JPH08316450A - Multilayer solid-state image pickup device and its manufacture - Google Patents

Multilayer solid-state image pickup device and its manufacture

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JPH08316450A
JPH08316450A JP7118138A JP11813895A JPH08316450A JP H08316450 A JPH08316450 A JP H08316450A JP 7118138 A JP7118138 A JP 7118138A JP 11813895 A JP11813895 A JP 11813895A JP H08316450 A JPH08316450 A JP H08316450A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon substrate
photoelectric conversion
imaging device
solid
state imaging
Prior art date
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Pending
Application number
JP7118138A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Haruhiko Tanaka
治彦 田中
Toshibumi Ozaki
俊文 尾崎
Katsutaka Kimura
勝高 木村
Tokuo Kure
得男 久▲禮▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH08316450A publication Critical patent/JPH08316450A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To eliminate factors constituting step-difference from the base of a photoelectric conversion film, by forming a photoelectric conversion film coming into contact with a silicon substrate surface, and applying a voltage. CONSTITUTION: A second conductivity type source/drain diffusion layer 101 is formed in the interior of a silicon substrate 100. An insulating film 102 and a high concentration doped gate electrode 103 are formed on the surface 109 of the substrate 100. Thus, M0S structure is formed. Via an interlayer insulating film 104, wiring 105 is formed, on which an protective insulating layer 106 is formed. A photoelectric conversion film 107 is formed in contact with the surface 109 of the silicon substrate 100. A constant voltage is applied across a transparent electrode 108 on the film 107 and the surface 109. An incident light is converted to an electric signal. It is transmitted to the substrate 100, amplified by the MOS 1 structure, and outputted. Thereby, the electric field distribution is made uniform, and sensitivity difference between picture elements.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子及びその
製造方法に関わり、詳しくは、光電変換膜を含んだ光電
変換手段を有する所謂積層型固体撮像素子に好適な構
造、及びそれらの製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state image pickup device and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a structure suitable for a so-called laminated solid-state image pickup device having a photoelectric conversion means including a photoelectric conversion film, and manufacturing thereof. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】高精細テレビジョンの開発の進展に伴っ
て、固体撮像素子の多画素化、高密度化に対する要求が
強まっている。このような要求に応えるため、固体撮像
素子の光電変換手段として信号処理回路の上部に積層し
た光電変換膜を用いる所謂積層型の固体撮像素子が考案
されている。このような積層型固体撮像素子について
は、その一例が、"A 2-Million Pixcel CCD Imager Ove
rlaid with an AmorphousSilicon Photoconversion Lay
er", ISSCC (International Solid-State Circuits Con
ference) Digest of Technical Papers, pp. 50-51, Fe
b., 1988 (「ア2−ミリオン ピクセル シーシーデ
ィー イメージャー オーバーレイドウイズ アン ア
モルファス シリコン フォトコンバージョン レイヤ
ー」、アイエスエスシーシー(インターナショナル ソ
リッド−ステート サーキッツコンファレンス)ダイジ
ェスト オブ テクニカル ペーパーズ、50頁〜51頁、
2月、1988年)に開示されている。
2. Description of the Related Art With the progress of development of high-definition television, there is an increasing demand for a solid-state image pickup device having a large number of pixels and a high density. In order to meet such a demand, a so-called stacked type solid-state imaging device has been devised which uses a photoelectric conversion film stacked above a signal processing circuit as photoelectric conversion means of the solid-state imaging device. An example of such a stacked solid-state image sensor is "A 2-Million Pixcel CCD Imager Ove".
rlaid with an AmorphousSilicon Photoconversion Lay
er ", ISSCC (International Solid-State Circuits Con
ference) Digest of Technical Papers, pp. 50-51, Fe
b., 1988 ("A2-Million Pixel CCD Imager Overlay Do With An Amorphous Silicon Photoconversion Layer", ISSC (International Solid-State Circuits Conference) Digest of Technical Papers, pp. 50-51,
February, 1988).

【0003】以下これを例にとり図2により説明する。
p型のシリコン基板200にはp型拡散層201、n−型拡散
層202及びn+型拡散層205が、また、p型のシリコン基
板200の表面上には二酸化シリコン203を介してポリシリ
コン204が転送電極として設けられている。これらn−
型拡散層202、二酸化シリコン203、ポリシリコン204はM
OS構造を構成し、垂直CCDとして働く。また、p型拡散
層201は素子分離層として働く拡散層である。さらに、
垂直CCDの上層にはMoポリサイド206、BPSG207、
画素電極208が設けられ、これら下地の上にアモルファ
スシリコン209が堆積されている。このアモルファスシ
リコン209の上層には、電子阻止層となるアモルファス
シリコンカーバイド210、及びアモルファスシリコン209
に電圧を印加するための、酸化インジウム鉛からなる透
明電極211がある。素子の動作は概略以下のようにな
る。透明電極211と画素電極208によって電圧の印加され
たアモルファスシリコン209に入射した光は光電変換さ
れて電気信号となり、この電気信号は画素電極208から
Moポリサイド206を経てn+型拡散層205に伝達され、
さらに垂直CCDを構成するn−型拡散層202に送り込まれ
た後、この垂直CCDの動作にしたがって転送される。
This will be described below with reference to FIG.
A p-type diffusion layer 201, an n− type diffusion layer 202 and an n + type diffusion layer 205 are provided on the p type silicon substrate 200, and a polysilicon 204 is provided on the surface of the p type silicon substrate 200 via a silicon dioxide 203. Are provided as transfer electrodes. These n-
Type diffusion layer 202, silicon dioxide 203, and polysilicon 204 are M
It constitutes the OS structure and acts as a vertical CCD. The p-type diffusion layer 201 is a diffusion layer that functions as an element isolation layer. further,
Mo polycide 206, BPSG 207,
A pixel electrode 208 is provided, and amorphous silicon 209 is deposited on these bases. Above this amorphous silicon 209, amorphous silicon carbide 210, which serves as an electron blocking layer, and amorphous silicon 209
There is a transparent electrode 211 made of indium lead oxide for applying a voltage to. The operation of the device is roughly as follows. Light incident on the amorphous silicon 209 to which a voltage is applied by the transparent electrode 211 and the pixel electrode 208 is photoelectrically converted into an electric signal, which is transmitted from the pixel electrode 208 to the n + type diffusion layer 205 via the Mo polycide 206. ,
Further, after being sent to the n-type diffusion layer 202 constituting the vertical CCD, it is transferred in accordance with the operation of this vertical CCD.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、垂直
CCDの上層にアモルファスシリコン209を設けて光電変換
を行なっているが、ポリシリコン204とMoポリサイド2
06による下地の凹凸や画素電極208のエッジ212による段
差がアモルファスシリコン209内部の電界分布を不均一
にし、画素毎の感度のばらつきや局所的電界集中による
暗電流増加を引き起こすという問題がある。画素毎の感
度のばらつきや暗電流の増加は雑音の増加と等価である
ため、この問題は感度やダイナミックレンジの低下を引
き起こす。また、光電変換膜に高い電圧を印加して膜内
部で信号の増倍を行なう場合にはこの問題は一層深刻な
ものとなり、高電界下での局所的電界集中による暗電流
増加は光電変換膜の破壊の原因にもなり得る。
In the above conventional example, the vertical
Amorphous silicon 209 is provided on the upper layer of the CCD to perform photoelectric conversion. Polysilicon 204 and Mo polycide 2
There is a problem in that the unevenness of the underlying layer due to 06 and the step due to the edge 212 of the pixel electrode 208 make the electric field distribution inside the amorphous silicon 209 non-uniform, causing variations in sensitivity between pixels and an increase in dark current due to local electric field concentration. Since the variation in sensitivity and the increase in dark current for each pixel are equivalent to the increase in noise, this problem causes a decrease in sensitivity and dynamic range. Further, when a high voltage is applied to the photoelectric conversion film to multiply the signal inside the film, this problem becomes more serious, and the dark current increase due to local electric field concentration under a high electric field is caused by the photoelectric conversion film. Can also be the cause of destruction of.

【0005】以上のように、従来例においては上記の問
題点が存在し、これについては十分には考慮されていな
かった。
As described above, the above-mentioned problems exist in the conventional example, and they have not been sufficiently taken into consideration.

【0006】本発明の目的は、光電変換膜の下地の凹凸
や段差に起因する上記問題点を解決可能な積層型固体撮
像素子及びその製造方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a laminated solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, which can solve the above-mentioned problems caused by unevenness and steps of the base of the photoelectric conversion film.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的は、光電変換膜
を、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理(信号の走査
を含む)する素子が形成されているシリコン基板の表面
もしくはこのシリコン基板の表面と同等の平坦性を有す
る他の表面に直接接触するように形成し、かつ、シリコ
ン基板の表面もしくはシリコン基板の表面と同等の平坦
性を有する他の表面が、光電変換膜に電圧を印加する手
段の一部となるよう構成することにより達成される。
The above object is to provide a photoelectric conversion film having a MOS structure and a surface of a silicon substrate on which an element for processing the electric signal (including scanning of the signal) is formed, or this silicon substrate. Is formed so as to be in direct contact with another surface having the same flatness as the surface of, and the surface of the silicon substrate or the other surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate applies a voltage to the photoelectric conversion film. It is achieved by configuring as part of the applying means.

【0008】[0008]

【作用】シリコン基板表面に接触するように光電変換膜
を形成して電圧を印加することにより、光電変換膜の下
地から凹凸・段差を構成する要素(上記従来例における
ポリシリコン204、Moポリサイド206、画素電極208)
が除去されて、下地の平坦性が向上した状態で電圧が印
加されることになる。この結果、光電変換膜内部の電界
分布の均一性は改善され、画素毎の感度のばらつきや暗
電流の増加を抑制することができる。これは、シリコン
基板の表面と同等の平坦性を有する他の表面に接触する
ように光電変換膜を形成して電圧を印加した場合でも同
様の効果があることはもちろんである。
[Function] An element for forming irregularities and steps from the base of the photoelectric conversion film by forming a photoelectric conversion film so as to contact the surface of the silicon substrate and applying a voltage (polysilicon 204, Mo polycide 206 in the above conventional example) , Pixel electrode 208)
Is removed, and the voltage is applied in a state where the flatness of the base is improved. As a result, the uniformity of the electric field distribution inside the photoelectric conversion film is improved, and variations in sensitivity between pixels and an increase in dark current can be suppressed. It goes without saying that the same effect can be obtained even when the photoelectric conversion film is formed so as to come into contact with another surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate and a voltage is applied.

【0009】[0009]

【実施例】【Example】

実施例1 本発明の実施例1の断面図を図1に示す。図1は、光電
変換膜と、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理する素
子と、その素子が形成されているシリコン基板とを有す
る固体撮像素子において、MOS構造を含み且つ該電気信
号を処理する素子が形成されているシリコン基板の表面
に光電変換膜を形成した構造の実施例である。
Example 1 A sectional view of Example 1 of the present invention is shown in FIG. FIG. 1 shows a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, and including a MOS structure and processing the electric signal. 2 is an example of a structure in which a photoelectric conversion film is formed on the surface of a silicon substrate on which an element to be formed is formed.

【0010】第1導電型のシリコン基板100の内部には
第2導電型のソース・ドレイン拡散層101が、シリコン
基板100の表面109の上には例えば二酸化シリコンからな
る絶縁膜102と例えば高濃度にドープされた多結晶シリ
コンからなるゲート電極103が形成され、これらシリコ
ン基板100、絶縁膜102、ゲート電極103とでMOS構造を構
成している。また、このMOS構造とソース・ドレイン拡
散層101は、MOSトランジスタ素子として働く。さらに、
例えば二酸化シリコンからなる層間絶縁膜104を介して
例えばAlからなる配線105が形成され、その上層には例
えば二酸化シリコンからなる保護絶縁膜106が形成され
ている。これらMOSトランジスタ素子と配線105とによ
り、例えば信号処理回路が構成される。一方、例えばア
モルファスシリコンからなる光電変換膜107が、MOSトラ
ンジスタ素子の形成されているシリコン基板100の表面1
09に接触するように形成されており、その上層の透明電
極108とシリコン基板100の表面109との間に一定の電圧
を印加した状態において、入射した光を電気信号に変換
する働きをする。透明電極108の材料としては例えば酸
化インジウム鉛(ITO)を用いることができる。なお、
図1では、MOSトランジスタの素子分離構造、透明電極1
08への電圧印加手段については簡単のために図示を省略
しており、これは以下の図でも同様である。 この素子
の動作は以下の通りである。光電変換膜107に入射した
光は膜内で光電変換されて電気信号となり光電変換膜10
7が接触している表面109を通ってシリコン基板100に伝
達される。そして、MOSトランジスタ素子で構成された
信号処理回路の入力端をシリコン基板100に接続するこ
とにより、この電気信号が増幅されて出力される。
A second conductive type source / drain diffusion layer 101 is provided inside the first conductive type silicon substrate 100, and an insulating film 102 made of, for example, silicon dioxide and a high concentration layer on the surface 109 of the silicon substrate 100. A gate electrode 103 made of doped polycrystalline silicon is formed, and these silicon substrate 100, insulating film 102, and gate electrode 103 form a MOS structure. Further, the MOS structure and the source / drain diffusion layer 101 function as a MOS transistor element. further,
A wiring 105 made of, for example, Al is formed via an interlayer insulating film 104 made of, for example, silicon dioxide, and a protective insulating film 106 made of, for example, silicon dioxide is formed thereon. The MOS transistor element and the wiring 105 constitute, for example, a signal processing circuit. On the other hand, the photoelectric conversion film 107 made of, for example, amorphous silicon is formed on the surface 1 of the silicon substrate 100 on which the MOS transistor element is formed.
It is formed so as to be in contact with 09, and functions to convert incident light into an electric signal in the state where a constant voltage is applied between the upper transparent electrode 108 and the surface 109 of the silicon substrate 100. As a material for the transparent electrode 108, for example, indium lead oxide (ITO) can be used. In addition,
In FIG. 1, the element isolation structure of the MOS transistor, the transparent electrode 1
The voltage applying means to 08 is omitted for simplicity, and this is the same in the following figures. The operation of this element is as follows. The light incident on the photoelectric conversion film 107 is photoelectrically converted into an electric signal in the film, and the photoelectric conversion film 10
Transferred to the silicon substrate 100 through the surface 109 with which 7 is in contact. Then, by connecting the input end of the signal processing circuit composed of MOS transistor elements to the silicon substrate 100, this electric signal is amplified and output.

【0011】本実施例では、MOS構造を含む素子が形成
されているシリコン基板100の表面109に接触するように
光電変換膜107を形成している。一般に、ゲート電極102
や配線105などにより生じる凹凸が数十〜数百nm程度
であるのに対し、MOS構造を含む素子の形成に用いられ
るシリコン基板100の表面109の凹凸はおよそ10nm以
下である。したがって、本実施例の構造を用いれば、光
電変換膜107をゲート電極102や配線105の上に形成した
場合と比較して下地の凹凸を大幅に低減でき、光電変換
膜内部の電界分布の均一性を改善して画素毎の感度のば
らつきや暗電流の増加を抑制することができる。
In this embodiment, the photoelectric conversion film 107 is formed so as to come into contact with the surface 109 of the silicon substrate 100 on which the element including the MOS structure is formed. Generally, the gate electrode 102
The unevenness caused by the wiring 105 and the wiring 105 is about several tens to several hundreds of nm, while the unevenness on the surface 109 of the silicon substrate 100 used for forming the element including the MOS structure is about 10 nm or less. Therefore, by using the structure of this embodiment, the unevenness of the base can be significantly reduced as compared with the case where the photoelectric conversion film 107 is formed over the gate electrode 102 or the wiring 105, and the electric field distribution inside the photoelectric conversion film is uniform. It is possible to improve the characteristics and suppress variations in sensitivity between pixels and an increase in dark current.

【0012】また、シリコン基板100内にも光電変換手
段を設けることにより、入射光をより有効に電気信号に
変換でき、感度を向上させることができる。
Further, by providing photoelectric conversion means also in the silicon substrate 100, incident light can be more effectively converted into an electric signal, and the sensitivity can be improved.

【0013】さらに、以下の手段及び構造を併用するこ
とにより、高い画素密度を持つ固体撮像素子を一層容易
に実現することができる。
Further, the solid-state image pickup device having a high pixel density can be realized more easily by using the following means and structure together.

【0014】(1)光電変換膜107の内部で電気信号の
増倍を行なう。例えば、アバランシェ現象を起こすのに
必要な高い電界が発生するように、透明電極108とシリ
コン表面109との間に適当な電圧を印加することによ
り、光電変換膜107の中で電気信号のアバランシェ増倍
を行なわせることができる。この結果、感度の増加、ま
たは感度を維持しながら画素の縮小をはかることができ
る。
(1) An electric signal is multiplied inside the photoelectric conversion film 107. For example, by applying an appropriate voltage between the transparent electrode 108 and the silicon surface 109 so that a high electric field necessary to cause the avalanche phenomenon is generated, the avalanche increase of the electric signal in the photoelectric conversion film 107 can be achieved. Can be doubled. As a result, it is possible to increase the sensitivity or reduce the pixels while maintaining the sensitivity.

【0015】(2)電気信号が最初に入力される、MOS
構造を含む素子の信号入力端に、光電変換膜107からの
電気信号を蓄積するための容量を設ける。これにより、
取り扱える電気信号量が増加して高い飽和光量を得るこ
とができ、画素の縮小をはかることができる。
(2) MOS to which an electric signal is first input
A capacitance for accumulating an electric signal from the photoelectric conversion film 107 is provided at a signal input end of the element including the structure. This allows
The amount of electric signals that can be handled increases, a high saturated light amount can be obtained, and the pixel size can be reduced.

【0016】なお、光電変換膜107は、MOS構造を含む素
子が形成されているシリコン基板の表面ばかりでなく、
それと同等の平坦性を有する他の表面に形成したもので
あってもかまわない。また、他の基板の表面に形成した
光電変換膜を、MOS構造を含む素子が形成されているシ
リコン基板の表面に接触するように配置しても良い。ま
た、光電変換膜107は電荷注入阻止層や電界緩和層など
を含むものであってもかまわない。
The photoelectric conversion film 107 is not limited to the surface of the silicon substrate on which the element including the MOS structure is formed,
It may be formed on another surface having the same flatness. Further, the photoelectric conversion film formed on the surface of another substrate may be arranged so as to be in contact with the surface of the silicon substrate on which the element including the MOS structure is formed. Further, the photoelectric conversion film 107 may include a charge injection blocking layer, an electric field relaxation layer, or the like.

【0017】さらに、MOS構造を含む素子としてはMOSト
ランジスタ素子に限る必要はなく、例えばCCD素子であ
っても良い。
Further, the element having the MOS structure is not limited to the MOS transistor element, and may be a CCD element, for example.

【0018】実施例2 本発明の実施例2の断面図を図3に示す。図3は、光電
変換膜と、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理する素
子と、その素子が形成されているシリコン基板とを有す
る固体撮像素子において、MOS構造を含み且つ該電気信
号を処理する素子が形成されているシリコン基板の表面
に光電変換膜を形成した構造の他の実施例を示す。図3
に示す本実施例の断面構造は基本的には実施例1の構造
に準じているが、光電変換膜107の存在する領域に拡散
層300が形成され、電気信号は拡散層300を経てシリコン
基板に取り出される点が異なる。なお、素子動作は実施
例1に述べた内容に準じるが、拡散層300がシリコン基
板100と反対導電型である場合には、MOSトランジスタ素
子で構成された信号処理回路の入力端を拡散層300に接
続する必要がある。
Embodiment 2 A sectional view of Embodiment 2 of the present invention is shown in FIG. FIG. 3 shows a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, including a MOS structure and processing the electric signal. Another embodiment of a structure in which a photoelectric conversion film is formed on the surface of a silicon substrate on which an element to be formed is formed will be shown. FIG.
The cross-sectional structure of the present embodiment shown in is basically similar to the structure of the first embodiment, but the diffusion layer 300 is formed in the region where the photoelectric conversion film 107 is present, and the electric signal passes through the diffusion layer 300 and the silicon substrate. It is different in that it is taken out. Although the device operation is similar to that described in the first embodiment, when the diffusion layer 300 has a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 100, the input end of the signal processing circuit constituted by the MOS transistor device is connected to the diffusion layer 300. Need to be connected to.

【0019】本実施例の構造をとることにより、光電変
換膜107が接触する表面109における導電型及び不純物濃
度を、シリコン基板100の導電型及び不純物濃度とは独
立に設定することが可能となる。しかも、拡散層300は
シリコン基板100内部に形成されるので、ゲート電極103
や配線105のように下地の凹凸を増大させることがな
い。この結果、光電変換膜107の下地である表面109の平
坦性を損なうことなく、光電変換膜107の特性に合わせ
て電気信号を取り出すのに最適な導電型及び不純物濃度
を選択することができる。
By adopting the structure of this embodiment, it is possible to set the conductivity type and the impurity concentration on the surface 109 in contact with the photoelectric conversion film 107 independently of the conductivity type and the impurity concentration of the silicon substrate 100. . Moreover, since the diffusion layer 300 is formed inside the silicon substrate 100, the gate electrode 103
It does not increase the unevenness of the base unlike the wiring 105. As a result, it is possible to select the optimum conductivity type and impurity concentration for taking out an electric signal according to the characteristics of the photoelectric conversion film 107 without impairing the flatness of the surface 109 that is the base of the photoelectric conversion film 107.

【0020】実施例3 本発明の実施例3の断面図を図4に、その平面図を図5
に示す。図4及び図5は、光電変換膜と、MOS構造を含
み且つ該電気信号を処理する素子と、その素子が形成さ
れているシリコン基板とを有する固体撮像素子におい
て、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形
成されているシリコン基板の表面に光電変換膜を形成し
た構造の他の実施例であり、特に1次元固体撮像素子に
適した構造を示している。図4に示す本実施例の断面構
造は基本的には実施例2の構造に準じているが、光電変
換膜107の存在する領域に形成された拡散層301が、シリ
コン基板100とは反対導電型で且つパターニングされて
いる点が異なる。
Embodiment 3 A sectional view of Embodiment 3 of the present invention is shown in FIG. 4, and a plan view thereof is shown in FIG.
Shown in FIGS. 4 and 5 show a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed. It is another embodiment of a structure in which a photoelectric conversion film is formed on the surface of a silicon substrate on which an element for processing a signal is formed, and particularly shows a structure suitable for a one-dimensional solid-state imaging device. The cross-sectional structure of this embodiment shown in FIG. 4 basically conforms to the structure of the second embodiment, but the diffusion layer 301 formed in the region where the photoelectric conversion film 107 is present has a conductivity opposite to that of the silicon substrate 100. The difference is that it is a mold and is patterned.

【0021】以下、図5を用いてさらに詳細に説明す
る。拡散層301は光電変換膜107の存在する領域に一様に
形成されているのではなく、ストライプ上にパターニン
グされたものが複数個形成されている。そしてこれら複
数の拡散層301とシリコン基板100とで作られるダイオー
ドに逆方向バイアスを印加することにより、複数の拡散
層301間、及び拡散層301とシリコン基板100との間を電
気的に分離することができる。したがって、複数の拡散
層301を通じて光電変換膜107からの電気信号を取り出す
ことにより、入射光の1次元的な位置情報を得ることが
可能になる。このようにして得られた電気信号は、拡散
層301に電気的に接続された信号処理回路302により走査
や増幅等を行ない、さらに出力増幅回路303により十分
に増幅して外部に出力することができる。また、これら
信号処理回路302及び出力増幅回路303は、図4に含まれ
るMOS構造を用いた素子により容易に構成することが可
能である。
A more detailed description will be given below with reference to FIG. The diffusion layer 301 is not uniformly formed in the region where the photoelectric conversion film 107 is present, but a plurality of patterned layers are formed on the stripe. Then, by applying a reverse bias to the diode formed by the plurality of diffusion layers 301 and the silicon substrate 100, the plurality of diffusion layers 301 and the diffusion layer 301 and the silicon substrate 100 are electrically isolated. be able to. Therefore, by extracting the electric signal from the photoelectric conversion film 107 through the plurality of diffusion layers 301, it becomes possible to obtain one-dimensional position information of the incident light. The electric signal thus obtained can be scanned and amplified by the signal processing circuit 302 electrically connected to the diffusion layer 301, and further sufficiently amplified by the output amplification circuit 303 and output to the outside. it can. Further, the signal processing circuit 302 and the output amplification circuit 303 can be easily configured by the element using the MOS structure included in FIG.

【0022】以上のように、本実施例の構造をとること
により、実施例2の利点を生かしながら1次元センサを
構築することができる。
As described above, by adopting the structure of this embodiment, it is possible to construct a one-dimensional sensor while taking advantage of the advantages of the second embodiment.

【0023】なお、拡散層301の導電型をシリコン基板1
00と同じ導電型とする場合には、拡散層301を完全に含
むようにシリコン基板100と反対導電型の拡散層を形成
すれば良い。また、光電変換膜107の形成された領域の
外で、拡散層301と信号処理回路302との間を配線で接続
することにより、拡散層301の導電型と信号処理回路302
を構成する素子に用いられる拡散層の導電型とをそれぞ
れ独立に設定できる。さらに、拡散層301の平面形状は
図5に示されるような単純なストライプ形状に限る必要
はなく、複数の拡散層301の間の電気的な分離が可能で
あれば他の平面形状であっても良い。
The conductivity type of the diffusion layer 301 is set to the silicon substrate 1.
When it has the same conductivity type as 00, a diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 100 may be formed so as to completely include the diffusion layer 301. Further, by connecting wiring between the diffusion layer 301 and the signal processing circuit 302 outside the region where the photoelectric conversion film 107 is formed, the conductivity type of the diffusion layer 301 and the signal processing circuit 302 are connected.
The conductivity type of the diffusion layer used for the element constituting the can be set independently of each other. Further, the plane shape of the diffusion layer 301 is not limited to the simple stripe shape as shown in FIG. 5, and may be another plane shape as long as the plurality of diffusion layers 301 can be electrically separated. Is also good.

【0024】実施例4 本発明の実施例4の断面図を図6に、その平面図を図7
に示す。図6及び図7は、光電変換膜と、MOS構造を含
み且つ該電気信号を処理する素子と、その素子が形成さ
れているシリコン基板とを有する固体撮像素子におい
て、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形
成されているシリコン基板の表面と同等の平坦性を有す
る他の表面に光電変換膜を形成した構造の実施例であ
り、特に2次元固体撮像素子に適した構造を示してい
る。
Embodiment 4 FIG. 6 is a sectional view of Embodiment 4 of the present invention, and FIG.
Shown in 6 and 7 show a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure for processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, and including the MOS structure. This is an example of a structure in which a photoelectric conversion film is formed on another surface having the same flatness as the surface of a silicon substrate on which a signal processing element is formed, and a structure particularly suitable for a two-dimensional solid-state image pickup element is shown. ing.

【0025】本実施例の特徴は、MOS構造を含む素子と
光電変換膜とをそれぞれシリコン基板の異なる主面に属
する表面であって且つ同等の平坦性を有する表面に形成
し、加えて光電変換膜からMOS構造を含む素子へ電気信
号を伝える信号伝達手段をシリコン基板内部に設けた点
にある。
The feature of this embodiment is that the element including the MOS structure and the photoelectric conversion film are formed on the surfaces belonging to different main surfaces of the silicon substrate and having the same flatness, and in addition, the photoelectric conversion is performed. The point is that a signal transmission means for transmitting an electric signal from the film to the element including the MOS structure is provided inside the silicon substrate.

【0026】まず、図6を説明する。第1導電型のシリ
コン基板600の一主面にある第1の表面109aには、絶縁
膜102と第2導電型のソース・ドレイン拡散層101、101a
とゲート電極103が形成され、これらはMOSトランジスタ
素子を構成している。一方、シリコン基板600の他の主
面にある第2の表面109bには光電変換膜107が形成され
ており、光は第1の表面109bの側から入射して光電変換
膜107内で光電変換される。そして、光電変換膜107に所
定の電圧を印加して光電変換を行なわせるために透明電
極108が、光電変換膜107で発生した電気信号を取り込む
ために第2導電型の拡散層603が形成されている。さら
に、第2導電型のソース・ドレイン拡散層101aと第2導
電型の拡散層603とは、例えばシリコン基板内に埋め込
まれかつ高濃度にドープされた第2導電型の多結晶シリ
コンからなる導電体602により電気的に接続され、これ
により電気信号は光電変換膜107から第2導電型の拡散
層603と導電体602を経て第1の表面109aのMOSトランジ
スタ素子へと伝達される。ここで、第1の表面109aのMO
Sトランジスタ素子は第2導電型の拡散層603と1対1に
対応して設けられており、光電変換膜107からの電気信
号をスイッチングする働きを持つ。また、第1導電型の
シリコン基板600として例えば両面研磨されたシリコン
基板を用いることにより、第1導電型のシリコン基板60
0の一主面にある第1の表面109aと他の主面にある第2
の表面109bの平坦性を同等のものとすることが可能であ
り、拡散層603を設けてもこの平坦性が損なわれないこ
とは実施例2に述べた通りである。なお、図6では、図
1の層間絶縁膜104、配線105、保護絶縁膜106について
は簡単のために図示を省略しており、これは本実施例以
降の断面図でも同様である。
First, FIG. 6 will be described. An insulating film 102 and second-conductivity-type source / drain diffusion layers 101, 101a are formed on a first surface 109a of the first conductivity type silicon substrate 600, which is one main surface.
And a gate electrode 103 are formed, which constitute a MOS transistor element. On the other hand, the photoelectric conversion film 107 is formed on the second surface 109b that is the other main surface of the silicon substrate 600, and light is incident from the side of the first surface 109b and photoelectric conversion is performed in the photoelectric conversion film 107. To be done. Then, a transparent electrode 108 is formed to apply a predetermined voltage to the photoelectric conversion film 107 to perform photoelectric conversion, and a second conductive type diffusion layer 603 is formed to capture an electric signal generated in the photoelectric conversion film 107. ing. Further, the second-conductivity-type source / drain diffusion layer 101a and the second-conductivity-type diffusion layer 603 are made of, for example, a second-conductivity-type polycrystalline silicon that is embedded in a silicon substrate and is highly doped. It is electrically connected by the body 602, and thereby an electric signal is transmitted from the photoelectric conversion film 107 to the MOS transistor element on the first surface 109a through the second conductivity type diffusion layer 603 and the conductor 602. Here, the MO of the first surface 109a
The S transistor element is provided in one-to-one correspondence with the diffusion layer 603 of the second conductivity type and has a function of switching the electric signal from the photoelectric conversion film 107. Further, by using, for example, a double-side polished silicon substrate as the first conductivity type silicon substrate 600, the first conductivity type silicon substrate 60
A first surface 109a on one main surface and a second surface on the other main surface
The flatness of the surface 109b can be made equal, and even if the diffusion layer 603 is provided, this flatness is not impaired, as described in the second embodiment. Note that, in FIG. 6, the interlayer insulating film 104, the wiring 105, and the protective insulating film 106 in FIG. 1 are omitted for simplification, and this is the same in the sectional views after the present embodiment.

【0027】次に、図6の断面図に示された素子の平面
図である図7を説明する。光電変換膜107の存在する領
域には、島状に形成された第2導電型の拡散層603が2
次元的に配列されているが、実施例3と同様にしてこれ
ら複数の拡散層603及びシリコン基板600を互いに電気的
に分離できる。したがって、複数の第2導電型の拡散層
603を通じて光電変換膜107からの電気信号を取り出し、
且つY方向走査用信号処理回路604とX方向走査用信号
処理回路605を用いて図6のMOSトランジスタ素子を順次
スイッチングすることにより、2次元平面上の位置を特
定しながら電気信号を走査して取り出すこと、すなわち
2次元の固体撮像素子を構築することができる。取り出
された電気信号は、最終的に出力増幅回路303により十
分に増幅された後外部に出力される。なお、X方向走査
用信号処理回路605、Y方向走査用信号処理回路604及び
出力増幅回路303は、第1の表面109aの側の主面に形成
されたMOS構造を含む素子によって構成できることは言
うまでもない。
Next, FIG. 7 which is a plan view of the device shown in the sectional view of FIG. 6 will be described. In the region where the photoelectric conversion film 107 is present, the second conductive type diffusion layer 603 formed in an island shape is formed.
Although arranged in a dimension, the plurality of diffusion layers 603 and the silicon substrate 600 can be electrically separated from each other in the same manner as in the third embodiment. Therefore, a plurality of second conductivity type diffusion layers
An electric signal from the photoelectric conversion film 107 is taken out through 603,
In addition, the Y-direction scanning signal processing circuit 604 and the X-direction scanning signal processing circuit 605 are used to sequentially switch the MOS transistor elements of FIG. 6 to scan the electric signal while specifying the position on the two-dimensional plane. It can be taken out, that is, a two-dimensional solid-state imaging device can be constructed. The extracted electric signal is finally sufficiently amplified by the output amplifier circuit 303 and then output to the outside. It is needless to say that the X-direction scanning signal processing circuit 605, the Y-direction scanning signal processing circuit 604, and the output amplifier circuit 303 can be configured by an element including a MOS structure formed on the main surface on the first surface 109a side. Yes.

【0028】本実施例の構造では、MOS構造を含む素子
と光電変換膜107とをそれぞれシリコン基板600の異なる
主面に属する表面であって且つ同等の平坦性を有する表
面に形成しているため、MOS構造を含む素子による下地
段差の増大の影響を受けることなく、平坦度の高い表面
に光電変換膜を形成することが可能となる。また、実施
例1のように、MOS構造を含む素子と光電変換膜107とを
同じ主面に形成した場合、拡散層603に1対1に対応し
て電気信号のスイッチングを行なうMOSトランジスタを
形成する領域と光電変換膜107を形成する領域とを完全
に分離する必要があり、したがってチップ面積が増加す
る。これに対し、本実施例の構造では、MOS構造を含む
素子と光電変換膜107とを異なる主面に形成し、且つ信
号伝達手段をシリコン基板内部に形成している。この結
果、拡散層603に1対1に対応して電気信号のスイッチ
ングを行なうMOSトランジスタを形成する領域と光電変
換膜107を形成する領域とを完全に重ねることが可能と
なり、チップ面積の増加を抑制できる。
In the structure of this embodiment, the element including the MOS structure and the photoelectric conversion film 107 are formed on the surfaces belonging to different main surfaces of the silicon substrate 600 and having the same flatness. , The photoelectric conversion film can be formed on the surface having high flatness without being affected by the increase in the step difference of the underlying layer due to the element including the MOS structure. Further, when the element including the MOS structure and the photoelectric conversion film 107 are formed on the same main surface as in the first embodiment, the diffusion layer 603 is formed with a MOS transistor for switching electric signals in a one-to-one correspondence. It is necessary to completely separate the region to be formed and the region where the photoelectric conversion film 107 is formed, so that the chip area is increased. On the other hand, in the structure of this embodiment, the element including the MOS structure and the photoelectric conversion film 107 are formed on different main surfaces, and the signal transmission means is formed inside the silicon substrate. As a result, it becomes possible to completely overlap the diffusion layer 603 with the region for forming the MOS transistor for switching electrical signals in a one-to-one correspondence and the region for forming the photoelectric conversion film 107, thereby increasing the chip area. Can be suppressed.

【0029】以上のように、本実施例の構造をとること
により、光電変換膜の下地の平坦性を劣化させることな
く、チップ面積の小さな2次元固体撮像素子を構築する
ことが可能となる。
As described above, by adopting the structure of this embodiment, it is possible to construct a two-dimensional solid-state image pickup device having a small chip area without deteriorating the flatness of the base of the photoelectric conversion film.

【0030】なお、光が光電変換膜107に入射する前
に、目的としない波長領域の光を減衰させるフィルター
を通過させることにより、第1の表面109aの側にあるMO
S構造を含む素子の動作が入射光によって影響を受ける
のを防ぐことができる。例えば可視光領域の撮像を目的
とした素子の場合には赤外領域を減衰させるフィルター
を設けると良い。また、第2の表面109bに形成した光電
変換膜107に加えて、シリコン基板600の内部にも光電変
換手段を設けた場合の利点は、実施例1に述べた通りで
ある。
Before the light enters the photoelectric conversion film 107, it passes through a filter for attenuating the light in the wavelength region not intended, so that the MO on the first surface 109a side can be reduced.
It is possible to prevent the operation of the device including the S structure from being affected by the incident light. For example, in the case of an element intended for imaging in the visible light region, a filter that attenuates the infrared region may be provided. Further, the advantage of providing the photoelectric conversion means inside the silicon substrate 600 in addition to the photoelectric conversion film 107 formed on the second surface 109b is as described in the first embodiment.

【0031】実施例5 本発明の実施例5の断面図を図8〜図12に示す。図8
〜12は、光電変換膜と、MOS構造を含み且つ該電気信
号を処理する素子と、その素子が形成されているシリコ
ン基板とを有する固体撮像素子において、MOS構造を含
み且つ該電気信号を処理する素子が形成されているシリ
コン基板の表面と同等の平坦性を有する他の表面に光電
変換膜を形成した構造の他の実施例であり、図8は断面
構造を、図9〜図12はその製造方法を示す。図8の構
造は基本的には実施例4の構造に準じているが、シリコ
ン基板が貼り合わせシリコン基板であって且つ第2の表
面に接する絶縁膜を有する点、及び光電変換膜の形成さ
れる第2の表面とMOS構造を含む素子の形成される第1
の表面との間の基板厚さよりも厚い領域が存在する点が
異なる。
Embodiment 5 Cross-sectional views of Embodiment 5 of the present invention are shown in FIGS. FIG.
Numerals 12 to 12 are solid-state imaging devices including a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, including a MOS structure and processing the electric signal. FIG. 8 is a cross-sectional structure, and FIG. 9 to FIG. 12 are other examples of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on another surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate on which the element to be formed is formed. The manufacturing method will be described. The structure of FIG. 8 basically conforms to the structure of Example 4, but the silicon substrate is a bonded silicon substrate and has an insulating film in contact with the second surface, and the photoelectric conversion film is formed. Forming a device including a second surface and a MOS structure
The difference is that there is a region thicker than the substrate thickness between the substrate and the surface of the substrate.

【0032】まず図8を説明する。第1導電型の第1の
シリコン層801と第1導電型もしくは第2導電型の第2
のシリコン層803とそれらの間に設けられたシリコン酸
化膜802とからなる貼り合わせシリコン基板において、
第1導電型の第1のシリコン層801の第1の表面109a
に、絶縁膜102と第2導電型のソース・ドレイン拡散層1
01及び101aとゲート電極103とが形成され、これらはMOS
トランジスタ素子を構成している。また、基板厚さの小
さい領域805と基板厚さの大きい領域804とがあり、基板
厚さの小さい領域805においては、第1導電型もしくは
第2導電型の第2のシリコン層803とシリコン酸化膜802
とが除去されて第1導電型の第1のシリコン層801の第
2の表面109bが露出している。そして、この第2の表面
109bには光電変換膜107が堆積され、光は第2の表面109
bの側から入射して光電変換膜107内で光電変換される。
さらに、光電変換膜107からの電気信号は第2導電型の
拡散層603を通して取り込まれ、導電体602によって第1
の表面109aのMOSトランジスタ素子へと伝達される。一
方、基板厚さの大きい領域804では、第1導電型もしく
は第2導電型の第2のシリコン層803とシリコン酸化膜8
02とが残されている。
First, FIG. 8 will be described. A first conductivity type first silicon layer 801 and a first conductivity type or a second conductivity type second
In the bonded silicon substrate comprising the silicon layer 803 and the silicon oxide film 802 provided between them,
First surface 109a of first conductivity type first silicon layer 801
Insulating film 102 and second conductivity type source / drain diffusion layer 1
01 and 101a and the gate electrode 103 are formed, and these are MOS
It constitutes a transistor element. Further, there is a region 805 having a small substrate thickness and a region 804 having a large substrate thickness, and in the region 805 having a small substrate thickness, the second silicon layer 803 of the first conductivity type or the second conductivity type and the silicon oxide Membrane 802
Are removed to expose the second surface 109b of the first conductivity type first silicon layer 801. And this second surface
A photoelectric conversion film 107 is deposited on 109b, and light is emitted from the second surface 109.
The light enters from the side of b and is photoelectrically converted in the photoelectric conversion film 107.
Further, the electric signal from the photoelectric conversion film 107 is taken in through the diffusion layer 603 of the second conductivity type, and the first electric signal by the conductor 602.
Is transmitted to the MOS transistor element on the surface 109a. On the other hand, in the region 804 where the substrate thickness is large, the second silicon layer 803 of the first conductivity type or the second conductivity type and the silicon oxide film 8 are formed.
02 and are left.

【0033】図8に示した実施例では、シリコン基板と
して貼り合わせシリコン基板を用い、貼り合わせで生じ
る界面でのシリコン表面を第2の表面109bとしている。
貼り合わせシリコン基板におけるシリコン酸化膜とシリ
コンの界面は、鏡面研磨されたシリコンを熱酸化してで
きる界面か、もしくは鏡面研磨されたシリコン表面にシ
リコン酸化膜を圧着してできた界面であり、いずれにし
てもこの界面でのシリコン表面は、MOS構造を含む素子
が形成されている表面と同等の高い平坦性を持つ。ま
た、光電変換膜107が形成された領域の基板厚さが小さ
くなっているので、光電変換膜107からの電気信号を第
1の表面109aのMOSトランジスタ素子に伝達するための
信号伝達手段の形成が容易になる一方、基板厚さの大き
い領域を設けてあるためシリコン基板の機械的強度の低
下が抑えられ、素子形成プロセスを施す際にシリコン基
板に曲がりや割れが発生するのを防止することができ
る。
In the embodiment shown in FIG. 8, a bonded silicon substrate is used as the silicon substrate, and the silicon surface at the interface generated by the bonding is the second surface 109b.
The interface between the silicon oxide film and the silicon in the bonded silicon substrate is an interface formed by thermally oxidizing mirror-polished silicon, or an interface formed by pressure-bonding the silicon oxide film to the mirror-polished silicon surface. However, the silicon surface at this interface has the same high flatness as the surface on which the element including the MOS structure is formed. Further, since the substrate thickness in the region where the photoelectric conversion film 107 is formed is small, the signal transmission means for transmitting the electric signal from the photoelectric conversion film 107 to the MOS transistor element on the first surface 109a is formed. On the other hand, since a region with a large substrate thickness is provided, it is possible to prevent the mechanical strength of the silicon substrate from decreasing and prevent the silicon substrate from being bent or cracked during the element formation process. You can

【0034】以上のように、図8に示した実施例の構造
をとることにより、光電変換膜の下地の平坦性を劣化さ
せることなく、製造が容易でチップ面積の小さな2次元
固体撮像素子を構築することが可能となる。
As described above, by adopting the structure of the embodiment shown in FIG. 8, a two-dimensional solid-state image pickup device which is easy to manufacture and has a small chip area can be obtained without deteriorating the flatness of the base of the photoelectric conversion film. It is possible to build.

【0035】なお、第1の表面109aに形成されるMOS構
造を含む素子の少なくとも一部を基板厚さの大きな領域
に形成することにより、これらMOS構造を含む素子に入
射光が及ぼす影響を小さくすることができる。したがっ
て、MOS構造を含む素子を用いて構成される信号処理回
路、例えば信号増幅回路や駆動回路、A/D変換回路な
どを基板厚さの大きな領域に形成することにより、これ
らの周辺回路の動作をより安定なものとすることができ
る。また、第2の主面109bに形成した光電変換膜107に
加えて、第1のシリコン層801の内部にも光電変換手段
を設けた場合の利点は、実施例1に述べた通りである。
By forming at least a part of the element including the MOS structure formed on the first surface 109a in a region having a large substrate thickness, the influence of incident light on the element including the MOS structure can be reduced. can do. Therefore, by forming a signal processing circuit including an element including a MOS structure, for example, a signal amplification circuit, a driving circuit, an A / D conversion circuit, etc. in a region where the substrate thickness is large, the operation of these peripheral circuits Can be made more stable. Further, the advantage of providing the photoelectric conversion means inside the first silicon layer 801 in addition to the photoelectric conversion film 107 formed on the second main surface 109b is as described in the first embodiment.

【0036】次に、図8の構造の製造方法を示す図9〜
図12について説明する。図9は、素子を形成するため
のシリコン基板を示しており、第1導電型の第1のシリ
コン層801(例えばp型シリコン層)と第1導電型もし
くは第2導電型の第2のシリコン層803(例えばp型も
しくはn型シリコン層)、及びこの2つのシリコン層の
間に設けられたシリコン酸化膜802から構成された貼り
合わせシリコン基板である。また、109aは第1の表面
を、109bは第2の表面を示している。第1の表面109aに
は、絶縁膜102を例えば熱酸化により、ゲート電極103を
例えば多結晶シリコンを低圧CVD法により堆積、高濃度
ドーピングの後、パターニングすることにより、第2導
電型のソース・ドレイン拡散層101及び101aを例えばヒ
素をイオン打ち込み後拡散することによりそれぞれ形成
する。また、第2の表面109bには第2導電型の拡散層60
3を形成し、第1のシリコン層801の内部には例えば高濃
度にドープされた第2導電型の多結晶シリコンからなる
導電体602を形成する(図10)。このとき、通常のシ
リコン基板では基板厚さがおよそ数百μm程度であるの
に対し、貼り合わせシリコン基板においては第1のシリ
コン層801の基板厚さを1〜数十μm程度に設定するこ
とができる。したがって、信号伝達手段を構成する導電
体602を形成することが非常に容易になる。次に、光電
変換膜を形成する基板厚さの小さい領域を作るために、
第2のシリコン層803の第3の表面109cに一部マスクを
形成したのち、第2のシリコン層803を例えばフッ酸と
硝酸の混合液によるウエットエッチングで除去する(図
11)。なお、図11では第3の表面109c上のマスクは
既に除去した状態を示しているが、除去しないで以降の
プロセスを施すことも可能である。さらに、第2の表面
109bを露出させるため、シリコン酸化膜802を例えばフ
ッ酸によるウエットエッチングで除去する(図12)。
最後に、基板厚さの小さい領域805に露出している第2
の表面109bの上に、例えばアモルファスシリコンの光電
変換膜107と例えば酸化インジウム鉛からなる透明電極1
08を堆積して図8の構造が完成する。
Next, FIGS. 9A to 9C showing a method of manufacturing the structure of FIG.
FIG. 12 will be described. FIG. 9 shows a silicon substrate for forming an element, which includes a first conductive type first silicon layer 801 (for example, a p type silicon layer) and a first conductive type or second conductive type second silicon layer 801. The bonded silicon substrate is composed of a layer 803 (for example, a p-type or n-type silicon layer) and a silicon oxide film 802 provided between the two silicon layers. Further, 109a indicates the first surface and 109b indicates the second surface. On the first surface 109a, the insulating film 102 is deposited by, for example, thermal oxidation, and the gate electrode 103 is deposited by, for example, polycrystalline silicon by a low pressure CVD method, and after high-concentration doping, patterning is performed. The drain diffusion layers 101 and 101a are respectively formed by ion implantation of arsenic and diffusion. In addition, the second conductive type diffusion layer 60 is formed on the second surface 109b.
3 is formed, and a conductor 602 made of, for example, highly doped second-conductivity polycrystalline silicon is formed inside the first silicon layer 801 (FIG. 10). At this time, the substrate thickness of a normal silicon substrate is about several hundreds μm, whereas the substrate thickness of the first silicon layer 801 is set to about 1 to several tens μm in the bonded silicon substrate. You can Therefore, it becomes very easy to form the conductor 602 that constitutes the signal transmission means. Next, in order to form a region with a small thickness of the substrate on which the photoelectric conversion film is formed,
After partially forming a mask on the third surface 109c of the second silicon layer 803, the second silicon layer 803 is removed by wet etching using, for example, a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid (FIG. 11). Although the mask on the third surface 109c is already removed in FIG. 11, it is possible to perform the subsequent process without removing it. Furthermore, the second surface
In order to expose 109b, the silicon oxide film 802 is removed by wet etching using hydrofluoric acid, for example (FIG. 12).
Finally, the second part exposed in the area 805 where the substrate thickness is small.
A photoelectric conversion film 107 of, for example, amorphous silicon and a transparent electrode 1 made of, for example, indium lead oxide are formed on the surface 109b of the
08 is deposited to complete the structure shown in FIG.

【0037】図9〜図12及び図8に示した製造方法の
実施例では、第1の表面109aの側のMOS構造を含む素子
を、第2のシリコン層803を除去して基板厚さの小さい
領域805を形成する前に形成することにより、基板厚さ
の小さい領域805を形成して第2の表面109bを露出させ
た後で施すプロセス工程が少なくなる。従って、このよ
うな製造方法をとることにより、基板の割れや曲がりを
効果的に防止することができる。また、第2の表面109b
を露出させるためのシリコン酸化膜802のエッチング
は、例えばフッ酸を用いればシリコンに対して非常に高
い選択比でのエッチングが可能である。これにより、第
1のシリコン層801は良好なエッチングストッパーにな
り、従って、エッチングのばらつきによる第1のシリコ
ン層801の膜厚ばらつきを抑制することができる。
In the embodiment of the manufacturing method shown in FIGS. 9 to 12 and FIG. 8, the device including the MOS structure on the side of the first surface 109a is removed by removing the second silicon layer 803 to reduce the substrate thickness. Forming before forming the small region 805 reduces the number of process steps performed after forming the region 805 having a small substrate thickness and exposing the second surface 109b. Therefore, by adopting such a manufacturing method, it is possible to effectively prevent the substrate from cracking or bending. Also, the second surface 109b
The etching of the silicon oxide film 802 for exposing the film can be performed with a very high selection ratio with respect to silicon by using, for example, hydrofluoric acid. As a result, the first silicon layer 801 becomes a good etching stopper, so that the variation in film thickness of the first silicon layer 801 due to the variation in etching can be suppressed.

【0038】実施例6 本発明の実施例6の断面図を図13〜図16に示す。図
13〜16は、光電変換膜と、MOS構造を含み且つ該電
気信号を処理する素子と、その素子が形成されているシ
リコン基板とを有する固体撮像素子において、MOS構造
を含み且つ該電気信号を処理する素子が形成されている
シリコン基板の表面と同等の平坦性を有する他の表面に
光電変換膜を形成した構造の他の実施例であり、図13
は断面構造を、図14〜図16はその構造の製造方法の
実施例を示している。本実施例の構造及び製造方法は基
本的には第5の実施例に準じているが、シリコン基板と
して用いられている貼り合わせシリコン基板が、3層の
シリコン層と2層のシリコン酸化膜とを有し、MOS構造
を含む素子と光電変換膜とが電気的に分離可能な2つの
シリコン層にそれぞれ形成されている点が異なる。
Embodiment 6 Cross-sectional views of Embodiment 6 of the present invention are shown in FIGS. 13 to 16 show a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, and including the MOS structure. 13 is another example of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on the other surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate on which the element for processing the
Shows a sectional structure, and FIGS. 14 to 16 show an embodiment of a method for manufacturing the structure. The structure and manufacturing method of this embodiment are basically the same as those of the fifth embodiment, but the bonded silicon substrate used as the silicon substrate is composed of three silicon layers and two silicon oxide films. And a photoelectric conversion film is formed in two electrically separable silicon layers each having the above structure.

【0039】まず図13を説明する。第1導電型の第1
のシリコン層1301と第1導電型の第2のシリコン層1302
と第1導電型もしくは第2導電型の第3のシリコン層13
03とそれらの間に設けられた第1及び第2のシリコン酸
化膜1304、1305とからなる貼り合わせシリコン基板にお
いて、第1導電型の第1のシリコン層1301の第1の表面
109aには、絶縁膜102と第2導電型のソース・ドレイン
拡散層101及び101aとゲート電極103とが形成され、MOS
トランジスタ素子を構成している。また、基板厚さの小
さい領域805においては、第1導電型もしくは第2導電
型の第3のシリコン層1303と第2のシリコン酸化膜1305
とが除去されて第2の表面109bが露出しており、ここに
堆積された光電変換膜107が、第2の表面109bの側から
入射した光を光電変換する。さらに、発生した電気信号
は第2導電型の拡散層603を通じて取り込まれ、第1の
シリコン酸化膜1304を貫通して設けられている導電体60
2によって第1の表面109aのMOSトランジスタ素子へと伝
達される。一方、基板厚さの大きい領域804では、第1
導電型もしくは第2導電型の第3のシリコン層1303と第
2のシリコン酸化膜1305が除去されずに残っている。
First, FIG. 13 will be described. First of the first conductivity type
Silicon layer 1301 and second silicon layer 1302 of the first conductivity type
And a third silicon layer 13 of the first conductivity type or the second conductivity type
In the bonded silicon substrate consisting of 03 and the first and second silicon oxide films 1304 and 1305 provided between them, the first surface of the first conductivity type first silicon layer 1301.
An insulating film 102, second-conductivity-type source / drain diffusion layers 101 and 101a, and a gate electrode 103 are formed on 109a.
It constitutes a transistor element. In the region 805 where the substrate thickness is small, the third silicon layer 1303 of the first conductivity type or the second conductivity type and the second silicon oxide film 1305 are formed.
Are removed and the second surface 109b is exposed, and the photoelectric conversion film 107 deposited here photoelectrically converts the light incident from the second surface 109b side. Further, the generated electric signal is taken in through the diffusion layer 603 of the second conductivity type, and the conductor 60 provided through the first silicon oxide film 1304.
2 is transmitted to the MOS transistor element on the first surface 109a. On the other hand, in the region 804 where the substrate thickness is large, the first
The third silicon layer 1303 of the conductivity type or the second conductivity type and the second silicon oxide film 1305 remain without being removed.

【0040】図13に示した実施例では、第1の表面10
9aと第2の表面109bとの間に第1のシリコン酸化膜1304
を設けている。これにより、第1のシリコン層1301と第
2のシリコン層1302とを電気的に分離することが可能と
なり、それぞれに最適な基板バイアス電圧を与えること
ができる。また、各シリコン層やその中に形成された拡
散層の不純物濃度分布も、第1のシリコン層1301と第2
のシリコン層1302とで独立に設定が可能であり、それぞ
れに適した値を容易に設定できる。なお、第1のシリコ
ン層1301と第2のシリコン層1302とを異なる導電型とす
ることも可能で、このとき、ソース・ドレイン拡散層10
1及び101aと拡散層603もそれぞれの属するシリコン層の
導電型と反対の導電型とする必要がある。
In the embodiment shown in FIG. 13, the first surface 10
The first silicon oxide film 1304 is formed between the surface 9a and the second surface 109b.
Is provided. As a result, the first silicon layer 1301 and the second silicon layer 1302 can be electrically separated, and an optimal substrate bias voltage can be applied to each. In addition, the impurity concentration distributions of the respective silicon layers and the diffusion layers formed therein are also different from those of the first silicon layer 1301 and the second silicon layer 1301.
It can be set independently of the silicon layer 1302, and a value suitable for each can be easily set. The first silicon layer 1301 and the second silicon layer 1302 may have different conductivity types. At this time, the source / drain diffusion layer 10
1 and 101a and the diffusion layer 603 also need to have a conductivity type opposite to that of the silicon layer to which they belong.

【0041】次に、図13の構造の製造方法を示す図1
4〜図16について説明する。図14は、素子を形成す
るためのシリコン基板を示しており、第1導電型の第1
のシリコン層1301(例えばp型シリコン層)と第1導電
型の第2のシリコン層1302(例えばp型シリコン層)と
第1導電型もしくは第2導電型の第3のシリコン層1303
(例えばp型もしくはn型シリコン層)、及びこの3つ
の半導体層の間に設けられた第1及び第2のシリコン酸
化膜1304、1305から構成された貼り合わせシリコン基板
である。第1の表面109aには、絶縁膜102を例えば熱酸
化により、ゲート電極103を例えば多結晶シリコンを低
圧CVD法により堆積、高濃度ドーピングの後、パターニ
ングすることにより、第2導電型のソース・ドレイン拡
散層101及び101aを例えばヒ素を拡散することによりそ
れぞれ形成し、第2の表面109bには第2導電型の拡散層
603を形成する。また、電気信号を伝達するために、第
1のシリコン層1301及び第2のシリコン層1302の内部に
は例えば高濃度にドープされた第2導電型の多結晶シリ
コンからなる導電体602を第1のシリコン酸化膜1304を
貫通するように埋め込む。(図15)。そして、光電変
換膜を形成する基板厚さの小さい領域805を作るため
に、第3のシリコン層1303の第3の表面109cに一部マス
クを形成したのち、第3のシリコン層1303を例えばフッ
酸と硝酸の混合液によるウエットエッチングで除去し、
さらに、第2の表面109bを露出させるため、第2のシリ
コン酸化膜1305を、例えばフッ酸によるウエットエッチ
ングで除去する(図16)。最後に、基板厚の小さい領
域805に露出している第2の表面109bの上に、例えばア
モルファスシリコンからなる光電変換膜107と例えば酸
化インジウム鉛からなる透明電極108を堆積して図13
の構造が完成する。
Next, FIG. 1 showing a method of manufacturing the structure of FIG.
4 to 16 will be described. FIG. 14 shows a silicon substrate for forming an element, which is a first conductivity type first substrate.
Silicon layer 1301 (eg, p-type silicon layer), second silicon layer 1302 of first conductivity type (eg, p-type silicon layer), and third silicon layer 1303 of first conductivity type or second conductivity type
(For example, a p-type or n-type silicon layer) and a bonded silicon substrate composed of first and second silicon oxide films 1304 and 1305 provided between these three semiconductor layers. On the first surface 109a, the insulating film 102 is deposited by, for example, thermal oxidation, and the gate electrode 103 is deposited by, for example, polycrystalline silicon by a low pressure CVD method, and after high-concentration doping, patterning is performed. The drain diffusion layers 101 and 101a are formed by diffusing, for example, arsenic, and the second conductivity type diffusion layer is formed on the second surface 109b.
Form 603. Further, in order to transmit an electric signal, a first conductor 602 made of, for example, heavily doped second-conductivity polycrystalline silicon is formed inside the first silicon layer 1301 and the second silicon layer 1302. Embedded so as to penetrate the silicon oxide film 1304. (FIG. 15). Then, in order to form a region 805 having a small substrate thickness for forming a photoelectric conversion film, a mask is partially formed on the third surface 109c of the third silicon layer 1303, and then the third silicon layer 1303 is covered with, for example, a fluorine film. Removed by wet etching with a mixed solution of acid and nitric acid,
Further, in order to expose the second surface 109b, the second silicon oxide film 1305 is removed by wet etching with hydrofluoric acid, for example (FIG. 16). Finally, a photoelectric conversion film 107 made of, for example, amorphous silicon and a transparent electrode 108 made of, for example, indium lead oxide are deposited on the second surface 109b exposed in the region 805 having a small substrate thickness, and then, as shown in FIG.
The structure of is completed.

【0042】実施例7 本発明の実施例7の断面図を図17及び図18に示す。
図17及び図18は、光電変換膜と、MOS構造を含み且
つ該電気信号を処理する素子と、その素子が形成されて
いるシリコン基板とを有する固体撮像素子において、MO
S構造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形成され
ているシリコン基板の表面と同等の平坦性を有する他の
表面に光電変換膜を形成した構造の他の実施例である。
Embodiment 7 Cross-sectional views of Embodiment 7 of the present invention are shown in FIGS.
17 and 18 show a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed.
It is another embodiment of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on the other surface including the S structure and having the same flatness as the surface of the silicon substrate on which the element for processing the electric signal is formed.

【0043】図17の構造は基本的には実施例5の図8
の構造に、また、図18の構造は基本的には実施例6の
図13の構造に準じているが、第2の表面から第1の表
面へ電気信号を伝える信号伝達手段が、導電体とそれを
埋め込むためのシリコン基板内に形成された溝とを含
み、且つこの溝が光電変換膜が形成されている表面にま
で到達していない点が異なる。すなわち、図17及び図
18に示すように、溝1701及び1801は、第2の表面109b
にまで到達しないように形成されると共に、電気信号を
光電変換膜107から取り出すための拡散層603は少なくと
もその一部で溝1701及び1801の内部に形成された導電体
602と接触し、電気的な導通がとれるように構成されて
いる。
The structure shown in FIG. 17 is basically the same as that shown in FIG.
18 and the structure of FIG. 18 basically conforms to the structure of FIG. 13 of the sixth embodiment, but the signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is a conductor. And a groove formed in the silicon substrate for embedding it and the groove does not reach the surface where the photoelectric conversion film is formed. That is, as shown in FIGS. 17 and 18, the grooves 1701 and 1801 are formed on the second surface 109b.
The diffusion layer 603 for taking out an electric signal from the photoelectric conversion film 107 is formed in such a manner that it does not reach to the electric field, and at least a part of the diffusion layer 603 is formed inside the grooves 1701 and 1801.
It is configured so as to be in contact with 602 and be electrically conductive.

【0044】本実施例では、溝1701及び1801が、光電変
換膜107の積層される第2の表面109bに到達しないよう
に形成されているため、第2の表面109bには溝1701及び
1801による凹凸が生じない。したがって、本実施例の構
造をとることにより、光電変換膜107の下地である表面1
09bの平坦性を損なうことなく信号伝達手段を形成する
ことができる。
In this embodiment, since the grooves 1701 and 1801 are formed so as not to reach the second surface 109b on which the photoelectric conversion film 107 is laminated, the grooves 1701 and 1801 are formed on the second surface 109b.
Unevenness due to 1801 does not occur. Therefore, by adopting the structure of this embodiment, the surface 1 which is the base of the photoelectric conversion film 107 is
The signal transmission means can be formed without impairing the flatness of 09b.

【0045】なお、信号伝達手段を構成する導電体602
に直結しているMOSトランジスタ素子のチャネル領域の
少なくとも一部を溝1701もしくは1801の内部の側壁に沿
って設けることにより、画素の平面面積を小さくするこ
とが可能となり、高い画素密度を持つ2次元固体撮像素
子を一層容易に実現することができる。
The conductor 602 which constitutes the signal transmission means
By providing at least a part of the channel region of the MOS transistor element directly connected to the inside of the groove 1701 or 1801 along the inner side wall, the planar area of the pixel can be reduced, and the two-dimensional structure having a high pixel density can be obtained. The solid-state image sensor can be realized more easily.

【0046】実施例8 本発明の実施例8の断面図を図19に示す。図19は、
光電変換膜と、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理す
る素子と、その素子が形成されているシリコン基板とを
有する固体撮像素子において、MOS構造を含み且つ該電
気信号を処理する素子が形成されているシリコン基板の
表面と同等の平坦性を有する他の表面に光電変換膜を形
成した構造の他の実施例である。
Embodiment 8 A sectional view of Embodiment 8 of the present invention is shown in FIG. FIG. 19 shows
In a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, an element including a MOS structure and processing the electric signal is formed. It is another embodiment of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on the other surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate.

【0047】本実施例の構造は、基本的には実施例5の
図8の構造に準じているが、信号伝達手段を構成する導
電体602と信号処理回路を形成する拡散層101aとの間を
金属膜もしくはシリサイド膜からなる配線1901により接
続している点が異なる。
The structure of this embodiment basically conforms to the structure of FIG. 8 of the fifth embodiment, but between the conductor 602 forming the signal transmitting means and the diffusion layer 101a forming the signal processing circuit. Are different from each other in that they are connected by a wiring 1901 formed of a metal film or a silicide film.

【0048】本実施例では、導電体602と拡散層101aと
の間を金属膜もしくはシリサイド膜からなる配線1901に
より接続しているため、例えば導電体602がp型シリコ
ンでかつ拡散層101aがn型拡散層であるような場合で
も、導電体602と拡散層101aとの間で非オーミックな電
気特性が生じない。このため、導電体602に直結する第
1の表面109aの側の拡散層101aの導電型を、ひいては第
1の表面109aに形成されるMOSトランジスタ素子の型
を、光電変換膜107から電気信号を取り出すための拡散
層603及び導電体602の導電型とは独立に設定することが
でき、種々の回路方式への対応が容易になる。
In this embodiment, since the conductor 602 and the diffusion layer 101a are connected by the wiring 1901 made of a metal film or a silicide film, for example, the conductor 602 is p-type silicon and the diffusion layer 101a is n. Even in the case of the type diffusion layer, non-ohmic electrical characteristics do not occur between the conductor 602 and the diffusion layer 101a. Therefore, the conductivity type of the diffusion layer 101a on the side of the first surface 109a directly connected to the conductor 602, and thus the type of the MOS transistor element formed on the first surface 109a, is converted from the photoelectric conversion film 107 by an electric signal. The conductivity types of the diffusion layer 603 and the conductor 602 for taking out can be set independently of each other, which facilitates compatibility with various circuit systems.

【0049】なお、本実施例の構造は、実施例6の図1
3の構造に対しても全く同様に適用できることは言うま
でもない。また、配線1901の下の層間絶縁膜及びコンタ
クト穴については簡単のため図19の中では省略してい
る。
The structure of this embodiment is similar to that of the sixth embodiment shown in FIG.
It goes without saying that the same can be applied to the structure of No. 3. Further, the interlayer insulating film and the contact hole under the wiring 1901 are omitted in FIG. 19 for simplicity.

【0050】実施例9 本発明の実施例9の断面図を図20〜図34に示す。図
20〜図34は、実施例7の図17に示した構造の製造
方法を示す実施例であり、図20〜図26は第1の表面
の側からの不純物イオン打ち込みを用いた例、図27〜
図30は信号伝達手段を構成する溝の底からの固相拡散
を用いた例、図31〜図34は信号伝達手段を構成する
溝の底への不純物イオン打ち込みを用いた例を示してい
る。
Embodiment 9 Cross-sectional views of Embodiment 9 of the present invention are shown in FIGS. 20 to 34 are examples showing a method of manufacturing the structure shown in FIG. 17 of Example 7, and FIGS. 20 to 26 are examples using impurity ion implantation from the first surface side, FIG. 27-
FIG. 30 shows an example using solid phase diffusion from the bottom of the groove forming the signal transmitting means, and FIGS. 31 to 34 show an example using impurity ion implantation to the bottom of the groove forming the signal transmitting means. .

【0051】まず、図20〜図26に示した製造方法に
ついて説明する。図20は、実施例5の図9に示した貼
り合わせシリコン基板に対してイオン打ち込みマスク20
01を例えばレジストあるいはシリコン酸化膜あるいはW
等の重金属膜で形成し、これをマスクとして、例えば第
2導電型の拡散層を形成する不純物のイオン打ち込み20
02を第1の表面109aの側から行ない、第2の表面109bの
側に不純物2003を打ち込んだところである。このような
不純物イオンの打ち込みは、加速された不純物イオンの
飛程が第1導電型の第1のシリコン層801の厚さにおよ
そ等しくなるように設定することにより可能である。次
に、イオン打ち込みマスク2001を除去し、打ち込んだ不
純物を例えば900℃程度の熱処理を施すことにより活性
化し、光電変換膜から電気信号を取り出すための第2導
電型の拡散層2004を形成する(図21)。なお、この活
性化のための熱処理は必ずしも独立に行なう必要はな
く、イオン打ち込み以降のプロセスに含まれる熱処理を
利用しても良いことは言うまでもない。
First, the manufacturing method shown in FIGS. 20 to 26 will be described. 20 shows an ion implantation mask 20 for the bonded silicon substrate shown in FIG. 9 of the fifth embodiment.
01 for example resist or silicon oxide film or W
Ion implantation of impurities for forming a second conductive type diffusion layer, for example, using a heavy metal film such as
02 is performed from the side of the first surface 109a, and the impurity 2003 is implanted into the side of the second surface 109b. Implantation of such impurity ions can be performed by setting the range of accelerated impurity ions to be approximately equal to the thickness of the first conductivity type first silicon layer 801. Next, the ion implantation mask 2001 is removed, and the implanted impurities are activated by heat treatment at, for example, about 900 ° C. to form a second conductivity type diffusion layer 2004 for extracting an electric signal from the photoelectric conversion film ( Figure 21). Needless to say, the heat treatment for activation does not necessarily have to be performed independently, and the heat treatment included in the process after ion implantation may be used.

【0052】次に、第2の表面109bまでは到達せず、か
つ拡散層2004の内部には入り込む程度にまで溝2005を、
例えばシリコンに対するドライエッチングにより形成す
る(図22)。さらに、この溝2005を、例えば第2導電
型の不純物を含む多結晶シリコンからなる導電体2007で
充填する(図23)。このとき溝2005の内壁に、例えば
シリコン酸化膜からなる溝内絶縁膜2006を設けることに
より、導電体2007と第1のシリコン層801との絶縁を一
層確実なものとすることができる。また、この溝内絶縁
膜2006は、例えばシリコン酸化膜を低圧CVD法で堆積し
た後、シリコン酸化膜の異方性ドライエッチを行なうこ
とにより形成することができる。なお、溝2005におい
て、第1の表面109aの側で溝内絶縁膜2006が一部溝2005
の内壁に無い部分が存在するが、これは、上記シリコン
酸化膜の異方性ドライエッチを、そのシリコン酸化膜の
膜厚分よりも多く行なうことにより実現できる。続い
て、信号処理回路を構成するMOSトランジスタ素子を、
絶縁膜102、ゲート電極103、ソース・ドレイン拡散層10
1a及び101などにより形成する(図24)。こうして、
電気信号は拡散層2004から溝2005内部の導電体2007を通
じてMOSトランジスタ素子のソース・ドレインを成す拡
散層101aへと伝達される構造となる。溝2005において、
第1の表面109aの側で溝内絶縁膜2006を一部設けていな
いのは、この部分で導電体2007とMOSトランジスタ素子
のソース・ドレインを成す拡散層101aとを電気的に接続
するためである。もちろん、溝2005の内壁全面に溝内絶
縁膜2006を設けてもよく、この場合、導電体2007とMOS
トランジスタ素子のソース・ドレインを成す拡散層101a
との電気的接続は、例えば実施例8に示したように導電
体2007の第1の表面109aの側の上面と拡散層101aとを結
ぶ配線層を新たに設けることにより可能である。この
後、光電変換膜を積層する領域となる基板厚さの小さい
領域805を形成するために、まず第2のシリコン層803を
例えばフッ酸と硝酸の混合液によるウエットエッチング
で除去してから、シリコン酸化膜802を例えばフッ酸に
よるウエットエッチングで除去する(図25)。最後
に、光電変換膜107と透明電極108とを堆積する(図2
6)。
Next, the groove 2005 is formed to such an extent that it does not reach the second surface 109b and penetrates into the diffusion layer 2004.
For example, it is formed by dry etching with respect to silicon (FIG. 22). Further, the groove 2005 is filled with a conductor 2007 made of, for example, polycrystalline silicon containing impurities of the second conductivity type (FIG. 23). At this time, by providing the in-groove insulating film 2006 made of, for example, a silicon oxide film on the inner wall of the groove 2005, the insulation between the conductor 2007 and the first silicon layer 801 can be made more reliable. The in-groove insulating film 2006 can be formed, for example, by depositing a silicon oxide film by a low pressure CVD method and then performing anisotropic dry etching of the silicon oxide film. In the groove 2005, the in-groove insulating film 2006 is partially grooved on the side of the first surface 109a.
Although there is a portion that does not exist on the inner wall of the silicon oxide film, this can be realized by performing anisotropic dry etching of the silicon oxide film more than the film thickness of the silicon oxide film. Then, the MOS transistor element that constitutes the signal processing circuit,
Insulating film 102, gate electrode 103, source / drain diffusion layer 10
It is formed by 1a and 101 (FIG. 24). Thus
The electrical signal is transmitted from the diffusion layer 2004 through the conductor 2007 inside the groove 2005 to the diffusion layer 101a which constitutes the source / drain of the MOS transistor element. In Groove 2005,
The in-groove insulating film 2006 is not partially provided on the first surface 109a side because the conductor 2007 is electrically connected to the diffusion layer 101a forming the source / drain of the MOS transistor element at this portion. is there. Of course, the in-groove insulating film 2006 may be provided on the entire inner wall of the groove 2005. In this case, the conductor 2007 and the MOS
Diffusion layer 101a forming source / drain of transistor element
For example, as shown in the eighth embodiment, it is possible to electrically connect with the wiring layer by newly providing a wiring layer that connects the upper surface of the conductor 2007 on the first surface 109a side and the diffusion layer 101a. After that, in order to form a region 805 having a small substrate thickness, which is a region where the photoelectric conversion film is laminated, first, the second silicon layer 803 is removed by wet etching with a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid, and then, The silicon oxide film 802 is removed by wet etching with hydrofluoric acid, for example (FIG. 25). Finally, the photoelectric conversion film 107 and the transparent electrode 108 are deposited (FIG. 2).
6).

【0053】図20〜図26に示した製造方法の実施例
においては、第2の表面109bに、光電変換膜107からの
電気信号の取り出し口となる拡散層2004を形成する方法
として、第1の表面109aの側からの不純物イオン打ち込
みを用いている。この方法をとることにより、拡散層20
04を、第2の表面109bを露出させずに形成することが可
能となる。この結果、シリコンプロセスを実行する上
で、シリコン基板の裏面を対象とした特殊な装置を用い
る必要がなく、プロセスのコストを抑えることができ
る。また、第2の表面109bを露出させた後でのリソグラ
フィ、イオン打ち込み、熱処理等のプロセスを行なわず
にすみ、基板厚の小さい領域805に割れや曲がりが生じ
るのを防止することができる。
In the embodiment of the manufacturing method shown in FIGS. 20 to 26, the first method is used to form the diffusion layer 2004 serving as an outlet for the electric signal from the photoelectric conversion film 107 on the second surface 109b. Impurity ion implantation from the surface 109a side is used. By using this method, the diffusion layer 20
It is possible to form 04 without exposing the second surface 109b. As a result, when performing the silicon process, it is not necessary to use a special device for the back surface of the silicon substrate, and the process cost can be suppressed. Further, after the second surface 109b is exposed, the processes such as lithography, ion implantation, and heat treatment can be omitted, and it is possible to prevent the region 805 having a small substrate thickness from being cracked or bent.

【0054】次に、図27〜図30に示した製造方法に
ついて説明する。図27は、実施例5の図9と同じ構造
の貼り合わせシリコン基板であり、これに対して、第2
の表面109bまでは到達しない溝2005を、例えばシリコン
に対するドライエッチングにより形成する(図28)。
次に、この溝2005を、例えば第2導電型の不純物を含む
多結晶シリコンからなる導電体2007で充填し、さらに溝
2005の底から導電体2007が含む不純物を第1のシリコン
層801中に固相拡散させ、光電変換膜から電気信号を取
り出すための拡散層2010を形成する(図29)。溝2005
の内壁に設けられた、例えばシリコン酸化膜からなる溝
内絶縁膜2006は、図23の溝内絶縁膜2006と同じ働きを
持つが、さらに、導電体2007から第1のシリコン層801
への不純物の固相拡散を溝2005の底の部分のみに限定す
るという働きも有している。なお、溝内絶縁膜2006の形
成方法は、図23の説明で述べた溝内絶縁膜2006の形成
方法に準じれば良い。なお、溝2005において、第1の表
面109aの側まで溝内絶縁膜2006を設けているのは、第1
の表面109aの側のMOSトランジスタ素子のソース・ドレ
イン拡散層の形成と第2の表面109bの側で信号取得電極
となる拡散層の形成とを独立に行なうためである。次
に、図24と同様にして信号処理回路を構成するMOSト
ランジスタ素子を形成すると共に、実施例8の図19と
同様にして、導電体2007とMOSトランジスタ素子のソー
ス・ドレイン拡散層101aとを接続するために金属膜もし
くはシリサイド膜からなる配線1901を、例えばシリコン
を含有するAl膜により形成する(図30)。なお、本実
施例では図30のように配線で接続する場合を示した
が、図20〜図26に示したような、溝内部の側壁で接
続することももちろん可能である。この後は、図25及
び図26と同様にして、第2のシリコン層803とシリコ
ン酸化膜802を一部除去して第2の表面109bを露出さ
せ、光電変換膜と透明電極とを堆積すれば良い。
Next, the manufacturing method shown in FIGS. 27 to 30 will be described. FIG. 27 shows a bonded silicon substrate having the same structure as that of FIG. 9 of the fifth embodiment.
A groove 2005 that does not reach the surface 109b is formed by dry etching of silicon, for example (FIG. 28).
Next, the groove 2005 is filled with a conductor 2007 made of, for example, polycrystalline silicon containing impurities of the second conductivity type.
Impurities contained in the conductor 2007 are solid-phase diffused into the first silicon layer 801 from the bottom of 2005 to form a diffusion layer 2010 for extracting an electric signal from the photoelectric conversion film (FIG. 29). Groove 2005
The in-groove insulating film 2006 made of, for example, a silicon oxide film provided on the inner wall of the same has the same function as the in-groove insulating film 2006 of FIG. 23, but the conductor 2007 to the first silicon layer 801
It also has the function of limiting the solid phase diffusion of impurities to the bottom of the groove 2005. The method of forming the in-groove insulating film 2006 may be the same as the method of forming the in-groove insulating film 2006 described in the description of FIG. In the groove 2005, the in-groove insulating film 2006 is provided up to the first surface 109a side.
This is because the source / drain diffusion layer of the MOS transistor element on the surface 109a side and the diffusion layer serving as the signal acquisition electrode on the second surface 109b side are formed independently. Next, a MOS transistor element forming a signal processing circuit is formed in the same manner as in FIG. 24, and the conductor 2007 and the source / drain diffusion layer 101a of the MOS transistor element are formed in the same manner as in FIG. 19 of the eighth embodiment. A wiring 1901 made of a metal film or a silicide film for connection is formed of, for example, an Al film containing silicon (FIG. 30). In this embodiment, the case where the wiring is connected as shown in FIG. 30 is shown, but it is also possible to connect the side wall inside the groove as shown in FIGS. After this, as in FIGS. 25 and 26, the second silicon layer 803 and the silicon oxide film 802 are partially removed to expose the second surface 109b, and the photoelectric conversion film and the transparent electrode are deposited. Good.

【0055】図27〜図30に示した製造方法の実施例
においては、第2の表面109bに拡散層2010を形成するた
めに、溝2005に充填した導電体2007に含まれる不純物を
溝2005の底から固相拡散させる方法を用いている。この
方法は、図20〜図26に示した製造方法と同じ利点、
すなわち第2の表面109bを露出せずに拡散層2010を形成
できるという利点を有しているが、これに加えて、図2
0〜図26に示した方法に比較すると、高いエネルギー
の不純物イオン打ち込みを行なう必要がなく装置コスト
をさらに抑制できること、及び、溝2005と拡散層2010と
の位置合わせが自己整合的に行なわれるため微細化を行
ない易い、という利点を有する。
In the embodiment of the manufacturing method shown in FIGS. 27 to 30, in order to form the diffusion layer 2010 on the second surface 109b, the impurities contained in the conductor 2007 filled in the groove 2005 are removed from the groove 2005. The method of solid phase diffusion from the bottom is used. This method has the same advantages as the manufacturing method shown in FIGS.
That is, it has an advantage that the diffusion layer 2010 can be formed without exposing the second surface 109b.
Compared with the method shown in FIGS. 0 to 26, it is not necessary to implant high-energy impurity ions, the device cost can be further suppressed, and the alignment between the groove 2005 and the diffusion layer 2010 is performed in a self-aligned manner. It has an advantage that it can be easily miniaturized.

【0056】最後に、図31〜図34に示した製造方法
について説明する。図27に示した貼り合わせシリコン
基板から出発し、まず、第2の表面109bまでは到達しな
い溝2005を、例えばシリコンに対するドライエッチング
により形成する(図31)。次に、溝2005の底に、第2
導電型の不純物のイオン打ち込み2020を行なう(図3
2)。さらに、図32で打ち込んだ不純物に熱処理を加
えて拡散層2021を形成すると共に、溝2005の側壁には溝
内絶縁膜2006を形成し、溝2005の中には導電体2007を充
填する(図33)。このとき、拡散層2021と導電体2007
とが電気的に導通する。なお、図32に示した第2導電
型の不純物のイオン打ち込み2020は、図33の溝内絶縁
膜2006を形成した後に行なってもよく、こうすることで
溝2005の側壁に不純物が打ち込まれるのを防止すること
ができる。そして、図24と同様にして信号処理回路を
構成するMOSトランジスタ素子を形成する(図34)。
ここでは、導電体2007とMOSトランジスタ素子のソース
・ドレイン拡散層101aとを固相拡散により接続している
が、もちろん配線によって接続してもよい。この後は、
図25及び図26と同様にして、第2のシリコン層803
とシリコン酸化膜802を一部除去して第2の表面109bを
露出させ、光電変換膜と透明電極とを堆積すれば良い。
Finally, the manufacturing method shown in FIGS. 31 to 34 will be described. Starting from the bonded silicon substrate shown in FIG. 27, first, a groove 2005 which does not reach the second surface 109b is formed by, for example, dry etching of silicon (FIG. 31). Then, at the bottom of the groove 2005, the second
Ion implantation 2020 of conductivity type impurities is performed (Fig. 3
2). Further, heat treatment is applied to the impurities implanted in FIG. 32 to form a diffusion layer 2021, an in-groove insulating film 2006 is formed on the sidewall of the groove 2005, and a conductor 2007 is filled in the groove 2005 (FIG. 33). At this time, the diffusion layer 2021 and the conductor 2007
And are electrically connected. The ion implantation 2020 of the second conductivity type impurity shown in FIG. 32 may be performed after the in-groove insulating film 2006 of FIG. 33 is formed. By doing so, the impurity is implanted into the sidewall of the groove 2005. Can be prevented. Then, as in the case of FIG. 24, a MOS transistor element forming a signal processing circuit is formed (FIG. 34).
Here, the conductor 2007 and the source / drain diffusion layer 101a of the MOS transistor element are connected by solid-phase diffusion, but of course they may be connected by wiring. After this,
Similarly to FIGS. 25 and 26, the second silicon layer 803
The silicon oxide film 802 may be partially removed to expose the second surface 109b, and the photoelectric conversion film and the transparent electrode may be deposited.

【0057】図31〜図34に示した製造方法の実施例
においては、第2の表面109bに拡散層2021を形成する方
法として、溝2005の底への不純物のイオン打ち込みを用
いている。この方法は、図27〜図30に示した固相拡
散を用いる方法に比較して、光電変換膜から電気信号を
取り出す拡散層2021の濃度を、不純物イオン打ち込み量
を調節することにより精度良く制御できる、という利点
を持つ。
In the embodiment of the manufacturing method shown in FIGS. 31 to 34, ion implantation of impurities into the bottom of the groove 2005 is used as a method of forming the diffusion layer 2021 on the second surface 109b. Compared with the method using solid phase diffusion shown in FIGS. 27 to 30, this method controls the concentration of the diffusion layer 2021 for extracting an electric signal from the photoelectric conversion film with high precision by adjusting the amount of impurity ion implantation. It has the advantage that it can.

【0058】以上のように、本実施例の製造方法を用い
ることにより、実施例7の図17に示した構造を低い装
置コストでかつウェハの割れ、曲がりを防止しながら精
度良く実現することができる。
As described above, by using the manufacturing method of this embodiment, the structure shown in FIG. 17 of the embodiment 7 can be realized with low equipment cost and with high accuracy while preventing cracking and bending of the wafer. it can.

【0059】なお、本実施例においては、各製造方法を
独立に適用した場合について説明したが、これらの製造
方法を互いに組み合せて用いることももちろん可能であ
る。例えば、第2の主面からのイオン打ち込みと、溝底
からの固相拡散もしくは溝底へのイオン打ち込みとを組
み合せて用いて、第2の主面からのイオン打ち込みによ
り形成した信号取得電極となる拡散層と溝内部の導電体
とを溝底からの固相拡散もしくは溝底へのイオン打ち込
みによる拡散層で接続することができる。この場合、溝
の底を信号取得電極となる拡散層の内部にまで入り込ま
せる必要はなくなるので、溝の深さを浅くすることがで
き、その結果溝を形成するプロセスがより容易なものと
なる。
In this embodiment, the case where each manufacturing method is applied independently has been described, but it is also possible to use these manufacturing methods in combination with each other. For example, a signal acquisition electrode formed by ion implantation from the second main surface using a combination of ion implantation from the second main surface and solid phase diffusion from the groove bottom or ion implantation to the groove bottom. The diffusion layer and the conductor inside the groove can be connected by a diffusion layer formed by solid phase diffusion from the groove bottom or ion implantation into the groove bottom. In this case, it is not necessary to extend the bottom of the groove into the inside of the diffusion layer that serves as the signal acquisition electrode, so that the depth of the groove can be reduced, and as a result, the process of forming the groove becomes easier. .

【0060】また、本実施例では実施例5の図9と同じ
構造の貼り合わせシリコン基板から始めて実施例7の図
17に示した構造の製造方法を説明したが、同様にし
て、実施例6の図14の構造の貼り合わせシリコン基板
に対しても本実施例の製造方法が適用できることはいう
までもない(この場合、実施例7の図18に示した構造
の製造方法の実施例となる)。
Further, in the present embodiment, the manufacturing method of the structure shown in FIG. 17 of the embodiment 7 is described starting from the bonded silicon substrate having the same structure as that of the embodiment 5 of FIG. It goes without saying that the manufacturing method of this embodiment can be applied to the bonded silicon substrate having the structure of FIG. 14 (in this case, this is an embodiment of the manufacturing method of the structure shown in FIG. 18 of the seventh embodiment). ).

【0061】実施例10 本発明の実施例10の断面図を図35〜図40に示す。
図35〜図40は、光電変換膜と、MOS構造を含み且つ
該電気信号を処理する素子と、その素子が形成されてい
るシリコン基板とを有する固体撮像素子において、MOS
構造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形成されて
いるシリコン基板の表面と同等の平坦性を有する他の表
面に光電変換膜を形成した構造の他の実施例であり、図
35は断面構造を、図36〜40はその構造の製造方法
の実施例を示している。本実施例の構造は基本的には実
施例5の図8の構造に準じているが、信号伝達手段が溝
を含まずシリコン基板内部の拡散層で構成されている点
が異なる。 まず、図35から説明する。第1導電型の
第1のシリコン層801と第1導電型もしくは第2導電型
の第2のシリコン層803とそれらの間に設けられたシリ
コン酸化膜802とからなる貼り合わせシリコン基板にお
いて、第1導電型の第1のシリコン層801の第1の表面1
09aに、絶縁膜102と第2導電型のソース・ドレイン拡散
層101及び101aとゲート電極103とが形成され、これらは
MOSトランジスタ素子を構成している。また、基板厚さ
の小さな領域805では第1導電型の第1のシリコン層801
の第2の表面109bが露出しており、光電変換膜107が堆
積されている。さらに、光電変換膜107からの電気信号
は第2導電型の拡散層603を通して取り込まれ、第2導
電型の拡散層からなる導電体3501によって第1の表面10
9aのMOSトランジスタ素子へと伝達される。
Embodiment 10 Cross-sectional views of Embodiment 10 of the present invention are shown in FIGS. 35 to 40.
35 to 40 show a solid-state imaging device including a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed.
35 is another embodiment of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on the other surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate including the structure and the element for processing the electric signal is formed, and FIG. 36 to 40 show an example of a method for manufacturing the structure. The structure of this embodiment basically conforms to the structure of FIG. 8 of the fifth embodiment, except that the signal transmitting means does not include a groove and is constituted by a diffusion layer inside the silicon substrate. First, FIG. 35 will be described. A bonded silicon substrate comprising a first conductivity type first silicon layer 801, a first conductivity type or second conductivity type second silicon layer 803, and a silicon oxide film 802 provided therebetween, First surface 1 of first conductivity type silicon layer 801
An insulating film 102, source / drain diffusion layers 101 and 101a of the second conductivity type, and a gate electrode 103 are formed on 09a.
It constitutes a MOS transistor element. In the region 805 where the substrate thickness is small, the first conductive type first silicon layer 801 is formed.
The second surface 109b is exposed and the photoelectric conversion film 107 is deposited. Further, an electric signal from the photoelectric conversion film 107 is taken in through the diffusion layer 603 of the second conductivity type, and the conductor 3501 made of the diffusion layer of the second conductivity type causes the first surface 10 to pass.
It is transmitted to the MOS transistor element of 9a.

【0062】図35に示した実施例では、第2の表面10
9bから第1の表面109aへと電気信号を伝える信号伝達手
段が拡散層で構成され、第1のシリコン層801の溝を含
まない。これにより、シリコン基板内部に溝を形成する
ことに伴う汚染の導入を抑制でき、雑音の原因となる拡
散層リーク電流を低減できる。したがって、図35に示
した実施例の構造をとることにより、光電変換膜の下地
の平坦性を劣化させることなく、低雑音の2次元固体撮
像素子を構築することが可能となる。
In the embodiment shown in FIG. 35, the second surface 10
The signal transmission means for transmitting an electric signal from 9b to the first surface 109a is composed of a diffusion layer and does not include the groove of the first silicon layer 801. As a result, the introduction of contamination due to the formation of the groove inside the silicon substrate can be suppressed, and the diffusion layer leak current that causes noise can be reduced. Therefore, by adopting the structure of the embodiment shown in FIG. 35, it is possible to construct a low noise two-dimensional solid-state imaging device without deteriorating the flatness of the base of the photoelectric conversion film.

【0063】次に、図35の構造の製造方法を示す図3
6〜図40について説明する。図36は、第1導電型の
第1のシリコン層801を有する貼り合わせシリコン基板
に第2導電型の拡散層603を例えばイオン打ち込みによ
り形成したところである。次に、第1の表面109aの側に
イオン打ち込みマスク2001を、例えばレジストあるいは
シリコン酸化膜あるいはW等の重金属膜で形成し、これ
をマスクとして、拡散層603と少なくとも一部が重なる
平面位置に、例えば第2導電型の拡散層を形成する不純
物のイオン打ち込み3503を行なう(図37)。不純物打
ち込みの回数及びそれぞれの打ち込みエネルギーは、打
ち込み後の熱処理による不純物3502の広がりと接続すべ
き距離に応じて設定する(図37は2回の打ち込みを行
なった例である)。さらに、熱処理をおこなって第2導
電型の信号伝達拡散層3501が形成された状態が図38で
あり、図39は第1の表面109aにMOSトランジスタ素子
が形成されると共に、信号伝達拡散層3501を介して第2
導電型の拡散層603と第2導電型のソース・ドレイン拡
散層101aとが電気的に接続された状態を示している。こ
の後、第2のシリコン層803とシリコン酸化膜802とを一
部除去することにより基板厚さの小さな領域805を設け
(図40)、最後に露出した第2の表面109bに光電変換
膜107を、その上には透明電極108を形成して図35の構
造が完成する。
Next, FIG. 3 showing a method of manufacturing the structure of FIG.
6 to 40 will be described. In FIG. 36, a diffusion layer 603 of the second conductivity type is formed on the bonded silicon substrate having the first silicon layer 801 of the first conductivity type by, for example, ion implantation. Next, an ion implantation mask 2001 is formed on the first surface 109a side by using, for example, a resist, a silicon oxide film, or a heavy metal film such as W. Using this as a mask, a planar position that at least partially overlaps the diffusion layer 603 is formed. For example, ion implantation 3503 of impurities for forming a second conductivity type diffusion layer is performed (FIG. 37). The number of times of implantation of impurities and the respective implantation energies are set according to the spread of the impurities 3502 by the heat treatment after implantation and the distance to be connected (FIG. 37 shows an example in which two implantations are performed). Further, FIG. 38 shows a state where the second conductivity type signal transmission diffusion layer 3501 is formed by heat treatment, and FIG. 39 shows that the MOS transistor element is formed on the first surface 109a and the signal transmission diffusion layer 3501 is formed. Second through
It shows a state in which the conductivity type diffusion layer 603 and the second conductivity type source / drain diffusion layer 101a are electrically connected. Thereafter, the second silicon layer 803 and the silicon oxide film 802 are partially removed to provide a region 805 having a small substrate thickness (FIG. 40), and the photoelectric conversion film 107 is formed on the finally exposed second surface 109b. And the transparent electrode 108 is formed thereon, thereby completing the structure of FIG.

【0064】図36〜図40に示した製造方法の実施例
においては、信号伝達手段を構成する信号伝達拡散層35
01の形成を、第1の表面109aの側からのエネルギーの異
なる複数回のイオン打ち込みを用いて行なっている。こ
れにより、第2の表面109bを露出することなく信号伝達
拡散層3501を形成でき、したがって、光電変換膜の下地
の平坦性を劣化させることなく、低雑音の2次元固体撮
像素子を容易に構築することが可能となる。
In the embodiment of the manufacturing method shown in FIGS. 36 to 40, the signal transmission diffusion layer 35 constituting the signal transmission means.
The formation of 01 is performed using a plurality of ion implantations with different energies from the side of the first surface 109a. As a result, the signal transmission diffusion layer 3501 can be formed without exposing the second surface 109b. Therefore, a low noise two-dimensional solid-state imaging device can be easily constructed without deteriorating the flatness of the base of the photoelectric conversion film. It becomes possible to do.

【0065】実施例11 本発明の実施例11の断面図を図41及び図42に示
す。図41及び図42は、光電変換膜と、MOS構造を含
み且つ該電気信号を処理する素子と、その素子が形成さ
れているシリコン基板とを有する固体撮像素子におい
て、MOS構造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形
成されているシリコン基板の表面に光電変換膜を形成し
た構造の他の実施例であり、特に暗電流の少ない拡散層
構造を示している。なお、図41及び図42は、実施例
3の図4の構造を、パターニングされた拡散層301の長
辺に垂直な切口から見た断面図となっている。
Embodiment 11 Cross-sectional views of Embodiment 11 of the present invention are shown in FIGS. 41 and 42. 41 and 42 show a solid-state imaging device having a photoelectric conversion film, an element including a MOS structure and processing the electric signal, and a silicon substrate on which the element is formed, and including the MOS structure. This is another embodiment of the structure in which the photoelectric conversion film is formed on the surface of the silicon substrate on which the signal processing element is formed, and particularly shows the diffusion layer structure with a small dark current. 41 and 42 are cross-sectional views of the structure of FIG. 4 of the third embodiment as seen from a cut perpendicular to the long side of the patterned diffusion layer 301.

【0066】本実施例の断面構造は基本的には実施例3
の図4の構造に準ずるものであるが、図41では、パタ
ーニングされた拡散層301の周囲に拡散層301と反対導電
型で高濃度の拡散層4100を設けた点が、また、図42で
は光電変換膜107から電気信号を取り出すためのパター
ニングされた拡散層4101がシリコン基板100に埋め込ま
れている点が異なる。
The sectional structure of this embodiment is basically the same as that of the third embodiment.
41 is similar to the structure of FIG. 4, but in FIG. 41, a diffusion layer 4100 having a conductivity type opposite to that of the diffusion layer 301 and having a high concentration is provided around the patterned diffusion layer 301. The difference is that a patterned diffusion layer 4101 for extracting an electric signal from the photoelectric conversion film 107 is embedded in the silicon substrate 100.

【0067】本実施例の構造をとることにより、拡散層
301から側方への空乏層の延びが拡散層4100によって抑
えられ、空乏層が表面109に接触するのを防ぐことがで
きる(図41)。また、図42の構造では、電気信号を
取り出すためのパターニングされた拡散層4101がシリコ
ン基板100に埋め込まれているので、拡散層4101の側方
のみならず上方への空乏層の延び、ひいては表面109と
の接触も抑制できる。この結果、空乏層が表面109に接
触することによる拡散層リーク電流、すなわち暗電流を
低減することが可能となる。
By adopting the structure of this embodiment, the diffusion layer
The extension of the depletion layer from 301 to the side is suppressed by the diffusion layer 4100, and it is possible to prevent the depletion layer from contacting the surface 109 (FIG. 41). Further, in the structure of FIG. 42, since the patterned diffusion layer 4101 for extracting an electric signal is embedded in the silicon substrate 100, the depletion layer extends not only to the side of the diffusion layer 4101 but also to the upper side, and thus the surface. The contact with 109 can also be suppressed. As a result, it is possible to reduce the diffusion layer leakage current, that is, the dark current due to the contact of the depletion layer with the surface 109.

【0068】なお、ここでは実施例3を用いて本実施例
の構造を説明したが、本実施例の構造の適用範囲は実施
例3に限られるものではなく、実施例4〜8、さらに実
施例10の構造に適用しても良い。また、より一般的に
言うならば、電気信号を取り出すための拡散層がシリコ
ン基板と反対導電型であるような構造であれば適用可能
である。
Although the structure of the present embodiment has been described with reference to the third embodiment, the scope of application of the structure of the present embodiment is not limited to that of the third embodiment, and the fourth to eighth embodiments and further embodiments are applied. It may be applied to the structure of Example 10. Further, more generally, it is applicable as long as the diffusion layer for taking out an electric signal has a structure having a conductivity type opposite to that of the silicon substrate.

【0069】ここまで述べた実施例1〜11において、
信号処理回路はMOSトランジスタを用いた場合について
示してきたが、電荷結合素子(CCD)を含んだものであ
ってもかまわない。
In Examples 1 to 11 described above,
Although the signal processing circuit has been described using the MOS transistor, the signal processing circuit may include a charge coupled device (CCD).

【0070】信号処理回路に関わる部分は、その効果を
実現する上でこれらの実施例に掲げたシリコン基板やシ
リコン基板内の拡散層構造に限定されるわけではない。
例えば、信号処理回路を構成するMOSトランジスタをシ
リコン基板よりも高濃度のウエルの中に配置してもよ
く、さらに複雑な拡散層構造であってもよい。また、シ
リコン基板上の絶縁膜はシリコン酸化膜に限らずシリコ
ン窒化膜やそれらの複合膜でも良く、さらにはそれらが
同一素子内で混在していてもよい。
The parts related to the signal processing circuit are not limited to the silicon substrate and the diffusion layer structure in the silicon substrate described in these embodiments for realizing the effect.
For example, the MOS transistors forming the signal processing circuit may be arranged in a well having a higher concentration than that of the silicon substrate, or may have a more complicated diffusion layer structure. Further, the insulating film on the silicon substrate is not limited to the silicon oxide film, but may be a silicon nitride film or a composite film thereof, and they may be mixed in the same element.

【0071】また、ゲート電極を構成する材料は、多結
晶シリコンに限らず、アモルファスシリコン、ドープト
シリコン、高融点金属またはそのシリサイドであっても
よく、さらにはそれらの複合膜であってもよい。
The material forming the gate electrode is not limited to polycrystalline silicon, but may be amorphous silicon, doped silicon, refractory metal or silicide thereof, or a composite film thereof. .

【0072】[0072]

【発明の効果】本発明によれば、光電変換膜を用いた固
体撮像素子において、光電変換膜の下地の平坦性を大幅
に改善でき、光電変換膜内部の電界分布の均一性は改善
され、画素毎の感度のばらつきや暗電流の増加を抑制す
ることができる。この結果、雑音が少なく高感度の固体
撮像素子を容易に実現できる。
According to the present invention, in a solid-state imaging device using a photoelectric conversion film, the flatness of the base of the photoelectric conversion film can be greatly improved, and the uniformity of the electric field distribution inside the photoelectric conversion film can be improved. It is possible to suppress variations in sensitivity between pixels and an increase in dark current. As a result, it is possible to easily realize a high-sensitivity solid-state image sensor with less noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】MOS構造を含む素子の上に光電変換膜を設けた
固体撮像素子の一従来例の断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional example of a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion film is provided on a device including a MOS structure.

【図3】本発明の実施例2の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例3の断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例3の平面図である。FIG. 5 is a plan view of a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例4の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of Embodiment 4 of the present invention.

【図7】本発明の実施例4の平面図である。FIG. 7 is a plan view of Embodiment 4 of the present invention.

【図8】本発明の実施例5の断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例5の断面図である。FIG. 9 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例5の断面図である。FIG. 10 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の実施例5の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例5の断面図である。FIG. 12 is a sectional view of Embodiment 5 of the present invention.

【図13】本発明の実施例6の断面図である。FIG. 13 is a sectional view of Embodiment 6 of the present invention.

【図14】本発明の実施例6の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of Embodiment 6 of the present invention.

【図15】本発明の実施例6の断面図である。FIG. 15 is a sectional view of Embodiment 6 of the present invention.

【図16】本発明の実施例6の断面図である。FIG. 16 is a sectional view of Embodiment 6 of the present invention.

【図17】本発明の実施例7の断面図である。FIG. 17 is a sectional view of Embodiment 7 of the present invention.

【図18】本発明の実施例7の断面図である。FIG. 18 is a sectional view of Embodiment 7 of the present invention.

【図19】本発明の実施例8の断面図である。FIG. 19 is a sectional view of Embodiment 8 of the present invention.

【図20】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 20 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図21】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 21 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図22】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 22 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図23】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 23 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図24】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 24 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図25】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 25 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図26】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 26 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図27】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 27 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図28】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 28 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図29】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 29 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図30】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 30 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図31】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 31 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図32】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 32 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図33】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 33 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図34】本発明の実施例9の断面図である。FIG. 34 is a sectional view of Embodiment 9 of the present invention.

【図35】本発明の実施例10の断面図である。FIG. 35 is a sectional view of Embodiment 10 of the present invention.

【図36】本発明の実施例10の断面図である。FIG. 36 is a sectional view of Embodiment 10 of the present invention.

【図37】本発明の実施例10の断面図である。FIG. 37 is a cross-sectional view of Embodiment 10 of the present invention.

【図38】本発明の実施例10の断面図である。38 is a sectional view of Embodiment 10 of the present invention. FIG.

【図39】本発明の実施例10の断面図である。FIG. 39 is a sectional view of Embodiment 10 of the present invention.

【図40】本発明の実施例10の断面図である。FIG. 40 is a sectional view of Embodiment 10 of the present invention.

【図41】本発明の実施例11の断面図である。41 is a sectional view of Embodiment 11 of the present invention. FIG.

【図42】本発明の実施例11の断面図である。FIG. 42 is a sectional view of Embodiment 11 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

200;p型のシリコン基板、201;p型拡散層、202;n
−型拡散層、203;二酸化シリコン、204;ポリシリコ
ン、205;n+型拡散層、206;Moポリサイド、207;
BPSG、208;画素電極、209;アモルファスシリコ
ン、210;アモルファスシリコンカーバイド、211;透明
電極、100、600;第1導電型のシリコン基板、101、101
a;第2導電型のソース・ドレイン拡散層、109;表面、
102;絶縁膜、103;ゲート電極、104;層間絶縁膜、10
5;配線、106;保護絶縁膜、107;光電変換膜、108;透
明電極、300、301;拡散層、302;信号処理回路、303;
出力増幅回路、109a;第1の表面、109b;第2の表面、
109c;第3の表面、603、2004、2010、2021;第2導電
型の拡散層、602、2007;導電体、604;Y方向走査用信
号処理回路、605;X方向走査用信号処理回路、801、13
01;第1導電型の第1のシリコン層、1302;第1導電型
の第2のシリコン層、803;第1導電型もしくは第2導
電型の第2のシリコン層、1303;第1導電型もしくは第
2導電型の第3のシリコン層、802;シリコン酸化膜、1
304;第1のシリコン酸化膜、1305;第2のシリコン酸
化膜、805;基板厚さの小さい領域、804;基板厚さの大
きい領域、1701、1801、2005;溝、1901;金属膜もしく
はシリサイド膜からなる配線、2001;イオン打ち込みマ
スク、2002、2020、3503;イオン打ち込み、2003、350
2;不純物、2006;溝内絶縁膜、3501;第2導電型の信
号伝達拡散層、4100;拡散層301と反対導電型で高濃度
の拡散層、4101;シリコン基板内に埋め込まれた拡散
層。
200; p-type silicon substrate, 201; p-type diffusion layer, 202; n
-Type diffusion layer, 203; silicon dioxide, 204; polysilicon, 205; n + type diffusion layer, 206; Mo polycide, 207;
BPSG, 208; pixel electrode, 209; amorphous silicon, 210; amorphous silicon carbide, 211; transparent electrode, 100, 600; first conductivity type silicon substrate, 101, 101
a; second conductivity type source / drain diffusion layer, 109; surface,
102; insulating film, 103; gate electrode, 104; interlayer insulating film, 10
5; wiring; 106; protective insulating film; 107; photoelectric conversion film; 108; transparent electrode, 300, 301; diffusion layer, 302; signal processing circuit, 303;
Output amplifier circuit, 109a; first surface, 109b; second surface,
109c; third surface, 603, 2004, 2010, 2021; second conductivity type diffusion layer, 602, 2007; conductor, 604; Y direction scanning signal processing circuit, 605; X direction scanning signal processing circuit, 801, 13
01; first conductivity type first silicon layer, 1302; first conductivity type second silicon layer, 803; first conductivity type or second conductivity type second silicon layer, 1303; first conductivity type Alternatively, a second conductivity type third silicon layer, 802; a silicon oxide film, 1
304; first silicon oxide film, 1305; second silicon oxide film, 805; region of small substrate thickness, 804; region of large substrate thickness, 1701, 1801, 2005; groove, 1901; metal film or silicide Wiring composed of film, 2001; ion implantation mask, 2002, 2020, 3503; ion implantation, 2003, 350
2; Impurity, 2006; Insulating film in trench, 3501; Signal transmission diffusion layer of second conductivity type, 4100; Diffusion layer of opposite conductivity type to diffusion layer 301 and high concentration, 4101; Diffusion layer embedded in silicon substrate .

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久▲禮▼ 得男 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hisashi ▲ 禮 ▼ Tokio 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】入射光を光電変換して電気信号を作り出す
光電変換膜と、MOS(Metal-Oxide-Silicon)構造を含み
且つ該電気信号を処理する素子と、該MOS構造を含み且
つ該電気信号を処理する素子が形成されているシリコン
基板とを有する積層型固体撮像素子において、該光電変
換膜は、該シリコン基板の表面もしくは該シリコン基板
の表面と同等の平坦性を有する他の表面に直接接触して
おり、かつ、該シリコン基板の表面もしくは該シリコン
基板の表面と同等の平坦性を有する他の表面は、該光電
変換膜に電圧を印加する手段の一部を構成していること
を特徴とする積層型固体撮像素子。
1. A photoelectric conversion film that photoelectrically converts incident light to generate an electric signal, an element that includes a MOS (Metal-Oxide-Silicon) structure and processes the electric signal, and an electric signal that includes the MOS structure. In a laminated solid-state imaging device having a silicon substrate on which a signal processing element is formed, the photoelectric conversion film is formed on the surface of the silicon substrate or another surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate. The surface of the silicon substrate or another surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate, which is in direct contact, constitutes a part of means for applying a voltage to the photoelectric conversion film. A stacked solid-state image sensor.
【請求項2】請求項1記載の積層型固体撮像素子におい
て、前記シリコン基板の表面もしくは該シリコン基板の
表面と同等の平坦性を有する他の表面に拡散層が設けら
れ、かつ前記光電変換膜で発生した電気信号が該拡散層
を通して取り出されることを特徴とする積層型固体撮像
素子。
2. The laminated solid-state imaging device according to claim 1, wherein a diffusion layer is provided on the surface of the silicon substrate or another surface having the same flatness as the surface of the silicon substrate, and the photoelectric conversion film. 2. The laminated solid-state image pickup device, wherein the electric signal generated in 1) is taken out through the diffusion layer.
【請求項3】請求項1又は2記載の積層型固体撮像素子
において、前記シリコン基板内部に光電変換手段を有す
ることを特徴とする積層型固体撮像素子。
3. The laminated solid-state image pickup device according to claim 1, further comprising photoelectric conversion means inside the silicon substrate.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか一項に記載の積
層型固体撮像素子において、前記電気信号が最初に入力
される、前記MOS構造を含む素子の信号入力端に、前記
光電変換膜からの前記電気信号を蓄積するための容量を
付加したことを特徴とする積層型固体撮像素子。
4. The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion is provided at a signal input end of the device including the MOS structure, to which the electric signal is first input. A stacked solid-state imaging device having a capacitance for accumulating the electric signal from the film.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一項に記載の積
層型固体撮像素子において、前記光電変換膜は電気信号
を増倍する機能を有することを特徴とする積層型固体撮
像素子。
5. The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein the photoelectric conversion film has a function of multiplying an electric signal.
【請求項6】請求項1乃至5のいずれか一項に記載の積
層型固体撮像素子において、前記光電変換膜が直接接触
する表面(以下、第2の表面と称する)と、前記MOS構
造を含み且つ該電気信号を処理する素子が形成されてい
る表面(以下、第1の表面と称する)とが、それぞれ前
記シリコン基板の異なる主面にあり、かつ該第2の表面
から該第1の表面へ電気信号を伝える信号伝達手段を前
記シリコン基板内部に備えたことを特徴とする積層型固
体撮像素子。
6. The stacked solid-state imaging device according to claim 1, wherein a surface (hereinafter, referred to as a second surface) with which the photoelectric conversion film is in direct contact and the MOS structure are provided. And a surface on which an element for processing the electric signal is formed (hereinafter referred to as a first surface) are respectively on different main surfaces of the silicon substrate, and from the second surface to the first surface. A laminated solid-state image sensor, comprising signal transmission means for transmitting an electric signal to a surface inside the silicon substrate.
【請求項7】請求項6記載の積層型固体撮像素子におい
て、前記第1および第2の表面の間に絶縁膜が存在して
いることを特徴とする積層型固体撮像素子。
7. The stacked solid-state imaging device according to claim 6, wherein an insulating film is present between the first and second surfaces.
【請求項8】請求項7記載の積層型固体撮像素子におい
て、前記シリコン基板は貼り合わせシリコン基板である
ことを特徴とする積層型固体撮像素子。
8. The laminated solid-state imaging device according to claim 7, wherein the silicon substrate is a bonded silicon substrate.
【請求項9】請求項6又は7記載の積層型固体撮像素子
において、前記シリコン基板は、前記第2の表面に接す
るシリコン酸化膜を有した貼り合わせシリコン基板であ
ることを特徴とする積層型固体撮像素子。
9. The laminated solid-state imaging device according to claim 6, wherein the silicon substrate is a bonded silicon substrate having a silicon oxide film in contact with the second surface. Solid-state image sensor.
【請求項10】請求項6乃至9のいずれか一項に記載の
積層型固体撮像素子において、前記シリコン基板に、前
記第1の表面から前記第2の表面までの間のシリコン基
板の厚さよりも厚い領域が存在することを特徴とする積
層型固体撮像素子。
10. The stacked solid-state imaging device according to claim 6, wherein the silicon substrate has a thickness of the silicon substrate between the first surface and the second surface. A stacked solid-state imaging device characterized by having a thick region.
【請求項11】請求項10記載の積層型固体撮像素子に
おいて、前記第1の表面から前記第2の表面までの間の
シリコン基板の厚さよりも厚い領域の該第1の表面に前
記電気信号の処理に必要な回路の少なくとも一部が形成
されていることを特徴とする積層型固体撮像素子。
11. The stacked solid-state imaging device according to claim 10, wherein the electric signal is applied to the first surface in a region thicker than the thickness of the silicon substrate between the first surface and the second surface. At least a part of a circuit necessary for the processing of 1. is formed, and a laminated solid-state image sensor.
【請求項12】請求項6乃至11のいずれか一項に記載
の積層型固体撮像素子において、前記第2の表面から前
記第1の表面へ電気信号を伝える信号伝達手段が、前記
シリコン基板内部に形成された溝と該溝内部に形成され
た導電体とを含み、かつ該溝が前記第2の表面にまで到
達していないことを特徴とする積層型固体撮像素子。
12. The laminated solid-state image pickup device according to claim 6, wherein the signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is inside the silicon substrate. 2. A stacked solid-state imaging device, comprising: a groove formed in the groove and a conductor formed inside the groove, and the groove does not reach the second surface.
【請求項13】請求項6乃至12のいずれか一項に記載
の積層型固体撮像素子において、前記第2の表面から前
記第1の表面へ電気信号を伝える信号伝達手段が、前記
シリコン基板内部に形成された溝と該溝内部に形成され
たp型もしくはn型の導電体とを含み、かつ、該p型も
しくはn型の導電体と、前記MOS構造を含み且つ該電気
信号を処理する素子を構成しかつ該p型もしくはn型の
導電体に接続している拡散層とが、金属膜もしくは高融
点金属のシリサイド膜からなる配線により接続されてい
ることを特徴とする積層型固体撮像素子。
13. The stacked solid-state imaging device according to claim 6, wherein the signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is inside the silicon substrate. And a p-type or n-type conductor formed inside the groove, and including the p-type or n-type conductor and the MOS structure and processing the electric signal. A stacked solid-state imaging device characterized in that the diffusion layer which constitutes an element and is connected to the p-type or n-type conductor is connected by a wiring made of a metal film or a silicide film of a refractory metal. element.
【請求項14】請求項6乃至13のいずれか一項に記載
の積層型固体撮像素子において、前記第2の表面から前
記第1の表面へ電気信号を伝える信号伝達手段が、前記
シリコン基板内部に形成された溝を含み、かつ、前記MO
S構造により構成されたMOSトランジスタのチャネル領域
の少なくとも一部が該溝の側壁に沿って設けられている
ことを特徴とする積層型固体撮像素子。
14. The stacked solid-state imaging device according to claim 6, wherein the signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is inside the silicon substrate. And a groove formed in
At least a part of a channel region of a MOS transistor having an S structure is provided along a side wall of the groove, and a stacked solid-state image pickup device.
【請求項15】請求項6乃至11のいずれか一項に記載
の積層型固体撮像素子において、前記第2の表面から前
記第1の表面へ電気信号を伝える信号伝達手段が、前記
シリコン基板内部に形成された溝を含まず、かつ、前記
シリコン基板内部に形成された拡散層で構成されている
ことを特徴とする積層型固体撮像素子。
15. The stacked type solid-state imaging device according to claim 6, wherein the signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is inside the silicon substrate. 2. A laminated solid-state image pickup device, characterized in that it does not include the groove formed in (1) and is composed of a diffusion layer formed inside the silicon substrate.
【請求項16】請求項9記載の積層型固体撮像素子を製
造する方法において、前記第2の表面がエッチングスト
ッパーとなるようにして前記第2の表面に接する絶縁膜
をエッチングする工程を含むことを特徴とする積層型固
体撮像素子の製造方法。
16. The method for manufacturing a stacked solid-state imaging device according to claim 9, further comprising the step of etching an insulating film in contact with the second surface such that the second surface serves as an etching stopper. A method for manufacturing a laminated solid-state imaging device, comprising:
【請求項17】請求項6乃至16のいずれか一項に記載
の積層型固体撮像素子を製造する方法において、前記シ
リコン基板の前記第2の表面に拡散層を形成するための
工程が、該シリコン基板の前記第1の表面の側からのイ
オン打ち込みを行なう工程を含むことを特徴とする積層
型固体撮像素子の製造方法。
17. The method for manufacturing a stacked solid-state imaging device according to claim 6, wherein the step of forming a diffusion layer on the second surface of the silicon substrate comprises: A method of manufacturing a stacked solid-state imaging device, comprising a step of implanting ions from the side of the first surface of a silicon substrate.
【請求項18】請求項12記載の積層型固体撮像素子を
製造する方法において、前記光電変換膜で発生した電気
信号を取り出すための拡散層を形成するための工程が、
前記シリコン基板内部に設けられた溝内部に形成された
導電体から該シリコン基板へ不純物の固相拡散を行なう
工程を含むことを特徴とする積層型固体撮像素子の製造
方法。
18. The method of manufacturing a laminated solid-state image pickup device according to claim 12, wherein the step of forming a diffusion layer for taking out an electric signal generated in the photoelectric conversion film comprises:
A method of manufacturing a stacked solid-state imaging device, comprising the step of performing solid-phase diffusion of impurities from a conductor formed inside a groove provided inside the silicon substrate into the silicon substrate.
【請求項19】請求項12記載の積層型固体撮像素子を
製造する方法において、前記光電変換膜で発生した電気
信号を取り出すための拡散層を形成するための工程が、
前記シリコン基板内部に設けられた溝の底面に不純物イ
オン打ち込みを行う工程を含むことを特徴とする積層型
固体撮像素子の製造方法。
19. The method for manufacturing a laminated solid-state imaging device according to claim 12, wherein the step of forming a diffusion layer for taking out an electric signal generated in the photoelectric conversion film comprises:
A method of manufacturing a stacked solid-state imaging device, comprising a step of implanting impurity ions into a bottom surface of a groove provided inside the silicon substrate.
【請求項20】請求項15記載の積層型固体撮像素子を
製造する方法において、前記第2の表面から前記第1の
表面へ電気信号を伝える信号伝達手段を構成する前記拡
散層を形成するための工程が、打ち込みエネルギーの異
なる複数回の不純物イオン打ち込みを行う工程を含むこ
とを特徴とする積層型固体撮像素子の製造方法。
20. A method of manufacturing a stacked solid-state image pickup device according to claim 15, wherein the diffusion layer forming a signal transmission means for transmitting an electric signal from the second surface to the first surface is formed. 2. The method of manufacturing a stacked solid-state imaging device, characterized in that the step (1) includes a step of performing impurity ion implantation a plurality of times with different implantation energies.
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