JP2016096233A - 固体撮像素子、製造方法、および電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ショットノイズの増大を抑止する。【解決手段】 本開示の一側面である固体撮像素子は、光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成される積層型の固体撮像素子において、前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される。本開示は、積層型のCMOSイメージセンサに適用できる。【選択図】 図２
Description
本開示は、固体撮像素子、製造方法、および電子装置に関し、特に、光電変換部にて生成された光電子が回路部に転送されるまでの経路におけるショットノイズを低減できるようにした固体撮像素子、製造方法、および電子装置に関する。
従来、特に赤外光を検出する用途に用いるCMOSイメージセンサなどの固体撮像素子において、その光電変換部をＩｎＧａＡｓなどの化合物半導体基板上に設けることによって高感度化を実現する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、固体撮像素子において、光電変換部にて生成された光電子を保持したり、後段に出力したりする回路部は、特性やコストなどの観点からＳｉ基板上に設けることが多い。
したがって、光電変換部を含む化合物半導体基板と、回路部を含むＳｉ基板とにより固体撮像素子を構成する場合、両者を何らかの手段によって電気的に接続する必要がある。
図１は、光電変換部を含む化合物半導体基板と、回路部を含むＳｉ基板から成る固体撮像素子の従来の構成の一例を示している。
図１に示される固体撮像素子１０は、Ｓｉ基板１１と、化合物半導体基板１５が張り合わされて構成される。Ｓｉ基板１１には、MEM,FD，Vdd，TRX，TG，RSTなどの回路部１２が形成されており、化合物半導体基板１５と張り合わされる面には絶縁体層１３が設けられている。また、Ｓｉ基板１１にはｎＳｉプラグ２０が縦方向に設けられている。
一方、化合物半導体基板１５には、光電変換部１６（ｐ−化合物半導体１６Ａおよびｎ−化合物半導体１６Ｂからなるｐ−ｎ接合構造のフォトダイオード）が形成されており、光電変換部１６の上層側（受光面側）には上部透明電極１８が、下層側には金属層１９が設けられている。また、化合物半導体基板１５には金属層１９に繋がる金属プラグ２２が縦方向に設けられている。
Ｓｉ基板１１と化合物半導体基板１５との接続は、Ｓｉ基板１１に設けられたｎＳｉプラグ２０と、化合物半導体基板１５に設けた金属プラグ２２とをｎ＋Ｓｉ層２１を介して接続することにより実現される。すなわち、化合物半導体基板１５の光電変換部１６で生成された光電子は、金属層１９、金属プラグ２２、ｎ＋Ｓｉ層２１、およびｎＳｉプラグ２０を介して、Ｓｉ基板１１の回路部１２に転送されることになる。
図１に示された従来の構成例の場合、光電変換部１６で生成された光電子が回路部１２に転送されるまでの経路に自由電子濃度の高い金属が存在し、多くの自由電子が存在するので、該自由電子の数に依存するショットノイズが増大してしまう要因となっていた。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、固体撮像素子におけるショットノイズの増大を抑止できるようにするものである。
本開示の第１の側面である固体撮像素子は、光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成される積層型の固体撮像素子において、前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される。
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送されるようにすることができる。
前記第２の高濃度ドープ層は、Ｓｉ層が前記第１の高濃度ドープ層と同じ半導体型で高濃度にドープされたものとすることができる。
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、前記Ｓｉプラグをエピタキシャル成長させたＳｉプラグエピタキシャル層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送されるようにすることができる。
前記光電変換部は、化合物半導体がｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合されたフォトダイオードからなるようにすることができる。
前記フォトダイオードをなすｐ−化合物半導体には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｃのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用され、ｎ−化合物半導体には、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用されているようにすることができる。
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部を１画素毎に分離するための画素分離部をさらに備えることができる。
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の外側の側面に接するように形成されているようにすることができる。
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の内側中央付近の側面に接するように形成されているようにすることができる。
前記第１の高濃度ドープ層は、不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上５×１０１７／ｃｍ３以下とすることができる。
前記第１の高濃度ドープ層の厚さは、２０ｎｍ以下とすることができる。
前記第２の高濃度ドープ層の厚さは、前記第１の高濃度ドープ層の厚さと同程度とすることができる。
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板は、プラズマ接合処理、高温処理、または薬液処理によって張り合わされているようにすることができる。
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板との貼り合わせ面には、絶縁体層が形成されているようにすることができる。
前記絶縁体層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ、またはＴｉの酸化膜または窒化膜からなるようにすることができる。
本開示の第２の側面である製造方法は、固体撮像素子の製造方法において、光電変換部、第１の高濃度ドープ層、および絶縁体層が順に積層された化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含み、縦方向にＳｉプラグが形成され、表面に絶縁体層が形成されたＳｉ基板との前記絶縁体層どうしを張り合わせ、前記第第１の高濃度ドープ層と前記Ｓｉプラグとを第２の高濃度ドープ層を介して電気的に接続するステップを含む。
本開示の第３の側面である電子装置は、固体撮像素子が搭載された電子装置において、前記固体撮像素子は、光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成され、前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される。
本開示の第１乃至第３の側面においては、固体撮像素子において化合物半導体基板に含まれる光電変換部により生成された光電子は、第１の高濃度ドープ層およびＳｉプラグを介してＳｉ基板に含まれる回路部に転送される。
本開示の第１乃至３の側面によれば、固体撮像素子におけるショットノイズの増大を抑止することができる。
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例＞
図２は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例を示す断面図である。図３は、図２に示される固体撮像素子の受光面側の上面図である。
図２は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第１の構成例を示す断面図である。図３は、図２に示される固体撮像素子の受光面側の上面図である。
本開示の実施の形態である固体撮像素子３０の第１の構成例は、図１に示された従来の固体撮像素子１０と同様、回路部３２を含むＳｉ基板３１と、光電変換部３５を含む化合物半導体基板３４が張り合わされて構成される、いわゆる、積層型の固体撮像素子である。
Ｓｉ基板３１には、MEM,FD，Vdd，TRX，TG，RSTなどの回路部３２が形成されており、化合物半導体基板３４と張り合わされる表面には絶縁体層３３が設けられている。また、Ｓｉ基板１１には、画素毎にＳｉプラグ４０が縦方向に設けられている。
一方、化合物半導体基板３４には、光電変換部３５（ｐ−化合物半導体３５Ａおよびｎ−化合物半導体３５Ｂからなるｐ−ｎ接合構造のフォトダイオード）が形成されており、光電変換部３５は、絶縁体層４２から成る画素分離部５１により画素毎に分離されている。光電変換部３５の下層側には、不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上５×１０１７／ｃｍ３以下にドープ(dope)された厚さ２０ｎｍ以下のｎ＋化合物半導体３６を介して絶縁体層３７が、上層側（受光面側）には上部透明電極３８が設けられている。
Ｓｉ基板３１と化合物半導体基板３４とは、Ｓｉ基板３１の絶縁体層３３と化合物半導体基板３４の絶縁体層３７が対向するように張り合わされている。
Ｓｉ基板３１と化合物半導体基板３４とは、Ｓｉ基板３１の画素毎に縦方向に設けられるＳｉプラグ４０が絶縁体層３３および３７を貫いて形成されるエピタキシャル成長部分（Ｓｉプラグエピタキシャル層４１）と、化合物半導体基板３４のｎ＋化合物半導体３６の横方向に連なって形成された、ｎ＋化合物半導体３６とほぼ同じ厚さの薄いｎ＋Ｓｉ層４３とが接続されることにより電気的な接続が実現される。
固体撮像素子３０を構成する各部の具体例について説明する。Ｓｉ基板３１の上部表面に形成する絶縁体層３３には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｔｉなどの酸化膜、窒化膜などを採用できる。また、異なる材料の組み合わせを採用することもできる。さらに、界面準位の生成とその影響を抑制するために、Ｓｉ基板３１と絶縁体層３３の間に高濃度にドープされたＳｉ層を挿入することも可能である。
化合物半導体３４の下部表面に形成する絶縁体層３７には、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ，Ｔｉなどの酸化膜、窒化膜などを採用できる。ｎ＋化合物半導体３６と絶縁体層３７の間に、界面準位の生成とその影響を抑制する化合物材料、Ｇａ，Ｉｎなどの酸化膜や窒化膜を挿入することも可能である。
Ｓｉ基板３１に設けるＳｉプラグ４０の半導体極性は、本実施の形態ではｎ型としている。ただし、Ｓｉプラグ４０の半導体極性はその周囲の構成の半導体極性に応じて決まるので、Ｓｉプラグ４０の半導体極性をｐ型とする場合もあり得る。
ｐ−化合物半導体３５ＡにはＺｎがドーピングされているＩｎＧａＡｓを採用することができ、ｎ−化合物半導体３５ＢにはＳｉがドーピングされているＩｎＧａＡｓを採用することができる。これらの他、化合物半導体には、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎのリン化物、ヒ化物、窒化物、アンチモン化物などのＩＩＩ−Ｖ系化合物、Ｚｎ，Ｃｄ，Ｔｅなどの硫化物、セレン化物、テルル化物などのＩＩ−ＶＩ系化合物などを採用することができる。
また、光電変換部３５には、ｐ−ｎ接合構造のフォトダイオードの代わりに、イントリンジック半導体層を挟んだｐ−ｉ−ｎ接合構造のフォトダイオードを採用してもよい。
固体撮像素子３０においては、化合物半導体基板３４の光電変換部３５にて生成された光電子が、ｎ＋化合物半導体３６、ｎ＋Ｓｉ層４３、ｎＳｉプラグエピタキシャル層４１、およびｎＳｉプラグ４０を転送路として、Ｓｉ基板３１の回路部３２に転送され、電荷信号として後段に出力される。
固体撮像素子３０の場合、光電子の転送路に薄い高濃度半導体（ｎ＋化合物半導体３６）が存在するので、その部分での自由電子によるショットノイズが発生する。ただし、導体（図１の金属層１９および金属プラグ２２）と半導体（図２のｎ＋化合物半導体３６）とのキャリア濃度は１０５程度以上異なり、ショットノイズはその平方根に比例して低減する。よって、固体撮像素子３０は、光電子の転送路で発生するショットノイズを固体撮像素子１０に比較して削減することができる。
また、自由電子数は、高濃度半導体（ｎ＋化合物半導体３６）および高濃度Ｓｉ層（ｎ＋Ｓｉ層４３）の体積に比例するため、これらの厚さは両者間で光電子を転送できる範囲で可能な限り薄いことが望ましい。
＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例＞
次に、図４は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例を示す断面図である。図５は、図４に示される固体撮像素子の受光面側の上面図である。なお、図２および図３に示された第１の構成例と共通する構成要素に対しては同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
次に、図４は、本開示の実施の形態である固体撮像素子の第２の構成例を示す断面図である。図５は、図４に示される固体撮像素子の受光面側の上面図である。なお、図２および図３に示された第１の構成例と共通する構成要素に対しては同一の符号を付しているので、その説明は適宜省略する。
本開示の実施の形態である固体撮像素子３０の第２の構成例は、光電子を転送するためのＳｉプラグ４０を各画素の中央付近に配置したものである。この場合、Ｓｉプラグ４０を各画素の端に配置していた第１の構成例に比較し、光電子の転送路の横方向の距離が短くなるため、転送中に再結合してしまい電荷信号に変換されない光電子の数を減少させることができる。よって、光電子の転送効率を向上させることができる。
＜本開示の実施の形態である固体撮像素子の製造方法＞
次に、図６乃至図８は、本開示の実施の形態である固体撮像素子３０の第１の構成例の製造工程を示している。
次に、図６乃至図８は、本開示の実施の形態である固体撮像素子３０の第１の構成例の製造工程を示している。
始めに、従来のCMOSイメージセンサの製造方法と同様の方法により、図６Ａに示す回路部３２およびＳｉプラグ４０を含むＳｉ基板３１を形成し、その表面に絶縁体層３３を形成する。Ｓｉプラグ４０は、例えばイオン注入等によって形成することができる。
次に、図６Ｂに示すように、化合物半導体基板３４上に光電変換部３５、ｎ＋化合物半導体３６、および絶縁体層３７を形成する。化合物半導体基板３４には、例えばＩｎＰ基板の他、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＳｂ基板、ＩｎＡｓ基板などを用いることができる。光電変換部３５を成すｐ−化合物半導体３５Ａおよびｎ−化合物半導体３５Ｂの成膜にはMOCVD装置の他、MBE装置、LPE装置などを用いることができる。
絶縁体層３３および絶縁体層３７の成膜には、ALD装置の他、スパッタ装置、蒸着装置などを用いることができる。
このようにして形成されたＳｉ基板３１と化合物半導体基板３４は、図６Ｃに示されるように、それぞれの絶縁体層３３と絶縁体層３７が貼り合わせ面となって接合される。この接合には、プラズマ接合の他、高温処理や薬液処理等を用いた直接接合などを用いることができる。
次に、図７Ａに示されるように、化合物半導体基板３４の受光面側の化合物半導体３４Ａを機械研磨と薬液によるエッチングで除去した後、化合物半導体３４Ａ上にハードマスク６１を成膜する。さらに、フォトリソグラフィにより、１画素分の光電変換部３５に対応する領域以外のハードマスク６１を除去した後に、化合物半導体３４Ａ、ｐ−化合物半導体３５Ａ、ｎ−化合物半導体３５Ｂ、およびｎ＋化合物半導体３６のエッチングを行う。これにより、図７Ｂに示されるように、ハードマスク６１の下層側にのみ化合物半導体３４Ａ、ｐ−化合物半導体３５Ａ、ｎ−化合物半導体３５Ｂ、およびｎ＋化合物半導体３６が残り、その周囲には画素分離部５１となる空間が形成される。
そして、図７Ｃに示されるように、画素分離部５１となる空間から、エッチングにより、絶縁体層３７および絶縁体層３３を貫いてＳｉプラグ４０に達する接続孔６２が形成される。続いて、図８Ａに示されるように、Ｓｉプラグエピタキシャル層４１とｎ＋Ｓｉ層４３を接続孔６２の位置に選択的にエピタキシャル成長させる。このとき、ｎ＋Ｓｉ層４３とｎ＋化合物半導体層４の断面位置が一致し、電気的に接続されるようにＳｉプラグエピタキシャル層４１の厚さを調整する。
最後に、ハードマスク６１を除去した後、画素分離部５１の空間を埋めるように絶縁体層１３を成膜し、ｐ−化合物半導体３５Ａの表面が出るまで平面研磨を行い、その上に上部透明電極３８を成膜する。上部透明電極３８は、フォトリソグラフィとエッチングによって所望のパターンに加工する。以上のようにして固体撮像素子３０の第１の構成例は製造される。なお、固体撮像素子３０の第２の構成例についても同様の工程によって製造できる。
＜固体撮像素子３０の使用例＞
次に、図９は固体撮像素子３０の使用例を示している。
次に、図９は固体撮像素子３０の使用例を示している。
上述したイメージセンサは、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、Ｘ線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
なお、本開示の実施の形態は、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。
本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成される積層型の固体撮像素子において、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
固体撮像素子。
（２）
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記第２の高濃度ドープ層は、Ｓｉ層が前記第１の高濃度ドープ層と同じ半導体型で高濃度にドープされたものである
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、前記Ｓｉプラグをエピタキシャル成長させたＳｉプラグエピタキシャル層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記光電変換部は、化合物半導体がｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合されたフォトダイオードからなる
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記フォトダイオードをなすｐ−化合物半導体には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｃのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用され、ｎ−化合物半導体には、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用されている
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部を１画素毎に分離するための画素分離部を
さらに備える前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の外側の側面に接するように形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の内側中央付近の側面に接するように形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記第１の高濃度ドープ層は、不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上５×１０１７／ｃｍ３以下である
前記（１）から（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記第１の高濃度ドープ層の厚さは、２０ｎｍ以下である
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記第２の高濃度ドープ層の厚さは、前記第１の高濃度ドープ層の厚さと同程度である
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板は、プラズマ接合処理、高温処理、または薬液処理によって張り合わされている
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板との貼り合わせ面には、絶縁体層が形成されている
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記絶縁体層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ、またはＴｉの酸化膜または窒化膜からなる
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
固体撮像素子の製造方法において、
光電変換部、第１の高濃度ドープ層、および絶縁体層が順に積層された化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含み、縦方向にＳｉプラグが形成され、表面に絶縁体層が形成されたＳｉ基板との前記絶縁体層どうしを張り合わせ、
前記第第１の高濃度ドープ層と前記Ｓｉプラグとを第２の高濃度ドープ層を介して電気的に接続する
ステップを含む製造方法。
（１７）
固体撮像素子が搭載された電子装置において、
前記固体撮像素子は、
光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成され、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
電子装置。
（１）
光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成される積層型の固体撮像素子において、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
固体撮像素子。
（２）
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記第２の高濃度ドープ層は、Ｓｉ層が前記第１の高濃度ドープ層と同じ半導体型で高濃度にドープされたものである
前記（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、前記Ｓｉプラグをエピタキシャル成長させたＳｉプラグエピタキシャル層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記光電変換部は、化合物半導体がｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合されたフォトダイオードからなる
前記（１）から（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記フォトダイオードをなすｐ−化合物半導体には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｃのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用され、ｎ−化合物半導体には、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用されている
前記（５）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部を１画素毎に分離するための画素分離部を
さらに備える前記（１）から（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の外側の側面に接するように形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（９）
前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の内側中央付近の側面に接するように形成されている
前記（７）に記載の固体撮像素子。
（１０）
前記第１の高濃度ドープ層は、不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上５×１０１７／ｃｍ３以下である
前記（１）から（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
前記第１の高濃度ドープ層の厚さは、２０ｎｍ以下である
前記（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１２）
前記第２の高濃度ドープ層の厚さは、前記第１の高濃度ドープ層の厚さと同程度である
前記（１１）に記載の固体撮像素子。
（１３）
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板は、プラズマ接合処理、高温処理、または薬液処理によって張り合わされている
前記（１）から（１２）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１４）
前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板との貼り合わせ面には、絶縁体層が形成されている
前記（１）から（１３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１５）
前記絶縁体層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ、またはＴｉの酸化膜または窒化膜からなる
前記（１４）に記載の固体撮像素子。
（１６）
固体撮像素子の製造方法において、
光電変換部、第１の高濃度ドープ層、および絶縁体層が順に積層された化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含み、縦方向にＳｉプラグが形成され、表面に絶縁体層が形成されたＳｉ基板との前記絶縁体層どうしを張り合わせ、
前記第第１の高濃度ドープ層と前記Ｓｉプラグとを第２の高濃度ドープ層を介して電気的に接続する
ステップを含む製造方法。
（１７）
固体撮像素子が搭載された電子装置において、
前記固体撮像素子は、
光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成され、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
電子装置。
３０ 固体撮像素子， ３１ Ｓｉ基板， ３２ 回路部， ３３ 絶縁体層， ３４ 化合物半導体基板， ３５ 光電変換部， ３５Ａ ｐ−化合物半導体， ３５Ｂ ｎ−化合物半導体， ３６ ｎ＋化合物半導体， ３７ 絶縁体層， ３８ 上部透明電極， ４０ Ｓｉプラグ， ４１ Ｓｉプラグエピタキシャル層， ４２ 絶縁体層， ４３ ｎ＋Ｓｉ層， ５１ 画素分離部， ５２ 画素境界
Claims (17)
- 光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成される積層型の固体撮像素子において、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
固体撮像素子。 - 前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
請求項１に記載の固体撮像素子。 - 前記第２の高濃度ドープ層は、Ｓｉ層が前記第１の高濃度ドープ層と同じ半導体型で高濃度にドープされたものである
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層、前記第１の高濃度ドープ層の側面に接する第２の高濃度ドープ層、前記Ｓｉプラグをエピタキシャル成長させたＳｉプラグエピタキシャル層、および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記光電変換部は、化合物半導体がｐ−ｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合されたフォトダイオードからなる
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記フォトダイオードをなすｐ−化合物半導体には、Ｚｎ，Ｍｇ，Ｂｅ，Ｃのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用され、ｎ−化合物半導体には、Ｓｉ，Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのうち一種がドーピングされているＩｎＧａＡｓ、ＩＩＩ−Ｖ系化合物、またはＩＩ−ＶＩ系化合物が採用されている
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記化合物半導体基板は、前記光電変換部を１画素毎に分離するための画素分離部を
さらに備える請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の外側の側面に接するように形成されている
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第２の高濃度ドープ層は、１画素毎に分離された前記光電変換部の内側中央付近の側面に接するように形成されている
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第１の高濃度ドープ層は、不純物濃度が１０１６／ｃｍ３以上５×１０１７／ｃｍ３以下である
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第１の高濃度ドープ層の厚さは、２０ｎｍ以下である
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記第２の高濃度ドープ層の厚さは、前記第１の高濃度ドープ層の厚さと同程度である
請求項１１に記載の固体撮像素子。 - 前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板は、プラズマ接合処理、高温処理、または薬液処理によって張り合わされている
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記化合物半導体基板と前記Ｓｉ基板との貼り合わせ面には、絶縁体層が形成されている
請求項２に記載の固体撮像素子。 - 前記絶縁体層は、Ｓｉ，Ａｌ，Ｔａ、またはＴｉの酸化膜または窒化膜からなる
請求項１４に記載の固体撮像素子。 - 固体撮像素子の製造方法において、
光電変換部、第１の高濃度ドープ層、および絶縁体層が順に積層された化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含み、縦方向にＳｉプラグが形成され、表面に絶縁体層が形成されたＳｉ基板との前記絶縁体層どうしを張り合わせ、
前記第第１の高濃度ドープ層と前記Ｓｉプラグとを第２の高濃度ドープ層を介して電気的に接続する
ステップを含む製造方法。 - 固体撮像素子が搭載された電子装置において、
前記固体撮像素子は、
光電変換部を含む化合物半導体基板と、前記光電変換部により生成された光電子を処理するための回路部を含むＳｉ基板とが張り合わされて構成され、
前記化合物半導体基板は、前記光電変換部と積層された第１の高濃度ドープ層を備え、
前記Ｓｉ基板には、Ｓｉプラグを備え、
前記光電変換部により生成された光電子は、前記第１の高濃度ドープ層および前記Ｓｉプラグを介して前記回路部に転送される
電子装置。
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