JP2015233122A - 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法、並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】フォトダイオードの転送特性の低減を抑制できるようにする。【解決手段】シリコン基板２５に形成されるフォトダイオード４２の層と、同一の深さに到達するように、フローティングディフュージョン５６を形成し、それらの間に転送トランジスタのゲート５５を形成する。このとき、転送トランジスタのゲート５５により開閉が制御されるチャンネル４４は、フォトダイオード４２が形成されるシリコン基板２５に形成される構成とする。このような構成により、フォトダイオード４２に蓄積された電荷は、深さ方向に対して垂直な方向にフローティングディフュージョンに転送させることが可能となり、深さ方向に転送経路を設定することで転送経路がなくなることで生じる転送特性の低減が抑制される。本技術は、固体撮像素子に適用することができる。【選択図】図１

Description

本技術は、固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法、並びに電子機器に関し、特に、フォトダイオードからの電荷転送特性の低下を抑制できるようにした固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法、並びに電子機器に関する。
従来、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサでは、画素サイズの微細化が進むにつれ、フォトダイオード（PD）の開口率を最大化するために、画素を共有する技術（画素共有技術）が採用されることが多くなっている。この画素共有技術は、複数の画素間でトランジスタを共有して、画素部におけるフォトダイオード以外の素子の占有面積を最小化することにより、フォトダイオードの開口面積を確保する技術である。この画素共有技術を用いることにより、フォトダイオードの例えば飽和信号量や感度などの特性を改善することが可能になる（特許文献１乃至４参照）。
上記の構造においてトランジスタが形成される層はフォトダイオードが形成される層の上にエピタキシャル層として形成される。またフォトダイオードからフローティングディフュージョンへの電荷転送方法としては縦型トランジスタを用いる方法やII（Ion Implant）で繋ぐII plug方法などが採用されている。
特開２０１０−１４７９６５号公報 特開２０１０−２１２２８８号公報 特開２００７−１１５９９４号公報 特開２０１１−０４９４４６号公報
ところで、上述した技術を利用して、従来の埋め込みフォトダイオードを有する裏面照射型CMOSイメージセンサを構成すると、フォトダイオードとフローティングディフュージョンとが画素平面に対して垂直方向に積層された構造となる。このため、フォトダイオードからフローティングディフュージョンへと電荷を転送する経路は、縦型トランジスタやIIで接続するII plugなど画素平面に対して垂直方向の転送経路を構成する必要があった。
しかしながら、垂直方向に転送経路が構成されると、全体として転送経路が長くなるので、画素信号となる電荷の転送特性が低下してしまうことがあった。また、転送経路確保のためのII plugを形成する領域を確保した上で埋め込みフォトダイオードを形成する必要があり、フォトダイオードを形成する層におけるレイアウトパターンが制約されてしまうことがあった。さらに、転送ゲートが形成される前に、埋め込みフォトダイオードを形成する必要があるので、セルフアラインII（Ion Implant）を使うことができず、垂直方向に積層されるフォトダイオードとフローティングディフュージョンとの合わせに対するロバスト性が低下してしまうことがあった。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に、フローティングディフュージョンをフォトダイオードと同一の深さに形成することで、転送経路を画素平面に対して平行となる方向（水平方向）に構成できるようにして、転送特性の低下を抑制するものである。
本技術の一側面の裏面照射型の固体撮像素子は、第１の層に形成される画素トランジスタと、前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される。
前記転送トランジスタのゲートは、前記第２の層に形成されるようにすることができる。
前記フォトダイオードより転送された電荷を検出するフローティングディフュージョンをさらに含ませるようにすることができ、前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層を含む位置に形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンは、その一部が、前記フォトダイオードの一部と光の入射方向に対して同一の深さとなるように構成され、前記同一の深さの前記フローティングディフュージョンの一部と、前記フォトダイオードの一部との間に、前記転送トランジスタにより開閉が制御されるチャンネルが形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンは、全体が一体とした構成とされ、前記第１の層を貫通して、前記第２の層を含む位置に形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンは、前記第１の層と、前記第２の層との、それぞれに分離して形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するコンタクトが、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成されるようにすることができる。
前記第１の層において、前記画素トランジスタを挟むように、前記画素トランジスタのドレインおよびソースのそれぞれに隣接する位置に酸化膜が形成されるようにすることができる。
前記第２の層に、前記第１の層の前記酸化膜と対応する位置に、連続的な構成として、埋め込み酸化膜が形成されるようにすることができる。
前記第１の層、および前記第２の層との境界面であって、前記第２の層上の、前記フォトダイオードの表面側ピニング層は、p型のエピタキシャル成長により形成されるようにすることができる。
前記表面ピニング層は、in-site doped Epi成長により形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンと、前記転送トランジスタのゲートとの間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成されるようにすることができる。
前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するメタル配線が、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成されるようにすることができる。
前記転送トランジスタのゲートを取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成されるようにすることができる。
前記転送トランジスタのゲートのボトム部のみが前記フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードとを跨ぐように形成されるようにすることができ、その他の部位は、前記ボトム部よりも径が小さく形成されるようにすることができる。
本技術の一側面の裏面照射型の固体撮像素子の製造方法は、第１の層に形成される画素トランジスタと、前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、前記転送トランジスタが、前記第１の層に埋め込んで形成される裏面照射型の固体撮像素子の製造方法において、前記第１の層が形成された後、前記第１の層に、前記転送トランジスタのゲートが、前記第２の層に形成されるように彫り込みを形成し、前記ゲートが、前記第２の層に形成されるように、前記彫り込みに前記転送トランジスタを形成する。
本技術の一側面の裏面照射型の固体撮像素子を備えた電子機器は、第１の層に形成される画素トランジスタと、前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される。
本技術の一側面においては、画素トランジスタが第１の層に形成され、フォトダイオードが前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成され、転送トランジスタにより前記フォトダイオードの電荷の転送が制御され、前記転送トランジスタが、前記第１の層に埋め込んで形成される。
本技術の一側面によれば、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送特性の低下を抑制することが可能となる。また、転送経路を確保するためにフォトダイオードが形成される層のパターンの制約を低減させることが可能となる。さらに、画素トランジスタと、フォトダイオードが形成される層同士の合わせに対するロバスト性の低下を抑制することが可能となる。
本技術の第１の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明するフローチャートである。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 本技術の第２の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 本技術の第３の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 本技術の第４の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 本技術の第５の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 本技術の第６の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 本技術の第７の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 図１４の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 本技術の第８の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 図１６の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 本技術の第９の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 図１８の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 本技術の第１０の実施の形態である固体撮像素子の構成例を説明する図である。 図２０の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。 本技術の第１１の実施の形態である固体撮像素子を備えた撮像装置を含む電子機器の構成例を説明する図である。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（フローティングディフュージョンをフォトダイオードが形成される層まで彫り込んで形成する例）
２．第２の実施の形態（フローティングディフュージョンをフォトダイオードが形成される層と、画素トランジスタが形成される層とのそれぞれに分離して形成する例）
３．第３の実施の形態（フローティングディフュージョンをフォトダイオードが形成される層に形成し、エピタキシャル層にコンタクトを彫り込んで形成する例）
４．第４の実施の形態（画素トランジスタを挟むように酸化膜を形成する例）
５．第５の実施の形態（画素トランジスタを挟むように酸化膜を形成し、さらに、フォトトランジスタが形成されるシリコン基板にも接続して彫り込み酸化膜を形成する例）
６．第６の実施の形態（表面ピニング層をin-site doped成長により形成する例）
７．第７の実施の形態（転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョンとの間に酸化膜を形成する例）
８．第８の実施の形態（転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョンとの間に酸化膜を形成し、ＦＤコンタクトをメタル配線とする例）
９．第９の実施の形態（転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョンとの間に加えて、ゲートを囲むように酸化膜を形成する例）
１０．第１０の実施の形態（転送トランジスタのゲートとフローティングディフュージョンとの間に加えて、ゲートを囲むように酸化膜を形成し、ゲートのボトム部だけを実行幅として、それ以外を細くする例）
１１．第１１の実施の形態（本技術の固体撮像素子を有する撮像装置を備えた電子機器の構成例）
＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本技術を適用した固体撮像素子の第１の実施の形態の構成例を示した図である。尚、図１の固体撮像素子は、裏面照射型の固体撮像素子である。図１においては、固体撮像素子に対する入射光の進行方向（深さ方向）は、図中の下方向から上方向であり、以降においては、図中の各層における上方の面が表面であり、下方の面が裏面であるものとする。従って、図中の下部が深い位置であり、これに対して、図中の上部が浅い位置である。また、図１は、固体撮像素子の１画素分の側面断面図である。
図中の下から、入射光の進行方向の先頭位置にオンチップレンズ（On chip lens）２１が設けられており、入射光をフォトダイオード４２で受光されるように集光する。
図中のオンチップレンズ２１の上には、カラーフィルタ（Color Filter）２２が設けられており、オンチップレンズ２１を介して入射する光のうち、特定の波長の光をフォトダイオード４２に透過させる。
カラーフィルタ２２の周囲には、遮光金属２３が設けられており、遮光金属２３がオンチップレンズ２１、およびカラーフィルタ２２を透過した光を、隣接する他の画素のフォトダイオード４２に入射しないように遮光している。
カラーフィルタ２２の図中の上には、裏面ピニング（pinning）層２４が設けられており、シリコン（Si）基板２５と、カラーフィルタ２２との素子分離層として形成されている。
シリコン基板２５には、図中の中央部にN型領域からなるフォトダイオード（Photo Diode：PD）４２が設けられており、その周囲に分離層４１が設けられている。フォトダイオード４２は、このように埋め込み式の構成とされ、光電効果により入射光の光量に応じた電荷を発生し、転送トランジスタのゲート５５により開閉が制御されるチャンネル４４を介してフローティングディフュージョン５６に出力する。
シリコン基板２５の図中の上には、P型領域からなる表面ピニング（pinning）層４３が設けられており、シリコン（Si）基板２５と、エピタキシャル層（P-Epi）２６との素子分離層として形成されている。
シリコン基板２５の上に、エピタキシャル層（P-Epi）２６が形成されており、その上には、増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった画素トランジスタのゲート（AMP or RST or SEL）５１が設けられている。さらに、そのゲート５１の下には、ゲート５１により開閉が制御され、ドレイン（Drain）５３およびソース（Source）５４を繋ぐチャンネル（Channel）５２が設けられている。尚、画素トランジスタの構成としては、必要に応じて、選択トランジスタ（SEL）を設けない構成にしても良い。
また、エピタキシャル層２６には、シリコン基板２５におけるチャンネル４４の上部に、チャンネル４４の開閉を制御する転送トランジスタのゲート（TRG）５５がエキタピシャル層２６を貫通するように埋め込まれて形成されている。さらに、チャンネル４４の側面部に接するようにフローティングディフュージョン５６がエピタキシャル層２６を貫通するように設けられている。
すなわち、図１で示されるように、フローティングディフュージョン５６の図中の底部が、フォトダイオード４２の図中の上部と、入射光の進行方向（深さ方向）に対して同一の位置となるように、エピタキシャル層２６を貫通して設けられるような構成とされている。
このような構成により、チャンネル４４が、フォトダイオード４２により蓄積された電荷をフローティングディフュージョン５６に転送する転送経路として構成され、転送トランジスタのゲート５５によりその開閉が制御される。これにより、チャンネル４４を介して、入射光の進行方向（深さ方向）に対して垂直方向（画素平面に対して平行な方向）に転送経路が形成されることにより、転送距離が長くならないように構成されている。結果として、転送距離が長くならないので、転送特性の低下を低減させることが可能となる。また、埋め込み式のフォトダイオード４２に転送経路確保のために必要とされるII plugを設ける必要がないので、シリコン基板２５上にII plugのための領域を確保するといったパターンの制約を無くすことが可能となる。
＜図１の固体撮像素子の製造方法＞
次に、図２のフローチャートを参照して、図１の固体撮像素子の製造方法について説明する。
ステップＳ１１において、ｎ型のシリコン基板（n-Si）２５に、分離層４１、フォトダイオード４２、および表面ピニング層４３が形成される。すなわち、図３の上部で示されるような、シリコン基板（n-Si）２５に、図３の下部で示されるように、分離層（p）４１、フォトダイオード４２、および表面ピニング層（p+）４３が形成される。尚、図３の下部で示されるように、フォトダイオード４２は、n+層（n+）４２ａおよびn層（n）４２ｂとから構成される。
ステップＳ１２において、シリコン基板２５の図中の上部にｐ型のエピタキシャル層（P-Epi）２６が形成される。すなわち、図４で示されるように、ステップＳ１１の処理により、分離層（p）４１、フォトダイオード４２、および表面ピニング層（p+）４３が形成されたシリコン基板２５の図中の上部にエピタキシャル層（P-Epi）２６が形成される。図４で示されるように、フォトダイオード４２は、分離層４１とエピタキシャル層２６に囲まれた状態で埋め込み式に形成される。
ステップＳ１３において、埋め込み型の転送トランジスタ（TRG）のゲート５５およびチャンネル４４を構成するための彫り込みが形成される。すなわち、図５で示されるように、エピタキシャル層２６における転送トランジスタのゲート（TRG）５５およびチャンネル４４が形成される位置に、エピタキシャル層２６を貫通してシリコン基板２５に到達する深さまでの彫り込み６１が形成される。このとき、この彫り込み６１は、少なくともフォトダイオード４２の上部となるn+層４２ａに接触する位置で、かつ、その深さのものとされる。
ステップＳ１４において、増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった画素トランジスタのn型のチャンネル（n）５２、および転送トランジスタのゲート５５の下に設けられるn型のチャンネル（n）４４が形成される。さらに、図中における、エピタキシャル層２６の上に酸化膜７１が形成される。すなわち、図６で示されるように、n型のチャンネル（n）５２がエピタキシャル層２６の上部に形成され、チャンネル（n）４４が、彫り込み６１の底部にそれぞれ形成される。さらに、チャンネル（n）５２およびチャンネル（n）４４の全体に図中の上部から酸化膜７１が形成される。尚、図１において、この酸化膜７１は図示されていないが、形成されている。
ステップＳ１５において、増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった画素トランジスタのゲート５１、および転送トランジスタのゲート（TRG）５５が形成される。すなわち、図７で示されるように、ゲート（AMP/RST/SEL）５１が、チャンネル（n）５２上に形成され、転送トランジスタのゲート５５が、彫り込み６１に対応する位置に形成される。
ステップＳ１６において、増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった画素トランジスタのドレイン（N++）５３、および、ソース（N++）５４、並びに、フローティングディフュージョン（N++）５６が形成される。すなわち、図８で示されるように、ドレイン（N++）５３、および、ソース（N++）５４は、チャンネル５２の両端部に形成される。また、図８で示されるように、フローティングディフュージョン（N++）は、少なくともチャンネル４４に接するように形成される。
以降において、裏面ピニング層２４、遮光金属２３、カラーフィルタ２２、およびオンチップレンズ２１が、シリコン基板２５の図中の下部に設けられることにより、図１で示されるような、固体撮像素子が製造される。
このような製造方法で固体撮像素子が製造されることにより、フォトダイオード４２の上部に達する深さまでのフローティングディフュージョン５６が形成され、また、それらを結ぶチャンネル４４が形成されるので、フォトダイオード４２からの電荷の転送経路を深さ方向（図中の垂直方向）に対して垂直な方向（図中の水平方向）に確保することが可能となる。
結果として、深さ方向（縦方向）に転送経路が形成されることで転送距離が長くなることにより生じる転送特性の低下を低減させることが可能となる。また、埋め込み式であるフォトダイオード４２を形成する際に、転送経路確保のためにII plugを形成する必要がなくなるので、このためのパターンの制約を無くすことが可能となる。
尚、エピタキシャル層２６と、シリコン基板２５との素子分離層としての表面ピニング層４３については、不純物注入によって形成されるものとする。しかしながら、エピタキシャル層２６を、図１で示されるようなP型（P-Epi）のものとした場合、エピタキシャル層のP型濃度が、フォトダイオード４２と、（ゲート５１、チャンネル５２、ドレイン５３、およびソース５４とからなる）画素トランジスタとを十分に分離可能な濃度であれば、P型の不純物を注入して、表面ピニング層４３を構成する必要は無く、この場合、表面ピニング層４３を形成する工程を削減することも可能となる。
すなわち、エピタキシャル層２６がn型、または、p型でも濃度が薄い場合、P型の不純物を注入することにより、フォトダイオード４２と、（ゲート５１、チャンネル５２、ドレイン５３、およびソース５４とからなる）トランジスタとを分離する表面ピニング層（ウェル）４３を形成する必要がある。
また、転送トランジスタのゲート５５はエピタキシャル層２６を形成した後に掘り込んで形成しても、エピタキシャル層２６を形成する前に形成しエピタキシャル層２６を選択成長により形成するようにしてもよい。後者においてエピタキシャル層２６が形成される前に、転送トランジスタのゲート５５が加工された後は転送トランジスタのゲート５５を用いたセルフアラインによりII（Ion Implant）注入してフォトダイオード４２を形成することが可能となり、フォトダイオード４２と転送トランジスタのゲート５５との合わせに対するロバスト性の低下を抑制することが可能となる。このため、転送トランジスタのゲート５５の周辺の設計を従来の同一平面状に配置された構造に近い状態とすることが可能となり、縦方向への転送経路を確保するためのパターンの制約を緩和することができる。
また、フローティングディフュージョン５６に関しても、エピタキシャル層２６が形成される工程に対して前後するような場合でも、それぞれII注入を行って、接続することで形成するようにしても、エピタキシャル層２６が形成された後、多段打ちで形成されるようにしても良い。
さらに、フォトダイオードと画素トランジスタとが形成される層を入射光の入射方向（深さ方向）に分割して形成することで、フォトダイオードの面積を拡大することができるため、感度および画素容量Qsを向上させることが可能となる。また、各画素を完全に対称的に配置することができるため、画素間差を改善させることが可能となる。さらに、シリコン基板２５上に、エピタキシャル層２６に埋め込まれた転送トランジスタのゲート５５を用いて、入射光の入射方向に対して垂直方向（深さ方向に対して垂直方向）の転送経路を確保することで縦方向転送特有の転送特性悪化を改善することができる。
また、画素トランジスタを配置できる面積が大きくなるため、各画素を構成するフォトダイオードの大きさについて十分な長さと幅を確保することができるので、画素トランジスタに起因するランダムノイズにより影響を低減することが可能となる。
＜２．第２の実施の形態＞
以上においては、フローティングディフュージョン５６の底部をフォトダイオード４２の上部の深さと一致するように、エピタキシャル層２６を形成する例について説明してきた。しかしながら、フォトダイオード４２からの電荷の転送経路が深さ方向に対して垂直方向（図１における水平方向）に確保できればよいので、サブフローティングディフュージョンを、フォトダイオード４２に接続されたチャンネル４４に接する位置となるように、フローティングディフュージョン５６とは別に設けて、相互に電気的に接続するような構成にしてもよい。
図９は、サブフローティングディフュージョン（SubFD）９１を、フォトダイオード４２に接続されたチャンネル４４に接する位置、および深さとなるように設け、チャンネル１０１を介してフローティングディフュージョン（FD）５６と接続する構成とされた固体撮像素子の構成例を示している。尚、図１の固体撮像素子における構成と同一の機能を備える構成については、同一の名称、および同一の符号を付しており、その説明は適宜省略するものとする。
すなわち、図９の固体撮像素子においては、サブフローティングディフュージョン９１が、フォトダイオード４２の上部とほぼ同じ深さであって、チャンネル４４と接続する位置に設けられているので、フォトダイオード４２からの電荷の転送経路を深さ方向に対して垂直な方向（図９中の水平方向）とすることが可能となる。このような構成により、図１における固体撮像素子と同様の効果を奏することが可能となる。
また、図２の固体撮像素子の場合、転送時以外は、サブフローティングディフュージョン９１とフローティングディフュージョン５６とが物理的に分離された構造となるため、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率の低下を低減することが可能となる。
さらに、サブフローティングディフュージョン９１とフローティングディフュージョン５６との間には、チャンネル１０１を介して電位差を持つように構成することで、残像や汲み上げ悪化に対する影響を低減することが可能となる。
＜３．第３の実施の形態＞
フォトダイオード４２からの電荷の転送経路を深さ方向に対して垂直方向（図中の水平方向）に確保できればよいので、フローティングディフュージョン５６を、フォトダイオード４２に接続されたチャンネル４４に接する位置、および深さとなるように、シリコン基板２５上に設けるようにしてもよい。この場合、シリコン基板２５上にエピタキシャル層２６が形成されてから、フローティングディフュージョン５６に接触するように彫り込みを生成して、この彫り込みにコンタクトを設けるようにしても良い。
図１０は、シリコン基板２５上にフローティングディフュージョン５６を形成し、その後、エピタキシャル層２６を設けて、フローティングディフュージョン５６に到達するようにエピタキシャル層２６に彫り込みを設けて、フローティングディフュージョン５６に接触するようにコンタクト１２１を設けるようにした固体撮像素子の構成例である。
図１０の固体撮像素子においては、エピタキシャル層２６を薄くすることにより、コンタクト１２１を垂直方向に短くすることができるので、転送特性の低下を抑制することが可能となる。すなわち、図１０におけるエピタキシャル層２６の厚さＴ２は、図１のエピタキシャル層２６の厚さＴ１（＞Ｔ２）よりも薄くさせることが可能となる。また、フローティングディフュージョン５６は、シリコン基板２５上に形成されるので、フォトダイオード４２との水平方向の位置関係については、従来の構造および設計に近づけることが可能となる。
尚、コンタクト１２１を用いる場合、フローティングディフュージョン５６は、図１０で示されるように、シリコン基板２５にのみ形成するようにしてもよいし、図１の固体撮像素子のようにエピタキシャル層２６の形成前後に複数回数のIIにより形成するようにしてもよく、そのいずれかを選択することが可能となる。尚、フローティングディフュージョン５６を、エピタキシャル層２６の形成前後に複数回数のIIにより形成するようにすることで、エピタキシャル層２６を薄型化することが可能となり、コンタクト１２１の長さをより短くすることが可能となる。
＜４．第４の実施の形態＞
増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった（ゲート５１、チャンネル５２、ドレイン５３、およびソース５４とからなる）画素トランジスタ、転送トランジスタのゲート５５、およびフローティングディフュージョン５６の分離に酸化膜を用いるようにしても良い。
図１１は、増幅トランジスタ（AMP）、リセットトランジスタ（RST）、または、選択トランジスタ（SEL）といった（ゲート５１、チャンネル５２、ドレイン５３、およびソース５４とからなる）画素トランジスタ、転送トランジスタのゲート５５、およびフローティングディフュージョン５６の分離に酸化膜を用いるようにした固体撮像素子の構成例を示している。
すなわち、図１１におけるエピタキシャル層２６上のドレイン５３の左端部、およびソース５４の右端部にそれぞれ素子分離層として酸化膜１４１が設けられている。
これにより、隣接画素間の混色やブルーミングを抑制することができ、さらに、II分離に比べ酸化膜分離を使うことで容量低減につながるので変換効率を向上させることが可能となる。
＜５．第５の実施の形態＞
第４の実施の形態においては、エピタキシャル層２６上にドレイン５３の左端部、およびソース５４の右端部にそれぞれ素子分離層として酸化膜１４１が設けられる例について説明してきた。しかしながら、ドレイン５３の左端部に設けられた酸化膜１４１をさらにシリコン基板２５側に延ばして、シリコン基板２５内にも埋め込み酸化膜を形成して隣接画素間を完全に分離する構成とするようにしても良い。
図１２は、酸化膜１４１をシリコン基板２５側に延ばし、その位置のシリコン基板２５内に埋め込み酸化膜を形成するようにした固体撮像素子の構成例を示している。
すなわち、図１２の固体撮像素子においては、ドレイン（D）５３の左端部から酸化膜１４１をシリコン基板２５に延ばした酸化膜１７１が設けられており、さらに、酸化膜１７１に接続されるように、シリコン基板２５内に埋め込み酸化膜１８１が設けられている。また、埋め込み酸化膜１８１は、遮光金属２３と接触する構成とされている。さらに、フォトダイオード４２の右端部にも、埋め込み酸化膜１８１が設けられており、同様に、遮光金属２３と接触する構成とされている。また、ソース（S）５４の右端部にも酸化膜１７１が設けられている。
このような構成により、隣接画素間のシリコン基板２５内での混色およびブルーミングを抑制することが可能となる。また、埋め込み酸化膜１８１は、エピタキシャル層２６の酸化膜１７１と接続されることにより、隣接画素間を完全に分離することが可能となる。さらに、埋め込み酸化膜１８１は、遮光金属２３と同じ材質（例えば、W（タングステン）のような金属）を埋め込んでも良い。
また、埋め込み酸化膜１８１は、遮光金属２３と接続されることにより、オンチップレンズ２１により集光された光が隣接画素に透過されることを抑制するので、シリコン基板２５内のフォトダイオード４２に入射されるようにすることができる。結果として、フォトダイオード４２の感度を向上させることが可能となる。
＜６．第６の実施の形態＞
シリコン基板２５とエピタキシャル層（P-Epi）２６との界面付近の表面ピニング層（不純物拡散層）は、In-situ doped Epi成長により形成するようにしてもよい。
図１３は、表面ピニング層（不純物拡散層）を、In-situ doped Epi成長により形成したものとした固体撮像素子の構成例を示している。すなわち、図１３においては、表面ピニング層（p+-Epi）１９１が、In-situ doped Epi成長により形成されたものであるときの固体撮像素子の構成例が示されている。
すなわち、シリコン基板２５内に不純物注入によってフォトダイオード４２を形成した後、エピタキシャル層２６を形成するためにエピタキシャル層の成長を開始すると、エピタキシャル層の成長中の熱（例えば、良質なエピタキシャル成長が可能な1000℃程度の熱）によって、界面付近の不純物は拡散をする。
この場合、界面付近のPN接合は急峻なプロファイルで作成することが困難であり、PN接合の容量が減りフォトダイオード４２の容量Qsが減少することが知られている。そこで、エピタキシャル層２６の成長状態に応じて、不純部の注入量を制御しながらエピタキシャル層２６を成長させるIn-situ doped Epi成長であれば、所望の急峻なプロファイルを保ったままエピタキシャル層を形成していくことが可能となる。
結果として、フォトダイオード４２の容量Qsが減少してしまうといったことが抑制される。
＜７．第７の実施の形態＞
ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜を配置するようにしてフローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制すると共に、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにしてもよい。
図１４は、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間に酸化膜として、例えば、SiO2を配置するようにした固体撮像素子の構成例を示している。尚、図１４の左部は、一点鎖線のマス状で示される２画素×２画素の４画素で、その中心に配置されたフローティングディフュージョン５６を共有するときの上面図である。また、図１４の右部は、図１４の左部における２画素×２画素の点線で示されるａｂ間における断面図である。
図１４の左部で示されるように、２画素×２画素の中心に設けられた、４画素で共有するフローティングディフュージョン５６に対して接する、各画素（フォトダイオード４２）の角部に転送トランジスタのゲート５５が設けられている。そして、このフローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にSiO2からなる酸化膜２１１が設けられている。また、２画素×２画素の図中の上下に画素トランジスタのゲート５１が設けられている。
図１４の右部で示されるように、フローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にSiO2からなる酸化膜２１１が設けられている。
ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）を配置する構成とすることにより、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。
＜図１４の固体撮像素子の製造方法＞
次に、図１５を参照して、図１４の固体撮像素子の製造方法について説明する。尚、ここでは、埋込式のフォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６は、形成されている状態であるものとする。
第１の工程において、図１５の左上部で示されるように、エピタキシャル層２６の酸化膜２１１が形成される領域にトレンチが形成され、引き続き、トレンチに酸化膜２１１を形成するSiO2が充填される。尚、トレンチは、エアギャップでもよい。
第２の工程において、図１５の左下部で示されるように、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を跨ぐように、転送トランジスタのゲート５５が形成されると共に、その他の画素トランジスタのゲート５１が形成される。
第３の工程において、図１５の右上部で示されるように、フローティングディフュージョン５６の不純物を注入後、ＦＤコンタクト２１２を形成し、完成する。尚、以上の製造方法においては、エピタキシャル層２６のボトム部におけるフローティングディフュージョン５６の不純物注入が済んだ状態から製造が開始される例について説明したが、第３の工程において、ＦＤコンタクト２１２を形成する直前の処理において、不純物注入するようにしてもよい。
以上の製造方法により、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）を配置する構成を備えた固体撮像素子を製造することが可能となる。
結果として、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。
＜８．第８の実施の形態＞
以上においては、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）を配置するようにした固体撮像素子について説明してきたが、さらに、フローティングディフュージョンに対しては、メタル配線で接続し、埋め込み式のフローティングディフュージョンを実現するようにしてもよい。
図１６は、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間に酸化膜としてSiO2を配置するようにし、さらに、フローティングディフュージョン５６に対しては、メタル配線で接続し、埋め込み式のフローティングディフュージョン５６を実現するようにした固体撮像素子の構成例を示している。図１６の左部は、図１４における場合と同様である。また、図１６の右部は、図１６の左部における２画素×２画素の点線で示されるａｂ間における断面図である。
図１６の右部で示されるように、フローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にSiO2などからなる酸化膜２１１が設けられている。さらに、フローティングディフュージョン５６は、メタル配線２２１によりエピタキシャル層２６のボトム部において接続されており、埋め込み式のフローティングディフュージョン５６とされている。
図１６で示されるような構成により、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。さらに、メタル配線２２１により、画素の、さらなる微細化を実現することが可能となる。
＜図１６の固体撮像素子の製造方法＞
次に、図１７を参照して、図１６の固体撮像素子の製造方法について説明する。第１の工程において、図１７の左上部で示されるように、エピタキシャル層２６の酸化膜２１１が形成される領域とメタル配線２２１が形成される領域にトレンチが形成され、引き続き、トレンチに酸化膜２１１を形成するSiO2が充填される。第２の工程は上述の内容と同様の処理であるので、その説明は省略するものとする。
第３の工程において、図１７の右上部で示されるように、エピタキシャル層２６の底部に設けられているフローティングディフュージョン５６と電気的に接続されるようにトレンチを形成し、メタル配線２２１をフローティングディフュージョン５６と接続するように形成し、完成する。なお、フローティングディフュージョン５６とメタル配線２２１のコンタクトは、薄い絶縁膜を挟むことにより形成してもよい。
以上の製造方法により、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）を配置し、さらに、フローティングディフュージョン５６に接続するメタル配線２２１を備えた固体撮像素子を製造することが可能となる。
結果として、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。さらに、酸化膜２１１を形成するためのトレンチ幅の拡大、並びに、メタル配線２２１を使用することにより、画素の微細化を実現することが可能となる。
＜９．第９の実施の形態＞
以上においては、フォローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜SiO2を配置するようにする例について説明してきたが、さらに、ゲート５５を取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜SiO2を充填するようにしてもよい。
図１８は、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜SiO2を配置し、さらに、ゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜SiO2を、ゲート５５を取り囲むように配置させるようにした固体撮像素子の構成例を示している。
図１８の左部で示されるように、２画素×２画素の中心に設けられた、４画素で共有するフローティングディフュージョン５６に対して接する、各画素（フォトダイオード４２）の角部に転送トランジスタのゲート５５が設けられている。そして、ゲート５５を取り囲むようにSiO2からなる酸化膜が設けられている。また、２画素×２画素の図中の上下に画素トランジスタのゲート５１が設けられている。
図１８の右部で示されるように、フローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にSiO2などからなる酸化膜２１１が設けられ、さらに、ゲート５５を取り囲むように設けられている。
ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間に加えて、ゲート５５の周囲にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）が配置される構成とすることにより、転送トランジスタのゲート５５のボトム部のみが電荷転送に寄与することになる。結果として、フローティングディフュージョン５６の容量増加を低減することができるので、変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。
＜図１８の固体撮像素子の製造方法＞
次に、図１９を参照して、図１８の固体撮像素子の製造方法について説明する。
第１の工程において、図１９の左上部で示されるように、エピタキシャル層２６にトレンチが形成され、不純物が注入されて、フローティングディフュージョン５６が形成された後、トレンチに酸化膜２１１を形成するSiO2が充填される。
第２の工程において、図１９の左下部で示されるように、酸化膜２１１のボトム部で、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を跨ぐように、転送トランジスタのゲート５５が形成されると共に、その他の画素トランジスタのゲート５１が形成される。
第３の工程において、図１９の右上部で示されるように、フローティングディフュージョン５６が埋め込み式となるように、メタル配線２２１が接続されて、完成する。
以上の製造方法により、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間に加えて、ゲート５５を取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜（SiO2）を配置する構成を備えた固体撮像素子を製造することが可能となる。
結果として、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を、より高い精度で抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を、より高い精度で緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性をより向上させることが可能となる。さらに、画素サイズの微細化を実現することが可能となる。
＜１０．第１０の実施の形態＞
以上においては、フローティングディフュージョン５６とゲート５５との間に加えて、ゲート５５を取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜SiO2を配置するようにする例について説明してきたが、さらに、転送トランジスタのゲート５５を、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６とを跨ぐ実行幅が必要な部位以外を細くするようにすることで、より画素の微細化を実現できるようにしてもよい。
図２０は、転送トランジスタのゲート５５を、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６とを跨ぐ実行幅が必要な部位以外を細くするようにした固体撮像素子の構成例を示している。
図２０の左部における上面図における構成は、図１８の場合と同様である。また、図２０の右下部で示されるように、フローティングディフュージョン５６とゲート５５との間にSiO2などからなる酸化膜２１１が設けられ、さらに、ゲート５５を取り囲むように設けられている。尚、図２０の右上部は、図１８の右部における構成と同様のものである。
さらに、図２０の右下部で示されるように、ゲート５５のトップ部が、図１８の右部で示されるゲート５５よりも小さな構成とされている。また、図２０の右下部の点線で囲まれたゲート５５のボトム部の実行幅（径）は、フローティングディフュージョン５６とフォトダイオード４２とを跨ぐことができる最小幅（径）とされている。図２０のゲート５５で示されるような構成とすることで、トップ部、およびボトム部以外においては、細く小さくすることができる。
このような構成により、フローティングディフュージョン５６の容量増加に伴う変換効率低下を抑制することが可能となる。また、ゲート５５とフローティングディフュージョン５６との間の電界を緩和させるようにすることができるので、転送トランジスタのゲートの信頼性を向上させることが可能となる。さらに、より高い精度での画素の微細化を実現することが可能となる。
＜図２０の固体撮像素子の製造方法＞
次に、図２１を参照して、図２０の固体撮像素子の製造方法について説明する。
第１の工程において、図２１の左上部で示されるように、エピタキシャル層２６の酸化膜２１１が形成される領域にトレンチが形成され、トレンチに酸化膜２１１を形成するSiO2が充填される。
第２の工程において、図２１の左下部で示されるように、酸化膜２１１のボトム部で、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を、後続の処理で跨げる幅のトレンチ２３１が形成される。
第３の工程において、図２１の右上部で示されるように、トレンチ２３１のボトム部に対して、等方エッチングによりトレンチ２３１の径よりも大きな径であって、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を跨ぐ最小幅となる径のボトム部２３１ｒ，２３１ｎにより形成される。このボトム部２３１ｒ，２３１ｎが形成されることにより、フォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を、最小幅からなる実行幅で跨ぐことができる構成となる。
第４の工程において、図２１の右下部で示されるように、トレンチ２３１にゲート５５が形成されて、ボトム部２３１ｒ，２３１ｎのみが電荷転送に寄与する状態でフォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６を跨ぐ形状にされる。
第５の工程において、図２０の右下部で示されるように、メタル配線２２１がフローティングディフュージョンを埋め込み式のものとするように電気的に接続されて完成する。
このような製造方法により、図２０の右下部で示されるように、ゲート５５の径をボトム部２３１ｒ，２３１ｎでフォトダイオード４２とフローティングディフュージョン５６とを跨ぐように構成される。結果として、図２０の右下部の固体撮像素子においては、（図１８の右部と同様の）図２０の右上部の構成と比較すると、ゲート５５のトップ部を小さくすることができるので、画素を、より微細化することが可能となる。
＜１１．第１１の実施の形態＞
第１乃至第１０の実施の形態で示される固体撮像素子は、例えば、スマートフォンや携帯電話機などの電子機器に搭載される撮像装置に適用するようにしてもよい。
図２２は、第１乃至第１０の実施の形態の固体撮像素子を有し、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図２２に示すように、撮像装置３０１は、光学系３１１、固体撮像素子３１２、信号処理回路３１３、モニタ３１４、駆動回路３１５、およびユーザインタフェイス３１６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
光学系３１１は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子３１２に導き、固体撮像素子３１２の撮像面上に結像させる。
固体撮像素子３１２は、上述した各実施の形態の固体撮像素子のいずれかである。固体撮像素子３１２には、光学系３１１を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、固体撮像素子３１２に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路３１３に供給される。また、固体撮像素子３１２は、駆動回路３１５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って信号転送を行う。
信号処理回路３１３は、固体撮像素子３１２から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路３１３が信号処理を施すことにより得られた画像信号は、図示しないメモリに供給されて記憶（記録）される。
モニタ３１４は、LCD（Liquid Crystal Display）などにより構成され、信号処理回路３１３から出力される画像信号を表示する。
駆動回路３１５は、光学系３１１および固体撮像素子３１２を駆動する。
ユーザインタフェイス３１６は、ボタンやタッチパネルなどにより構成され、ユーザの操作を受け付けて、その操作に応じた信号をモニタ３１４または駆動回路３１５に供給する。
図２２で示されるような撮像装置として電子機器に搭載される固体撮像素子により、フォトダイオード４２により蓄積された電荷の転送特性を向上させた撮像装置を実現することができる。
尚、本技術は、以下のような構成も取ることができる。
（１） 第１の層に形成される画素トランジスタと、
前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される
裏面照射型の固体撮像素子。
（２） 前記転送トランジスタのゲートは、前記第２の層に形成される
（１）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（３） 前記フォトダイオードより転送された電荷を検出するフローティングディフュージョンをさらに含み、
前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層を含む位置に形成される
（１）または（２）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（４） 前記フローティングディフュージョンは、その一部が、前記フォトダイオードの一部と光の入射方向に対して同一の深さとなるように構成され、前記同一の深さの前記フローティングディフュージョンの一部と、前記フォトダイオードの一部との間に、前記転送トランジスタにより開閉が制御されるチャンネルが形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（５） 前記フローティングディフュージョンは、全体が一体とした構成とされ、前記第１の層を貫通して、前記第２の層を含む位置に形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（６） 前記フローティングディフュージョンは、前記第１の層と、前記第２の層との、それぞれに分離して形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（７） 前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するコンタクトが、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（８） 前記第１の層において、前記画素トランジスタを挟むように、前記画素トランジスタのドレインおよびソースのそれぞれに隣接する位置に酸化膜が形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（９） 前記第２の層に、前記第１の層の前記酸化膜と対応する位置に、連続的な構成として、埋め込み酸化膜が形成される
（８）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１０） 前記第１の層、および前記第２の層との境界面であって、前記第２の層上の、前記フォトダイオードの表面側ピニング層は、p型のエピタキシャル成長により形成される
（１）乃至（９）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１１） 前記表面ピニング層は、in-site doped Epi成長により形成される
（１０）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１２） 前記フローティングディフュージョンと、前記転送トランジスタのゲートとの間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成される
（３）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１３） 前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するメタル配線が、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成される
（１２）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１４） 前記転送トランジスタのゲートを取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成される
（１２）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１５） 前記転送トランジスタのゲートのボトム部のみが前記フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードとを跨ぐように形成され、その他の部位は、前記ボトム部よりも径が小さく形成される
（１２）に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
（１６） 第１の層に形成される画素トランジスタと、
前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
前記転送トランジスタが、前記第１の層に埋め込んで形成される
裏面照射型の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の層が形成された後、前記第１の層に、前記転送トランジスタのゲートが、前記第２の層に形成されるように彫り込みを形成し、
前記ゲートが、前記第２の層に形成されるように、前記彫り込みに前記転送トランジスタを形成する
裏面照射型の固体撮像素子の製造方法。
（１７） 第１の層に形成される画素トランジスタと、
前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される
裏面照射型の固体撮像素子を備えた電子機器。
２１ オンチップレンズ， ２２ カラーフィルタ， ２３ 遮光金属， ２４ 裏面ピニング層， ２５ シリコン基板， ２６ エピタキシャル層， ４１ 分離層， ４２ フォトダイオード， ４３ 表面ピニング層， ５１ ゲート， ５２ チャンネル， ５３ ドレイン， ５４ ソース， ５５ ゲート， ５６ フローティングディフュージョン， ６１ 彫り込み， ７１ ゲート酸化膜， ９１ サブフローティングディシュージョン， １０１ チャンネル， １２１ コンタクト， １４１ 酸化膜， １７１ 酸化膜， １８１ 埋め込み酸化膜， １９１ p+-Epi層， ２１１ 酸化膜， ２２１ メタル配線

Claims (17)

  1. 第１の層に形成される画素トランジスタと、
    前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
    前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される
    裏面照射型の固体撮像素子。
  2. 前記転送トランジスタのゲートは、前記第２の層に形成される
    請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  3. 前記フォトダイオードより転送された電荷を検出するフローティングディフュージョンをさらに含み、
    前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層を含む位置に形成される
    請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  4. 前記フローティングディフュージョンは、その一部が、前記フォトダイオードの一部と光の入射方向に対して同一の深さとなるように構成され、前記同一の深さの前記フローティングディフュージョンの一部と、前記フォトダイオードの一部との間に、前記転送トランジスタにより開閉が制御されるチャンネルが形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  5. 前記フローティングディフュージョンは、全体が一体とした構成とされ、前記第１の層を貫通して、前記第２の層を含む位置に形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  6. 前記フローティングディフュージョンは、前記第１の層と、前記第２の層との、それぞれに分離して形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  7. 前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するコンタクトが、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  8. 前記第１の層において、前記画素トランジスタを挟むように、前記画素トランジスタのドレインおよびソースのそれぞれに隣接する位置に酸化膜が形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  9. 前記第２の層に、前記第１の層の前記酸化膜と対応する位置に、連続的な構成として、埋め込み酸化膜が形成される
    請求項８に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  10. 前記第１の層、および前記第２の層との境界面であって、前記第２の層上の、前記フォトダイオードの表面側ピニング層は、p型のエピタキシャル成長により形成される
    請求項１に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  11. 前記表面ピニング層は、in-site doped Epi成長により形成される
    請求項１０に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  12. 前記フローティングディフュージョンと、前記転送トランジスタのゲートとの間にゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成される
    請求項３に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  13. 前記フローティングディフュージョンは、前記第２の層に形成され、前記フローティングディフュージョンを電気的に接続するメタル配線が、前記第１の層を貫通するように彫り込んで形成される
    請求項１２に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  14. 前記転送トランジスタのゲートを取り囲むようにゲート酸化膜以上の厚さの酸化膜が形成される
    請求項１２に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  15. 前記転送トランジスタのゲートのボトム部のみが前記フローティングディフュージョンと、前記フォトダイオードとを跨ぐように形成され、その他の部位は、前記ボトム部よりも径が小さく形成される
    請求項１２に記載の裏面照射型の固体撮像素子。
  16. 第１の層に形成される画素トランジスタと、
    前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
    前記転送トランジスタが、前記第１の層に埋め込んで形成される
    裏面照射型の固体撮像素子の製造方法において、
    前記第１の層が形成された後、前記第１の層に、前記転送トランジスタのゲートが、前記第２の層に形成されるように彫り込みを形成し、
    前記ゲートが、前記第２の層に形成されるように、前記彫り込みに前記転送トランジスタを形成する
    裏面照射型の固体撮像素子の製造方法。
  17. 第１の層に形成される画素トランジスタと、
    前記第１の層と深さ方向に分離された第２の層に形成されるフォトダイオードと、
    前記フォトダイオードの電荷の転送を制御する転送トランジスタとを含み、
    前記転送トランジスタは、前記第１の層に埋め込んで形成される
    裏面照射型の固体撮像素子を備えた電子機器。
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