JP4410071B2 - Infrared solid-state imaging device - Google Patents

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本発明は、赤外線センサ等で用いられる赤外線固体撮像装置に関する。   The present invention relates to an infrared solid-state imaging device used in an infrared sensor or the like.

近年、窒素温度に冷却する必要がない、非冷却型の赤外線固体撮像装置の開発が盛んになってきている。非冷却型赤外線固体撮像装置においては、波長10μm付近の入射赤外線を赤外線吸収構造により熱に変換した上で、この微弱な熱により生じる感熱部の温度変化を熱電変換部により電気的信号に変換し、この電気的信号を読み出すことで赤外線画像情報を得ている。   In recent years, development of an uncooled infrared solid-state imaging device that does not need to be cooled to a nitrogen temperature has become active. In an uncooled infrared solid-state imaging device, an incident infrared ray having a wavelength of about 10 μm is converted into heat by an infrared absorption structure, and the temperature change of the heat sensitive portion caused by the weak heat is converted into an electrical signal by a thermoelectric conversion portion. The infrared image information is obtained by reading out the electrical signal.

上記非冷却赤外線固体撮像装置においては、冷却装置が必要ない事から小型化、オンチップ化が可能であり、民生応用を念頭においた低価格化の方向に進んでいる。このような背景で、従来のCMOS LSIとほとんどの製造工程を共有できるシリコンpn接合ダイオードを用いた非冷却赤外線固体撮像装置が注目を集めている。しかし、かかるシリコンpn接合ダイオード型では、赤外線固体撮像装置の感度指標であるdV/dTが低く、よりS/N比を向上させる必要がある。   The above-described uncooled infrared solid-state imaging device can be reduced in size and on-chip because it does not require a cooling device, and is proceeding toward cost reduction with consumer applications in mind. Against this background, an uncooled infrared solid-state imaging device using a silicon pn junction diode that can share most of the manufacturing process with a conventional CMOS LSI has attracted attention. However, in such a silicon pn junction diode type, dV / dT which is a sensitivity index of the infrared solid-state imaging device is low, and it is necessary to further improve the S / N ratio.

pn接合ダイオードの雑音成分としては、シリコン基板表面のラフネスや表面準位に起因する1/fノイズ、バイアス電流量に依存する熱ノイズ、pn接合を通過する電流量のばらつきに起因するショットノイズがある。この内、1/fノイズに関しては、シリコンバルクを電流経路とする縦型pn接合構造とすることで、回避することができ、S/N比の向上が望める。   Noise components of the pn junction diode include 1 / f noise due to the roughness and surface level of the silicon substrate surface, thermal noise depending on the amount of bias current, and shot noise due to variations in the amount of current passing through the pn junction. is there. Among these, 1 / f noise can be avoided by using a vertical pn junction structure with a silicon bulk as a current path, and an improvement in the S / N ratio can be expected.

また、上記非冷却型赤外線固体撮像装置においては、入射赤外線を熱に変換する感熱部(赤外線吸収構造)とその熱を電気的信号に変換する熱電変換部からなる赤外線検出部を熱的に周囲から分離し、熱電変換効率を向上することが、赤外線感度向上の上で必須となる。   In addition, in the above-described uncooled infrared solid-state imaging device, an infrared detection unit composed of a thermosensitive unit (infrared absorbing structure) that converts incident infrared rays into heat and a thermoelectric conversion unit that converts the heat into electrical signals is thermally surrounded. In order to improve infrared sensitivity, it is essential to improve the thermoelectric conversion efficiency.

そこで、赤外線固体撮像装置は真空パッケージに実装されると共に、赤外線検出部周辺のシリコン基板、及び、素子分離酸化膜をエッチング除去し空洞化することにより、支持基板への熱の拡散を抑える方法が取られている。 Therefore, an infrared solid-state imaging device is mounted in a vacuum package, and there is a method for suppressing diffusion of heat to the support substrate by etching and removing the silicon substrate and the element isolation oxide film around the infrared detection unit. Has been taken.

この時、赤外線検出部から支持基板への熱輸送は、赤外線検出部を支持基板内部の中空構造上に支持する支持構造を介した熱伝導によるものが支配的であり、低熱伝導率の材料からなる脚状の支持構造を、設計上可能な範囲で、より細く、より長くレイアウトすることが行われているが、画素サイズが40μm×40μm程度に微細化されつつある中で、これ以上の大幅な感度向上を実現することは難しくなってきている。   At this time, the heat transport from the infrared detection unit to the support substrate is dominated by heat conduction through the support structure that supports the infrared detection unit on the hollow structure inside the support substrate. The leg-shaped support structure is designed to be thinner and longer as long as it can be designed. However, as the pixel size is being reduced to about 40 μm × 40 μm, it is much larger than this. It is becoming difficult to achieve a high sensitivity improvement.

従来、シリコンpn接合ダイオードを用いた赤外線撮像装置としては、pn接合の順方向特性の温度依存性をしてきたが、dV/dTが十分高く取れなかった。   Conventionally, as an infrared imaging device using a silicon pn junction diode, the temperature dependence of the forward characteristics of the pn junction has been achieved, but dV / dT cannot be sufficiently high.

そこで従来例として、dV/dTの大きいpn接合逆バイアスを用いた赤外線撮像装置が提案されている(特許文献1参照)。

特開平3−212979号公報
Therefore, as a conventional example, an infrared imaging device using a pn junction reverse bias having a large dV / dT has been proposed (see Patent Document 1).

JP-A-3-212979

ところが、従来例においては、pn接合に逆バイアスを印加する為、少しでも可視光がpn接合ダイオードに入射すると、フォトダイオードとして動作し、赤外線センサとしての機能が失われてしまう問題点があった。   However, in the conventional example, since a reverse bias is applied to the pn junction, when even a little visible light is incident on the pn junction diode, it operates as a photodiode and the function as an infrared sensor is lost. .

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、より高い感度を有するシリコンpn接合ダイオード型の赤外線固体撮像装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a silicon pn junction diode type infrared solid-state imaging device having higher sensitivity.

上記の課題を解決するために本発明の赤外線固体撮像装置は、内部に中空構造を有する半導体基板上部に形成され、入射赤外線を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部と、前記中空構造上部に形成され、前記赤外線吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するpn接合ダイオードから構成される熱電変換部と、前記赤外線吸収部と前記熱電変換部の間に存在し、かつ前記熱電変換部への可視光の入射を遮断する可視光遮断層とを具備する事を特徴とする。   In order to solve the above problems, an infrared solid-state imaging device of the present invention is formed on an upper part of a semiconductor substrate having a hollow structure inside, and an infrared absorption part for absorbing incident infrared light and converting it into heat, and the upper part of the hollow structure A thermoelectric conversion unit formed of a pn junction diode that converts a temperature change due to heat generated in the infrared absorption unit into an electrical signal, and exists between the infrared absorption unit and the thermoelectric conversion unit, and And a visible light blocking layer that blocks visible light from entering the thermoelectric converter.

本発明の赤外線固体撮像装置においては、赤外線吸収部と熱電変換部との間に、熱電変換部を遮蔽するように可視光遮断層が形成されている構造となっている。この構造により、熱電変換部のpn接合ダイオードが逆バイアス接続されている場合にフォトダイオードとして動作することが抑制されるため、熱電変換部が誤動作することがない。   In the infrared solid-state imaging device of the present invention, a visible light blocking layer is formed between the infrared absorbing portion and the thermoelectric conversion portion so as to shield the thermoelectric conversion portion. With this structure, when the pn junction diode of the thermoelectric conversion unit is reverse-biased, the operation as a photodiode is suppressed, and the thermoelectric conversion unit does not malfunction.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1]
まず、本発明の実施例1である赤外線固体撮像装置について、図1、2を用いて説明する。
[Example 1]
First, an infrared solid-state imaging device that is Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は赤外線固体撮像装置の上面図であり、図2は図1のA−A´における断面図である。図2において、シリコン基板201上に埋め込みシリコン酸化層202、SOI層203が順次積層されている。シリコン基板201には中空構造であるダイアフラム228が形成されており、赤外線を吸収することで発生した熱がシリコン基板201に逃げるのを防止する役割を果たす。SOI層203中には、トレンチ構造中に酸化シリコンが埋め込まれた、素子分離酸化膜204が形成されている。   1 is a top view of the infrared solid-state imaging device, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. In FIG. 2, a buried silicon oxide layer 202 and an SOI layer 203 are sequentially stacked on a silicon substrate 201. A diaphragm 228 having a hollow structure is formed on the silicon substrate 201 and plays a role of preventing heat generated by absorbing infrared rays from escaping to the silicon substrate 201. In the SOI layer 203, an element isolation oxide film 204 in which silicon oxide is embedded in a trench structure is formed.

素子分離酸化膜204に挟まれたSOI層203の部分(熱電変換素子領域)の底部には、不純物濃度が4×1015cm-2であるp電極領域207が形成される。p電極領域207の上部には、導電型がp型で不純物濃度が1.5×1013cm-2であるpn接合ダイオード領域205が形成されており、この領域に熱電変換によって発生した電荷が蓄積する。そしてpn接合ダイオード領域205内であって、SOI層203表面の領域には、不純物濃度が5×1015cm-2であるn電極領域206が形成され、このn電極領域206表面からpn接合ダイオード領域205とn電極領域206とで構成するpn接合ダイオードの一方の電極が引き出される。さらに、p電極領域207に接続するように、不純物濃度が4×1015cm-2であるp領域209が形成されている。このp領域209上には、不純物濃度が2×1014cm-2であるpコンタクト拡散層領域208が形成され、このpコンタクト拡散層領域208の表面から上記pn接合ダイオードの他方の電極が引き出される。 A p + electrode region 207 having an impurity concentration of 4 × 10 15 cm −2 is formed at the bottom of the portion of the SOI layer 203 (thermoelectric conversion element region) sandwiched between the element isolation oxide films 204. A pn junction diode region 205 having a conductivity type of p type and an impurity concentration of 1.5 × 10 13 cm −2 is formed above the p + electrode region 207, and charges generated by thermoelectric conversion are formed in this region. Accumulates. Then a within pn junction diode region 205, the region of the SOI layer 203 surface, n + electrode regions 206 impurity concentration of 5 × 10 15 cm -2 is formed, pn from the n + electrode region 206 surface One electrode of the pn junction diode constituted by the junction diode region 205 and the n + electrode region 206 is drawn out. Further, a p + region 209 having an impurity concentration of 4 × 10 15 cm −2 is formed so as to be connected to the p + electrode region 207. A p + contact diffusion layer region 208 having an impurity concentration of 2 × 10 14 cm −2 is formed on the p + region 209, and the other side of the pn junction diode is formed from the surface of the p + contact diffusion layer region 208. The electrode is pulled out.

上記熱電変換素子領域が設けられていないSOI層203表面(これを「周辺領域」とする)には、ゲート210、側壁212とで構成された周辺回路212が形成されており、この周辺回路により、上記熱電変換素子領域で発生した電荷が読み出され、信号処理される。   On the surface of the SOI layer 203 where the thermoelectric conversion element region is not provided (this is referred to as “peripheral region”), a peripheral circuit 212 including a gate 210 and a side wall 212 is formed. The charges generated in the thermoelectric conversion element region are read out and signal processed.

SOI層203上には、シリコン酸化膜からなる第一の層間絶縁膜221が形成される。第一の層間絶縁膜221中には、タングステン等の部材からなり、n電極領域206に接続された第一コンタクト電極222−1、pコンタクト拡散層領域208に接続された第二コンタクト電極222−2が形成されている。 A first interlayer insulating film 221 made of a silicon oxide film is formed on the SOI layer 203. The first interlayer insulating film 221 is made of a member such as tungsten, and the first contact electrode 222-1 connected to the n + electrode region 206 and the second contact electrode connected to the p + contact diffusion layer region 208. 222-2 is formed.

第一の層間絶縁膜221上には第二の層間絶縁膜224が形成され、その上部にはアルミニウムからなり、厚さが0.5〜0.6μmである可視光遮断層225が形成される。この可視光遮断層225はアルミニウム単層であってもよいが、可視光を完全に遮断するためには、例えば5nmのTiN、60nmのTi、0.5μmのAl、20nmのTiN、及び10nmのTiの積層構造であってもよい。可視光遮断層225上には、シリコン酸化膜226、シリコン窒化膜227がこの順で積層され、これらで赤外線吸収層228を構成する。   A second interlayer insulating film 224 is formed on the first interlayer insulating film 221, and a visible light blocking layer 225 made of aluminum and having a thickness of 0.5 to 0.6 μm is formed thereon. . The visible light blocking layer 225 may be an aluminum single layer, but in order to completely block visible light, for example, 5 nm TiN, 60 nm Ti, 0.5 μm Al, 20 nm TiN, and 10 nm A laminated structure of Ti may be used. On the visible light blocking layer 225, a silicon oxide film 226 and a silicon nitride film 227 are laminated in this order, and these constitute an infrared absorption layer 228.

図2の赤外線固体撮像装置によれば、赤外線吸収層228と熱電変換素子領域との間に厚さが0.5〜0.6μmである可視光遮断層225が形成されており、この層が熱電変換素子領域に可視光が入射するのを防止する役割を果たす。従来では、熱電変換素子領域に可視光が入射することで、熱電変換素子がフォトダイオード的な動作をし、pn接合ダイオード領域205に蓄積していた電荷が赤外線固体撮像装置固有の読み出しクロック以外のタイミングでn電極領域206に向けて流出することによる、ダイオードの温度変化による電流上昇分が帳消しになっていた。そこで、本実施例では、pn接合ダイオードを構成する熱電変換素子領域の直上に可視光遮断層としてAlを挿入し、可視光、赤外線共に反射し、赤外線のみ上部の吸収膜にて吸収、熱に変換することにより、赤外線成分のみを信号として取り出す事ができる。 According to the infrared solid-state imaging device of FIG. 2, the visible light blocking layer 225 having a thickness of 0.5 to 0.6 μm is formed between the infrared absorbing layer 228 and the thermoelectric conversion element region. It plays a role of preventing visible light from entering the thermoelectric conversion element region. Conventionally, when visible light is incident on the thermoelectric conversion element region, the thermoelectric conversion element operates like a photodiode, and the charge accumulated in the pn junction diode region 205 is other than the readout clock unique to the infrared solid-state imaging device. The amount of current increase due to the temperature change of the diode due to the outflow toward the n + electrode region 206 at the timing was cancelled. Therefore, in this embodiment, Al is inserted as a visible light blocking layer immediately above the thermoelectric conversion element region constituting the pn junction diode, both visible light and infrared light are reflected, and only the infrared light is absorbed and absorbed by the upper absorption film. By converting, only the infrared component can be extracted as a signal.

次に、本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造方法につき、図3乃至図10を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the infrared solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、図3に示すように、半導体基板として単結晶シリコン支持基板201上に埋め込みシリコン酸化膜層202、単結晶シリコン層203が順次積層された、いわゆるSOI基板200を準備する。   First, as shown in FIG. 3, a so-called SOI substrate 200 is prepared in which a buried silicon oxide film layer 202 and a single crystal silicon layer 203 are sequentially stacked on a single crystal silicon support substrate 201 as a semiconductor substrate.

次に、図4に示すように、STI(Shallow−Trench−Isolation)構造により素子分離を行う。すなわち、フォトリソグラフィー技術により素子分離領域を規定し、素子分離領域の単結晶シリコン層203を、RIE(Reactive−Ion−Etching)によりエッチング除去した後に、素子分離酸化膜204をCVD(Chemical−Vapor−Deposition)により埋め込み、CMP(Chemical−Mechanical−Polishing)で平坦化する。このとき、図1における支持構造234の部分も素子分離領域として定義され、素子分離酸化膜204が埋め込まれる。   Next, as shown in FIG. 4, element isolation is performed using an STI (Shallow-Trench-Isolation) structure. That is, an element isolation region is defined by a photolithography technique, the single crystal silicon layer 203 in the element isolation region is removed by etching by RIE (Reactive-Ion-Eching), and then the element isolation oxide film 204 is formed by CVD (Chemical-Vapor-). It is embedded by Deposition and planarized by CMP (Chemical-Mechanical-Polishing). At this time, the portion of the support structure 234 in FIG. 1 is also defined as an element isolation region, and the element isolation oxide film 204 is embedded.

素子分離酸化膜204形成後、図5に示すように、熱電変換素子となるpn接合ダイオードを形成する手段として、まずフォトリソグラフィー技術によりp型拡散層領域を規定し、イオン注入により、例えばホウ素を75keV、1.5×1013cm-2で注入し、pn接合ダイオード領域205を形成する。次に、同様にして、SOI層203の浅い領域にn拡散層領域を規定し、例えばAsを40keV、5×1015cm-2で注入し、n電極領域206を形成する。次に、同様にして、SOI層203の深い領域にp電極領域207を、例えばBを7keV、4×1015cm-2で注入して形成し、基板表面に形成したpコンタクト拡散層領域208と、これとp電極領域207を接続する為に、基板深さ方向に伸張したp領域209を形成する。これらの形成条件(イオン注入条件)としては、例えば、pコンタクト拡散層領域208は、Bを130keV、2×1014cm-2であり、p領域209は、Bを100keV、2.5×1013cm-2及び75keV、6×1013cm-2及び40keV、1.5×1013cm-2及び7keV、4×1015cm-2である。 After the element isolation oxide film 204 is formed, as shown in FIG. 5, as a means for forming a pn junction diode that becomes a thermoelectric conversion element, first, a p-type diffusion layer region is defined by photolithography technology, and, for example, boron is doped by ion implantation. Implantation is performed at 75 keV and 1.5 × 10 13 cm −2 to form a pn junction diode region 205. Next, similarly, an n + diffusion layer region is defined in a shallow region of the SOI layer 203 and, for example, As is implanted at 40 keV and 5 × 10 15 cm −2 to form an n + electrode region 206. Next, in the same manner, a p + electrode region 207 is formed in a deep region of the SOI layer 203 by, for example, implanting B at 7 keV and 4 × 10 15 cm −2 to form a p + contact diffusion layer formed on the substrate surface. In order to connect the region 208 and the p + electrode region 207, a p + region 209 extending in the substrate depth direction is formed. As these formation conditions (ion implantation conditions), for example, the p + contact diffusion layer region 208 has B of 130 keV and 2 × 10 14 cm −2 , and the p + region 209 has B of 100 keV, 2.5 × 10 13 cm −2 and 75 keV, 6 × 10 13 cm −2 and 40 keV, 1.5 × 10 13 cm −2 and 7 keV, 4 × 10 15 cm −2 .

次に、図6に示すように、ポリシリコン層210を形成した後に、フォトリソグラフィーとRIEによって支持構造234を加工する。本工程では周辺回路に使用するMOSトランジスタのゲート電極210も同時に形成される。その後シリコン窒化膜をCVDにより基板全面に形成し、RIEによりエッチバックする事により、ゲート電極および支持配線による段差部に側壁211形成する。この状態で、ゲート電極210、側壁211をマスクとしてイオン注入により、自己整合的にソースドレイン不純物領域を形成する。   Next, as shown in FIG. 6, after forming the polysilicon layer 210, the support structure 234 is processed by photolithography and RIE. In this step, the gate electrode 210 of the MOS transistor used for the peripheral circuit is also formed at the same time. Thereafter, a silicon nitride film is formed on the entire surface of the substrate by CVD, and etched back by RIE, thereby forming a side wall 211 at the stepped portion by the gate electrode and the support wiring. In this state, a source / drain impurity region is formed in a self-aligning manner by ion implantation using the gate electrode 210 and the side wall 211 as a mask.

次に、図7に示すように、SOI層203全体にシリコン窒化膜をCVDにより堆積し、熱電変換素子領域におけるpn接合ダイオードのn電極領域206、pコンタクト領域208以外の領域にフォトマスクを形成し、シリコン窒化膜のRIEを行い、シリサイドブロック膜217を形成する。これにより、pn接合ダイオードのn電極領域206、p領域コンタクト208がシリサイドにより導通してしまうのを防ぐ。その後、ゲート電極、支持配線、側壁212およびシリサイドブロック膜217をマスクとして、ゲート絶縁膜を希弗酸等によりエッチングし、MOSトランジスタ213のゲート電極211、ソースドレイン領域、及び、pn接合ダイオードのn電極領域206、pコンタクト領域208のシリコン層を露出させる。次に、シリサイド形成のためのチタン膜218を全面に堆積する。この状態から、適当なアニール処理を行うことで、MOSトランジスタ213のゲート電極211、ソースドレイン領域、pn接合ダイオードのn電極領域206、pコンタクト領域208、および支持配線の露出シリコンは、チタン膜218と反応し、チタンシリサイド層219が形成される。チタンシリサイド層219形成後は硫酸と過酸化水素の混合液によって、シリサイド反応しない領域のチタン膜218を除去する。 Next, as shown in FIG. 7, a silicon nitride film is deposited on the entire SOI layer 203 by CVD, and a photomask is formed in regions other than the n + electrode region 206 and the p + contact region 208 of the pn junction diode in the thermoelectric conversion element region. And RIE of the silicon nitride film is performed to form a silicide block film 217. This prevents the n + electrode region 206 and the p + region contact 208 of the pn junction diode from becoming conductive due to silicide. Thereafter, the gate insulating film is etched with dilute hydrofluoric acid or the like using the gate electrode, the support wiring, the side wall 212 and the silicide block film 217 as a mask, and the gate electrode 211 of the MOS transistor 213, the source / drain region, The silicon layers of the + electrode region 206 and the p + contact region 208 are exposed. Next, a titanium film 218 for silicide formation is deposited on the entire surface. By performing an appropriate annealing process from this state, the exposed silicon of the gate electrode 211 of the MOS transistor 213, the source / drain region, the n + electrode region 206 of the pn junction diode, the p + contact region 208, and the support wiring is titanium. Reacting with the film 218, a titanium silicide layer 219 is formed. After the titanium silicide layer 219 is formed, the titanium film 218 in a region where no silicide reaction is performed is removed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide.

次に、図8に示すように、SOI層203全面にシリコン窒化膜220、シリコン酸化膜を材料とする第一の層間絶縁膜221をCVDにより堆積し、CMPにより平坦化を行う。   Next, as shown in FIG. 8, a silicon nitride film 220 and a first interlayer insulating film 221 made of a silicon oxide film are deposited on the entire surface of the SOI layer 203 by CVD, and planarized by CMP.

次に、図9に示すように、第一の層間絶縁膜221にコンタクトホール222をRIEにより形成し、CVDによりタングステンをSOI層203全面に堆積し、CMPを行う事で、コンタクトホールの埋め込みを行い、第一コンタクト電極222−1、第二コンタクト電極222−2を形成する。   Next, as shown in FIG. 9, contact holes 222 are formed in the first interlayer insulating film 221 by RIE, tungsten is deposited on the entire surface of the SOI layer 203 by CVD, and CMP is performed to embed the contact holes. The first contact electrode 222-1 and the second contact electrode 222-2 are formed.

次に、図10に示すように、アルミニウム合金を全面にスパッタ法により堆積し、フォトリソグラフィー技術とRIEによりパターニングし、第一コンタクト電極222−1、第二コンタクト電極222−2を接続する金属配線223を形成する。金属配線223形成後、第二の層間絶縁膜224としてシリコン酸化膜を堆積した後、可視光遮断層225としてAl膜を堆積し、熱電変換素子領域全面を覆うように形成する。可視光遮断層225としては、可視光に対して透過性の無いものならAlに限るものではなく、例えばAg、Al、Au、Rh、Cu、Tiやこれらの積層構造でも良い。また、可視光遮断層225として、LSIで用いられる配線層を流用すれば、プロセスを簡略化できる。この時の可視光遮断層225の構造としては、Alの上下の少なくとも一方にTiやTiN、或いはこれらの積層膜を配置した構造、またはCuの上下の少なくとも一方にTa、TaN、或いはこれらの積層膜を配置した構造が良い。その後、赤外線吸収層235としてシリコン酸化膜226とシリコン窒化膜227を堆積する。この時、赤外線吸収を十分に行うために、シリコン酸化膜226とシリコン窒化膜227の合計は0.5μm以上とする事が望ましい。   Next, as shown in FIG. 10, an aluminum alloy is deposited on the entire surface by sputtering, patterned by photolithography and RIE, and metal wiring for connecting the first contact electrode 222-1 and the second contact electrode 222-2. 223 is formed. After the metal wiring 223 is formed, a silicon oxide film is deposited as the second interlayer insulating film 224, and then an Al film is deposited as the visible light blocking layer 225 so as to cover the entire surface of the thermoelectric conversion element region. The visible light blocking layer 225 is not limited to Al as long as it does not transmit visible light. For example, Ag, Al, Au, Rh, Cu, Ti, or a laminated structure thereof may be used. Further, if the wiring layer used in the LSI is used as the visible light blocking layer 225, the process can be simplified. At this time, the visible light blocking layer 225 has a structure in which Ti, TiN, or a laminated film thereof is arranged on at least one of the upper and lower sides of Al, or Ta, TaN, or a laminated layer thereof on at least one of the upper and lower sides of Cu. A structure in which a film is arranged is good. Thereafter, a silicon oxide film 226 and a silicon nitride film 227 are deposited as the infrared absorption layer 235. At this time, in order to sufficiently absorb infrared rays, the total of the silicon oxide film 226 and the silicon nitride film 227 is desirably 0.5 μm or more.

そして、ダイアフラム228形成の為のエッチングホール229をRIEにより形成し、シリコン基板201を露出させる。   Then, an etching hole 229 for forming the diaphragm 228 is formed by RIE, and the silicon substrate 201 is exposed.

次に、TMAH(Tetra−Methyl−Ammonium−Hydroxide)によるシリコンに対する異方性ウエットエッチングにより、シリコン基板201内部にダイアフラム228を形成する。   Next, a diaphragm 228 is formed inside the silicon substrate 201 by anisotropic wet etching for silicon by TMAH (Tetra-Methyl-Ammonium-Hydroxide).

以上の工程により、図2に示す赤外線固体撮像装置が完成する。   Through the above steps, the infrared solid-state imaging device shown in FIG. 2 is completed.

なお、上述した各実施例は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を実施例に開示されたもののみに特定するものではない。本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができるものである。   Each of the above-described embodiments exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention. The technical idea of the present invention is based on the material, shape, structure, and arrangement of components. Etc. are not limited only to those disclosed in the embodiments. The present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.

本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の上面図である。It is a top view of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of the present invention. 図1のA−A´における断面図である。It is sectional drawing in AA 'of FIG. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の赤外線固体撮像装置の製造工程図である。It is a manufacturing-process figure of the infrared solid-state imaging device of Example 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

200 … SOI基板
201 … シリコン基板
202 … 埋め込みシリコン酸化層
203 … SOI層
204 … 素子分離酸化膜
205 … pn接合ダイオード領域
206 … n電極領域
207 … p電極領域
208 … pコンタクト拡散層領域
209 … p領域
210 … ゲート電極
211 … 側壁
213 … MOSトランジスタ
217 … シリサイドブロック膜
218 … チタン膜
219 … チタンシリサイド層
220、227 … シリコン窒化膜
221 … 第一の層間絶縁膜
222 … コンタクトホール
222−1 … 第一コンタクト電極
222−2 … 第二コンタクト電極
223 … 金属配線
224 … 第二の層間絶縁膜
225 … 可視光遮断層
226 … シリコン酸化膜
228 … ダイアフラム
229 … エッチングホール
230 … 入力信号線
231 … 出力信号線
234 … 支持構造
235 … 赤外線吸収層
200 ... SOI substrate 201 ... Silicon substrate 202 ... Embedded silicon oxide layer 203 ... SOI layer 204 ... Element isolation oxide film 205 ... pn junction diode region 206 ... n + electrode region 207 ... p + electrode region 208 ... p + contact diffusion layer region 209 ... p + region 210 ... gate electrode 211 ... sidewall 213 ... MOS transistor 217 ... silicide block film 218 ... titanium film 219 ... titanium silicide layer 220, 227 ... silicon nitride film 221 ... first interlayer insulating film 222 ... contact hole 222 DESCRIPTION OF SYMBOLS -1 ... 1st contact electrode 222-2 ... 2nd contact electrode 223 ... Metal wiring 224 ... 2nd interlayer insulation film 225 ... Visible light blocking layer 226 ... Silicon oxide film 228 ... Diaphragm 229 ... Etching hole 230 ... Input signal 231 ... output signal line 234 ... support structure 235 ... infrared absorbing layer

Claims (5)

内部に中空構造を有する半導体基板上部に形成され、入射赤外線を吸収し熱に変換するための赤外線吸収部と、
前記中空構造上部に形成され、前記赤外線吸収部で発生した熱による温度変化を電気信号に変換するpn接合ダイオードから構成される熱電変換部と、
前記赤外線吸収部と前記熱電変換部の間に存在し、かつ前記熱電変換部への可視光の入射を遮断する、厚さが0.5〜0.6μmである可視光遮断層と、
を具備する事を特徴とする赤外線固体撮像装置。
An infrared absorption part formed on the top of a semiconductor substrate having a hollow structure inside, for absorbing incident infrared rays and converting them into heat;
A thermoelectric conversion unit formed of a pn junction diode formed on the hollow structure and converting a temperature change due to heat generated in the infrared absorption unit into an electrical signal;
A visible light blocking layer having a thickness of 0.5 to 0.6 μm, which is present between the infrared absorption unit and the thermoelectric conversion unit and blocks visible light from entering the thermoelectric conversion unit;
An infrared solid-state imaging device characterized by comprising:
前記熱電変換部は、pn接合ダイオードを逆バイアス接続することを特徴とする請求項1記載の赤外線固体撮像装置。   The infrared solid-state imaging device according to claim 1, wherein the thermoelectric conversion unit performs reverse bias connection of a pn junction diode. 前記可視光遮断は、少なくとも前記熱電変換部を遮蔽する構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の赤外線固体撮像装置。 The visible light blocking layer, an infrared solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the a structure for shielding at least the thermoelectric conversion portion. 内部に中空構造を有する半導体基板上に形成された第一の半導体層と、
前記第一の半導体層内に形成される第一導電型の第一不純物領域と、
前記第一不純物領域中に形成される第二導電型の第二不純物領域と、
前記第一の半導体層上部に形成され、前記第一不純物領域及び前記第二不純物領域をそれぞれ接続する配線層と、
前記配線層上に形成され、厚さが0.5〜0.6μmである可視光遮断層と、
前記可視光遮断層上部に形成される、二層のそれぞれ材料の異なる絶縁層からなる赤外線吸収層と
を具備することを特徴とする赤外線固体撮像装置。
A first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate having a hollow structure therein;
A first impurity region of a first conductivity type formed in the first semiconductor layer;
A second impurity region of a second conductivity type formed in the first impurity region;
A wiring layer formed on the first semiconductor layer and connecting the first impurity region and the second impurity region;
A visible light blocking layer formed on the wiring layer and having a thickness of 0.5 to 0.6 μm;
An infrared solid-state imaging device comprising: an infrared absorption layer formed of two insulating layers made of different materials, formed on the visible light blocking layer.
前記第一不純物領域と前記第二不純物領域とでpn接合を形成し、このpn接合を逆バイアス状態で動作させることを特徴とする赤外線固体撮像装置。   An infrared solid-state imaging device, wherein the first impurity region and the second impurity region form a pn junction, and the pn junction is operated in a reverse bias state.
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