JPS63129661A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は光信号を電気信号に変換する固体撮像装置に関
し、特に光検知部と電荷転送部を積層させたタイプ（い
わゆるスタック型）の固体撮像装置である。

Ｂ１発明の概要 本発明は、光検知部と電荷転送部を積層させたタイプの
固体ｔｉ像装置において、基板の裏面からのエツチング
によってセル毎に分離された半導体部を光検出部として
用い、その光検出部とは絶縁層で分離し且つ積層するよ
うに電荷転送部を設け、保持基板で保持するようにする
ことにより、高解像度等を実現するものである。

Ｃ０従来の技術 従来、固体撮像装置として、光検知部と電荷転送のため
の領域を積層させたタイプの固体撮像装置いわゆるスタ
ック型の固体撮像装置が知られている。

このような固体撮像装置は、例えば半導体装置に不純物
領域が形成され、その半導体基板上にゲート酸化膜を介
して電極等が形成されて、これらが電荷転送のための領
域として用いられ、また、その電荷転送のための領域上
に、光を検知しその光に応じた光電変換を行う光検知部
が形成されており、この光検知部により所定の光電変換
が行われる。

また、このような固体撮像装置の一例としては、例えば
特開昭５４−１０３６３０号公報記載の固体撮像装置が
知られている。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 このような積層型の固体撮像装置においては、素子を三
次元に配列しているために、１つのセルにおける光検知
部の寸法を大きくすることができ、光検知素子のＴＬ荷
量を大きくして、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

しかしながら、電荷転送部は主に光検知部の下部に形成
され、入射光によってはスミアの問題が生ずることにな
る。また、各セルにおける光検知部は凹凸を存した層開
綿８ｉ層上に形成され、特に光検知部の寸法を大きくし
たときには、各セル同士のクロストーク等が問題となる
。

そこで、本発明は上述の問題点に迄み、光検出部の寸法
を大きなものとし、且つスミアの低減やクロストーク等
の問題のない固体撮像装置の提供を目的とする。

Ｅ１問題点を解決するための手段 本発明は、半導体基板の一側面からのエツチングにより
所定のセル毎に分離された第一導電型の半導体部に、反
対導電型の半導体層と透明電極とを形成した光検知部と
、上記半導体基板の他の一側面に形成された絶８ｉ層に
より光検知部と分離され、その絶縁層に形成された芯部
を介して上記第ｉ電型の半導体部とセル毎に接続する電
荷転送部と、上記電荷転送部に接着され、その電荷転送
部および上記光検知部を保持する保持基板とからなる固
体撮像装置により先に述べた問題点を解決する。

Ｆ０作用 本発明の固体撮像装置における光検知部は、半導体基板
の一側面例えば裏面からのエツチングによってセル毎に
分離したものであって、エツチングによる残部全体を光
検知部にでき、略セルのサイズに等しいサイズの光検知
素子を各セル毎に得ることができる。そして、その各セ
ル間の素子分離はエツチングによって得られる溝によっ
て行われることになり、その素子間分離は完全なものと
なる。

本発明の固体撮像装置における電荷転送部は、上記光検
知部で光電変換された電荷を転送するものであるが、上
記光検出部とは、特に絶縁層により分離されており、こ
のためスミアの抑制を容易に実現できることになる。そ
して、この光検知部と電荷転送部を分離するための絶縁
層は、光検知部のトランジスタを例えば５ｏｌ（シリコ
ン・オン・インシュレーター）構造とするときには、下
地となる絶縁層をそのまま用いることができ、このよう
な電荷転送部をＳｏｌ構造とすれば、上記光検知部の構
造と同様に素子分離が容易となる。

本発明の固体撮像装置における保持基板は、上記電荷転
送部と光検知部を保持するためのものであり、特に、上
記光検知部は半導体基板の一側面からのエツチングによ
ってセル毎に分離したものであるため、そのエツチング
以前に保持基板を接着することで、その作業を容易に進
めることが可能になる。

Ｇ、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例の固体撮像装置は、その−例として第１図に示
すような構造を有しており、光が入射して所定の光電変
換が行われる光検知部１と、その光検知部からの電気信
号を電荷の形で転送する電荷転送部２と、これら光検知
部と電荷転送部を保持するための保持基板３を主な構成
要素としてい上記光検知部ｌは、前述のように入射光に
応じた光電変換がなされる領域であって、後述するよう
に半導体基板の一側面例えば裏面からのエツチングによ
り形成されるものである。この光検知部１は、上記エツ
チングによって所定のセル毎に分離され第一導電型であ
るＮ″″型の半導体部１１と、反対導電型であるＰ十型
であって各セル毎に分離形成された薄膜の半導体層１２
と、例えばＩＴＯ膜等とすることができる透明電極１３
とにより構成されている。上記セル毎に分離されたＮ−
型の半導体部１１は、その開口側（図中入射光ｈνの入
射側）の面積が１つのセルの占有面積に近いものとなり
、隣接する２つのＮ−型の半導体部１１の間には溝部１
４が形成されている。この溝部１４には上記半導体層１
２と透明電極１３が極く表面のみに形成されるが、本質
的に物質が充填されないことから、完全なセル間の素子
間分離を図ることができる。このような溝部１４のサイ
ズはエツチングのフォトリソグラフィの限界によって規
制され、逆に言えば溝部１４はフォトリソグラフィの限
界まで溝部１４のサイズを小さくできる。

そして、このように溝部１４によっては完全な分離がな
され、かつそのサイズも小さくできることから、当該固
体撮像装置が積層型とされることと相まって当該光検知
部１の開口側の面積を最大限に活用することができる。

上記電荷転送部２は、上述の光検知部とは積層された構
造になっており、各セル毎に形成された上記Ｎ−″型の
半導体部１１と当該電荷転送領域２の間には絶縁Ｎ２１
が形成されている。この絶縁層２１によって後述するよ
うにスミア等の低減を図ることができ、この阜色縁ｊ１
２１の一部には、窓部２２が形成されている。この窓部
２２は、上記Ｎ−型の半導体部１１とセル毎に接続する
電荷転送部２とを電気的に接続すると共に、後述する製
造工程からも明らかなように、絶縁層２１上に半導体層
２３を形成する場合の単結晶成長の種（シード）として
も用いることができる。

また、このような電荷転送部２には、各セル毎にＳｏｌ
構造とされた半導体層２３上において、第１のゲート２
４や第２のゲート２５が形成され、光検知部２１からの
電荷を制御信号等に応じて送り出すことができる。

なお、上記半導体層２３やゲート２４．２５はそれぞれ
絶縁層２６に被覆されており、上記絶縁Ｎ２工には、そ
の内部に赤外線防止用のシールド層を設けてもよく、こ
の場合には、さらに画像の乱れのない画像信号を送り出
すことができる。

上記保持基板３は、例えば合成樹脂、石英、ガラス、シ
リコン、セラミック等の材料を用いて構成することがで
き、前述のように、光検知部１と電荷転送部２を保持す
るためのものである。この保持基板３は、上記電荷転送
部２偏にエポキシ樹脂等の接着剤を用いて接着されて取
り付けられており、このような接着によっては、上記電
荷転送部２が上記半導体層２３等によって凹凸を有して
形成れている場合であっても確実に保持することが可能
となり、さらに後述するように、上記光検出部１は半導
体基板の裏面をエツチングして得ることができるが、こ
の場合に保持基板３で全体を保持してやることで、エツ
チング作業を問題なく進めることができる。

以上のような構造を有する本実施例の固体撮像装置は、
まず、光検知部１と電荷転送部２が積層された形になっ
ており、このため光を検知するに必要な面積を大きく取
ることができ、光電変換される電荷量は大きくなり、解
像度を向上させることが可能となる。また、この光を検
知するための光検知部２は、後述するように半導体基板
４を裏面からエツチングして得ることができ、セルの大
きさに略匹敵する面積とすることができることのみなら
ず、溝部Ｉ４による空間的な素子間分謡によりクロスト
ークを有効に防止することができる。

さらに、このように積層されたタイプの固体撮像装置で
はあるが、上述のように光検知部１と電荷転送部２の間
には、絶縁Ｎ２１が形成されており、この絶縁層２１に
よってはスミアの問題を有効に解決し、シールド層を形
成することによっては、一層の赤外線防止も可能である
。また、電荷転送部２は後述する工程により薄膜半導体
層による構成とすることができ、このように薄膜とした
場合には、赤外線吸収を有効に抑制することができる。

次に、このような本実施例の固体撮像装置をより明確な
ものとするために、その製造工程に従って製造方法を説
明する。なお、第２図中、第１図に示した部分と同じ部
分については同じ引用符号を用いている。

＋ａｌ　　まず、第２図ａに示すように、Ｎ−型の半導
体基板４上に絶縁Ｎ２１を形成する。この絶縁層２１は
、Ｓｏｌ構造としても用いられ、且つ装置完成時には、
光検知部１と電荷転送部２をを効に分離し得るものであ
る。また、ここで、絶縁層２１に赤外線防止用のシール
ド層を加えて形成しても良い。

ｔ）次に、第２図すに示すように、上記Ｎ−型の半導体
基板４上の絶縁層２Ｉの一部を開口して、窓部２２を形
成する。この窓部２２は、Ｓｏｌ構造とする場合の単結
晶の種として機能するものであり、且つ装置完成時には
、各セル毎に光検知部ｌと電荷転送部２を接続するため
のコンタクトホールとしても機能することになる。

Ｉｃ）　　次に、第２図Ｃに示すように、上記窓部２２
を種として単結晶の半導体［２３を形成する。この半導
体層２３は、例えば選択エピタキシャル成長によって形
成しても良（、所定の素子間分離のため或いは所定のパ
ターン形成のためののエツチングが施される。

このように絶縁層２１上に形成された半導体層２３は、
電荷転送部２における素子頭載となり、これがＳｏｌ構
造となるため、有効な素子分離がなされることになる。

＋ｄ１　　半導体層２３の形成後、第２図ｄに示すよう
に、所定の電荷を転送するためのゲート２４．２５が形
成され、また、眉間絶縁層である絶縁層２６も形成され
る。

ｆｅ）　　このような電荷転送部２を形成したところで
、第２図ｅに示すように、保持基板３を当該電荷転送部
２の表面に接着する。ここで、保持基板３は、例えば石
英、ガラス、シリコン、セラミック、合成樹脂等の材料
とすることができ、例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用
いて接着する。このような接着工程を経た後は、上記電
荷転送部２や半導体基４Ｍ　４が確実に保持されること
になり、作業上の問題なく上記半導体基板４の裏面から
のエツチングを進めることができることになる。

＜ｒ＋　　保持基板３の電荷転送部２上への接着の後、
第２図ｆに示すように、上記半導体基板４をその裏面か
らエツチングして、Ｎ−型の半導体部１１を残存させる
。このエツチングによっては、上記Ｎ−型の半導体部１
１の厚みは３μｍ−１０μｍ程度のものとなり、用途、
生産工程等に応じて選択することができる。さらに上記
半導体基板４をその裏面からエツチングしたＮ−型の半
導体部Ｉｌは、溝部１４によって各セル毎に分離され、
この分離は空間的な分離であるため、セル間のクロスト
ークは有効に防止されることになる。そして、このエツ
チング作業の際には、上記保持基板３によって十分に全
体が保持されるため、破損等も防止できる。

（ｇ）　　次に、第２図ｇに示すように、半導体基板４
の裏面からのエツチングによって各セル毎に分離された
Ｎ−型の半導体部１１上に、Ｐ電型の半導体層１２と透
明電極１３が順次形成され、所定の光検知部ｌが形成さ
れて、固体撮像装置が完成することになる。

このような製造方法によっては、上述の絶縁層２１をそ
のままＳｏｌ構造の下地絶縁層として用いることができ
る。また、その絶縁ＦＪ２１に形成される窓部２２は、
単結晶成長させる場合の種としても用いることができる
ことになる。

また、上述の製造工程においては、用いた半導体基板４
の導電型がＮ−型とされているが、これに限定されず、
他の等電型や積層構造の基板であっても良い。

また、上述の実施例において、光検知部１の素子間分離
を溝部１４を形成した空間的な素子間分離としているが
、これに限定されず、ＰＮ接合分離であっても良い。

Ｈ０発明の効果 本発明の固体撮像装置は、その構造が光検知部と電荷転
送部を絶縁層で有効に分離していることから、転送され
る電荷に対する悪影響を防止して、当該固体撮像装置か
らの画質を向上させることができ、上記光検知部はエツ
チングされて開口部を大きくとることができることから
、電荷量を増大させて解像度の向上を図ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像装置の構造の一例を示す断面
図、第２図ａ〜第２図ｇは本発明の固体撮像装置にかか
る製造方法をその工程に従って説明するための断面図で
ある。 １・・・光検知部 ２・・・電荷転送部 ３・・・保持基板 特　許　出　願　人　　ソニー株式会社第１図 ヘ　　Ｆｗ− ｆ＋　　　　　望− （Ｎ。 ヘ　　　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　半導体基板の一側面からのエッチングにより所定のセ
   ル毎に分離された第一導電型の半導体部に、反対導電型
   の半導体層と透明電極とを形成した光検知部と、 上記半導体基板の他の一側面に形成された絶縁層により
   光検知部と分離され、その絶縁層に形成された窓部を介
   して上記第一導電型の半導体部とセル毎に接続する電荷
   転送部と、上記電荷転送部に接着され、その電荷転送部
   および上記光検知部を保持する保持基板とからなる固体
   撮像装置。