JP5552768B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
図33に示すように、特許文献1の固体撮像装置は100、p型の半導体基板101と、半導体基板101内に形成された各画素を構成するフォトダイオード104と、転送トランジスタTraとから構成される。
埋め込み型フォトダイオードは、基板内部に形成されている。埋め込み型フローティングディフュージョンは、基板に形成されたトレンチ部底部に面する基板内であって、埋め込み型フォトダイオードと同等の深さに形成されている。埋め込み型ゲート電極は、埋め込み型フォトダイオードから埋め込み型フローティングディフュージョンに信号電荷を転送するために、トレンチ部内の底部に形成されている。さらに、本発明の固体撮像装置は、基板の表面側に設けられた配線と、トレンチ部の深さ方向に設けられ、埋め込み型ゲート電極を基板の表面側に設けられた配線に引き出すコンタクト部を有する。
まず、基板を準備する工程と、基板の所望の領域をエッチングすることにより、基板に所望の深さのトレンチ部を形成する工程を有する。次に、トレンチ部内の底部に、ゲート絶縁膜を介して埋め込み型ゲート電極を形成する工程と、トレンチ部内を酸化膜で埋め込む工程とを有する。次に、酸化膜上部に形成したレジストをマスクとして基板をエッチングすることにより、トレンチ部脇にさらに該トレンチ部と同等の深さのトレンチ部を形成する工程を有する。次に、トレンチ部脇にさらに形成されたトレンチ部底部に面する基板内に、酸化膜とレジストをマスクとして不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フローティングディフュージョンを形成する工程とを有する。また、トレンチ部形成前又は後に、基板の埋め込み型フローティングディフュージョンと同等の深さに所望の不純物をイオン注入することによって埋め込み型フォトダイオードを形成する工程を有する。
まず、基板を準備する工程、次に、基板上部にゲート絶縁膜を介して、埋め込み型ゲート電極を形成する工程を有する。次に、埋め込み型ゲート電極脇の基板内に、所望の不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フローティングディフュージョンを形成する工程を有する。次に、埋め込み型ゲート電極及び埋め込み型フローティングディフュージョンが形成された領域以外の基板を選択的にエピタキシャル成長することにより、トレンチ部を形成する工程を有する。また、埋め込み型ゲート電極を形成する前、又はトレンチ部を形成した後に、埋め込み型ゲート電極脇の基板内に、所望の不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フォトダイオードを形成する工程を有する。次に、トレンチ部を含む基板表面に層間絶縁膜を成膜後、トレンチ部の深さ方向に、埋め込み型ゲート電極に接続されるコンタクト部を形成する工程と、層間絶縁膜上部にコンタクト部に接続される配線を形成する工程とを有する。
1.第1の実施形態:固体撮像装置
1−1 固体撮像装置全体の構成
1−2 要部の構成
2.第2の実施形態:固体撮像装置
3.第3の実施形態:固体撮像装置
3−1 要部の構成
3−2 製造方法(その1)
3−3 製造方法(その2)
4.第4の実施形態:固体撮像装置
5.第5の実施形態:固体撮像装置
6.第6の実施形態:固体撮像装置
7.第7の実施形態:固体撮像装置
8.第8の実施形態:固体撮像装置
9.第9の実施形態:固体撮像装置
10.第10の実施形態:固体撮像装置
11.第11の実施形態:電子機器
[1−1 固体撮像装置の全体の構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るCMOS型の固体撮像装置1の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置1は、シリコンからなる基板11上に配列された複数の画素2から構成される画素部3と、垂直駆動回路4と、カラム信号処理回路5と、水平駆動回路6と、出力回路7と、制御回路8等を有して構成される。
図2は、本実施形態例の固体撮像装置1の1画素分の平面構成図であり、図3は、図2のA−A’線上に沿う断面構成図である。
配線層44は、半導体基板14の表面側に層間絶縁膜15を介して形成されたアルミニウム(Al)、又は銅(Cu)からなる配線19を有して構成されている。図3では、配線層44に形成される配線19を1層のみ図示したが、実際には、複数層積層された構造とされる。
次に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成であり、図6は、図5のB−B’線上に沿う概略断面構成である。本実施形態例の固体撮像装置の全体構成は、図1と同様であるから重複説明を省略する。また、図5,6において、図2,3に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図7は、本発明の第3の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成であり、図8は、図7のC−C’線上に沿う概略断面構成である。本実施形態例の固体撮像装置の全体構成は、図1と同様であるから重複説明を省略する。また、図7,8において、図2,3に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
図9A〜図12Jに、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法(1)に係る製造工程図を示す。
これにより、埋め込み型PDと同等の深さに形成された埋め込み型FD16が形成される。
図13A〜図14Fに、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法(その2)に係る製造工程図を示す。
次に、本発明の第4の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
以下の第5の実施形態において、縦方向分光を用いた固体撮像装置について説明する。
図18に、本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の概略断面構成を示す。ここでは、半導体基板の配線層が形成された側から光が照射される表面照射型の固体撮像装置を例として説明する。本実施形態例の固体撮像装置の全体構成は、図1と同様であるから重複説明を省略する。また、図18において、図16に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
次に、本発明の第6の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
次に、本発明の第7の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
次に、本発明の第8の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
次に、本発明の第9の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
次に、本発明の第10の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
このため、第1の埋め込み型FD16は、階段状に形成されたトレンチ部53の1段目の底部に面する半導体基板14内に形成されている。また、第2の埋め込み型FD56は、階段状に形成されたトレンチ部53の2段目の底部(最底部)に面する半導体基板14内に形成されている。
本実施形態例の固体撮像装置は、第1の埋め込み型PD23と第2の埋め込み型PD57により、2段の埋め込み型PDを形成する例としたが、2以上の埋め込み型PDを形成する例としてもよい。
本実施形態例の固体撮像装置を表面照射型で、かつ縦型分光が可能な固体撮像装置として用いる場合、表面型PD36は、青色(B)の光による信号電荷を生成するために半導体基板14の光入射面からおよそ0.5μmの領域に形成する。また、第1の埋め込み型PD23は、緑色(G)の光による信号電荷を生成するために、半導体基板14の光入射面からの深さがおよそ0.5μm〜1.5μmの領域に形成する。また、第2の埋め込み型PD57は、赤色(R)の光による信号電荷を生成するために、半導体基板14の全体の厚みが例えば3μmの場合は半導体基板14の光入射面からの深さがおよそ1.5μm〜3μmの領域に形成する。半導体基板14の厚みが3μmよりも厚い場合は、第2の埋め込み型PD57を基板の深さ方向に広げることができる。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、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。
次に、本発明の第11の実施形態に係る電子機器について説明する。図32は、本発明の第5の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器は、上述した本発明の第1の実施形態における固体撮像装置1を電子機器(カメラ)に用いた場合の実施形態を示す。
シャッタ装置211は、固体撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路212は、固体撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置211のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路212から供給される駆動信号(タイミング信号)により、固体撮像装置1の信号転送を行なう。信号処理回路213は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
2 画素
3 画素部
4 垂直駆動回路
5 カラム信号処理回路
6 水平駆動回路
7 出力回路
8 制御回路
10 水平信号線
11 基板
12 フォトダイオード領域
13 素子分離領域
14 半導体基板
15 層間絶縁膜
16 埋め込み型FD
17 n型不純物領域
18 p型高濃度不純物領域
19 配線
20 トレンチ部
21 コンタクト部
22 埋め込み型ゲート電極
23 埋め込み型PD
24 ゲート絶縁膜
25 画素トランジスタ
26 ソース・ドレイン領域
27 ゲート電極
28 埋め込み型ゲート電極
28a ポリシリコン層
35 表面型ゲート電極
38 p型高濃度不純物領域
39 n型不純物領域
40 フォトダイオード分離領域
41 有機光電変換膜
44 配線層
Claims (15)
- 基板内部に形成された埋め込み型フォトダイオードと、
前記基板に形成されたトレンチ部底部に面する基板内であって、前記埋め込み型フォトダイオードと同等の深さに形成された埋め込み型フローティングディフュージョンと、
前記埋め込み型フォトダイオードから前記埋め込み型フローティングディフュージョンに信号電荷を転送するために、前記トレンチ部内の底部に形成された埋め込み型ゲート電極と、から構成される画素と、
前記基板の表面側に設けられた配線と、
前記トレンチ部の深さ方向に設けられ、前記埋め込み型ゲート電極を前記基板の表面側に設けられた配線に引き出すコンタクト部と、
を有して構成される固体撮像装置。 - 前記基板の前記配線が形成される側とは反対側の面が光入射面である裏面照射型として構成される
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記トレンチ部は、画素毎に設けられ、前記画素の前記埋め込み型フォトダイオードが形成されたフォトダイオード領域の端部に設けられている
請求項1に記載の固体撮像装置。 - さらに、前記トレンチ部の深さ方向に設けられ、前記埋め込み型フローティングディフュージョンの電位を前記基板の表面側に設けられた配線に引き出すコンタクト部を備える
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、
基板の表面側に形成された表面型フォトダイオードと、
前記基板の表面側に形成された表面型フローティングディフュージョンと、
前記表面型フォトダイオードから前記表面型フローティングディフュージョンに信号電荷を転送するために、前記基板表面に形成された表面型ゲート電極と、をさらに有して構成される
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記埋め込み型ゲート電極と前記表面型ゲート電極は、前記画素内で一体に形成されている
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記埋め込み型ゲート電極と前記表面型ゲート電極は前記基板表面側に形成された配線によって接続されている
請求項6記載の固体撮像装置。 - 前記埋め込み型フォトダイオードと前記表面型フォトダイオードでは異なる波長の光による信号電荷が生成される
請求項7記載の固体撮像装置。 - 前記基板の光入射側には、所定の波長の光による光電変換により信号電荷を生成する有機光電変換膜が形成されている
請求項8記載の固体撮像装置。 - 前記埋め込み型フローティングディフュージョンは、隣接する画素間で共有されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記表面型フローティングディフュージョンは、隣接する画素間で共有されている
請求項5記載の固体撮像装置。 - 前記画素は、前記基板内の異なる深さに前記埋め込み型フォトダイオードを2以上有し、
各埋め込み型フォトダイオードに対して、前記埋め込み型フローティングディフュージョン及び前記埋め込み型ゲート電極が形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 基板を準備する工程と、
前記基板の所望の領域をエッチングすることにより、前記基板に所望の深さのトレンチ部を形成する工程と、
前記トレンチ部内の底部に、ゲート絶縁膜を介して埋め込み型ゲート電極を形成する工程と、
前記トレンチ部内を酸化膜で埋め込む工程と、
前記酸化膜上部に形成したレジストをマスクとして前記基板をエッチングすることにより、前記トレンチ部脇にさらに前記トレンチ部と同等の深さのトレンチ部を形成する工程と、
前記トレンチ部脇にさらに形成されたトレンチ部底部に面する基板内に、前記酸化膜と前記レジストをマスクとして不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フローティングディフュージョンを形成する工程と、
前記トレンチ部形成前又は後に、前記基板の前記埋め込み型フローティングディフュージョンと同等の深さに所望の不純物をイオン注入することによって埋め込み型フォトダイオードを形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。 - 基板を準備する工程と、
前記基板上部にゲート絶縁膜を介して、埋め込み型ゲート電極を形成する工程と、
前記埋め込み型ゲート電極脇の基板内に、所望の不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フローティングディフュージョンを形成する工程と、
前記埋め込み型ゲート電極及び前記埋め込み型フローティングディフュージョンが形成された領域以外の前記基板を選択的にエピタキシャル成長することにより、トレンチ部を形成する工程と、
前記埋め込み型ゲート電極を形成する前、又は前記トレンチ部を形成した後に、前記埋め込み型ゲート電極脇の基板内に、所望の不純物をイオン注入することにより、埋め込み型フォトダイオードを形成する工程と、
前記トレンチ部を含む基板表面に層間絶縁膜を成膜後、前記トレンチ部の深さ方向に、前記埋め込み型ゲート電極に接続されるコンタクト部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上部に前記コンタクト部に接続される配線を形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。 - 光学レンズと、
基板内部に形成された埋め込み型フォトダイオードと、前記基板に形成されたトレンチ部底部に面する基板内であって、前記埋め込み型フォトダイオードと同等の深さに形成された埋め込み型フローティングディフュージョンと、前記埋め込み型フォトダイオードから前記埋め込み型フローティングディフュージョンに信号電荷を転送するために、前記トレンチ部内の底部に形成された埋め込み型ゲート電極と、から構成される画素と、前記基板の表面側に設けられた配線と、前記トレンチ部の深さ方向に設けられ、前記埋め込み型ゲート電極を前記基板の表面側に設けられた配線に引き出すコンタクト部と、を有して構成され、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
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