JPWO2017183383A1 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017183383A1
JPWO2017183383A1 JP2018513075A JP2018513075A JPWO2017183383A1 JP WO2017183383 A1 JPWO2017183383 A1 JP WO2017183383A1 JP 2018513075 A JP2018513075 A JP 2018513075A JP 2018513075 A JP2018513075 A JP 2018513075A JP WO2017183383 A1 JPWO2017183383 A1 JP WO2017183383A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid
imaging device
state imaging
drain region
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2018513075A
Other languages
English (en)
Inventor
田中　浩司
浩司 田中
小田　真弘
真弘 小田
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.)
TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Original Assignee
TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd filed Critical TowerJazz Panasonic Semiconductor Co Ltd
Publication of JPWO2017183383A1 publication Critical patent/JPWO2017183383A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14618—Containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14654—Blooming suppression
    • H01L27/14656—Overflow drain structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本発明の固体撮像装置は、基板９と、基板９内に設けられた第１導電型の第１不純物領域３ａと、第１不純物領域内に形成された第２導電型の受光部３ｂと、第１不純物領域３ａの下に設けられた第２導電型のオーバーフロードレイン領域２２と、オーバーフロードレイン領域２２とともに、受光部３ｂで発生した過剰電荷の排出経路を構成する第２導電型の第２不純物領域２と、反射膜１ｂとを備えている。

Description

本発明は、二次元イメージセンサ等として用いられる固体撮像装置に関する。
近年、長波長光の画像取得が可能なイメージセンサが多く提案されている。特に、シリコン基板を用いたイメージセンサに関して、長波長光は可視光に比べてシリコンによる吸収係数が小さいことから、感度を向上するための工夫が提案されている。例えば、特許文献１によれば、フォトダイオードの下方に少なくとも長波長光を反射するための反射構造を設けることによって、感度向上を図っている。
上記の反射構造は、絶縁膜や金属膜で構成されている。したがって、フォトダイオードは基板表面の絶縁膜と反射構造で囲まれた構造となり、フォトダイオードに過剰な光が照射されてフォトダイオードに過剰な電荷が発生した場合、隣接するフォトダイオードへ電荷が漏れ出すことになる。その結果、被写体にない信号が現われ、画像が著しく悪化することがある。この現象は、一般にブルーミングと呼ばれている。
また、絶縁物でフォトダイオードを囲む構造として、裏面照射型の固定撮像装置が多数提案されている。この構造においてもブルーミングを抑制する構造が提案されている。特許文献２によれば、縦型オーバーフロードレインは一般的なＣＭＯＳプロセスでは形成が困難であり、そのコントロール性の難しさがデバイスとしての歩留りに影響を与えているとして横型オーバーフロードレインを提案している。この構造では、フォトダイオードで生じた過剰な電荷が、当該フォトダイオードと平面的に隣接するオーバーフロードレインへと掃き捨てられる。
特開２００４−７１８１７号公報 特開２００６−４９３３８号公報
しかし、横型オーバーフロードレインはオーバーフロードレイン領域やオーバーフローバリア領域に面積が割かれるために、画素内に占めるフォトダイオードの面積率が低下することが課題であった。このため、感度の向上を図りつつ、フォトダイオードの面積を十分に確保できる固体撮像装置の実現が望まれている。
本発明の目的は、感度の向上を図りつつ画像の劣化を抑え、フォトダイオードの面積を十分に確保できる固体撮像装置を提供することにある。
本明細書に開示された固体撮像装置は、上面側に複数の画素が二次元状に配列された基板と、前記基板内に設けられた第１導電型の第１不純物領域と、前記複数の画素の各々に設けられ、前記第１不純物領域内に形成され、入射光を光電変換する第２導電型の受光部と、前記基板内で、前記第１不純物領域の下に設けられた第２導電型のオーバーフロードレイン領域と、前記第１不純物領域内で、前記オーバーフロードレイン領域に接続され、前記オーバーフロードレイン領域とともに、前記受光部で発生した過剰電荷の排出経路を構成する第２導電型の第２不純物領域と、前記基板上又は前記基板内であって、前記受光部から見て外部からの光が入射する方向と反対側に位置する反射膜とを備えている固体撮像装置。
本明細書に開示された固体撮像装置によれば、感度の向上を図りつつ画像の劣化を抑え、フォトダイオードの面積を十分に確保しうる。
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を上方から見た平面図である。 図３は、図１に示す固体撮像装置のＡ−Ａ’線における電位面図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 図４Ｃは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。 図５は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。 図６Ａは、ゲッタリング層４１を有するＳＯＩ基板５０を示す断面図である。 図６Ｂは、第３の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本明細書に開示された第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、上面側に複数の画素が二次元状に配列された基板９と、基板９内に設けられた第１導電型の第１不純物領域３ａと、複数の画素の各々に設けられ、第１不純物領域３ａ内に形成された第２導電型の受光部（フォトダイオード）３ｂと、基板９内で、第１不純物領域３ａの下に設けられた第２導電型のオーバーフロードレイン領域２２と、第１不純物領域３ａ内でオーバーフロードレイン領域２２に接続された第２導電型の第２不純物領域２とを備えている。本実施形態では、上述の第１導電型は例えばｐ型であり、第２導電型はｎ型である。
ｐ型の第１不純物領域３ａに囲まれた受光部３ｂは、外部からの入射光Ｌを受けて電荷を生成する。オーバーフロードレイン領域２２は比較的高濃度のｎ型不純物を含んでおり、第２不純物領域２とともに受光部３ｂで発生した過剰な電荷の排出経路を構成する。
基板９内であって、受光部３ｂから見て光が入射する方向と反対側（ここでは下方）には、反射膜１ｂが形成されている。反射膜１ｂは、受光部３ｂを通過した入射光Ｌを反射させて光（反射光Ｌ’）を再び受光部３ｂに入射させる。反射膜１ｂは金属等で構成されていてもよいが、周囲を汚染させないようにシリコン酸化物で構成されていればより好ましい。
本実施形態では、反射膜１ｂを有する基板として、ＳＯＩ(silicon on insulator)基板１を用いている。ＳＯＩ基板１は、シリコン基板１ａと、シリコン基板１ａ上に形成されたシリコン酸化物からなる反射膜１ｂと、反射膜１ｂ上に形成されたシリコン層１ｃとを有している。ＳＯＩ基板１は、ＳＩＭＯＸ(separation by implantation of oxygen)方式や貼り合わせ方式などの公知の方法により製造できる。
また、上述のオーバーフロードレイン領域２２及びオーバーフロードレイン領域２２上の第１不純物領域３ａは、エピタキシャル成長により形成されている。基板９の上面上には、シリコン酸化物からなる絶縁膜５が形成されている。
基板９の上部には、ｎ型（第１導電型）のドレイン領域４が設けられており、基板９のうち受光部３ｂとドレイン領域４との間の領域上には、絶縁膜５を間に挟んでゲート電極６ａが形成されている。絶縁膜５のうち、基板９とゲート電極６ａとに挟まれた部分は、ゲート絶縁膜として機能する。ドレイン領域４、受光部３ｂ、ゲート絶縁膜（絶縁膜５の一部）及びゲート電極６ａは、ＭＯＳトランジスタを構成する。なお、絶縁膜５は、ゲート電極６ａを形成する際のエッチングによる膜減り等により、ゲート電極６ａの下に位置する部分と、それ以外の部分とで膜厚が異なっていてもよい。
固体撮像装置は、絶縁膜５上及びゲート電極６ａ上に形成された、シリコン酸化物等からなる平坦化層７と、平坦化層７内に設けられた複数層の配線６ｃと、絶縁膜５を貫通して配線６ｃとドレイン領域４とを接続させるコンタクト１０ａと、平坦化層７上に設けられたレンズ８とをさらに備えている。また、平坦化層７内には、コンタクト１０ｂを介して第２不純物領域２に接続された正電圧印加端子６ｂが設けられている。固体撮像装置の動作時において、正電圧印加端子６ｂには常時１．０Ｖ〜５．０Ｖ程度の正電圧が印加されている。
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を上方から見た平面図である。同図では、理解しやすくするために、レンズ８及び平坦化層７は示していない。
図２に示す例では、基板９内に受光部３ｂが行列状に設けられており、基板９のうち左右の端部に第２不純物領域２が細長い形状で設けられている。正電圧印加端子６ｂは、第２不純物領域２の上方に、細長い形状で設けられている。第２不純物領域２及び正電圧印加端子６ｂを設ける位置は端部に限定されず、それぞれの個数も特に限定されない。
被写体から画素に入射される入射光Ｌは、レンズ８を通して集光されて、受光部３ｂに入射し、信号電荷を生じさせる。生じた電荷は受光部３ｂに蓄積される。さらに、受光部３ｂを通過した光は、シリコン層１ｃとの屈折率差を利用した反射膜１ｂによって反射され、再び受光部３ｂに入射する。このため、反射光Ｌ’の光路長は入射光Ｌの光路長の約２倍となり、受光部３ｂでの長波長光の光吸収係数も反射膜１ｂを設けない場合に比べて約２倍にすることができる。
反射膜１ｂがシリコン酸化物で構成される場合、反射率を最大にするための反射膜１ｂの厚さは、次式の干渉条件式１で求められる。
２・ ｎ・ ｔ ＝ （ Ｎ ＋ １ ／ ２ ） λ・・・式１
ｔ ： 薄膜の膜厚
Ｎ ： 自然数
ｎ ： 反射膜の屈折率
シリコン酸化膜の屈折率ｎは１．４６であり、長波長光８５０ｎｍにおける膜厚ｔは１４６ｎｍと求められる。従って、反射膜１ｂの膜厚が１５０±５０ｎｍ以内（すなわち、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下）の範囲で制御されれば、光の反射率の大幅な劣化はない。
また、本実施形態の固体撮像装置では、オーバーフロードレイン領域２２の膜厚は、０．１μｍ〜１．０μｍ程度であり、例えば０．３μｍである。
オーバーフロードレイン領域２２の不純物濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度であればよい。本実施形態の例では、オーバーフロードレイン領域２２の不純物濃度は８×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であって、抵抗率は０．１Ωｃｍとしている。
次に、余剰電荷の排出構造について説明する。受光部３ｂの蓄積容量以内の信号電荷を扱う場合は、信号電荷の排出は、ドレイン領域４を通して実施される。信号電荷はゲート電極６ａによる制御により、フローティングディフュージョン（図示せず）に移動され、配線６ｃを通じて電圧に変換されるとともに、アンプトランジスタ（図示しない）により増幅され、撮像信号として読み出される。信号電荷が撮像信号として出力されると、信号電荷は、フローティングディフュージョンからドレイン領域４に排出される。
これに対して、受光部３ｂに強い入射光が入射されて余剰電荷が生じた場合、従来の固体撮像装置では、ドレイン領域４から電荷が排出されるが、排出しきれない電荷は隣接する受光部３ｂへと漏れ込み、ブルーミングが発生する。
本実施形態の固体撮像装置は、オーバーフロードレイン領域２２と、第２不純物領域２と、正電圧印加端子６ｂとで構成される大面積の縦型オーバーフロードレイン構造を備えているので、ドレイン領域４の面積を大きくしなくても、余剰電荷を容易に排出することが可能である。ドレイン領域４が受光部３ｂごとに設けられるのに比べて、第２不純物領域２及び正電圧印加端子６ｂは、複数の受光部３ｂに対して少なくとも１つずつ設けられればよいので、本実施形態の固体撮像装置では、大きな面積増加を伴うことなく、ブルーミングの発生を低減することが可能になる。このため、画素数が増加して各画素の面積が微細化した場合であっても、本実施形態の固体撮像装置によれば、良好な画質を維持することが可能となる。
図３は、図１に示す固体撮像装置のＡ−Ａ’線における電位面図である。同図に示すように、受光部３ｂでは電位が低くなっている。これに対し、受光部３ｂの下方に位置する第１不純物領域３ａの電位は高くなっており、いわゆるポテンシャルバリアを形成している。このため、受光部３ｂには電荷が蓄積されるが、余剰の電荷が生じた場合にはポテンシャルバリアを越えてオーバーフロードレイン領域２２へと流入する。オーバーフロードレイン領域２２はｎ型であり、且つ正電圧印加端子６ｂから正電圧が印加されているので、オーバーフロードレイン領域２２の電位は受光部３ｂよりも低くなっている。
この構成により、余剰の電荷は速やかにオーバーフロードレイン領域２２及び第２不純物領域２を介して正電圧印加端子６ｂへと排出される。その結果、隣接する受光部３ｂへの電荷の漏れ込みやブルーミング等の発生を効果的に抑えることが可能になっている。また、この構成によれば、暗電流も排出することができるので、本実施形態の固体撮像装置は、暗時特性も優れている。
なお、オーバーフロードレイン領域２２の電位の深さは、ｎ型の不純物濃度によって調節可能である。
次に、本実施形態の製造方法を説明する。図４Ａ〜図４Ｃは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための断面図である。
まず、図４Ａに示す工程では、シリコン基板１ａ、反射膜１ｂ及びシリコン層１ｃとを有するＳＯＩ基板を準備する。反射膜１ｂは、シリコン酸化物からなり、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の膜厚を有する。ＳＯＩ基板１はＳＩＭＯＸ方式や貼り合わせ方式などの公知の方法で作製されたものであり、市販されている基板を使用することができる。
次に、図４Ｂに示す工程では、シリコン層１ｃの上に化学気相成長（CVD)法等の公知の方法を用いて、ｎ型のシリコンからなり、膜厚が３００ｎｍ程度のオーバーフロードレイン領域２２をエピタキシャル成長させる。オーバーフロードレイン領域２２の不純物濃度は、１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度である。オーバーフロードレイン領域２２をイオン注入により形成することも可能であるが、基板の深い位置に狭い厚み範囲で高濃度の不純物を均一に含む領域を形成することは難しいので、オーバーフロードレイン領域２２はエピタキシャル成長により形成されることが好ましい。これにより、オーバーフロードレイン領域２２の厚みを薄くすることが可能になる。
次に、公知の方法により、膜厚が６μｍ程度のｐ型シリコンからなる第１不純物領域３ａを形成する。第１不純物領域３ａの不純物濃度は、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とする。続いて、第１不純物領域３ａ内の所定の領域に、注入エネルギー５０ｋｅＶ〜５０００ｋｅＶ程度、ドーズ量５×１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜５×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２でリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）のイオンを注入することで、ｎ型の受光部３ｂを形成する。次いで、基板９の端部領域に注入エネルギー１０ｋｅＶ〜５０００ｋｅＶ程度、ドーズ量１×１０１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ２〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２でリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）のイオンを注入することで、ｎ型の第２不純物領域２を形成した後、熱処理を行う。なお、受光部３ｂ用のイオン注入と第２の不純物領域２用のイオン注入とは、どちらを先に行ってもよい。
続いて、基板９上に熱酸化やＣＶＤ法等の公知の方法により膜厚が１ｎｍ〜２０ｎｍ程度の絶縁膜５を形成した後、ゲート電極６ａを形成する。その後、イオン注入により基板９のうちゲート電極６ａの側下方に位置する領域にｎ型のドレイン領域４を形成する。なお、絶縁膜５は、基板９の上面全体に形成される。
次に、図４Ｃに示す工程では、基板９上に層間絶縁膜を含む平坦化層７、コンタクト１０ａ、１０ｂ、配線６ｃ、正電圧印加端子６ｂを適宜形成する。
次に、平坦化層７のうち、各受光部３ｂの上方に位置する領域上にそれぞれ設けられた上に凸な形状のレンズ８を公知の方法により形成する。以上の工程により、本実施形態の固体撮像装置を作製することができる。
（第２の実施形態）
図５は、本明細書に開示された第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。図５において、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様の部材については同じ符号を付している。
図５に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、基板２９の裏面側から入射光を受ける固体撮像装置である。本実施形態の固体撮像装置は、基板２９と、基板２９内に設けられた第１導電型の第１不純物領域３ａと、複数の画素の各々に設けられ、第１不純物領域３ａ内に形成された第２導電型の受光部３ｂと、基板２９内で、第１不純物領域３ａの下に設けられた第２導電型のオーバーフロードレイン領域２２と、第１不純物領域３ａ内でオーバーフロードレイン領域２２に接続された第２導電型の第２不純物領域２とを備えている。上述の第１導電型は例えばｐ型であり、第２導電型はｎ型である。オーバーフロードレイン領域２２は比較的高濃度のｎ型不純物を含んでおり、第２不純物領域２とともに受光部３ｂで発生した過剰な電荷の排出経路を構成する。
基板２９は、例えばシリコン酸化物等からなる絶縁膜３１と、上述のオーバーフロードレイン領域２２と、第１不純物領域３ａと、受光部３ｂとを有している。絶縁膜３１の膜厚は、第１の実施形態における反射膜１ｂと異なり、特に限定されない。
オーバーフロードレイン領域２２及び第１不純物領域３ａの構成材料、膜厚及び不純物濃度は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様であり、受光部３ｂの不純物濃度も第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様である。
本実施形態の固体撮像装置では、基板２９のうち少なくとも各受光部３ｂの上方に位置する領域上に、例えばシリコン酸化物からなる膜厚が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の反射膜３５が形成されている。反射膜３５の好ましい膜厚は、上述の式１により求めることが可能である。
また、基板２９上には膜厚が１ｎｍ〜２０ｎｍ程度のゲート絶縁膜２０を挟んでゲート電極６ａが設けられており、基板２９のうちゲート電極６ａの側下方に位置する領域にはｎ型のドレイン領域４が形成されている。
反射膜３５上及びゲート電極６ａ上には、絶縁体からなる平坦化層３７が設けられており、平坦化層３７内には、コンタクト１０ａ、配線６ｃ及び正電圧印加端子６ｂが設けられている。平坦化層３７上には支持基板４０が形成されている。基板２９（絶縁膜３１）の裏面上には、透明な絶縁体等からなる平坦化層３８が設けられ、平坦化層３８の裏面上にはレンズ３９が設けられている。
ドレイン領域４はゲート電極６ａ等とともにＭＯＳトランジスタを構成し、コンタクト１０ａを介して配線６ｃに接続されている。
正電圧印加端子６ｂには固体撮像装置が動作している期間中正電圧が印加されており、余剰の電荷を受光部からオーバーフロードレイン領域２２及び第２不純物領域２へと排出しやすくなっている。
被写体から基板２９の裏面に入射した入射光Ｌは、レンズ３９により集光されて受光部３ｂに入射する。受光部３ｂにおける光電変換により生成された電荷は、受光部３ｂに蓄積される。一方、受光部３ｂを通過した光は反射膜３５で反射されて受光部３ｂに再度入射する（図５の反射光Ｌ’）。
本実施形態の固体撮像装置によれば、基板２９の裏面側から入射光が入射する場合であっても、反射膜３５を基板２９の上面上に設けることにより、長波長光を確実に吸収させて信号に変換することが可能となる。
また、第１の実施形態と同様に、例えばエピタキシャル成長させたオーバーフロードレイン領域２２を含むオーバーフロードレイン構造が設けられているので、隣接する受光部３ｂに電荷が漏れにくく、且つブルーミングも生じにくくなっている。
本実施形態の固体撮像装置を作製する方法の一例として、例えばシリコン基板内にイオン注入等により受光部３ｂ、ドレイン領域４及び第２不純物領域２を形成した後、シリコン基板の上面上に熱酸化等によって一部がゲート絶縁膜２０となる薄い絶縁膜を形成する。次いで、ゲート絶縁膜２０上に所定の形状のゲート電極６ａを形成する。次いで、シリコン基板の上面全体にＣＶＤ法等によってシリコン酸化膜を形成してから、当該シリコン酸化膜のうちゲート電極６ａ上に位置する部分を除去することで、膜厚が１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下の反射膜３５を形成する。
その後、公知の方法により、コンタクト１０ａ、１０ｂ、配線６ｃ、平坦化層３７を形成した後、平坦化層３７の上面に支持基板４０を貼り合わせる。
一方、シリコン基板の裏面上には、ＣＶＤ法等によりオーバーフロードレイン領域２２をエピタキシャル成長させた後、絶縁膜３１、平坦化層３８を順次形成する。次いで、公知の方法によりレンズ３９を形成することにより、本実施形態の固体撮像装置は作製できる。なお、各部材の形成順序はこれに限られない。
（第３の実施形態）
図６Ａは、ゲッタリング層４１を有するＳＯＩ基板５０を示す断面図であり、図６Ｂは、ＳＯＩ基板５０を備えた第３の実施形態に係る固体撮像装置を示す断面図である。
図６Ａ、図６Ｂに示すように、本実施形態の固体撮像装置では、ＳＯＩ基板５０のシリコン層１ｃ内にゲッタリング層４１が設けられている点が第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なっている。絶縁膜５、ゲート電極６ａ、配線６ｃ、平坦化膜７等の構成は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様である。
なお、図６Ｂでは、基板４９がＳＯＩ基板５０と、第１不純物領域３ａと、受光部３ｂと、ドレイン領域４と、オーバーフロードレイン領域２２と、を有している。第１不純物領域３ａ、受光部３ｂ、ドレイン領域４及びオーバーフロードレイン領域２２の構成は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と同様である。
ゲッタリング層４１は炭素、窒素又はモリブデンから選ばれた少なくとも１つが含まれており、このゲッタリング層４１を構成する構成部材（例えばシリコン）中には結晶欠陥が含まれている。ここでは、ゲッタリング層４１に濃度が１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の炭素が含まれているものとする。
本実施形態の固体撮像装置によれば、基板４９内の重金属原子をゲッタリング層４１によってトラップすることができるので、受光部３ｂに発生する暗電流を低減することができる。従って、本実施形態の固体撮像装置では、ブルーミングの発生が抑えられるだけでなく、画質の低下を効果的に抑えることが可能になっている。
なお、以上で説明した固体撮像装置は、本発明の実施形態の一例であり、構成材料、膜厚、形状等は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、第１及び第３の実施形態において、ＳＯＩ基板に代えて反射膜１ｂを有する他の基板が用いられていてもよい。また、固体撮像装置の上述の説明では第１導電型はｐ型であり、第２導電型はｎ型としたが、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としてもよい。この場合、正電圧印加端子６ｂには正電圧ではなく負電圧を印加すればよい。
また、第１〜第３の実施形態の構成部材は適宜組み合わせてもよい。例えば、第２の実施形態に係る固体撮像装置のオーバーフロードレイン領域２２内又はオーバーフロードレイン領域２２の下にゲッタリング層４１を形成して暗電流の低減を図ってもよい。
また、第１の実施形態に係る固体撮像装置において、絶縁膜５を反射膜として機能できる膜厚に設定してもよい。この場合、受光部３ｂに入射する長波長光の光量をさらに増加させることができる。
以上説明したように、本明細書で開示される固体撮像装置は、デジタルカメラや携帯電話等種々の撮像装置に適用することが可能である。
１、５０ ＳＯＩ基板
１ａ シリコン基板
１ｂ、３５ 反射膜
１ｃ シリコン層
２ 第２不純物領域
３ａ 第１不純物領域
３ｂ 受光部
４ ドレイン領域
５、３１ 絶縁膜
６ａ ゲート電極
６ｂ 正電圧印加端子
６ｃ 配線
７、３７、３８ 平坦化層
８、３９ レンズ
９、２９、４９ 基板
１０ａ、１０ｂ コンタクト
２０ ゲート絶縁膜
２２ オーバーフロードレイン領域
４０ 支持基板
４１ ゲッタリング層

Claims (9)

  1. 上面側に複数の画素が二次元状に配列された基板と、
    前記基板内に設けられた第１導電型の第１不純物領域と、
    前記複数の画素の各々に設けられ、前記第１不純物領域内に形成され、入射光を光電変換する第２導電型の受光部と、
    前記基板内で、前記第１不純物領域の下に設けられた第２導電型のオーバーフロードレイン領域と、
    前記第１不純物領域内で、前記オーバーフロードレイン領域に接続され、前記オーバーフロードレイン領域とともに、前記受光部で発生した過剰電荷の排出経路を構成する第２導電型の第２不純物領域と、
    前記基板上又は前記基板内であって、前記受光部から見て外部からの光が入射する方向と反対側に位置する反射膜とを備えている固体撮像装置。
  2. 前記オーバーフロードレイン領域及び前記第２不純物領域には、動作時において、前記受光部から電荷が排出されるように電位の勾配が形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第１不純物領域の上部に形成された第２導電型のドレイン領域をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記反射膜は、絶縁膜であることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
  5. 前記基板は、前記絶縁膜を含むＳＯＩ基板を有していることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 前記基板内のうち、前記オーバーフロードレイン領域の下方に位置する領域に、炭素、窒素又はモリブデンから選ばれた少なくとも１つを含むゲッタリング層が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
  7. 前記反射膜はシリコン酸化物により構成されており、
    前記反射膜の厚さは１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
  8. 前記オーバーフロードレイン領域はエピタキシャル層により構成されており、前記オーバーフロードレイン領域の不純物濃度は１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の固体撮像装置。
  9. 反射膜を有するＳＯＩ基板上にエピタキシャル成長によりオーバーフロードレイン領域を形成する工程と、
    前記オーバーフロードレイン領域上に第１導電型の第１不純物領域を形成する工程と、
    前記第１不純物領域内に、第２導電型であって前記オーバーフロードレイン領域に接する第２不純物領域と、第２導電型の受光部とを形成する工程とを備え、
    前記オーバーフロードレイン領域は第２導電型である固体撮像装置の製造方法。
JP2018513075A 2016-04-21 2017-03-22 固体撮像装置及びその製造方法 Pending JPWO2017183383A1 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016085061 2016-04-21
JP2016085061 2016-04-21
PCT/JP2017/011517 WO2017183383A1 (ja) 2016-04-21 2017-03-22 固体撮像装置及びその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2017183383A1 true JPWO2017183383A1 (ja) 2019-01-17

Family

ID=60116018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018513075A Pending JPWO2017183383A1 (ja) 2016-04-21 2017-03-22 固体撮像装置及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20190051682A1 (ja)
JP (1) JPWO2017183383A1 (ja)
CN (1) CN109564924A (ja)
WO (1) WO2017183383A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020123717A (ja) * 2019-01-30 2020-08-13 シャープ株式会社 固体撮像装置

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168313A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Sony Corp 撮像素子及びその製造方法
JP2002050755A (ja) * 2000-08-03 2002-02-15 Nec Corp 固体撮像素子
JP2004071817A (ja) * 2002-08-06 2004-03-04 Canon Inc 撮像センサ
JP2004165225A (ja) * 2002-11-08 2004-06-10 Sony Corp 半導体基板の製造方法、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置用の選別方法
JP2006054252A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Sony Corp 固体撮像装置
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2008210884A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Sony Corp 固体撮像装置および撮像装置
JP2010512641A (ja) * 2006-12-11 2010-04-22 イーストマン コダック カンパニー イメージセンサおよびその製造方法
WO2010122701A1 (ja) * 2009-04-22 2010-10-28 パナソニック株式会社 Ｓｏｉウェーハ、その製造方法および半導体装置の製造方法
JP2012124299A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置及びその製造方法
JP2012204674A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Sharp Corp エピタキシャル基板およびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW393777B (en) * 1997-09-02 2000-06-11 Nikon Corp Photoelectric conversion devices and photoelectric conversion apparatus employing the same
KR100795922B1 (ko) * 2006-07-28 2008-01-21 삼성전자주식회사 이미지 픽업 소자 및 이미지 픽업 소자의 제조방법
JP5411456B2 (ja) * 2007-06-07 2014-02-12 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US7875948B2 (en) * 2008-10-21 2011-01-25 Jaroslav Hynecek Backside illuminated image sensor
US9070900B2 (en) * 2008-11-13 2015-06-30 Joled Inc Method of manufacturing display, and display
JP5487798B2 (ja) * 2009-08-20 2014-05-07 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器および固体撮像装置の製造方法
CN103493202B (zh) * 2011-05-31 2016-07-27 松下知识产权经营株式会社 固体摄像装置及其制造方法
JP6200835B2 (ja) * 2014-02-28 2017-09-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US10121928B2 (en) * 2014-07-01 2018-11-06 Sensl Technologies Ltd. Semiconductor photomultiplier and a process of manufacturing a photomultiplier microcell

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168313A (ja) * 1999-12-09 2001-06-22 Sony Corp 撮像素子及びその製造方法
JP2002050755A (ja) * 2000-08-03 2002-02-15 Nec Corp 固体撮像素子
JP2004071817A (ja) * 2002-08-06 2004-03-04 Canon Inc 撮像センサ
JP2004165225A (ja) * 2002-11-08 2004-06-10 Sony Corp 半導体基板の製造方法、固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置用の選別方法
JP2006054252A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Sony Corp 固体撮像装置
JP2006261372A (ja) * 2005-03-17 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法および画像撮影装置
JP2010512641A (ja) * 2006-12-11 2010-04-22 イーストマン コダック カンパニー イメージセンサおよびその製造方法
JP2008210884A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Sony Corp 固体撮像装置および撮像装置
WO2010122701A1 (ja) * 2009-04-22 2010-10-28 パナソニック株式会社 Ｓｏｉウェーハ、その製造方法および半導体装置の製造方法
JP2012124299A (ja) * 2010-12-08 2012-06-28 Toshiba Corp 裏面照射型固体撮像装置及びその製造方法
JP2012204674A (ja) * 2011-03-25 2012-10-22 Sharp Corp エピタキシャル基板およびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器

Also Published As

Publication number Publication date
US20190051682A1 (en) 2019-02-14
CN109564924A (zh) 2019-04-02
WO2017183383A1 (ja) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI477147B (zh) Solid state camera device, camera
JP4621719B2 (ja) 裏面照射型撮像素子
WO2013065569A1 (ja) 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器
US20170047363A1 (en) Auto-focus image sensor
US8445950B2 (en) Solid-state imaging device
JP4599417B2 (ja) 裏面照射型固体撮像素子
US8669135B2 (en) System and method for fabricating a 3D image sensor structure
TWI493696B (zh) 在影像感測器中光偵測器之隔離
WO2003032395A1 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-sate imaging device
KR102225297B1 (ko) 촬상 소자 및 촬상 장치
US20100148230A1 (en) Trench isolation regions in image sensors
TWI690073B (zh) 具有低漏電流之影像感測器之浮動擴散
TWI464867B (zh) 固態影像拾取器件及其製造方法，以及影像拾取裝置
JP2010098315A (ja) イメージセンサ及びその製造方法
US20080017893A1 (en) Back-lit image sensor
JP5480535B2 (ja) 裏面照射型固体撮像装置及びこれを含む撮影装置
WO2017183383A1 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
JP2009111118A (ja) 裏面照射型固体撮像素子およびその製造方法
JP2013162077A (ja) 固体撮像装置
JP4645578B2 (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法
JP5309559B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2008028101A (ja) 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法
JP5136524B2 (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP2006303026A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
US20100110247A1 (en) Image sensor and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180828

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190820

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200310