JP2016021479A - Solid-state image sensor, manufacturing method and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、固体撮像装置、製造方法、および電子機器に関し、特に、フォトダイオードの占有率を高くすることができるようにした固体撮像装置、製造方法、および電子機器に関する。 The present disclosure relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device, and more particularly, to a solid-state imaging device, a manufacturing method, and an electronic device that can increase the occupation ratio of a photodiode.
現在、主流のCMOS型イメージセンサー(CMOS Image Sensor; CIS)は、画素と同一平面に、読み出しトランジスタゲート(Transfer Gate; TG)、および他3つの画素トランジスタ(Amp-Tr, Reset-Tr, Select-Tr)を有しているため、単位画素に占めるフォトダイオード(PD)の面積を大きくすることが難しい。 Currently, the mainstream CMOS image sensor (CMOS Image Sensor; CIS) has a readout transistor gate (Transfer Gate; TG) and three other pixel transistors (Amp-Tr, Reset-Tr, Select- Therefore, it is difficult to increase the area of the photodiode (PD) occupying the unit pixel.
一方、小型化やコスト削減のために近年急速に単位画素の面積が縮小しており、CISの感度特性を左右するPD面積も縮小している。そのため、単位画素に占めるPD面積率の向上は必須となる。 On the other hand, the area of the unit pixel has been rapidly reduced in recent years for downsizing and cost reduction, and the PD area that affects the sensitivity characteristics of the CIS has also been reduced. Therefore, it is essential to improve the PD area ratio in the unit pixel.
なお、PD面積を実効的に大きくする手法として、Amp-TrにSelect-Trの役割を持たせ、Tr数を削減してPD面積を増やす3Tr型CISや複数のPDに対してトランジスタ共有型CIS(複数PDに対して、1組のAmp,Reset,select-Trをもち、単位画素に対するTr数を減らす、2x2画素共有型など)が市販されている。 As a method for effectively increasing the PD area, a transistor-shared CIS is used for a 3Tr CIS that increases the PD area by reducing the number of Trs by giving the Amp-Tr the role of Select-Tr and multiple PDs. (For example, a 2 × 2 pixel sharing type that has a single set of Amp, Reset, and Select-Tr for a plurality of PDs, and reduces the number of Trs per unit pixel).
その他、特許文献1には、PDとAmp, Reset, Select-Trを積層する構造が提案されている。この提案においては、半導体基板上に絶縁膜をはさみ、Si結晶を積層した基板を用いることが特徴となっている。
In addition,
しかしながら、前者のCISの場合、同一平面上に読み出しトランジスタ、Amp-Tr、Reset-Tr、Select-Trの4つのトランジスタを有しているので、PDの占有率が低かった。Amp-Tr、Reset-Tr、Select-TrとPDを分離する素子分離領域の微細化ペースが、単位画素縮小ペースほど早くなく、相対的に単位画素が占めるPD領域が狭くなっていた。 However, in the case of the former CIS, since the read transistor, Amp-Tr, Reset-Tr, and Select-Tr are provided on the same plane, the occupation ratio of the PD is low. The element isolation region for separating the Amp-Tr, Reset-Tr, Select-Tr and PD is not as fast as the unit pixel reduction pace, and the PD region occupied by the unit pixel is relatively narrow.
一方、PD領域を拡大するために、Amp-Trのサイズを縮小した場合、Trのノイズ特性が悪化し、仮にPDを拡大したとしても、結果的にCISの特性に影響するS/N比が悪化していた。 On the other hand, if the size of the Amp-Tr is reduced in order to enlarge the PD area, the noise characteristics of the Tr deteriorate, and even if the PD is enlarged, the S / N ratio affecting the CIS characteristics will eventually be increased. It was getting worse.
また、後者の積層型CISの場合、半導体基板上に絶縁膜をはさみ、Si結晶を積層した基板を用いていたが、このような基板の価格は高く、作成方法によっては、高品質なSi結晶を作成することが難しかったり、あるいは、飽和電荷容量が小さくなるなど機能が低下することがあった。 In the case of the latter stacked CIS, a substrate in which an insulating film is sandwiched on a semiconductor substrate and a Si crystal is stacked is used. However, the price of such a substrate is high, and depending on the production method, a high-quality Si crystal is used. It may be difficult to produce the material, or the function may be deteriorated, for example, the saturation charge capacity may be reduced.
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フォトダイオードの占有率を高くすることができるものである。 The present disclosure has been made in view of such a situation, and can increase the occupation ratio of a photodiode.
本技術の一側面の固体撮像装置は、Si基板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表面より上部に配置される画素トランジスタとを備える。 A solid-state imaging device according to one aspect of the present technology includes a photodiode formed on a Si substrate, and a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode.
前記フォトダイオードは、前記画素トランジスタのゲート側壁下まで形成されている。 The photodiode is formed up to the bottom side wall of the pixel transistor.
前記画素トランジスタのゲート側壁下に形成されるP型領域と、前記画素トランジスタのチャネル直下に埋め込まれた絶縁膜とをさらに備えることができる。 The semiconductor device may further include a P-type region formed under the gate sidewall of the pixel transistor and an insulating film buried immediately below the channel of the pixel transistor.
前記絶縁膜は、前記Si基板の表面から所定長離れたところに埋め込まれている。 The insulating film is buried at a predetermined distance from the surface of the Si substrate.
前記所定長は、0乃至100nmである。 The predetermined length is 0 to 100 nm.
前記P型領域は、ゲート側壁と同程度の幅であり、前記絶縁膜は、前記画素トランジスタのチャネル幅と同程度の幅に形成されている。 The P-type region has the same width as the gate side wall, and the insulating film is formed to have the same width as the channel width of the pixel transistor.
前記画素トランジスタのチャネル直下に埋め込まれた絶縁膜と、前記画素トランジスタの表面に形成されたゲート酸化膜とをさらに備える。 The semiconductor device further includes an insulating film buried immediately below the channel of the pixel transistor and a gate oxide film formed on the surface of the pixel transistor.
前記絶縁膜は、前記ゲート酸化膜と接するように埋め込まれている。 The insulating film is embedded in contact with the gate oxide film.
前記絶縁膜の内部には、金属膜が埋め込まれている。 A metal film is embedded in the insulating film.
前記絶縁膜の内部には、高誘電率絶縁膜を埋め込まれている。 A high dielectric constant insulating film is embedded in the insulating film.
前記画素トランジスタは、Fin型トランジスタで作成されている。 The pixel transistor is made of a Fin type transistor.
前記固体撮像装置は、裏面照射型である。 The solid-state imaging device is a backside illumination type.
本発明の一側面の製造方法は、製造装置が、Si基板に形成されるフォトダイオードの表面より上部に画素トランジスタを形成し、前記フォトダイオードを、前記Si基板にで形成する。 In the manufacturing method of one aspect of the present invention, a manufacturing apparatus forms a pixel transistor above a surface of a photodiode formed on a Si substrate, and the photodiode is formed on the Si substrate.
本発明の一側面の電子機器は、Si基板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表面より上部に配置される画素トランジスタとを備える固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系とを有する電子機器。 An electronic apparatus according to an aspect of the present invention includes a solid-state imaging device including a photodiode formed on a Si substrate and a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode, and an output output from the solid-state imaging device. An electronic apparatus comprising: a signal processing circuit that processes a signal; and an optical system that makes incident light incident on the solid-state imaging device.
本技術の一側面においては、Si基板においてフォトダイオードの表面より上部に画素トランジスタが形成され、前記フォトダイオードが、前記Si基板に形成される。 In one aspect of the present technology, a pixel transistor is formed on the Si substrate above the surface of the photodiode, and the photodiode is formed on the Si substrate.
本技術によれば、画素トランジスタとフォトダイオードが形成された固定撮像装置を製造することができる。また、本技術によれば、フォトダイオードの占有率を高くすることができる。 According to the present technology, it is possible to manufacture a fixed imaging device in which a pixel transistor and a photodiode are formed. Further, according to the present technology, the occupation ratio of the photodiode can be increased.
なお、本明細書に記載された効果は、あくまで例示であり、本技術の効果は、本明細書に記載された効果に限定されるものではなく、付加的な効果があってもよい。 In addition, the effect described in this specification is an illustration to the last, and the effect of this technique is not limited to the effect described in this specification, and there may be an additional effect.
以下、本開示を実施するための形態(以下実施の形態とする)について説明する。 Hereinafter, modes for carrying out the present disclosure (hereinafter referred to as embodiments) will be described.
<固体撮像装置の概略構成例>
図1は、本技術の各実施の形態に適用されるCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)固体撮像装置の一例の概略構成例を示している。
<Schematic configuration example of solid-state imaging device>
FIG. 1 illustrates a schematic configuration example of an example of a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) solid-state imaging device applied to each embodiment of the present technology.
図1に示されるように、固体撮像装置(素子チップ)1は、半導体基板11(例えばシリコン基板)に複数の光電変換素子を含む画素2が規則的に2次元的に配列された画素領域(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。 As shown in FIG. 1, a solid-state imaging device (element chip) 1 includes a pixel region (a pixel region in which pixels 2 including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged two-dimensionally on a semiconductor substrate 11 (for example, a silicon substrate). A so-called imaging region) 3 and a peripheral circuit section.
画素2は、光電変換素子(例えばフォトダイオード)と、複数の画素トランジスタ(いわゆるMOSトランジスタ)を有してなる。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができ、さらに選択トランジスタを追加して4つのトランジスタで構成することもできる。各画素2(単位画素)の等価回路は一般的なものと同様であるので、ここでは詳細な説明は省略する。 The pixel 2 includes a photoelectric conversion element (for example, a photodiode) and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors). The plurality of pixel transistors can be constituted by three transistors, for example, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplifying transistor, and can further be constituted by four transistors by adding a selection transistor. Since the equivalent circuit of each pixel 2 (unit pixel) is the same as a general one, detailed description thereof is omitted here.
また、画素2は、画素共有構造とすることもできる。画素共有構造は、複数のフォトダイオード、複数の転送トランジスタ、共有される1つのフローティングディフュージョン、および、共有される1つずつの他の画素トランジスタから構成される。フォトダイオードは、光電変換素子である。 Further, the pixel 2 may have a pixel sharing structure. The pixel sharing structure includes a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion, and one other pixel transistor that is shared. The photodiode is a photoelectric conversion element.
周辺回路部は、垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、水平駆動回路6、出力回路7、および制御回路8から構成される。
The peripheral circuit section includes a
制御回路8は、入力クロックや、動作モード等を指令するデータを受け取り、また、固体撮像装置1の内部情報等のデータを出力する。具体的には、制御回路8は、垂直同期信号、水平同期信号、およ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、および水平駆動回路6の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路8は、これらの信号を垂直駆動回路4、カラム信号処理回路5、および水平駆動回路6に入力する。
The control circuit 8 receives data for instructing an input clock, an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the solid-
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、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素2を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素2を駆動する。具体的には、垂直駆動回路4は、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し、垂直信号線9を通して各画素2の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号をカラム信号処理回路5に供給する。
The
カラム信号処理回路5は、画素2の例えば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ノイズ除去等の信号処理を行う。具体的には、カラム信号処理回路5は、画素2固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling)や、信号増幅、A/D(Analog/Digital)変換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との間に接続されて設けられる。
The column
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。
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
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、信号処理を行って出力する。出力回路7は、例えば、バッファリングだけを行う場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理等を行う場合もある。
The output circuit 7 performs signal processing and outputs the signals sequentially supplied from each of the column
入出力端子12は、外部と信号のやりとりをするために設けられる。 The input / output terminal 12 is provided for exchanging signals with the outside.
<画素の構成例>
図2は、画素の構成を示す平面図である。図3は、図2のAとA’とを結ぶ面で切断した断面図である。図4は、図2のBとB’とを結ぶ面で切断した断面図である。これらの図においては、4トランジスタ(以下、Tr.と称する)構成(以下、4Tr.型とも称する)の例が示されている。なお、図2の例において、埋め込み絶縁膜(45)は、左隣の画素2の絶縁膜であり、符号が括弧で示されている。
<Pixel configuration example>
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the pixel. 3 is a cross-sectional view taken along a plane connecting A and A ′ in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a plane connecting B and B ′ in FIG. In these drawings, an example of a four-transistor (hereinafter referred to as Tr.) Configuration (hereinafter also referred to as a 4Tr. Type) is shown. In the example of FIG. 2, the buried insulating film (45) is the insulating film of the pixel 2 on the left side, and the reference numeral is shown in parentheses.
図2の例において、画素2は、Si基板41、PD(フォトダイオード)42、FD(フローティングディフュージョン)43、P型素子分離44(図3)、埋め込み絶縁膜45、リセットTr51a、増幅Tr51b、セレクトTr51c、読み出しゲート52、P型拡散層53を含むように構成されている。なお、以下、リセットTr51a、増幅Tr51b、セレクトTr51cを特に区別がない場合、まとめてTr51と総称する。
In the example of FIG. 2, the pixel 2 includes a
図3および図4に示されるように、読み出しゲート52は、プレーナ型(平面型)であるが、Tr51は、Fin型Trにより作成される。すなわち、Tr51は、PD42の表面より上部に配置されている。Tr51のゲート電極の直下には、P型素子分離44が形成されている。また、Tr51の側壁の直下には、ゲート電圧の印加により、反転しないよう十分濃いP型拡散層53が作成されており、その延長として、P型拡散層53aもPD42の表面に作成されている。P型拡散層53は、ゲート側壁と同程度の幅である。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
また、Tr51は、P型素子分離44上にチャネル61が加工されて、ゲート酸化膜62が形成され、さらに、Poly-Si63が成膜されて、作成されている。なお、P型素子分離44において、Tr51のチャネル61の真下(埋め込み絶縁膜45の真上)は、P型素子分離44の影響で薄いP型であるが、濃いP型拡散層53の影響により濃くなる傾向にある。
In addition, the
Tr51のチャネル61の下には、チャネル61の幅と同程度、または同程度以上の幅で、Si基板41内部に埋め込み絶縁膜45が作成されている。この埋め込み絶縁膜45は、Tr51のチャネル61がSi基板41のPD42側に延びる(電気的につながる)のを防ぎ、かつ、PD42とPD42間の素子分離を兼ねる。
Under the
以上により、3つのTr51がPD42の表面より上部に位置する、すなわち、立体的に配置される。また、PD42をTr51のゲート側壁下まで拡張できる。したがって、画素単位に対するPD42の占有率を高くすることができる。
As described above, the three
さらに、PD42の表面より上部にTr51を有するため、PD42を拡張した場合でも、Tr51(特に、増幅Tr51b)のサイズを小さくする必要がなく、S/N比を向上することができる。
Further, since the
かつ、一般的な半導体プロセスと相違がなく、安価な半導体基板を使うことができるので、低価格で実現できる。 In addition, there is no difference from a general semiconductor process, and an inexpensive semiconductor substrate can be used, so that it can be realized at a low price.
なお、図2乃至図4の例においては、チャネル61と埋め込み絶縁膜45との間には、P型素子分離44があり、チャネル61と埋め込み絶縁膜45とは接触していない。すなわち、埋め込み絶縁膜45は、Si基板41の表面から所定長離れたところに埋め込まれている。所定長は、例えば、0より大きく100nm程度以下の間であれば特に限定されない。
2 to 4, there is a P-
図5は、図3の画素の変形例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram illustrating a modification of the pixel in FIG.
図5の画素2は、Si基板41、PD42、FD43、P型素子分離44、Tr51、読み出しゲート52、およびP型拡散層53を備える点が、図3の画素2と共通している。図5の画素2は、埋め込み絶縁膜45が、埋め込み絶縁膜71と入れ替わった点が、図3の画素2と異なっている。
The pixel 2 in FIG. 5 is common to the pixel 2 in FIG. 3 in that it includes a
すなわち、図5の例においては、Tr51のチャネル61の下には、チャネル幅より太い幅で、Si基板41内部に埋め込み絶縁膜71が作成される。また、図5の例においては、この埋め込み絶縁膜71は、Tr51の表面のゲート酸化膜62と接している構造となる。これにより、Tr51とPD42とを物理的に分離することができる。
That is, in the example of FIG. 5, the buried insulating
なお、図5の例においても、Tr51のゲート電極の側壁の直下には、図2の例と同様に、ゲート電圧の印加により、反転しないよう十分濃いP型拡散層53が作成されており、その延長として、P型拡散層53aもPD42の表面に作成されている。
Also in the example of FIG. 5, a P-
図6は、図3の画素の他の変形例を示す図である。 FIG. 6 is a diagram illustrating another modification of the pixel of FIG.
図6の画素2は、Si基板41、PD42、FD43、P型素子分離44、Tr51、読み出しゲート52、およびP型拡散層53を備える点が、図3の画素2と共通している。図6の画素2は、埋め込み絶縁膜45が、埋め込み絶縁膜81と入れ替わった点が、図3の画素2と異なっている。
The pixel 2 in FIG. 6 is common to the pixel 2 in FIG. 3 in that it includes a
すなわち、図6の例においては、増幅Tr52のチャネル61の下には、チャネル幅と同程度以上の幅で、Si基板41内部に埋め込み絶縁膜81が作成される。また、図6の例においては、この埋め込み絶縁膜81は、Si基板41との界面に薄く形成されており、その埋め込み絶縁膜81の内部は、金属82が埋め込まれている。金属82は、例えば、タングステン、アルミ、または銅などからなる。
That is, in the example of FIG. 6, a buried insulating
図7は、図3の画素のさらに他の変形例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing still another modification of the pixel of FIG.
図7の画素2は、Si基板41、PD42、FD43、リセットTr51、増幅Tr52、およびセレクトTr53を備える点が、図3の画素2と共通している。図7の画素2は、埋め込み絶縁膜45が、埋め込み絶縁膜91と入れ替わった点が、図3の画素2と異なっている。
The pixel 2 in FIG. 7 is common to the pixel 2 in FIG. 3 in that the
すなわち、図7の例においては、Tr51のチャネル61の下には、チャネル幅と同程度以上の幅で、Si基板41内部に埋め込み絶縁膜91が作成される。また、図7の例においては、この埋め込み絶縁膜91は、Si基板41との界面に薄く形成されており、その埋め込み絶縁膜91の内部は、高誘電率絶縁膜92が埋め込まれている。高誘電率絶縁膜92は、例えば、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムなどからなる。
That is, in the example of FIG. 7, the buried insulating
以上のように、埋め込み絶縁膜内は、その内部も絶縁膜である必要がない。すなわち、埋め込み絶縁膜がSi基板との界面に薄く形成されていればよく、絶縁膜の内部は、図6のように金属であってもよいし、図7のように高誘電率絶縁膜であってもよい。 As described above, the buried insulating film does not need to be an insulating film. That is, the buried insulating film only needs to be thinly formed at the interface with the Si substrate, and the inside of the insulating film may be a metal as shown in FIG. 6 or a high dielectric constant insulating film as shown in FIG. There may be.
<製造処理の例>
次に、図8および図9のフローチャートを参照して、本技術の固体撮像装置の製造処理について説明する。なお、この処理は、図示せぬ固体撮像装置の製造装置により実行される処理であり、適宜、図10乃至図15の工程図も参照される。
<Example of manufacturing process>
Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the present technology will be described with reference to the flowcharts of FIGS. This process is a process executed by a solid-state imaging device manufacturing apparatus (not shown), and the process diagrams of FIGS. 10 to 15 are also referred to as appropriate.
ステップS11において、製造装置は、図10Aに示されるように、Si基板41に、PD分離のためのP型の不純物、すなわち、P型素子分離44を注入する。ステップS12において、製造装置は、図10Bに示されるように、フォトレジスト101を用いて、P型素子分離44上に、Tr51のチャネル61をリソグラフィとエッチング技術により加工する。
In step S11, the manufacturing apparatus injects P-type impurities for PD separation, that is, P-
ステップS13において、製造装置は、図10Cに示されるように、PD42とTr51のゲート酸化膜62を形成する。
In step S13, the manufacturing apparatus forms the
ステップS14において、製造装置は、図11Aに示されるように、フォトレジスト101を用いてパターニングして、Tr51のゲート側壁直下(側壁の下の部分)に濃いP型イオンを注入し、P型拡散層53を作成する。このとき、ステップS12で加工されたチャネルSi上部にP型不純物が入らないようにマスクする。
In step S14, as shown in FIG. 11A, the manufacturing apparatus performs patterning using the
ステップS15において、製造装置は、図11Bに示されるように、フォトレジスト101を用いてパターニングして、N型不純物を注入し、PD42を作成する。
In step S15, the manufacturing apparatus performs patterning using the
ステップS16において、製造装置は、読み出しゲート52の電極と、Tr51のゲート電極を多結晶シリコンなどで作成する。すなわち、製造装置は、図12Aに示されるように、ゲート酸化膜62が形成された上に、Poly-Si63を成膜する。その後、製造装置は、図12Bに示されるように、フォトレジスト101を用いてパターニングしてエッチングで加工する。これにより、読み出しゲート52の電極と、Tr51のゲート電極とが作成される。
In step S <b> 16, the manufacturing apparatus creates the electrode of the read
ステップS17において、製造装置は、N型SD注入を行い、FD43とTr51とを形成する。すなわち、製造装置は、図13Aに示されるように、フォトレジスト101を用いてパターニングして、N型SD注入し、FD43を形成する。また、製造装置は、図13Bに示されるように、フォトレジスト101を用いてパターニングして、N型SD注入を行い、Tr51a、Tr51b、Tr51cを形成する。
In step S17, the manufacturing apparatus performs N-type SD injection to form FD43 and Tr51. That is, as shown in FIG. 13A, the manufacturing apparatus performs patterning using a
なお、FD43は、同時に作成されるのが一般的な手法である。
The
ステップS18において、製造装置は、図14Aに示されるように、PD42の表面のP+の注入を行い、P型拡散層53aを作成する。
In step S18, as shown in FIG. 14A, the manufacturing apparatus implants P + on the surface of the
図9のステップS19において、製造装置は、配線112を作成する。さらに、製造装置は、ステップS20において、作成した配線112(Tr51や配線層上部)を、図14Bに示されるように、絶縁膜111で覆い、表面を平坦化する。
In step S <b> 19 of FIG. 9, the manufacturing apparatus creates the
ステップS21において、製造装置は、図14Cに示されるように、配線112が作成されたSi基板41を逆さまにして支持基板151と貼り合わせる。ステップS22において、製造装置は、Si基板41を研磨して薄くする。
In step S <b> 21, as shown in FIG. 14C, the manufacturing apparatus puts the
ステップS23において、製造装置は、図15Aに示されるように、裏面から、Tr51の下のSi基板41(P型素子分離44の一部)を、フォトレジスト101を用いたエッチングで除去する。
In step S23, as shown in FIG. 15A, the manufacturing apparatus removes the Si substrate 41 (a part of the P-type element isolation 44) under the
ステップS24において、製造装置は、図15Bに示されるように、ステップS23で除去した場所とSi基板41の表面(図中、上方)に、高密度プラズマCVDなどの成膜技術により埋め込み絶縁膜45を埋める。
In step S24, as shown in FIG. 15B, the manufacturing apparatus buryes the insulating
ステップS25において、製造装置は、図15Cに示されるように、Si基板41の表面の埋め込み絶縁膜45の上に、カラーフィルタ161およびオンチップレンズ162を作成する。さらに、パッド開口なども行われる。
In step S25, the manufacturing apparatus creates a
以上の製造処理により、裏面照射型の固体撮像装置(例えば、CMOSイメージセンサ)が生成される。すなわち、本技術の固体撮像装置は、上述したように、一般的な半導体プロセスと相違がなく、安価な半導体基板を使うことができるので、低価格で実現できる。 Through the above manufacturing process, a back-illuminated solid-state imaging device (for example, a CMOS image sensor) is generated. That is, as described above, the solid-state imaging device of the present technology is not different from a general semiconductor process, and an inexpensive semiconductor substrate can be used, so that it can be realized at a low price.
<変形例>
図16は、本技術の画素の他の構成を示す平面図である。
<Modification>
FIG. 16 is a plan view illustrating another configuration of the pixel of the present technology.
図16の例の画素201は、Si基板41、PD42、FD43、Tr51(リセットTr51a、増幅Tr51b、セレクトTr51c)を含むように構成されている点は、図2の画素2と同様に構成されている。図16の例の画素201は、埋め込み絶縁膜45が、埋め込み絶縁膜211に変更された点が、図2の画素2と異なっている。
The
すなわち、図16の例において、Tr15とPD42間やPDおよびPD間の素子分離となる埋め込み絶縁膜211は、Si基板41における単位画素周囲に埋め込まれている。そして、その単位画素周囲の2辺に渡って、Tr51が配置されている。
That is, in the example of FIG. 16, the buried insulating
以上のように、埋め込み絶縁膜を単位画素周囲に埋め込むようにしたので、Trを、その単位画素周辺の2辺に渡って配置することが可能となる。これにより、PDの面積を減らすことなく、Tr(特に、増幅Tr)のゲート長を長くすることができる。 As described above, since the buried insulating film is buried around the unit pixel, the Tr can be arranged over two sides around the unit pixel. Thereby, the gate length of the Tr (particularly the amplified Tr) can be increased without reducing the area of the PD.
図17は、本技術のPD共有型のCISの構成例を示す平面図である。図17の例においては、4画素で1つのTr.セットを共有している構成が示されている。 FIG. 17 is a plan view illustrating a configuration example of a PD shared CIS according to the present technology. In the example of FIG. 17, a configuration in which one Tr. Set is shared by four pixels is shown.
図17の画素251は、Si基板41、埋め込み絶縁膜211、PD261−1乃至PD261−4、TG(転送ゲート)262−1乃至262−4、FD263、およびTr51(リセットTr51a、増幅Tr51b、セレクトTr51c)を含むように構成されている。
17 includes a
図17の例の場合、埋め込み絶縁膜211は、Si基板41における共有画素周囲に埋め込まれている。そして、その共有画素周囲の2辺に渡って、Tr51が配置されている。
In the example of FIG. 17, the buried insulating
以上のように、PD共有型のCISの場合、埋め込み絶縁膜を共有画素周囲に埋め込むようにしたので、Trを、その共有画素周辺の2辺に渡って配置することが可能となる。これにより、PDの面積を減らすことなく、Tr(特に、増幅Tr)のゲート長を長くすることができる。 As described above, in the PD shared type CIS, since the buried insulating film is buried around the shared pixel, the Tr can be arranged over two sides around the shared pixel. Thereby, the gate length of the Tr (particularly the amplified Tr) can be increased without reducing the area of the PD.
図18は、本技術のPD共有型のCISの他の構成例を示す平面図である。図18の例においては、4画素で1つのTr.セットを共有している構成が示されている。 FIG. 18 is a plan view illustrating another configuration example of the PD sharing type CIS according to the present technology. In the example of FIG. 18, a configuration in which one Tr. Set is shared by four pixels is shown.
図18の画素301は、Si基板41、PD261−1乃至PD261−4、TG(転送ゲート)262−1乃至262−4、FD263、およびTr51(リセットTr51a、増幅Tr51b、セレクトTr51c)を含むように構成されている点が、図17の画素211と共通している。
The
図18の画素301は、埋め込み絶縁膜211の代わりに、埋め込み絶縁膜311が備えられている点が、図17の画素211と異なっている。すなわち、図18の例において、埋め込み絶縁膜311は、Si基板41における1つ1つのPD261−1乃至261−4の周囲に埋め込まれている。
A
以上のように、PD共有型のCISにおいて、埋め込み絶縁膜を各画素周囲に埋め込むようにしたので、Trを、その共有画素周辺の1辺に渡って配置することが可能となる。これにより、PDの面積を減らすことなく、Tr(特に、増幅Tr)をまっすぐに配置することができる。 As described above, in the PD shared CIS, the buried insulating film is buried around each pixel, so that the Tr can be arranged over one side around the shared pixel. Thereby, Tr (especially amplification Tr) can be arrange | positioned straight, without reducing the area of PD.
以上より、本技術によれば、PD占有率を高くすることができるので、1つのPDに溜められる電荷である飽和電荷量を大きくすることができる。また、光照射側(裏面側)から見て、Si深い部分のPD領域が広がるので、長波長側(〜赤色)の感度が上がる。 As described above, according to the present technology, since the PD occupation ratio can be increased, it is possible to increase the amount of saturation charge that is the charge accumulated in one PD. Moreover, since the PD region in the Si deep portion is widened when viewed from the light irradiation side (back side), the sensitivity on the long wavelength side (up to red) is increased.
また、本技術においては、増幅TrがPD上部にあるので、増幅Trのサイズを小さくする必要がない。特に、図16や図17の例の場合、さらに、ゲート長を長くすることができるので、増幅Trに起因するノイズを低減することができる。 Further, in the present technology, since the amplified Tr is above the PD, it is not necessary to reduce the size of the amplified Tr. In particular, in the case of the example of FIGS. 16 and 17, the gate length can be further increased, so that noise caused by the amplified Tr can be reduced.
さらに、本技術においては、埋め込み絶縁膜と増幅Trのゲート側壁化にP型不純物を導入することにより、高価な基板を用いることなく、一般的な半導体プロセスが使えるので、安価に、Fin型TrとSi基板とを電気的に分離することができる。 Furthermore, in this technology, by introducing P-type impurities into the gate sidewall of the buried insulating film and the amplifying Tr, a general semiconductor process can be used without using an expensive substrate. And the Si substrate can be electrically separated.
なお、以上においては、本技術を、CMOS固体撮像装置に適用した構成について説明してきたが、CCD(Charge Coupled Device)固体撮像装置といった固体撮像装置に適用するようにしてもよい。 In the above, the configuration in which the present technology is applied to the CMOS solid-state imaging device has been described. However, the present technology may be applied to a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) solid-state imaging device.
なお、本技術は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機等の撮像機能を有する電子機器のことをいう。なお、電子機器に搭載されるモジュール状の形態、すなわちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。 In addition, this technique is not restricted to application to a solid-state imaging device, It can apply also to an imaging device. Here, the imaging apparatus refers to a camera system such as a digital still camera or a digital video camera, or an electronic apparatus having an imaging function such as a mobile phone. In some cases, a module-like form mounted on an electronic device, that is, a camera module is used as an imaging device.
<電子機器の構成例>
ここで、図19を参照して、本技術の第2の実施の形態の電子機器の構成例について説明する。
<Configuration example of electronic equipment>
Here, with reference to FIG. 19, the structural example of the electronic device of the 2nd Embodiment of this technique is demonstrated.
図19に示される電子機器500は、固体撮像装置(素子チップ)501、光学レンズ502、シャッタ装置503、駆動回路504、および信号処理回路505を備えている。固体撮像装置501としては、上述した本技術の固体撮像装置が設けられる。これにより、感度やS/Nなどが改善された、性能のよい電子機器500を提供することができる。
An
光学レンズ502は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置501の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置501内に一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置503は、固体撮像装置501に対する光照射期間および遮光期間を制御する。
The
駆動回路504は、固体撮像装置501の信号転送動作およびシャッタ装置503のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路504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501は信号転送を行う。信号処理回路505は、固体撮像装置501から出力された信号に対して各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力される。
The
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。 In the present specification, the steps describing the series of processes described above are not limited to the processes performed in time series according to the described order, but are not necessarily performed in time series, either in parallel or individually. The process to be executed is also included.
また、本開示における実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 The embodiments in the present disclosure are not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present disclosure.
また、上述のフローチャートで説明した各ステップは、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。 In addition, each step described in the above flowchart can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.
さらに、1つのステップに複数の処理が含まれる場合には、その1つのステップに含まれる複数の処理は、1つの装置で実行する他、複数の装置で分担して実行することができる。 Further, when a plurality of processes are included in one step, the plurality of processes included in the one step can be executed by being shared by a plurality of apparatuses in addition to being executed by one apparatus.
また、以上において、1つの装置(または処理部)として説明した構成を分割し、複数の装置(または処理部)として構成するようにしてもよい。逆に、以上において複数の装置(または処理部)として説明した構成をまとめて1つの装置(または処理部)として構成されるようにしてもよい。また、各装置(または各処理部)の構成に上述した以外の構成を付加するようにしてももちろんよい。さらに、システム全体としての構成や動作が実質的に同じであれば、ある装置(または処理部)の構成の一部を他の装置(または他の処理部)の構成に含めるようにしてもよい。つまり、本技術は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。 In addition, in the above description, the configuration described as one device (or processing unit) may be divided and configured as a plurality of devices (or processing units). Conversely, the configurations described above as a plurality of devices (or processing units) may be combined into a single device (or processing unit). Of course, a configuration other than that described above may be added to the configuration of each device (or each processing unit). Furthermore, if the configuration and operation of the entire system are substantially the same, a part of the configuration of a certain device (or processing unit) may be included in the configuration of another device (or other processing unit). . That is, the present technology is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present technology.
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有するのであれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例また修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present disclosure have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the disclosure is not limited to such examples. It is obvious that various changes and modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims if the person has ordinary knowledge in the technical field to which the present disclosure belongs, Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present disclosure.
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1) Si基板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表面より上部に配置される画素トランジスタと
を備える固体撮像装置。
(2) 前記フォトダイオードは、前記画素トランジスタのゲート側壁下まで形成されている
前記(1)に記載の固体撮像装置。
(3) 前記画素トランジスタのゲート側壁下に形成されるP型領域と、
前記画素トランジスタのチャネル直下に埋め込まれた絶縁膜と
をさらに備える前記(2)に記載の固体撮像装置。
(4) 前記絶縁膜は、前記Si基板の表面から所定長離れたところに埋め込まれている
前記(3)に記載の固体撮像装置。
(5) 前記所定長は、0乃至100nmである
前記(4)に記載の固体撮像装置。
(6) 前記P型領域は、ゲート側壁と同程度の幅であり、
前記絶縁膜は、前記画素トランジスタのチャネル幅と同程度の幅に形成されている
前記(3)に記載の固体撮像装置。
(7) 前記画素トランジスタのチャネル直下に埋め込まれた絶縁膜と、
前記画素トランジスタの表面に形成されたゲート酸化膜と
をさらに備える前記(2)に記載の固体撮像装置。
(8) 前記絶縁膜は、前記ゲート酸化膜と接するように埋め込まれている
前記(7)に記載の固体撮像装置。
(9) 前記絶縁膜の内部には、金属膜が埋め込まれている
前記(3)または(7)に記載の固体撮像装置。
(10) 前記絶縁膜の内部には、高誘電率絶縁膜を埋め込まれている
前記(3)または(7)に記載の固体撮像装置。
(11) 前記画素トランジスタは、Fin型トランジスタで作成されている
前記(1)乃至(9)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(12)前記固体撮像装置は、裏面照射型である
前記(1)乃至(10)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(13) 製造装置が、
Si基板においてフォトダイオードの表面より上部に画素トランジスタを形成し、
前記フォトダイオードを、前記画素トランジスタのゲート側壁下まで形成する
製造方法。
(14) Si基板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表面より上部に配置される画素トランジスタと
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。
In addition, this technique can also take the following structures.
(1) a photodiode formed on a Si substrate;
A solid-state imaging device comprising: a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode.
(2) The solid-state imaging device according to (1), wherein the photodiode is formed to a position below a gate side wall of the pixel transistor.
(3) a P-type region formed under the gate sidewall of the pixel transistor;
The solid-state imaging device according to (2), further including: an insulating film embedded immediately below the channel of the pixel transistor.
(4) The solid-state imaging device according to (3), wherein the insulating film is embedded at a predetermined distance from the surface of the Si substrate.
(5) The solid-state imaging device according to (4), wherein the predetermined length is 0 to 100 nm.
(6) The P-type region is as wide as the gate sidewall,
The solid-state imaging device according to (3), wherein the insulating film is formed to have a width approximately equal to a channel width of the pixel transistor.
(7) an insulating film buried immediately below the channel of the pixel transistor;
The solid-state imaging device according to (2), further including a gate oxide film formed on a surface of the pixel transistor.
(8) The solid-state imaging device according to (7), wherein the insulating film is embedded in contact with the gate oxide film.
(9) The solid-state imaging device according to (3) or (7), wherein a metal film is embedded in the insulating film.
(10) The solid-state imaging device according to (3) or (7), wherein a high dielectric constant insulating film is embedded in the insulating film.
(11) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (9), wherein the pixel transistor is made of a Fin-type transistor.
(12) The solid-state imaging device according to any one of (1) to (10), wherein the solid-state imaging device is a backside illumination type.
(13) The manufacturing equipment is
A pixel transistor is formed above the surface of the photodiode on the Si substrate,
A manufacturing method in which the photodiode is formed up to a gate side wall of the pixel transistor.
(14) a photodiode formed on a Si substrate;
A solid-state imaging device comprising: a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode;
A signal processing circuit for processing an output signal output from the solid-state imaging device;
And an optical system that makes incident light incident on the solid-state imaging device.
1 固体撮像装置, 2 画素, 41 Si基板, 42 フォトダイオード(PD),43 フローティングディフュージョン(FD), 44 P型素子分離, 51 Tr, 51a リセットTr, 51b 増幅Tr, 51c セレクトTr, 52 読み出しゲート, 53 P型拡散層, 61 チャネル, 62 ゲート酸化膜, 63 Poly-Si, 81 埋め込み絶縁膜, 82 金属, 91 埋め込み絶縁膜, 92 高誘電率絶縁膜, 101 フォトレジスト, 111 絶縁膜, 112 配線, 151 支持基板, 161 カラーフィルタ, 162 オンチップレンズ, 201 画素, 211 絶縁膜, 251 画素, 261−1乃至261−4 フォトダイオード(PD),262−1乃至262−4 TG(転送ゲート), 301 画素, 311 絶縁膜, 500 電子機器, 501 固体撮像装置, 502 光学レンズ, 503 シャッタ装置, 504 駆動回路, 505 信号処理回路
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記フォトダイオードの表面より上部に配置される画素トランジスタと
を備える固体撮像装置。 A photodiode formed on a Si substrate;
A solid-state imaging device comprising: a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photodiode is formed up to a lower side wall of the pixel transistor.
前記画素トランジスタのチャネル直下に埋め込まれた絶縁膜と
をさらに備える請求項2に記載の固体撮像装置。 A P-type region formed under the gate sidewall of the pixel transistor;
The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising: an insulating film embedded immediately below the channel of the pixel transistor.
請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the insulating film is embedded at a predetermined distance from the surface of the Si substrate.
請求項4に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the predetermined length is 0 to 100 nm.
前記絶縁膜は、前記画素トランジスタのチャネル幅と同程度の幅に形成されている
請求項3に記載の固体撮像装置。 The P-type region is as wide as the gate sidewall,
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the insulating film is formed to have a width approximately equal to a channel width of the pixel transistor.
前記画素トランジスタの表面に形成されたゲート酸化膜と
をさらに備える請求項2の記載の固体撮像装置。 An insulating film buried immediately below the channel of the pixel transistor;
The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising: a gate oxide film formed on a surface of the pixel transistor.
請求項7に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the insulating film is embedded in contact with the gate oxide film.
請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a metal film is embedded in the insulating film.
請求項3に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a high dielectric constant insulating film is embedded in the insulating film.
請求項2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the pixel transistor is made of a Fin-type transistor.
請求項2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the solid-state imaging device is a backside illumination type.
前記フォトダイオードを、前記Si基板に形成する
製造方法。 A pixel transistor is formed above the surface of the photodiode on the Si substrate,
A manufacturing method for forming the photodiode on the Si substrate.
前記フォトダイオードの表面より上部に配置される画素トランジスタと
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
入射光を前記固体撮像装置に入射する光学系と
を有する電子機器。 A photodiode formed on a Si substrate;
A solid-state imaging device comprising: a pixel transistor disposed above the surface of the photodiode;
A signal processing circuit for processing an output signal output from the solid-state imaging device;
And an optical system that makes incident light incident on the solid-state imaging device.
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