JP6663887B2 - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing the same, and an electronic apparatus.
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、CMOS(Complementary Metal Oxicide Semiconductor)型イメージセンサ、CCD(Charge Coupled Device)型イメージセンサを含む。 Electronic devices such as digital video cameras and digital still cameras include solid-state imaging devices. For example, the solid-state imaging device includes a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor and a CCD (Charge Coupled Device) image sensor.
固体撮像装置は、基板の面に複数の画素が配列されている。各画素においては、光電変換部が設けられている。光電変換部は、たとえば、フォトダイオードであり、入射光を受光面で受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。 In a solid-state imaging device, a plurality of pixels are arranged on a surface of a substrate. In each pixel, a photoelectric conversion unit is provided. The photoelectric conversion unit is, for example, a photodiode, and generates signal charges by receiving incident light on a light receiving surface and performing photoelectric conversion.
固体撮像装置のうち、CMOS型イメージセンサは、光電変換部のほかに、画素トランジスタを含むように、画素が構成されている。画素トランジスタは、光電変換部にて生成された信号電荷を読み出して、信号線へ電気信号として出力するように構成されている。 In a solid-state imaging device, a CMOS image sensor has pixels configured to include a pixel transistor in addition to a photoelectric conversion unit. The pixel transistor is configured to read out a signal charge generated by the photoelectric conversion unit and output the signal charge to a signal line as an electric signal.
固体撮像装置では、一般に、基板にて回路素子や配線などが設けられた表面側から入射する光を、光電変換部が受光する。この場合には、回路素子や配線などが入射する光を遮光または反射するために、感度を向上させることが困難な場合がある。 In a solid-state imaging device, a photoelectric conversion unit generally receives light that enters from a surface side of a substrate on which circuit elements, wiring, and the like are provided. In this case, it may be difficult to improve the sensitivity because light entering the circuit element or the wiring is blocked or reflected.
このため、基板において回路素子や配線などが設けられた表面とは反対側の裏面側から入射する光を、光電変換部が受光する「裏面照射型」が提案されている(たとえば、特許文献1〜4参照)。 For this reason, a “backside illumination type” has been proposed in which a photoelectric conversion unit receives light incident from the backside opposite to the front side of the substrate on which circuit elements, wirings, and the like are provided (for example, Patent Document 1). 4).
ところで、光電変換部が設けられた半導体の界面準位に起因して暗電流が発生することを抑制するために、光電変換部をHAD(Hole Accumulation Diode)構造にすることが知られている。HAD構造では、n型の電荷蓄積領域の受光面上に正電荷蓄積(ホール)蓄積領域を形成することで、暗電流の発生を抑制している。 By the way, it is known that the photoelectric conversion unit has a HAD (Hole Accumulation Diode) structure in order to suppress generation of dark current due to an interface state of a semiconductor provided with the photoelectric conversion unit. In the HAD structure, the generation of dark current is suppressed by forming a positive charge accumulation (hole) accumulation region on the light receiving surface of the n-type charge accumulation region.
この正電荷蓄積領域を光電変換部の界面部分に形成するために、「負の固定電荷を有する膜」を、n型の電荷蓄積領域の受光面上に設けて、ピリングすることで、暗電流の発生を抑制することが提案されている。ここでは、酸化ハフニウム膜(HfO2膜)のように屈折率が高い高誘電体膜を、「負の固定電荷を有する膜」として用いて暗電流の発生を抑制すると共に、その酸化ハフニウム膜を反射防止膜として用いることで、高感度化を実現している。(たとえば、特許文献5,特許文献6などを参照)。 In order to form this positive charge storage region at the interface of the photoelectric conversion unit, a “film having a negative fixed charge” is provided on the light-receiving surface of the n-type charge storage region, and pilling is performed. It has been proposed to suppress the occurrence of. Here, a high-dielectric film having a high refractive index, such as a hafnium oxide film (HfO 2 film), is used as a “film having a negative fixed charge” to suppress the generation of dark current and to form the hafnium oxide film. High sensitivity is realized by using it as an anti-reflection film. (See, for example, Patent Documents 5 and 6).
図17は、「裏面照射型」のCMOSイメージセンサの画素Pの要部を示す断面図である。 FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a main part of a pixel P of a “backside illumination” CMOS image sensor.
図17に示すように、「裏面照射型」のCMOSイメージセンサは、半導体層101の内部において画素分離部101pbで区画された部分に、フォトダイオード21が設けられている。
As shown in FIG. 17, in the “backside illumination” CMOS image sensor, a
図17では図示していないが、この半導体層101の表面(図17では、下面)には、画素トランジスタが設けられており、図17に示すように、その画素トランジスタを被覆するように配線層111が設けられている。そして、配線層111の表面には支持基板SSが設けられている。
Although not shown in FIG. 17, a pixel transistor is provided on the surface (the lower surface in FIG. 17) of the
これに対して、半導体層101の裏面(図17では上面)には、反射防止膜50J、遮光膜60J、カラーフィルタCF、マイクロレンズMLが設けられており、この各部を介して入射する入射光Hを、フォトダイオード21が受光するように構成されている。
On the other hand, on the back surface (the top surface in FIG. 17) of the
ここでは、反射防止膜50Jは、図17に示すように、半導体層101の裏面(上面)を被覆している。この反射防止膜50Jは、フォトダイオード21の受光面JSに正電荷蓄積(ホール)蓄積領域が形成されることで暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。たとえば、ハフニウム酸化膜(HfO2膜)が反射防止膜50Jとして設けられている。
Here, as shown in FIG. 17, the antireflection film 50J covers the back surface (upper surface) of the
遮光膜60Jは、図17に示すように、層間絶縁膜SZを介して、反射防止膜50Jの上面に形成されている。ここでは、遮光膜60Jは、半導体層101の内部に設けられた画素分離部101pbの上方に設けられている。
As shown in FIG. 17, the light-shielding film 60J is formed on the upper surface of the antireflection film 50J via the interlayer insulating film SZ. Here, the light-shielding film 60J is provided above the pixel separation portion 101pb provided inside the
そして、遮光膜60Jは、平坦化膜HTによって、上面が被覆されており、その平坦化膜HTの上面には、カラーフィルタCFと、マイクロレンズMLが設けられている。カラーフィルタCFは、たとえば、3原色の各フィルタ層がベイヤー配列で画素Pごとに配列されている。 The upper surface of the light-shielding film 60J is covered with a planarizing film HT, and a color filter CF and a microlens ML are provided on the upper surface of the planarizing film HT. In the color filter CF, for example, filter layers of three primary colors are arranged in a Bayer arrangement for each pixel P.
上述の構造の場合には、一の画素Pに入射した入射光Hが、その一の画素Pのフォトダイオード21に入射せずに、遮光膜60Jの下方を透過するために、隣接する他の画素Pのフォトダイオード21に入射する場合がある。つまり、入射光Hが、その受光面JSに垂直な方向zに対して大きく傾斜して入射した場合には、その直下の受光面JSに入射せずに、本来、他の色の光を受光する他の画素Pの受光面JSへ入射する場合がある。このため、いわゆる「混色」が発生して、撮像したカラー画像において色再現性が低下し、画像品質が低下する場合がある。
In the case of the above-described structure, since the incident light H that has entered one pixel P does not enter the
このように、上記の構成の場合には、斜め光の漏れこみによって、「混色」などの不具合の発生するために、撮像画像の画像品質を向上させることが困難であった。 As described above, in the case of the above configuration, it is difficult to improve the image quality of the captured image because a problem such as “color mixing” occurs due to the oblique light leakage.
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質等を向上可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供する。 Therefore, the present invention provides a solid-state imaging device, a method of manufacturing the same, and an electronic device capable of improving the image quality and the like of a captured image.
本発明の固体撮像装置は、入射光を受光面で受光する複数の光電変換部が、複数の画素に対応するように設けられている半導体層と、前記半導体層にて前記入射光が入射する入射面の側に設けられており、前記入射光の反射を防止する反射防止膜と、前記半導体層にて前記入射面の側に設けられており、前記入射光が前記受光面へ通過する開口が形成されている遮光膜とを有し、前記反射防止膜は、前記入射面において前記受光面および前記遮光膜が設けられた部分を被覆する第1の反射防止部と、前記入射面において前記受光面が設けられた部分を少なくとも被覆するように、前記第1の反射防止部の上に形成された第2の反射防止部とを含み、前記遮光膜は、前記第2の反射防止部の上に設けられておらず、前記第1の反射防止部の上に設けられている。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light on a light receiving surface are provided with a semiconductor layer provided to correspond to a plurality of pixels, and the incident light is incident on the semiconductor layer. An anti-reflection film provided on the incident surface side for preventing reflection of the incident light, and an opening provided on the incident surface side of the semiconductor layer and passing the incident light to the light receiving surface; A first anti-reflection portion covering the light receiving surface and the portion provided with the light-shielding film on the incident surface, and the light-reflection film on the incident surface. A second anti-reflection portion formed on the first anti-reflection portion so as to cover at least a portion where the light receiving surface is provided, wherein the light-shielding film is formed of the second anti-reflection portion. Not provided on the first anti-reflection portion. It has been kicked.
好適には、前記第1の反射防止部の膜厚は、第2の反射防止部の膜厚よりも薄い。 Preferably, the thickness of the first anti-reflection portion is smaller than the thickness of the second anti-reflection portion.
好適には、前記遮光膜は、前記第1の反射防止部の上において、凸形状に突き出るように設けられており、前記第2の反射防止部は、前記遮光膜の凸形状の側部に接触するように設けられている。 Preferably, the light shielding film is provided so as to protrude in a convex shape on the first anti-reflection portion, and the second anti-reflection portion is provided on a convex side portion of the light shielding film. It is provided to be in contact.
好適には、前記第2の反射防止部は、前記遮光膜の上面を被覆するように形成されている。 Preferably, the second antireflection section is formed so as to cover an upper surface of the light shielding film.
好適には、前記第1の反射防止部と前記遮光膜との間に設けられており、前記第1の反射防止部と前記遮光膜との間の反応を防止する中間層を、更に有する。 Preferably, there is further provided an intermediate layer provided between the first anti-reflection portion and the light-shielding film, for preventing a reaction between the first anti-reflection portion and the light-shielding film.
好適には、前記第1の反射防止部は、前記半導体層において前記光電変換部の側部に設けられたトレンチ内の面を被覆するように成膜されており、前記遮光膜は、前記半導体層において前記第1の反射防止部が被覆されたトレンチ内に埋め込まれるように設けられている。 Preferably, the first antireflection portion is formed so as to cover a surface in a trench provided on a side portion of the photoelectric conversion portion in the semiconductor layer, and the light-shielding film is formed of the semiconductor layer. In the layer, the first antireflection portion is provided so as to be embedded in the covered trench.
好適には、前記第1の反射防止部は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、イットリウム、ランタノイド元素の酸化物の少なくとも1つを含むように形成されており、前記受光面に正電荷蓄積領域を形成する負の固定電荷を有する。 Preferably, the first antireflection portion is formed so as to include at least one of hafnium, zirconium, aluminum, tantalum, titanium, yttrium, and an oxide of a lanthanoid element, and stores positive charge on the light receiving surface. It has a negative fixed charge that forms the region.
好適には、前記反射防止膜は、屈折率が1.5以上の材料を用いて形成されている。 Preferably, the antireflection film is formed using a material having a refractive index of 1.5 or more.
好適には、前記半導体層において前記入射面とは反対側の面に設けられており、前記光電変換部で生成された信号電荷を電気信号として出力する画素トランジスタと、前記半導体層において前記入射面とは反対側の面にて、前記画素トランジスタを被覆するように設けられている配線層とを有する。 Preferably, the pixel layer is provided on a surface of the semiconductor layer opposite to the incident surface, and outputs a signal charge generated by the photoelectric conversion unit as an electric signal, and the incident surface in the semiconductor layer. And a wiring layer provided so as to cover the pixel transistor on the surface on the side opposite to the above.
本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光を受光面で受光する複数の光電変換部を、複数の画素に対応するように半導体層に形成する光電変換部形成工程と、前記入射光の反射を防止する反射防止膜を、前記半導体層にて前記入射光が入射する入射面の側に形成する反射防止膜形成工程と、前記入射光が前記受光面へ通過する開口が設けられた遮光膜を、前記半導体層にて前記入射光が入射する面の側に形成する遮光膜形成工程とを有し、前記反射防止膜形成工程においては、前記入射面にて前記受光面および前記遮光膜が設けられる面を被覆する第1の反射防止部と、前記入射面にて前記受光面が設けられた面を、前記第1の反射防止部の上において被覆する第2の反射防止部とを、前記反射防止膜として形成し、前記遮光膜形成工程では、前記遮光膜が前記第2の反射防止部の上に設けられず、前記第1の反射防止部の上に設けられるように、当該遮光膜を形成する。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes: a photoelectric conversion unit forming step of forming a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light on a light receiving surface in a semiconductor layer so as to correspond to a plurality of pixels; An anti-reflection film forming step of forming an anti-reflection film for preventing reflection on the side of the incident surface on which the incident light is incident on the semiconductor layer; and a light shielding provided with an opening for passing the incident light to the light receiving surface. Forming a film on the side of the semiconductor layer on which the incident light is incident, wherein in the antireflection film forming step, the light receiving surface and the light shielding film are formed on the incident surface. A first anti-reflection portion that covers the surface provided with the first anti-reflection portion, and a second anti-reflection portion that covers the surface on which the light receiving surface is provided on the incident surface on the first anti-reflection portion. Formed as the antireflection film, and in the light shielding film forming step, , The light shielding film is not provided on the second antireflection portion, as provided on the first antireflection portion to form the light shielding film.
好適には、前記反射防止膜形成工程においては、ALD法で前記第1の反射防止部を成膜する。 Preferably, in the step of forming an anti-reflection film, the first anti-reflection portion is formed by an ALD method.
本発明の電子機器は、入射光を受光面で受光する複数の光電変換部が複数の画素に対応するように設けられている半導体層と、前記半導体層にて前記入射光が入射する入射面の側に設けられており、前記入射光の反射を防止する反射防止膜と、前記半導体層にて前記入射面の側に設けられており、前記入射光が前記受光面へ通過する開口が形成されている遮光膜とを有し、前記反射防止膜は、前記入射面において前記受光面および前記遮光膜が設けられた部分を被覆する第1の反射防止部と、前記入射面において前記受光面が設けられた部分を少なくとも被覆するように、前記第1の反射防止部の上に形成された第2の反射防止部とを含み、前記遮光膜は、前記第2の反射防止部の上に設けられておらず、前記第1の反射防止部の上に設けられている。 An electronic apparatus according to an aspect of the invention includes a semiconductor layer provided with a plurality of photoelectric conversion units that receive incident light on a light receiving surface corresponding to a plurality of pixels, and an incident surface on which the incident light is incident on the semiconductor layer. And an anti-reflection film that prevents reflection of the incident light, and an opening that is provided on the side of the incident surface in the semiconductor layer and through which the incident light passes to the light receiving surface. A first anti-reflection portion covering the light receiving surface and the portion where the light shielding film is provided on the incident surface, and the light receiving surface on the incident surface. And a second anti-reflection section formed on the first anti-reflection section so as to cover at least the portion provided with, the light-shielding film is disposed on the second anti-reflection section. Not provided, provided on the first anti-reflection portion To have.
本発明では、半導体層の裏面において受光面および遮光膜が設けられた部分を被覆するように、第1の反射防止膜を設ける。これと共に、裏面において受光面が設けられた部分を被覆するように第1の反射防止膜の上に、第2の反射防止膜を形成する。遮光膜60については、第2の反射防止膜の上に設けずに、第1の反射防止膜の上に設ける。 In the present invention, the first antireflection film is provided so as to cover a portion on the back surface of the semiconductor layer where the light receiving surface and the light shielding film are provided. At the same time, a second anti-reflection film is formed on the first anti-reflection film so as to cover the portion where the light receiving surface is provided on the back surface. The light shielding film 60 is provided not on the second anti-reflection film but on the first anti-reflection film.
本発明によれば、撮像画像の画像品質等を向上可能な、固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which can improve the image quality etc. of a picked-up image, its manufacturing method, and an electronic device can be provided.
本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、説明は、下記の順序で行う。
1.実施形態1(遮光膜の上面を被覆する場合)
2.実施形態2(遮光膜の上面を被覆する場合において、中間層を設けた場合)
3.実施形態3(遮光膜の上面を被覆しない場合)
4.実施形態4(遮光膜埋め込み型)
5.その他
The description will be made in the following order.
1. Embodiment 1 (when covering the upper surface of the light shielding film)
2. Embodiment 2 (when covering the upper surface of the light-shielding film and providing an intermediate layer)
3. Embodiment 3 (when the upper surface of the light shielding film is not covered)
4. Embodiment 4 (light-shielding film embedded type)
5. Other
<1.実施形態1>
(1)装置構成
(1−1)カメラの要部構成
図1は、本発明にかかる実施形態1において、カメラ40の構成を示す構成図である。
<1. First Embodiment>
(1) Device Configuration (1-1) Main Configuration of Camera FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of a
図1に示すように、カメラ40は、固体撮像装置1と、光学系42と、制御部43と、信号処理回路44とを有する。各部について、順次、説明する。
As shown in FIG. 1, the
固体撮像装置1は、光学系42を介して入射する光Hを撮像面PSで受光して光電変換することによって信号電荷を生成する。ここでは、固体撮像装置1は、制御部43から出力される制御信号に基づいて駆動し、信号電荷を読み出してローデータとして出力する。
The solid-
光学系42は、結像レンズや絞りなどの光学部材を含み、入射する被写体像による光Hを、固体撮像装置1の撮像面PSへ集光するように配置されている。
The
制御部43は、各種の制御信号を固体撮像装置1と信号処理回路44とに出力し、固体撮像装置1と信号処理回路44とを制御して駆動させる。
The
信号処理回路44は、固体撮像装置1から出力された電気信号について信号処理を実施することによって、被写体像についてデジタル画像を生成するように構成されている。
The
(1−2)固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置1の全体構成について説明する。
(1-2) Main Configuration of Solid-State Imaging Device The overall configuration of the solid-
図2は、本発明にかかる実施形態1において、固体撮像装置1の全体構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating an overall configuration of the solid-
本実施形態の固体撮像装置1は、CMOS型イメージセンサであり、図2に示すように、板状の半導体層101を含む。この半導体層101は、たとえば、単結晶シリコン半導体であり、画素領域PAと、周辺領域SAとが設けられている。
The solid-
画素領域PAは、図2に示すように、矩形形状であり、複数の画素Pが水平方向xと垂直方向yとのそれぞれに配置されている。つまり、画素Pがマトリクス状に並んでいる。 As shown in FIG. 2, the pixel area PA has a rectangular shape, and a plurality of pixels P are arranged in each of the horizontal direction x and the vertical direction y. That is, the pixels P are arranged in a matrix.
画素領域PAにおいて、画素Pは、入射光を受光して信号電荷を生成するように構成されている。そして、その生成した信号電荷が、画素トランジスタ(図示なし)によって読み出されて電気信号として出力される。画素Pの詳細な構成については、後述する。 In the pixel area PA, the pixels P are configured to receive incident light and generate signal charges. Then, the generated signal charge is read out by a pixel transistor (not shown) and output as an electric signal. The detailed configuration of the pixel P will be described later.
周辺領域SAは、図2に示すように、画素領域PAの周囲に位置している。そして、この周辺領域SAにおいては、周辺回路が設けられている。 The peripheral area SA is located around the pixel area PA as shown in FIG. In the peripheral area SA, a peripheral circuit is provided.
具体的には、図2に示すように、垂直駆動回路13と、カラム回路14と、水平駆動回路15と、外部出力回路17と、タイミングジェネレータ(TG)18と、シャッター駆動回路19とが、周辺回路として設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 2, a
垂直駆動回路13は、図2に示すように、周辺領域SAにおいて、画素領域PAの側部に設けられており、画素領域PAの画素Pを行単位で選択して駆動させるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
カラム回路14は、図2に示すように、周辺領域SAにおいて、画素領域PAの下端部に設けられており、列単位で画素Pから出力される信号について信号処理を実施する。ここでは、カラム回路14は、CDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)回路(図示なし)を含み、固定パターンノイズを除去する信号処理を実施する。
As shown in FIG. 2, the
水平駆動回路15は、図2に示すように、カラム回路14に電気的に接続されている。水平駆動回路15は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路14にて画素Pの列ごとに保持されている信号を、順次、外部出力回路17へ出力させる。
The
外部出力回路17は、図2に示すように、カラム回路14に電気的に接続されており、カラム回路14から出力された信号について信号処理を実施後、外部へ出力する。外部出力回路17は、AGC(Automatic Gain Control)回路17aとADC回路17bとを含む。外部出力回路17においては、AGC回路17aが信号にゲインをかけた後に、ADC回路17bがアナログ信号からデジタル信号へ変換して、外部へ出力する。
The external output circuit 17 is electrically connected to the
タイミングジェネレータ18は、図2に示すように、垂直駆動回路13、カラム回路14、水平駆動回路15,外部出力回路17,シャッター駆動回路19のそれぞれに電気的に接続されている。タイミングジェネレータ18は、各種のタイミング信号を生成し、垂直駆動回路13、カラム回路14、水平駆動回路15,外部出力回路17,シャッター駆動回路19に出力することで、各部について駆動制御を行う。
The
シャッター駆動回路19は、画素Pを行単位で選択して、画素Pにおける露光時間を調整するように構成されている。
The
(1−3)固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置の詳細内容について説明する。
(1-3) Detailed Configuration of Solid-State Imaging Device The details of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described.
図3〜図5は、本発明にかかる実施形態1において、固体撮像装置の要部を示す図である。 FIG. 3 to FIG. 5 are diagrams illustrating a main part of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
図3は、画素Pの断面図である。そして、図4は、半導体基板に形成された画素Pの上面図である。また、図5は、画素Pの回路構成を示している。なお、図3は、図4に示すX1−X2部分の断面を示している。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the pixel P. FIG. 4 is a top view of the pixel P formed on the semiconductor substrate. FIG. 5 shows a circuit configuration of the pixel P. FIG. 3 shows a cross section taken along the line X1-X2 shown in FIG.
図3に示すように、固体撮像装置1は、半導体層101の内部にフォトダイオード21が設けられている。たとえば、10〜20μm程度の厚みに薄膜化された半導体基板に設けられている。
As shown in FIG. 3, the solid-
この半導体層101の表面(図3では、下面)には、図3では図示していないが、図4,図5に示す画素トランジスタTrが設けられている。そして、図3に示すように、その画素トランジスタTrを被覆するように配線層111が設けられており、配線層111において、半導体層101の側に対して反対側の面には、支持基板SSが設けられている。
Although not shown in FIG. 3, the pixel transistor Tr shown in FIGS. 4 and 5 is provided on the surface (the lower surface in FIG. 3) of the
これに対して、半導体層101の裏面(図3では上面)には、反射防止膜50、遮光膜60、カラーフィルタCF、マイクロレンズMLが設けられており、この裏面側から入射する入射光Hを、フォトダイオード21が受光するように構成されている。
On the other hand, on the back surface (the top surface in FIG. 3) of the
つまり、本実施形態の固体撮像装置1は、「裏面照射型CMOSイメージセンサ」であって、表面(図3では下面)側とは反対側の裏面(図3では上面)側において、入射光Hを受光するように形成されている。
That is, the solid-
(a)フォトダイオード21について
固体撮像装置1において、フォトダイオード21は、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が配置されている。つまり、撮像面(xy面)において、水平方向xと、この水平方向xに対して直交する垂直方向yとのそれぞれに並んで設けられている。
(A)
フォトダイオード21は、入射光H(被写体像)を受光し光電変換することによって信号電荷を生成して蓄積するように構成されている。
The
ここでは、図3に示すように、半導体層101の裏面(図3では上面)側から入射する入射光をフォトダイオード21が受光する。フォトダイオード21の上方には、図3に示すように、反射防止膜50,平坦化膜HT,カラーフィルタCF,マイクロレンズMLが設けられており、各部を順次介して入射した入射光Hを、フォトダイオード21が受光して光電変換が行われる。
Here, as shown in FIG. 3, the
図3に示すように、フォトダイオード21は、たとえば、単結晶シリコン半導体である半導体層101内に設けられている。具体的には、フォトダイオード21は、n型の電荷蓄積領域(図示なし)を含む。そして、n型の電荷蓄積領域の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、ホール蓄積領域(図示なし)が形成されている。
As shown in FIG. 3, the
半導体層101の内部には、図3に示すように、複数の画素Pの間を電気的に分離するようにp型の不純物が拡散された画素分離部101pbが設けられており、この画素分離部101pbで区画された領域に、フォトダイオード21が設けられている。
As shown in FIG. 3, a pixel separation portion 101pb in which a p-type impurity is diffused to electrically separate a plurality of pixels P is provided inside the
たとえば、図4に示すように、画素分離部101pbが複数の画素Pの間に介在するように形成されている。つまり、平面形状が格子状になるように画素分離部101pbが形成されており、フォトダイオード21は、図4に示すように、この画素分離部101pbで区画された領域内に形成されている。
For example, as shown in FIG. 4, the pixel separating portion 101pb is formed so as to be interposed between the plurality of pixels P. That is, the pixel separating portion 101pb is formed so that the planar shape becomes a lattice shape, and the
そして、図5に示すように、各フォトダイオード21は、アノードが接地されており、蓄積した信号電荷(ここでは、電子)が、画素トランジスタTrによって読み出され、電気信号として垂直信号線27へ出力されるように構成されている。
Then, as shown in FIG. 5, the anode of each
(b)画素トランジスタTrについて
固体撮像装置1において、画素トランジスタTrは、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が配置されている。
(B) Pixel Transistor Tr In the solid-
画素トランジスタTrは、図4,図5に示すように、転送トランジスタ22と増幅トランジスタ23と選択トランジスタ24とリセットトランジスタ25とを含み、フォトダイオード21から信号電荷を読み出して電気信号として出力するように構成されている。たとえば、画素トランジスタTrは、図4に示すように、撮像面(xy面)において、フォトダイオード21の下方に位置するように設けられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the pixel transistor Tr includes a
画素トランジスタTrを構成する各トランジスタ22〜25は、図3では図示していないが、半導体層101において配線層111が設けられる表面に設けられている。たとえば、各トランジスタ22〜25は、半導体層101において画素Pの間を分離する画素分離部101pbに形成されている。たとえば、各トランジスタ22〜25は、NチャネルのMOSトランジスタであって、各ゲートが、たとえば、ポリシリコンを用いて形成されている。そして、各トランジスタ22〜25は、配線層111で被覆されている。
Although not shown in FIG. 3, each of the
画素トランジスタTrにおいて、転送トランジスタ22は、図4,図5に示すように、フォトダイオード21にて生成された信号電荷を、フローティング・ディフュージョンFDに転送するように構成されている。
In the pixel transistor Tr, the
具体的には、転送トランジスタ22は、図4,図5に示すように、フォトダイオード21のカソードと、フローティング・ディフュージョンFDとの間に設けられている。そして、転送トランジスタ22は、ゲートに転送線26が電気的に接続されている。転送トランジスタ22では、転送線26からゲートに転送信号TGが与えられることによって、フォトダイオード21において蓄積された信号電荷を、フローティング・ディフュージョンFDに転送する。
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the
画素トランジスタTrにおいて、増幅トランジスタ23は、図4,図5に示すように、フローティング・ディフュージョンFDにおいて、電荷から電圧へ変換された電気信号を増幅して出力するように構成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, in the pixel transistor Tr, the amplifying
具体的には、増幅トランジスタ23は、図4に示すように、選択トランジスタ24とリセットトランジスタ25の間に設けられている。ここでは、増幅トランジスタ23は、図5に示すように、ゲートが、フローティング・ディフュージョンFDに電気的に接続されている。また、増幅トランジスタ23は、ドレインが電源供給線Vddに電気的に接続され、ソースが選択トランジスタ24に電気的に接続されている。増幅トランジスタ23は、選択トランジスタ24がオン状態になるように選択されたときには、定電流源Iから定電流が供給されて、ソースフォロアとして動作する。このため、増幅トランジスタ23では、選択トランジスタ24に選択信号が供給されることによって、フローティング・ディフュージョンFDにおいて、電荷から電圧へ変換された電気信号が増幅される。
Specifically, the
画素トランジスタTrにおいて、選択トランジスタ24は、図4,図5に示すように、選択信号が入力された際に、増幅トランジスタ23によって出力された電気信号を、垂直信号線27へ出力するように構成されている。
In the pixel transistor Tr, the
具体的には、選択トランジスタ24は、図4に示すように、増幅トランジスタ23に隣接するように設けられている。また、選択トランジスタ24は、図5に示すように、選択信号が供給されるアドレス線28にゲートが接続されている。そして、選択トランジスタ24は、選択信号が供給された際にはオン状態になり、上記のように増幅トランジスタ23によって増幅された出力信号を、垂直信号線27に出力する。
Specifically, the
画素トランジスタTrにおいて、リセットトランジスタ25は、図4,図5に示すように、リセットトランジスタ25は、増幅トランジスタ23のゲート電位をリセットするように構成されている。
In the pixel transistor Tr, the
具体的には、リセットトランジスタ25は、図4に示すように、増幅トランジスタ23に隣接するように設けられている。このリセットトランジスタ25は、図5に示すように、リセット信号が供給されるリセット線29にゲートが電気的に接続されている。また、リセットトランジスタ25は、ドレインが電源供給線Vddに電気的に接続され、ソースがフローティング・ディフュージョンFDに電気的に接続されている。そして、リセットトランジスタ25は、リセット線29からリセット信号がゲートに供給された際に、フローティング・ディフュージョンFDを介して、増幅トランジスタ23のゲート電位を、電源電圧にリセットする。
Specifically, the
上記において、転送線26、アドレス線28、リセット線29は、水平方向H(行方向)に並ぶ複数の画素Pの各トランジスタ22,24,25のゲートに接続するように配線されている。このため、上記の各トランジスタ22,23,24,25の動作は、1行分の画素Pについて同時に行われる。
In the above description, the
(c)配線層111について
固体撮像装置1において、配線層111は、図3に示すように、半導体層101において、反射防止膜50などの各部が設けられた裏面(図3では上面)とは反対側の表面(図3では下面)に設けられている。
(C) Regarding the
配線層111は、配線111hと絶縁層111zとを含み、絶縁層111z内において、配線111hが各素子に電気的に接続するように形成されている。ここでは、各配線111hは、図5にて示した、転送線26,アドレス線28,垂直信号線27,リセット線29などの各配線として機能するように、絶縁層111z内に積層して形成されている。
The
そして、配線層111において、半導体層101が位置する側に対して反対側の面には、支持基板SSが設けられている。たとえば、厚みが数百μmのシリコン半導体からなる基板が、支持基板SSとして設けられている。
The support substrate SS is provided on the surface of the
(d)反射防止膜50について
固体撮像装置1において、反射防止膜50は、図3に示すように、半導体層101において、配線層111などの各部が設けられた表面(図3では下面)とは反対側の裏面(図3では上面)に設けられている。
(D) Anti-Reflection Film 50 In the solid-
反射防止膜50は、図3に示すように、第1の反射防止膜501と、第2の反射防止膜502とを含み、半導体層101の裏面側から入射する光Hが半導体層101の裏面で反射することを防止するように構成されている。つまり、反射防止膜50は、光学的干渉作用によって反射防止機能が発現されるように、材料および膜厚が、適宜、選択されて形成されている。ここでは、屈折率が高い材料を用いて形成することが好適である。特に、屈折率が1.5以上の材料を用いて形成することが好適である。
The anti-reflection film 50 includes a first
反射防止膜50において、第1の反射防止膜501は、図3に示すように、半導体層101の裏面(上面)を被覆するように形成されている。
In the antireflection film 50, the
具体的には、図3に示すように、半導体層101の裏面において、フォトダイオード21が形成された部分、および、画素分離部101pbが形成された部分を被覆するように、第1の反射防止膜501が設けられている。ここでは、第1の反射防止膜501は、半導体層101の平坦な裏面に沿って、一定の厚みになるように設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the first anti-reflection coating is formed on the back surface of the
本実施形態においては、第1の反射防止膜501は、第2の反射防止膜502よりも膜厚が薄くなるように形成されている。
In the present embodiment, the first
また、第1の反射防止膜501は、フォトダイオード21の受光面JSに正電荷蓄積(ホール)蓄積領域が形成されることで暗電流の発生が抑制されるように、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて形成されている。たとえば、第1の反射防止膜501は、ハフニウム、ジルコニウム、アルミニウム、タンタル、チタン、マグネシウム、イットリウム、ランタノイド元素等の酸化物の少なくとも1つを含むように形成されている。第1の反射防止膜501が負の固定電荷を有するように形成することで、その負の固定電荷によって、フォトダイオード21との界面に電界が加わるので、正電荷蓄積(ホール)蓄積領域が形成される。
The
たとえば、1〜20nmの膜厚になるように成膜されたハフニウム酸化膜(HfO2膜)を、第1の反射防止膜501として設けている。
For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film) formed to have a thickness of 1 to 20 nm is provided as the
反射防止膜50において、第2の反射防止膜502は、図3に示すように、第1の反射防止膜501と遮光膜60との少なくとも一方を介在して、半導体層101の裏面(上面)を被覆するように形成されている。
In the anti-reflection film 50, the second
具体的には、図3に示すように、半導体層101の裏面においてフォトダイオード21が形成された部分では、第1の反射防止膜501が半導体層101との間に介在するように、第2の反射防止膜502が設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 3, at the portion where the
また、半導体層101の裏面において画素分離部101pbが形成された部分では、第1の反射防止膜501と遮光膜60との両者が半導体層101との間に介在するように、第2の反射防止膜502が設けられている。ここでは、第1の反射防止膜501の上面のうち、半導体層101にて画素分離部101pbが設けられた部分に遮光膜60が設けられており、この遮光膜60を被覆するように、第1の反射防止膜501の上面に第2の反射防止膜502が設けられている。つまり、第1の反射防止膜501の平坦な面に凸状な遮光膜60が設けられて、凹凸面が設けられており、この凹凸面に沿うように、第2の反射防止膜502が一定の厚みで設けられている。
In the portion where the
本実施形態においては、第2の反射防止膜502は、第1の反射防止膜501よりも膜厚が厚くなるように形成されている。
In the present embodiment, the second
たとえば、第1の反射防止膜501と合計した膜厚が40〜80nmになるように成膜されたハフニウム酸化膜(HfO2膜)が、第2の反射防止膜502として形成されている。
For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film) formed so as to have a total thickness of 40 to 80 nm in total with the
第1の反射防止膜501,第2の反射防止膜502については、上記のハフニウム酸化膜(HfO2膜)の他に、種々の材料を用いることが可能である。
Various materials can be used for the
ここでは、シリコン酸化膜(SiO2膜)よりもフラットバンド電圧が大きい材料を用いて、第1の反射防止膜501を形成することが好適である。
Here, it is preferable to form the first
たとえば、下記の高誘電体(High−k)材料を用いて、第1の反射防止膜501を形成することが好適である。なお、下記において、ΔVfbは、High−k材料のフラットバンド電圧Vfb(High−k)からSiO2のフラットバンド電圧Vfb(SiO2)を差分した値を示している(つまり、ΔVfb=Vfb(High−k)−Vfb(SiO2))。
・Al2O3(ΔVfb=4〜6V)
・HfO2(ΔVfb=2〜3V)
・ZrO2(ΔVfb=2〜3V)
・TiO2(ΔVfb=3〜4V)
・Ta2O5(ΔVfb=3〜4V)
・MgO2(ΔVfb=1.5〜2.5V)
For example, it is preferable to form the
・ Al 2 O 3 (ΔVfb = 4 to 6 V)
・ HfO 2 (ΔVfb = 2-3V)
・ ZrO 2 (ΔVfb = 2-3V)
・ TiO 2 (ΔVfb = 3-4V)
・ Ta 2 O 5 (ΔVfb = 3-4V)
・ MgO 2 (ΔVfb = 1.5-2.5V)
また、上記の材料の他に、下記の材料を用いて、第2の反射防止膜502を形成することが好適である。
・SiN
・SiON
In addition, it is preferable to form the
・ SiN
・ SiON
上記では、第1の反射防止膜501,第2の反射防止膜502の両者について、ハフニウム酸化膜(HfO2膜)を用いる場合について説明したが、これに限定されない。上記のような種々の材料を、適宜、組み合わせて用いることが可能である。
In the above, the case where the hafnium oxide film (HfO 2 film) is used for both the
たとえば、下記のような材料の組み合わせで、第1の反射防止膜501,第2の反射防止膜502を形成することが好適である。なお、下記では、左側が、第1の反射防止膜501を形成する際に用いる材料を示しており、右側が、第2の反射防止膜502を形成する際に用いる材料を示している。
(第1の反射防止膜501の材料,第2の反射防止膜502の材料)=
(HfO2,HfO2)
(HfO2,Ta2O5)
(HfO2,Al2O3)
(HfO2,ZrO2)
(HfO2,TiO2)
(MgO2,HfO2)
(Al2O3,SiN)
(HfO2,SiON)
For example, it is preferable to form the
(Material of the
(HfO 2 , HfO 2 )
(HfO 2 , Ta 2 O 5 )
(HfO 2 , Al 2 O 3 )
(HfO 2 , ZrO 2 )
(HfO 2 , TiO 2 )
(MgO 2 , HfO 2 )
(Al 2 O 3 , SiN)
(HfO 2 , SiON)
(e)遮光膜60について
固体撮像装置1において、遮光膜60は、図3に示すように、半導体層101の裏面(図3では上面)の側に設けられている。
(E) Light-Shielding Film 60 In the solid-
遮光膜60は、半導体層101の上方から半導体層101の裏面へ向かう入射光Hの一部を、遮光するように構成されている。
The light shielding film 60 is configured to shield a part of the incident light H traveling from above the
図3に示すように、遮光膜60は、半導体層101の内部に設けられた画素分離部101pbの上方に設けられている。これに対して、半導体層101の内部に設けられたフォトダイオード21の上方においては、フォトダイオード21に入射光Hが入射するように、遮光膜60は、設けられておらず、開口している。
As shown in FIG. 3, the light-shielding film 60 is provided above the pixel separating portion 101pb provided inside the
つまり、図4では図示をしていないが、遮光膜60は、画素分離部101pbと同様に、平面形状が格子状になるように形成されている。 That is, although not shown in FIG. 4, the light-shielding film 60 is formed so that the planar shape becomes a lattice shape, similarly to the pixel separating portion 101pb.
本実施形態においては、図3に示すように、遮光膜60は、第1の反射防止膜501の上面において、凸形状に突き出るように設けられている。そして、遮光膜60は、第2の反射防止膜502によって、上面が被覆されていると共に、凸形状の側部が、第2の反射防止膜502で接触されるように設けられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the light shielding film 60 is provided on the upper surface of the
遮光膜60は、光を遮光する遮光材料で形成されている。たとえば、膜厚が100〜400nmになるように成膜されたタングステン(W)膜が、遮光膜60として形成されている。この他に、窒化チタン(TiN)膜と、タングステン(W)膜とを積層することで、遮光膜60を形成しても好適である。 The light shielding film 60 is formed of a light shielding material that blocks light. For example, a tungsten (W) film formed to have a thickness of 100 to 400 nm is formed as the light shielding film 60. In addition, it is also preferable to form the light shielding film 60 by laminating a titanium nitride (TiN) film and a tungsten (W) film.
(f)その他
この他に、図3に示すように、半導体層101の裏面側においては、反射防止膜50の上面に平坦化膜HTが設けられている。そして、その平坦化膜HTの上面には、カラーフィルタCFと、マイクロレンズMLが設けられている。
(F) Others In addition, as shown in FIG. 3, on the back surface side of the
カラーフィルタCFは、たとえば、赤色フィルタ層(図示なし)、緑色フィルタ層(図示なし)、青色フィルタ層(図示なし)を含み、ベイヤー配列で、その3原色の各フィルタ層が、各画素Pに対応するように配置されている。つまり、カラーフィルタCFは、水平方向xと水力方向yとにおいて隣接して並ぶ画素Pの間で、異なる色の光を透過するように、カラーフィルタCFが構成されている。 The color filter CF includes, for example, a red filter layer (not shown), a green filter layer (not shown), and a blue filter layer (not shown), and each filter layer of the three primary colors is provided in each pixel P in a Bayer arrangement. It is arranged to correspond. That is, the color filter CF is configured such that light of different colors is transmitted between the pixels P adjacent to each other in the horizontal direction x and the hydraulic direction y.
マイクロレンズMLは、各画素Pに対応するように複数が配置されている。マイクロレンズMLは、半導体層101の裏面側において凸状に突き出した凸レンズであり、各画素Pのフォトダイオード21へ入射光Hを集光するように構成されている。たとえば、マイクロレンズMLは、樹脂などの有機材料を用いて形成されている。
A plurality of micro lenses ML are arranged so as to correspond to each pixel P. The micro lens ML is a convex lens that protrudes in a convex shape on the back surface side of the
(2)製造方法
上記の固体撮像装置1を製造する製造方法の要部について説明する。
(2) Manufacturing Method A main part of a manufacturing method of manufacturing the solid-
図6〜図10は、本発明にかかる実施形態1において、固体撮像装置の製造方法を示す図である。 6 to 10 are diagrams illustrating a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
図6〜図10は、図3と同様に、断面を示しており、各図に示す工程を順次経て、図3等に示した固体撮像装置1について製造をする。
FIGS. 6 to 10 show cross sections, as in FIG. 3, and the solid-
(2−1)フォトダイオード21等の形成
まず、図6に示すように、フォトダイオード21等の形成を実施する。
(2-1) Formation of
ここでは、単結晶シリコン半導体からなる半導体基板の表面から不純物をイオン注入することで、フォトダイオード21,画素分離部101pbを形成する。そして、その半導体基板の表面に、画素トランジスタTr(図6では図示なし)を形成後、その画素トランジスタTrを被覆するように、配線層111を形成する。そして、配線層111の表面に支持基板SSを貼り合わせる。
Here, the
この後、半導体基板を、たとえば、10〜20μm程度の厚みになるように薄膜化することで、上述した半導体層101が形成される。たとえば、CMP法によって研磨することで薄膜化を実施する。
Thereafter, the
(2−2)第1の反射防止膜501の形成
つぎに、図7に示すように、第1の反射防止膜501を形成する。
(2-2) Formation of
ここでは、図7に示すように、半導体層101の裏面(上面)を被覆するように、第1の反射防止膜501を形成する。
Here, as shown in FIG. 7, the
具体的には、図3に示すように、半導体層101の裏面において、フォトダイオード21が形成された部分、および、画素分離部101pbが形成された部分を被覆するように、第1の反射防止膜501を設ける。
Specifically, as shown in FIG. 3, the first anti-reflection coating is formed on the back surface of the
たとえば、ALD(Atomic Layer Deposition)法によって、200〜300℃の成膜温度の条件下で、1〜20nmの膜厚になるようにハフニウム酸化膜(HfO2膜)を成膜することで、第1の反射防止膜501を設ける。
For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film) is formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method at a film formation temperature of 200 to 300 ° C. so as to have a film thickness of 1 to 20 nm. One
(2−3)遮光膜60の形成
つぎに、図8に示すように、遮光膜60を形成する。
(2-3) Formation of Light Shielding Film 60 Next, as shown in FIG. 8, the light shielding film 60 is formed.
ここでは、図8に示すように、半導体層101の内部に設けられた画素分離部101pbの上方に位置するように、第1の反射防止膜501の上面に、遮光膜60を形成する。
Here, as shown in FIG. 8, the light-shielding film 60 is formed on the upper surface of the
たとえば、スパッタリング法で、膜厚が100〜400nmになるように、第1の反射防止膜501の上面にタングステン(W)膜(図示なし)を成膜後、そのタングステン膜についてパターン加工することで、遮光膜60を形成する。具体的には、ドライエッチング処理を実施することで、タングステン膜から遮光膜60を形成する。
For example, a tungsten (W) film (not shown) is formed on the upper surface of the
(2−4)第2の反射防止膜502の形成
つぎに、図9に示すように、第2の反射防止膜502を形成する。
(2-4) Formation of
ここでは、図9に示すように、第2の反射防止膜502が第1の反射防止膜501と遮光膜60との少なくとも一方を介在して、半導体層101の裏面(上面)を被覆するように、第2の反射防止膜502を形成する。
Here, as shown in FIG. 9, the second
具体的には、図9に示すように、フォトダイオード21の形成部分では、第1の反射防止膜501のみが介在し、画素分離部101pbの形成部分では、第1の反射防止膜501と遮光膜60との両者が介在するように、第2の反射防止膜502を形成する。
Specifically, as shown in FIG. 9, only the first
たとえば、第1の反射防止膜501と合計した膜厚が40〜80nmになるように物理的気相成長(PVD)法でハフニウム酸化膜(HfO2膜)を成膜することで、第2の反射防止膜502を形成する。PVD法による成膜は、ALD法の場合と比較して、成膜速度が速いので、短時間で厚い膜を形成することが可能になる。
For example, a hafnium oxide film (HfO 2 film) is formed by a physical vapor deposition (PVD) method so that the total thickness of the
(2−5)平坦化膜HTの形成
つぎに、図10に示すように、平坦化膜HTを形成する。
(2-5) Formation of Flattening Film HT Next, as shown in FIG. 10, a flattening film HT is formed.
ここでは、図10に示すように、第2の反射防止膜502上において、上面が平坦になるように、平坦化膜HTを形成する。
Here, as shown in FIG. 10, a flattening film HT is formed over the
たとえば、樹脂などの有機材料を、スピンコート法で塗布することで、この平坦化膜HTを形成する。 For example, the flattening film HT is formed by applying an organic material such as a resin by a spin coating method.
この後、図3で示したように、半導体層101の裏面側に、カラーフィルタCF、マイクロレンズMLを設ける。このようにすることで、裏面照射型のCMOS型イメージセンサを完成させる。
Thereafter, as shown in FIG. 3, a color filter CF and a microlens ML are provided on the back surface side of the
(3)まとめ
以上のように、本実施形態では、入射光Hを受光面JSで受光する複数のフォトダイオード21が、複数の画素Pに対応するように、半導体層101の内部に設けられている。そして、半導体層101にて入射光Hが入射する裏面(上面)の側には、入射光Hの反射を防止する反射防止膜50が設けられている。また、半導体層101の裏面の側には、入射光Hが受光面JSへ通過する開口が形成されている遮光膜60が設けられている。
(3) Conclusion As described above, in the present embodiment, the plurality of
ここで、反射防止膜50は、第1の反射防止膜501と第2の反射防止膜502との複数の膜を含み、第1の反射防止膜501が、裏面において受光面JSおよび遮光膜60が設けられた部分を被覆するように設けられている。これと共に、反射防止膜50においては、第2の反射防止膜502が、裏面において受光面JSが設けられた部分を被覆するように第1の反射防止膜501の上に形成されている。第1の反射防止膜501は、第2の反射防止膜502よりも膜厚が薄い。そして、遮光膜60は、第2の反射防止膜502の上に設けられておらず、第1の反射防止膜501の上に設けられている(図3参照)。
Here, the anti-reflection film 50 includes a plurality of films of a first
このように本実施形態では、半導体層101と遮光膜60との間には、薄い第1の反射防止膜501のみが形成されている。このため、遮光膜60の下方を入射光Hが透過することを抑制可能であるので、その画素Pに入射した入射光Hが、隣接する他の画素Pのフォトダイオード21に入射することを防止できる。つまり、入射光Hが直下の受光面JSに入射し、他の色の光を受光する他の画素Pの受光面JSへ入射することを防止することができる。
As described above, in the present embodiment, only the thin first
よって、本実施形態においては、「混色」が発生することを防止し、撮像したカラー画像において色再現性を向上可能である Therefore, in the present embodiment, it is possible to prevent “color mixture” from occurring and to improve color reproducibility in a captured color image.
したがって、本実施形態は、画像品質を向上させることができる。 Therefore, the present embodiment can improve image quality.
また、本実施形態では、負の固定電荷を有する高誘電体を用いて第1の反射防止膜501を形成している。このため、フォトダイオード21の受光面JSに正電荷蓄積(ホール)蓄積領域が形成されるので、暗電流の発生を抑制できる。
In the present embodiment, the first
また、本実施形態では、屈折率が1.5以上の材料を用いて反射防止膜50を形成している。このため、シリコン(Si)との屈折率差が小さくなるので、そのシリコンの受光面における反射防止の効果を奏することができる。特に、下層のSiの屈折率(3.6)と上層のSiO2の屈折率(1.45)の中間の屈折率の材料を用いることが好適である。具体的には、SiN膜(屈折率が2程度)を、反射防止膜50を形成することが好適である。その他、TiO2のような高屈折率膜(屈折率2.5程度)を用いても良い。よって、屈折率が1.5以上であって、2.6以下の材料を用いて、反射防止膜50を形成することが好適である。
また、本実施形態では、ALD法で第1の反射防止膜501を成膜している。このため、界面準位の少ない良好なシリコン界面を形成できるので、暗電流低減の効果を奏することができる。
In this embodiment, the antireflection film 50 is formed using a material having a refractive index of 1.5 or more. For this reason, the difference in the refractive index from silicon (Si) is reduced, so that the effect of preventing reflection of the silicon on the light receiving surface can be obtained. In particular, it is preferable to use a material having an intermediate refractive index between the lower layer Si (3.6) and the upper layer SiO 2 (1.45). Specifically, it is preferable to form the SiN film (having a refractive index of about 2) and the antireflection film 50. In addition, a high refractive index film such as TiO 2 (refractive index of about 2.5) may be used. Therefore, it is preferable to form the antireflection film 50 using a material having a refractive index of 1.5 or more and 2.6 or less.
In this embodiment, the
<2.実施形態2>
(1)装置構成など
図11は、本発明にかかる実施形態2において、固体撮像装置1bの要部を示す図である。
<2.
(1) Device Configuration, etc. FIG. 11 is a diagram illustrating a main part of a solid-state imaging device 1b according to the second embodiment of the present invention.
図11は、図3と同様に、画素Pの断面を示している。 FIG. 11 shows a cross section of the pixel P, similarly to FIG.
図11に示すように、本実施形態においては、絶縁膜Z1が設けられている。これと共に、遮光膜60bの材料が実施形態1の場合と異なる。これらの点を除き、本実施形態は、実施形態1と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。 As shown in FIG. 11, in the present embodiment, an insulating film Z1 is provided. At the same time, the material of the light shielding film 60b is different from that of the first embodiment. Except for these points, the present embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, the description of the overlapping portions will be omitted.
本実施形態では、遮光膜60bは、実施形態1と異なり、チタン(Ti)膜が用いられて形成されている。 In the present embodiment, unlike the first embodiment, the light shielding film 60b is formed using a titanium (Ti) film.
チタン膜は、密着性に優れる。しかしながら、チタン膜は、還元作用が強い。 Titanium films have excellent adhesion. However, the titanium film has a strong reducing action.
第1の反射防止膜501として形成されたハフニウム酸化膜(HfO2膜)上に、直接、遮光膜60bとしてチタン膜を形成した場合には、両者の膜の間で反応が生ずる。このため、この場合には、界面準位に起因した暗電流の発生を効果的に抑制することが困難な場合がある。
When a titanium film is directly formed as the light shielding film 60b on the hafnium oxide film (HfO 2 film) formed as the first
このような不具合の発生を防止するために、本実施形態では、図11に示すように、第1の反射防止膜501として形成されたハフニウム酸化膜(HfO2膜)と、遮光膜60bとして形成されたチタン膜との間に、絶縁膜Z1を中間層として設けている。
In order to prevent such a problem from occurring, in the present embodiment, as shown in FIG. 11, a hafnium oxide film (HfO 2 film) formed as a
つまり、本実施形態では、絶縁膜Z1は、遮光膜60bよりも第1の反射防止膜501との間の反応が生じにくい材料を用いて形成されている。
That is, in the present embodiment, the insulating film Z1 is formed using a material that does not easily react with the
たとえば、絶縁膜Z1は、シリコン酸化膜であり、膜厚が、10nm〜50nmになるように形成されている。 For example, the insulating film Z1 is a silicon oxide film, and is formed to have a thickness of 10 nm to 50 nm.
(2)製造方法
上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。
(2) Manufacturing Method A main part of a manufacturing method for manufacturing the solid-state imaging device will be described.
図12〜図14は、本発明にかかる実施形態2において、固体撮像装置1bの製造方法を示す図である。 12 to 14 are diagrams illustrating a method of manufacturing the solid-state imaging device 1b according to the second embodiment of the present invention.
図12〜図14は、図11と同様に、断面を示しており、図12〜図14に示す各工程を順次経て、図11に示した固体撮像装置について製造をする。 FIGS. 12 to 14 show cross sections in the same manner as FIG. 11, and the solid-state imaging device shown in FIG. 11 is manufactured through the respective steps shown in FIGS.
本実施形態の場合においても、実施形態1の場合と同様に、図6,図7に示すように、フォトダイオード21等の形成、第1の反射防止膜501の形成を実施する。
Also in the case of the present embodiment, the formation of the
(2−1)絶縁膜Z1,遮光膜60bの形成
つぎに、図12に示すように、絶縁膜Z1,遮光膜60bを形成する。
(2-1) Formation of Insulating Film Z1 and Light-Shielding Film 60b Next, as shown in FIG. 12, the insulating film Z1 and the light-shielding film 60b are formed.
ここでは、図12に示すように、半導体層101の内部に設けられた画素分離部101pbの上方に位置するように、第1の反射防止膜501の上面に、絶縁膜Z1と遮光膜60とを形成する。
Here, as shown in FIG. 12, the insulating film Z1 and the light shielding film 60 are formed on the upper surface of the first
たとえば、プラズマCVD法で、膜厚が10nm〜50nmになるように、第1の反射防止膜501の上面にシリコン酸化膜を形成する。その後、たとえば、スパッタリング法で、膜厚が10〜50nmになるように、そのシリコン酸化膜の上面に密着層としてチタン(Ti)膜を成膜する。その後、遮光膜としてタングステン(W)膜を100〜400nmの厚みになるように成膜する。
For example, a silicon oxide film is formed on the upper surface of the
そして、シリコン酸化膜とタングステン・チタン膜とのそれぞれについてパターン加工することで、絶縁膜Z1,遮光膜60bを形成する。具体的には、シリコン酸化膜についてドライエッチング処理を実施することで、絶縁膜Z1にパターン加工する。また、タングステン・チタン膜についてドライエッチング処理を実施することで、遮光膜60bにパターン加工する。 Then, the insulating film Z1 and the light shielding film 60b are formed by patterning each of the silicon oxide film and the tungsten / titanium film. Specifically, the silicon oxide film is subjected to dry etching to pattern the insulating film Z1. Further, by performing dry etching on the tungsten / titanium film, pattern processing is performed on the light shielding film 60b.
(2−2)第2の反射防止膜502の形成
つぎに、図13に示すように、第2の反射防止膜502を形成する。
(2-2) Formation of
ここでは、図13に示すように、絶縁膜Z1と遮光膜60bとが形成された第1の反射防止膜501の上面を被覆するように、第2の反射防止膜502を形成する。
Here, as shown in FIG. 13, the second
たとえば、実施形態1の場合と同様に、物理的気相成長(PVD)法でハフニウム酸化膜(HfO2膜)を成膜することで、第2の反射防止膜502を形成する。
For example, as in the case of
これにより、フォトダイオード21の形成部分では、第1の反射防止膜501のみが介在し、画素分離部101pbの形成部分では、第1の反射防止膜501と絶縁膜Z1と遮光膜60bとが介在するように、第2の反射防止膜502が形成される。
Accordingly, only the first
(2−3)平坦化膜HTの形成
つぎに、図14に示すように、平坦化膜HTを形成する。
(2-3) Formation of Flattening Film HT Next, as shown in FIG. 14, a flattening film HT is formed.
ここでは、図14に示すように、実施形態1の場合と同様に、第2の反射防止膜502上において、上面が平坦になるように、平坦化膜HTを形成する。
Here, as shown in FIG. 14, as in the case of the first embodiment, a flattening film HT is formed on the
この後、図11で示したように、半導体層101の裏面側に、カラーフィルタCF、マイクロレンズMLを設ける。このようにすることで、裏面照射型のCMOS型イメージセンサを完成させる。
Thereafter, as shown in FIG. 11, a color filter CF and a microlens ML are provided on the back surface side of the
(3)まとめ (3) Summary
本実施形態では、実施形態1の場合と同様に、半導体層101と遮光膜60bとの間には、薄い第1の反射防止膜501のみが形成されている(図11参照)。
In this embodiment, only the thin first
よって、「混色」が発生することを防止し、撮像したカラー画像において色再現性を向上可能である。
また、本実施形態においては、実施形態1と異なり、第1の反射防止膜501と遮光膜60bとの間に絶縁膜Z1が設けられている(図11参照)。
Therefore, it is possible to prevent “color mixture” from occurring and to improve color reproducibility in a captured color image.
Further, in the present embodiment, unlike the first embodiment, an insulating film Z1 is provided between the
このため、本実施形態では、第1の反射防止膜501と遮光膜60bとの間の反応が防止される。よって、密着性の向上のために、還元作用が強いチタンなどの材料を遮光膜60bに用いた場合でも、第1の反射防止膜501に含まれる負の固定電荷の作用によって、界面準位に起因した暗電流の発生を効果的に抑制できる。
For this reason, in the present embodiment, a reaction between the
したがって、本実施形態は、画像品質を向上させることができる。 Therefore, the present embodiment can improve image quality.
なお、上記の他に、下記に示す材料の組み合わせで第1の反射防止膜501と遮光膜60bとを形成する場合には、本実施形態のように、絶縁膜Z1を中間層として設けることが好適である。
(第1の反射防止膜501の材料,遮光膜60bの材料)=
(HfO2,Ti)、(Al2O3,Ti)、(ZrO2,Ti)
In addition, in addition to the above, when the
(Material of the
(HfO 2 , Ti), (Al 2 O 3 , Ti), (ZrO 2 , Ti)
<3.実施形態3>
(1)装置構成など
図15は、本発明にかかる実施形態3において、固体撮像装置1cの要部を示す図である。
<3. Third Embodiment>
(1) Device Configuration, etc. FIG. 15 is a diagram illustrating a main part of a solid-state imaging device 1c according to the third embodiment of the present invention.
図15は、図3と同様に、画素Pの断面を示している。 FIG. 15 shows a cross section of the pixel P, similarly to FIG.
図15に示すように、本実施形態においては、反射防止膜50cと遮光膜60cの構成が、実施形態1と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態1と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。 As shown in FIG. 15, in the present embodiment, the configurations of the antireflection film 50c and the light shielding film 60c are different from those of the first embodiment. Except for this point, the present embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, the description of the overlapping portions will be omitted.
(a)反射防止膜50cについて
反射防止膜50cは、図15に示すように、実施形態1と同様に、第1の反射防止膜501と、第2の反射防止膜502cとの複数の膜を含む。
(A) Regarding anti-reflection film 50c As shown in FIG. 15, the anti-reflection film 50c is composed of a plurality of first and second
反射防止膜50cにおいて、第1の反射防止膜501は、実施形態1の場合と同様に、半導体層101の裏面(図15では上面)上に設けられている。そして、第2の反射防止膜502cは、図15に示すように、半導体層101の裏面にて、フォトダイオード21が形成された部分で第1の反射防止膜501が介在するように設けられている。
In the antireflection film 50c, the
しかしながら、半導体層101の裏面において、画素分離部101pbが形成された部分では、実施形態1の場合と異なり、第2の反射防止膜502cが設けられていない。
However, unlike the first embodiment, the second
(b)遮光膜60cについて
図15に示すように、遮光膜60cは、実施形態1と同様に、第1の反射防止膜501の上面のうち、半導体層101にて画素分離部101pbが設けられた部分に形成されている。しかし、この遮光膜60cを被覆するように、第2の反射防止膜502cが設けられていない。
(B) Light-Shielding Film 60c As shown in FIG. 15, the light-shielding film 60c has a pixel isolation portion 101pb provided on the
(c)その他(製造方法など)
本実施形態では、第1の反射防止膜501を成膜後、遮光膜60cの形成前に、第2の反射防止膜502cを形成する。ここでは、第1の反射防止膜501の上面に、第2の反射防止膜502cを形成するための材料膜を成膜した後に、その材料膜をパターン加工することで、第2の反射防止膜502cを形成する。つまり、第1の反射防止膜501の上面のうち、遮光膜60cが形成される部分の表面が露出するように、第2の反射防止膜502cを形成するための材料膜をエッチングし、溝TRを形成することによって、第2の反射防止膜502cを形成する。
(C) Others (manufacturing method, etc.)
In this embodiment, after forming the
つぎに、その溝TRの内部を埋め込むように、遮光膜60cを形成するための材料膜を、第2の反射防止膜502c上に成膜する。そして、第2の反射防止膜502cの上面が露出するように、平坦化処理をすることで、遮光膜60cを形成する。
Next, a material film for forming the light shielding film 60c is formed on the
上記のように各部を形成して、固体撮像装置1cを完成させる。 The components are formed as described above to complete the solid-state imaging device 1c.
本実施形態においては、上記のように各部を形成するため、第1の反射防止膜501と、第2の反射防止膜502cとについては、両者の間のエッチング選択比が大きくなる材料で形成することが好適である。また、遮光膜60cについては、溝TRに容易に埋め込むことが可能な材料で形成することが好適である。
In this embodiment, since each part is formed as described above, the
(2)まとめ
本実施形態では、実施形態1の場合と同様に、半導体層101と遮光膜60cとの間には、薄い第1の反射防止膜501のみが形成されている(図15参照)。
(2) Conclusion In the present embodiment, as in the case of the first embodiment, only the thin first
よって、「混色」が発生することを防止し、撮像したカラー画像において色再現性を向上可能である。 Therefore, it is possible to prevent “color mixture” from occurring and to improve color reproducibility in a captured color image.
本実施形態においては、実施形態1の場合と異なり、第2の反射防止膜502は、遮光膜60cの上面を被覆するように形成されていない。遮光膜60cは、第2の反射防止膜502に設けられた溝TRの内部に埋め込まれるように形成されている(図15参照)。
In the present embodiment, unlike the first embodiment, the
このため、本実施形態では、遮光膜60cと第2の反射防止膜502との表面が平坦になっている(図15参照)。よって、その上層に積層する平坦化膜HTを薄膜化可能であって、受光面JSへ入射する光Hの強度を向上可能であるために、高感度化を実現することができる。
Therefore, in the present embodiment, the surfaces of the light shielding film 60c and the
したがって、本実施形態は、画像品質が向上させることができる。 Therefore, in the present embodiment, the image quality can be improved.
<4.実施形態4>
(1)装置構成など
図16は、本発明にかかる実施形態4において、固体撮像装置1dの要部を示す図である。
<4. Embodiment 4>
(1) Device Configuration, etc. FIG. 16 is a diagram illustrating a main part of a solid-state imaging device 1d according to the fourth embodiment of the present invention.
図16は、図3と同様に、画素Pの断面を示している。 FIG. 16 shows a cross section of the pixel P, similarly to FIG.
図16に示すように、本実施形態においては、反射防止膜50dと遮光膜60dの構成が、実施形態1と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態1と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。 As shown in FIG. 16, in the present embodiment, the configurations of the antireflection film 50d and the light shielding film 60d are different from those of the first embodiment. Except for this point, the present embodiment is the same as the first embodiment. Therefore, the description of the overlapping portions will be omitted.
(a)反射防止膜50dについて
反射防止膜50dは、図16に示すように、実施形態1と同様に、第1の反射防止膜501dと、第2の反射防止膜502dとの複数の膜を含む。
(A) Regarding anti-reflection film 50d As shown in FIG. 16, the anti-reflection film 50d includes a plurality of first and second
反射防止膜50dにおいて、第1の反射防止膜501dは、図16に示すように、実施形態1と同様に、半導体層101の裏面(上面)側を被覆するように形成されている。つまり、第1の反射防止膜501dは、半導体層101の裏面側において、フォトダイオード21が形成された部分、および、画素分離部101pbが形成された部分を被覆するように設けられている。
In the antireflection film 50d, the
しかしながら、本実施形態では、実施形態1と異なり、半導体層101の裏面側は、平坦でなく、溝TRdが設けられて凹凸面になっており、第1の反射防止膜501dは、この凹凸面を被覆するように一定の厚みで形成されている。
However, in the present embodiment, unlike the first embodiment, the back surface side of the
反射防止膜50dにおいて、第2の反射防止膜502dは、図16に示すように、第1の反射防止膜501dと遮光膜60dとの少なくとも一方を介在して、半導体層101の裏面(上面)を被覆するように形成されている。
In the antireflection film 50d, as shown in FIG. 16, the
具体的には、図16に示すように、半導体層101の裏面においてフォトダイオード21が形成された部分では、実施形態1と同様に、第1の反射防止膜501dが半導体層101との間に介在するように、第2の反射防止膜502dが設けられている。
Specifically, as shown in FIG. 16, in the portion where the
また、半導体層101の裏面において画素分離部101pbが形成された部分では、第1の反射防止膜501dと遮光膜60dとの両者が半導体層101との間に介在するように、第2の反射防止膜502が設けられている。
In the portion where the pixel separation portion 101pb is formed on the back surface of the
本実施形態では、図16に示すように、実施形態1と異なり、半導体層101の裏面側は、溝TRdが設けられており、第1の反射防止膜501dが溝TRdの面を被覆すると共に、その溝TRdの内部に遮光膜60dが設けられている。このため、このように形成された遮光膜60dを介在するように、第1の反射防止膜501dの上面に、第2の反射防止膜502dが設けられている。つまり、第1の反射防止膜501dと遮光膜60dとが設けられた平坦な面に沿うように、第2の反射防止膜502dが一定の厚みで設けられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 16, unlike the first embodiment, a groove TRd is provided on the back surface side of the
(b)遮光膜60dについて
遮光膜60dは、図16に示すように、半導体層101の内部に設けられた画素分離部101pbの上方に設けられている。
(B) About the light-shielding film 60d The light-shielding film 60d is provided above the pixel separating portion 101pb provided inside the
本実施形態においては、図16に示すように、半導体層101の裏面側において画素分離部101pbが設けられた部分には、溝TRdが設けられており、その溝TRdの面を被覆するように、第1の反射防止膜501dが設けられている。そして、遮光膜60dは、その第1の反射防止膜501dが被覆された溝TRdの内部に埋め込まれるように設けられている。
In the present embodiment, as shown in FIG. 16, a trench TRd is provided in a portion where the pixel separating portion 101pb is provided on the back surface side of the
そして、遮光膜60dは、第2の反射防止膜502dによって、上面が被覆されている。
The upper surface of the light shielding film 60d is covered with the
(c)その他(製造方法など)
本実施形態では、第1の反射防止膜501の成膜前に、半導体層101の裏面側において、画素分離部101pbが設けられた部分に、溝TRdを形成する。そして、その溝TRdを被覆するように、半導体層101の裏面に第1の反射防止膜501を成膜する。
(C) Others (manufacturing method, etc.)
In the present embodiment, before the first
つぎに、その溝TRの内部を埋め込むように、遮光膜60dを形成するための材料膜を、第1の反射防止膜501d上に成膜する。そして、第1の反射防止膜501dの上面が露出するように、平坦化処理をすることで、遮光膜60dを形成する。
Next, a material film for forming the light shielding film 60d is formed on the
そして、第1の反射防止膜501dおよび遮光膜60dを被覆するように、第2の反射防止膜502dを形成する。
Then, a
上記のように各部を形成して、固体撮像装置1dを完成させる。 The components are formed as described above to complete the solid-state imaging device 1d.
(2)まとめ
本実施形態では、画素分離部101pbの形成部分に設けられた溝TRdの内部に、遮光膜60dが設けられている(図16参照)。
(2) Conclusion In the present embodiment, the light-shielding film 60d is provided inside the trench TRd provided in the portion where the pixel separation portion 101pb is formed (see FIG. 16).
このため、その画素Pから隣接する他の画素Pのフォトダイオード21に入射する光を、遮光膜60dが遮ることが可能である。よって、「混色」が発生することを防止し、撮像したカラー画像において色再現性を向上可能である。
For this reason, it is possible for the light-shielding film 60d to block light incident on the
また、本実施形態では、半導体層101の表面が平坦になっているので、その上方に積層する平坦化膜HTを薄膜化することが可能であり、受光面JSへ入射する光Hの強度を向上可能である。よって、高感度化を実現することができる。
Further, in the present embodiment, since the surface of the
<5.その他>
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
<5. Others>
When implementing the present invention, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be adopted.
たとえば、上記の実施形態では、反射防止膜50を、2つの膜で構成する場合について説明したが、これに限定されない。入射光が入射する面のうち、受光面と遮光膜の形成部分を被覆する第1の反射防止部と、その第1の反射防止部の上において、受光面JSの形成部分を被覆する第2の反射防止部とを反射防止膜50が含むように構成すれば、膜の数は、限定されない。 For example, in the above embodiment, the case where the anti-reflection film 50 is configured by two films has been described, but the present invention is not limited to this. Among the surfaces on which the incident light is incident, a first antireflection portion covering the light receiving surface and the portion where the light shielding film is formed, and a second antireflection portion covering the portion where the light receiving surface JS is formed on the first antireflection portion. The number of films is not limited as long as the antireflection film 50 includes the antireflection portions.
上記の実施形態では、「裏面照射型」の場合について説明したが、これに限定されない。「表面照射型」の場合において、本発明を適用しても良い。 In the above embodiment, the case of the “backside illumination type” has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention may be applied to the case of “surface irradiation type”.
上記の実施形態では、転送トランジスタと増幅トランジスタと選択トランジスタとリセットトランジスタとの4種を、画素トランジスタとして設ける場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、転送トランジスタと増幅トランジスタとリセットトランジスタとの3種を、画素トランジスタとして設ける場合に適用しても良い。 In the above-described embodiment, the case where four types of the transfer transistor, the amplification transistor, the selection transistor, and the reset transistor are provided as the pixel transistors has been described. However, the invention is not limited thereto. For example, the present invention may be applied to a case where three types of transfer transistors, amplification transistors, and reset transistors are provided as pixel transistors.
上記の実施形態では、1つのフォトダイオードに対して、転送トランジスタと増幅トランジスタと選択トランジスタとリセットトランジスタとのそれぞれを1つずつ設ける場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、複数のフォトダイオードに対して、増幅トランジスタと選択トランジスタとリセットトランジスタのそれぞれを1つずつ設ける場合に適用しても良い。 In the above embodiment, the case where one transfer transistor, one amplification transistor, one selection transistor, and one reset transistor are provided for one photodiode has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a case where one amplification transistor, one selection transistor, and one reset transistor are provided for a plurality of photodiodes.
また、上記の実施形態においては、カメラに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に、本発明を適用しても良い。 Further, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to the camera has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention may be applied to other electronic devices including a solid-state imaging device, such as a scanner and a copier.
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置1,1b,1c,1dは、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、フォトダイオード21は、本発明の光電変換部に相当する。また、上記の実施形態において、カメラ40は、本発明の電子機器に相当する。また、上記の実施形態において、半導体層101は、本発明の半導体層に相当する。また、上記の実施形態において、反射防止膜50,50c,50dは、本発明の反射防止膜に相当する。また、上記の実施形態において、第1の反射防止膜501,501dは、本発明の第1の反射防止部に相当する。また、上記の実施形態において、第2の反射防止膜502,502c,502dは、本発明の第2の反射防止部に相当する。
また、上記の実施形態において、遮光膜60,60b,60c,60dは、本発明の遮光膜に相当する。また、上記の実施形態において、受光面JSは、本発明の受光面に相当する。また、上記の実施形態において、画素Pは、本発明の画素に相当する。また、上記の実施形態において、絶縁層Z1は、本発明の中間層に相当する。
In the above embodiment, the solid-
In the above embodiment, the light shielding films 60, 60b, 60c, and 60d correspond to the light shielding film of the present invention. Further, in the above embodiment, the light receiving surface JS corresponds to the light receiving surface of the present invention. Further, in the above embodiment, the pixel P corresponds to the pixel of the present invention. Further, in the above embodiment, the insulating layer Z1 corresponds to the intermediate layer of the present invention.
1,1b,1c,1d:固体撮像装置、13:垂直駆動回路、14:カラム回路、15:水平駆動回路、17:外部出力回路、17a:AGC回路、17b:ADC回路、18:タイミングジェネレータ、19:シャッター駆動回路、21:フォトダイオード、22:転送トランジスタ、23:増幅トランジスタ、24:選択トランジスタ、25:リセットトランジスタ、26:転送線、27:垂直信号線、28:アドレス線、29:リセット線、40:カメラ、42:光学系、43:制御部、44:信号処理回路、50,50c,50d:反射防止膜、501,501d:第1の反射防止膜、502,502c,502d:第2の反射防止膜、60,60b,60c,60d:遮光膜、101:半導体層、101pb:画素分離部、111:配線層、111h:配線、111z:絶縁層、CF:カラーフィルタ、FD:フローティング・ディフュージョン、HT:平坦化膜、JS:受光面、P:画素、PA:画素領域、SA:周辺領域、SS:支持基板、SZ:層間絶縁膜、TR,TRd:溝、Tr:画素トランジスタ、Z1:絶縁層 1, 1b, 1c, 1d: solid-state imaging device, 13: vertical drive circuit, 14: column circuit, 15: horizontal drive circuit, 17: external output circuit, 17a: AGC circuit, 17b: ADC circuit, 18: timing generator, 19: shutter drive circuit, 21: photodiode, 22: transfer transistor, 23: amplification transistor, 24: selection transistor, 25: reset transistor, 26: transfer line, 27: vertical signal line, 28: address line, 29: reset Line, 40: camera, 42: optical system, 43: control unit, 44: signal processing circuit, 50, 50c, 50d: anti-reflection film, 501, 501d: first anti-reflection film, 502, 502c, 502d: 2, an anti-reflection film, 60, 60b, 60c, 60d: a light-shielding film, 101: a semiconductor layer, 101pb: a pixel separation portion, 111 Wiring layer, 111h: Wiring, 111z: Insulating layer, CF: Color filter, FD: Floating diffusion, HT: Flattening film, JS: Light receiving surface, P: Pixel, PA: Pixel region, SA: Peripheral region, SS: Support substrate, SZ: interlayer insulating film, TR, TRd: groove, Tr: pixel transistor, Z1: insulating layer
Claims (22)
前記半導体層は、入射光を受け入れる受光面、および、前記受光面に入射した光を電気に変換する複数の光電変換素子を有し、
各光電変換素子が画素分離部で分離されており、
当該画像装置は、
前記受光面に接し、前記光電変換素子および前記画素分離部が形成された部分を覆って配設され、負の固定電荷を有する高誘電体の第1の反射防止膜と、
前記受光面において前記第1の反射防止膜に接して積層され、窒化物または負の固定電荷を有する高誘電体の第2の反射防止膜と、
前記画素分離部に対応する位置において、前記第1の反射防止膜と前記第2の反射防止膜との間に凸状に形成されて配設された遮光膜と、
前記半導体層の前記第2サイドの近傍に配設された配線層と
を含み、
前記遮光膜は、前記画素分離部に対応する位置において、光入射側から前記画素分離部の内側に延びるように凸状に配設され、
前記第1の反射防止膜と前記第2の反射防止膜とが積層されて構成される反射防止膜の屈折率は、前記半導体層の屈折率との差が小さい、1.5以上2.6以下である、
画像装置。 An image device comprising a semiconductor layer having a first side as an incident light side and a second side opposed to the first side,
The semiconductor layer has a light receiving surface that receives incident light, and a plurality of photoelectric conversion elements that convert light incident on the light receiving surface into electricity.
Each photoelectric conversion element is separated by a pixel separation unit,
The imaging device is
A first antireflection film made of a high dielectric substance having a negative fixed charge, which is provided in contact with the light receiving surface, and is disposed so as to cover a portion where the photoelectric conversion element and the pixel separation portion are formed;
A second antireflection film made of nitride or a high dielectric substance having a negative fixed charge, which is laminated on the light receiving surface in contact with the first antireflection film;
At a position corresponding to the pixel separating portion, a light-shielding film disposed so as to be formed in a convex shape between the first antireflection film and the second antireflection film;
And a wiring layer disposed near the second side of the semiconductor layer.
The light-shielding film is disposed in a convex shape so as to extend from the light incident side to the inside of the pixel separation portion at a position corresponding to the pixel separation portion,
The refractive index of the antireflection film formed by stacking the first antireflection film and the second antireflection film has a small difference from the refractive index of the semiconductor layer, that is, 1.5 to 2.6. Is the following,
Imaging device.
請求項1に記載の画像装置。 The thickness of the first anti-reflection film located below the light-shielding film when viewed from the first side is smaller than the thickness of the second anti-reflection film, and the first anti-reflection film is formed of the light-shielding film. To prevent light from being incident on the photoelectric conversion element of another adjacent pixel that passes below the
The image device according to claim 1.
請求項1または2に記載の画像装置。 The second anti-reflection film is provided so as to cover the first anti-reflection film and the light-shielding film in a region of the pixel separation unit.
The image device according to claim 1.
前記画素分離部において、前記第1の反射防止膜と前記遮光膜との間に、前記遮光膜よりも前記第1の反射防止膜との間の反応が生じにくい材料で形成された絶縁膜が設けられている、
請求項3に記載の画像装置。
In the pixel separating section, an insulating film formed of a material that is less likely to react with the first anti-reflection film than the light-shielding film is provided between the first anti-reflection film and the light-shielding film. Provided,
The image device according to claim 3.
前記遮光膜が当該トレンチの内側に配設されている、
請求項1〜4のいずれかに記載の画像装置。 The image device includes a trench (groove) provided in the pixel separation unit,
The light shielding film is disposed inside the trench,
The image device according to claim 1.
請求項1〜5のいずれかに記載の画像装置。 The first antireflection film includes at least one of hafnium, zirconium, aluminum, tantalum, titanium, magnesium, yttrium, and an oxide of a lanthanoid element.
The image device according to claim 1.
請求項1〜5のいずれかに記載の画像装置。 The second antireflection film includes at least one of a nitride or an oxide of an element of hafnium, zirconium, aluminum, tantalum, titanium, magnesium, yttrium, and a lanthanoid.
The image device according to claim 1.
請求項1〜7いずれかに記載の画像装置。 The thickness of the antireflection film in which the first antireflection film and the second antireflection film are stacked is 40 to 80 nm.
The image device according to claim 1.
請求項1〜9のいずれかに記載の画像装置。 The refractive index of the first antireflection film is 1.5 or more;
Image apparatus according to any one of claims 1-9.
請求項1〜10のいずれかに記載の画像装置。 The refractive index of the second antireflection film is 1.5 or more;
Image apparatus according to any one of claims 1-10.
請求項1〜11のいずれかに記載の画像装置。 The image device includes a plurality of transistors disposed near the second side of the semiconductor layer.
Image apparatus according to any one of claims 1 to 11.
請求項12に記載の画像装置。 The plurality of transistors include a transfer transistor that transfers charge from the photoelectric conversion element to a floating diffusion unit,
The image device according to claim 12 .
請求項12に記載の画像装置。 The plurality of transistors include an amplification transistor having a gate terminal connected to the floating diffusion unit from the photoelectric conversion element,
The image device according to claim 12 .
請求項12に記載の画像装置。 The plurality of transistors include an amplification transistor having a gate terminal connected to the floating diffusion,
The image device according to claim 12 .
請求項12に記載の画像装置。 The plurality of transistors include a reset transistor having a first terminal connected to the floating diffusion and a second terminal connected to a predetermined power supply.
The image device according to claim 12 .
請求項12に記載の画像装置。 The plurality of transistors include a select transistor operatively connected to a signal line,
The image device according to claim 12 .
請求項17に記載の画像装置。 The signal line is electrically connected to a column circuit including at least a CDS circuit and an ADC circuit;
The image device according to claim 17 .
請求項1〜18のいずれかに記載の画像装置。 The light shielding film contains tungsten or titanium nitride,
Image apparatus according to any one of claims 1 to 18.
前記遮光膜はチタンを含む
請求項1〜19のいずれかに記載の画像装置。 The material of the first antireflection film is hafnium oxide,
Image apparatus according to any one of claims 1 to 19, wherein said light-shielding film containing titanium.
カラーフィルタが前記マイクロレンズと前記半導体層の前記第1サイドとの間に配設されている、
請求項1〜20のいずれかに記載の画像装置。 A microlens is disposed near the first side of the semiconductor layer;
A color filter is disposed between the microlens and the first side of the semiconductor layer;
Image apparatus according to any one of claims 1 to 20. FIG.
請求項1〜21のいずれかに記載の画像装置。 The wiring layer is disposed between the second side of the semiconductor layer and a support substrate;
Image apparatus according to any one of claims 1 to 21.
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