JP4527311B2 - 光センサ及びその検査方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
MOSトランジスタを集積した半導体受光素子からなる光センサは、受光素子を1次元、2次元アレイ状に集積することが容易であり、光ディスク装置のピックアップ受光素子、カメラのオートフォーカス受光素子、ファクシミリ装置、イメージスキャナの原稿読み取り部、デジタルカメラ、ビデオカメラなどに広く応用されている。本発明は、これら民生品に広く使われているMOSトランジスタと半導体受光素子を集積した光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体受光素子からなる光センサには、光照射により受光部で発生した電荷を出力アンプまで伝送する方式の違いから、CCD方式とCMOS方式の２つに大別される。CCD方式の光センサは、受光部で発生した電荷の伝送ロスが少なく、伝送中のノイズが小さいため、SN比が高く、高画質な画像を得ることができ、ホームビデオを中心に広く使われている。しかしながら、CCD方式の光センサは、IC、LSIに比べて高い電圧の電源を複数必要とし、消費電力も大きい。また、その製造方法は、IC、LSIなどの集積回路を構成するCMOSの製造方法と大きく異なるため、画像処理などの付加機能を集積することは困難である。一方、CMOS方式の光センサは、IC、LSIを構成するMOSトランジスタで動作するため、IC、LSIと同じ低電圧動作、低消費電力が可能であり、製造方法もIC、LSIと同じであるため、高機能な処理機能回路を集積することが容易である。
【０００３】
これら光センサの受光部には、CCD方式、CMOS方式に限らず、半導体のPN接合が利用されている。受光部に入射した光は、受光部で電荷を発生して、この電荷がPN接合に蓄積されるためである。受光部以外で発生した電荷が受光部のPN接合に到達することはノイズ原因となるため、通常受光部の周囲を遮光するためのメタル膜で囲んである。この一つの受光部を画素として、複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列することで、画像を入力する光センサとして機能している。複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列した光センサの場合、画素毎に感度がばらつくことは、画像を入力した場合の画質の低下につながるため、できるだけ画素毎の感度ばらつきを小さくすることが重要である。
【０００４】
半導体からなる光センサは、半導体ウエハに大量に製造することができるため、安価で高品質な光センサが提供できることが強みでもある。半導体光センサは、半導体ウエハ単位で製造、検査されて、検査に合格した光センサのみが各々の光センサにダイシング分割されて使われる。通常、半導体ウエハをダイシングするスクライブは、半導体基板と同じ極性の不純物を拡散して、半導体基板の上には膜を置かないような構成としている。これは、スクライブの幅をできる限り小さく、かつダイシングのスループットをできる限り高めるために、ダイシングされる部分であるスクライブには、半導体基板と異種の材料を置かないようにしているのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ単位で光を照射して光センサの出力を検査する場合、従来の光センサのスクライブ構成では、図４のようにスクライブに到達した光により、スクライブで発生した電荷の内のいくつかが、半導体基板中を移動して光センサの画素にまで達して、画素を構成するPN接合に蓄積される。この電荷は、光センサの画素に入射した光で発生した電荷ではないため、ノイズ成分となり、複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列した光センサの場合、画素毎に感度がばらつくことにつながる。
【０００６】
また、スクライブにアライメントマークがあり、スクライブの一部にメタル膜がある場合は、スクライブの中でもメタル膜がある部分だけが、光の入射がないため電荷の発生がない。このため、スクライブの一部にメタル膜がある場合、メタル膜がある周辺に位置する画素のみ、スクライブで発生した電荷が画素に達する確率が他の画素に比べて著しく低いため、メタル膜がある周辺に位置する画素のみ感度が低くなる。
【０００７】
上記の問題は、半導体ウエハ単位で光を照射して光センサの出力を検査する場合、光センサの検査を正確に行えないことに相当する。
【０００８】
光センサの画素のサイズが大きく、画素に入射した光により発生した電荷の量に比べて、スクライブで発生して画素に達した電荷の量が小さい場合は、さほど問題にはならないが、昨今求められている、画素の集積度の高い光センサの場合、画素のサイズは小さくしなくてはならなく、画素に入射した光により発生した電荷の量とスクライブで発生して画素に達した電荷の量との差が小さくなり、上記問題が深刻になってきている。
【０００９】
スクライブで発生した電荷が画素まで至らないように、スクライブと画素の間の距離を大きくすることも考えられるが、光センサのレイアウト上の制約が大きくなる、光センサのサイズが大きくなるなどコスト高の要因につながる。
【００１０】
また、ファクシミリ装置、イメージスキャナの原稿読み取り部などに、画素を1次元に配列した光センサを使う場合は、複数の光センサを並べることで原稿読み取り部としている。このため、画素を1次元に配列した光センサの両端の画素はできる限りスクライブに近づけることが求められる。特に、分解能の高いファクシミリ装置、イメージスキャナの場合は、顕著に求められる。このため、スクライブで発生した電荷が画素まで至らないように、スクライブと画素の間の距離を大きくする解決手段では問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決して、スクライブに半導体基板と異種の材料を置かないようにして、且つスクライブと画素の間の距離を大きくすることなく、スクライブに入射した光により発生する電荷を画素に至らせることのない光センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体受光素子からなる光センサにおいて、前記光センサのスクライブに、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域があることを特徴とする光センサである。前記半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の電位をフローティングとすることで、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域と半導体基板で構成するPN接合に、スクライブに入射した光により発生する電荷を効率良く蓄積することができる。このため、スクライブに入射した光により発生する電荷が光センサの画素を構成するPN接合に至ることはない。
【００１３】
光センサのスクライブに形成した半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域は、光センサに集積されている半導体基板と異なる極性の不純物を拡散したウエルを形成するときに同時に形成すれば良く、スクライブに半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域を形成することで、光センサの製造工程が増えるわけではない。
【００１４】
また、スクライブの表面には、従来と同じように、半導体基板と同じ極性の拡散領域を形成して、スクライブと前記光センサの境界部に、半導体基板と同じ極性の拡散領域とメタル膜のコンタクトがとることも可能である。このとき、スクライブで発生した電荷を蓄積するためのPN接合を形成する、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の深さが、半導体基板と同じ極性の拡散領域よりも深い構成となっていれば良い。このとき、スクライブで発生した電荷を蓄積するためのPN接合を形成する、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の幅は、半導体基板と同じ極性の拡散領域とコンタクトしているメタルの内側にある方が良い。
【００１５】
本発明の光センサであれば、スクライブで発生する電荷の影響を、光センサの画素が受けることがない。このため、光センサを形成した半導体ウエハの状態で、前記光センサのセンサ感度を検査する工程において、前記光センサに光を照射して、前記光センサの出力を検査する場合、画素以外の領域で発生する電荷の影響を受けることがなく、光センサの感度及び画素毎の感度ばらつきのより正確な検査が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の光センサにおけるスクライブ部の断面図が図１である。また、本発明の光センサにおける、スクライブ部に構成した半導体基板と異なる極性をもつ拡散領域と画素の位置を示した図が図２である。本実施例においては、P型（100）のシリコン基板２を使った。スクライブ１には、フローティング拡散領域10として、N型拡散層を、光センサに集積するPMOSトランジスタのN型ウエル領域を形成する工程で同時に形成した。形成は、燐イオンを1×1013cm-2注入して、1100Cで拡散して深さ5mmのPN接合を形成した。この後、通常のCMOS製造工程を経て、図１のスクライブ構成を形成した。このとき、拡散領域７は、PMOSのソース及びドレイン形成のための硼素イオン注入により形成した。また、フィールド酸化膜３は6000Aの熱酸化膜であり、層間膜４はCVD法で成膜した酸化膜と硼素及び燐をドープしたBPSG膜の２層からなり、それぞれ3000Aと5000Aの膜厚である。メタル膜５は微量のシリコンと銅を混入したアルミ膜からなり膜厚は9000Aである。保護膜６はCVD法で成膜した窒化シリコン膜であり、膜厚は9500Aである。スクライブ１の端で、拡散領域７とメタル膜５のコンタクトをとっている。このコンタクトは、幅2mmで光センサの外周を囲むように形成している。このメタル膜は光センサの画素の周囲を囲むメタル膜までつづいているので、スクライブと画素の間には光照射される領域はない。スクライブに照射された光によって発生した電荷は、図３のように、フローティング拡散領域１０と半導体基板２で形成するPN接合部にできる空乏層に蓄積される。
【００１７】
これに対して、図５のような従来の光センサでは、スクライブに照射された光によって発生した電荷は、ある確率で光センサの中に入り、図４のように、いくつかの電荷は画素まで達する。
【００１８】
画素数192bit、画素ピッチ62.5mmで１次元に画素を配列した光センサの1bit目から192bit目までの各画素の出力をウエハ状態で光照射して検査した結果を比較した。図６が本発明の光センサで、図７が従来の光センサである。従来の光センサでは、画素間の出力ばらつきが大きく、光センサの両端に近い画素の出力が中央部の画素の出力に比べて大きくなっていることがわかる。それに対して、本発明の光センサでは、画素間の出力ばらつきが小さく、光センサの両端部の画素も中央部の画素と同じレベルの出力となっており、スクライブに照射された光によって発生した電荷がフローティング拡散領域１０に蓄積されて、画素に達することがないことがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光センサであれば、スクライブで発生する電荷の影響を、光センサの画素が受けることがない。
【００２０】
このため、スクライブに半導体基板と異種の材料を置かないようにして、且つスクライブと画素の間の距離を大きくすることなく、スクライブに入射した光により発生する電荷を画素に至らせることのない光センサを提供することができる。
【００２１】
また、光センサを形成した半導体ウエハの状態で、前記光センサのセンサ感度を検査する工程において、前記光センサに光を照射して、前記光センサの出力を検査する場合、画素以外の領域で発生する電荷の影響を受けることがなく、光センサの感度及び画素毎の感度ばらつきのより正確な検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光センサのスクライブ断面図
【図２】本発明の光センサの上面図
【図３】本発明の光センサの作用の説明図
【図４】従来の光センサの課題の説明図
【図５】従来の光センサのスクライブ断面図
【図６】本発明の光センサの出力
【図７】従来の光センサの出力
【発明の属する技術分野】
MOSトランジスタを集積した半導体受光素子からなる光センサは、受光素子を1次元、2次元アレイ状に集積することが容易であり、光ディスク装置のピックアップ受光素子、カメラのオートフォーカス受光素子、ファクシミリ装置、イメージスキャナの原稿読み取り部、デジタルカメラ、ビデオカメラなどに広く応用されている。本発明は、これら民生品に広く使われているMOSトランジスタと半導体受光素子を集積した光センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体受光素子からなる光センサには、光照射により受光部で発生した電荷を出力アンプまで伝送する方式の違いから、CCD方式とCMOS方式の２つに大別される。CCD方式の光センサは、受光部で発生した電荷の伝送ロスが少なく、伝送中のノイズが小さいため、SN比が高く、高画質な画像を得ることができ、ホームビデオを中心に広く使われている。しかしながら、CCD方式の光センサは、IC、LSIに比べて高い電圧の電源を複数必要とし、消費電力も大きい。また、その製造方法は、IC、LSIなどの集積回路を構成するCMOSの製造方法と大きく異なるため、画像処理などの付加機能を集積することは困難である。一方、CMOS方式の光センサは、IC、LSIを構成するMOSトランジスタで動作するため、IC、LSIと同じ低電圧動作、低消費電力が可能であり、製造方法もIC、LSIと同じであるため、高機能な処理機能回路を集積することが容易である。
【０００３】
これら光センサの受光部には、CCD方式、CMOS方式に限らず、半導体のPN接合が利用されている。受光部に入射した光は、受光部で電荷を発生して、この電荷がPN接合に蓄積されるためである。受光部以外で発生した電荷が受光部のPN接合に到達することはノイズ原因となるため、通常受光部の周囲を遮光するためのメタル膜で囲んである。この一つの受光部を画素として、複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列することで、画像を入力する光センサとして機能している。複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列した光センサの場合、画素毎に感度がばらつくことは、画像を入力した場合の画質の低下につながるため、できるだけ画素毎の感度ばらつきを小さくすることが重要である。
【０００４】
半導体からなる光センサは、半導体ウエハに大量に製造することができるため、安価で高品質な光センサが提供できることが強みでもある。半導体光センサは、半導体ウエハ単位で製造、検査されて、検査に合格した光センサのみが各々の光センサにダイシング分割されて使われる。通常、半導体ウエハをダイシングするスクライブは、半導体基板と同じ極性の不純物を拡散して、半導体基板の上には膜を置かないような構成としている。これは、スクライブの幅をできる限り小さく、かつダイシングのスループットをできる限り高めるために、ダイシングされる部分であるスクライブには、半導体基板と異種の材料を置かないようにしているのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体ウエハ単位で光を照射して光センサの出力を検査する場合、従来の光センサのスクライブ構成では、図４のようにスクライブに到達した光により、スクライブで発生した電荷の内のいくつかが、半導体基板中を移動して光センサの画素にまで達して、画素を構成するPN接合に蓄積される。この電荷は、光センサの画素に入射した光で発生した電荷ではないため、ノイズ成分となり、複数の画素を1次元、あるいは2次元に配列した光センサの場合、画素毎に感度がばらつくことにつながる。
【０００６】
また、スクライブにアライメントマークがあり、スクライブの一部にメタル膜がある場合は、スクライブの中でもメタル膜がある部分だけが、光の入射がないため電荷の発生がない。このため、スクライブの一部にメタル膜がある場合、メタル膜がある周辺に位置する画素のみ、スクライブで発生した電荷が画素に達する確率が他の画素に比べて著しく低いため、メタル膜がある周辺に位置する画素のみ感度が低くなる。
【０００７】
上記の問題は、半導体ウエハ単位で光を照射して光センサの出力を検査する場合、光センサの検査を正確に行えないことに相当する。
【０００８】
光センサの画素のサイズが大きく、画素に入射した光により発生した電荷の量に比べて、スクライブで発生して画素に達した電荷の量が小さい場合は、さほど問題にはならないが、昨今求められている、画素の集積度の高い光センサの場合、画素のサイズは小さくしなくてはならなく、画素に入射した光により発生した電荷の量とスクライブで発生して画素に達した電荷の量との差が小さくなり、上記問題が深刻になってきている。
【０００９】
スクライブで発生した電荷が画素まで至らないように、スクライブと画素の間の距離を大きくすることも考えられるが、光センサのレイアウト上の制約が大きくなる、光センサのサイズが大きくなるなどコスト高の要因につながる。
【００１０】
また、ファクシミリ装置、イメージスキャナの原稿読み取り部などに、画素を1次元に配列した光センサを使う場合は、複数の光センサを並べることで原稿読み取り部としている。このため、画素を1次元に配列した光センサの両端の画素はできる限りスクライブに近づけることが求められる。特に、分解能の高いファクシミリ装置、イメージスキャナの場合は、顕著に求められる。このため、スクライブで発生した電荷が画素まで至らないように、スクライブと画素の間の距離を大きくする解決手段では問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決して、スクライブに半導体基板と異種の材料を置かないようにして、且つスクライブと画素の間の距離を大きくすることなく、スクライブに入射した光により発生する電荷を画素に至らせることのない光センサを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体受光素子からなる光センサにおいて、前記光センサのスクライブに、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域があることを特徴とする光センサである。前記半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の電位をフローティングとすることで、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域と半導体基板で構成するPN接合に、スクライブに入射した光により発生する電荷を効率良く蓄積することができる。このため、スクライブに入射した光により発生する電荷が光センサの画素を構成するPN接合に至ることはない。
【００１３】
光センサのスクライブに形成した半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域は、光センサに集積されている半導体基板と異なる極性の不純物を拡散したウエルを形成するときに同時に形成すれば良く、スクライブに半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域を形成することで、光センサの製造工程が増えるわけではない。
【００１４】
また、スクライブの表面には、従来と同じように、半導体基板と同じ極性の拡散領域を形成して、スクライブと前記光センサの境界部に、半導体基板と同じ極性の拡散領域とメタル膜のコンタクトがとることも可能である。このとき、スクライブで発生した電荷を蓄積するためのPN接合を形成する、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の深さが、半導体基板と同じ極性の拡散領域よりも深い構成となっていれば良い。このとき、スクライブで発生した電荷を蓄積するためのPN接合を形成する、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した領域の幅は、半導体基板と同じ極性の拡散領域とコンタクトしているメタルの内側にある方が良い。
【００１５】
本発明の光センサであれば、スクライブで発生する電荷の影響を、光センサの画素が受けることがない。このため、光センサを形成した半導体ウエハの状態で、前記光センサのセンサ感度を検査する工程において、前記光センサに光を照射して、前記光センサの出力を検査する場合、画素以外の領域で発生する電荷の影響を受けることがなく、光センサの感度及び画素毎の感度ばらつきのより正確な検査が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例の光センサにおけるスクライブ部の断面図が図１である。また、本発明の光センサにおける、スクライブ部に構成した半導体基板と異なる極性をもつ拡散領域と画素の位置を示した図が図２である。本実施例においては、P型（100）のシリコン基板２を使った。スクライブ１には、フローティング拡散領域10として、N型拡散層を、光センサに集積するPMOSトランジスタのN型ウエル領域を形成する工程で同時に形成した。形成は、燐イオンを1×1013cm-2注入して、1100Cで拡散して深さ5mmのPN接合を形成した。この後、通常のCMOS製造工程を経て、図１のスクライブ構成を形成した。このとき、拡散領域７は、PMOSのソース及びドレイン形成のための硼素イオン注入により形成した。また、フィールド酸化膜３は6000Aの熱酸化膜であり、層間膜４はCVD法で成膜した酸化膜と硼素及び燐をドープしたBPSG膜の２層からなり、それぞれ3000Aと5000Aの膜厚である。メタル膜５は微量のシリコンと銅を混入したアルミ膜からなり膜厚は9000Aである。保護膜６はCVD法で成膜した窒化シリコン膜であり、膜厚は9500Aである。スクライブ１の端で、拡散領域７とメタル膜５のコンタクトをとっている。このコンタクトは、幅2mmで光センサの外周を囲むように形成している。このメタル膜は光センサの画素の周囲を囲むメタル膜までつづいているので、スクライブと画素の間には光照射される領域はない。スクライブに照射された光によって発生した電荷は、図３のように、フローティング拡散領域１０と半導体基板２で形成するPN接合部にできる空乏層に蓄積される。
【００１７】
これに対して、図５のような従来の光センサでは、スクライブに照射された光によって発生した電荷は、ある確率で光センサの中に入り、図４のように、いくつかの電荷は画素まで達する。
【００１８】
画素数192bit、画素ピッチ62.5mmで１次元に画素を配列した光センサの1bit目から192bit目までの各画素の出力をウエハ状態で光照射して検査した結果を比較した。図６が本発明の光センサで、図７が従来の光センサである。従来の光センサでは、画素間の出力ばらつきが大きく、光センサの両端に近い画素の出力が中央部の画素の出力に比べて大きくなっていることがわかる。それに対して、本発明の光センサでは、画素間の出力ばらつきが小さく、光センサの両端部の画素も中央部の画素と同じレベルの出力となっており、スクライブに照射された光によって発生した電荷がフローティング拡散領域１０に蓄積されて、画素に達することがないことがわかる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の光センサであれば、スクライブで発生する電荷の影響を、光センサの画素が受けることがない。
【００２０】
このため、スクライブに半導体基板と異種の材料を置かないようにして、且つスクライブと画素の間の距離を大きくすることなく、スクライブに入射した光により発生する電荷を画素に至らせることのない光センサを提供することができる。
【００２１】
また、光センサを形成した半導体ウエハの状態で、前記光センサのセンサ感度を検査する工程において、前記光センサに光を照射して、前記光センサの出力を検査する場合、画素以外の領域で発生する電荷の影響を受けることがなく、光センサの感度及び画素毎の感度ばらつきのより正確な検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光センサのスクライブ断面図
【図２】本発明の光センサの上面図
【図３】本発明の光センサの作用の説明図
【図４】従来の光センサの課題の説明図
【図５】従来の光センサのスクライブ断面図
【図６】本発明の光センサの出力
【図７】従来の光センサの出力
Claims (4)
- 半導体受光素子からなる光センサであって、前記光センサを取り囲んで配置されたスクライブに、
前記光センサを取り囲んで配置された、半導体基板と異なる極性の不純物を拡散した第1の拡散領域と、
前記第1の拡散領域よりも浅く拡散された、前記弟１の拡散領域の表面を覆う前記半導体基板と同じ極性を有する第２の拡散領域と、
前記スクライブと前記光センサとの境界部に、前記光センサの外周を取り囲んで配置された、前記第２の拡散領域とメタル膜とのコンタクトと、
を有する光センサ。 - 前記第１の拡散領域が、前記第２の拡散領域とコンタクトしているメタル膜の外側を取り囲んでいる請求項１に記載の光センサ。
- 前記メタル膜は、前記半導体受光素子からなる前記光センサの画素の周囲を囲む第２のメタル膜とつながっている請求項１に記載の光センサ。
- 請求項１ないし３のいずれか1項に記載された前記光センサが複数個配置された半導体ウエハ。
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