JP5263219B2 - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、裏面照射型の固体撮像装置、その製造方法およびその固体撮像装置を用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to a back-illuminated solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and an imaging device using the solid-state imaging device.
裏面照射型の固体撮像装置は、図8に示すように、フォトダイオード221が形成されるシリコン基板211の一方の面から光を入射し、他方の面に信号回路231を形成する。このため、フォトダイオード221領域のシリコン層の厚さが数μm以下であるとすると、光入射面から入った光のうち長波長成分の光は、フォトダイオード221で十分吸収されることなく、信号回路231面側にまで透過することになる。特に長波長(例えば赤色の波長)側の光がフォトダイオード221領域を透過し、その透過した光が信号回路231へ抜けるため、長波長領域の光を有効に光電変換することが困難である。また、その透過した光が信号回路231に形成された配線層233で反射され、隣接画素のフォトダイオードへ入射するため、それが混色の原因となる。この混色の発生が問題となる。従来の技術として、フォトダイオード上にポリシリコン層を形成する構成やアルミニウム層を形成する構成(例えば、特許文献1参照。)があるが、赤外光、近赤外光等の長波長領域の光に対しての遮光性としては不十分であった。特にポリシリコン層では透過光量が多いため、またアルミニウム層はグレイン成長して成膜されるため、結晶粒界から光漏れが発生するため、反射率が低くなっていた。
As shown in FIG. 8, the back-illuminated solid-state imaging device receives light from one surface of the
解決しようとする問題点は、長波長領域の光が光電変換部(例えばフォトダイオード)を透過し、有効に光電変換することが困難な点であり、またフォトダイオードの光入射側とは反対側に反射用のポリシリコン層やアルミニウム層を形成したのでは、特に長波長領域の光の遮光性が不十分な点である。 The problem to be solved is that it is difficult for light in a long wavelength region to pass through a photoelectric conversion unit (for example, a photodiode) and to effectively perform photoelectric conversion, and on the side opposite to the light incident side of the photodiode. If a reflective polysilicon layer or aluminum layer is formed, the light blocking property of light in the long wavelength region is particularly insufficient.
本発明は、フォトダイオードを透過した長波長領域の光が有効に光電変換されるようにして、感度の向上を可能にすることを課題とする。 An object of the present invention is to make it possible to improve sensitivity by effectively photoelectrically converting light in a long wavelength region transmitted through a photodiode.
本発明に係る固体撮像装置は、半導体層中に形成された光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された信号電荷を取り扱うもので、前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層に形成された信号回路部と、前記半導体層の前記光の入射側とは反対側の面に形成されたゲート絶縁膜と、前記光電変換部に隣接する前記半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲートのゲート電極と、前記光電変換部を透過した光を前記光電変換部側に反射するもので前記光電変換部の光入射側とは反対側に形成された反射層とを備える。前記反射層は、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなり、前記半導体層の光の入射側とは反対側の上方に形成された配線層とは異なる層であって、前記半導体層と前記配線層との間に形成され、前記信号回路部に接続するコンタクト部と同一工程で形成されていることを特徴とする。 The solid-state imaging device according to the present invention handles a photoelectric conversion unit formed in a semiconductor layer and a signal charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit. What is an incident side of light incident on the photoelectric conversion unit? A signal circuit portion formed in the opposite semiconductor layer, a gate insulating film formed on a surface of the semiconductor layer opposite to the light incident side, and the semiconductor layer adjacent to the photoelectric conversion portion The gate electrode of the transfer gate formed through the gate insulating film and the light that has passed through the photoelectric conversion unit is reflected to the photoelectric conversion unit side, and is opposite to the light incident side of the photoelectric conversion unit. And a formed reflective layer. The reflective layer is made of a tungsten layer or a layer including at least a tungsten layer, and is a layer different from a wiring layer formed on an upper side opposite to the light incident side of the semiconductor layer, and the semiconductor layer and the semiconductor layer It is formed between the wiring layer and the contact portion connected to the signal circuit portion in the same process .
本発明の固体撮像装置では、光電変換部の光入射側とは反対側に、光電変換部を透過した光を光電変換部側に反射する反射層を備えたことから、光電変換部に入射した光が光電変換部で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層で反射させて、再び光電変換部に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部を透過した光をもう一度光電変換部で受光することができるため、特に光電変換部で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部の長波長領域の感度を向上させることができる。特に反射層は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層で反射され、もとの光電変換部に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。 In the solid-state imaging device according to the present invention, a reflection layer that reflects light transmitted through the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion unit side is provided on the side opposite to the light incident side of the photoelectric conversion unit. If the light cannot be absorbed by the photoelectric conversion unit, the reflection layer reflects light in a long wavelength region that is particularly easily transmitted through the photoelectric conversion unit, for example, light in a long wavelength region such as near infrared light and infrared light. , It can be returned to the photoelectric conversion unit again. That is, since the light once transmitted through the photoelectric conversion unit can be received again by the photoelectric conversion unit, the amount of light in a long wavelength region that can be received by the photoelectric conversion unit is substantially increased. For this reason, the sensitivity of the long wavelength region of the photoelectric conversion unit can be improved. In particular, since the reflective layer is made of a tungsten layer or a layer containing a tungsten layer, it is formed more densely than the reflective layer made of an aluminum layer formed by grain growth. It is possible to reflect light in the long wavelength region. In addition, light that has not been absorbed by the photoelectric conversion unit out of the light incident from the light incident surface is reflected by the reflection layer on the signal circuit side and returned to the original photoelectric conversion unit, so that light is transmitted to the adjacent pixels. Color mixing caused by leakage can be prevented.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体層中に光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成して、前記光電変換部で光電変換された電気信号を取り出すトランジスタからなる信号回路部を形成する工程と、前記光電変換部の光入射側とは反対側に延長する前記ゲート絶縁膜を介して、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなる反射層を形成する工程と、前記反射層の上方に配線層を形成する工程を有し、前記反射層は、前記信号回路部に接続するコンタクト部を形成する工程で形成することを特徴とする。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a photoelectric conversion part in a semiconductor layer, and a gate insulating film is formed on the semiconductor layer opposite to a light incident side incident on the photoelectric conversion part Forming a gate electrode through the gate insulating film to form a signal circuit unit including a transistor for extracting an electric signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit; and a light incident side of the photoelectric conversion unit; via the gate insulating film extending on the opposite side, possess a step of forming a reflective layer comprising a layer containing tungsten layer or at least a tungsten layer, a step of forming a wiring layer above the reflective layer, wherein The reflective layer is formed in a step of forming a contact portion connected to the signal circuit portion .
本発明の固体撮像装置の製造方法では、光電変換部の光入射側とは反対側に光電変換部を透過した光を光電変換部側に反射する反射層を形成することから、光電変換部に入射した光が光電変換部で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層で反射させて、再び光電変換部に戻すことができるようになる。すなわち、一旦光電変換部を透過した光をもう一度光電変換部で受光することができるため、特に光電変換部で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることができるようになる。このため、光電変換部の長波長領域の感度を向上させた固体撮像装置が製造される。特に反射層は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層で形成されることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密になるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができるようになる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層で反射され、もとの光電変換部に戻されるようになるので、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止する固体撮像装置が製造される。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a reflection layer that reflects light that has passed through the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion unit side is formed on the side opposite to the light incident side of the photoelectric conversion unit. When the incident light cannot be absorbed by the photoelectric conversion unit, the reflection layer reflects light in a long wavelength region that is easily transmitted through the photoelectric conversion unit, for example, light in a long wavelength region such as near infrared light and infrared light. Thus, it can be returned to the photoelectric conversion unit again. That is, since the light once transmitted through the photoelectric conversion unit can be received again by the photoelectric conversion unit, the amount of light in the long wavelength region that can be received by the photoelectric conversion unit in particular can be substantially increased. For this reason, a solid-state imaging device with improved sensitivity in the long wavelength region of the photoelectric conversion unit is manufactured. In particular, since the reflective layer is formed of a tungsten layer or a layer containing a tungsten layer, it becomes denser than the reflective layer made of an aluminum layer formed by grain growth. It becomes possible to reflect light in the long wavelength region. In addition, light that has not been absorbed by the photoelectric conversion unit out of light incident from the light incident surface is reflected by the reflection layer on the signal circuit side and returned to the original photoelectric conversion unit, so that adjacent pixels Thus, a solid-state imaging device that prevents color mixing caused by light leakage is manufactured.
本発明に係る撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、光電変換された信号を処理する信号処理部とを備える。前記固体撮像装置は、半導体層中に形成された光電変換部と、前記光電変換部で光電変換された電気信号を取り出すもので、前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層に形成された信号回路部と、前記半導体層の前記光の入射側とは反対側の面に形成されたゲート絶縁膜と、前記光電変換部に隣接する前記半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲートのゲート電極と、前記光電変換部上に前記ゲート絶縁膜を介して形成されていて前記光電変換部を透過した光を前記光電変換部側に反射する反射層とを備え、前記反射層は、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなり、前記半導体層の光の入射側とは反対側の上方に形成された配線層とは異なる層であって、前記半導体層と前記配線層との間に形成され、前記信号回路部に接続するコンタクト部と同一工程で形成されていることを特徴とする。 An imaging apparatus according to the present invention includes a condensing optical unit that condenses incident light, a solid-state imaging device that receives and photoelectrically converts light collected by the condensing optical unit, and processes the photoelectrically converted signal A signal processing unit. The solid-state imaging device extracts a photoelectric conversion unit formed in a semiconductor layer and an electrical signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, and is on the opposite side to the incident side of light incident on the photoelectric conversion unit. A signal circuit portion formed on the semiconductor layer; a gate insulating film formed on a surface of the semiconductor layer opposite to the light incident side; and the gate on the semiconductor layer adjacent to the photoelectric conversion portion. A gate electrode of a transfer gate formed through an insulating film, and a reflection that is formed through the gate insulating film on the photoelectric conversion unit and reflects light transmitted through the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion unit side The reflective layer is made of a tungsten layer or a layer including at least a tungsten layer, and is a layer different from a wiring layer formed on the side opposite to the light incident side of the semiconductor layer, Before the semiconductor layer Is formed between the wiring layers, characterized in that it is formed by the contact portion in the same step of connecting to the signal circuit.
本発明の撮像装置では、本願発明の固体撮像装置を用いることから、上記説明したのと同様に、高感度で混色が防止された固体撮像装置になる。 Since the imaging device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention, it becomes a solid-state imaging device that is highly sensitive and prevents color mixing, as described above.
本発明に係る固体撮像装置によれば、光電変換部を透過した光をその光電変換部側に反射するもので、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなる反射層が光電変換部の光入射側とは反対側に形成されるため、光電変換部の長波長領域の感度を向上させることで高感度となり、混色の発生が抑制でき、光電変換部に光量を多く取り入れることで高ダイナミックレンジとなる固体撮像装置が実現できるという利点がある。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, the light transmitted through the photoelectric conversion unit is reflected to the photoelectric conversion unit side, and the reflection layer made of the tungsten layer or the layer including the tungsten layer is the light incident side of the photoelectric conversion unit. Since it is formed on the opposite side, it is highly sensitive by improving the sensitivity of the long wavelength region of the photoelectric conversion unit, can suppress the occurrence of color mixing, and has a high dynamic range by incorporating a large amount of light into the photoelectric conversion unit. There is an advantage that a solid-state imaging device can be realized.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部を透過した光をその光電変換部側に反射するもので、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなる反射層を光電変換部の光入射側とは反対側に形成するため、光電変換部の長波長領域の感度を向上させることで高感度が得られ、混色の発生を抑制でき、光電変換部に光量を多く取り入れることで高ダイナミックレンジが得られる固体撮像装置を製造することが実現できるという利点がある。 According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the light transmitted through the photoelectric conversion unit is reflected to the photoelectric conversion unit side, and the reflection layer formed of a tungsten layer or a layer including the tungsten layer is formed on the photoelectric conversion unit. Since it is formed on the side opposite to the light incident side, high sensitivity can be obtained by improving the sensitivity of the long wavelength region of the photoelectric conversion unit, color mixing can be suppressed, and high by incorporating a large amount of light into the photoelectric conversion unit. There is an advantage that it is possible to manufacture a solid-state imaging device capable of obtaining a dynamic range.
本発明に係る撮像装置によれば、本願発明の固体撮像装置を用いることから、上記説明したのと同様な効果が得られるという利点がある。 According to the imaging apparatus of the present invention, since the solid-state imaging apparatus of the present invention is used, there is an advantage that the same effect as described above can be obtained.
本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態(第1実施例)を、図1の概略構成断面図によって説明する。 An embodiment (first example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
図1に示すように、半導体層11には画素を分離する画素分離領域12が形成されている。上記半導体層11には、例えばシリコン層もしくはシリコン基板が用いられる。また、画素分離領域12は、例えばp型ウエル領域で形成されている。上記画素分離領域12によって区分される領域には、光電変換部21が形成されている。光電変換部21の光入射側(図面で光電変換部21の下部側)には、ホール蓄積層22が形成されている。このホール蓄積層22は、例えばp+領域で形成されている。また、上記光電変換部21の光入射側とは反対側(図面で光電変換部21の上部側)にはホール蓄積層23が形成され、その下層にはn型ウエル領域24が形成されている。このホール蓄積層23は、例えばp+領域で形成されている。また、光電変換部21上にはゲート絶縁膜31を介してゲート電極(例えば転送ゲート)32が形成されている。また、ゲート電極32の一方側の半導体層11にはn+領域25が形成されている。
As shown in FIG. 1, a
上記ゲート電極32上にはコンタクト部41が接続され、上記画素分離領域12上にはコンタクト部42が接続されるとともに、上記光電変換部21上には上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる反射層43が形成されている。また、図示はしていない信号回路部の他のトランジスタ(例えば、ゲート電極、ソース・ドレイン領域等)に接続するコンタクト部も形成されている。上記ゲート絶縁膜31、ゲート電極32上には絶縁膜81が形成され、上記各コンタクト部はこの絶縁膜81に形成された孔91、92、93等に、例えば導電体を埋め込むことで形成されている。
A
上記反射層43は、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射するものであることが必要である。例えば、少なくとも近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。上記反射層43は、上記長波長領域の光とともに、それよりも短い波長の光、例えば可視光や、さらに近紫外光、紫外光等も反射するものであってもよい。このような特性を有する材料の一例として、タングステン層がある。したがって、上記反射層43は、タングステン層で形成されることが好ましい。もしくは、タングステン層を含む層で形成されることが好ましい。このような積層構造として、ポリシリコン層とタングステン層との積層構造、タングステン層とシリサイド層との積層構造がある。
The
このように、反射層43がタングステン層で形成されていることから、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射することができる。しかも、上記タングステン層は、従来のアルミニウム層のようにグレイン成長して成膜されるものではないので、結晶粒界ができ難い。このため、アルミニウム膜では結晶粒界から漏れていた近赤外光、赤外光等の長波長領域の光も反射することができる。
Thus, since the
さらに、上記各コンタクト部41、42や上記反射層43に接続する第1配線51〜53が形成されている。上記反射層43に接続する第1配線53は、例えば、上記電極層34を投影した形状、もしくはその形状より大きい形状に形成されていることが好ましい。また、上記第1配線51〜52は、例えばタングステンで形成されることが好ましいが、その他の金属材料、例えば銅、アルミニウム等であってもよい。例えば、第1配線51〜53をタングステンで形成した場合には、上記反射層43で反射しきれなかった、例えば反射層43の周部から漏れた上記長波長領域の光を、第1配線51〜53によって、光電変換部21側に反射させることが可能になる。
Further, first wirings 51 to 53 connected to the
上記第1配線51〜53には、例えばビア54〜56を介して第2配線61〜63が接続されている。同様に、上記第2配線61〜63には、例えばビア64〜66を介して第3配線71〜73が接続されている。図面では3層構造の配線層を有する固体撮像装置1を示したが、配線層が4層以上であっても、本発明は適用できる。上記各配線層を被覆するように、前記絶縁膜81を含む絶縁膜80が形成されている。この絶縁膜80は、配線形成に応じて、複数層の絶縁膜で形成されているものである。また、上記半導体層11の光入射側とは反対側には、図示はしていないが、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等のトランジスタ群や、上記第1配線51〜53、ビア54〜56、第2配線61〜63、ビア64〜66、第3配線71〜73等の配線層からなる信号回路部が形成されている。
For example,
上記第1実施例の固体撮像装置1では、光電変換部21の光入射側とは反対側に、光電変換部21を透過した光を光電変換部21側に反射する反射層43を備えたことから、光電変換部21に入射した光が光電変換部21で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部21を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層43で反射させて、再び光電変換部21に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部21を透過した光をもう一度光電変換部21で受光することができるため、特に光電変換部21で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部21の長波長領域の感度を向上させることができる。また、反射層43は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部21で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層43で反射され、もとの光電変換部21に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。
In the solid-
上記第1実施例の構成の固体撮像装置1を製造するには、上記ゲート電極32上にコンタクト部41を形成し、上記画素分離領域12上にコンタクト部42を形成する際に、上記光電変換部21上に上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる反射層43を形成すればよい。例えば、絶縁膜81に形成された孔91、92にタングステンを埋め込んで上記コンタクト部41、42を形成するのと同時に、光電変換部21上の絶縁膜81に形成した孔93にタングステンを埋め込むことで、反射層43を形成する。そして、コンタクト部41に接続する第1配線51、コンタクト部42に接続する第1配線52を形成するのと同時に、反射層43に接続する第1配線53を、上記光電変換部21上を覆うように形成する。これにより、図示するように反射層43は、光電変換部21に近いゲート絶縁膜31と第1配線53との間に形成される。
In order to manufacture the solid-
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態(第2実施例)を、図2の概略構成断面図によって説明する。この第2実施例は、上記第1実施例において、反射層43が形成される孔93の開口形状が大きい場合で、孔93の内部をタングステン層で埋め込むこと
が困難になる場合の対応策の一例である。
Next, an embodiment (second example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG. This second embodiment is a countermeasure for the case where it is difficult to bury the inside of the
図2に示すように、半導体層11には画素を分離する画素分離領域12が形成されている。上記半導体層11には、例えばシリコン層が用いられる。また、画素分離領域12は、例えばp型ウエル領域で形成されている。上記画素分離領域12によって区分される領域には、光電変換部21が形成されている。光電変換部21の光入射側(図面で光電変換部21の下部側)には、ホール蓄積層22が形成されている。このホール蓄積層22は、例えばp+領域で形成されている。また、上記光電変換部21の光入射側とは反対側(図面で光電変換部21の上部側)にはホール蓄積層23が形成され、その下層にはn型ウエル領域24が形成されている。このホール蓄積層23は、例えばp+領域で形成されている。また、光電変換部21上にはゲート絶縁膜31を介してゲート電極(例えば転送ゲート)32が形成されている。また、ゲート電極32の一方側の半導体層11にはn+領域25が形成されている。
As shown in FIG. 2, a
上記ゲート電極32上にはコンタクト部41が接続され、上記画素分離領域12上にはコンタクト部42が接続されるとともに、上記光電変換部21上には上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる反射層43が形成されている。また、図示はしていない信号回路部の他のトランジスタ(例えば、ゲート電極、ソース・ドレイン領域等)に接続するコンタクト部も形成されている。上記ゲート絶縁膜31、ゲート電極32上には絶縁膜81が形成され、上記各コンタクト部はこの絶縁膜81に形成された孔に、例えば導電層を埋め込むことで形成されている。上記反射層43も同様な方法が採用されるが、孔93の開口形状が大きいため、孔93の内部を埋め込むように反射層43を形成することが困難である。そこで、上記反射層43は孔93の内面を被覆するように形成されている。
A
上記反射層43は、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。例えば、少なくとも近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。上記反射層43は、上記長波長領域の光とともに、それよりも短い波長の光、例えば可視光や、さらに近紫外光、紫外光等も反射するものであってもよい。このような特性を有する材料の一例として、タングステン層がある。したがって、上記反射層43は、タングステン層で形成されることが好ましい。もしくは、タングステン層を含む層で形成されることが好ましい。このような積層構造として、ポリシリコン層とタングステン層との積層構造、タングステン層とシリサイド層との積層構造がある。また、上記孔93の内面を被覆するように形成した反射層43は、近赤外光や赤外光等の長波長領域の光が透過しない膜厚に形成されることが必要である。
The
このように、反射層43がタングステン層で形成されていることから、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射することができる。しかも、上記タングステン層は、従来のアルミニウム層のようにグレイン成長して成膜されるものではないので、結晶粒界ができ難い。このため、アルミニウム膜では結晶粒界から漏れていた近赤外光、赤外光等の長波長領域の光も反射することができる。
Thus, since the
上記孔93の内部には、反射層43を介して絶縁膜もしくは導電膜からなる埋め込み材料44が埋め込まれている。このように、埋め込み材料44によって孔93を埋め込むことで、孔93では段差を生じることが解消されている。
A filling
さらに、上記各コンタクト部41、42や上記反射層43に接続する第1配線51〜53が形成されている。上記反射層43に接続する第1配線53は、例えば、上記電極層34を投影した形状、もしくはその形状より大きい形状に形成されていることが好ましい。また、上記第1配線51〜53は、例えばタングステンで形成されることが好ましいが、その他の金属材料、例えば銅、アルミニウム等であってもよい。例えば、第1配線51〜53をタングステンで形成した場合には、上記反射層43で反射しきれなかった、例えば反射層43の周部から漏れた上記長波長領域の光を、第1配線51〜53によって、光電変換部21側に反射させることが可能になる。
Further, first wirings 51 to 53 connected to the
上記第1配線51〜53には、例えばビア54〜56を介して第2配線61〜63が接続されている。同様に、上記第2配線61〜63には、例えばビア64〜66を介して第3配線71〜73が接続されている。図面では3層構造の配線層を有する固体撮像装置2を示したが、配線層が4層以上であっても、本発明は適用できる。上記各配線層を被覆するように、前記絶縁膜81を含む絶縁膜80が形成されている。この絶縁膜80は、配線形成に応じて、複数層の絶縁膜で形成されているものである。また、上記半導体層11の光入射側とは反対側には、図示はしていないが、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等のトランジスタ群や、上記第1配線51〜53、ビア54〜56、第2配線61〜63、ビア64〜66、第3配線71〜73等の配線層からなる信号回路部が形成されている。
For example,
上記第2実施例の固体撮像装置2では、光電変換部21の光入射側とは反対側に、光電変換部21を透過した光を光電変換部21側に反射する反射層43を備えたことから、光電変換部21に入射した光が光電変換部21で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部21を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層43で反射させて、再び光電変換部21に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部21を透過した光をもう一度光電変換部21で受光することができるため、特に光電変換部21で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部21の長波長領域の感度を向上させることができる。また、反射層43は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部21で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層43で反射され、もとの光電変換部21に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。
In the solid-
上記第2実施例の構成の固体撮像装置2を製造するには、上記ゲート電極32上にコンタクト部41を形成し、上記画素分離領域12上にコンタクト部42を形成する際に、上記光電変換部21上に上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる反射層43を形成すればよい。ただし、反射層43で孔93を埋め込むことができないので、反射層43で埋め込めなかった部分に絶縁膜もしくは導電膜からなる埋め込み材料44が埋め込む。例えば、絶縁膜81に形成された孔91、92にタングステン膜を埋め込んで上記コンタクト部41、42を形成するのと同時に、光電変換部21上の絶縁膜81に形成した孔93の内面にタングステン膜を成膜することで、反射層43を形成する。次いで、孔93の反射層43で埋め込み切れなかった部分に絶縁膜もしくは導電膜からなる埋め込み材料44を埋め込み、その後、余剰な埋め込み材料を除去する。そして、コンタクト部41に接続する第1配線51、コンタクト部42に接続する第1配線52を形成するのと同時に、反射層43に接続する第1配線53を、上記光電変換部21上を覆うように形成する。これにより、図示するように反射層43は、光電変換部21に近いゲート絶縁膜31と第1配線53との間に形成される。
In order to manufacture the solid-
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態(第3実施例)を、図3の概略構成断面図および図4の平面レイアウト図によって説明する。 Next, an embodiment (third example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG. 3 and the plane layout diagram of FIG.
図3および図4に示すように、半導体層11には画素を分離する画素分離領域12が形成されている。上記半導体層11には、例えばシリコン層が用いられる。また、画素分離領域12は、例えばp型ウエル領域で形成されている。上記画素分離領域12によって区分される領域には、光電変換部21が形成されている。光電変換部21の光入射側(図面で光電変換部21の下部側)には、ホール蓄積層22が形成されている。このホール蓄積層22は、例えばp+領域で形成されている。また、上記光電変換部21の光入射側とは反対側(図面で光電変換部21の上部側)にはホール蓄積層23が形成され、その下層にはn型ウエル領域24が形成されている。このホール蓄積層23は、例えばp+領域で形成されている。また、光電変換部21上にはゲート絶縁膜31を介してゲート電極(例えば転送ゲート)32が形成されている。また、ゲート電極32の一方側の半導体層11にはn+領域25が形成されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a
上記ゲート電極32上にはコンタクト部41が形成され、上記画素分離領域12上にはコンタクト部42が形成されるとともに、上記光電変換部21の周部上には上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同時に形成される反射層43が形成されている。また、図示はしていない信号回路部の他のトランジスタ(例えば、ゲート電極、ソース・ドレイン領域等)に接続するコンタクト部も形成されている。上記ゲート絶縁膜31、ゲート電極32上には絶縁膜81が形成され、上記各コンタクト部はこの絶縁膜81に形成された孔に、例えば導電層を埋め込むことで形成されている。そこで、図4に示すように、上記反射層43が形成される溝94は、上記光電変換部21の周部上に、溝94が導電層で埋め込まれる幅に形成されている。なお、図4(1)は光電変換部21と溝94に形成された反射層43の位置関係を示し、図4(2)はさらに第1配線53を加えた光電変換部21と溝94に形成された反射層43の位置関係を示している。
A
上記反射層43は、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。例えば、少なくとも近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。上記反射層43は、上記長波長領域の光とともに、それよりも短い波長の光、例えば可視光や、さらに近紫外光、紫外光等も反射するものであってもよい。このような特性を有する材料の一例として、タングステン層がある。したがって、上記反射層43は、タングステン層で形成されることが好ましい。もしくは、タングステン層を含む層で形成されることが好ましい。このような積層構造として、ポリシリコン層とタングステン層との積層構造、タングステン層とシリサイド層との積層構造がある。また、上記溝94を埋め込むように形成した反射層43は、近赤外光や赤外光等の長波長領域の光が透過しない膜厚に形成されることが必要である。
The
このように、反射層43がタングステン層で形成されていることから、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射することができる。しかも、上記タングステン層は、従来のアルミニウム層のようにグレイン成長して成膜されるものではないので、結晶粒界ができ難い。このため、アルミニウム膜では結晶粒界から漏れていた近赤外光、赤外光等の長波長領域の光も反射することができる。
Thus, since the
さらに、上記各コンタクト部41、42や上記反射層43に接続する第1配線51〜53が形成されている。上記反射層43に接続する第1配線53は、例えば、上記電極層34を投影した形状、もしくはその形状より大きい形状に形成されていることが好ましい。また、上記第1配線51〜53は、例えばタングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層で形成される。上記第1配線53がタングステン層もしくはタングステン層を含む層で形成されたことで、反射層43に囲まれた領域を透過する上記長波長領域の光を光電変換部21側に反射させることが可能になる。また、反射層43が光電変換部21の周部上に形成され、第1配線53に接続されていることから、光電変換部21を透過した光は、第1配線53および反射層43によって当該光電変換部21側に反射されるので、他の画素に入射されることなく、当該光電変換部21に再入射させることが可能になる。すなわち、この第3実施例では、光電変換部21を透過した光を光電変換部21に再入射させる機能からして、第1配線53も反射層となっている。
Further, first wirings 51 to 53 connected to the
また、上記反射層43が形成される溝94は、光電変換部21に接続して形成される転送トランジスタ101に重ならないように形成されている。なお、一例として、光電変換部には、転送トランジスタ101、リセットトランジスタ102、増幅トランジスタ103が順に接続されている。また、例えば、転送トランジスタ101の転送ゲート101Gに接続するコンタクト部41、各トランジスタのソースドレインに接続するコンタクトが設けられている。
Further, the
上記第1配線51〜53には、例えばビア54〜56を介して第2配線61〜63が接続されている。同様に、上記第2配線61〜63には、例えばビア64〜66を介して第3配線71〜73が接続されている。図面では3層構造の配線層を有する固体撮像装置3を示したが、配線層が4層以上であっても、本発明は適用できる。上記各配線層を被覆するように、前記絶縁膜81を含む絶縁膜80が形成されている。この絶縁膜80は、配線形成に応じて、複数層の絶縁膜で形成されているものである。また、上記半導体層11の光入射側とは反対側には、転送トランジスタ101、リセットトランジスタ102、増幅トランジスタ103等のトランジスタ群や、上記第1配線51〜53、ビア54〜56、第2配線61〜63、ビア64〜66、第3配線71〜73等の配線層からなる信号回路部が形成されている。
For example,
上記第3実施例の固体撮像装置3では、光電変換部21の光入射側とは反対側に、光電変換部21を透過した光を光電変換部21側に反射する反射層43および第1配線53を備えたことから、光電変換部21に入射した光が光電変換部21で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部21を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層43および第1配線53、で反射させて、再び光電変換部21に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部21を透過した光をもう一度光電変換部21で受光することができるため、特に光電変換部21で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部21の長波長領域の感度を向上させることができる。また、反射層43および第1配線53は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部21で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層43で反射され、もとの光電変換部21に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。
In the solid-
上記第3実施例の構成の固体撮像装置3を製造するには、上記ゲート電極32上にコンタクト部41を形成し、上記画素分離領域12上にコンタクト部42を形成する際に、上記光電変換部21上に上記ゲート絶縁膜31を介して上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる反射層43を形成すればよい。例えば、絶縁膜81に形成された孔91、92にタングステンを埋め込んで上記コンタクト部41、42を形成するのと同時に、光電変換部21上の絶縁膜81に形成した溝94にタングステンを埋め込むことで、反射層43を形成する。そして、コンタクト部41に接続する第1配線51、コンタクト部42に接続する第1配線52を形成するのと同時に、反射層43に接続する第1配線53を、上記光電変換部21上を覆うように形成する。これにより、図示するように反射層43は、光電変換部21に近いゲート絶縁膜31と第1配線53との間に形成される。
In order to manufacture the solid-
本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態(第4実施例)を、図5の概略構成断面図によって説明する。 An embodiment (fourth example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to the schematic sectional view of FIG.
図5に示すように、半導体層11には画素を分離する画素分離領域12が形成されている。上記半導体層11には、例えばシリコン層が用いられる。また、画素分離領域12は、例えばp型ウエル領域で形成されている。上記画素分離領域12によって区分される領域には、光電変換部21が形成されている。光電変換部21の光入射側(図面で光電変換部21の下部側)には、ホール蓄積層22が形成されている。このホール蓄積層22は、例えばp+領域で形成されている。また、上記光電変換部21の光入射側とは反対側(図面で光電変換部21の上部側)にはホール蓄積層23が形成され、その下層にはn型ウエル領域24が形成されている。このホール蓄積層23は、例えばp+領域で形成されている。また、光電変換部21上にはゲート絶縁膜31を介してゲート電極(例えば転送ゲート)32が形成されている。また、ゲート電極32の一方側の半導体層11にはn+領域25が形成されている。
As shown in FIG. 5, a
上記光電変換部21上には、上記ゲート絶縁膜31を介して、上記ゲート電極32と同一層で形成される電極層34が形成されている。この電極層34は、例えばポリシリコンで形成され、もしくはポリサイドで形成されることも可能である。上記電極層34には、上記ゲート電極32に接続するコンタクト部41、図示はしていない信号回路部の他のトランジスタ(例えば、ゲート電極、ソース・ドレイン領域等)に接続するコンタクト部、画素分離領域12に接続するコンタクト部42とともに、複数のコンタクト部からなる反射層43が形成されている。この反射層43は、上記電極層34上にできうる限り多数形成されていて、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。例えば、少なくとも近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。上記反射層43は、上記長波長領域の光とともに、上記長波長領域の光よりも短い波長の光、例えば可視光や、さらに近紫外光、紫外光等も反射するものであってもよい。このような特性を有する材料の一例として、タングステン層がある。したがって、上記反射層43は、タングステン層で形成されることが好ましい。もしくは、タングステン層を含む層で形成されることが好ましい。また、上記電極層34上に形成される反射層43は、その間隔が設計ルールの最小寸法となるように、かつ個々の反射層43の大きさ(口径)が最大寸法と成るように形成されている。つまり、電極層34上に形成される反射層43が占める面積が最大となるように形成されている。
An
さらに、上記各コンタクト部41、42や上記反射層43に接続する第1配線51〜53が形成されている。上記反射層43に接続する第1配線53は、例えば、上記電極層34を投影した形状、もしくはその形状より大きい形状に形成されていることが好ましい。また、上記第1配線51〜53は、例えばタングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層で形成される。上記第1配線53がタングステン層もしくはタングステン層を含む層で形成されたことで、反射層43間を透過する上記長波長領域の光を光電変換部21側に反射させることが可能になる。また、光電変換部21を透過した光は、第1配線53および反射層43によって当該光電変換部21側に反射されるので、他の画素に入射されることが低減され、当該光電変換部21に再入射させることが可能になる。すなわち、この第4実施例では、光電変換部21を透過した光を光電変換部21に再入射させる機能からして、第1配線53も反射層となっている。
Further, first wirings 51 to 53 connected to the
上記第1配線51〜53には、例えばビア54〜56を介して第2配線61〜63が形成されている。同様に、上記第2配線61〜63には、例えばビア64〜66を介して第3配線71〜73が形成されている。図面では3層構造の配線層を有する固体撮像装置4を示したが、配線層が4層以上であっても、本発明は適用できる。上記各配線層を被覆するように、絶縁膜81が形成されている。この絶縁膜81は、配線形成に応じて、複数層の絶縁膜で形成されているものである。また、上記半導体層11の光入射側とは反対側には、図示はしていないが、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等のトランジスタ群や、上記第1配線51〜53、ビア54〜56、第2配線61〜63、ビア64〜66、第3配線71〜73等の配線層からなる信号回路部が形成されている。
In the first wirings 51 to 53,
上記第4実施例の固体撮像装置4では、光電変換部21の光入射側とは反対側に、光電変換部21を透過した光を光電変換部21側に反射する複数の反射層43を備えたことから、光電変換部21に入射した光が光電変換部21で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部21を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層43で反射させて、再び光電変換部21に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部21を透過した光をもう一度光電変換部21で受光することができるため、特に光電変換部21で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部21の長波長領域の感度を向上させることができる。また、反射層43は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部21で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層43で反射され、もとの光電変換部21に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。
In the solid-state imaging device 4 of the fourth embodiment, a plurality of
さらに、上記電極層34にバイアスを印加することによって、光電変換部21の電荷を蓄積する領域のポテンシャルを変化させることが可能となる。現状のCMOSイメージセンサでは、上記電荷蓄積部分のポテンシャル深さは、電荷読み出し時に読み出し残り、つまり残像がなく完全に転送できるように設計しなければならない。そこで、本発明のよう
に、電荷読み出し時にバイアスを印加することによって、電荷蓄積部分のポテンシャルを浅い方向へ変化させ、読み出しの効率を保ったまま、電荷蓄積領域のポテンシャルを深くし、飽和電荷量を増加させることができる。
Furthermore, by applying a bias to the
また、光電変換部21上にバイアス印加が可能な電極層34が形成されているので、ピニング対策となる。また、電極層34がポリシリコンで形成されている場合、ポリシリコンのみでは反射膜としての機能が不十分であるが、電極層34上にコンタクト部と同様な構成のタングステンからなる反射層43を形成しているので、反射効率も確保されている。
Further, since the
上記第4実施例の構成の固体撮像装置4を製造するには、ゲート電極32を形成する工程で、光電変換部21上のゲート絶縁膜31上に電極層34を形成する。すなわち、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等のトランジスタ群のゲート電極を形成する工程で電極層34を形成する。さらに、上記ゲート電極32上にコンタクト部41を形成し、上記画素分離領域12上にコンタクト部42を形成する際に、上記電極層34上に上記コンタクト部41、42と同様なるコンタクト部からなる複数の反射層43を形成すればよい。例えば、絶縁膜81に形成された孔91、92にタングステンを埋め込んで上記コンタクト部41、42を形成するのと同時に、光電変換部21上の絶縁膜81に形成した複数の孔93にタングステンを埋め込むことで、反射層43を形成する。このとき、上記電極層34上に形成される反射層43は、その間隔が設計ルールの最小寸法となるように、かつ個々の反射層43の大きさ(口径)が最大寸法と成るように形成する。つまり、電極層34上に形成される反射層43が占める面積が最大となるように形成する。そして、コンタクト部41に接続する第1配線51、コンタクト部42に接続する第1配線52を形成するのと同時に、反射層43に接続する第1配線53を、上記光電変換部21上を覆うように形成する。これにより、図示するように反射層43は、光電変換部21に近い電極層34と第1配線53との間に形成される。
In order to manufacture the solid-state imaging device 4 having the configuration of the fourth embodiment, the
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態(第5実施例)を、図6の概略構成断面図によって説明する。 Next, an embodiment (fifth example) according to the solid-state imaging device of the present invention will be described with reference to a schematic sectional view of FIG.
図6に示すように、半導体層11には画素を分離する画素分離領域12が形成されている。上記半導体層11には、例えばシリコン層が用いられる。また、画素分離領域12は、例えばp型ウエル領域で形成されている。上記画素分離領域12によって区分される領域には、光電変換部21が形成されている。光電変換部21の光入射側(図面で光電変換部21の下部側)には、ホール蓄積層22が形成されている。このホール蓄積層22は、例えばp+領域で形成されている。また、上記光電変換部21の光入射側とは反対側(図面で光電変換部21の上部側)にはホール蓄積層23が形成され、その下層にはn型ウエル領域24が形成されている。このホール蓄積層23は、例えばp+領域で形成されている。また、光電変換部21上にはゲート絶縁膜31を介してゲート電極(例えば転送ゲート)32が形成されている。また、ゲート電極32の一方側の半導体層11にはn+領域25が形成されている。
As shown in FIG. 6, a
上記ゲート電極32上にはコンタクト部41が形成され、上記画素分離領域12上には光電変換部21の周囲に形成した溝95を埋め込む反射層43が形成されている。また、図示はしていない信号回路部の他のトランジスタ(例えば、ゲート電極、ソース・ドレイン領域等)に接続するコンタクト部も形成されている。上記ゲート絶縁膜31、ゲート電極32上には絶縁膜81が形成され、上記各コンタクト部、反射層43はこの絶縁膜81に形成された孔および溝95に、例えば導電層を埋め込むことで形成されている。
A
上記反射層43は、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。例えば、少なくとも近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を上記光電変換部21側に反射するものからなる。上記反射層43は、上記長波長領域の光とともに、それよりも短い波長の光、例えば可視光や、さらに近紫外光、紫外光等も反射するものであってもよい。このような特性を有する材料の一例として、導電性を有するタングステン層がある。したがって、上記反射層43は、タングステン層で形成されることが好ましい。もしくは、タングステン層を含む層で形成されることが好ましい。このような積層構造として、ポリシリコン層とタングステン層との積層構造、タングステン層とシリサイド層との積層構造がある。また、上記溝95を埋め込むように形成した反射層43は、近赤外光や赤外光等の長波長領域の光が透過しない膜厚に形成されることが必要である。
The
このように、反射層43がタングステン層で形成されていることから、上記光電変換部21を透過した光を上記光電変換部21側に反射することができる。しかも、上記タングステン層は、従来のアルミニウム層のようにグレイン成長して成膜されるものではないので、結晶粒界ができ難い。このため、アルミニウム膜では結晶粒界から漏れていた近赤外光、赤外光等の長波長領域の光も反射することができる。
Thus, since the
さらに、上記コンタクト部41に接続する第1配線51や上記反射層43に接続する第1配線53が形成されている。上記反射層43に接続する第1配線53は、例えば、上記光電変換部21を囲む反射層43の外形と同等の大きさもしくはその形状より大きい形状に形成されていることが好ましい。また、上記第1配線51、53は、例えばタングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層で形成される。上記第1配線53がタングステン層もしくはタングステン層を含む層で形成されたことで、反射層43に囲まれた領域を透過する上記長波長領域の光を光電変換部21側に反射させることが可能になる。また、反射層43が光電変換部21の周部上に形成され、第1配線53に接続されていることから、光電変換部21を透過した光は、第1配線53および反射層43によって当該光電変換部21側に反射されるので、他の画素に入射されることなく、当該光電変換部21に再入射させることが可能になる。すなわち、この第5実施例では、光電変換部21を透過した光を光電変換部21に再入射させる機能からして、第1配線53も反射層となっている。
Further, a first wiring 51 connected to the
上記第1配線51、53には、例えばビア54、56を介して第2配線61、63が接続されている。同様に、上記第2配線61、63には、例えばビア64、66を介して第3配線71、73が接続されている。図面では3層構造の配線層を有する固体撮像装置5を示したが、配線層が4層以上であっても、本発明は適用できる。上記各配線層を被覆するように、前記絶縁膜81を含む絶縁膜80が形成されている。この絶縁膜80は、配線形成に応じて、複数層の絶縁膜で形成されているものである。また、上記半導体層11の光入射側とは反対側には、図示はしていないが、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等のトランジスタ群や、上記第1配線51〜53、ビア54〜56、第2配線61〜63、ビア64〜66、第3配線71〜73等の配線層からなる信号回路部が形成されている。
For example,
上記第5実施例の固体撮像装置5では、光電変換部21の光入射側とは反対側に、光電変換部21を透過した光を光電変換部21側に反射する反射層43および第1配線53を備えたことから、光電変換部21に入射した光が光電変換部21で吸収しきれなかった場合、特に光電変換部21を透過し易い長波長領域の光、例えば近赤外光、赤外光等の長波長領域の光を反射層43および第1配線53、で反射させて、再び光電変換部21に戻すことができる。すなわち、一旦光電変換部21を透過した光をもう一度光電変換部21で受光することができるため、特に光電変換部21で受光できる長波長領域の光量が実質的に増大されることになる。このため、光電変換部21の長波長領域の感度を向上させることができる。また、反射層43および第1配線53は、タングステン層もしくはタングステン層を含む層からなることから、グレイン成長して形成されるアルミニウム層からなる反射層よりも緻密に形成されるため、特に近赤外光や赤外光等の長波長領域の光を反射することができる。また、光入射面から入射した光のうち光電変換部21で吸収しきれなかった光が、信号回路側の反射層43で反射され、もとの光電変換部21に戻されることによって、隣接する画素に光が漏れることで生じる混色を防止することができる。
In the solid-
上記第5実施例の構成の固体撮像装置5を製造するには、上記ゲート電極32上にコンタクト部41を形成する際に、上記ゲート電極32上に形成されるコンタクト部41と同様に、上記画素分離領域12上にコンタクト部からなる反射層43を形成すればよい。例えば、絶縁膜81に形成された孔91にタングステンを埋め込んで上記コンタクト部41を形成するのと同時に、画素分離領域12上の絶縁膜81に形成した溝95にタングステンを埋め込むことで、反射層43を形成する。そして、コンタクト部41に接続する第1配線51を形成するのと同時に、反射層43に接続する第1配線53を、上記光電変換部21上を覆うように形成する。これにより、図示するように反射層43は、光電変換部21に近い素子分離領域12と第1配線53との間に形成される。
In order to manufacture the solid-
上記各固体撮像装置1〜5では、反射層43にタングステンを用いたが、下層側にシリサイドを形成したタングステンとの積層構造、下層側にポリシリコンを形成したタングステンとの積層構造としてもよい。このような構造を採用することにより、タングステン加工の際に、シリサイドもしくはポリシリコンによって、下地の加工ダメージを防止することができる。
In each of the solid-
次に、本発明の撮像装置に係る一実施の形態(実施例)を、図7のブロック図によって説明する。 Next, an embodiment (example) according to the imaging apparatus of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG.
図7に示すように、撮像装置200は、撮像部201に固体撮像装置(図示せず)を備えている。この撮像部201の集光側には像を結像させる結像光学系202が備えられ、また、撮像部201には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号
を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部203が接続されている。また上記信号処理部によって処理された画像信号は画像記憶部(図示せず)によって記憶させることができる。このような撮像装置200において、上記固体撮像装置には、前記実施の形態で説明した固体撮像装置1〜5を用いることができる。
As illustrated in FIG. 7, the
本発明の撮像装置200では、本願発明の固体撮像装置1〜5を用いることから、上記説明したのと同様に、各画素の光電変換部の面積が十分に確保される。よって、画素特性、例えば高感度化が可能になるという利点がある。
Since the
なお、本発明の撮像装置200は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
The
上記固体撮像装置1〜5はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、高画質化の効果が得られる。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
The solid-
1…固体撮像装置、11…半導体層、21…光電変換部、43…反射層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記光電変換部で光電変換された信号電荷を取り扱うもので、前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層に形成された信号回路部と、
前記半導体層の前記光の入射側とは反対側の面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記光電変換部に隣接する前記半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲートのゲート電極と、
前記光電変換部を透過した光を前記光電変換部側に反射するもので前記光電変換部の光入射側とは反対側に形成された反射層とを備え、
前記反射層は、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなり、前記半導体層の光の入射側とは反対側の上方に形成された配線層とは異なる層であって、前記半導体層と前記配線層との間に形成され、前記信号回路部に接続するコンタクト部と同一工程で形成されている
固体撮像装置。 A photoelectric conversion part formed in the semiconductor layer;
Handles signal charges photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, a signal circuit unit formed on the semiconductor layer opposite to the incident side of light incident on the photoelectric conversion unit,
A gate insulating film formed on a surface of the semiconductor layer opposite to the light incident side;
A gate electrode of a transfer gate formed on the semiconductor layer adjacent to the photoelectric conversion unit via the gate insulating film;
Reflecting the light transmitted through the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion unit side, and a reflective layer formed on the side opposite to the light incident side of the photoelectric conversion unit,
The reflective layer is made of a tungsten layer or a layer including at least a tungsten layer, and is a layer different from a wiring layer formed on an upper side opposite to the light incident side of the semiconductor layer, and the semiconductor layer and the semiconductor layer A solid-state imaging device formed between a wiring layer and a contact part connected to the signal circuit part .
前記反射層は、前記光電変換部上の前記絶縁膜に形成された孔の内部に導電体を埋め込んで形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 An insulating film is formed on the photoelectric conversion part via the gate insulating film,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reflective layer is formed by embedding a conductor in a hole formed in the insulating film on the photoelectric conversion unit.
前記反射層は、前記光電変換部上の前記絶縁膜に形成された孔の少なくとも内面に形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 An insulating film is formed on the photoelectric conversion part via the gate insulating film,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reflective layer is formed on at least an inner surface of a hole formed in the insulating film on the photoelectric conversion unit.
前記ポリシリコン電極層は前記反射層を介してバイアス電圧が印加される
請求項1記載の固体撮像装置。 A polysilicon electrode layer is formed between the gate insulating film and the reflective layer on the photoelectric conversion unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a bias voltage is applied to the polysilicon electrode layer via the reflective layer.
請求項1記載の固体撮像装置。 The reflective layer is a solid-state imaging device according to claim 1, wherein is formed along a periphery of the gate insulating film interposed therebetween wherein the photoelectric conversion unit.
前記配線層はタングステン層もしくは少なくともタングステンを含む層で形成されている
請求項1〜5の何れかに記載の固体撮像装置。 A wiring layer connected to the reflective layer is extended on the photoelectric conversion part,
The wiring layer is formed of a tungsten layer or a layer containing at least tungsten.
The solid-state imaging device according to claim 1 .
前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層にゲート絶縁膜を形成し、該ゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成して、前記光電変換部で光電変換された電気信号を取り出すトランジスタからなる信号回路部を形成する工程と、
前記光電変換部の光入射側とは反対側に延長する前記ゲート絶縁膜を介して、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなる反射層を形成する工程と、
前記反射層の上方に配線層を形成する工程を有し、
前記反射層は、前記信号回路部に接続するコンタクト部を形成する工程で形成する
固体撮像装置の製造方法。 Forming a photoelectric conversion portion in the semiconductor layer;
A gate insulating film is formed on the semiconductor layer opposite to the incident side of light incident on the photoelectric conversion unit, a gate electrode is formed through the gate insulating film, and photoelectric conversion is performed by the photoelectric conversion unit. Forming a signal circuit portion comprising a transistor for extracting an electrical signal;
Forming a reflective layer made of a tungsten layer or a layer including at least a tungsten layer via the gate insulating film extending to the opposite side of the photoelectric conversion portion from the light incident side;
It has a step of forming a wiring layer above the reflective layer,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the reflective layer is formed in a step of forming a contact portion connected to the signal circuit portion .
請求項7記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming a wiring layer to be connected on the contact part, the wiring layer is formed to extend on the photoelectric conversion part.
The manufacturing method of the solid-state imaging device of Claim 7 .
前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、
光電変換された信号を処理する信号処理部とを備え、
前記固体撮像装置は、
半導体層中に形成された光電変換部と、
前記光電変換部で光電変換された電気信号を取り出すもので、前記光電変換部に入射する光の入射側とは反対側の前記半導体層に形成された信号回路部と、
前記半導体層の前記光の入射側とは反対側の面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記光電変換部に隣接する前記半導体層上に前記ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲートのゲート電極と、
前記光電変換部上に前記ゲート絶縁膜を介して形成されていて前記光電変換部を透過した光を前記光電変換部側に反射する反射層とを備え、
前記反射層は、タングステン層もしくは少なくともタングステン層を含む層からなり、前記半導体層の光の入射側とは反対側の上方に形成された配線層とは異なる層であって、前記半導体層と前記配線層との間に形成され、前記信号回路部に接続するコンタクト部と同一工程で形成されている
撮像装置。 A condensing optical unit that condenses incident light;
A solid-state imaging device that receives and photoelectrically converts light collected by the condensing optical unit; and
A signal processing unit for processing the photoelectrically converted signal,
The solid-state imaging device
A photoelectric conversion part formed in the semiconductor layer;
Extracting an electrical signal photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit, a signal circuit unit formed in the semiconductor layer on the opposite side to the incident side of the light incident on the photoelectric conversion unit,
A gate insulating film formed on a surface of the semiconductor layer opposite to the light incident side;
A gate electrode of a transfer gate formed on the semiconductor layer adjacent to the photoelectric conversion unit via the gate insulating film;
A reflective layer that is formed on the photoelectric conversion unit via the gate insulating film and reflects the light transmitted through the photoelectric conversion unit to the photoelectric conversion unit side;
The reflective layer is made of a tungsten layer or a layer including at least a tungsten layer, and is a layer different from a wiring layer formed on an upper side opposite to the light incident side of the semiconductor layer, and the semiconductor layer and the semiconductor layer An imaging device formed between a wiring layer and a contact portion connected to the signal circuit portion .
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