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
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Abstract
Description
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
Claims (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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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