. The concentration is appropriately determined as long as the insulating properties of the film are not impaired. Thus, by adding silicon (Si) or nitrogen (N), it becomes possible to increase the heat resistance of the film and the ability to prevent ion implantation during the manufacturing process.

さらに、埋め込み型の素子分離部27の内側に、SiOC等の低誘電率材料を配置することにより、n型拡散層の容量低減の効果をさらに高めることが可能である。また、素子分離部27に埋め込まれる絶縁層内に空洞部を形成することにより、n型拡散層の容量低減の効果をさらに高めることが可能である。   Furthermore, by arranging a low dielectric constant material such as SiOC inside the buried element isolation portion 27, it is possible to further enhance the effect of reducing the capacitance of the n-type diffusion layer. In addition, by forming a cavity in the insulating layer embedded in the element isolation part 27, it is possible to further enhance the effect of reducing the capacitance of the n-type diffusion layer.

また、第1絶縁層25は、半導体層17の裏面、及び、素子分離部27内において、半導体層(p−Well16)と接触する。このため、第1絶縁層25と半導体層17との間に、半導体層17を構成するシリコン基板との間で界面準位を発生しにくい材料、例えば、シリコンと反応生成することで形成された酸化膜等を設けてもよい。   The first insulating layer 25 is in contact with the semiconductor layer (p-Well 16) in the back surface of the semiconductor layer 17 and in the element isolation part 27. Therefore, the first insulating layer 25 and the semiconductor layer 17 are formed by reacting with a material that hardly generates an interface state with the silicon substrate constituting the semiconductor layer 17, for example, silicon. An oxide film or the like may be provided.

上述のように素子分離部27内には絶縁層が埋め込まれる。このため、縦型転送路50において、埋め込み型の素子分離部27が配置された箇所は電気的に分断される。接続部21は、素子分離部27に囲まれているため、光電変換膜32から接続部21に注入された信号電荷が、接続部21からp−Well16に流れ込むことがない。
従って、接続部21の信号電荷を、接続部21と接続する電位障壁部22を介して電荷蓄積部23に、集中的にオーバーフローさせることが可能となる。
As described above, an insulating layer is embedded in the element isolation portion 27. For this reason, in the vertical transfer path 50, the portion where the embedded element isolation unit 27 is disposed is electrically separated. Since the connection part 21 is surrounded by the element isolation part 27, the signal charge injected from the photoelectric conversion film 32 into the connection part 21 does not flow into the p-Well 16 from the connection part 21.
Therefore, the signal charge of the connection part 21 can be intensively overflowed to the charge storage part 23 via the potential barrier part 22 connected to the connection part 21.

上述の構成の固体撮像装置では、接続部21を素子分離部27で囲むことにより、接続部21からオーバーフローする電流を、その下部に配置した電位障壁部22及び電荷蓄積部23に集中させることが可能である。このため、電位障壁部22と電荷蓄積部23の接合断面積を縮小し、素子のサイズを縮小することが可能となる。
また、接続部21を素子分離部27で囲むことにより、光電変換膜32に大光量が照射されたときに、接続部21からp−Well16への信号電荷の流出を防ぐことができる。このため、接続部21からp−Well16を超えて他の光電変換領域(PD1,PD2)や電荷蓄積部23へ混入する信号の問題(クロストーク等)を大幅に低減することができる。
また、本構造では電位障壁部22以外の領域へ信号電荷がもれこみにくくなるため、接続部21とp−Well16との電位差を縮小することが可能となる。接続部21とp−Well16との間の電位差を縮小することにより、接続部21に発生するリーク電流を抑制することができる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, by enclosing the connection portion 21 with the element isolation portion 27, the current overflowing from the connection portion 21 can be concentrated on the potential barrier portion 22 and the charge storage portion 23 disposed below the connection portion 21. Is possible. Therefore, it is possible to reduce the junction cross-sectional area between the potential barrier portion 22 and the charge storage portion 23 and reduce the size of the element.
In addition, by enclosing the connection portion 21 with the element separation portion 27, it is possible to prevent the signal charge from flowing out from the connection portion 21 to the p-Well 16 when the photoelectric conversion film 32 is irradiated with a large amount of light. For this reason, the problem (crosstalk etc.) of the signal mixed into the other photoelectric conversion area | regions (PD1, PD2) and the charge storage part 23 beyond p-Well16 from the connection part 21 can be reduced significantly.
Further, in this structure, the signal charge is unlikely to leak into a region other than the potential barrier portion 22, so that the potential difference between the connection portion 21 and the p-well 16 can be reduced. By reducing the potential difference between the connection part 21 and the p-well 16, it is possible to suppress a leak current generated in the connection part 21.

また、上述の構成では、埋め込み型の素子分離部27は、接続部21と直接接するように配置されている。このため、接続部21とp−Well16との間にpn接合が、形成されない。これにより、pn接合部で発生するリーク電流を防ぐことができる。
また、pn接合面積が、素子分離部27内に制限されていることにより、接続部21での空乏容量が低減される。このため、電位障壁部22の電圧の揺れによる接続部21へのノイズ混入を抑制することができる。
In the above-described configuration, the embedded element isolation unit 27 is arranged so as to be in direct contact with the connection unit 21. For this reason, a pn junction is not formed between the connection part 21 and p-Well16. Thereby, the leak current generated at the pn junction can be prevented.
Further, since the pn junction area is limited in the element isolation part 27, the depletion capacity in the connection part 21 is reduced. For this reason, it is possible to suppress the noise from being mixed into the connection portion 21 due to the fluctuation of the voltage of the potential barrier portion 22.

さらに、大光量照射時に接続部21からp型半導体(p−Well16)へ流出して、信号電荷(電子)がp−Well16内の正孔と再結合して消失する現象を抑制することができる。或いは、p−Well16から接続部21へ正孔が注入され、感度電子が消失する現象を抑制することができる。   Furthermore, it is possible to suppress a phenomenon in which the signal charge (electrons) flows out of the connection portion 21 to the p-type semiconductor (p-Well 16) and recombines with the holes in the p-Well 16 and disappears when the large amount of light is irradiated. . Alternatively, it is possible to suppress a phenomenon in which holes are injected from the p-well 16 to the connection portion 21 and the sensitive electrons disappear.

なお、接続部21とp−Well16との電位差低減は、電位障壁部22のp型不純物濃度を上昇させる、又は、電位障壁部22の長さを拡大することで実現できる。
また、図2では電位障壁部22とp−Well16を分けて図示したが、電位障壁部22とp−Well16とは、不純物濃度が異なる以外に構成に差がない。このため、電位障壁部22の部分をp−Well16として構成しても、固体撮像装置として所望の動作が可能である。
The potential difference between the connection portion 21 and the p-Well 16 can be reduced by increasing the p-type impurity concentration of the potential barrier portion 22 or increasing the length of the potential barrier portion 22.
In FIG. 2, the potential barrier portion 22 and the p-well 16 are illustrated separately, but the potential barrier portion 22 and the p-well 16 have no difference in configuration except for the impurity concentration. For this reason, even if the potential barrier portion 22 is configured as the p-well 16, a desired operation as a solid-state imaging device is possible.

また、図4Aに示すように、半導体層17の回路形成面となる表面側には、第1フォトダイオードPD1、第2フォトダイオードPD2及び光電変換膜32に対応する第1〜第3画素トランジスタが構成されている。図4Aでは、第1〜第3転送トランジスタTr3,Tr2,Tr3を示している。
第1転送トランジスタTr1は、第1フォトダイオードPD1の延長部19aに隣接する半導体層の表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD1と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極37とで構成される。
第2転送トランジスタTr2は、第2フォトダイオードPD2に隣接する半導体層の表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD2と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極38とで構成される。
第3転送トランジスタTr3は、縦型転送路50に隣接する半導体層表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD3と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極39とで構成される。
フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3は、いずれもn型の高濃度不純物領域で構成され、転送ゲート電極37,38,39は、例えばポリシリコンで構成される。
4A, the first to third pixel transistors corresponding to the first photodiode PD1, the second photodiode PD2, and the photoelectric conversion film 32 are provided on the surface side of the semiconductor layer 17 serving as a circuit formation surface. It is configured. FIG. 4A shows the first to third transfer transistors Tr3, Tr2, and Tr3.
The first transfer transistor Tr1 includes a floating diffusion portion FD1 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the extension portion 19a of the first photodiode PD1, and a transfer gate formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. And the electrode 37.
The second transfer transistor Tr2 includes a floating diffusion portion FD2 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the second photodiode PD2, and a transfer gate electrode 38 formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. Composed.
The third transfer transistor Tr3 includes a floating diffusion portion FD3 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the vertical transfer path 50, and a transfer gate electrode 39 formed on the semiconductor layer 17 via a gate insulating film. Is done.
The floating diffusion portions FD1, FD2, and FD3 are all configured by n-type high concentration impurity regions, and the transfer gate electrodes 37, 38, and 39 are configured by, for example, polysilicon.

なお、図4Aでは半導体層17の表面側の構成は、転送トランジスタの構成のみを示し、その他の構成の図示を省略している。半導体層17の表面側には、例えば、層間絶縁膜を介して複数積層された配線を有する多層配線層や、多層配線層上に貼り合わされた支持基板等が形成されている。   In FIG. 4A, the structure on the surface side of the semiconductor layer 17 shows only the structure of the transfer transistor, and the other structures are not shown. On the surface side of the semiconductor layer 17, for example, a multilayer wiring layer having a plurality of wirings stacked via an interlayer insulating film, a support substrate bonded to the multilayer wiring layer, and the like are formed.

また、上部電極33上部の受光面側には、縦型転送路50及び、第1フォトダイオードPD1からの電荷引き抜き部となる延長部19aを遮光する遮光膜や、平坦化膜等が形成されていてもよい。また、上部電極33上には、図示しない遮光膜や平坦化膜等を介して、オンチップレンズ35が形成されている。   Further, on the light receiving surface side above the upper electrode 33, a light-shielding film that shields the vertical transfer path 50 and the extension portion 19a serving as a charge extraction portion from the first photodiode PD1, a planarizing film, and the like are formed. May be. An on-chip lens 35 is formed on the upper electrode 33 through a light shielding film, a planarizing film, or the like (not shown).

そして、図3に示したように、実際には、半導体層17の表面側に、リセットトランジスタTr4,Tr7,Tr10、増幅トランジスタTr5,Tr8,Tr11、選択トランジスタTr6,Tr9,Tr12が構成されている。リセットトランジスタTr4,Tr7,Tr10は、ソース・ドレイン領域43,44とゲート電極40とで構成されている。増幅トランジスタTr5,Tr8,Tr11は、ソース・ドレイン領域44,45、ゲート電極41とで構成されている。選択トランジスタTr6,Tr9,Tr12は、ソース・ドレイン領域45,46と、ゲート電極42とで構成されている。
そしてこれらの画素トランジスタTrA,TrB,TrCにおいては、フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3が対応するリセットトランジスタTr4,Tr7,Tr10の一方のソース・ドレイン領域43に接続されている。さらに、フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3は、対応する増幅トランジスタTr5,Tr8,Tr11のゲート電極41に接続されている。
また、リセットトランジスタTr4,Tr7,Tr10と増幅トランジスタTr5,Tr8,Tr11とで共通のソース・ドレイン領域44には、電源電圧配線VDDが接続されている。また、選択トランジスタTr6,Tr9,Tr12の一方のソース・ドレイン領域46には、選択信号配線VSLが接続されている。
As shown in FIG. 3, actually, reset transistors Tr4, Tr7, Tr10, amplification transistors Tr5, Tr8, Tr11, and selection transistors Tr6, Tr9, Tr12 are formed on the surface side of the semiconductor layer 17. . The reset transistors Tr4, Tr7, Tr10 are composed of source / drain regions 43, 44 and a gate electrode 40. The amplification transistors Tr5, Tr8, Tr11 are composed of source / drain regions 44, 45 and a gate electrode 41. The selection transistors Tr6, Tr9, Tr12 are composed of source / drain regions 45, 46 and a gate electrode.
In these pixel transistors TrA, TrB, TrC, the floating diffusion portions FD1, FD2, FD3 are connected to one of the source / drain regions 43 of the corresponding reset transistors Tr4, Tr7, Tr10. Furthermore, the floating diffusion portions FD1, FD2, and FD3 are connected to the gate electrodes 41 of the corresponding amplification transistors Tr5, Tr8, and Tr11.
Further, the power source voltage wiring VDD is connected to the source / drain region 44 common to the reset transistors Tr4, Tr7, Tr10 and the amplification transistors Tr5, Tr8, Tr11. A selection signal line VSL is connected to one of the source / drain regions 46 of the selection transistors Tr6, Tr9, Tr12.

〈3.第1実施形態(固体撮像装置の製造方法)〉
次に、上述の第1実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図5〜図7は、第1実施形態の固体撮像装置の製造工程図であり、特に、光電変換部が形成される領域における製造工程を示す図である。
<3. First Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment will be described. 5 to 7 are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device according to the first embodiment. In particular, FIGS. 5 to 7 are diagrams illustrating manufacturing processes in a region where the photoelectric conversion unit is formed.

まず、図5Aに示すように、シリコンからなる基板51上に、埋め込み酸化膜(以下、BOX層52)、及び、シリコンエピタキシャル層からなる半導体層17を形成する。そして、半導体層17の所定の位置に、p−Well16を形成する。さらに、p−Well16中の所定の位置に、縦型転送路50を構成する接続部21、電荷蓄積部23、及び、電位障壁部22を形成する。   First, as shown in FIG. 5A, a buried oxide film (hereinafter referred to as a BOX layer 52) and a semiconductor layer 17 made of a silicon epitaxial layer are formed on a substrate 51 made of silicon. Then, the p-well 16 is formed at a predetermined position of the semiconductor layer 17. Further, the connection part 21, the charge storage part 23, and the potential barrier part 22 that form the vertical transfer path 50 are formed at predetermined positions in the p-Well 16.

接続部21は、光電変換膜32からの信号電荷を読み出すためのコンタクトプラグ29と、オーミック接続をとる必要があるため、1×1019〜1×1020/cm程度の濃度とする。接続部21の上部縦方向に、p型の不純物を低濃度にイオン注入することで電位障壁部22を形成する。続いて、電位障壁部22の上部縦方向にn型の不純物をイオン注入することで電荷蓄積部23を形成する。電荷蓄積部23の不純物濃度は接続部21よりも薄く、また、電位障壁部22側から半導体層17表面側にかけて除々に濃くなるように段階的なイオン注入によって形成する。 Since the connection portion 21 needs to be in ohmic contact with the contact plug 29 for reading out signal charges from the photoelectric conversion film 32, the connection portion 21 has a concentration of about 1 × 10 19 to 1 × 10 20 / cm 3 . A potential barrier portion 22 is formed by ion-implanting p-type impurities at a low concentration in the upper vertical direction of the connection portion 21. Subsequently, the charge storage portion 23 is formed by ion-implanting n-type impurities in the upper vertical direction of the potential barrier portion 22. The impurity concentration of the charge storage portion 23 is lower than that of the connection portion 21 and is formed by stepwise ion implantation so as to gradually increase from the potential barrier portion 22 side to the surface of the semiconductor layer 17.

また、縦型転送路50の形成と同じ工程において、第1フォトダイオードPD1を構成するn型半導体領域19、延長部19a、及び、第2フォトダイオードPD2を構成するn型半導体領域20を形成する。
また、半導体層17の表面側には、図示しないゲート酸化膜を介して転送ゲート電極37,38,39を形成する。そして、フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3を形成する。
Further, in the same process as the formation of the vertical transfer path 50, the n-type semiconductor region 19, the extension portion 19a constituting the first photodiode PD1, and the n-type semiconductor region 20 constituting the second photodiode PD2 are formed. .
Further, transfer gate electrodes 37, 38, 39 are formed on the surface side of the semiconductor layer 17 via a gate oxide film (not shown). Then, floating diffusion portions FD1, FD2, and FD3 are formed.

さらに、半導体層17の表面上に、配線24及び絶縁層59を積層して配線層を形成し、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2と、光電変換膜32の読み出し回路部を形成する。
図5Aに示す構成は、従来公知のイオン注入やCVD等、通常のCMOSプロセスで使用されている技術を用いて形成することができる。
Further, the wiring 24 and the insulating layer 59 are stacked on the surface of the semiconductor layer 17 to form a wiring layer, and the first and second photodiodes PD1 and PD2 and the readout circuit portion of the photoelectric conversion film 32 are formed.
The structure shown in FIG. 5A can be formed using a technique used in a normal CMOS process, such as conventionally known ion implantation or CVD.

次に、図5Bに示すように、配線層上部に、例えばシリコンからなる支持基板53を貼り付ける。そして、素子を反転させた後、SOI基板を構成する基板51を除去しBOX層52を露出する。   Next, as shown in FIG. 5B, a support substrate 53 made of, for example, silicon is attached to the upper part of the wiring layer. Then, after inverting the element, the substrate 51 constituting the SOI substrate is removed, and the BOX layer 52 is exposed.

次に、BOX層52上にフォトレジストを形成した後、素子分離部27を形成する領域のフォトレジストを除去する。そして、図6Cに示すように、BOX層52をエッチングにより選択的に除去し、さらに、このBOX層52をハードマスクとして半導体層17をエッチングする。この工程により、半導体層17に、素子分離部27を形成するためのトレンチ54を形成する。この工程では、素子分離部27による効果を高めるため、トレンチ54を接続部21と電位障壁部22との接合部よりも深い位置まで形成することが好ましい。   Next, after forming a photoresist on the BOX layer 52, the photoresist in a region where the element isolation portion 27 is to be formed is removed. Then, as shown in FIG. 6C, the BOX layer 52 is selectively removed by etching, and the semiconductor layer 17 is etched using the BOX layer 52 as a hard mask. By this step, a trench 54 for forming the element isolation portion 27 is formed in the semiconductor layer 17. In this step, it is preferable to form the trench 54 to a position deeper than the junction portion between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 in order to enhance the effect of the element isolation portion 27.

次に、図6Dに示すように、半導体層17上のBOX層52を除去する。そして、図7Eに示すように、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を形成する。第1絶縁層25及び第2絶縁層26は、例えば、化学気相成長法、スパッタリング法及び原子層蒸着法等を用いて形成する。第1絶縁層25及び第2絶縁層26により、形成したトレンチ54の内部を埋め込み、さらに、半導体層17の表面を覆う。   Next, as shown in FIG. 6D, the BOX layer 52 on the semiconductor layer 17 is removed. Then, as shown in FIG. 7E, the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are formed. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are formed using, for example, chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, or the like. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 fill the inside of the formed trench 54 and further cover the surface of the semiconductor layer 17.

また、第1絶縁層25は、上述の負の固定電荷を有する膜、及び、低誘電率材料等を用いて形成することが好ましい。また、半導体層17と第1絶縁層25との間に、界面準位を発生しにくい、半導体層17と反応生成することで形成された酸化膜等を形成してもよい。   The first insulating layer 25 is preferably formed using the above-described film having a negative fixed charge, a low dielectric constant material, or the like. In addition, an oxide film or the like formed by reaction with the semiconductor layer 17 that hardly generates interface states may be formed between the semiconductor layer 17 and the first insulating layer 25.

なお、第1絶縁層25の形成を、トレンチ54の内部が第1絶縁層25で完全に埋め込まれる前に、トレンチ54の開口端側が閉塞される成膜条件で行ってもよい。この方法では、トレンチ54の内部が第1絶縁層25に埋め込まれる前に、トレンチ54上面の開口が閉じられ、トレンチ54内に成膜用のガスが供給されず、トレンチ54内に空洞(ボイド)が形成される。この後、さらに絶縁層25,26を形成することにより、絶縁層25,26を形成した後のトレンチ54内に、空洞部を形成することができる。このように、中空構造の素子分離部27を形成してもよい。   Note that the first insulating layer 25 may be formed under film forming conditions in which the opening end side of the trench 54 is closed before the inside of the trench 54 is completely filled with the first insulating layer 25. In this method, before the interior of the trench 54 is embedded in the first insulating layer 25, the opening on the upper surface of the trench 54 is closed, no film-forming gas is supplied into the trench 54, and a void (void) is formed in the trench 54. ) Is formed. Thereafter, by further forming the insulating layers 25 and 26, a cavity can be formed in the trench 54 after the insulating layers 25 and 26 are formed. In this way, the element separation portion 27 having a hollow structure may be formed.

次に、図7Fに示すように、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を貫通して接続部21に接続されるコンタクトプラグ29を形成する。コンタクトプラグ29は、第1絶縁層25及び第2絶縁層26の所定の位置を開口してコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホールの側壁及び底部にバリメタル膜を成膜し、金属材料を埋め込むことによって形成する。
コンタクトプラグ29は、接続部21との間でオーミック接続を得るために、バリアメタル膜としてチタン(Ti)と窒化チタン(TiN)の積層膜、コンタクトホールの埋め込み金属材料としてタングステン(W)を用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 7F, a contact plug 29 that penetrates through the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 and is connected to the connecting portion 21 is formed. The contact plug 29 opens a predetermined position of the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 to form a contact hole. Then, a varimetal film is formed on the side wall and bottom of the contact hole, and is formed by embedding a metal material.
The contact plug 29 uses a laminated film of titanium (Ti) and titanium nitride (TiN) as a barrier metal film and tungsten (W) as a buried metal material of the contact hole in order to obtain an ohmic connection with the connection portion 21. It is preferable.

また、図7Fに示すように、コンタクトプラグ29と接続する下部電極31を形成する。下部電極31である透明電極としては、例えばスパッタ法を用いて成膜された100nm程度の厚みのITO膜を用いる。
さらに、下部電極31を被覆するように、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜に下部電極31が露出する開口部を形成する。そして、開口部を被覆して光電変換膜32を形成する。その後、光電変換膜32上部全面に、上部電極33を形成する。上部電極33も下部電極31と同様、例えばスパッタ法を用い、100nm程度の厚みのITO膜を用いる。
その後、上部電極33上部に、図示しない遮光膜や平坦化膜等を形成し、上部にオンチップレンズ35を形成する。
以上の工程により、図4に示す固体撮像装置を製造することができる。
Further, as shown in FIG. 7F, a lower electrode 31 connected to the contact plug 29 is formed. As the transparent electrode, which is the lower electrode 31, for example, an ITO film having a thickness of about 100 nm formed by sputtering is used.
Further, an insulating film made of, for example, silicon oxide is formed so as to cover the lower electrode 31, and an opening through which the lower electrode 31 is exposed is formed in the insulating film. Then, the photoelectric conversion film 32 is formed so as to cover the opening. Thereafter, the upper electrode 33 is formed on the entire upper surface of the photoelectric conversion film 32. Similarly to the lower electrode 31, the upper electrode 33 uses, for example, a sputtering method and an ITO film having a thickness of about 100 nm.
Thereafter, a light shielding film, a flattening film or the like (not shown) is formed on the upper electrode 33, and the on-chip lens 35 is formed on the upper electrode 33.
Through the above steps, the solid-state imaging device shown in FIG. 4 can be manufactured.

なお、素子分離部27の形成手段としては、図5Bの状態で一旦BOX層52を除去し、一般にSTIを形成する場合と同様に酸化膜とSINからなるハードマスクを形成し、このハードマスクを用いて半導体層17のエッチングを実施する使用する方法もある。しかし、本例では、BOX層52をハードマスクとして使用することにより、工程数を削減している。   As a means for forming the element isolation portion 27, the BOX layer 52 is temporarily removed in the state shown in FIG. 5B, and a hard mask composed of an oxide film and SIN is generally formed as in the case of forming STI. There is also a method in which the semiconductor layer 17 is used for etching. However, in this example, the number of steps is reduced by using the BOX layer 52 as a hard mask.

〈4.第2実施形態(固体撮像装置)〉
次に、固体撮像装置の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、上述の第1実施形態の固体撮像装置と、素子分離部27の形成位置及び縦型転送路50の構成が異なる。このため、以下の第2実施形態の説明では、上述の第1実施形態と異なる素子分離部27と、縦型転送路50の構成のみを説明し、第1実施形態と同様の構成の説明を省略する。
<4. Second Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
Next, a second embodiment of the solid-state imaging device will be described. The second embodiment differs from the solid-state imaging device of the first embodiment described above in the formation position of the element separation unit 27 and the configuration of the vertical transfer path 50. For this reason, in the following description of the second embodiment, only the configuration of the element isolation unit 27 and the vertical transfer path 50 different from the above-described first embodiment will be described, and the configuration similar to that of the first embodiment will be described. Omitted.

図8に、第2実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す。図8Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図8Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、受光面側からみた半導体層の平面構成である。   FIG. 8 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device of the second embodiment. FIG. 8A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 8B is a planar configuration of the semiconductor layer viewed from the light receiving surface side in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図8Aに示すように、本例の固体撮像装置は、縦型転送路50の接続部21と素子分離部27とが接触しない構成である。この構成において、縦型転送路50と素子分離部27の構成以外は、上述の第1実施形態の固体撮像装置の構成と同様である。   As shown in FIG. 8A, the solid-state imaging device of this example has a configuration in which the connection part 21 and the element separation part 27 of the vertical transfer path 50 do not contact each other. This configuration is the same as the configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment described above except for the configuration of the vertical transfer path 50 and the element separation unit 27.

素子分離部27は、縦型転送路50の周囲を囲む位置に形成されている。素子分離部27は、半導体層17の裏面側から、接続部21と電位障壁部22との接続面を超える深さまで形成されている。また、縦型転送路50の周囲は、素子分離部27との間に、p−Well16が配置されている。このため、接続部21の側面と素子分離部27との間、及び、電位障壁部22と素子分離部27と間にp−Well16が配置されている。   The element isolation part 27 is formed at a position surrounding the periphery of the vertical transfer path 50. The element isolation portion 27 is formed from the back surface side of the semiconductor layer 17 to a depth exceeding the connection surface between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22. In addition, the p-well 16 is disposed between the vertical transfer path 50 and the element isolation unit 27. For this reason, the p-well 16 is disposed between the side surface of the connection portion 21 and the element isolation portion 27 and between the potential barrier portion 22 and the element isolation portion 27.

図8A及び図8Bに示すように、素子分離部27が縦型転送路50に接して形成されていないため、上述の第1実施形態と異なり、接続部21、電位障壁部22、及び、電荷蓄積部23が、それぞれ同じ面積で形成されている。   As shown in FIGS. 8A and 8B, since the element isolation unit 27 is not formed in contact with the vertical transfer path 50, unlike the first embodiment, the connection unit 21, the potential barrier unit 22, and the charge The storage portions 23 are formed with the same area.

光が光電変換膜32に照射されると、半導体層17外に配置された光電変換膜32で生成した信号電荷が、コンタクトプラグ29を介してn型拡散層からなる接続部21に注入される。そして、光電変換膜32から接続部21に注入された信号電荷が、電位障壁部22を通じて電荷蓄積部23にオーバーフローされる。   When the photoelectric conversion film 32 is irradiated with light, signal charges generated by the photoelectric conversion film 32 disposed outside the semiconductor layer 17 are injected into the connection portion 21 formed of the n-type diffusion layer through the contact plug 29. . Then, the signal charge injected from the photoelectric conversion film 32 to the connection portion 21 overflows to the charge storage portion 23 through the potential barrier portion 22.

上述の構成の構成では、接続部21及び電位障壁部22と素子分離部27とが接触していないが、接続部21を囲うように素子分離部27が配置され、素子分離部27が配置された箇所で電気的に分断される。このため、接続部21からの注入電流が、素子分離部27で電気的に絶縁される。このため、接続部21に注入された電荷は電位障壁部22の方向へ効果的に収集される。   In the configuration described above, the connection part 21 and the potential barrier part 22 and the element isolation part 27 are not in contact, but the element isolation part 27 is arranged so as to surround the connection part 21, and the element isolation part 27 is arranged. It is electrically divided at the spot. For this reason, the injection current from the connection part 21 is electrically insulated by the element isolation part 27. For this reason, the charge injected into the connection portion 21 is effectively collected toward the potential barrier portion 22.

また、接続部21からp−Well16に流出した信号電荷についても、素子分離部27により、図面横方向への移動が妨げられる。このため、接続部21からp−Well16に流出した信号電荷も、図面縦方向に移動し、電位障壁部22、及び、電荷蓄積部23の方向へ効果的に収集される。このとき、接続部21と素子分離部27と間のp−Well16に、接続部21から電荷蓄積部23へのオーバーフローパス55が形成される。このとき、p−Well16がポテンシャルバリアとなる。   Further, the signal charge that has flowed out of the connection portion 21 to the p-Well 16 is also prevented from moving in the horizontal direction by the element isolation portion 27. For this reason, the signal charge that has flowed out from the connection portion 21 to the p-Well 16 also moves in the vertical direction of the drawing, and is effectively collected in the direction of the potential barrier portion 22 and the charge storage portion 23. At this time, an overflow path 55 from the connection unit 21 to the charge storage unit 23 is formed in the p-Well 16 between the connection unit 21 and the element isolation unit 27. At this time, the p-Well 16 becomes a potential barrier.

上述の構成の固体撮像装置では、素子分離部27により、接続部21からオーバーフローする電流を、その下部に配置した電位障壁部22及び電荷蓄積部23に集中させることが可能である。このため、電位障壁部22と電荷蓄積部23の接合断面積を縮小し、これらの素子サイズを縮小することが可能となる。
また、光電変換膜32に大光量が照射されたときに、接続部21からp−Well16への信号電荷の流出を減少させることができる。このため、接続部21からp−Well16を超えて他の光電変換領域(PD1,PD2)や電荷蓄積部23へ混入する信号の問題(クロストーク等)を大幅に低減することができる。
また、接続部21とp−Well16との間の電位差を縮小することが可能となり、接続部21に発生するリーク電流を抑制することができる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the element separating unit 27 can concentrate the current overflowing from the connection unit 21 on the potential barrier unit 22 and the charge storage unit 23 disposed below the connection unit 21. For this reason, it is possible to reduce the junction cross-sectional area of the potential barrier portion 22 and the charge storage portion 23 and reduce the size of these elements.
Moreover, when the photoelectric conversion film 32 is irradiated with a large amount of light, the outflow of signal charges from the connection portion 21 to the p-Well 16 can be reduced. For this reason, the problem (crosstalk etc.) of the signal mixed into the other photoelectric conversion area | regions (PD1, PD2) and the charge storage part 23 beyond p-Well16 from the connection part 21 can be reduced significantly.
In addition, the potential difference between the connection portion 21 and the p-Well 16 can be reduced, and a leak current generated in the connection portion 21 can be suppressed.

[変形例]
次に、上述の第2実施形態の変形例について説明する。上述の第2実施形態(図8A)では、接続部21と素子分離部27の間は、p−Well16が配置されている。しかし、p−Well16とp型の電位障壁部22とは、それぞれの不純物濃度のみが異なる。よって、接続部21と素子分離部27と間のp−Well16を、p型の電位層障壁部22に置き換えても、上述の第2実施形態の固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
[Modification]
Next, a modification of the above-described second embodiment will be described. In the above-described second embodiment (FIG. 8A), the p-Well 16 is disposed between the connection portion 21 and the element isolation portion 27. However, the p-well 16 and the p-type potential barrier portion 22 differ only in the impurity concentration. Therefore, even if the p-Well 16 between the connection unit 21 and the element isolation unit 27 is replaced with the p-type potential layer barrier unit 22, the same effect as that of the solid-state imaging device of the second embodiment described above can be obtained. .

図9に第2実施形態の変形例の固体撮像装置の概略構成を示す。図9Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図9Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。   FIG. 9 shows a schematic configuration of a solid-state imaging device according to a modification of the second embodiment. FIG. 9A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 9B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図9Aに示すように、半導体層17において、接続部21が形成されている領域を覆うように電位障壁部56が形成されている。また、接続部21から素子分離部27までの間は、全て電位障壁部56が形成されている。このため、接続部21の基板表面以外は、全て電位障壁部56と接する。
また、電位障壁部56は、図9A及び図9Bに示すように、接続部21及び電荷蓄積部23よりも広い面積で形成されている。接続部21及び電荷蓄積部23の面積は上述の第2実施形態と同じである。電位障壁部56と電荷蓄積部23との接触面積も、上述の第2実施形態と同じである。
As shown in FIG. 9A, a potential barrier portion 56 is formed in the semiconductor layer 17 so as to cover a region where the connection portion 21 is formed. Further, the potential barrier portion 56 is formed between the connection portion 21 and the element isolation portion 27. For this reason, all except the substrate surface of the connection part 21 is in contact with the potential barrier part 56.
Further, as shown in FIGS. 9A and 9B, the potential barrier portion 56 is formed with a larger area than the connection portion 21 and the charge storage portion 23. The areas of the connection part 21 and the charge storage part 23 are the same as those in the second embodiment. The contact area between the potential barrier unit 56 and the charge storage unit 23 is also the same as that in the second embodiment.

上述の変形例の構成においても、素子分離部27により、接続部21からの注入電流が素子分離部27で電気的に絶縁され、信号電荷が接続部21から下方の電位障壁部56及び電荷蓄積部23の方向へ効果的に収集される。
また、接続部21から側面方向の電荷蓄積部23に流出した信号電荷についても、素子分離部27により、図面横方向への移動が妨げられる。このため、電位障壁部56中に、接続部21から電荷蓄積部23へ信号電荷が転送されるオーバーフローパス55が形成される。
Also in the configuration of the above-described modification, the element isolation unit 27 electrically insulates the injected current from the connection unit 21 by the element isolation unit 27, and the signal charge is stored in the potential barrier unit 56 and the charge accumulation below the connection unit 21. It is collected effectively in the direction of the unit 23.
Further, the signal separation that has flowed out from the connection portion 21 to the charge storage portion 23 in the side surface direction is also prevented from moving in the horizontal direction of the drawing by the element isolation portion 27. Therefore, an overflow path 55 through which signal charges are transferred from the connection unit 21 to the charge storage unit 23 is formed in the potential barrier unit 56.

なお、上述の第2実施形態、及び、その変形例の固体撮像装置の製造方法は、第1実施形態において、トレンチを形成する位置を変更すればよい。例えば、図6Cに示す工程において、BOX層52に形成するパターンを変更し、トレンチ54を形成する位置を縦型転送路50の接続部21と接しない位置に変更する。以降は、第1実施形態と同様の方法を用いて固体撮像装置を製造することで、第2実施形態、及び、その変形例の固体撮像装置を製造することができる。   In addition, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the above-described second embodiment and its modification may be changed in the first embodiment by changing the position where the trench is formed. For example, in the step shown in FIG. 6C, the pattern formed in the BOX layer 52 is changed, and the position where the trench 54 is formed is changed to a position where it does not contact the connection portion 21 of the vertical transfer path 50. Thereafter, by manufacturing the solid-state imaging device using the same method as that of the first embodiment, it is possible to manufacture the solid-state imaging device of the second embodiment and its modification.

なお、上述の変形例とは逆に、電位障壁部56とp−Well16とは、不純物濃度のみが異なる構成であるため、電位障壁部56を形成せずに、電位障壁部56の部分を全てp−Well16で形成してもよい。この場合にも、上述の第2実施形態の固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。さらに、上述の第1実施形態や、以下に説明する各実施形態においても、電位障壁部をp−Wellに置き換えることが可能である。   Contrary to the above-described modification, the potential barrier unit 56 and the p-well 16 are different only in the impurity concentration. Therefore, the potential barrier unit 56 is not formed and the entire potential barrier unit 56 is entirely formed. You may form with p-Well16. Also in this case, the same effect as the solid-state imaging device of the second embodiment described above can be obtained. Furthermore, also in the first embodiment described above and in each embodiment described below, the potential barrier portion can be replaced with a p-well.

〈5.第3実施形態(固体撮像装置)〉
次に、固体撮像装置の第3実施形態について説明する。第3実施形態は、上述の第2実施形態の固体撮像装置と、縦型転送路50上に形成される絶縁層の構成のみが異なる。このため、以下の第3実施形態の説明では、上述の第2実施形態と異なる縦型転送路50と絶縁層の構成のみを説明し、第2実施形態と同様の構成の説明を省略する。
<5. Third Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
Next, a third embodiment of the solid-state imaging device will be described. The third embodiment differs from the solid-state imaging device of the second embodiment described above only in the configuration of the insulating layer formed on the vertical transfer path 50. For this reason, in the following description of the third embodiment, only the configuration of the vertical transfer path 50 and the insulating layer, which are different from those of the above-described second embodiment, will be described, and the description of the same configuration as in the second embodiment will be omitted.

図10に、第3実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す。図10Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図10Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。   FIG. 10 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device of the third embodiment. FIG. 10A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 10B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図10Aに示すように、本例の固体撮像装置は、縦型転送路50上に第3絶縁層57が形成されている。図10Aに示す構成では、第3絶縁層57が、素子分離部27の内側の接続部21及びp−Well16上を覆う位置に形成されている。
第3絶縁層57は、例えばシリコンを高温で熱酸化して作製した埋め込み酸化膜(BOX層)のように、通常の製膜酸化よりも界面準位が低減できる製法により形成する。
As shown in FIG. 10A, in the solid-state imaging device of this example, a third insulating layer 57 is formed on the vertical transfer path 50. In the configuration shown in FIG. 10A, the third insulating layer 57 is formed at a position covering the connection portion 21 inside the element isolation portion 27 and the p-Well 16.
The third insulating layer 57 is formed by a manufacturing method in which the interface state can be reduced as compared with the normal film-forming oxidation, such as a buried oxide film (BOX layer) produced by thermally oxidizing silicon at a high temperature.

上述の第1実施形態の構成では、接続部21と電位障壁部22とのpn接合部が、埋め込み型の素子分離部27のトレンチ54の側壁に形成されている。また、上述の第2実施形態の構成では、接続部21とp−Well16とのpn接合部が、半導体層17の裏面界面に形成されている。
一般に、半導体層17の界面は、欠陥準位密度が高いため、リーク電流が多く発生する。これを抑制するためには、例えば半導体層17の裏面界面に、半導体層17(例えばシリコン)と反応生成することで製膜した熱酸化膜などを配置することが望ましい。しかし、半導体層17の表面側に、各種トランジスタや配線が形成されているため、高温の熱処理が実施できない。
また、第1絶縁層25として、負の固定電荷を有する膜を形成する場合には、n型拡散層である接続部21の上部にも負の固定電荷を有する膜が配置される。この場合、負の固定電荷を有する膜と接する接続部21表面のn型不純物濃度が低下してしまうという問題がある。
In the configuration of the first embodiment described above, the pn junction between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 is formed on the side wall of the trench 54 of the embedded element isolation portion 27. In the configuration of the second embodiment described above, the pn junction between the connection portion 21 and the p-well 16 is formed on the back surface interface of the semiconductor layer 17.
In general, since the interface of the semiconductor layer 17 has a high density of defect states, a large amount of leakage current is generated. In order to suppress this, it is desirable to dispose a thermal oxide film or the like formed by reaction with the semiconductor layer 17 (for example, silicon) at the back surface interface of the semiconductor layer 17, for example. However, since various transistors and wirings are formed on the surface side of the semiconductor layer 17, high-temperature heat treatment cannot be performed.
When a film having a negative fixed charge is formed as the first insulating layer 25, a film having a negative fixed charge is also disposed on the connection portion 21 that is an n-type diffusion layer. In this case, there is a problem that the n-type impurity concentration on the surface of the connection portion 21 in contact with the film having a negative fixed charge is lowered.

このため、図10Aに示すように、接続部21上を覆う第3絶縁層57を界面準位の低減が可能な絶縁膜から形成することで、光電変換膜32から信号電荷が注入される接続部21の界面でのリーク電流を抑制することができる。同様に、素子分離部27内の接続部21とp−Well16との界面でのリーク電流を抑制することができる。
さらに、第1絶縁層25として負の固定電荷を有する膜を用いた場合にも、第3絶縁層57により、接続部21と負の固定電荷を有する膜との接触を防ぐことができる。このため、接続部21表面のn型不純物濃度の低下を防ぐことができる。
For this reason, as shown in FIG. 10A, the third insulating layer 57 covering the connection portion 21 is formed of an insulating film capable of reducing the interface state, whereby the signal charge is injected from the photoelectric conversion film 32. Leakage current at the interface of the part 21 can be suppressed. Similarly, leakage current at the interface between the connection portion 21 in the element isolation portion 27 and the p-Well 16 can be suppressed.
Furthermore, even when a film having a negative fixed charge is used as the first insulating layer 25, the third insulating layer 57 can prevent contact between the connection portion 21 and the film having a negative fixed charge. For this reason, it is possible to prevent a decrease in the n-type impurity concentration on the surface of the connection portion 21.

上述の構成によれば、第3絶縁層57の作用により、素子分離部27が形成されるトレンチ54の側壁、及び、半導体層17の裏面界面に、任意の膜を製膜することが可能となる。例えば、負の固定電荷を有する膜を製膜すれば、素子分離部27の側壁およびp−Well16の裏面界面部のp型不純物濃度を上昇させて、リーク電流の抑制が可能となる。   According to the above-described configuration, an arbitrary film can be formed on the side wall of the trench 54 where the element isolation portion 27 is formed and the back surface interface of the semiconductor layer 17 by the action of the third insulating layer 57. Become. For example, if a film having a negative fixed charge is formed, the p-type impurity concentration at the side wall of the element isolation portion 27 and the back surface interface portion of the p-Well 16 is increased, and the leakage current can be suppressed.

〈6.第3実施形態(固体撮像装置の製造方法)〉
次に、上述の第3実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図11〜図12は、第3実施形態の固体撮像装置の製造工程図であり、特に、光電変換部が形成される領域における製造工程を示す図である。
<6. Third Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the third embodiment will be described. FIGS. 11 to 12 are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device according to the third embodiment, and particularly show manufacturing processes in a region where the photoelectric conversion unit is formed.

まず、上述の第1実施形態と同様の方法を用いて、上述の図5Bに示すように、支持基板53を貼り付け、BOX層52を露出する工程までを行う。そして、BOX層52上にフォトレジスト形成した後、素子分離部27を形成する領域のフォトレジストを除去する。そして、図11Aに示すように、BOX層52をエッチングにより選択的に除去し、さらに、このBOX層52をハードマスクとして半導体層17をエッチングする。この工程により、半導体層17に、素子分離部27を形成するためのトレンチ54を形成する。この工程では、素子分離部27による効果を高めるため、トレンチ54を接続部21と電位障壁部22との接合部よりも深い位置まで形成することが望ましい。
第3実施形態では、トレンチ54は、半導体層17の裏面界面に、接続部21とp−Well16とのpn接合が配置されるように、接続部21から離れた位置に形成する。
First, using the same method as in the first embodiment, the process up to the step of attaching the support substrate 53 and exposing the BOX layer 52 as shown in FIG. 5B is performed. Then, after forming a photoresist on the BOX layer 52, the photoresist in a region where the element isolation portion 27 is to be formed is removed. Then, as shown in FIG. 11A, the BOX layer 52 is selectively removed by etching, and the semiconductor layer 17 is etched using the BOX layer 52 as a hard mask. By this step, a trench 54 for forming the element isolation portion 27 is formed in the semiconductor layer 17. In this step, it is desirable to form the trench 54 to a position deeper than the junction between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 in order to enhance the effect of the element isolation portion 27.
In the third embodiment, the trench 54 is formed at a position away from the connection portion 21 so that the pn junction between the connection portion 21 and the p-well 16 is disposed at the back surface interface of the semiconductor layer 17.

次に、図11Bに示すように、接続部12上に配置されたBOX層52を覆う部分に、フォトレジスト58を形成する。そして、図12Cに示すように、フォトレジスト58が形成されていない領域のBOX層52をエッチングにより除去する。なお、本例では、BOX層52の選択除去のためにフォトレジストを使用したが、選択比の確保が難しい場合はSiNなどのハードマスクを用いる。   Next, as shown in FIG. 11B, a photoresist 58 is formed on the portion covering the BOX layer 52 disposed on the connection portion 12. Then, as shown in FIG. 12C, the BOX layer 52 in the region where the photoresist 58 is not formed is removed by etching. In this example, a photoresist is used for selective removal of the BOX layer 52. However, when it is difficult to secure a selection ratio, a hard mask such as SiN is used.

次に、半導体層17の表面、及び、素子分離部27を構成するトレンチ54の内面に、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を形成する。本例では、露出している半導体層17がp型半導体(p−Well16)であるため、第1絶縁層25は、負の固定電荷を有する膜を用いて形成することが好ましい。また、トレンチ54内に空洞部を形成し、中空構造の素子分離部27を形成してもよい。
そして、第1実施形態と同様の方法により、コンタクトプラグ29、下部電極31、光電変換膜32、上部電極33、及び、オンチップレンズ35等を形成して、図12Dに示す構成の固体撮像装置を製造することができる。
Next, the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are formed on the surface of the semiconductor layer 17 and the inner surface of the trench 54 constituting the element isolation portion 27. In the present example, since the exposed semiconductor layer 17 is a p-type semiconductor (p-Well 16), the first insulating layer 25 is preferably formed using a film having a negative fixed charge. Alternatively, a hollow portion may be formed in the trench 54 to form the element isolation portion 27 having a hollow structure.
A contact plug 29, a lower electrode 31, a photoelectric conversion film 32, an upper electrode 33, an on-chip lens 35, and the like are formed by the same method as in the first embodiment, and the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 12D. Can be manufactured.

なお、上述の第2実施形態においても、図11Aに示すように、接続部21から離れた位置にトレンチ54を形成し、以降を第1実施形態と同じ工程として固体撮像装置を製造することができる。   In the second embodiment described above, as shown in FIG. 11A, the trench 54 is formed at a position away from the connection portion 21, and the solid-state imaging device is manufactured by performing the subsequent steps as in the first embodiment. it can.

〈7.第4実施形態(固体撮像装置)〉
次に、固体撮像装置の第4実施形態について説明する。第4実施形態は、上述の第1実施形態の固体撮像装置と、縦型転送路の構成、縦型転送路からの信号電荷を転送する第3転送トランジスタの形成位置、及び、素子分離部の構成が異なる。このため、以下の第4実施形態の説明では、上述の第1実施形態と異なる構成のみを説明し、第1実施形態と同様の構成の説明を省略する。
<7. Fourth Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
Next, a fourth embodiment of the solid-state imaging device will be described. In the fourth embodiment, the solid-state imaging device of the first embodiment described above, the configuration of the vertical transfer path, the formation position of the third transfer transistor that transfers the signal charge from the vertical transfer path, and the element isolation unit The configuration is different. For this reason, in the following description of the fourth embodiment, only the configuration different from the above-described first embodiment will be described, and the description of the same configuration as in the first embodiment will be omitted.

図13に、第4実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す。図13Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図13Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。   FIG. 13 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device of the fourth embodiment. FIG. 13A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 13B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図13A及び図13Bに示すように、本例の固体撮像装置では、半導体層17の裏面側から表面側にかけて形成された信号取り出し部の構成が、上述の第1実施形態と異なる。
信号取り出し部は、光電変換膜32の信号電荷を読み出す接続部61と、接続部61の横方向に配置された電位障壁部62と、半導体層17の裏面側から表面側まで形成された電荷蓄積部63を備える。
また、電荷蓄積部63に隣接する半導体層表面側に形成されたフローティングディフュージョン部FD3と、半導体層17上にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極39とから第3転送トランジスタTr3が構成される。
As shown in FIGS. 13A and 13B, in the solid-state imaging device of this example, the configuration of the signal extraction portion formed from the back surface side to the front surface side of the semiconductor layer 17 is different from that of the first embodiment.
The signal extraction unit includes a connection unit 61 that reads out signal charges of the photoelectric conversion film 32, a potential barrier unit 62 that is disposed in the lateral direction of the connection unit 61, and a charge storage formed from the back side to the front side of the semiconductor layer 17. The unit 63 is provided.
The third transfer transistor Tr3 is composed of the floating diffusion part FD3 formed on the surface side of the semiconductor layer adjacent to the charge storage part 63 and the transfer gate electrode 39 formed on the semiconductor layer 17 via the gate insulating film. Is done.

接続部61は、半導体層17の裏面側に形成された高濃度のn型不純物領域からなる。接続部61は、コンタクトプラグ29とのオーミック接続を取るために構成されている。
電位障壁部62は、半導体層17の裏面側の表面であって、接続部61と横方向、つまり半導体層17の主面方向で接する位置に形成されている。電位障壁部62は、低濃度のp型不純物領域からなり、接続部61と電荷蓄積部63との間でポテンシャルバリアとなる。
電荷蓄積部63は、光電変換膜32から転送された信号電荷を蓄積する層であり、接続部61よりも低濃度のn型不純物領域で構成される。電荷蓄積部63は、電位障壁部62と横方向で接する位置に形成されている。電荷蓄積部63は、半導体層17の裏面側の表面から、半導体層17の表面近傍まで形成されている。電荷蓄積部63の表面側の半導体層17界面には、ホール蓄積層となる高濃度のp型半導体領域(図示省略)が形成され、半導体層17界面での暗電流の発生を抑制する。
また、電位障壁部62及び電荷蓄積部63は、接続部61に対して、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2が形成された方向と、異なる方向に形成されている。
The connecting portion 61 is made of a high concentration n-type impurity region formed on the back side of the semiconductor layer 17. The connecting portion 61 is configured to make an ohmic connection with the contact plug 29.
The potential barrier portion 62 is formed on the surface on the back surface side of the semiconductor layer 17 and in contact with the connecting portion 61 in the lateral direction, that is, in the main surface direction of the semiconductor layer 17. The potential barrier unit 62 is formed of a low-concentration p-type impurity region, and serves as a potential barrier between the connection unit 61 and the charge storage unit 63.
The charge accumulation unit 63 is a layer for accumulating signal charges transferred from the photoelectric conversion film 32, and is configured by an n-type impurity region having a lower concentration than the connection unit 61. The charge storage unit 63 is formed at a position in contact with the potential barrier unit 62 in the lateral direction. The charge storage unit 63 is formed from the surface on the back surface side of the semiconductor layer 17 to the vicinity of the surface of the semiconductor layer 17. A high-concentration p-type semiconductor region (not shown) serving as a hole accumulation layer is formed at the interface of the semiconductor layer 17 on the surface side of the charge accumulation unit 63, and suppresses the generation of dark current at the interface of the semiconductor layer 17.
The potential barrier unit 62 and the charge storage unit 63 are formed in a direction different from the direction in which the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are formed with respect to the connection unit 61.

半導体層17には、接続部61から電位障壁部62を介して電荷蓄積部63へオーバーフローする構成の転送路において、接続部61の側面を囲い、且つ、接続部61に接する位置に、埋め込み型の素子分離部64が形成されている。
素子分離部64は、トレンチ65と、トレンチ65内に埋め込まれた第1絶縁層25及び第2絶縁層26とからなる。
図13Aに示すように、素子分離部64は、接続部61と第1フォトダイオードPD1を構成するn型半導体領域19との間において、接続部61と接する位置に形成されている。また、素子分離部64は、半導体層17の表面から接続部61が形成されている以上の深さまで形成されている。
In the semiconductor layer 17, in the transfer path configured to overflow from the connection portion 61 to the charge storage portion 63 via the potential barrier portion 62, the embedded type is provided at a position surrounding the side surface of the connection portion 61 and in contact with the connection portion 61. The element isolation part 64 is formed.
The element isolation part 64 includes a trench 65 and a first insulating layer 25 and a second insulating layer 26 embedded in the trench 65.
As shown in FIG. 13A, the element isolation part 64 is formed at a position in contact with the connection part 61 between the connection part 61 and the n-type semiconductor region 19 constituting the first photodiode PD1. In addition, the element isolation part 64 is formed from the surface of the semiconductor layer 17 to a depth greater than the connection part 61 is formed.

また、図13Bに示すように、素子分離部64は、接続部61の電位障壁部62と接する面以外の全ての面で、接続部61の側面と接して形成されている。さらに、接続部61の電位障壁部62との接触面から、電位障壁部62と電荷蓄積部63との接続面の近くまで、電位障壁部62の側面に接して形成されている。
従って、接続部61は、接続部61と電位障壁部62との接続面と、上面及び底面を除き、全て素子分離部64により囲まれている。つまり、接続部61は、底面でのみp−Well16と接している。
As shown in FIG. 13B, the element isolation portion 64 is formed in contact with the side surface of the connection portion 61 on all surfaces other than the surface in contact with the potential barrier portion 62 of the connection portion 61. Further, the contact portion 61 is formed in contact with the side surface of the potential barrier portion 62 from the contact surface with the potential barrier portion 62 to the vicinity of the connection surface between the potential barrier portion 62 and the charge storage portion 63.
Accordingly, the connection part 61 is entirely surrounded by the element isolation part 64 except for the connection surface between the connection part 61 and the potential barrier part 62, and the top and bottom surfaces. That is, the connection part 61 is in contact with the p-Well 16 only at the bottom surface.

光が光電変換膜32に照射されると、半導体層17外に配置した光電変換膜32で信号電荷(電子)が生成される。この信号電荷は、コンタクトプラグ29を介して、光電変換膜32から、n型拡散層からなる接続部61に注入される。そして、接続部61に注入された信号電荷が、p型の電位障壁部62を通じて電荷蓄積部63にオーバーフローされる。
接続部61と電荷蓄積部63とは、半導体層17の主面方向(横方向)に接続されているため、この構成では接続部61の信号電荷が横方向に移動する。
When the photoelectric conversion film 32 is irradiated with light, signal charges (electrons) are generated in the photoelectric conversion film 32 disposed outside the semiconductor layer 17. This signal charge is injected from the photoelectric conversion film 32 through the contact plug 29 into the connection portion 61 made of an n-type diffusion layer. Then, the signal charge injected into the connection part 61 overflows into the charge storage part 63 through the p-type potential barrier part 62.
Since the connecting portion 61 and the charge storage portion 63 are connected in the main surface direction (lateral direction) of the semiconductor layer 17, the signal charge of the connecting portion 61 moves in the horizontal direction in this configuration.

そして、接続部61の側面方向において、接続部61とp−Well16との間に素子分離部64を備えることにより、接続部61が、p−Well16と電気的に遮断されている。このため、接続部61から電位障壁部62以外へのオーバーフロー電流が抑制され、電荷蓄積部63への電荷転送効率を改善することができる。従って、電位障壁部62と電荷蓄積部63の接合断面積を縮小することが可能となり、素子サイズを縮小することができる。   And in the side surface direction of the connection part 61, the connection part 61 is electrically interrupted | blocked by p-Well16 by providing the element isolation | separation part 64 between the connection part 61 and p-Well16. For this reason, the overflow current from the connection portion 61 to the portion other than the potential barrier portion 62 is suppressed, and the charge transfer efficiency to the charge storage portion 63 can be improved. Accordingly, the junction cross-sectional area of the potential barrier unit 62 and the charge storage unit 63 can be reduced, and the element size can be reduced.

また、接続部61が素子分離部64に囲まれているため、光電変換膜32に大光量が照射されたときに、接続部61からp−Well16への信号電荷の流出を減少させることができる。このため、接続部61からp−Well16を超えて他の光電変換領域(PD1,PD2)や電荷蓄積部63へ混入する信号の問題(クロストーク等)を大幅に低減することができる。   Moreover, since the connection part 61 is surrounded by the element isolation part 64, when the photoelectric conversion film 32 is irradiated with a large amount of light, the outflow of signal charges from the connection part 61 to the p-well 16 can be reduced. . For this reason, the problem (crosstalk etc.) of the signal mixed into the other photoelectric conversion regions (PD1, PD2) and the charge storage unit 63 beyond the p-well 16 from the connection unit 61 can be significantly reduced.

また、本構造では電位障壁部62以外の領域へ信号電荷が漏れ込みにくくなるため、接続部61とp−Well16との電位差を縮小することが可能となる。接続部61とp−Well16との間の電位差を縮小することにより、接続部61に発生するリーク電流を抑制することができる。   Further, in this structure, the signal charge is less likely to leak into a region other than the potential barrier portion 62, so that the potential difference between the connecting portion 61 and the p-well 16 can be reduced. By reducing the potential difference between the connection portion 61 and the p-Well 16, a leak current generated in the connection portion 61 can be suppressed.

また、上述の構成では、埋め込み型の素子分離部64は、接続部61と直接接するように配置されている。このため、接続部61とp−Well16との間のpn接合面積が制限される。これにより、pn接合部で発生するリーク電流を抑制することができる。
また、pn接合面積が減少することにより、接続部61での空乏容量が低減される。このため、電位障壁部62の電圧の揺れによる接続部61へのノイズ混入を抑制することができる。
In the above-described configuration, the embedded element isolation unit 64 is arranged so as to be in direct contact with the connection unit 61. For this reason, the pn junction area between the connection part 61 and the p-Well 16 is limited. Thereby, the leakage current generated at the pn junction can be suppressed.
In addition, the depletion capacity at the connection portion 61 is reduced by reducing the pn junction area. For this reason, it is possible to suppress the noise from being mixed into the connecting portion 61 due to the fluctuation of the voltage of the potential barrier portion 62.

さらに、大光量照射時に接続部61からp型半導体(p−Well16)へ流出して、信号電荷(電子)がp−Well16内の正孔と再結合して消失する現象を抑制することができる。或いは、p−Well16から接続部61へ正孔が注入され、感度電子が消失する現象を抑制することができる。   Further, it is possible to suppress a phenomenon in which the signal charge (electrons) flows out of the connection portion 61 to the p-type semiconductor (p-Well 16) and recombines with the holes in the p-Well 16 and disappears when the large amount of light is irradiated. . Alternatively, a phenomenon in which holes are injected from the p-well 16 to the connection portion 61 and the sensitivity electrons disappear can be suppressed.

なお、上述の構成では、接続部61と素子分離部64とが接触している構成について説明しているが、第2実施形態の構成と同様に、接続部61と素子分離部64とが接していない構成としてもよい。この場合にも、図13Bに示すように、接続部61と電位障壁部62とのpn接合面から、電位障壁部62まで、接続部61と電位障壁部62の側面を囲む素子分離部64を形成することにより、上述の第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、第3実施形態のように、n型拡散層の接続部61と、第1絶縁層25とが接触しないように、n型拡散層に第3絶縁層を形成してもよい。
In the above-described configuration, the configuration in which the connection portion 61 and the element isolation portion 64 are in contact with each other is described. However, as in the configuration of the second embodiment, the connection portion 61 and the element isolation portion 64 are in contact with each other. It is good also as a structure which is not. Also in this case, as shown in FIG. 13B, the element isolation portion 64 surrounding the side surface of the connection portion 61 and the potential barrier portion 62 is formed from the pn junction surface of the connection portion 61 and the potential barrier portion 62 to the potential barrier portion 62. By forming, the same effect as in the second embodiment described above can be obtained.
Further, as in the third embodiment, a third insulating layer may be formed in the n-type diffusion layer so that the connection portion 61 of the n-type diffusion layer and the first insulating layer 25 do not contact each other.

〈8.第4実施形態(固体撮像装置の製造方法)〉
次に、上述の第4実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図14〜図15は、第4実施形態の固体撮像装置の製造工程図であり、特に、光電変換部が形成される領域における製造工程を示す図である。
<8. Fourth Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the fourth embodiment will be described. 14 to 15 are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device according to the fourth embodiment. In particular, FIGS. 14 to 15 are diagrams illustrating manufacturing processes in a region where the photoelectric conversion unit is formed.

まず、図14Aに示すように、第1実施形態と同様の方法を用いて、半導体層17及び配線層等の各素子の構成を形成する。
例えば、シリコンからなる基板51上に、埋め込み酸化膜(以下、BOX層52)、及び、シリコンエピタキシャル層からなる半導体層17を形成する。そして、半導体層17の所定の位置に、p−Well16を形成する。さらに、p−Well16中の所定の位置に、接続部61、電荷蓄積部63、及び、電位障壁部62を形成する。
First, as shown in FIG. 14A, the configuration of each element such as the semiconductor layer 17 and the wiring layer is formed using the same method as in the first embodiment.
For example, a buried oxide film (hereinafter referred to as a BOX layer 52) and a semiconductor layer 17 made of a silicon epitaxial layer are formed on a substrate 51 made of silicon. Then, the p-well 16 is formed at a predetermined position of the semiconductor layer 17. Further, the connection part 61, the charge storage part 63, and the potential barrier part 62 are formed at predetermined positions in the p-Well 16.

また、接続部61及び電荷蓄積部63を形成する工程において、第1フォトダイオードPD1を構成するn型半導体領域19、延長部19a、及び、第2フォトダイオードPD2を構成するn型半導体領域20を形成する。
また、半導体層17の表面側には、図示しないゲート酸化膜を介して転送ゲート電極37,38,39を形成する。そして、フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3を形成する。
Further, in the step of forming the connection portion 61 and the charge storage portion 63, the n-type semiconductor region 19 constituting the first photodiode PD1, the extension portion 19a, and the n-type semiconductor region 20 constituting the second photodiode PD2 are formed. Form.
Further, transfer gate electrodes 37, 38, 39 are formed on the surface side of the semiconductor layer 17 via a gate oxide film (not shown). Then, floating diffusion portions FD1, FD2, and FD3 are formed.

そして、半導体層17の表面上に、配線24及び絶縁層59を積層して配線層を形成し、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2と、光電変換膜32の読み出し回路部を形成する。さらに、形成した配線層上部に、例えばシリコンからなる支持基板53を貼り付ける。そして、素子を反転させたのち、SOI基板を構成する基板51を除去しBOX層52を露出する。
上述の図14Aに示す構成は、従来公知のイオン注入やCVD等、通常のCMOSプロセスで使用されている技術を用いて形成することができる。
Then, the wiring 24 and the insulating layer 59 are stacked on the surface of the semiconductor layer 17 to form a wiring layer, and the first and second photodiodes PD1 and PD2 and the readout circuit portion of the photoelectric conversion film 32 are formed. Further, a support substrate 53 made of, for example, silicon is attached on the formed wiring layer. Then, after inverting the element, the substrate 51 constituting the SOI substrate is removed, and the BOX layer 52 is exposed.
The configuration shown in FIG. 14A can be formed using a technique used in a normal CMOS process, such as conventionally known ion implantation or CVD.

次に、BOX層52上にフォトレジスト形成した後、素子分離部64を形成する領域のフォトレジストを除去する。そして、図14Bに示すように、BOX層52をエッチングにより選択的に除去し、さらに、このBOX層52をハードマスクとして半導体層17をエッチングする。この工程により、半導体層17に、素子分離部64を形成するためのトレンチ65を形成する。この工程では、素子分離部64による効果を高めるため、トレンチ65を接続部61よりも深い位置まで形成する。   Next, after forming a photoresist on the BOX layer 52, the photoresist in a region where the element isolation portion 64 is to be formed is removed. Then, as shown in FIG. 14B, the BOX layer 52 is selectively removed by etching, and the semiconductor layer 17 is etched using the BOX layer 52 as a hard mask. By this step, a trench 65 for forming the element isolation portion 64 is formed in the semiconductor layer 17. In this step, the trench 65 is formed deeper than the connection portion 61 in order to enhance the effect of the element isolation portion 64.

次に、図15Cに示すように、半導体層17上のBOX層52を除去し、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を形成する。第1絶縁層25及び第2絶縁層26は、従来公知の絶縁層により形成することができる。第1絶縁層25及び第2絶縁層26により、形成したトレンチ65の内部を埋め込み、半導体層17の表面を覆う。
また、第1絶縁層25は、上述の負の固定電荷を有する膜、及び、低誘電率材料等を用いて形成することが好ましい。また、半導体層17と第1絶縁層25との間に、界面準位を発生しにくい酸化膜等を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 15C, the BOX layer 52 on the semiconductor layer 17 is removed, and the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are formed. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 can be formed by a conventionally known insulating layer. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 fill the inside of the formed trench 65 and cover the surface of the semiconductor layer 17.
The first insulating layer 25 is preferably formed using the above-described film having a negative fixed charge, a low dielectric constant material, or the like. Further, an oxide film or the like that hardly generates interface states may be formed between the semiconductor layer 17 and the first insulating layer 25.

次に、第1実施形態と同様の方法により、コンタクトプラグ29、下部電極31、光電変換膜32、上部電極33、及び、オンチップレンズ35等を形成して、図15Dに示す構成の固体撮像装置を製造することができる。   Next, the contact plug 29, the lower electrode 31, the photoelectric conversion film 32, the upper electrode 33, the on-chip lens 35, and the like are formed by the same method as in the first embodiment, and the solid-state imaging having the configuration shown in FIG. 15D. The device can be manufactured.

〈9.第5実施形態(固体撮像装置)〉
次に、固体撮像装置の第5実施形態について説明する。第5実施形態は、上述の第4実施形態の固体撮像装置と素子分離部の構成が異なる。このため、以下の第5実施形態の説明では、上述の第4実施形態と異なる構成のみを説明し、第4実施形態と同様の構成の説明を省略する。
<9. Fifth Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
Next, a fifth embodiment of the solid-state imaging device will be described. The fifth embodiment differs from the solid-state imaging device of the fourth embodiment described above in the configuration of the element separation unit. For this reason, in the following description of the fifth embodiment, only the configuration different from the above-described fourth embodiment will be described, and the description of the configuration similar to the fourth embodiment will be omitted.

図16に、第5実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す。図16Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図16Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。   FIG. 16 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device of the fifth embodiment. FIG. 16A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 16B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図16A及び図16Bに示すように、本例の固体撮像装置は、素子分離部66が、接続部61及び電位障壁部62の側面と底面との両面で接する位置に配置された構成である。この構成において、素子分離部66の構成以外は、上述の第4実施形態の固体撮像装置の構成と同様である。   As shown in FIGS. 16A and 16B, the solid-state imaging device of this example has a configuration in which the element separation unit 66 is disposed at a position where both the side surface and the bottom surface of the connection unit 61 and the potential barrier unit 62 are in contact with each other. This configuration is the same as the configuration of the solid-state imaging device of the fourth embodiment described above, except for the configuration of the element isolation unit 66.

接続部61は、半導体層17の表面及び電位障壁部62と接する領域を除き、全ての面が素子分離部66に囲まれている。つまり、接続部61とp−Well16との接続が、全て素子分離部66により遮断されている。このため、光電変換膜32から接続部61に注入された信号電荷は、接続部61からp−Well16に流れ込むことがなく、電位障壁部62を介して電荷蓄積部63に集中的にオーバーフローされる。   The connection part 61 is surrounded by the element isolation part 66 on all sides except for the surface of the semiconductor layer 17 and the region in contact with the potential barrier part 62. That is, all the connections between the connection unit 61 and the p-Well 16 are blocked by the element isolation unit 66. For this reason, the signal charge injected from the photoelectric conversion film 32 to the connection portion 61 does not flow into the p-Well 16 from the connection portion 61 but overflows intensively to the charge storage portion 63 via the potential barrier portion 62. .

上述の構成の固体撮像装置では、接続部61の側面と底面とを素子分離部66で囲むことにより、接続部61からオーバーフローする電流を、その側面に配置した電位障壁部62及び電荷蓄積部63に集中させることが可能である。このため、電位障壁部62と電荷蓄積部63の接合断面積を縮小し、素子のサイズを縮小することが可能となる。
また、接続部61を素子分離部66で囲むことにより、接続部61からp−Well16への信号電荷の流出を防ぐことができる。このため、接続部61からp−Well16を超えて他の光電変換領域(PD1,PD2)や電荷蓄積部63へ混入する信号の問題(クロストーク等)を大幅に低減することができる。
また、本構造では電位障壁部62以外の領域へ信号電荷がもれこみにくくなるため、接続部61とp−Well16との電位差を縮小することが可能となる。接続部61とp−Well16との間の電位差を縮小することにより、接続部61に発生するリーク電流を抑制することができる。
In the solid-state imaging device having the above-described configuration, by enclosing the side surface and the bottom surface of the connection portion 61 with the element isolation portion 66, the potential barrier portion 62 and the charge storage portion 63 disposed on the side surface of the current overflowing from the connection portion 61 are provided. It is possible to concentrate on. Therefore, it is possible to reduce the junction cross-sectional area between the potential barrier unit 62 and the charge storage unit 63 and reduce the size of the element.
In addition, by surrounding the connection portion 61 with the element isolation portion 66, it is possible to prevent the signal charge from flowing out from the connection portion 61 to the p-Well 16. For this reason, the problem (crosstalk etc.) of the signal mixed into the other photoelectric conversion regions (PD1, PD2) and the charge storage unit 63 beyond the p-well 16 from the connection unit 61 can be significantly reduced.
Further, in this structure, the signal charge is unlikely to leak into a region other than the potential barrier portion 62, so that the potential difference between the connection portion 61 and the p-well 16 can be reduced. By reducing the potential difference between the connection portion 61 and the p-Well 16, a leak current generated in the connection portion 61 can be suppressed.

また、上述の構成では、埋め込み型の素子分離部66は、接続部61と直接接するように配置されている。このため、接続部61とp−Well16との間のpn接合が形成されない。これにより、pn接合部で発生するリーク電流を防ぐことができる。
また、pn接合面積が、素子分離部66内に制限されていることにより、接続部61での空乏容量が低減される。このため、電位障壁部62の電圧の揺れによる接続部61へのノイズ混入を抑制することができる。
In the above-described configuration, the embedded element isolation portion 66 is disposed so as to be in direct contact with the connection portion 61. For this reason, the pn junction between the connection part 61 and p-Well16 is not formed. Thereby, the leak current generated at the pn junction can be prevented.
Further, since the pn junction area is limited within the element isolation portion 66, the depletion capacity at the connection portion 61 is reduced. For this reason, it is possible to suppress the noise from being mixed into the connecting portion 61 due to the fluctuation of the voltage of the potential barrier portion 62.

さらに、大光量照射時に接続部61からp型半導体(p−Well16)へ流出して、信号電荷(電子)がp−Well16内の正孔と再結合して消失する現象を抑制することができる。或いは、p−Well16から接続部61へ正孔が注入され、感度電子が消失する現象を抑制することができる。   Further, it is possible to suppress a phenomenon in which the signal charge (electrons) flows out of the connection portion 61 to the p-type semiconductor (p-Well 16) and recombines with the holes in the p-Well 16 and disappears when the large amount of light is irradiated. . Alternatively, a phenomenon in which holes are injected from the p-well 16 to the connection portion 61 and the sensitivity electrons disappear can be suppressed.

なお、上述の構成では、接続部61と素子分離部66とが接触している構成について説明しているが、第2実施形態の構成、第2実施形態の変形例の構成と同様に、接続部61と素子分離部66とが接していない構成としてもよい。この場合には、接続部61と電位障壁部62の側面及び底面に、p−Well16が配置される。しかし、上述の第2実施形態の構成と同様に、素子分離部66内にp−Well16が形成されている場合にも、接続部61から電荷蓄積部63までの電荷転送部が素子分離部66に囲まれている構成となる。従って、光電変換膜32から接続部61に注入された信号電荷を、電位障壁部62やp−Well16を介して電荷蓄積部63に、集中的にオーバーフローさせることが可能となる。   In the above-described configuration, the configuration in which the connection portion 61 and the element isolation portion 66 are in contact with each other has been described. However, as in the configuration of the second embodiment and the configuration of the modification of the second embodiment, the connection The part 61 and the element isolation part 66 may not be in contact with each other. In this case, the p-Well 16 is disposed on the side surface and the bottom surface of the connection portion 61 and the potential barrier portion 62. However, similarly to the configuration of the second embodiment described above, even when the p-well 16 is formed in the element isolation unit 66, the charge transfer unit from the connection unit 61 to the charge storage unit 63 is the element isolation unit 66. It becomes the composition surrounded by. Therefore, the signal charge injected from the photoelectric conversion film 32 to the connection portion 61 can be intensively overflowed to the charge storage portion 63 via the potential barrier portion 62 and the p-well 16.

〈10.第5実施形態(固体撮像装置の製造方法)〉
次に、上述の第5実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図17〜図19は、第5実施形態の固体撮像装置の製造工程図であり、特に、光電変換部が形成される領域における製造工程を示す図である。
<10. Fifth Embodiment (Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device)>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the fifth embodiment will be described. 17 to 19 are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device according to the fifth embodiment. In particular, FIGS. 17 to 19 are diagrams illustrating manufacturing processes in a region where the photoelectric conversion unit is formed.

まず、図17Aに示すように、第1実施形態と同様の方法を用いて、半導体層17及び配線層等の各素子の構成を形成する。
例えば、シリコンからなる基板51上に、埋め込み酸化膜(以下、BOX層52)、及び、シリコンエピタキシャル層からなる半導体層17を形成する。そして、半導体層17の所定の位置に、p−Well16を形成する。さらに、p−Well16中の所定の位置に、接続部61、電荷蓄積部63、及び、電位障壁部62を形成する。
また、接続部61及び電荷蓄積部63を形成する工程と同じ工程において、第1フォトダイオードPD1を構成するn型半導体領域19、延長部19a、及び、第2フォトダイオードPD2を構成するn型半導体領域20を形成する。
First, as shown in FIG. 17A, the structure of each element such as the semiconductor layer 17 and the wiring layer is formed by using the same method as in the first embodiment.
For example, a buried oxide film (hereinafter referred to as a BOX layer 52) and a semiconductor layer 17 made of a silicon epitaxial layer are formed on a substrate 51 made of silicon. Then, the p-well 16 is formed at a predetermined position of the semiconductor layer 17. Further, the connection part 61, the charge storage part 63, and the potential barrier part 62 are formed at predetermined positions in the p-Well 16.
Further, in the same step as the step of forming the connection portion 61 and the charge storage portion 63, the n-type semiconductor region 19 that constitutes the first photodiode PD1, the extension portion 19a, and the n-type semiconductor that constitutes the second photodiode PD2. Region 20 is formed.

さらに、半導体層17の所定の位置に、酸素イオンを注入する。図17Aでは、接続部61と電位障壁部62の底面に沿った領域に、電荷蓄積部63の側面から接続部61の側面を超えた位置まで、酸素イオンを注入する。そして、酸素イオンを注入後、アニール処理を行い、埋め込み酸化膜67を形成する。この方法は、公知のPartial SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)技術を用いる。   Further, oxygen ions are implanted into a predetermined position of the semiconductor layer 17. In FIG. 17A, oxygen ions are implanted into regions along the bottom surfaces of the connection portion 61 and the potential barrier portion 62 from the side surface of the charge storage portion 63 to a position beyond the side surface of the connection portion 61. Then, after implanting oxygen ions, annealing is performed to form a buried oxide film 67. In this method, a known Partial SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) technique is used.

次に、図17Bに示すように、半導体層17の表面側に図示しないゲート酸化膜を介して転送ゲート電極37,38,39を形成する。そして、フローティングディフュージョン部FD1,FD2,FD3を形成する。
そして、半導体層17の表面上に、配線24及び絶縁層59を積層して配線層を形成し、第1及び第2フォトダイオードPD1,PD2と、光電変換膜32の読み出し回路部を形成する。
Next, as shown in FIG. 17B, transfer gate electrodes 37, 38, and 39 are formed on the surface side of the semiconductor layer 17 through a gate oxide film (not shown). Then, floating diffusion portions FD1, FD2, and FD3 are formed.
Then, the wiring 24 and the insulating layer 59 are stacked on the surface of the semiconductor layer 17 to form a wiring layer, and the first and second photodiodes PD1 and PD2 and the readout circuit portion of the photoelectric conversion film 32 are formed.

次に、図18Cに示すように、配線層上部に、例えばシリコンからなる支持基板53を貼り付ける。そして、素子を反転させたのち、SOI基板を構成する基板51を除去しBOX層52を露出する。
そして、BOX層52上にフォトレジスト形成した後、素子分離部64を形成する領域のフォトレジストを除去する。そして、BOX層52をエッチングにより選択的に除去し、さらに、このBOX層52をハードマスクとして半導体層17をエッチングする。この工程により、半導体層17に、素子分離部66を形成するためのトレンチ68を形成する。この工程では、素子分離部66を形成するために、トレンチ68を埋め込み酸化膜67に到達する深さまで形成する。
Next, as shown in FIG. 18C, a support substrate 53 made of, for example, silicon is attached to the upper part of the wiring layer. Then, after inverting the element, the substrate 51 constituting the SOI substrate is removed, and the BOX layer 52 is exposed.
Then, after forming a photoresist on the BOX layer 52, the photoresist in a region where the element isolation portion 64 is to be formed is removed. The BOX layer 52 is selectively removed by etching, and the semiconductor layer 17 is etched using the BOX layer 52 as a hard mask. By this step, a trench 68 for forming the element isolation portion 66 is formed in the semiconductor layer 17. In this step, the trench 68 is formed to a depth that reaches the buried oxide film 67 in order to form the element isolation portion 66.

次に、図18Dに示すように、形成したトレンチ68から埋め込み酸化膜67を除去し、半導体層17中に空洞部69を形成する。トレンチ68と空洞部69が、素子分離部66の形成領域となる。埋め込み酸化膜67の除去は、ウェットエッチング又はドライエッチングにより行う。   Next, as shown in FIG. 18D, the buried oxide film 67 is removed from the formed trench 68 to form a cavity 69 in the semiconductor layer 17. The trench 68 and the cavity 69 serve as a region where the element isolation portion 66 is formed. The buried oxide film 67 is removed by wet etching or dry etching.

次に、図19Eに示すように、半導体層17上のBOX層52を除去し、第1絶縁層25及び第2絶縁層26を形成する。第1絶縁層25及び第2絶縁層26は、従来公知の絶縁層により形成することができる。第1絶縁層25及び第2絶縁層26により、形成したトレンチ54の内部を埋め込み、半導体層17の表面を覆う。空洞部69内は、図19Eに示すように、第1絶縁層25で埋め込んでもよく、また、第1絶縁層25と第2絶縁層26とで埋め込んでもよい。
また、第1絶縁層25は、上述の負の固定電荷を有する膜、及び、低誘電率材料等を用いて形成することが好ましい。また、半導体層17と第1絶縁層25との間に、界面準位を発生しにくい酸化膜等を形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 19E, the BOX layer 52 on the semiconductor layer 17 is removed, and the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 are formed. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 can be formed by a conventionally known insulating layer. The first insulating layer 25 and the second insulating layer 26 fill the inside of the formed trench 54 and cover the surface of the semiconductor layer 17. As shown in FIG. 19E, the cavity 69 may be filled with the first insulating layer 25, or may be filled with the first insulating layer 25 and the second insulating layer 26.
The first insulating layer 25 is preferably formed using the above-described film having a negative fixed charge, a low dielectric constant material, or the like. Further, an oxide film or the like that hardly generates interface states may be formed between the semiconductor layer 17 and the first insulating layer 25.

次に、図15Dに示すように、第1実施形態と同様の方法により、コンタクトプラグ29、下部電極31、光電変換膜32、上部電極33、及び、オンチップレンズ35等を形成する。
以上の工程により、第5実施形態の固体撮像装置を製造することができる。
Next, as shown in FIG. 15D, the contact plug 29, the lower electrode 31, the photoelectric conversion film 32, the upper electrode 33, the on-chip lens 35, and the like are formed by the same method as in the first embodiment.
Through the above steps, the solid-state imaging device of the fifth embodiment can be manufactured.

〈11.第6実施形態(固体撮像装置)〉
次に、固体撮像装置の第6実施形態について説明する。第6実施形態は、上述の第1実施形態の固体撮像装置の構成に、素子分離部27に形成された電極、及び、この電極に接続される配線が加えられた構成である。このため、以下の第6実施形態の説明では、上述の第1実施形態と異なる構成のみを説明し、第1実施形態と同様の構成の説明を省略する。
<11. Sixth Embodiment (Solid-State Imaging Device)>
Next, a sixth embodiment of the solid-state imaging device will be described. In the sixth embodiment, an electrode formed in the element isolation unit 27 and wiring connected to the electrode are added to the configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment described above. For this reason, in the following description of the sixth embodiment, only the configuration different from the above-described first embodiment will be described, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.

図20に、第6実施形態の固体撮像装置の概略構成を示す。図20Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図20Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、受光面側からみた平面構成である。   FIG. 20 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device of the sixth embodiment. FIG. 20A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 20B is a planar configuration viewed from the light receiving surface side in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図20Aに示すように、本例の固体撮像装置は、素子分離部70が、半導体層17に形成されたトレンチ54と、トレンチ54内面を覆う第1絶縁層25と、トレンチ54及び第1絶縁層25内に形成された電極71とからなる。そして、第1絶縁層25上に形成された、電極71と接続されている配線72を備える。この構成において、素子分離部70及び配線72の構成以外は、上述の第1実施形態の固体撮像装置の構成と同様である。   As shown in FIG. 20A, in the solid-state imaging device of this example, the element isolation unit 70 includes the trench 54 formed in the semiconductor layer 17, the first insulating layer 25 covering the inner surface of the trench 54, the trench 54, and the first insulation. The electrode 71 is formed in the layer 25. The wiring 72 is formed on the first insulating layer 25 and connected to the electrode 71. This configuration is the same as the configuration of the solid-state imaging device of the first embodiment described above, except for the configuration of the element isolation unit 70 and the wiring 72.

また、図20Bに示すように、第1絶縁層25上に形成される配線72は、光電変換膜32から接続部21に信号電荷を伝達するコンタクトプラグ29の周囲を除き、縦型転送路50の表面を覆う位置に形成されている。図20Bでは、配線72の下部に形成される縦型転送路50の電荷蓄積部23の配置される位置を破線で示している。配線72は、図示しない配線(コンタクト)により固体撮像装置の駆動回路等に接続されている。そして、配線72を介して電極71に電圧を印加することができる構成である。
さらに、図20Aに示すように、電極71に接続部21と電位障壁部22との側面が囲まれている。電極71は、半導体層17の表面から、接続部21と電位障壁部22と接続面以上の深さまで形成されている。電極71は、電位障壁部22の深さ以上に形成することが好ましい。
As shown in FIG. 20B, the wiring 72 formed on the first insulating layer 25 is a vertical transfer path 50 except for the periphery of the contact plug 29 that transmits the signal charge from the photoelectric conversion film 32 to the connection portion 21. It is formed in the position which covers the surface of. In FIG. 20B, the position where the charge accumulation unit 23 of the vertical transfer path 50 formed below the wiring 72 is arranged is indicated by a broken line. The wiring 72 is connected to a driving circuit of the solid-state imaging device by a wiring (contact) (not shown). In addition, a voltage can be applied to the electrode 71 through the wiring 72.
Furthermore, as shown in FIG. 20A, side surfaces of the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 are surrounded by the electrode 71. The electrode 71 is formed from the surface of the semiconductor layer 17 to a depth greater than or equal to the connection portion 21, the potential barrier portion 22, and the connection surface. The electrode 71 is preferably formed to have a depth greater than that of the potential barrier portion 22.

電極71及び配線72は、金属、金属酸化物、有機導電性材料、及び、これらの材料からなる積層膜により形成されている。特に、遮光性を有する材料から構成されていることが好ましい。そして、電極71及び配線72が入射光を充分に遮光できる厚さで形成されていることが好ましい。   The electrode 71 and the wiring 72 are formed of a metal, a metal oxide, an organic conductive material, and a laminated film made of these materials. In particular, it is preferably made of a material having a light shielding property. The electrode 71 and the wiring 72 are preferably formed with a thickness that can sufficiently block incident light.

第1絶縁層25は、上述の第1実施形態と同様に、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、及び、金属の化合物であり、さらに酸素、窒素、炭素のうち、少なくとも1つ以上の元素を含有している材料からなり、単層、又は、これらの膜を積層した構成である。そして、特に上述の負の固定電荷を有する材料を用いることが好ましい。また、第1絶縁層25の厚さは、絶縁性を損なわない電圧領域において、接するp−Well16の多数キャリアであるホールを蓄積させることが可能な厚さとすることが好ましい。   As in the first embodiment, the first insulating layer 25 is a compound of silicon, germanium, gallium, and metal, and further contains at least one element of oxygen, nitrogen, and carbon. A single layer or a structure in which these films are laminated. In particular, it is preferable to use the above-described material having a negative fixed charge. Moreover, it is preferable that the thickness of the first insulating layer 25 be a thickness that allows accumulation of holes, which are majority carriers of the p-well 16 in contact, in a voltage region that does not impair the insulating properties.

また、素子分離部70では、トレンチ54内で第1絶縁層25の厚さを変更することにより、電極71から電圧が印加される位置を、任意の位置に制御することができる。
例えば、接続部21側のトレンチ54側面の第1絶縁層25の厚さを、トレンチ54の底部の第1絶縁層25の厚さよりも小さくする。この場合には、素子分離部70の側面に電圧が印加されやすい構成となる。また、トレンチ54の底部の第1絶縁層25の厚さを、トレンチ54側面の第1絶縁層25の厚さよりも小さくする。この場合には、素子分離部70の底部に電圧が印加されやすい構成となる。
In the element isolation part 70, the position where the voltage is applied from the electrode 71 can be controlled to an arbitrary position by changing the thickness of the first insulating layer 25 in the trench 54.
For example, the thickness of the first insulating layer 25 on the side surface of the trench 54 on the connection portion 21 side is made smaller than the thickness of the first insulating layer 25 on the bottom of the trench 54. In this case, the voltage is easily applied to the side surface of the element isolation unit 70. Further, the thickness of the first insulating layer 25 at the bottom of the trench 54 is made smaller than the thickness of the first insulating layer 25 on the side surface of the trench 54. In this case, the voltage is easily applied to the bottom of the element isolation unit 70.

上述の第6実施形態の固体撮像装置の構成は、素子分離部70に電極71及び配線72を備えることを除き、第1実施形態と同様の構成である。このため、第6実施形態の固体撮像装置では、第1実施形態の固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。   The configuration of the solid-state imaging device of the sixth embodiment described above is the same as that of the first embodiment, except that the element isolation unit 70 includes the electrode 71 and the wiring 72. For this reason, in the solid-state imaging device of the sixth embodiment, the same effect as that of the solid-state imaging device of the first embodiment can be obtained.

また、一般的に、半導体層17の最表面には、半導体層17の内部に比べて結合欠陥が多く存在し、バンドギャップ中に電子−正孔対を短時間で生成及び再結合させる準位となることが知られている。半導体層17の表面(トレンチ54の内面)でn型拡散層からなる接続部21と電位障壁部22が隣接し、空乏層内部電界が発生する上述の構成では、接続部21と電位障壁部22とに電位差がある場合、暗電流の発生による画素特性に影響が発生する。
これに対して上述の構成では、素子分離部70は、電極71に負バイアスを印加することで、半導体層17の表面(トレンチ54の内面)と第1絶縁層25との界面にホール蓄積層が形成される。この結果、リーク電流の発生源となる空乏領域が消失し、リーク電流が発生しない状態となる。
In general, the outermost surface of the semiconductor layer 17 has more bonding defects than the inside of the semiconductor layer 17, and a level that generates and recombines electron-hole pairs in the band gap in a short time. It is known that In the above-described configuration in which the connection portion 21 made of the n-type diffusion layer and the potential barrier portion 22 are adjacent to each other on the surface of the semiconductor layer 17 (the inner surface of the trench 54), and the electric field inside the depletion layer is generated, the connection portion 21 and the potential barrier portion 22. When there is a potential difference between them, the pixel characteristics due to the generation of dark current are affected.
On the other hand, in the above-described configuration, the element isolation unit 70 applies a negative bias to the electrode 71, so that a hole accumulation layer is formed at the interface between the surface of the semiconductor layer 17 (the inner surface of the trench 54) and the first insulating layer 25. Is formed. As a result, the depletion region that is a source of leakage current disappears, and no leakage current is generated.

上述のように、電極71に、この電極71と第1絶縁層25を介して対向するウェルに、逆極性の電圧を印加することにより、接するウェルの多数キャリアを蓄積することができる。このため、接続部21に注入された電荷が、p型半導体層である電位障壁部22へ効果的に流れ込み、その下部にある電荷蓄積部23へオーバーフローする。従って、光電変換膜32からの信号電荷の転送効率を向上させることができる。さらに、界面での暗電流の発生を抑制することができる。   As described above, by applying a voltage having a reverse polarity to the electrode 71 and a well facing the electrode 71 via the first insulating layer 25, majority carriers in the well in contact therewith can be accumulated. For this reason, the electric charge injected into the connection part 21 effectively flows into the potential barrier part 22 which is a p-type semiconductor layer, and overflows into the charge storage part 23 located therebelow. Therefore, the transfer efficiency of signal charges from the photoelectric conversion film 32 can be improved. Furthermore, the generation of dark current at the interface can be suppressed.

また、電極71を、接続部21と電位障壁部22との接触面よりも深く、特に、電位障壁部22よりも深く形成する構成では、電極71に印加する電圧を調整することで電位障壁部22の障壁電位を変化させることができる。このため、接続部21から電荷蓄積部23へのオーバーフローを、電極71によって制御することができ、光電変換膜32からの信号電荷の転送効率を向上させることができる。   Further, in the configuration in which the electrode 71 is formed deeper than the contact surface between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22, particularly deeper than the potential barrier portion 22, the potential barrier portion can be adjusted by adjusting the voltage applied to the electrode 71. The 22 barrier potential can be changed. For this reason, the overflow from the connection part 21 to the charge storage part 23 can be controlled by the electrode 71, and the transfer efficiency of the signal charge from the photoelectric conversion film 32 can be improved.

また、上述の構成では、配線72が、縦型転送路50上を覆って形成され、電極71が接続部21と電位障壁部22との側面を覆って形成されている。このため、電極71及び配線72を遮光性の材料で形成することにより、縦型転送路50に入射する光、特に斜め入射光を遮断することができる。このように、電極71と配線72とを遮光膜として機能させることにより、縦型転送路50の接続部21、電荷蓄積部23及び電位障壁部22での光電変換を抑制することができ、固体撮像装置の偽信号の発生を抑制することができる。   In the above configuration, the wiring 72 is formed so as to cover the vertical transfer path 50, and the electrode 71 is formed so as to cover the side surfaces of the connection portion 21 and the potential barrier portion 22. For this reason, by forming the electrode 71 and the wiring 72 with a light-shielding material, it is possible to block light incident on the vertical transfer path 50, particularly oblique incident light. In this way, by causing the electrode 71 and the wiring 72 to function as a light shielding film, photoelectric conversion at the connection portion 21, the charge storage portion 23, and the potential barrier portion 22 of the vertical transfer path 50 can be suppressed, and the solid state Generation of false signals from the imaging apparatus can be suppressed.

[第1変形例]
次に、上述の第6実施形態の第1変形例について説明する。
図21に第6実施形態の第1変形例の固体撮像装置の概略構成を示す。図21Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図21Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。
[First Modification]
Next, a first modification of the above-described sixth embodiment will be described.
FIG. 21 shows a schematic configuration of a solid-state imaging device according to a first modification of the sixth embodiment. FIG. 21A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 21B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図21Aに示すように、電極71に接続する配線73が第1絶縁層25上に形成されている。そして、図21Bに示すように、配線73は、コンタクトプラグ29の周囲を除き、縦型転送路50の形成領域を全て覆うように形成されている。配線73以外の構成は、上述の第6実施形態と同様である。   As shown in FIG. 21A, a wiring 73 connected to the electrode 71 is formed on the first insulating layer 25. 21B, the wiring 73 is formed so as to cover the entire formation region of the vertical transfer path 50 except for the periphery of the contact plug 29. The configuration other than the wiring 73 is the same as that in the sixth embodiment.

半導体層17には、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2が形成されている領域と、縦型転送路50等の第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2以外の構成が形成される領域とが存在する。配線73は、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2が形成される領域以外を、全て遮光する位置に形成することが好ましい。   The semiconductor layer 17 is formed with a region other than the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 such as the region where the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are formed and the vertical transfer path 50. An area exists. It is preferable that the wiring 73 is formed at a position where light is shielded except for the region where the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are formed.

第1変形例の固体撮像装置の構成では、配線73による遮光領域が広がるため、縦型転送路50への斜め入射光を、上述の第6実施形態の構成よりも遮断することができる。従って、上述の第6実施形態の固体撮像装置と同様の効果に加えて、さらに偽信号の発生を抑制することができる。   In the configuration of the solid-state imaging device of the first modified example, the light shielding region by the wiring 73 is widened, so that oblique incident light to the vertical transfer path 50 can be blocked as compared with the configuration of the sixth embodiment described above. Therefore, in addition to the same effects as those of the solid-state imaging device of the sixth embodiment described above, generation of false signals can be further suppressed.

[第2変形例]
次に、上述の第6実施形態の第2変形例について説明する。
図22に第6実施形態の第2変形例の固体撮像装置の概略構成を示す。図22Aは、固体撮像装置の光電変換領域における、要部の断面構成である。また、図22Bは、固体撮像装置の光電変換領域における、半導体層の受光面側の構成を示す平面構成である。
[Second Modification]
Next, a second modification of the above-described sixth embodiment will be described.
FIG. 22 shows a schematic configuration of a solid-state imaging device according to a second modification of the sixth embodiment. FIG. 22A is a cross-sectional configuration of the main part in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device. FIG. 22B is a plan configuration showing the configuration of the light receiving surface side of the semiconductor layer in the photoelectric conversion region of the solid-state imaging device.

図22Aに示すように、電極71に接続する配線74が第1絶縁層25上に形成されている。そして、図22A及び図22Bに示すように、配線73は、コンタクトプラグ29の周囲と、第2フォトダイオードPD2を構成するn型半導体領域20上を除き、半導体層17を全て覆う領域に形成されている。配線73以外の構成は、上述の第6実施形態と同様である。   As shown in FIG. 22A, a wiring 74 connected to the electrode 71 is formed on the first insulating layer 25. 22A and 22B, the wiring 73 is formed in a region that covers the entire semiconductor layer 17 except for the periphery of the contact plug 29 and the n-type semiconductor region 20 that constitutes the second photodiode PD2. ing. The configuration other than the wiring 73 is the same as that in the sixth embodiment.

第2変形例の固体撮像装置の構成では、配線74により、縦型転送路50、及び、第1フォトダイオードPD1からの電荷引き抜き部となる延長部19aを遮光する遮光膜が形成されている。このため、上述の第6実施形態やその第1変形例よりも、遮光性が向上する。従って、上述の第6実施形態の固体撮像装置と同様の効果に加えて、さらに偽信号等を抑制することができる。また、配線74により、受光領域のみを開口する遮光膜が形成されるため、配線74以外の遮光膜を構成しなくてもよい。
なお、配線74の遮光膜とともに、光電変換膜32上に、配線74の第2フォトダイオードPD2上の開口に合わせた開口部を備える遮光膜を形成してもよい。
In the configuration of the solid-state imaging device according to the second modified example, the wiring 74 forms a light shielding film that shields the vertical transfer path 50 and the extension portion 19a serving as a charge extraction portion from the first photodiode PD1. For this reason, light-shielding property improves rather than the above-mentioned 6th Embodiment and its 1st modification. Therefore, in addition to the same effects as the solid-state imaging device of the sixth embodiment described above, it is possible to further suppress false signals and the like. In addition, since the light shielding film that opens only the light receiving region is formed by the wiring 74, it is not necessary to configure a light shielding film other than the wiring 74.
In addition to the light shielding film of the wiring 74, a light shielding film including an opening corresponding to the opening of the wiring 74 on the second photodiode PD2 may be formed on the photoelectric conversion film 32.

〈12.第6実施形態(固体撮像装置の製造方法)〉
次に、上述の第6実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図23〜図24は、第6実施形態の固体撮像装置の製造工程図であり、特に、光電変換部が形成される領域における製造工程を示す図である。
<12. Sixth Embodiment (Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device)>
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the sixth embodiment will be described. 23 to 24 are manufacturing process diagrams of the solid-state imaging device according to the sixth embodiment. In particular, FIGS. 23 to 24 are diagrams illustrating manufacturing processes in a region where the photoelectric conversion unit is formed.

まず、上述の第1実施形態と同様の方法を用いて、上述の図6Dに示すように、素子分離部70を形成するためのトレンチ54を形成する。この工程では、トレンチ54を接続部21と電位障壁部22との接続面よりも深い位置まで形成する。また、素子分離部70の電極71による電位障壁の制御が可能なように、トレンチ54を電位障壁部22よりも深い位置まで形成することが好ましい。   First, as shown in FIG. 6D described above, a trench 54 for forming the element isolation portion 70 is formed using the same method as in the first embodiment described above. In this step, the trench 54 is formed to a position deeper than the connection surface between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22. In addition, it is preferable to form the trench 54 to a position deeper than the potential barrier portion 22 so that the potential barrier can be controlled by the electrode 71 of the element isolation portion 70.

次に、図23Aに示すように、形成したトレンチ54の内面と、半導体層17の表面を覆うように、第1絶縁層25を形成する。第1絶縁層25は、例えば、上述の第1実施形態で示した材料からなる絶縁層を、化学気相成長法、スパッタリング法及び原子層蒸着法等を用いて形成する。また、第1絶縁層25は、上述の負の固定電荷を有する膜、及び、低誘電率材料等を用いて形成することが好ましい。さらに、半導体層17と第1絶縁層25との間に、界面準位を発生しにくい、半導体層17と反応生成することで形成された酸化膜等を形成してもよい。
また、第1絶縁層25は、絶縁性を損なわない電圧領域において、接するp−Well16の多数キャリアであるホールを蓄積させることが可能な厚さで形成する。
Next, as shown in FIG. 23A, the first insulating layer 25 is formed so as to cover the inner surface of the formed trench 54 and the surface of the semiconductor layer 17. The first insulating layer 25 is formed by using, for example, a chemical vapor deposition method, a sputtering method, an atomic layer deposition method, or the like, which is an insulating layer made of the material described in the first embodiment. The first insulating layer 25 is preferably formed using the above-described film having a negative fixed charge, a low dielectric constant material, or the like. Furthermore, an oxide film or the like formed by reaction and generation with the semiconductor layer 17 that hardly generates interface states may be formed between the semiconductor layer 17 and the first insulating layer 25.
Further, the first insulating layer 25 is formed with a thickness capable of accumulating holes, which are majority carriers of the p-well 16 in contact, in a voltage region that does not impair the insulating properties.

次に、図23Bに示すように、第1絶縁層25上に導体層75を形成する。導体層75は、導電性の材料、例えば、金属、金属酸化物、有機導電性材料、及び、これら積層膜から形成する。第1絶縁層25は、例えば化学気相成長法、スパッタリング法、原子層蒸着法等により形成する。   Next, as shown in FIG. 23B, a conductor layer 75 is formed on the first insulating layer 25. The conductor layer 75 is formed from a conductive material, for example, a metal, a metal oxide, an organic conductive material, and a laminated film thereof. The first insulating layer 25 is formed by, for example, chemical vapor deposition, sputtering, atomic layer deposition, or the like.

電極71は、この電極71によるによるピニング、及び、電位障壁の制御が可能なように、接続部21と電位障壁部22との接続面よりも深い位置まで形成することが好ましい。
また、素子分離部70が形成されている領域内、つまり、接続部21、電位障壁部22及び電荷蓄積部23での光電変換を防止するため、電極71と配線72は、入射する光に対して充分に遮光可能な厚さで形成する。
The electrode 71 is preferably formed to a position deeper than the connection surface between the connection portion 21 and the potential barrier portion 22 so that pinning by the electrode 71 and control of the potential barrier can be performed.
In addition, in order to prevent photoelectric conversion in the region where the element isolation unit 70 is formed, that is, in the connection unit 21, the potential barrier unit 22, and the charge storage unit 23, the electrode 71 and the wiring 72 are connected to the incident light. And with a thickness sufficient to block light.

次に、図24Cに示すように、導体層75をエッチングし、トレンチ54内に埋め込まれた電極71と、電極71に接続する配線72を形成する。また、この工程により、素子分離部70を形成する。
配線72は、上記素子分離部70内への入射光の遮光性能を満たす位置に形成する。例えば、上述の図20Bに示す、縦型転送路50の表面を覆う位置に形成する。また、図21Bに示すように、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2が形成される領域以外を全て遮光する位置に形成してもよい。さらに、図22Bに示すように、第2フォトダイオードPD2を構成するn型半導体領域20上を除く半導体層17を全て覆う領域に形成してもよい。
このように、配線72は、第1フォトダイオードPD1及び第2フォトダイオードPD2およびへ入射する所望の入射光を妨げず、その他の領域を遮光する配置とすることが好ましい。
また、配線72は、電極71の印加電圧と、光電変換膜32からの信号電荷とが、それぞれへ影響をしないように、コンタクトプラグ29から離して配置する。
Next, as shown in FIG. 24C, the conductor layer 75 is etched to form the electrode 71 embedded in the trench 54 and the wiring 72 connected to the electrode 71. Moreover, the element isolation | separation part 70 is formed by this process.
The wiring 72 is formed at a position that satisfies the light shielding performance of incident light into the element isolation portion 70. For example, it is formed at a position covering the surface of the vertical transfer path 50 shown in FIG. 20B. In addition, as shown in FIG. 21B, all the regions other than the region where the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 are formed may be formed at a light shielding position. Furthermore, as shown in FIG. 22B, it may be formed in a region covering the entire semiconductor layer 17 except on the n-type semiconductor region 20 constituting the second photodiode PD2.
As described above, it is preferable that the wiring 72 is arranged so as not to block desired incident light incident on the first photodiode PD1 and the second photodiode PD2 and to shield other regions.
Further, the wiring 72 is arranged away from the contact plug 29 so that the voltage applied to the electrode 71 and the signal charge from the photoelectric conversion film 32 do not affect each other.

そして、第1実施形態と同様の方法により、コンタクトプラグ29、下部電極31、光電変換膜32、上部電極33、及び、オンチップレンズ35等を形成して、図24Dに示す構成の固体撮像装置を製造することができる。   Then, the contact plug 29, the lower electrode 31, the photoelectric conversion film 32, the upper electrode 33, the on-chip lens 35, and the like are formed by the same method as in the first embodiment, and the solid-state imaging device having the configuration shown in FIG. 24D. Can be manufactured.

なお、電極71及び配線72の形成方法としては、第1絶縁層25を形成したトレンチ54内に電極材料を埋め込んだ後、表面を平坦化して配線72を形成する方法もある。本例では、工程数を削減するため、電極71の埋め込みと配線72の形成を同時に行う方法を示している。
第1変形例及び第2変形例の構成も、配線72の形成工程において、配線72のパターンを適宜変更することにより、上述の製造方法により製造可能である。
As a method of forming the electrode 71 and the wiring 72, there is a method of forming the wiring 72 by planarizing the surface after embedding an electrode material in the trench 54 in which the first insulating layer 25 is formed. In this example, in order to reduce the number of steps, a method of simultaneously embedding the electrode 71 and forming the wiring 72 is shown.
The configurations of the first modification and the second modification can also be manufactured by the above-described manufacturing method by appropriately changing the pattern of the wiring 72 in the wiring 72 formation process.

なお、上述の第6実施形態では、素子分離部に電極が配置される構成を、第1実施形態の固体撮像装置に適用した場合について説明している。しかしながら、素子分離部に電極が配置される構成は、第2実施形態及び第3実施形態、並びに、信号電荷の取り出し部が半導体層の主面方向に形成されている第4実施形態及び第5実施形態の素子分離部にも適用することができる。この場合にも、上述の説明と同様に、素子分離部を構成するトレンチ内に絶縁層と導体層とを埋め込むことにより、構成することができる。また、第5実施形態においては、空洞部の表面に絶縁層を形成し、絶縁層内の空洞に導体層を埋め込むことで、トレンチから空洞部まで連続した電極を形成してもよい。   In the above-described sixth embodiment, the case where the configuration in which the electrode is disposed in the element separation unit is applied to the solid-state imaging device of the first embodiment is described. However, the configuration in which the electrode is arranged in the element isolation part is the second and third embodiments, and the fourth and fifth embodiments in which the signal charge extraction part is formed in the main surface direction of the semiconductor layer. The present invention can also be applied to the element isolation portion of the embodiment. Also in this case, similarly to the above description, it can be configured by embedding an insulating layer and a conductor layer in a trench constituting the element isolation portion. In the fifth embodiment, an insulating layer may be formed on the surface of the cavity, and a conductive layer may be embedded in the cavity in the insulating layer to form a continuous electrode from the trench to the cavity.

また、上述の各実施形態及び変形例の固体撮像装置では、第2導電型(例えばn型)の半導体基体に形成した第1導電型(例えばp型)の半導体領域に、第2導電型のFD領域と、第2導電型及び第1導電型のPD領域を形成している。しかしながら、本技術においてはn型とp型の導電型を逆の構成としてもよい。この構成の場合には、電子を信号電荷とする構成にかえて、ホールを信号電荷とする構成となる。また、負の固定電荷を有する膜にかえて、光電変換部を形成する領域の半導体層の極性と逆極性を有する膜を用いる。   In the solid-state imaging devices according to the above-described embodiments and modifications, the second conductivity type (for example, p-type) semiconductor region formed on the second conductivity type (for example, n-type) semiconductor substrate has the second conductivity type. An FD region and PD regions of the second conductivity type and the first conductivity type are formed. However, in the present technology, the n-type and p-type conductivity types may be reversed. In the case of this configuration, instead of a configuration in which electrons are used as signal charges, a configuration is used in which holes are used as signal charges. Further, a film having a polarity opposite to that of the semiconductor layer in the region where the photoelectric conversion portion is formed is used instead of the film having a negative fixed charge.

〈13.第7実施形態(電子機器)〉
次に、上述の固体撮像装置を備える電子機器の実施形態について説明する。
上述の固体撮像装置は、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25に、電子機器の一例として、固体撮像装置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。
<13. Seventh Embodiment (Electronic Device)>
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. 25 illustrates a schematic configuration when the 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80は、固体撮像装置81と、固体撮像装置81の受光センサ部に入射光を導く光学系82と、固体撮像装置81及び光学系82間に設けられたシャッタ装置83と、固体撮像装置81を駆動する駆動回路84とを備える。さらに、カメラ80は、固体撮像装置81の出力信号を処理する信号処理回路85を備える。   The camera 80 in this example includes a solid-state imaging device 81, an optical system 82 that guides incident light to a light receiving sensor unit of the solid-state imaging device 81, a shutter device 83 provided between the solid-state imaging device 81 and the optical system 82, a solid state And a drive circuit 84 that drives the imaging device 81. Furthermore, the camera 80 includes a signal processing circuit 85 that processes the output signal of the solid-state imaging device 81.

固体撮像装置81には、上述の各実施形態及び変形例に示す固体撮像装置を適用することができる。光学系(光学レンズ)82は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置81の撮像面(不図示)上に結像させる。これにより、固体撮像装置81内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系82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83は、入射光の固体撮像装置81への光照射期間及び遮光期間を制御する。   The solid-state imaging device 81 can be applied to the solid-state imaging device shown in the above-described embodiments and modifications. The optical system (optical lens) 82 forms image light (incident light) from the subject on an imaging surface (not shown) of the solid-state imaging device 81. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 81 for a certain period. The optical system 82 may be composed of an optical lens group including a plurality of optical lenses. The shutter device 83 controls the light irradiation period and the light shielding period of the incident light to the solid-state imaging device 81.

駆動回路84は、固体撮像装置81及びシャッタ装置83に駆動信号を供給する。そして、駆動回路84は、供給した駆動信号により、固体撮像装置81の信号処理回路85への信号出力動作、及び、シャッタ装置83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84から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置81から信号処理回路85への信号転送動作を行う。   The drive circuit 84 supplies drive signals to the solid-state imaging device 81 and the shutter device 83. The drive circuit 84 controls the signal output operation to the signal processing circuit 85 of the solid-state imaging device 81 and the shutter operation of the shutter device 83 by the supplied drive signal. That is, in this example, a signal transfer operation from the solid-state imaging device 81 to the signal processing circuit 85 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 84.

信号処理回路85は、固体撮像装置81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 85 performs various signal processes on the signal transferred from the solid-state imaging device 81. 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).

上述のカメラ80等の電子機器によれば、固体撮像装置81において、光電変換膜からの信号電荷の転送効率が優れていため、画質特性の向上した電子機器を提供することができる。   According to the electronic device such as the camera 80 described above, since the signal charge transfer efficiency from the photoelectric conversion film is excellent in the solid-state imaging device 81, an electronic device with improved image quality characteristics can be provided.

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
(1)半導体層と、前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、前記接続部の側面を囲むトレンチ、及び、前記トレンチ内に形成されている絶縁層からなる素子分離部と、を備える固体撮像装置。
(2)半導体層と、前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、前記接続部の側面に形成され、前記接続部と少なくとも一部と接するトレンチ、及び、前記トレンチ内形成された絶縁層からなる素子分離部と、を備える固体撮像装置。
(3)前記接続部と、前記電位障壁部とが、前記半導体層の厚さ方向に積層されている(1)又は(2)に記載の固体撮像装置。
(4)前記絶縁層が、前記トレンチの側面の前記半導体層の極性と、逆極性の固定電荷を有する膜からなる(1)から(3)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(5)前記接続部上において、前記半導体層上と前記絶縁層との間に酸化膜を備える(1)から(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)前記素子分離部に、前記トレンチ内で前記絶縁層上に形成された電極を備える(1)から(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)前記接続部上の少なくとも一部を覆う位置に、前記電極と接続されている配線を備える(6)に記載の固体撮像装置。
(8)前記電極及び前記配線が、遮光性を有する材料から構成されている(6)又は(7)請求項6に記載の固体撮像装置。
(9)前記素子分離部が、前記接続部と前記電位障壁部との接続部よりも深い位置まで形成されている(1)から(8)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(10)半導体層の受光面側に光電変換部又は電荷保持部が配置される固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体層に、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成される信号電荷を読み出す接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを形成する工程と、前記半導体層の前記接続部の側面を囲む位置にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に、絶縁層を形成する工程と、前記光電変換部又は前記電荷保持部を前記半導体層の受光面側に配置する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法。
(11)半導体層の受光面側に光電変換部又は電荷保持部が配置される固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体層に、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成される信号電荷を読み出す接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを形成する工程と、前記半導体層の前記接続部の側面と少なくとも一部が接する位置にトレンチを形成する工程と、前記トレンチ内に、絶縁層を形成する工程と、前記光電変換部又は前記電荷保持部を前記半導体層の受光面側に配置する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法。
(12)前記トレンチの内面に前記絶縁層を形成した後、前記トレンチ内の前記絶縁層上に電極を形成する工程を有する(10)又は(11)に記載の固体撮像装置の製造方法。
(13)(1)から(9)のいずれかに記載の固体撮像装置固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える
電子機器。
In addition, this indication can also take the following structures.
(1) A semiconductor layer, a photoelectric conversion unit or a charge holding unit arranged on the light receiving surface side of the semiconductor layer, and a signal generated in the photoelectric conversion unit or the charge holding unit formed in the semiconductor layer A connection section from which charges are read, a charge storage section in which signal charges read out to the connection section are stored, a potential barrier section provided between the connection section and the charge storage section, and the connection section A solid-state imaging device comprising: a trench that surrounds a side surface of the semiconductor device; and an element isolation portion made of an insulating layer formed in the trench.
(2) A semiconductor layer, a photoelectric conversion unit or charge holding unit disposed on the light receiving surface side of the semiconductor layer, and a signal generated in the photoelectric conversion unit or charge holding unit formed in the semiconductor layer A connection section from which charges are read, a charge storage section in which signal charges read out to the connection section are stored, a potential barrier section provided between the connection section and the charge storage section, and the connection section A solid-state imaging device comprising: a trench formed on a side surface of the semiconductor device and contacting with at least a part of the connection portion; and an element isolation portion including an insulating layer formed in the trench.
(3) The solid-state imaging device according to (1) or (2), wherein the connection portion and the potential barrier portion are stacked in a thickness direction of the semiconductor layer.
(4) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (3), wherein the insulating layer is formed of a film having a fixed charge opposite in polarity to the polarity of the semiconductor layer on the side surface of the trench.
(5) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (4), wherein an oxide film is provided on the connection portion between the semiconductor layer and the insulating layer.
(6) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (5), wherein the element isolation portion includes an electrode formed on the insulating layer in the trench.
(7) The solid-state imaging device according to (6), including a wiring connected to the electrode at a position covering at least a part of the connection portion.
(8) The solid-state imaging device according to (6) or (7), wherein the electrode and the wiring are made of a light-shielding material.
(9) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (8), wherein the element isolation part is formed to a position deeper than a connection part between the connection part and the potential barrier part.
(10) A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit or a charge holding unit is disposed on a light receiving surface side of a semiconductor layer, and a signal generated in the semiconductor layer by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit Forming a connection part for reading out charge, a charge storage part for storing the signal charge read out in the connection part, and a potential barrier part provided between the connection part and the charge storage part; A step of forming a trench in a position surrounding a side surface of the connection portion of the semiconductor layer, a step of forming an insulating layer in the trench, and the photoelectric conversion portion or the charge holding portion as a light receiving surface of the semiconductor layer A method of manufacturing the solid-state imaging device.
(11) A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit or a charge holding unit is disposed on a light receiving surface side of a semiconductor layer, and a signal generated by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit on the semiconductor layer Forming a connection part for reading out charge, a charge storage part for storing the signal charge read out in the connection part, and a potential barrier part provided between the connection part and the charge storage part; , A step of forming a trench at a position where at least a part of the side surface of the connection portion of the semiconductor layer is in contact, a step of forming an insulating layer in the trench, and the photoelectric conversion unit or the charge holding unit as the semiconductor And a step of arranging the layer on the light receiving surface side of the layer.
(12) The method for manufacturing a solid-state imaging device according to (10) or (11), further comprising: forming an electrode on the insulating layer in the trench after forming the insulating layer on the inner surface of the trench.
(13) An electronic apparatus comprising: the solid-state imaging device according to any one of (1) to (9); and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.

1,81 固体撮像装置、2 画素、3 画素領域、4 垂直駆動回路、5 カラム信号処理回路、6 水平駆動回路、7 出力回路、8 制御回路、9 垂直信号線、10 水平信号線、11,51 基板、12,21,61 接続部、15 光電変換領域、16 p−Well、17 半導体層、19 n型半導体領域、19a 延長部、20 n型半導体領域、22,56,62,23,63 電位障壁部、24,72,73,74 配線、25 第1絶縁層、26 第2絶縁層、27,64,66,70 素子分離部、28,59 絶縁層、29 コンタクトプラグ、31 下部電極、32 光電変換膜、33 上部電極、34 平坦化膜、35 オンチップレンズ、37,38,39 転送ゲート電極、40,41,42 ゲート電極、43,44,45,46 ソース・ドレイン領域、50 縦型転送路、52 BOX層、53 支持基板、54,65,68 トレンチ、55 オーバーフローパス、57 第3絶縁層、58 フォトレジスト、67 埋め込み酸化膜、69 空洞部、71 電極、75 導体層、80 カメラ、82 光学系、83 シャッタ装置、84 駆動回路、85 信号処理回路、FD1,FD2,FD3 フローティングディフュージョン部、PD1 第1フォトダイオード、PD2 第2フォトダイオード、Tr1 第1転送トランジスタ、Tr2 第2転送トランジスタ、Tr3 第3転送トランジスタ、Tr4,Tr7,Tr10 リセットトランジスタ、Tr5,Tr8,Tr11 増幅トランジスタ、Tr6,Tr9,Tr12 選択トランジスタ   1,81 Solid-state imaging device, 2 pixels, 3 pixel region, 4 vertical drive circuit, 5 column signal processing circuit, 6 horizontal drive circuit, 7 output circuit, 8 control circuit, 9 vertical signal line, 10 horizontal signal line, 11, 51 substrate, 12, 21, 61 connection part, 15 photoelectric conversion region, 16 p-well, 17 semiconductor layer, 19 n-type semiconductor region, 19a extension, 20 n-type semiconductor region, 22, 56, 62, 23, 63 Potential barrier portion, 24, 72, 73, 74 wiring, 25 first insulating layer, 26 second insulating layer, 27, 64, 66, 70 element isolation portion, 28, 59 insulating layer, 29 contact plug, 31 lower electrode, 32 Photoelectric conversion film, 33 Upper electrode, 34 Flattening film, 35 On-chip lens, 37, 38, 39 Transfer gate electrode, 40, 41, 42 Gate electrode, 43, 44, 45 , 46 Source / drain region, 50 vertical transfer path, 52 BOX layer, 53 support substrate, 54, 65, 68 trench, 55 overflow path, 57 third insulating layer, 58 photoresist, 67 buried oxide film, 69 cavity , 71 electrode, 75 conductor layer, 80 camera, 82 optical system, 83 shutter device, 84 drive circuit, 85 signal processing circuit, FD1, FD2, FD3 floating diffusion part, PD1 first photodiode, PD2 second photodiode, Tr1 First transfer transistor, Tr2 Second transfer transistor, Tr3 Third transfer transistor, Tr4, Tr7, Tr10 Reset transistor, Tr5, Tr8, Tr11 Amplifying transistor, Tr6, Tr9, Tr12 Select transistor

Claims (14)

半導体層と、
前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、
前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、
前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、
前記接続部の側面を囲むトレンチ、及び、前記トレンチ内に形成されている絶縁層からなる素子分離部と、を備える
固体撮像装置。
A semiconductor layer;
A photoelectric conversion unit or a charge holding unit disposed on the light receiving surface side of the semiconductor layer;
A connection part that is formed in the semiconductor layer and from which the signal charge generated by the photoelectric conversion part or the charge holding part is read; and
A charge storage unit for storing the signal charges read out in the connection unit;
A potential barrier portion provided between the connection portion and the charge storage portion;
A solid-state imaging device comprising: a trench surrounding a side surface of the connection portion; and an element isolation portion made of an insulating layer formed in the trench.
半導体層と、
前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、
前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、
前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、
前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、
前記接続部の側面に形成され、前記接続部と少なくとも一部と接するトレンチ、及び、前記トレンチ内形成された絶縁層からなる素子分離部と、を備える
固体撮像装置。
A semiconductor layer;
A photoelectric conversion unit or a charge holding unit disposed on the light receiving surface side of the semiconductor layer;
A connection part that is formed in the semiconductor layer and from which the signal charge generated by the photoelectric conversion part or the charge holding part is read; and
A charge storage unit for storing the signal charges read out in the connection unit;
A potential barrier portion provided between the connection portion and the charge storage portion;
A solid-state imaging device comprising: a trench formed on a side surface of the connection portion and in contact with at least a part of the connection portion; and an element isolation portion including an insulating layer formed in the trench.
前記接続部と、前記電位障壁部とが、前記半導体層の厚さ方向に積層されている請求項1又は2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the connection portion and the potential barrier portion are stacked in a thickness direction of the semiconductor layer. 前記絶縁層が、前記トレンチの側面の前記半導体層の極性と、逆極性の固定電荷を有する膜からなる請求項1又は2に記載の固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating layer is formed of a film having a fixed charge having a polarity opposite to that of the semiconductor layer on the side surface of the trench. 前記接続部上において、前記半導体層上と前記絶縁層との間に酸化膜を備える請求項4に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 4, wherein an oxide film is provided between the semiconductor layer and the insulating layer on the connection portion. 前記素子分離部に、前記トレンチ内で前記絶縁層上に形成された電極を備える請求項1又は2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the element isolation portion includes an electrode formed on the insulating layer in the trench. 前記接続部上の少なくとも一部を覆う位置に、前記電極と接続されている配線を備える請求項6に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 6, further comprising a wiring connected to the electrode at a position covering at least a part of the connection portion. 前記電極及び前記配線が、遮光性を有する材料から構成されている請求項6に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the electrode and the wiring are made of a light-shielding material. 前記素子分離部が、前記接続部と前記電位障壁部との接続部よりも深い位置まで形成されている請求項1又は2に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the element isolation part is formed to a position deeper than a connection part between the connection part and the potential barrier part. 半導体層の受光面側に光電変換部又は電荷保持部が配置される固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体層に、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成される信号電荷を読み出す接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを形成する工程と、
前記半導体層の前記接続部の側面を囲む位置にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に、絶縁層を形成する工程と、
前記光電変換部又は前記電荷保持部を前記半導体層の受光面側に配置する工程と、を有する
固体撮像装置の製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit or a charge holding unit is disposed on a light receiving surface side of a semiconductor layer,
A connection unit that reads out signal charges generated by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit, a charge storage unit that stores signal charges read out by the connection unit, a connection unit, and the semiconductor layer. Forming a potential barrier portion provided between the charge storage portion and
Forming a trench at a position surrounding a side surface of the connection portion of the semiconductor layer;
Forming an insulating layer in the trench;
Disposing the photoelectric conversion unit or the charge holding unit on a light receiving surface side of the semiconductor layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
半導体層の受光面側に光電変換部又は電荷保持部が配置される固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体層に、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成される信号電荷を読み出す接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部とを形成する工程と、
前記半導体層の前記接続部の側面と少なくとも一部が接する位置にトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内に、絶縁層を形成する工程と、
前記光電変換部又は前記電荷保持部を前記半導体層の受光面側に配置する工程と、を有する
固体撮像装置の製造方法。
A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit or a charge holding unit is disposed on a light receiving surface side of a semiconductor layer,
A connection unit that reads out signal charges generated by the photoelectric conversion unit or the charge holding unit, a charge storage unit that stores signal charges read out by the connection unit, a connection unit, and the semiconductor layer. Forming a potential barrier portion provided between the charge storage portion and
Forming a trench at a position where at least a part of the side surface of the connection portion of the semiconductor layer is in contact;
Forming an insulating layer in the trench;
Disposing the photoelectric conversion unit or the charge holding unit on a light receiving surface side of the semiconductor layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記トレンチの内面に前記絶縁層を形成した後、前記トレンチ内の前記絶縁層上に電極を形成する工程を有する請求項10又は11に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, further comprising: forming an electrode on the insulating layer in the trench after forming the insulating layer on the inner surface of the trench. 半導体層と、前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、前記接続部の側面を囲むトレンチ、及び、前記トレンチ内に形成されている絶縁層からなる素子分離部とを有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える
電子機器。
A semiconductor layer, a photoelectric conversion unit or a charge holding unit arranged on the light receiving surface side of the semiconductor layer, and a signal charge generated in the photoelectric conversion unit or the charge holding unit formed in the semiconductor layer are read out. A connecting portion, a charge accumulating portion in which the signal charge read out to the connecting portion is accumulated, a potential barrier portion provided between the connecting portion and the charge accumulating portion, and a side surface of the connecting portion. A solid-state imaging device having an enclosing trench and an element isolation portion made of an insulating layer formed in the trench;
An electronic device comprising: a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.
半導体層と、前記半導体層の受光面側に配置された光電変換部又は電荷保持部と、前記半導体層に形成されている、前記光電変換部又は前記電荷保持部で生成された信号電荷が読み出される接続部と、前記接続部に読み出された信号電荷が蓄積される電荷蓄積部と、前記接続部と前記電荷蓄積部との間に設けられた電位障壁部と、前記接続部の側面に形成され、前記接続部と少なくとも一部と接するトレンチ、及び、前記トレンチ内形成された絶縁層からなる素子分離部とを有する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える
電子機器。
A semiconductor layer, a photoelectric conversion unit or a charge holding unit arranged on the light receiving surface side of the semiconductor layer, and a signal charge generated in the photoelectric conversion unit or the charge holding unit formed in the semiconductor layer are read out. Connected to the connecting portion, a charge accumulating portion in which the signal charge read out to the connecting portion is accumulated, a potential barrier portion provided between the connecting portion and the charge accumulating portion, and a side surface of the connecting portion A solid-state imaging device having a trench formed and in contact with at least a part of the connection portion and an element isolation portion made of an insulating layer formed in the trench;
An electronic device comprising: a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.
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