JP2016082067A - Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device and method of manufacturing solid-state imaging device Download PDF

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健太郎 江田
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良治 蓮見
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健二 本多
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device which suppresses occurrence of color mixture, and a method of manufacturing the solid-state imaging device.SOLUTION: A pixel array 23 of the solid-state imaging device includes a semiconductor layer 4 in which photoelectric conversion elements 40 are arranged in a two-dimensional array, a light shielding member 8, and an insulating member 6. The light shielding member 8 is provided in the semiconductor layer 4 so as to surround a side peripheral surface on a light receiving surface 43 side of each of the photoelectric conversion elements 40. The insulating member 6 is provided in the semiconductor layer 4 so as to surround a side peripheral surface opposite to the light receiving surface 43 side of each of the photoelectric conversion elements 40.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。   Embodiments described herein relate generally to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device.

従来、固体撮像装置は、入射光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換する複数の光電変換素子と、光電変換素子に対応して設けられた複数のカラーフィルタとを備える。かかる固体撮像装置は、近年、多画素化および小型化が進み、画素ピッチが微細化される傾向にある。   2. Description of the Related Art Conventionally, a solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements that photoelectrically convert incident light into an amount of charge corresponding to the amount of received light, and a plurality of color filters provided corresponding to the photoelectric conversion elements. In recent years, such a solid-state imaging device has been increased in the number of pixels and reduced in size, and the pixel pitch tends to be reduced.

このため、固体撮像装置は、画素ピッチが微細化されることで、隣接する画素の間で混色が生じることがある。かかる混色には、光学的混色と電気的混色とがある。光学的混色は、カラーフィルタを通過した光がそのカラーフィルタに対応した光電変換素子ではなく隣接した光電変換素子へ入射することで起こる。電気的混色は、光電変換素子で光電変換された電荷が隣接する光電変換素子へ移動することで起こる。これらの混色は、撮像画像の画質に対して悪影響を及ぼす。   For this reason, in the solid-state imaging device, color mixture may occur between adjacent pixels due to the fine pixel pitch. Such color mixing includes optical color mixing and electrical color mixing. Optical color mixing occurs when light that has passed through a color filter enters an adjacent photoelectric conversion element instead of a photoelectric conversion element corresponding to the color filter. Electrical color mixing occurs when the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion element moves to the adjacent photoelectric conversion element. These mixed colors adversely affect the image quality of the captured image.

特開2012−169530号公報JP 2012-169530 A

本発明の一つの実施形態は、混色の発生を抑制することができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device that can suppress the occurrence of color mixing.

本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、半導体層と、遮光部材と、絶縁部材とを備える。遮光部材は、各光電変換素子における受光面側の側周面を囲むように半導体層に設けられる。絶縁部材は、各光電変換素子における受光面側とは逆側の側周面を囲むように半導体層に設けられる。   According to one embodiment of the present invention, a solid-state imaging device is provided. The solid-state imaging device includes a semiconductor layer, a light shielding member, and an insulating member. The light shielding member is provided in the semiconductor layer so as to surround the side peripheral surface on the light receiving surface side of each photoelectric conversion element. The insulating member is provided in the semiconductor layer so as to surround the side peripheral surface opposite to the light receiving surface side in each photoelectric conversion element.

図1は、実施形態に係る固体撮像装置を備えるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera including the solid-state imaging device according to the embodiment. 図2は、実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment. 図3は、実施形態に係る画素アレイの受光面の一部を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a part of the light receiving surface of the pixel array according to the embodiment. 図4は、実施形態に係る画素アレイの図3に示すA−A´線による断面を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a cross section taken along line AA ′ illustrated in FIG. 3 of the pixel array according to the embodiment. 図5は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面模式図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment. 図6は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面模式図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment. 図7は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面模式図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment. 図8は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面模式図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment. 図9は、実施形態の変形例に係る画素アレイの断面を模式的に示す説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram schematically illustrating a cross section of a pixel array according to a modification of the embodiment.

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。   Exemplary embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.

図1は、実施形態に係る固体撮像装置14を備えるデジタルカメラ1の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、デジタルカメラ1は、カメラモジュール11と後段処理部12とを備える。   FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera 1 including a solid-state imaging device 14 according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the digital camera 1 includes a camera module 11 and a post-processing unit 12.

カメラモジュール11は、撮像光学系13と固体撮像装置14とを備える。撮像光学系13は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置14は、撮像光学系13によって結像される被写体像を撮像し、撮像によって得られた画像信号を後段処理部12へ出力する。かかるカメラモジュール11は、デジタルカメラ1以外に、例えば、カメラ付き携帯端末などの電子機器に適用される。   The camera module 11 includes an imaging optical system 13 and a solid-state imaging device 14. The imaging optical system 13 takes in light from a subject and forms a subject image. The solid-state imaging device 14 captures a subject image formed by the imaging optical system 13 and outputs an image signal obtained by the imaging to the post-processing unit 12. In addition to the digital camera 1, the camera module 11 is applied to an electronic device such as a mobile terminal with a camera.

後段処理部12は、ISP(Image Signal Processor)15、記憶部16および表示部17を備える。ISP15は、固体撮像装置14から入力される画像信号の信号処理を行う。かかるISP15は、例えば、ノイズ除去処理、欠陥画素補正処理、解像度変換処理などの高画質化処理を行う。   The post-processing unit 12 includes an ISP (Image Signal Processor) 15, a storage unit 16, and a display unit 17. The ISP 15 performs signal processing of the image signal input from the solid-state imaging device 14. The ISP 15 performs high image quality processing such as noise removal processing, defective pixel correction processing, and resolution conversion processing.

そして、ISP15は、信号処理後の画像信号を記憶部16、表示部17およびカメラモジュール11内の固体撮像装置14が備える後述の信号処理回路21(図2参照)へ出力する。ISP15からカメラモジュール11へフィードバックされる画像信号は、固体撮像装置14の調整や制御に用いられる。   Then, the ISP 15 outputs the image signal after the signal processing to the signal processing circuit 21 (see FIG. 2) described later provided in the storage unit 16, the display unit 17, and the solid-state imaging device 14 in the camera module 11. An image signal fed back from the ISP 15 to the camera module 11 is used for adjustment and control of the solid-state imaging device 14.

記憶部16は、ISP15から入力される画像信号を画像として記憶する。また、記憶部16は、記憶した画像の画像信号をユーザの操作などに応じて表示部17へ出力する。表示部17は、ISP15あるいは記憶部16から入力される画像信号に応じて画像を表示する。かかる表示部17は、例えば、液晶ディスプレイなどである。   The storage unit 16 stores the image signal input from the ISP 15 as an image. In addition, the storage unit 16 outputs an image signal of the stored image to the display unit 17 according to a user operation or the like. The display unit 17 displays an image according to an image signal input from the ISP 15 or the storage unit 16. The display unit 17 is, for example, a liquid crystal display.

次に、図2を参照しながらカメラモジュール1が備える固体撮像装置14について説明する。図2は、実施形態に係る固体撮像装置14の概略構成を示すブロック図である。図2に示すように、固体撮像装置14は、イメージセンサ20と、信号処理回路21とを備える。   Next, the solid-state imaging device 14 included in the camera module 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the solid-state imaging device 14 according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 14 includes an image sensor 20 and a signal processing circuit 21.

ここでは、イメージセンサ20が、入射光を光電変換する光電変換素子における入射光が入射する面とは逆の面側に配線層が形成される所謂裏面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサである場合について説明する。なお、実施形態に係るイメージセンサ20は、裏面照射型CMOSイメージセンサに限定するものではなく、表面照射型CMOSイメージセンサや、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサ等といった任意のイメージセンサであってもよい。   Here, the image sensor 20 is a so-called backside-illuminated CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor in which a wiring layer is formed on the surface opposite to the surface on which incident light enters in a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident light. The case where it is is demonstrated. Note that the image sensor 20 according to the embodiment is not limited to the back-illuminated CMOS image sensor, and may be any image sensor such as a front-illuminated CMOS image sensor or a CCD (Charge Coupled Device) image sensor. Good.

イメージセンサ20は、周辺回路22と、画素アレイ23とを備える。また、周辺回路22は、垂直シフトレジスタ24、タイミング制御部25、CDS(相関二重サンプリング)26、ADC(アナログデジタル変換部)27、およびラインメモリ28を備え、これらは主にアナログ回路で構成される。   The image sensor 20 includes a peripheral circuit 22 and a pixel array 23. The peripheral circuit 22 includes a vertical shift register 24, a timing control unit 25, a CDS (correlated double sampling) 26, an ADC (analog / digital conversion unit) 27, and a line memory 28, and these are mainly configured by analog circuits. Is done.

画素アレイ23は、イメージセンサ20の撮像領域に設けられる。かかる画素アレイ23には、撮像画像の各画素に対応する複数の光電変換素子が、水平方向(行方向)および垂直方向(列方向)へ2次元アレイ状(マトリックス状)に配置されている。そして、画素アレイ23は、各画素に対応する各光電変換素子が入射光量に応じた信号電荷(例えば、電子)を発生させて蓄積する。
そして、画素アレイ23は、各画素に対応する複数の光電変換素子によって光電変換された電荷の量に応じた電圧の信号を、各画素の色情報として取得する。
The pixel array 23 is provided in the imaging region of the image sensor 20. In the pixel array 23, a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each pixel of the captured image are arranged in a two-dimensional array (matrix) in the horizontal direction (row direction) and the vertical direction (column direction). In the pixel array 23, each photoelectric conversion element corresponding to each pixel generates and accumulates signal charges (for example, electrons) corresponding to the amount of incident light.
Then, the pixel array 23 acquires a voltage signal corresponding to the amount of charge photoelectrically converted by a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each pixel as color information of each pixel.

タイミング制御部25は、垂直シフトレジスタ24、CDS26、ADC27およびラインメモリ28に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。垂直シフトレジスタ24は、アレイ(行列)状に2次元配列された複数の光電変換素子の中から信号電荷を読み出す光電変換素子を行単位で順次選択するための選択信号を画素アレイ23へ出力する処理部である。   The timing control unit 25 is a processing unit that outputs a pulse signal serving as a reference for operation timing to the vertical shift register 24, the CDS 26, the ADC 27, and the line memory 28. The vertical shift register 24 outputs to the pixel array 23 a selection signal for sequentially selecting photoelectric conversion elements for reading out signal charges from a plurality of photoelectric conversion elements two-dimensionally arranged in an array (matrix). It is a processing unit.

画素アレイ23は、垂直シフトレジスタ24から入力される選択信号によって行単位で選択される各光電変換素子に蓄積された信号電荷を、各画素の輝度を示す画素信号として光電変換素子からCDS26へ出力する。   The pixel array 23 outputs the signal charge accumulated in each photoelectric conversion element selected in units of rows by the selection signal input from the vertical shift register 24 from the photoelectric conversion element to the CDS 26 as a pixel signal indicating the luminance of each pixel. To do.

CDS26は、画素アレイ23から入力される画素信号から、相関二重サンプリングによってノイズを除去してADC27へ出力する処理部である。ADC27は、CDS26から入力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号へ変換してラインメモリ28へ出力する処理部である。ラインメモリ28は、ADC27から入力される画素信号を一時的に保持し、画素アレイ23における光電変換素子の行毎に信号処理回路21へ出力する処理部である。   The CDS 26 is a processing unit that removes noise from the pixel signal input from the pixel array 23 by correlated double sampling and outputs the noise to the ADC 27. The ADC 27 is a processing unit that converts an analog pixel signal input from the CDS 26 into a digital pixel signal and outputs the digital pixel signal to the line memory 28. The line memory 28 is a processing unit that temporarily holds the pixel signal input from the ADC 27 and outputs the pixel signal to the signal processing circuit 21 for each row of photoelectric conversion elements in the pixel array 23.

信号処理回路21は、ラインメモリ28から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行って後段処理部12へ出力する処理部であり、主にデジタル回路で構成される。信号処理回路21は、画素信号に対して、例えば、レンズシェーディング補正、傷補正、ノイズ低減処理などの信号処理を行う。   The signal processing circuit 21 is a processing unit that performs predetermined signal processing on the pixel signal input from the line memory 28 and outputs the processed signal to the subsequent processing unit 12, and is mainly configured by a digital circuit. The signal processing circuit 21 performs signal processing such as lens shading correction, flaw correction, and noise reduction processing on the pixel signal.

このように、イメージセンサ20では、画素アレイ23に配置される複数の光電変換素子が入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して蓄積し、周辺回路22が各光電変換素子に蓄積された信号電荷を画素信号として読み出すことによって撮像を行う。   As described above, in the image sensor 20, a plurality of photoelectric conversion elements arranged in the pixel array 23 photoelectrically convert incident light into signal charges of an amount corresponding to the amount of received light, and the peripheral circuit 22 stores each photoelectric conversion element. Imaging is performed by reading the signal charges accumulated in the pixel signal as pixel signals.

かかるイメージセンサ20では、隣接する光電変換素子の間を狭くすることで、画素アレイ23における光電変換素子の設置数の増加や光電変換素子の占有面積の縮小化を可能にしている。ただし、隣接する光電変換素子の間が狭くなると、隣接する光電変換素子間での光学的混色および電気的混色が懸念される。   In such an image sensor 20, by narrowing the space between adjacent photoelectric conversion elements, it is possible to increase the number of installed photoelectric conversion elements in the pixel array 23 and reduce the occupation area of the photoelectric conversion elements. However, when the space between adjacent photoelectric conversion elements becomes narrow, there is a concern about optical color mixing and electrical color mixing between adjacent photoelectric conversion elements.

これらの混色を防止する方策として、各光電変換素子の間にSTI(Shallow Trench Isolation)やDTI(Deep Trench Isolation)を設ける手法がある。STIは、半導体層における光電変換素子の周りに浅い溝を掘って当該溝の結晶欠陥を回復させるアニール処理を行った後、溝の内周面に絶縁膜を形成し、そこに金属などの遮光部材を埋め込んで、半導体層の表層部で各光電変換素子間を光学的および電気的に素子分離する。   As a measure for preventing such color mixture, there is a method of providing STI (Shallow Trench Isolation) or DTI (Deep Trench Isolation) between the photoelectric conversion elements. In STI, a shallow groove is dug around a photoelectric conversion element in a semiconductor layer and an annealing process is performed to recover crystal defects in the groove, and then an insulating film is formed on the inner peripheral surface of the groove, and light shielding of metal or the like is performed there. The member is embedded, and the photoelectric conversion elements are optically and electrically separated at the surface layer portion of the semiconductor layer.

STI用の溝は、裏面照射(BSI:Backside Illumination)構造の場合、半導体層の表面に配線層を形成した後、配線層が形成された表面とは逆側の裏面の半導体層に対して形成される。そのため、BSI構造の場合では、溝の結晶欠陥を回復させるアニール処理の熱によって配線層が悪影響を受けるので、アニール処理に長い時間を要するような深い溝を形成することができない。   In the case of a backside illumination (BSI) structure, the STI trench is formed on the backside semiconductor layer opposite to the surface on which the wiring layer is formed after the wiring layer is formed on the surface of the semiconductor layer. Is done. Therefore, in the case of the BSI structure, since the wiring layer is adversely affected by the heat of the annealing process that recovers the crystal defects in the groove, it is not possible to form a deep groove that requires a long time for the annealing process.

一方、DTIは、配線層を形成する前の半導体層に深い溝を掘って当該溝の結晶欠陥を回復させるアニール処理を行った後、溝の内部に酸化シリコンなどの絶縁部材を埋め込んで、半導体層の表層部および中下層部で各光電変換素子間を電気的に素子分離する。   On the other hand, the DTI performs an annealing process for digging a deep groove in the semiconductor layer before forming the wiring layer and recovering crystal defects in the groove, and then burying an insulating member such as silicon oxide in the groove, The photoelectric conversion elements are electrically separated from each other at the surface layer portion and middle lower layer portion of the layer.

しかし、DTIは、溝の内部に埋め込まれた絶縁部材が透光性を有するため、半導体層の受光面に対して斜めから入射した光を遮断することができない。すなわち、DTIは、半導体層の表層部で各光電変換素子間を光学的に素子分離することができない。   However, DTI cannot block light incident obliquely on the light receiving surface of the semiconductor layer because the insulating member embedded in the groove has translucency. That is, the DTI cannot optically separate the photoelectric conversion elements between the surface layers of the semiconductor layer.

また、DTIでは、深い溝の内周面に絶縁膜を形成し、そこに金属などの遮光部材を埋め込んで、半導体層の表層部および中下層部で各光電変換素子間を光学的および電気的に素子分離することが考えられる。しかし、かかるDTIは、製造工程の中で実施される熱処理によって埋め込まれた金属が熱拡散して光電変換素子の特性に悪影響を与えるので、製品としての使用は現実的でない。   In addition, in DTI, an insulating film is formed on the inner peripheral surface of a deep groove, and a light shielding member such as metal is embedded therein, so that each photoelectric conversion element is optically and electrically connected between the surface layer portion and the middle lower layer portion of the semiconductor layer. It is conceivable to separate the elements. However, such DTI is not practical for use as a product because the metal embedded by the heat treatment performed in the manufacturing process is thermally diffused and adversely affects the characteristics of the photoelectric conversion element.

そこで、本実施形態では、画素アレイ23に、半導体層の表層部で各光電変換素子間を光学的に素子分離するとともに、半導体層の中下層部で各光電変換素子間を電気的に素子分離することができる素子分離領域を設けた。   Therefore, in the present embodiment, in the pixel array 23, the photoelectric conversion elements are optically separated at the surface layer portion of the semiconductor layer, and the photoelectric conversion elements are electrically separated at the middle and lower layer portions of the semiconductor layer. An element isolation region that can be used is provided.

ここで、隣接する光電変換素子の間を光学的および電気的に素子分離することを可能とした画素アレイ23の構成の一例について、図3および図4を参照して説明する。図3は、実施形態に係る画素アレイ23の受光面の一部を示す説明図である。また、図4は、実施形態に係る画素アレイ23の図3に示すA−A´線による断面を示す説明図である。   Here, an example of the configuration of the pixel array 23 that enables optical and electrical element separation between adjacent photoelectric conversion elements will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a part of the light receiving surface of the pixel array 23 according to the embodiment. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a cross section taken along line AA ′ illustrated in FIG. 3 of the pixel array 23 according to the embodiment.

なお、図3では、画素アレイ23に設けられた素子分離領域5の平面視による形状を示すため、図4に示すマイクロレンズ31、カラーフィルタ32、平坦化層33の図示を省略している。また、ここでは、便宜上、画素アレイ23の光9が入射する側を上とし、画素アレイ23の光9が入射する側とは逆側を下として説明する。   3 does not show the microlens 31, the color filter 32, and the planarization layer 33 shown in FIG. 4 in order to show the shape of the element isolation region 5 provided in the pixel array 23 in plan view. In addition, here, for convenience, the side on which the light 9 of the pixel array 23 is incident is referred to as the upper side, and the side opposite to the side on which the light 9 is incident on the pixel array 23 is referred to as the lower side.

図3に示すように、画素アレイ23は、行列状に2次元配列される複数の光電変換素子40を備える。そして、画素アレイ23は、隣接する光電変換素子40の間に素子分離領域5を備える。具体的には、画素アレイ23は、各光電変換素子40における受光面43の周りを囲む平面格子状の素子分離領域5を備える。   As shown in FIG. 3, the pixel array 23 includes a plurality of photoelectric conversion elements 40 that are two-dimensionally arranged in a matrix. The pixel array 23 includes an element isolation region 5 between adjacent photoelectric conversion elements 40. Specifically, the pixel array 23 includes a planar grid-like element isolation region 5 surrounding the light receiving surface 43 of each photoelectric conversion element 40.

画素アレイ23の断面は、図4に示すようになっている。具体的には、画素アレイ23は、支持基板37と、支持基板37上に接着層36を介して設けられる多層配線層38と、多層配線層38上に設けられる半導体層4とを備える。さらに、画素アレイ23は、半導体層4上に固定電荷膜70を介して順次積層される平坦化層33、カラーフィルタ32、およびマイクロレンズ31を備える。   The cross section of the pixel array 23 is as shown in FIG. Specifically, the pixel array 23 includes a support substrate 37, a multilayer wiring layer 38 provided on the support substrate 37 via an adhesive layer 36, and a semiconductor layer 4 provided on the multilayer wiring layer 38. Further, the pixel array 23 includes a planarization layer 33, a color filter 32, and a microlens 31 that are sequentially stacked on the semiconductor layer 4 via a fixed charge film 70.

多層配線層38は、層間絶縁膜35の内部に読み出しゲート41や多層配線42などが設けられる層である。接着層36および支持基板37については、画素アレイ23の形成方法の中で述べる。半導体層4は、第1導電型(P型)のSi層34の内部に2次元アレイ状に第2導電型(N型)のSi領域39が複数設けられた層である。画素アレイ23では、P型のSi層34とN型のSi領域39とのPN接合によって形成されるフォトダイオードが、光電変換素子40となる。   The multilayer wiring layer 38 is a layer in which the read gate 41 and the multilayer wiring 42 are provided inside the interlayer insulating film 35. The adhesive layer 36 and the support substrate 37 will be described in the method for forming the pixel array 23. The semiconductor layer 4 is a layer in which a plurality of second conductivity type (N-type) Si regions 39 are provided in a two-dimensional array inside the first conductivity type (P-type) Si layer 34. In the pixel array 23, a photodiode formed by a PN junction between the P-type Si layer 34 and the N-type Si region 39 becomes the photoelectric conversion element 40.

平坦化層33は、平坦化層33の形成後に積層されるカラーフィルタ32の積層面を平坦化するために設けられる透光性を備えた層である。カラーフィルタ32は、赤、緑、青、もしくは白のいずれかの色光を選択的に透過させるフィルタである。マイクロレンズ31は、入射する光9を集光する平凸レンズである。   The flattening layer 33 is a layer having translucency provided to flatten the laminated surface of the color filter 32 laminated after the flattening layer 33 is formed. The color filter 32 is a filter that selectively transmits one of red, green, blue, and white color light. The microlens 31 is a plano-convex lens that collects incident light 9.

また、上述した素子分離領域5は、図4に示すように、P型のSi層34における受光面側の面から当該面とは逆側の面まで形成される。かかる素子分離領域5は、遮光部材8、絶縁部材6、および固定電荷膜70を備える。   Further, as shown in FIG. 4, the element isolation region 5 described above is formed from the surface on the light receiving surface side to the surface opposite to the surface in the P-type Si layer 34. The element isolation region 5 includes a light shielding member 8, an insulating member 6, and a fixed charge film 70.

遮光部材8は、各光電変換素子40の受光面43側の側周面を囲むようにP型のSi層34に設けられる。つまり、遮光部材8は、P型のSi層34における光学的混色が発生し易い表層部に設けられる。遮光部材8の上端面は、P型のSi層34の上面側の端面から所定の長さだけ突出する。また、遮光部材8の下端面は、光電変換素子40の上端面よりも下に位置する。   The light shielding member 8 is provided on the P-type Si layer 34 so as to surround the side peripheral surface of each photoelectric conversion element 40 on the light receiving surface 43 side. That is, the light shielding member 8 is provided in the surface layer portion where the optical color mixture in the P-type Si layer 34 is likely to occur. The upper end surface of the light shielding member 8 protrudes from the end surface on the upper surface side of the P-type Si layer 34 by a predetermined length. Further, the lower end surface of the light shielding member 8 is located below the upper end surface of the photoelectric conversion element 40.

遮光部材8は、例えば、W(タングステン)、Ti(チタン)、Ta(タンタル)、Al(アルミニウム)、Cu(銅)、およびHf(ハフニウム)のうちのいずれか1つか、もしくはこれらを少なくとも2つ以上組み合わせた材料からなる。   The light shielding member 8 is, for example, one of W (tungsten), Ti (titanium), Ta (tantalum), Al (aluminum), Cu (copper), and Hf (hafnium), or at least two of these. Made of a combination of two or more materials.

かかる遮光部材8は、カラーフィルタ32を通過した光9がそのカラーフィルタ32に対応した光電変換素子40側から隣接した光電変換素子40へ入射することを防止する。これにより、画素アレイ23は、光学的混色の発生を抑制する。   The light shielding member 8 prevents the light 9 having passed through the color filter 32 from entering the adjacent photoelectric conversion element 40 from the photoelectric conversion element 40 side corresponding to the color filter 32. Thereby, the pixel array 23 suppresses the occurrence of optical color mixing.

絶縁部材6は、各光電変換素子40の受光面43側とは逆側の側周面を囲むようにP型のSi層34に設けられる。つまり、絶縁部材6は、P型のSi層34における光学的混色が発生し難くかつ電気的混色が発生し易い中下層部に設けられる。絶縁部材6の上端面は、固定電荷膜70を介して遮光部材8の下端面に当接する。また、絶縁部材6の下端面は、P型のSi層34の受光面とは逆側の面に設けられた層間絶縁膜35の上端面に当接する。   The insulating member 6 is provided on the P-type Si layer 34 so as to surround the side peripheral surface opposite to the light receiving surface 43 side of each photoelectric conversion element 40. That is, the insulating member 6 is provided in the middle and lower layer portions where optical color mixing in the P-type Si layer 34 hardly occurs and electric color mixing easily occurs. The upper end surface of the insulating member 6 is in contact with the lower end surface of the light shielding member 8 through the fixed charge film 70. The lower end surface of the insulating member 6 is in contact with the upper end surface of the interlayer insulating film 35 provided on the surface opposite to the light receiving surface of the P-type Si layer 34.

絶縁部材6は、例えば、SiO2(酸化シリコン)、SiN(窒化シリコン)、およびSi(シリコン)のうちのいずれか1つか、もしくはこれらを少なくとも2以上組み合わせた材料からなる。   The insulating member 6 is made of, for example, one of SiO 2 (silicon oxide), SiN (silicon nitride), and Si (silicon), or a material obtained by combining at least two of these.

かかる絶縁部材6は、光電変換素子40に蓄積された信号電荷が隣接する光電変換素子40へ漏出することを防止する。これにより、画素アレイ23は、電気的混色の発生を抑制する。   The insulating member 6 prevents the signal charges accumulated in the photoelectric conversion element 40 from leaking to the adjacent photoelectric conversion element 40. Thereby, the pixel array 23 suppresses the occurrence of electrical color mixing.

固定電荷膜70は、遮光部材8の外周面および底面、P型のSi層34の上面に設けられる。この実施形態では、遮光部材8の外周面および底面に設けられた固定電荷膜70が素子分離領域5の構成の一部となる。固定電荷膜70は、例えば、HfO2(酸化ハフニウム)またはTaO(酸化タンタル)のいずれかからなる。かかる固定電荷膜70は、膜中に負電荷を保持しており、P型のSi層34内の正電荷が膜中の負電荷と再結合することで、暗電流の発生を防止する。   The fixed charge film 70 is provided on the outer peripheral surface and the bottom surface of the light shielding member 8 and the upper surface of the P-type Si layer 34. In this embodiment, the fixed charge film 70 provided on the outer peripheral surface and the bottom surface of the light shielding member 8 is a part of the configuration of the element isolation region 5. The fixed charge film 70 is made of, for example, either HfO 2 (hafnium oxide) or TaO (tantalum oxide). The fixed charge film 70 holds a negative charge in the film, and the positive charge in the P-type Si layer 34 is recombined with the negative charge in the film, thereby preventing the occurrence of dark current.

また、画素アレイ23は、活性化されたP型の不純物(ボロン)を含む第1導電型(P型)のSi領域7を備える。具体的には、P型のSi領域7は、P型のSi層34における素子分離領域5の側周面を囲む領域に設けられる。ここで、活性化されたP型の不純物とは、P型のSi領域7において熱によって拡散された状態にあるP型の不純物のことをいう。   Further, the pixel array 23 includes a first conductivity type (P type) Si region 7 containing activated P type impurities (boron). Specifically, the P-type Si region 7 is provided in a region surrounding the side peripheral surface of the element isolation region 5 in the P-type Si layer 34. Here, the activated P-type impurity means a P-type impurity in a state diffused by heat in the P-type Si region 7.

このように、画素アレイ23は、各光電変換素子40の受光面43側の側周面を囲むように遮光部材8が設けられ、各光電変換素子40の受光面43側とは逆側の側周面を囲むように絶縁部材6が設けられる。   As described above, the pixel array 23 is provided with the light shielding member 8 so as to surround the side peripheral surface on the light receiving surface 43 side of each photoelectric conversion element 40, and the side opposite to the light receiving surface 43 side of each photoelectric conversion element 40. An insulating member 6 is provided so as to surround the peripheral surface.

これにより、画素アレイ23は、遮光部材8によってP型のSi層34の表層部で各光電変換素子40間を光学的に素子分離する。したがって、画素アレイ23は、カラーフィルタ32を透過した光9がそのカラーフィルタ32に対応した光電変換素子40側から隣接した光電変換素子40へ入射することを防止することができ、光学的混色の発生を抑制することができる。   As a result, the pixel array 23 optically separates the photoelectric conversion elements 40 between the surface layers of the P-type Si layer 34 by the light shielding member 8. Therefore, the pixel array 23 can prevent the light 9 that has passed through the color filter 32 from entering the adjacent photoelectric conversion element 40 from the photoelectric conversion element 40 side corresponding to the color filter 32, so that optical color mixing can be performed. Occurrence can be suppressed.

また、画素アレイ23は、絶縁部材6によってP型のSi層34の中下層部で各光電変換素子40間を電気的に素子分離する。したがって、画素アレイ23は、光電変換素子40に蓄積された信号電荷が隣接する光電変換素子40へ漏出することを防止することができ、電気的混色の発生を抑制することができる。   Further, the pixel array 23 electrically isolates the photoelectric conversion elements 40 in the middle and lower layers of the P-type Si layer 34 by the insulating member 6. Therefore, the pixel array 23 can prevent the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 40 from leaking to the adjacent photoelectric conversion element 40, and can suppress the occurrence of electrical color mixture.

また、画素アレイ23は、遮光部材8における光9が入射する側の端面が、P型のSi層34における受光面側の端面から突出しているため、遮光部材8がマイクロレンズ31に近くなる。これにより、画素アレイ23は、カラーフィルタ32を透過した光9がそのカラーフィルタ32に対応した光電変換素子40側から隣接した光電変換素子40へ入射することをより確実に防止することができる。   Further, in the pixel array 23, the end surface on the light incident side of the light shielding member 8 protrudes from the end surface on the light receiving surface side of the P-type Si layer 34, so that the light shielding member 8 is close to the microlens 31. Thereby, the pixel array 23 can more reliably prevent the light 9 transmitted through the color filter 32 from entering the adjacent photoelectric conversion element 40 from the photoelectric conversion element 40 side corresponding to the color filter 32.

また、画素アレイ23は、遮光部材8の端面を突出させることで、遮光部材8が平坦化層33に対してアンカーとしての役割を果たすため、P型のSi層34との密着性が向上し、カラーフィルタ32およびマイクロレンズ31の剥離を有効に防止できる。   In addition, since the pixel array 23 projects the end face of the light shielding member 8, the light shielding member 8 serves as an anchor with respect to the planarization layer 33, so that the adhesion with the P-type Si layer 34 is improved. The color filter 32 and the microlens 31 can be effectively prevented from peeling off.

次に、かかる画素アレイ23の形成方法を含む固体撮像装置14の製造方法について、図5〜図8を参照して説明する。なお、固体撮像装置14における画素アレイ23以外の部分の製造方法は、一般的なCMOSイメージセンサと同様である。このため、以下では、固体撮像装置14における画素アレイ23における図4に示す部分の製造工程を選択的に示している。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 14 including the method for forming the pixel array 23 will be described with reference to FIGS. Note that the manufacturing method of the portion other than the pixel array 23 in the solid-state imaging device 14 is the same as that of a general CMOS image sensor. For this reason, below, the manufacturing process of the part shown in FIG. 4 in the pixel array 23 in the solid-state imaging device 14 is selectively shown.

図5〜図8は、実施形態に係る固体撮像装置14の製造工程を示す縦断面模式図である。図5(a)に示すように、画素アレイ23を製造する場合には、Siウェハ等の半導体基板44上にP型のSi層34を形成する。このとき、例えば、半導体基板44上にボロンなどのP型の不純物がドープされたSi層をエピタキシャル成長させることにより、P型のSi層34を形成する。なお、かかるP型のSi層34は、Siウェハの内部へP型の不純物をイオン注入してアニール処理を行うことにより形成してもよい。   5 to 8 are schematic vertical cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solid-state imaging device 14 according to the embodiment. As shown in FIG. 5A, when the pixel array 23 is manufactured, a P-type Si layer 34 is formed on a semiconductor substrate 44 such as a Si wafer. At this time, for example, a P-type Si layer 34 is formed by epitaxially growing a Si layer doped with a P-type impurity such as boron on the semiconductor substrate 44. The P-type Si layer 34 may be formed by ion-implanting P-type impurities into the Si wafer and performing an annealing process.

続いて、P型のSi層34における光電変換素子40の形成位置へ、例えば、リンなどのN型の不純物をイオン注入してアニール処理を行うことによって、P型のSi層34にN型のSi領域39を行列状に2次元配列する。これにより、P型のSi層34には、P型のSi層34とN型のSi領域39とのPN接合によって、フォトダイオードである光電変換素子40が形成される。こうして、P型のSi層34にN型のSi領域39が設けられた半導体層4が形成される。   Subsequently, an N-type impurity such as phosphorus is ion-implanted into the formation position of the photoelectric conversion element 40 in the P-type Si layer 34 to perform an annealing process, so that an N-type impurity is added to the P-type Si layer 34. Si regions 39 are two-dimensionally arranged in a matrix. Thus, a photoelectric conversion element 40 that is a photodiode is formed in the P-type Si layer 34 by a PN junction between the P-type Si layer 34 and the N-type Si region 39. Thus, the semiconductor layer 4 in which the N-type Si region 39 is provided in the P-type Si layer 34 is formed.

次に、図5(b)に示すように、半導体層4の上面に、例えば、レジスト50を塗布し、フォトリソグラフィーによって素子分離領域5の形成位置となる部分(図3および図4参照)のレジスト50を除去し、それ以外のレジスト50を残す。   Next, as shown in FIG. 5B, for example, a resist 50 is applied to the upper surface of the semiconductor layer 4, and a portion (see FIGS. 3 and 4) where the element isolation region 5 is formed by photolithography. The resist 50 is removed, and other resists 50 are left.

かかるレジスト50をマスクとして使用して、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)を行い、図5(c)に示すように、レジスト50に覆われていない部分のP型のSi層34を半導体基板44の上面まで除去して貫通溝10を形成する。具体的には、貫通溝10は、光電変換素子40における受光面43(図3および図4参照)の周りを囲む平面視格子状に形成される。その後、マスクとして使用したレジスト50を除去する。   Using this resist 50 as a mask, for example, RIE (Reactive Ion Etching) is performed, and as shown in FIG. 5C, a portion of the P-type Si layer 34 not covered with the resist 50 is formed on the semiconductor substrate 44. The through-groove 10 is formed by removing up to the upper surface. Specifically, the through groove 10 is formed in a lattice shape in plan view surrounding the light receiving surface 43 (see FIGS. 3 and 4) of the photoelectric conversion element 40. Thereafter, the resist 50 used as a mask is removed.

続いて、図5(d)に示すように、貫通溝10の内周面からP型のSi層34の内部に向けて、例えば、ボロンなどのP型の不純物71(ここでは、B:ボロン)をイオン注入する。P型の不純物71(以下、ボロン71とする)のイオン注入は、例えば、貫通溝10の内周面へのイオンビーム91の照射を貫通溝10の内周面および底面の部分に分けて複数回行う。   Subsequently, as shown in FIG. 5D, for example, a P-type impurity 71 such as boron (here, B: boron) is directed from the inner peripheral surface of the through groove 10 toward the inside of the P-type Si layer 34. ) Is ion-implanted. For example, ion implantation of a P-type impurity 71 (hereinafter referred to as boron 71) is performed by dividing the irradiation of the ion beam 91 onto the inner peripheral surface of the through groove 10 into the inner peripheral surface and the bottom surface of the through groove 10. Do it once.

次に、半導体層4に対してアニール処理を行うことにより、ボロン71を熱拡散させて、図6(a)に示すように、貫通溝10の側周面を囲むP型のSi領域7を形成する。かかるP型のSi領域7は、RIEによるダメージを受けた貫通溝10の外周面を、欠陥のない状態に回復させるために形成されるものである。つまり、貫通溝10の外周面は、RIEによるダメージを受けて結晶欠陥が生じ、ダングリングボンドが発生することがある。P型のSi領域7は、貫通溝10の外周面でダングリングボンドに起因して発生した電子を捕捉するために形成される。   Next, by annealing the semiconductor layer 4, the boron 71 is thermally diffused, and as shown in FIG. 6A, the P-type Si region 7 surrounding the side peripheral surface of the through groove 10 is formed. Form. The P-type Si region 7 is formed in order to restore the outer peripheral surface of the through groove 10 damaged by RIE to a state free from defects. That is, the outer peripheral surface of the through-groove 10 may be damaged by RIE, resulting in crystal defects and dangling bonds. The P-type Si region 7 is formed to capture electrons generated due to dangling bonds on the outer peripheral surface of the through groove 10.

また、かかるP型のSi領域7は、貫通溝10の外周面の結晶欠陥を回復する役割だけでなく、各光電変換素子40の間を素子分離する役割も有する。具体的には、P型のSi層34に比べてP型の不純物濃度が高いP型のSi領域7を貫通溝10の外周面に形成する。このように、N型のSi領域39とは逆型であるP型のSi領域7を設けることで、各光電変換素子40の間を電気的に素子分離する。   Further, the P-type Si region 7 has not only a role of recovering crystal defects on the outer peripheral surface of the through groove 10 but also a role of element isolation between the photoelectric conversion elements 40. Specifically, a P-type Si region 7 having a higher P-type impurity concentration than the P-type Si layer 34 is formed on the outer peripheral surface of the through groove 10. As described above, by providing the P-type Si region 7 which is opposite to the N-type Si region 39, the photoelectric conversion elements 40 are electrically separated.

また、上述のアニール処理は、半導体層4の上面に多層配線層38を形成する前に行われるため、高い温度で長い時間をかけて行うことができる。これにより、P型のSi層34に形成された貫通溝10の外周面の結晶欠陥をより確実に回復させることができる。つまり、P型のSi層34の表裏を貫通するほどの比較的深い溝であっても十分に溝の外周面の結晶欠陥を回復させることができる。   Further, since the above-described annealing treatment is performed before the multilayer wiring layer 38 is formed on the upper surface of the semiconductor layer 4, it can be performed at a high temperature for a long time. Thereby, the crystal defects on the outer peripheral surface of the through groove 10 formed in the P-type Si layer 34 can be more reliably recovered. That is, even if the groove is relatively deep enough to penetrate the front and back of the P-type Si layer 34, crystal defects on the outer peripheral surface of the groove can be sufficiently recovered.

次に、図6(b)に示すように、P型のSi領域7によって外周面が被覆された貫通溝10の内部へ、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて酸化シリコンをP型のSi層34の上端面まで埋め込み、貫通溝10内に絶縁部材である酸化シリコン膜60を形成する。   Next, as shown in FIG. 6B, silicon oxide is formed into a P-type silicon by using, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition) into the through groove 10 whose outer peripheral surface is covered with the P-type Si region 7. A silicon oxide film 60 as an insulating member is formed in the through groove 10 by filling up to the upper end surface of the Si layer 34.

続いて、図6(c)に示すように、半導体層4の上面に多層配線層38を形成する。多層配線層38を形成する工程では、まず、半導体層4の表面における所定位置に、例えば、ポリシリコンによって読み出しゲート41などを形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 6C, a multilayer wiring layer 38 is formed on the upper surface of the semiconductor layer 4. In the step of forming the multilayer wiring layer 38, first, a read gate 41 or the like is formed at a predetermined position on the surface of the semiconductor layer 4 by using, for example, polysilicon.

その後、層間絶縁膜35を形成し、層間絶縁膜35に配線パターンのパターニングを行い、形成された配線パターンへ、例えば、銅などの金属を埋め込むことによって多層配線42を形成するという一連の工程を繰り返す。これにより、多層配線層38が形成される。   Thereafter, a series of steps of forming an interlayer insulating film 35, patterning a wiring pattern in the interlayer insulating film 35, and forming a multilayer wiring 42 by embedding a metal such as copper in the formed wiring pattern, for example. repeat. Thereby, the multilayer wiring layer 38 is formed.

そして、図6(d)に示すように、多層配線層38の上面に接着層36を形成し、接着層36の上面に、例えば、Siウェハ等の支持基板37を貼着する。なお、接着層36を用いずに、多層配線層38の上面に支持基板37を直接貼着してもよい。   Then, as shown in FIG. 6D, an adhesive layer 36 is formed on the upper surface of the multilayer wiring layer 38, and a support substrate 37 such as a Si wafer is attached to the upper surface of the adhesive layer 36. Note that the support substrate 37 may be directly attached to the upper surface of the multilayer wiring layer 38 without using the adhesive layer 36.

この後、図6(d)に示す構造体の天地を反転させた後、半導体基板44の裏面(ここでは、上面側)を研削および研磨し、半導体基板44を所定の厚さになるまで薄化する。そして、図7(a)に示すように、受光面となる半導体層4の裏面(ここでは、上面)を露出させる。   Thereafter, the top and bottom of the structure shown in FIG. 6D is reversed, and then the back surface (here, the upper surface side) of the semiconductor substrate 44 is ground and polished, so that the semiconductor substrate 44 is thinned to a predetermined thickness. Turn into. Then, as shown in FIG. 7A, the back surface (here, the top surface) of the semiconductor layer 4 serving as the light receiving surface is exposed.

続いて、図7(b)に示すように、例えば、希フッ酸などによるウェット処理を行い、貫通溝10内の酸化シリコン膜60を光電変換素子40の上端面よりも下の所定の位置まで除去して溝51を形成する。ここでは、貫通溝10内の酸化シリコン膜60を除去した箇所が溝51となる。溝51の深さは、酸化シリコン膜60に対するウェットエッチング時間を制御することで制御される。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, for example, wet processing with dilute hydrofluoric acid or the like is performed, and the silicon oxide film 60 in the through groove 10 is moved to a predetermined position below the upper end surface of the photoelectric conversion element 40. The groove 51 is formed by removing. Here, the portion where the silicon oxide film 60 in the through groove 10 is removed becomes the groove 51. The depth of the groove 51 is controlled by controlling the wet etching time for the silicon oxide film 60.

かかる工程では、ウェットエッチングによって貫通溝10内の酸化シリコン膜60を除去しているため、ドライエッチングのときのように溝51の外周面がダメージを受けて結晶欠陥が生じるおそれがない。したがって、ウェット処理は、溝51の外周面の結晶欠陥を回復させるためのアニール処理を行う必要がないため、多層配線層38が形成された半導体層4に対して行うことができる。   In this process, since the silicon oxide film 60 in the through groove 10 is removed by wet etching, there is no possibility that the outer peripheral surface of the groove 51 is damaged and crystal defects are generated unlike in dry etching. Therefore, the wet process does not need to be annealed to recover crystal defects on the outer peripheral surface of the groove 51, and can be performed on the semiconductor layer 4 on which the multilayer wiring layer 38 is formed.

こうして、ウェット処理を行って溝51を形成することで、貫通溝10における光9が入射する側とは逆側の内部に埋め込まれた絶縁部材6が形成される。絶縁部材6の上端面は光電変換素子40の上端面よりも少し下がったところに位置し、絶縁部材6の下端面は層間絶縁膜35の上面に当接する。   Thus, the wet process is performed to form the groove 51, whereby the insulating member 6 embedded in the through groove 10 on the opposite side to the side on which the light 9 is incident is formed. The upper end surface of the insulating member 6 is positioned slightly lower than the upper end surface of the photoelectric conversion element 40, and the lower end surface of the insulating member 6 is in contact with the upper surface of the interlayer insulating film 35.

その後、図7(c)に示すように、P型のSi層34の上面および溝51の内周面に、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)を使用して、例えば、酸化ハフニウムなどからなる固定電荷膜70を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7C, the upper surface of the P-type Si layer 34 and the inner peripheral surface of the groove 51 are fixed using, for example, ALD (Atomic Layer Deposition) and made of, for example, hafnium oxide. A charge film 70 is formed.

そして、図7(d)に示すように、固定電荷膜70の上面に、例えば、CVDを用いて遮光部材であるタングステン膜80を堆積させて、固定電荷膜70によって内周面が被覆された溝51の内部にタングステン膜80を埋め込む。   Then, as shown in FIG. 7D, a tungsten film 80 as a light shielding member is deposited on the upper surface of the fixed charge film 70 by using, for example, CVD, and the inner peripheral surface is covered with the fixed charge film 70. A tungsten film 80 is embedded in the trench 51.

次に、図8(a)に示すように、タングステン膜80の上面に、例えば、レジスト52を塗布し、フォトリソグラフィーによって素子分離領域5の形成位置となる部分(図3および図4参照)のレジスト52を残し、それ以外のレジスト52を除去する。   Next, as shown in FIG. 8A, for example, a resist 52 is applied to the upper surface of the tungsten film 80, and a portion (see FIGS. 3 and 4) where the element isolation region 5 is formed by photolithography. The resist 52 is left, and the other resists 52 are removed.

かかるレジスト52をマスクとして使用して、例えば、RIEを行い、図8(b)に示すように、レジスト52に覆われていない部分のタングステン膜80を除去する。この後、マスクとして使用したレジスト52を除去する。   Using this resist 52 as a mask, for example, RIE is performed to remove the portion of the tungsten film 80 that is not covered with the resist 52 as shown in FIG. Thereafter, the resist 52 used as a mask is removed.

こうして、貫通溝10における光9が入射する側の内部に埋め込まれた遮光部材8が形成される。遮光部材8の上端面はP型のSi層34の受光面から堆積させたタングステン膜80の厚さ分だけ突出し、遮光部材8の下端面は固定電荷膜70を介して絶縁部材6の上端面に当接する。   In this way, the light shielding member 8 embedded in the inside of the through groove 10 where the light 9 is incident is formed. The upper end surface of the light shielding member 8 protrudes from the light receiving surface of the P-type Si layer 34 by the thickness of the tungsten film 80 deposited, and the lower end surface of the light shielding member 8 passes through the fixed charge film 70 and the upper end surface of the insulating member 6. Abut.

このようにして、遮光部材8における光9が入射する側の端面を、P型のSi層34における受光面側の端面から突出させる。これにより、P型のSi層34から突出する遮光部材8を目印にして、カラーフィルタ32およびマイクロレンズ31の形成位置を容易に決めることができる。   In this manner, the end surface on the light incident side of the light shielding member 8 is projected from the end surface on the light receiving surface side of the P-type Si layer 34. Thereby, the formation position of the color filter 32 and the microlens 31 can be easily determined using the light shielding member 8 protruding from the P-type Si layer 34 as a mark.

また、貫通溝10に絶縁部材6、固定電荷膜70、および遮光部材8を形成することで各光電変換素子40における受光面43の周りを囲む平面視格子状の素子分離領域5が形成される。   Further, by forming the insulating member 6, the fixed charge film 70, and the light shielding member 8 in the through groove 10, the element isolation region 5 having a lattice shape in plan view surrounding the light receiving surface 43 of each photoelectric conversion element 40 is formed. .

その後、図8(c)に示すように、遮光部材8で囲まれた開口部へ、例えば、CVDを用い、例えば、SiN(窒化シリコン)を積層することによって、導波路となる平坦化層33を形成する。この後、各遮光部材8間に形成された平坦化層33の上面に、P型のSi層34における受光面側の端面から突出する遮光部材8を目印にして、カラーフィルタ32およびマイクロレンズ31を順次形成することによって、図4に示す画素アレイ23が形成される。   Thereafter, as shown in FIG. 8C, the planarization layer 33 to be a waveguide is formed by, for example, depositing SiN (silicon nitride) on the opening surrounded by the light shielding member 8 by using, for example, CVD. Form. Thereafter, the color filter 32 and the microlens 31 are formed on the upper surface of the planarizing layer 33 formed between the light shielding members 8 with the light shielding member 8 protruding from the end surface on the light receiving surface side of the P-type Si layer 34 as a mark. Are sequentially formed to form the pixel array 23 shown in FIG.

上述したように、実施形態に係る画素アレイ23は、各光電変換素子40における受光面43の周りを囲み、P型のSi層34における受光面から当該面とは逆側の面まで貫通された貫通溝10を備える。かかる貫通溝10には、貫通溝10における光9が入射する側の内部に遮光部材8が設けられ、貫通溝10における光9が入射する側とは逆側の内部に絶縁部材6が設けられる。   As described above, the pixel array 23 according to the embodiment surrounds the periphery of the light receiving surface 43 of each photoelectric conversion element 40 and penetrates from the light receiving surface of the P-type Si layer 34 to a surface opposite to the surface. A through groove 10 is provided. In the through groove 10, the light shielding member 8 is provided inside the through groove 10 on the side where the light 9 is incident, and the insulating member 6 is provided inside the through groove 10 opposite to the side where the light 9 is incident. .

これにより、画素アレイ23は、遮光部材8によってP型のSi層34の表層部で各光電変換素子40間を光学的に素子分離する。このため、画素アレイ23は、カラーフィルタ32を透過した光9がそのカラーフィルタ32に対応した光電変換素子40側から隣接した光電変換素子40へ入射することを防止することができ、光学的混色の発生を抑制することができる。   As a result, the pixel array 23 optically separates the photoelectric conversion elements 40 between the surface layers of the P-type Si layer 34 by the light shielding member 8. Therefore, the pixel array 23 can prevent the light 9 transmitted through the color filter 32 from entering the adjacent photoelectric conversion element 40 from the photoelectric conversion element 40 side corresponding to the color filter 32, and optical color mixing. Can be suppressed.

また、画素アレイ23は、絶縁部材6によってP型のSi層34の中下層部で各光電変換素子40間を電気的に素子分離する。このため、画素アレイ23は、光電変換素子40に蓄積された信号電荷が隣接する光電変換素子40へ漏出することを防止することができ、電気的混色の発生を抑制することができる。   Further, the pixel array 23 electrically isolates the photoelectric conversion elements 40 in the middle and lower layers of the P-type Si layer 34 by the insulating member 6. For this reason, the pixel array 23 can prevent the signal charge accumulated in the photoelectric conversion element 40 from leaking to the adjacent photoelectric conversion element 40, and can suppress the occurrence of electrical color mixture.

なお、実施形態に係る画素アレイの構成は、図4に示す構成に限定されるものではない。次に図9を参照して、実施形態の変形例に係る画素アレイについて説明する。図9は、実施形態の変形例に係る画素アレイ23aを示す説明図である。   Note that the configuration of the pixel array according to the embodiment is not limited to the configuration illustrated in FIG. 4. Next, a pixel array according to a modification of the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a pixel array 23a according to a modification of the embodiment.

なお、以下の説明では、図9に示す画素アレイ23aの構成要素のうち、図4に示す構成要素と同一の構成要素については、図4に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。   In the following description, among the constituent elements of the pixel array 23a shown in FIG. 9, the same constituent elements as those shown in FIG. 4 are given the same reference numerals as those shown in FIG. Description is omitted.

図9に示すように、画素アレイ23aは、固定電荷膜70に代えて、絶縁膜72を備える。絶縁膜72は、貫通溝10の内部における遮光部材8の外周面および底面に設けられる。絶縁膜72は、例えば、酸化シリコンによって形成される。   As shown in FIG. 9, the pixel array 23 a includes an insulating film 72 instead of the fixed charge film 70. The insulating film 72 is provided on the outer peripheral surface and the bottom surface of the light shielding member 8 inside the through groove 10. The insulating film 72 is made of, for example, silicon oxide.

これにより、画素アレイ23aは、貫通溝10の内部における光9が入射する側において、遮光部材8によって光学的に素子分離することができることに加えて、絶縁膜72によって電気的に素子分離することができるので、混色の発生をより抑制することができる。   As a result, the pixel array 23 a can be optically separated by the insulating member 72 in addition to being optically separated by the light blocking member 8 on the side where the light 9 is incident inside the through groove 10. Therefore, the occurrence of color mixing can be further suppressed.

また、上述の実施形態における素子分離領域5は、図4に示すように、格子状に形成し、各光電変換素子40の受光面43を連続に囲んでいるが、この形状に限られず、各光電変換素子40の受光面43を不連続に囲んでもよい。   Further, as shown in FIG. 4, the element isolation region 5 in the above-described embodiment is formed in a lattice shape and continuously surrounds the light receiving surface 43 of each photoelectric conversion element 40, but is not limited to this shape. The light receiving surface 43 of the photoelectric conversion element 40 may be surrounded discontinuously.

具体的には、画素アレイ23,23aは、平面視において対面する光電変換素子40の間に素子分離領域5を形成する構成でもよい。かかる構成であっても、各光電変換素子40の間を光学的および電気的に素子分離することができ、光学的混色および電気的混色の発生を抑制することができる。   Specifically, the pixel arrays 23 and 23a may be configured such that the element isolation region 5 is formed between the photoelectric conversion elements 40 facing each other in plan view. Even with this configuration, the photoelectric conversion elements 40 can be optically and electrically separated from each other, and the occurrence of optical color mixing and electrical color mixing can be suppressed.

なお、上述の実施形態では、Si層34およびSi領域7をP型、Si領域39をN型としているが、Si層34およびSi領域7をN型、Si領域39をP型として画素アレイ23,23aを構成するようにしてもよい。かかる場合、画素アレイ23における固定電荷膜70は、正電荷を保持するように構成される。   In the above-described embodiment, the Si layer 34 and the Si region 7 are P-type and the Si region 39 is N-type, but the Si layer 34 and the Si region 7 are N-type, and the Si region 39 is P-type. , 23a may be configured. In such a case, the fixed charge film 70 in the pixel array 23 is configured to hold a positive charge.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

1 デジタルカメラ、 10 貫通溝、 11 カメラモジュール、 12 後段処理部、 13 撮像光学系、 14 固体撮像装置、 15 ISP、 16 記憶部、 17 表示部、 20 イメージセンサ、 21 信号処理回路、 22 周辺回路、 23 画素アレイ、 24 垂直シフトレジスタ、 25 タイミング制御部、 26 CDS、 27 ADC、 28 ラインメモリ、 31 マイクロレンズ、 32 カラーフィルタ、 33 平坦化層、 34 P型のSi層、 35 層間絶縁膜、 36 接着層、 37 支持基板、 38 多層配線層、 39 N型のSi領域、 4 半導体層、 40 光電変換素子、 41 読み出しゲート、 42 多層配線、 43 受光面、 44 半導体基板、 5 素子分離領域、 50 レジスト、 51 溝、 52 レジスト、 6 絶縁部材、 60 酸化シリコン膜、 7 P型のSi領域、 70 固定電荷膜、 71 P型の不純物、 72 絶縁膜、 8 遮光部材、 80 タングステン膜、 9 光、 91 イオンビーム   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital camera, 10 Through groove, 11 Camera module, 12 Post process part, 13 Imaging optical system, 14 Solid-state imaging device, 15 ISP, 16 Storage part, 17 Display part, 20 Image sensor, 21 Signal processing circuit, 22 Peripheral circuit , 23 pixel array, 24 vertical shift register, 25 timing control unit, 26 CDS, 27 ADC, 28 line memory, 31 microlens, 32 color filter, 33 planarization layer, 34 P-type Si layer, 35 interlayer insulation film, 36 adhesive layer, 37 support substrate, 38 multilayer wiring layer, 39 N-type Si region, 4 semiconductor layer, 40 photoelectric conversion element, 41 readout gate, 42 multilayer wiring, 43 light receiving surface, 44 semiconductor substrate, 5 element isolation region, 50 resists, 51 grooves , 52 resist, 6 insulating member, 60 silicon oxide film, 7 P type Si region, 70 fixed charge film, 71 P type impurity, 72 insulating film, 8 light shielding member, 80 tungsten film, 9 light, 91 ion beam

Claims (5)

光電変換素子が2次元アレイ状に配置された半導体層と、
各前記光電変換素子における受光面側の側周面を囲むように前記半導体層に設けられた遮光部材と、
各前記光電変換素子における受光面側とは逆側の側周面を囲むように前記半導体層に設けられた絶縁部材と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
A semiconductor layer in which photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array;
A light shielding member provided in the semiconductor layer so as to surround a side peripheral surface on a light receiving surface side in each of the photoelectric conversion elements;
A solid-state imaging device comprising: an insulating member provided on the semiconductor layer so as to surround a side peripheral surface opposite to a light receiving surface side in each of the photoelectric conversion elements.
前記遮光部材における受光面側の端面は、
前記半導体層における前記受光面側の端面から突出する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The end surface on the light receiving surface side of the light shielding member is
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device protrudes from an end surface of the semiconductor layer on the light receiving surface side.
前記遮光部材の前記半導体層内部における外周面を被覆する絶縁膜
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising an insulating film that covers an outer peripheral surface inside the semiconductor layer of the light shielding member.
前記遮光部材と前記絶縁部材とは、
前記半導体層の表裏を貫通する貫通溝の内部に設けられる
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一つに記載の固体撮像装置。
The light shielding member and the insulating member are
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the solid-state imaging device is provided in a through groove that penetrates the front and back of the semiconductor layer.
半導体層に光電変換素子を2次元アレイ状に形成する工程と、
平面視において各前記光電変換素子を囲むように、前記半導体層の受光面から当該面とは逆側の面まで貫通する貫通溝を形成する工程と、
前記貫通溝における光が入射する側とは逆側の内部に絶縁部材を形成する工程と、
前記貫通溝における前記光が入射する側の内部に遮光部材を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
Forming photoelectric conversion elements in a two-dimensional array on the semiconductor layer;
Forming a through groove penetrating from the light receiving surface of the semiconductor layer to a surface opposite to the surface so as to surround each photoelectric conversion element in a plan view;
Forming an insulating member in the inside of the through groove opposite to the side on which light is incident;
Forming a light shielding member inside the through-groove on the light incident side. A method of manufacturing a solid-state imaging device.
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