KR101067619B1 - 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 감도가 높고 화소의 미세화를 도모하는 것을 가능하게 하는 구성의 고체 촬상 소자, 및 계면이 안정되어 있어서, 분광 특성이 양호한 고체 촬상 소자를 양호한 수율로 제조할 수 있는 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 수광 센서부가 형성된 실리콘층(4)과, 그 표면측에 형성된 배선층(12)을 적어도 가지며, 실리콘층(4)의 표면측과는 반대의 이면측으로부터 광 L을 입사시키는 구조를 갖고, 실리콘층(4)의 두께가 10㎛ 이하인 고체 촬상 소자(1)를 구성한다. 또한, 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판의 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 공정과, 실리콘층 위에 제1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 실리콘 기판 및 중간층을 제거하는 공정과, 그 후에 실리콘층의 상방에 배선부를 형성하는 공정과, 배선부 위에 제2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제1 지지 기판을 제거하여 실리콘층을 노출시키는 공정을 적어도 갖고 고체 촬상 소자를 제조한다.
실리콘층, 지지 기판, 분광 특성, 배선부, 컬러 필터

Description

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법{SOLID STATE IMAGING DEVICE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예의 고체 촬상 소자의 개략 구성도(단면도).
도 2는 도 1의 고체 촬상 소자의 주요부의 단면도.
도 3은 실리콘층의 두께와 수광 센서부에서의 양자 효율의 입사광의 파장 의존성과의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 실리콘층의 두께와 수광 센서부에서의 양자 효율의 입사광의 파장 의존성과의 관계를 나타내는 도면.
도 5는 적외선 컷트 필터의 분광 특성을 나타내는 도면.
도 6은 SOI 기판의 단면도.
도 7의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 8의 (d) 내지 (f)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 9의 (g) 및 (h)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 10의 (i) 및 (j)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 11의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 12의 (d) 내지 (f)는 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 다른 실시예를 나타내는 제조 공정도.
도 13은 이면 조사형 CMOS 센서의 개략 단면도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 고체 촬상 소자
2 : 지지 기판
3 : 배선부
4, 21 : 실리콘층
5 : 컬러 필터
6 : 온 칩 렌즈
12 : 배선층
14 : 게이트 전극
15 : 플로팅 디퓨젼
16, 18, 19 : P+ 영역
17, 25, 27 : N형 영역
22 : 중간층
23 : 실리콘 기판
24 : SOI 기판
26 : 정합 마크
28 : 반사 방지막
31 : 제1 지지 기판
32, 34 : 접착층
33 : 제2 지지 기판
본 발명은, 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 소위 이면 조사형 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 고집적화에 따라, 트랜지스터 및 다른 반도체 소자를 보다 축소하여 실장 밀도를 더 높이는 경향이 있다.
이 때문에, CMOS 센서(CMOS형 고체 촬상 소자)에서도, 화소를 미세화하여 소자를 고집적화하는 것이 요구된다.
그러나, 종래의 CMOS 센서에서는, 배선부 위에 형성된 렌즈로부터, 배선층 사이를 통해 수광 센서부에 광을 조사하여 검출하는 구성으로 되어 있었기 때문에, 디바이스의 고집적화가 진행됨으로써 화소가 미세화되는 것에 수반하여, 배선층 등의 장해물에 의해 입사광의 케라레를 발생하기 때문에, 수광 센서부의 개구율이 작 아져서, 충분한 광을 수광 센서부에 조사할 수 없게 되어 있었다. 이 때문에, 감도가 저하되거나, 셰이딩이 커지기도 하는 문제도 발생한다.
따라서, 이면측(배선부와는 반대측)으로부터 수광 센서부에 광을 조사함으로써, 배선층 등의 장해물의 영향을 받지 않고, 실효 개구율 100%를 달성하는 것이 가능해져서, 감도를 대폭 높일 수 있다.
이러한 이유로, 이면측(배선부와는 반대측)으로부터 수광 센서부에 광을 조사하는 구성의 CMOS 센서, 소위 이면 조사형 CMOS 센서의 개발이 행해지고 있다.
그리고, 이면 조사형 이미지 센서에서, 수광 센서부의 실리콘층을 얇게 하여, 높은 감도를 얻는 것을 생각하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 또는 특허 문헌 2 참조).
이 구성을 적용한 이면 조사형 CMOS 센서의 개략 단면도를 도 13에 도시한다.
이 CMOS 센서(100)에서는, 수광 센서부(102)의 실리콘 기판(101)이 얇게 형성되어 있기 때문에, 입사광 L의 감도를 높게 할 수 있다.
또한, 배선층(104)을 수광 센서부(102) 상에 형성하여도 입사광 L이 차단되지 않기 때문에, 배선층(104)의 레이아웃의 자유도가 높아진다. 이것에 의해, 배선층(104)을 다층으로 형성하여 화소의 면적을 축소함으로써, 소자의 고집적화를 도모할 수 있다.
이러한 실리콘층을 얇게 한 이면 조사형 이미지 센서의 제조 방법으로서는, 예를 들면 실리콘 기판에 수광 센서부의 포토다이오드를 형성한 후에, 이면으로부 터 실리콘 기판을 연마하여 얇게 하는 방법이 생각되고 있다.
[특허 문헌 1]
일본 특개평6-77461호 공보(도 3)
[특허 문헌 2]
일본 특개평6-283702호 공보(도 2)
그러나, 상술한 제조 방법에서는, 이면을 연마한 후의 실리콘 기판의 계면이 전기적으로 불안정해진다. 또한, 실리콘 기판에 기계적인 손상이 가해지게 된다.
이들 이유들이 암(暗)전류의 발생 원인으로 되고 있다.
이 때문에, 상술한 구성의 이면 조사형 구조의 이미지 센서는, 냉각하여 사용하는 등, 용도가 한정되게 되어 있다.
또한, 광 흡수는 실리콘층의 두께에 의존하는데, 연마에 의해 얇게 되어 있기 때문에 수광 센서부의 실리콘층(실리콘 기판)의 두께의 제어성이 나쁘고, 그 때문에 센서로서의 분광 특성이 변동되게 된다.
이러한 문제에 의해, 제조 수율이 나빠져서, 비용이 비싸지게 된다.
따라서, 이면 조사형 구조는 수광 센서부의 감도를 높게 할 수 있음에도 불구하고, 매우 한정된 용도로만 사용되고 있다.
또한, 종래의 이면 조사형 구조의 이미지 센서는, 광전 변환이 이루어지는 수광 센서부가 형성되어 있는 실리콘층의 두께가 수십 ㎛인 것도 있어서, 화소의 미세화를 도모하고자 할 때, 인접 화소 사이에서 신호 전하가 확산되어, 혼색이 발 생되게 된다.
이 때문에, 미세한 화소를 실현하는 것이 어렵다.
상술한 문제의 해결을 위해, 본 발명에서는 감도가 높아 셰이딩을 거의 발생시키지 않는 구성이며, 또한 화소의 미세화를 도모하는 것을 가능하게 하는 구성의 고체 촬상 소자를 제공하는 것이다.
또한, 계면이 안정되어 있어서, 분광 특성이 양호한 고체 촬상 소자를 양호한 수율로 제조할 수 있는 고체 촬상 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 고체 촬상 소자는, 광전 변환이 행해지는 수광 센서부가 형성된 실리콘층과, 이 실리콘층의 표면측에 형성된 배선층을 적어도 가지며, 실리콘층의 표면측과는 반대의 이면측으로부터 광을 입사시키는 구조를 갖고, 실리콘층의 두께가 10㎛ 이하인 것이다.
상술한 본 발명에 따르면, 수광 센서부가 형성된 실리콘층과, 이 실리콘층의 표면측에 형성된 배선층을 적어도 가지며, 실리콘층의 이면측으로부터 광을 입사시키는 구조를 갖고 있음으로써, 소위 이면 조사형 구조가 형성되어 있다. 또한, 실리콘층의 두께가 10㎛ 이하인 것에 의해, 적외선 영역도 포함시킨 넓은 파장 범위에서 높은 감도가 얻어져서, 통상 이용되고 있는 구동 전압(2.5V∼3.3V)의 범위 내에서 설계하여 약 200㎷/㎛ 이상의 드리프트 전계를 형성할 수 있다.
또한, 실리콘층의 두께가 종래보다도 얇아서, 렌즈와 수광 센서부의 반도체 영역 간의 거리를 짧게 할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자는, 광전 변환이 행해지는 수광 센서부가 형성된 실리콘층과, 이 실리콘층의 표면측에 형성된 배선층을 적어도 가지며, 실리콘층의 표면측과는 반대의 이면측으로부터 광을 입사시키는 구조를 갖고, 실리콘층의 두께가 5㎛ 이하인 것이다.
상술한 본 발명에 따르면, 수광 센서부가 형성된 실리콘층과, 이 실리콘층의 표면측에 형성된 배선층을 적어도 가지며, 실리콘층의 이면측으로부터 광을 입사시키는 구조를 갖고 있음으로써, 소위 이면 조사형 구조가 형성되어 있다. 또한, 실리콘층의 두께가 5㎛ 이하인 것에 의해, 가시광 영역에서 높은 감도가 얻어져서, 통상 이용되고 있는 구동 전압(2.5V∼3.3V)의 범위 내에서 설계하여 약 400㎷/㎛ 이상의 강한 드리프트 전계를 형성할 수 있다.
또한, 실리콘층의 두께가 더 얇아서, 렌즈와 수광 센서부의 반도체 영역 간의 거리를 보다 짧게 할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하며, 이 적층 기판의 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 공정과, 실리콘층 위에 제1 지지 기판을 접합시키는 공정과, 적층 기판의 실리콘 기판 및 중간층을 제거하는 공정과, 그 후에 실리콘층의 상방에 절연층 내에 배선층을 갖는 배선부를 형성하는 공정과, 배선부 위에 제2 지지 기판을 접합시키는 공정과, 제1 지지 기판을 제거하여 실리콘층을 노출시키는 공정을 적어도 포함하는 것이다.
상술한 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 따르면, 실리콘층의 상방에 배선부를 형성하고, 제1 지지 기판을 제거하여 실리콘층을 노출시키기 때문에, 배선부가 형성된 표면측과는 반대의 이면측의 실리콘층을 노출시키며, 이면측으로부터 광을 조사하는 이면 조사형 구조로 할 수 있다.
또한, 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하고, 이 적층 기판의 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하기 때문에, 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 실리콘층의 계면이 비교적 안정되어 있어서, 실리콘층의 두께를 제어하여, 고체 촬상 소자의 분광 특성을 안정화하는 것이 용이해진다.
더구나, 반도체 영역을 형성하는 실리콘층에 대해서는, 표면측에 배선부를 형성하고, 이면측에 제1 지지 기판을 접합시키며, 후에 이 제1 지지 기판을 제거하기 때문에, 실리콘층을 연마할 필요가 없어서, 실리콘층에 기계적 손상이 가해지지 않도록 하는 것이 가능해진다.
그리고, 실리콘층이 얇은 적층 기판을 사용하면, 상술한 본 발명의 고체 촬상 소자의 구성, 즉 수광 센서부의 반도체 영역이 형성된 실리콘층이 10㎛ 이하(혹은, 5㎛ 이하)라는 얇은 구성의 고체 촬상 소자를 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법은, 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하고, 이 적층 기판의 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 공정과, 실리콘층의 상방에 절연층 내에 배선층을 갖는 배선부를 형성하는 공정과, 그 후에 배선부 위에 지지 기판을 접합시키는 공정과, 실리콘 기판 및 중간층을 제거하여 실리콘층을 노출시키는 공정을 적어도 포함하는 것이 다.
상술한 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 따르면, 실리콘층의 상방에 배선부를 형성하고, (적층 기판의) 실리콘 기판 및 중간층을 제거하여 실리콘층을 노출시키기 때문에, 배선부가 형성된 표면측과는 반대의 이면측의 실리콘층을 노출시키고, 이면측으로부터 광을 조사하는 이면 조사형 구조로 할 수 있다.
또한, 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하고, 이 적층 기판의 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하기 때문에, 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 실리콘층의 계면이 비교적 안정되어 있어서, 실리콘층의 두께를 제어하여, 고체 촬상 소자의 분광 특성을 안정화하는 것이 용이해진다.
더구나, 반도체 영역을 형성하는 실리콘층에 대해서는, 표면측에 배선부를 형성하고, 이면측의 실리콘 기판 및 중간층을 제거하기 때문에, 실리콘층을 연마할 필요가 없어서, 실리콘층에 기계적 손상이 가해가지 않도록 하는 것이 가능해진다.
그리고, 실리콘층이 얇은 적층 기판을 사용하면, 상술한 본 발명의 고체 촬상 소자의 구성, 즉 수광 센서부의 반도체 영역이 형성된 실리콘층이 10㎛ 이하(혹은, 5㎛ 이하)라는 얇은 구성의 고체 촬상 소자를 제조하는 것이 가능해진다.
〈실시예〉
도 1은, 본 발명의 일 실시예로서, 고체 촬상 소자의 개략 구성도(단면도)를 도시한다. 본 실시예는, 본 발명을 CMOS 센서(CMOS형 고체 촬상 소자)에 적용한 것이다.
이 고체 촬상 소자(1)는, 표면측으로부터, 지지 기판(2), 배선부(3), 실리콘 기판(4), 컬러 필터(5), 온 칩 렌즈(6)가 형성되어 구성되어 있다.
배선부(3)는, 층간 절연층(11)을 개재하여 복수층의 배선층(12)이 형성되어 이루어진다. 배선부(3)와 실리콘 기판(4) 사이에는, 게이트 절연막으로 되는 얇은 절연막(13)이 형성되며, 이 절연막(13)의 표면측에 전하를 판독하기 위한 게이트 전극(14)이 형성되어 있다.
실리콘 기판(4) 내에는, 수광 센서부의 포토다이오드를 구성하는 N형 영역(17)이 두께 방향으로 두껍게 형성되어 있으며, N형 영역(17)의 표면측에 양전하 축적 영역(P+ 영역)(16)이 형성되어 있다. 또한, 게이트 전극(14) 아래의 판독 영역을 개재하여, N형의 플로팅 디퓨젼(FD)(15)이 형성되어 있다.
지지 기판(2)과 배선부(3)는, 도시하지 않지만, 접착층 등에 의해 접착되어 있다. 지지 기판(2)으로서는, 예를 들면 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 평탄성이 양호하고, 실리콘과의 열팽창율의 차가 적은 재료이면 다른 재료의 기판을 이용하여도 된다.
그리고, 광 L을 렌즈(6)측, 즉 배선부(3)와는 반대의 이면측으로부터 입사시키는 구성으로 되어 있으며, 소위 이면 조사형 CMOS 센서가 구성되어 있다.
게이트 전극(14)과, N형 영역(17)의 선단부와, 플로팅 디퓨젼(15)에 의해, 판독 트랜지스터가 구성되어 있다.
또한, 도시하지 않은 단면에서, 실리콘 기판(4)의 표면측 부분에, 화소 내의 다른 트랜지스터나 주변부의 회로 소자가 형성되어 있다.
특히, 본 실시예에서는, 수광 센서부가 형성된 실리콘층(실리콘 기판)(4)의 두께 D를 10㎛ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 실리콘층(4)의 두께 D를 5㎛ 이하로 한다.
이것에 의해, 실리콘층(4)의 두께 D가 얇게 형성되어 있기 때문에, 인접하는 화소로의 광의 입사에 의한 혼색의 발생을 억제할 수 있으며, 또한 높은 감도를 실현할 수 있다.
또한, CMOS 센서에서 통상 이용되고 있는 구동 전압(2.5V∼3.3V)의 범위 내에서 설계하여, 약 200㎷/㎛ 이상의 드리프트 전계를 형성할 수 있기 때문에, 이 전계에 의해 표면측으로의 전하의 판독을 확실하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 광 조사에 의한 노이즈도, 표면 조사형 구조의 CMOS형 고체 촬상 소자와 동등하거나 그 이하이다.
실리콘층(4)의 두께 D를 10㎛ 이하로 하였을 때에는, 적외선 영역도 포함시킨 넓은 파장 범위 내에서 높은 감도가 얻어진다.
실리콘층(4)의 두께 D를 5㎛ 이하로 하였을 때에는, 가시광 영역에서 높은 감도를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 구동 전압의 범위 내에서 설계하였을 때에 약 400㎷/㎛ 이상의 드리프트 전계를 형성할 수 있기 때문에, 표면측으로의 전하의 판독을 용이하게 행할 수 있다.
이와 같이, 실리콘층(4)의 두께 D를 5㎛ 이하로 하였을 때에는, 제조가 용이 해지는 이점도 갖는다.
실리콘층(4)의 두께 D가 5㎛를 초과하면, 도 1에 도시하는 구성의 N형 영역(17)을 형성하기 위해서는, 아주 높은 에너지의 이온 주입을 행하거나 이온 주입 전에 산화막 등의 하드 마스크를 형성할 필요가 있다.
이것에 대하여, 실리콘층(4)의 두께 D를 5㎛ 이하로 하였을 때에는, 레지스트 마스크를 이용하여 N형 영역(17)을 형성하는 이온 주입을 행하는 것이 가능해지기 때문에, 용이하게 제조가 가능하다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)에서는, 인접하는 화소의 수광 센서부의 N형 영역(17) 사이에, 화소 분리 영역으로서, P+ 영역(고농도의 P형 영역)(18)이 깊이 방향의 전체에 걸쳐 형성되어 있다.
이것에 의해, 각 화소의 N형 영역(17)을 전기적으로 분리하여, 인접하는 화소 사이에서의 전기적 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)에서는, N형 영역(17)의 이면측, 즉 컬러 필터(5)측에도, P+ 영역(19)이 형성되어 있다.
이것에 의해, 실리콘층(4)의 이면측의 계면 준위에 기인하는 암전류도 저감할 수 있다.
이 고체 촬상 소자(1)에서는, 도 2에 수광 센서부 부근의 단면도를 도시한 바와 같이, 수광 센서부의 N형 영역의 비교적 깊은 위치(이면측 부분)에서, 입사광이 광전 변환되고, 도 2의 화살표로 나타낸 바와 같이, 표면측으로 전하 e-가 이동 해 간다. 상술한 드리프트 전계가 클수록, 이 이동이 원활하게 행해진다.
그리고, 게이트 전극(14)을 온 상태로 함으로써, 전하 e-가 플로팅 디퓨젼(15)에 판독된다.
여기서, 도 1에 도시하는 구성의 고체 촬상 소자(1)에서, 실리콘층의 두께 D와, 수광 센서부에서의 양자 효율의 입사광 L의 파장 의존성과의 관계를 조사하였다.
실리콘층의 두께 D(㎛)와, 수광 센서부에서의 양자 효율의 입사광 L의 파장(㎚) 의존성과의 관계를 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3은, 실리콘층의 두께 D와, 그 두께의 실리콘층 전체에서의 양자 효율을 나타내고 있다. 도 4는, 광 L의 입사측으로부터 1㎛ 마다의 두께 구간에서의 양자 효율(각 부분에서의 흡수 비율)을 나타내고 있으며, 예를 들면 두께 2㎛∼3㎛의 구간은 2.5㎛인 곳에 플롯되어 있다.
도 3으로부터, 청(파장 400㎚ 부근)은 2㎛ 이하, 녹(파장 550㎚ 부근)은 5㎛ 정도로, 각각 100% 흡수된다. 적(파장 750㎚ 부근)은 10㎛이어도 100% 흡수되지는 않는다.
도 4로부터, 실리콘층의 두께를 5㎛로 한 경우, 깊이 4.75∼5.25㎛(트랜지스터의 확산층을 상정)에서 적(750㎚)이 흡수되는 비율은 최대 2%이다. 녹 및 청은 무시할 수 있을 정도로 작다.
또한, 인간의 눈으로 보는 화상 어플리케이션용 고체 촬상 소자에서는, 적외선 컷트 필터를 설치하여, 적외선이 입사되지 않도록 하고 있다.
이 적외선 컷트 필터의 분광 특성을 도 5에 도시한다. 도 5에서는, 증착형 적외선 컷트 필터와 흡수형 적외선 컷트 필터를 함께 나타내고 있다. 통상은 증착형이 사용되며, 도 5에 도시한 바와 같이, 파장 650㎚ 이하의 광은 거의 투과하지만, 파장 650㎚보다 긴 파장의 광은 컷트되는 특성을 갖고 있다.
따라서, 인간의 눈으로 보는 화상 어플리케이션용 고체 촬상 소자에서는, 650㎚보다도 긴 파장측에 감도를 가질 필요가 없다. 덧붙여서, 감시용인 경우에는, 적외선에도 감도를 갖고 있는 편이 좋다.
실리콘층(4)의 두께 D가 5㎛ 이하이더라도 파장 650㎚ 이하의 광에 대한 감도가 충분히 얻어지기 때문에, 인간의 눈으로 보는 화상 어플리케이션용 고체 촬상 소자에서는, 본 실시예의 구성으로 함으로써, 충분히 높은 감도를 얻을 수 있다.
또한, 2차원 파동 해석에 의해, 표면 조사형 구조의 CMOS 센서에서의 회절 광에 의한 혼색의 발생을 조사한 바, 수 % 정도 존재하는 것을 알았다.
이것에 대하여, 이면 조사형 구조의 CMOS 센서에서는, 회절 광에 의한 혼색은 거의 발생하지 않아, 파동 해석의 검출 한계 이하(0.1% 이하)로 된다.
단, 이면 조사형 구조의 CMOS 센서에서는, 이면으로부터 입사한 광이 표면측의 소자(예를 들면, 트랜지스터)에 영향을 미쳐 노이즈원으로 될 가능성이 있다.
따라서, 실리콘층의 두께를 예를 들면 5㎛로 함으로써, 이면으로부터 입사한 광에 의한 표면측의 소자(예를 들면, 트랜지스터)에 대한 영향을 억제할 수 있어서, 토탈 노이즈의 양을 표면 조사형 구조의 CMOS 센서보다도 저감할 수 있다.
상술한 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)의 구성에 따르면, 수광 센서부가 형 성된 실리콘층(4)의 배선부(3)의 측(표면측)과는 반대측(이면측)에 온 칩 렌즈(6) 등을 배치하고, 이 이면측으로부터 광 L을 입사시키는 이면 조사형 구조로 되어 있으며, 온 칩 렌즈(6)와 수광 센서부 사이에 배선층(12)이 없어서, 배선층(12)에 의한 입사광의 케라레를 발생하지 않는다. 이것에 의해, 수광 센서부의 면적이 동일하여도 입사광량을 늘릴 수 있음과 함께, 수광 센서부의 면적을 늘리거나 N형 영역(17)의 패턴 형상을 광이 입사하기 쉽도록 설정하는 것도 가능해져서, 감도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 주변 화소에서의 셰이딩의 발생을 억제할 수 있다.
이면 조사형 구조로 되어 있기 때문에, 이 도 1에 도시하는 고체 촬상 소자(1)에서는, 배선부(3)에 광을 통과시킬 필요가 없어서, 배선층(12)의 배치 레이아웃이나 설계의 자유도가 커지기 때문에, 예를 들면 배선층(13)의 막 두께나 저항을 최적화할 수 있다.
이것에 의해, 각 화소의 고체 촬상 소자(1)를 보다 미세화하여, 고집적화나 소형화를 도모할 수 있다. 표면 조사형 구조에서는, 100만 화소 이상의 CMOS 센서를 구성하는 것이 곤란하지만, 본 실시예의 구성에서는 100만 화소 이상으로 하는 것이 용이하게 실현 가능해진다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)의 구성에 따르면, 실리콘층(4)의 두께 D가 10㎛ 이하, 보다 바람직하게는, 5㎛ 이하로 되기 때문에, 실리콘층이 수십 ㎛ 정도의 두께인 종래의 이면 조사형 구조의 구성과 비교하여도, 실리콘층(4)의 두께 D가 얇아져 있어서, 렌즈(6)와 수광 센서부의 N형 영역(17) 간의 거리를 보다 짧게 할 수 있기 때문에, 이 점에서도 감도의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 인접 화소 로의 입사에 의한 혼색의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해, 화소의 미세화를 도모한 경우에도, 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 실리콘층(4)의 두께 D가 얇아짐으로써, 통상의 전압(2.5V∼3.3V)의 범위 내에서 설계한 경우에, 드리프트 전계를 강하게 형성할 수 있어서, 이면측에서 광전 변환된 전하를 용이하게 표면측에 판독할 수 있다.
이것에 의해, 수광 센서부에 축적되는 전하량을 늘리더라도 전하의 판독을 충분히 행할 수 있기 때문에, 축적되는 전하량을 늘려서 다이내믹 레인지를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)의 구성에 따르면, 각 화소의 수광 센서부의 포토다이오드를 구성하는 N형 영역(17) 사이에, 실리콘층(4)의 두께 전체에 걸쳐, 화소 분리 영역으로서 P+ 영역(18)이 형성되어 있음으로써, 전기적으로도 화소를 분리할 수 있어서, 인접하는 화소와의 전기적 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)의 구성에 따르면, 실리콘층(4)의 N형 영역(17)의 이면측에도 P+ 영역(19)이 설치되어 있음으로써, 표면측(양전하 축적 영역(16))과 마찬가지로, 이면측에도 소위 HAD(Hole Accumulated Diode) 구조가 형성되어 있다. 이것에 의해, 이면측의 실리콘층(4)의 계면 부근에서의 암전류의 발생을 억제할 수 있다.
그리고, 본 실시예의 고체 촬상 소자(1)는, CMOS 센서(CMOS형 고체 촬상 소자)이기 때문에, CCD 고체 촬상 소자로 문제가 되는 스미어의 발생도 발생하지 않 는다.
계속해서, 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 일 실시예로서, 도 1의 고체 촬상 소자(1)와 마찬가지의 구성의 이면 조사형 구조를 갖는 고체 촬상 소자를 제조하는 방법을 설명한다.
본 실시예에서는, 도 6에 단면도를 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(23)에, 중간층(22)으로서 실리콘 산화막(SiO2막)을 개재하여 실리콘층(21)을 형성하여 이루어지는 SOI 기판(24)을 사용한다.
SOI 기판(24)은, 전체 두께를 예를 들면 725㎛ 이하, 실리콘층(21)의 두께를 10㎛ 이하(보다 바람직하게는, 5㎛ 이하)로 한다.
먼저, 도 7의 (a)에 도시한 바와 같이, SOI 기판(24)의 실리콘층(21)에, 포토다이오드를 구성하는 N형 영역(17)의 주요부(이면측의 부분)로 되는 N형 영역(25)과, 이면측의 P+ 영역(19)을 각각 이온 주입에 의해 형성한다. 또한, 아울러 컬러 필터나 온 칩 렌즈의 위치 정렬을 위한 정합 마크(26)도 형성한다.
다음으로, 도 7의 (b)에 도시한 바와 같이, 제1 지지 기판(31)의 일면에 접착층(32)을 형성하고, 이 접착층(32)을 개재하여, 제1 지지 기판(31)을 SOI 기판(24)의 실리콘층(21)에 접착한다. 그리고, 예를 들면 1100℃의 열 처리를 실시함으로써, 접착을 행한다. 이 때에, 실리콘층(21)의 N형 영역(25)이나 P+ 영역(19)의 불순물이 활성화된다.
다음으로, 도 7의 (c)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼의 상하를 반전한다.
계속해서, 예를 들면, 백 그라인드법이나, CMP(화학적 기계적 연마)법이나, 웨트 에칭 등에 의해, 실리콘층(21) 위에 있는 실리콘 기판(23) 및 중간층(22)을 순차적으로 제거한다. 이것에 의해, 도 8의 (d)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21)이 노출된다.
다음으로, 실리콘층(21) 위에 얇은 절연막을 개재하여 판독 트랜지스터의 게이트 전극(14)을 형성한다. 또한, 실리콘층(21)에 대하여 표면측으로부터 N형 불순물의 이온 주입을 행하여, 포토다이오드를 구성하는 N형 영역(17)의 나머지 표면측의 부분으로 되는 N형 영역(27)과, N형 영역으로 이루어지는 플로팅 디퓨젼(15)을 형성한다. 또한, 실리콘층(21)에 대하여 표면측으로부터 P형 불순물의 이온 주입을 행하여, N형 영역(27)의 표면에 P형(P+)의 양전하 축적 영역(16)을 형성한다(이상 도 8의 (e) 참조).
이것에 의해, 이면측으로부터 형성한 N형 영역(25)과 표면측으로부터 형성한 N형 영역(27)에 의해, 수광 센서부의 N형 영역(17)이 형성된다.
계속해서, 도 8의 (f)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21) 위에, 층간 절연층(11)을 개재하여 다층의 배선층(12)이 형성되어 이루어지는 배선부(3)를 형성한다.
또한, 도시하지 않지만, 배선부(3)의 상면에 보호막을 형성한다. 이 보호막은 배선부(3)가 흡습하여 배선층(12)에 악영향을 미치게 하지 않도록 하기 위한 것이며, 예를 들면 플라즈마 CVD법에 의해 실리콘 질화막을 형성한다.
다음으로, 도 9의 (g)에 도시한 바와 같이, 제2 지지 기판(33)의 일면에 접 착층(34)을 형성하고, 이 접착층(34)을 개재하여, 제2 지지 기판(33)을 배선부(3) 위에 접착한다. 그리고, 400℃ 이하의 열 처리를 실시함으로써, 접착을 행한다. 금회의 열 처리는, 배선층(12)을 형성한 후이기 때문에, 배선층(12)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 400℃ 이하의 저온으로 하고 있다. 이 경우의 접착층(34)으로서는, SOG(스핀 온 글라스)나, 금속 접합이 가능한 금속층을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 9의 (h)에 도시한 바와 같이, 다시 웨이퍼를 반전시킨다.
계속해서, 예를 들면, 백 그라인드법이나, CMP(화학적 기계적 연마)법이나, 웨트 에칭 등에 의해, 실리콘층(21) 위에 있는 제1 지지 기판(31) 및 접착층(32)을 제거한다. 이것에 의해, 도 10의 (i)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21)이 노출된다.
다음으로, 도 10의 (j)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21) 위에 반사 방지막(28)을 형성하고, 그 위에 컬러 필터(5) 및 온 칩 렌즈(6)를 순차적으로 형성한다. 도시하지 않지만, 외부 단자 접속용 등의 패드 전극의 형성도 행한다.
이와 같이 하여, 이면 조사형 구조의 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
덧붙여서, 도 1에 도시하는 고체 촬상 소자(1)와 같은 CMOS 센서에서는, 촬상부를 구성하는 고체 촬상 소자(1)와 함께 고체 촬상 소자(1)의 구동이나 제어 등을 행하기 위한 주변 회로부가 동일한 반도체 칩에 형성된다.
따라서, 도시하지 않지만, 수광 센서부의 반도체 영역을 형성할 때에, 주변 회로부의 트랜지스터 등의 반도체 영역도 형성된다. 마찬가지로, 배선층(12)으로서, 주변 회로부의 배선도 형성된다.
상술한 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 도 1에 도시한 고체 촬상 소자(1)와 마찬가지의 구성의 고체 촬상 소자, 즉 수광 센서부가 형성된 실리콘층의 두께가 10㎛ 이하(보다 바람직하게는, 5㎛ 이하)인 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 가시광 영역에서 충분히 높은 감도가 얻어져서, 인접하는 화소로의 광의 입사에 의한 혼색이나 셰이딩, 인접하는 화소와의 전기적 혼색을 억제할 수 있어서, 다이내믹 레인지의 향상을 도모할 수 있으며, 또한 스미어의 발생이 없는 구성의 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
본 실시예에서는, 실리콘층(21)이 미리 SOI 기판(24)에 형성된 것이기 때문에, 실리콘층(21)의 계면이 비교적 안정되어 있어서, 도 13에 도시하는 구성보다도 계면에서 발생하는 암전류를 저감할 수 있다.
또한, 실리콘층(21)의 두께의 제어성이 양호하여, 분광 특성을 안정시킬 수 있기 때문에, 제조 수율을 양호하게 할 수 있다.
더구나, 실리콘층(21)에 대해서는 표면측에 배선부(3)를 형성하고, 이면측에 제1 지지 기판(31)을 접합시키며, 후에 이 제1 지지 기판(31)을 제거함으로써, 실리콘층(21)을 연마하지 않기 때문에, 실리콘층(21)에 기계적 손상이 가해지지 않는다.
또한, 본 실시예에서는, SOI 기판(24)을 사용하고 있기 때문에, 예를 들면 기존의(시판되어 있음) 저가의 SOI 기판(24)을 이용하여, 보다 저렴한 비용으로 고체 촬상 소자를 제조하는 것도 가능해진다.
특히, 본 실시예의 제조 방법에서는, 제1 지지 기판(31)의 접합 시의 비교적 고온의 열 처리에 의해, 실리콘층(21)의 활성층의 계면의 결정성을 향상시킬 수 있어서, 노이즈가 적은 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다. 덧붙여서, 이면측의 P+ 영역(19)을 이면측으로부터 실리콘층(21)으로 이온 주입하여 형성하기 때문에, P+ 영역(19)의 위치를 실리콘층(21)의 이면측의 계면 부근으로 제어하는 것이 용이하다.
다음으로, 본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법의 다른 실시예로서, 도 1의 고체 촬상 소자(1)와 마찬가지의 구성의 이면 조사형 구조를 갖는 고체 촬상 소자를 제조하는 것 이외의 방법을 설명한다.
본 실시예에서도, 도 6에 단면도를 도시하는 SOI 기판(24)을 사용한다.
단, SOI 기판(24)은, 전체 두께를, 예를 들면 725㎛, 중간층(SiO2막)(22)의 두께를 예를 들면 10㎛ 이하로 하고, 실리콘층(21)의 두께를 10㎛ 이하(보다 바람직하게는, 5㎛ 이하)로 한다.
먼저, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, SOI 기판(24)의 실리콘층(21)에, 포토다이오드를 구성하는 N형 영역(17)과, 이면측의 P+ 영역(19)과, 표면측의 P+ 영역(16)과, 플로팅 디퓨젼(15)으로 되는 N형 영역을 각각 이온 주입에 의해 형성한다. 또한, 아울러 컬러 필터나 온 칩 렌즈의 위치 정렬을 위한 정합 마크(26)도 형성한다. 덧붙여서, N형 영역(17)은 상부와 하부의 패턴이 상이하기 때문에, 예를 들면 하부를 형성하는 이온 주입과 상부를 형성하는 이온 주입의 2회로 나눠 형성한다.
이 때, 실리콘층(21)의 두께가 5㎛ 이하인 경우에는, 포토레지스트(도시 생 략)를 마스크로서 이용하여 이온 주입을 행할 수 있지만, 실리콘층(21)의 두께가 5㎛를 초과하는 경우에는, 산화막 등에 의한 하드 마스크를 이용하여 비교적 높은 에너지로 이온 주입을 행할 필요가 있다.
다음으로, 실리콘층(21) 상에 얇은 절연막을 개재하여 판독 트랜지스터의 게이트 전극(14)을 형성한다.
계속해서, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21) 위에, 층간 절연층(11)을 개재하여 다층의 배선층(12)이 형성되어 이루어지는 배선부(3)를 형성한다.
또한, 도시하지 않지만, 배선부(3)의 상면에 보호막을 형성한다. 이 보호막은, 배선부(3)가 흡습하여 배선층(12)에 악영향을 미치지 않도록 하기 위한 것이며, 예를 들면 플라즈마 CVD법에 의해 실리콘 질화막을 형성한다.
다음으로, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 제1 지지 기판(31)의 일면에 접착층(32)을 형성하고, 이 접착층(32)을 개재하여, 제1 지지 기판(31)을 배선부(3) 위에 접착한다. 그리고, 400℃ 이하의 열 처리를 실시함으로써, 접착을 행한다. 이 열 처리는, 배선층(12)을 형성한 후이기 때문에, 배선층(12)에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 400℃ 이하의 저온으로 하고 있다. 이 경우의 접착층(32)으로서는, 앞의 실시예와 마찬가지로, SOG(스핀 온 글라스)나, 금속 접합이 가능한 금속층을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 12의 (d)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼를 반전시킨다.
계속해서, 예를 들면, 백 그라인드법이나, CMP법이나, 웨트 에칭 등에 의해, 이면측을 에칭하여, SOI 기판(24)의 실리콘 기판(23)과 중간층(SiO2막)(22)을 제거한다. 이것에 의해, 도 12의 (e)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21)이 노출된다.
다음으로, 도시하지 않지만, 실리콘층(21)의 상면을 산화하여 산화막을 형성한다.
그 후, 도 12의 (f)에 도시한 바와 같이, 실리콘층(21) 위에 반사 방지막(28)을 형성하고, 그 위에 컬러 필터(5) 및 온 칩 렌즈(6)를 순차적으로 형성한다. 도시하지 않지만, 외부 단자 접속용 등의 패드 전극의 형성도 행한다.
이와 같이 하여, 이면 조사형 구조의 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
덧붙여서, 이 경우에도, 수광 센서부의 반도체 영역을 형성할 때에, 주변 회로부의 트랜지스터 등의 반도체 영역도 형성된다. 마찬가지로, 배선층(12)으로서, 주변 회로부의 배선도 형성된다.
상술한 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 도 1에 도시한 고체 촬상 소자(1)와 마찬가지의 구성의 고체 촬상 소자, 즉 수광 센서부가 형성된 실리콘층의 두께가 10㎛ 이하(보다 바람직하게는, 5㎛ 이하)의 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 제조 방법에 따르면, 가시광 영역에서 충분히 높은 감도가 얻어져서, 인접하는 화소로의 광의 입사에 의한 혼색이나 셰이딩, 인접하는 화소와의 전기적 혼색을 억제할 수 있어서, 다이내믹 레인지의 향상을 도모할 수 있으며, 또한 스미어의 발생이 없는 구성의 고체 촬상 소자를 제조할 수 있다.
본 실시예에서는, 실리콘층(21)이 미리 SOI 기판(24)에 형성된 것이기 때문 에, 실리콘층(21)의 계면이 비교적 안정되어 있어서, 도 13에 도시하는 구성보다도 계면에서 발생하는 암전류를 저감할 수 있다.
또한, 실리콘층(21)의 두께의 제어성이 양호하여, 분광 특성을 안정시킬 수 있기 때문에, 제조 수율을 양호하게 할 수 있다.
더구나, 실리콘층(21)에 대해서는 표면측에 배선부(3)를 형성하고, 이면측의 실리콘 기판(23) 및 중간층(22)을 제거하기 때문에, 실리콘층(21)을 연마하지 않아서, 실리콘층(21)에 기계적 손상이 가해지지 않는다.
또한, 본 실시예에서는, SOI 기판(24)을 사용하고 있기 때문에, 예를 들면 기존의(시판되어 있음) 저가인 SOI 기판(24)을 이용하여, 보다 저렴한 비용으로 고체 촬상 소자를 제조하는 것도 가능해진다.
특히, 본 실시예의 제조 방법에서는, 열 처리가 비교적 저온인 400℃ 이하이기 때문에, 실리콘층의 포토레지스터 이외의 부분에 형성되는 트랜지스터의 소스/드레인 등의 불순물 영역에 대한 열 처리의 영향이 적어진다. 이것에 의해, 최신 디자인 룰을 적용하여 트랜지스터의 채널 길이를 보다 짧게 하는 것이 가능해지기 때문에, 용이하게 미세화를 도모할 수 있다.
덧붙여서, SOI 기판(24)의 실리콘층(21)의 두께에 예를 들면 10% 정도의 변동이 있는 경우에는, 분광 특성에는 거의 영향을 미치지 않지만, 동일한 조건에서 이온 주입하여도 N형 영역(17)의 깊이나 이면측의 P+ 영역(19)의 위치에 변동이 발생되는 경우가 있다.
이면측의 P+ 영역(19)이 이면측의 실리콘층(21)의 계면보다도 깊은 위치에 형성되면, 암전류를 억제하는 효과가 약해져서 노이즈가 발생하기 때문에 바람직하지 못하다. 한편, 이면측의 P+ 영역(19)이 실리콘층(21)의 계면보다도 얕은 위치에 형성되면, 전기적 배리어로 되게 되어, 판독하는 것이 가능한 전하량이 적어져서, 감도가 저하된다.
이 실리콘층(21)의 두께에 있어서의 변동에 대한 유효한 방책으로서는, SOI 기판(24)의 웨이퍼의 실리콘층(21)의 두께를 측정함으로써, 예를 들면 실리콘층(21)의 두께가 거의 동등(변동이 문제가 되지 않을 정도인 범위 내)한 웨이퍼를 선정하여 사용하는 것이나, 예를 들면 실리콘층(21)의 두께에 따라 이온 주입의 조건(에너지 등)을 변경하도록 제어하는 것을 생각할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, N형 영역(17) 및 이면측의 P+ 영역(19)을 실리콘층(21)의 표면측으로부터 이온 주입하여 형성하고 있지만, 비교적 낮은 온도에서 주입한 이온의 활성화를 행하는 것이 가능해지면, 실리콘 기판(23)을 제거한 후(도 12의 (e)의 공정 후)에 이면측으로부터 이온 주입하여 N형 영역(17)의 이면측의 부분이나 P+ 영역(19)을 형성하는 것도 가능하다. 즉, 앞의 실시예의 제조 방법과 같이, 표면측과 이면측으로 2회로 나눠 이온 주입하는 것이 가능해진다.
또한, 상술한 각 실시예에서는, 수광 센서부의 광전 변환이 행해지는 영역을 N형 영역(17)으로 하고, N형 영역(17)의 표면측과 이면측에 각각 P+ 영역(16, 19)을 형성한 구성으로 되어 있지만, 본 발명에서는 각각 역도전형으로 한 구성에도 적용하는 것이 가능하다.
덧붙여서, 상술한 제조 방법의 각 실시예에서는, 중간층(22)에 SiO2막을 이용한 SOI 기판(24)을 사용하였지만, 본 발명의 제조 방법에서는 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하는 것이며, 중간층으로서 그 밖의 재료, 예를 들면 다공성 실리콘 등의 박리가 용이한 재료를 형성한 적층 기판을 사용하는 것도 가능하다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 기타 여러가지 구성을 취득할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자에 따르면, 소위 이면 조사형 구조가 형성되어 있음으로써, 감도를 향상할 수 있어서, 주변 화소에서의 셰이딩의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 또한 실리콘층의 두께를 10㎛ 이하로 함으로써, 적외선 영역도 포함시킨 넓은 파장 범위 내에서 높은 감도가 얻어져서, 충분한 드리프트 전계를 형성하여 표면측으로의 전하의 판독을 확실하게 행하는 것이 가능해진다.
또한, 렌즈와 수광 센서부의 반도체 영역 간의 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 인접 화소로의 입사에 의한 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자에 따르면, 소위 이면 조사형 구조가 형성되어 있 음으로써, 감도를 향상할 수 있어서, 주변 화소에서의 셰이딩의 발생을 억제할 수 있음과 함께, 또한 실리콘층의 두께를 5㎛ 이하로 함으로써, 가시광 영역에서 높은 감도가 얻어져서, 비교적 강한 드리프트 전계를 형성하여 표면측으로 전하를 판독하는 것이 용이해진다.
또한, 렌즈와 수광 센서부의 반도체 영역 간의 거리를 짧게 할 수 있기 때문에, 인접 화소로의 입사에 의한 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 수광 센서부의 반도체 영역을 형성할 때의 이온 주입을, 예를 들면 포토레지스트만을 마스크로서 이용하여, 용이하게 행하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따르면, 높은 감도가 얻어져서, 표면측으로 전하를 판독할 수 있는 이면 조사형 구조의 고체 촬상 소자를 실현할 수 있다.
또한, 이면 조사형 구조이기 때문에 배선층의 배치 레이아웃이나 설계의 자유도가 커짐과 함께, 실리콘층이 얇기 때문에 인접 화소로의 입사에 의한 혼색의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 화소의 미세화를 도모하는 것이 용이해진다. 이것에 의해, 고체 촬상 소자의 화소의 미세화에 의해, 고체 촬상 소자의 고집적화나 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 각각의 상기 본 발명의 고체 촬상 소자에서, 수광 센서부의 각 화소 사이에 두께 방향의 전체에 걸쳐 소자 분리 영역이 형성되어 있는 구성으로 하였을 때에는, 소자 분리 영역에 의해 전기적으로 화소를 분리할 수 있어서, 인접하는 화소와의 전기적 혼색을 방지할 수 있다.
또한, 각각의 상기 본 발명의 고체 촬상 소자에서, 수광 센서부를 구성하는 제1 도전형의 영역에 대하여, 이면측의 실리콘층의 계면 부근에 제2 도전형의 영역이 형성되어 있는 구성으로 하였을 때에는, 실리콘층의 이면측의 계면 부근에서, 계면 부근에서 발생하는 암전류의 양을 저감할 수 있다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 따르면, 실리콘층 위에 제1 지지 기판을 접합시키고, 적층 기판의 실리콘 기판 및 중간층을 제거한 후에 실리콘층의 상방에 배선부를 형성하며, 배선부 위에 제2 지지 기판을 접합시키고, 제1 지지 기판을 제거하여 실리콘층을 노출시킴으로써, 실리콘층의 계면이 안정되어 있으며, 또한 실리콘층의 두께를 제어하여 고체 촬상 소자의 분광 특성을 안정화시킬 수 있기 때문에, 분광 특성이 양호한 고체 촬상 소자를 수율이 높게 제조할 수 있다.
또한, 실리콘층이 얇은 적층 기판을 사용하면, 수광 센서부의 반도체 영역이 형성된 실리콘층이 얇은 구성의 고체 촬상 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
특히, 실리콘층에 제1 지지 기판을 접합시킬 때에, 예를 들면 1100℃ 정도의 비교적 고온의 열 처리를 행하여, 실리콘층의 반도체 영역의 불순물을 활성화함과 함께, 실리콘층의 계면의 결정성을 양호하게 하는 것이 가능하여, 이것에 의해 노이즈가 매우 적은 고체 촬상 소자를 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명의 고체 촬상 소자의 제조 방법에 따르면, 실리콘층의 상방에 배선부를 형성하고, 그 후에 배선부 위에 지지 기판을 접합시키며, 실리콘 기판 및 중간층을 제거하여 실리콘층을 노출시킴으로써, 실리콘층의 계면이 안정되어 있으며, 또한 실리콘층의 두께를 제어하여 고체 촬상 소자의 분광 특성을 안정화시킬 수 있기 때문에, 분광 특성이 양호한 고체 촬상 소자를 수율이 높게 제조할 수 있다.
또한, 실리콘층이 얇은 적층 기판을 사용하면, 수광 센서부의 반도체 영역이 형성된 실리콘층이 얇은 구성의 고체 촬상 소자를 용이하게 제조할 수 있다.
특히, 비교적 저온의 열 처리에 의해 제조를 행하는 것이 가능하기 때문에, 트랜지스터 등으로의 열 처리의 영향을 적게 하는 것이 가능하고, 이에 따라 피치가 좁은 트랜지스터를 형성하여, 화소의 미세화를 도모하는 것이 용이해진다. 또한, 공정 수의 증가도 적다.

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  7. 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하며,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 공정과,
    상기 실리콘층 위에 제1 지지 기판을 접합시키는 공정과,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘 기판 및 상기 중간층을 제거하는 공정과,
    그 후에, 상기 실리콘 기판 및 상기 중간층을 제거하여 노출된 상기 실리콘층의 표면측의 상방에, 절연층 내에 배선층을 갖는 배선부를 형성하는 공정과,
    상기 배선부 위에 제2 지지 기판을 접합시키는 공정과,
    상기 제1 지지 기판을 제거하여, 상기 실리콘층의 표면측과는 반대의 이면측을 노출시키는 공정
    을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층의 두께를 10㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층의 두께를 5㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실리콘층의 이면측을 노출시키는 공정 후에, 상기 실리콘층의 이면측에, 적어도 반사 방지막, 컬러 필터, 온 칩 렌즈 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  11. 실리콘 기판과 중간층과 실리콘층이 적층된 적층 기판을 사용하며,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층에 수광 센서부의 반도체 영역을 형성하는 공정과,
    상기 실리콘층의 표면측의 상방에, 절연층 내에 배선층을 갖는 배선부를 형성하는 공정과,
    그 후에, 상기 배선부 위에 지지 기판을 접합시키는 공정과,
    상기 실리콘 기판 및 상기 중간층을 제거하여, 상기 실리콘층의 표면측과는 반대의 이면측을 노출시키는 공정
    을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층의 두께를 10㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적층 기판의 상기 실리콘층의 두께를 5㎛ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 실리콘층의 이면측을 노출시키는 공정 후에, 상기 실리콘층의 이면측에, 적어도 반사 방지막, 컬러 필터, 온 칩 렌즈 중 어느 하나를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
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