JP5682174B2 - 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器を提供するものである。
1.CMOS固体撮像装置の概略構成例
2.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
3.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
4.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
5.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
6.第5実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
7.第6実施の形態(固体撮像装置の構成例とその製造方法例)
8.第7実施の形態(電子機器の構成例)
図1に、本発明の各実施の形態に適用されるMOS固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置1は、図1に示すように、半導体基板11例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素2が規則的に2次元アレイ状に配列された画素領域(いわゆる撮像領域)3と、周辺回路部とを有して構成される。画素2としては、1つの光電変換部と複数の画素トランジスタからなる単位画素を適用することができる。また、画素2としては、複数の光電変換部が転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有した、いわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタの4トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した3トランジスタで構成することができる。
[固体撮像装置の構成例]
図2に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第1実施の形態を示す。第1実施の形態に係る固体撮像装置21は、薄膜化されたシリコン半導体基板22に、光電変換部となるフォトダイオードPDと、複数の画素トランジスタからなる複数の単位画素を規則的に2次元配列した画素領域を有して構成される。フォトダイオードPDは、半導体基板22の厚み方向の全域にわたり、光電変換と電荷蓄積を兼ねた第1導電型、本例ではn型の電荷蓄積領域23と、その表裏両界面の暗電流抑制を兼ねる第2導電型、本例ではp型の半導体領域25及び24とを有して形成される。フォトダイオードPDは、複数の画素トランジスタの下方に延長するように形成される。複数の画素トランジスタは、半導体基板22の表面22a側に形成されたp型の半導体ウェル領域26に形成される。図示では、複数の画素トランジスタを、そのうちの転送トランジスタTr1で代表して示している。転送トランジスタTr1は、フォトダイオードPDをソースとし、n型半導体領域によるフローティングディフージョンFDをドレインとして、ゲート絶縁膜27を介して形成した転送ゲート電極28を有して形成される。
図3〜図6に、第1実施の形態に係る固体撮像装置21の製造方法の一例を示す。本例は、先ず、図3Aに示すように、p型のシリコンの半導体基板22を用意する。
基板温度:750℃〜850℃
チャンバー内の圧力:10Torr〜760Torr
SiH2Cl2(DCS)の流量:10〜100sccm
HCl流量:10〜300sccm
H2流量:10〜50slm
B2H6(100ppm/H2):0.01〜10sccm
[固体撮像装置の構成例]
図9に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第2実施の形態を示す。第2実施の形態に係る固体撮像装置67は、画素を分離するための素子分離領域68が、トレンチ42内にエピタキシャル成長によるp型半導体層43を有し、このp型半導体層43の内部の空洞44内に絶縁膜69を埋め込んで構成される。この絶縁膜69の埋め込みは空洞を有することなく充填される。絶縁膜69は、図9Aに示すように、空洞44内と共に、基板表面22aのフォトダイオードPDを含む全面に延長して形成することができる。あるいは、絶縁膜69は、図9Bに示すように、空洞44内のみに形成することができる。
[固体撮像装置の構成例]
図10に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第3実施の形態を示す。第3実施の形態に係る固体撮像装置71は、画素を分離するための素子分離領域72が、トレンチ42内にエピタキシャル成長によるp型半導体層43を有し、このp型半導体層43の内部の空洞44内に絶縁膜69を介して遮光膜73を埋め込んで構成される。絶縁膜69は、前述と同様に例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいは負の固定電荷を有する絶縁膜を用いることができる。負の固定電荷を有する絶縁膜を用いるときは、一種類の膜、あるいは複数種類の膜からなる積層膜を用いることができる。この積層膜は、例えば2種類の膜で形成することができる。絶縁膜69は、図10Aに示すように、空洞44内と共に、基板表面のフォトダイオードPDを含む全面に延長して形成することができる。あるいは、絶縁膜69は、図10Bに示すように、空洞44内のみに形成することができる。
[固体撮像装置の構成例]
図11に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第4実施の形態を示す。第4実施の形態に係る固体撮像装置75は、画素を分離するための素子分離領域76が、トレンチ42内にエピタキシャル成長によるp型半導体層43を有し、このp型半導体層43の内部の空洞44内に遮光膜73を埋め込んで構成される。遮光膜73としては、金属膜を用いることができる。
[固体撮像装置の構成例]
図12に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第5実施の形態を示す。第5実施の形態に係る固体撮像装置77は、画素を分離するための素子分離領域78が、トレンチ42内にエピタキシャル成長によるp型半導体層43を有し、このp型半導体層43の内部の空洞44を有して構成される。このとき、空洞44は、p型半導体層43内に閉じ込められ、半導体基板22を薄膜化したときの基板裏面22bに露出しないように形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図13に、本発明に係る固体撮像装置、すなわち裏面照射型のCMOS固体撮像装置の第6実施の形態を示す。本実施の形態は、複数のフォトダイオードが転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有した、いわゆる画素共有の固体撮像装置に適用した場合である。本例では4画素共有の固体撮像装置である。
[電子機器の構成例]
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
Claims (16)
- 光電変換部と複数の画素トランジスタからなる画素が2次元配列された画素領域と、
前記画素領域内に形成され、トレンチ内にエピタキシャル成長により形成された半導体層であって、光電変換部を構成する電荷蓄積領域の導電型と反対導電型である半導体層が埋め込まれて構成された画素間を分離する素子分離領域と、
多層配線層とは反対の半導体基板裏面側の受光面と
を有し、裏面照射型として構成した
固体撮像装置。 - 前記半導体層は内部に空洞を有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記空洞が半導体基板裏面に露出している
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板裏面に露出した前記空洞に絶縁膜が埋め込まれている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板裏面に露出した前記空洞に絶縁膜を介して遮光膜が埋め込まれている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板裏面に露出した前記空洞に遮光膜が埋め込まれている
請求項3記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜が負の固定電荷を有する膜である
請求項4又は5記載の固体撮像装置。 - 半導体基板に表面から所要の深さのトレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内にエピタキシャル成長により半導体層を埋め込み素子分離領域を形成する工程と、
前記半導体基板に光電変換部と複数の画素トランジスタからなる画素を形成し、前記素子分離領域で分離された画素が2次元配列された画素領域を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上に層間絶縁膜を介して複数層の配線を配置した多層配線層を形成する工程と、
前記多層配線層上に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記素子分離領域が前記半導体基板の裏面に露出し、半導体基板の裏面を受光面とするように、前記半導体基板を薄膜化する工程と
を有し、
前記前記素子分離領域の半導体層は、前記光電変換部を構成する電荷蓄積領域の導電型と反対導電型で形成する
固体撮像装置の製造方法。 - 前記半導体層は、内部に空洞を有して形成する
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記トレンチを光電変換部が形成される活性層の深さより深く形成し、
前記薄膜化する工程では、前記空洞が半導体基板裏面に露出するように前記活性層の位置まで薄膜化する
請求項9記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記薄膜化する工程の後に、前記空洞内に絶縁膜を埋め込む工程を有する
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記薄膜化する工程の後に、前記空洞内に絶縁膜を介して遮光膜を埋め込む工程を有する
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記薄膜化する工程の後に、前記空洞内に遮光膜を埋め込む工程を有する
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記絶縁膜を負の固定電荷を有する膜で形成する
請求項11又は12記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記素子分離領域を形成する工程の直後に所要温度でアニールする工程を有する
請求項8乃至13のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、請求項1乃至7のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
電子機器。
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