KR102221993B1 - 고체 촬상 장치 및 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 개시는, 혼색의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있도록 하는 고체 촬상 장치 및 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 PD가 형성되는 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, PD끼리의 사이에 트렌치가 형성되고, 그 트렌치에 절연막이 매입됨과 함께, 반도체 기판의 이면측에 절연막이 적층된다. 그리고, 절연막에 대해 적층되도록, 트렌치에 대응하는 개소에서 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상이 되도록 차광부가 형성된다. 본 기술은, 예를 들면, 이면 조사형의 CMOS형 고체 촬상 소자에 적용할 수 있다.

Description

고체 촬상 장치 및 제조 방법 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE PICKUP APPARATUS, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 개시는, 고체 촬상 장치 및 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히, 혼색의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있도록 한 고체 촬상 장치 및 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것이다.
종래, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 고체 촬상 소자는, 수광부가 되는 포토 다이오드와 복수의 트랜지스터를 갖고서 단위 화소가 형성되고, 복수의 화소가 2차원적으로 배열되어 구성된다. CMOS형 고체 촬상 소자에서는, 그들의 트랜지스터의 각 단자는 다층 배선으로 접속되어 있고, 포토 다이오드에서 발생한 신호 전하는, 각각의 배선을 통하여 소망하는 전압 펄스가 트랜지스터의 단자에 인가됨에 의해, 신호 전류로서 판독된다.
또한, CCD(Charge Coupled Device)형 고체 촬상 소자에서는, 포토 다이오드에서 발생한 신호 전하는, CCD로 구성된 전하 전송부(수직 CCD 및 수평 CCD)를 통과하여, 전하 검출부에 공급된다.
또한, 근래, 포토 다이오드나 트랜지스터 등이 형성되는 소자 기판에 배선층이 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면측에 광이 조사되는 이면 조사형의 촬상 소자가 실용화되어 있다. 이면 조사형의 촬상 소자에서는, 소자 기판의 이면측에서, 광전 변환에 의한 전하가 가장 많이 발생한다. 그 때문에, 소자 기판의 이면 부근에서 광전 변환된 전자가, 인접하는 화소에 누입됨에 의한 혼색이 발생하면 신호 특성이 열화되게 되어, 그와 같은 혼색의 발생을 억제하는 것이 중요해진다.
그런데, 포토 다이오드끼리의 소자 분리를 행하는 불순물의 형성을, 소자 기판의 표면측부터의 이온 주입이나 어닐 등에 의해 행하는 경우, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 고에너지 주입에 의한 방법이 채용된다.
그러나, 이온 주입을 행하는 소자 기판의 표면에서 먼 이면측의 깊은 위치가 될수록, 이온이 확산하여 횡방향에 퍼지게 된다. 이에 의해, 미세한 화소에서는, 소자 기판의 이면 부근의 횡방향의 전계가 약해지기 때문에, 광전 변환한 전자가 인접하는 화소에 누입됨에 의한 혼색을 억제하는 것이 곤란하였다.
그래서, 본원 출원인은, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 소자 기판의 이면에 트렌치를 형성함에 의해 물리적으로 화소를 분리하고, 트렌치부에 메탈을 매입함에 의해 인접하는 화소로의 전하의 누입을 억제하는 방법을 제안하고 있다.
일본 특개2003-318122호 공보 일본 특개2011-3860호 공보
그러나, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 구조에서, 경사 방향에서의 광의 입사를 억제하거나, 셰이딩(shading)의 발생을 억제하거나 하는 수법으로서, 트렌치를 깊게 형성하는 것이 유효하다. 그러나, 깊게 형성한 트렌치에 차광막 메탈을 매입한 경우에는, 메탈 성막에 의해 계면 특성이 악화함에 의해, 암전류에 의한 노이즈나 백점 등이 발생하여 버려, 화질이 열화될 우려가 있다. 그 때문에, 이와 같은 화질의 열화를 회피하면서, 혼색의 발생을 억제하는 것이 요구되고 있다.
본 개시는, 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 혼색의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있도록 하는 것이다.
본 개시된 한 측면의 고체 촬상 장치는, 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 광전 변환부가 형성되는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, 상기 광전 변환부끼리의 사이에 형성되는 홈부와, 상기 홈부에 매입됨과 함께, 상기 반도체 기판의 이면측에 적층되는 절연막과, 상기 절연막에 대해 적층되고, 상기 홈부에 대응하는 개소에서 상기 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 형성되는 차광부를 구비한다.
본 개시된 한 측면의 제조 방법은, 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 광전 변환부가 형성되는 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, 상기 광전 변환부끼리의 사이에 홈부가 형성되고, 상기 홈부에 매입됨과 함께, 상기 반도체 기판의 이면측에 절연막이 적층되고, 상기 절연막에 대해 적층되고, 상기 홈부에 대응하는 개소에서 상기 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 차광부가 형성되는 스텝을 포함한다.
본 개시된 한 측면의 전자 기기는, 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 광전 변환부가 형성되는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, 상기 광전 변환부끼리의 사이에 형성되는 홈부와, 상기 홈부에 매입됨과 함께, 상기 반도체 기판의 이면측에 적층되는 절연막과, 상기 절연막에 대해 적층되고, 상기 홈부에 대응하는 개소에서 상기 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 형성되는 차광부를 갖는 고체 촬상 장치를 구비한다.
본 개시된 한 측면에서는, 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 광전 변환부가 형성되는 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, 광전 변환부끼리의 사이에 홈부가 형성되고, 그 홈부에 절연막이 매입됨과 함께, 반도체 기판의 이면측에 절연막이 적층된다. 그리고, 절연막에 대해 적층되고, 홈부에 대응하는 부분으로 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 차광부가 형성된다.
본 개시된 한 측면에 의하면, 혼색의 발생을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
도 1은 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도.
도 2는 촬상 소자의 단면적인 구성례를 도시하는 도면.
도 3은 촬상 소자를 제조하는 제1의 공정을 설명하는 도면.
도 4는 촬상 소자를 제조하는 제2의 공정을 설명하는 도면.
도 5는 촬상 소자를 제조하는 제3의 공정을 설명하는 도면.
도 6은 촬상 소자를 제조하는 제4의 공정을 설명하는 도면.
도 7은 촬상 소자를 제조하는 제5의 공정을 설명하는 도면.
도 8은 촬상 소자를 제조하는 제6의 공정을 설명하는 도면.
도 9는 촬상 소자를 제조하는 제7의 공정을 설명하는 도면.
도 10은 촬상 소자를 제조하는 제8의 공정을 설명하는 도면.
도 11은 촬상 소자를 제조하는 제9의 공정을 설명하는 도면.
도 12는 촬상 소자의 제1의 변형례를 도시하는 도면.
도 13은 촬상 소자의 제2의 변형례를 도시하는 도면.
도 14는 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도.
이하, 본 기술을 적용한 구체적인 실시의 형태에 관해, 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은, 본 기술을 적용한 촬상 소자의 한 실시의 형태의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 촬상 소자(11)는 CMOS형 고체 촬상 소자이고, 화소 어레이부(12), 수직 구동부(13), 칼럼 처리부(14), 수평 구동부(15), 출력부(16), 및 구동 제어부(17)를 구비하고 구성된다.
화소 어레이부(12)는, 어레이형상으로 배치된 복수의 화소(21)를 갖고 있고, 화소(21)의 행수에 응한 복수의 수평 신호선(22)을 통하여 수직 구동부(13)에 접속되고, 화소(21)의 열수에 응한 복수의 수직 신호선(23)을 통하여 칼럼 처리부(14)에 접속되어 있다. 즉, 화소 어레이부(12)가 갖는 복수의 화소(21)는, 수평 신호선(22) 및 수직 신호선(23)이 교차하는 점에 각각 배치되어 있다.
수직 구동부(13)는, 화소 어레이부(12)가 갖는 복수의 화소(21)의 행마다, 각각의 화소(21)를 구동하기 위한 구동 신호(전송 신호나, 선택 신호, 리셋 신호 등)를, 수평 신호선(22)을 통하여 순차적으로 공급한다.
칼럼 처리부(14)는, 각각의 화소(21)로부터 수직 신호선(23)을 통하여 출력되는 화소 신호에 대해 CDS(Correlated Double Sampling : 상관 2중 샘플링) 처리를 시행함으로써 화소 신호의 신호 레벨을 추출하고, 화소(21)의 수광량에 응한 화소 데이터를 취득한다.
수평 구동부(15)는, 화소 어레이부(12)가 갖는 복수의 화소(21)의 열마다, 각각의 화소(21)로부터 취득된 화소 데이터를 칼럼 처리부(14)로부터 순번대로 출력시키기 위한 구동 신호를, 칼럼 처리부(14)에 순차적으로 공급한다.
출력부(16)에는, 수평 구동부(15)의 구동 신호에 따른 타이밍에서 칼럼 처리부(14)로부터 화소 데이터가 공급되고, 출력부(16)는, 예를 들면, 그 화소 데이터를 증폭하여, 후단의 화상 처리 회로에 출력한다.
구동 제어부(17)는, 촬상 소자(11)의 내부의 각 블록의 구동을 제어한다. 예를 들면, 구동 제어부(17)는, 각 블록의 구동 주기에 따른 클록 신호를 생성하여, 각각의 블록에 공급한다.
또한, 도 1의 우상측에 도시하는 바와 같이, 화소(21)는, PD(24), 전송 트랜지스터(25), FD(26), 증폭 트랜지스터(27), 선택 트랜지스터(28), 및 리셋 트랜지스터(29)를 구비하여 구성된다.
PD(24)는, 광전 변환부이고, 화소(21)에 조사된 광을 수광하여, 그 광의 광량에 응한 전하를 발생하여 축적한다.
전송 트랜지스터(25)는, 수평 신호선(22)을 통하여 수직 구동부(13)로부터 공급되는 전송 신호에 따라 구동하고, 전송 트랜지스터(25)가 온이 되면, PD(24)에 축적되어 있는 전하가 FD(26)에 전송된다.
FD(26)는, 전송 트랜지스터(25)와 증폭 트랜지스터(27)의 게이트 전극과의 접속점에 형성된 소정의 용량을 갖는 부유 확산 영역이고, 전송 트랜지스터(25)를 통하여 PD(24)로부터 전송된 전하를 축적한다.
증폭 트랜지스터(27)는, 전원 전위(VDD)에 접속되어 있고, FD(26)에 축적되어 있는 전하에 응한 레벨의 화소 신호를, 선택 트랜지스터(28)를 통하여 수직 신호선(23)에 출력한다.
선택 트랜지스터(28)는, 수평 신호선(22)을 통하여 수직 구동부(13)로부터 공급되는 선택 신호에 따라 구동하고, 선택 트랜지스터(28)가 온이 되면, 증폭 트랜지스터(27)로부터 출력되는 화소 신호가 수직 신호선(23)에 출력 가능한 상태가 된다.
리셋 트랜지스터(29)는, 수평 신호선(22)을 통하여 수직 구동부(13)로부터 공급되는 리셋 신호에 따라 구동하고, 리셋 트랜지스터(29)가 온이 되면, FD(26)에 축적되어 있는 전하가 전원 전위(VDD)에 배출되어, FD(26)가 리셋된다.
또한, 도 1에 도시되어 있는 촬상 소자(11)에서는, 화소 신호를 출력하는 화소(21)의 선택이 선택 트랜지스터(28)에 의해 행하여지는 회로 구성이 채용되어 있지만, 선택 트랜지스터(28)를 생략한 회로 구성(이른바, 3트랜지스터 구성)을 채용할 수 있다. 또한, 촬상 소자(11)는, 소정수의 PD(24) 및 전송 트랜지스터(25)가, FD(26), 증폭 트랜지스터(27), 선택 트랜지스터(28), 및 리셋 트랜지스터(29)를 공유하는 화소 공유 구조를 채용할 수 있다.
도 2는, 촬상 소자(11)의 단면적인 구성례를 도시하는 도면이다. 또한, 도 2에는, 촬상 소자(11)가 갖는 3개의 화소(21-1 내지 21-3)의 부근의 단면도가 도시되어 있다.
촬상 소자(11)는, 도 2의 상측부터 조사되는 광에 의해 촬상을 행하고, 상측부터 차례로, 온 칩 렌즈(31), 컬러 필터(32), 수광층(33), 다층 배선층(34), 및 지지 기판(35)이 적층되어 구성된다. 즉, 촬상 소자(11)는, 수광층(33)에 대해 다층 배선층(34)이 형성되는 면을 표면으로 하면, 그 반대측이 되는 이면측부터 광이 조사되는, 이른바, 이면 조사형의 CMOS 고체 촬상 소자이다.
온 칩 렌즈(31)는, 소형의 렌즈가 화소(21-1 내지 21-3)마다 배치되어 구성되고, 촬상 소자(11)에 조사되는 광을 화소(21-1 내지 21-3)의 PD(24-1 내지 24-3)마다 집광한다.
컬러 필터(32)는, 소정의 색의 광을 투과하는 필터가 화소(21-1 내지 21-3)마다 배치되어 구성되고, 촬상 소자(11)에 조사되는 광 중, 각각 대응하는 색의 광을 화소(21-1 내지 21-3)의 PD(24-1 내지 24-3)에 조사시킨다.
수광층(33)에서는, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼로 이루어지는 반도체 기판(41)에 대해, 화소(21-1 내지 21-3)마다, PD(24-1 내지 24-3), 전송 트랜지스터(25-1 내지 25-3), 및 FD(26-1 내지 26-3)가 형성된다. 그리고, 수광층(33)에서는, 화소(21-1 내지 21-3)를 분리하도록 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성되고, 고정 전하막(43), 절연막(44), 및 평탄화막(45)이 적층된다. 또한, 수광층(33)에서는, 절연막(44) 및 평탄화막(45)의 사이에, 차광부(46-1 내지 46-3)가 형성된다.
PD(24-1 내지 24-3)는, 반도체 기판(41)의 내부에 P형 영역과 N형 영역이 접합되도록 형성되어 구성되고, 온 칩 렌즈(31)에 의해 집광되어 컬러 필터(32)를 통과한 광을 수광하고, 그 광량에 응한 전하를 발생한다.
전송 트랜지스터(25-1 내지 25-3)는, 반도체 기판(41)의 표면(도 2의 하측을 향하는 면)에 절연막(47-1 내지 47-3)을 통하여 적층되는 게이트 전극(48-1 내지 48-3)을 갖고서 각각 구성된다. 전송 트랜지스터(25-1 내지 25-3)는, PD(24-1 내지 24-3) 및 FD(26-1 내지 26-3) 각각의 사이에 배설된다. 그리고, 게이트 전극(48-1 내지 48-3)에 공급된 전송 신호가 high 레벨이 되면, PD(24-1 내지 24-3)에 축적되어 있는 전하가, 각각 대응하는 전송 트랜지스터(25-1 내지 25-3)를 통하여, FD(26-1 내지 26-3)에 전송된다.
FD(26-1 내지 26-3)는, 반도체 기판(41)의 표면에 접하도록 형성되는 고농도의 N형 영역이고, 각각 대응하는 PD(24-1 내지 24-3)로부터 전송되는 전하를 축적한다.
트렌치(42-1 내지 42-3)는, 반도체 기판(41)의 수광면인 이면(도 2의 상측을 향한 면)에 개구하도록, PD(24-1 내지 24-3)끼리의 사이에 형성되는 홈부이다.
고정 전하막(43)은, 반도체 기판(41)의 이면에서의 계면 부근의 실리콘층을 공핍화시키지 않기 위해 마련된 부의 고정 전하를 갖는 막이고, 반도체 기판(41)의 이면의 형상에 따라 성막된다.
절연막(44)은, 절연성을 갖고 있고, 트렌치(42-1 내지 42-3)의 내부를 충전함과 함께, 반도체 기판(41)의 이면에 적층된다.
평탄화막(45)은, 수광층(33)에 컬러 필터(32)를 적층하기 위해, 차광부(46-1 내지 46-3)가 형성된 면을 평탄화하기 위한 막이다.
차광부(46-1 내지 46-3)는, 화소(21-1 내지 21-3)에 대해 경사 방향에서 입사하는 광을 차광하여, 인접하는 화소(21-1 내지 21-3)끼리 경사 방향에서 입사한 광에 의한 혼색을 방지한다. 예를 들면, 차광부(46-1)는, 화소(21-2)로부터 인접하는 화소(21-1)를 향하는 경사 방향의 광을 차광하여, 그 광이, 화소(21-2)의 컬러 필터(32)를 투과하여 화소(21-1)의 PD(24-1)에 입사하는 것을 방지한다.
또한, 차광부(46-1 내지 46-3)는, 그 차광성을 향상시키기 위해, 반도체 기판(41)측을 향하여 볼록형상이 되도록 형성된다. 또한, 차광부(46-1 내지 46-3)의 길이는, 그 선단이 트렌치(42-1 내지 42-3)에 들어가는 것을 회피하도록 형성된다. 즉, 차광부(46-1 내지 46-3)의 반도체 기판(41)측을 향하는 선단 부분이, 반도체 기판(41)에 형성된 트렌치(42-1 내지 42-3)에 들어가지 않도록 형성된다.
다층 배선층(34)은, 예를 들면, 도 1의 수평 신호선(22) 및 수직 신호선(23)을 구성하는 배선이 층간 절연막(51)의 사이에 다층으로 적층되어 구성되고, 도 2의 구성례에서는, 3층의 배선(52-1 내지 52-3)이 적층되어 있다. 또한, 다층 배선층(34)에는, 배선(52-1 내지 52-3)끼리를 접속하는 관통 전극(53-1 및 53-2), 및, FD(26-1 내지 26-3) 및 배선(42-1)을 접속하는 관통 전극(54-1 내지 54-3)이 형성된다.
지지 기판(35)은, 박막으로 형성되는 수광층(33)의 강도를 확보하고, 수광층(33)을 지지하기 위한 기반이다.
이와 같이 촬상 소자(11)는 구성되어 있고, 경사 방향에서 입사하는 광을 차광부(46)가 차광함에 의해, 인접하는 화소(21)에 광이 누입되는 것을 방지할 수 있고, 혼색의 발생을 억제할 수 있다. 예를 들면, 차광부가 평면적으로 형성되는 구성에서는, 상층의 절연막부에서, 차광 특성을 충분히 얻을 수가 없어서, 혼색의 억제가 불충분하게 되는 것이 상정된다. 이에 대해, 촬상 소자(11)에서는, 차광부(46)가 반도체 기판(41)측을 향하여 볼록형상으로 형성되어 있음에 의해, 차광부가 평면적으로 형성되는 구성보다도, 경사 방향에서의 광에 대한 차광성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해, 촬상 소자(11)에서는, 보다 확실하게 혼색의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 예를 들면, 트렌치(42)의 내부에 까지 차광부(46)가 연재되는 구성에서는, 계면 특성이 악화함에 의해 암전류 및 백점이 악화하는 것이 우려된다. 이에 대해, 촬상 소자(11)에서는, 트렌치(42-1 내지 42-3)에 들어가지 않도록 차광부(46-1 내지 46-3)가 형성되기 때문에, 암전류 및 백점에 대한 개선을 행할 수가 있어서, 화질의 열화를 회피할 수 있다.
또한, 촬상 소자(11)에서는, 트렌치(42)에 절연막(44)을 충전함에 의해, 화소(21)끼리의 소자 분리를 행하고 있기 때문에, 예를 들면, 이온 주입 및 어닐에 의해 소자 분리를 행하는 구성보다도, 보다 확실하게 소자 분리를 행할 수가 있다. 이에 의해, 촬상 소자(11)가 미세화되는 것에 응하여 화소 분리 영역을 가는 폭으로 형성하여도, 혼색을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 촬상 소자(11)에서는, PD(24)의 용량을 증대하는 것, 특히 수광면 부근의 청색 영역에서 PD(24)의 용량을 증대할 수 있기 때문에, 포화 신호량을 증대시킬 수가 있고, 다이내믹 레인지를 개선할 수 있다.
다음에, 도 3 내지 11을 참조하여, 촬상 소자(11)의 제조 방법에 관해 설명한다.
제1의 공정에서, 도 3에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(41)의 표면측(도 3의 상측)부터 행하여지는 이온 주입에 의해, PD(24-1 내지 24-3) 및 FD(26-1 내지 26-3)가 형성된다. 그 후, 반도체 기판(41)의 표면에 대해, 절연막(47-1 내지 47-3) 및 게이트 전극(48-1 내지 48-3)이 적층되어 전송 트랜지스터(25-1 내지 25-3)가 형성된다. 또한, 도시하지 않지만, 그 밖의 트랜지스터, 즉, 도 1의 증폭 트랜지스터(27), 선택 트랜지스터(28), 및 리셋 트랜지스터(29)도, 전송 트랜지스터(25)와 마찬가지로 형성된다.
그리고, 층간 절연막(51)이 적층된 후, 층간 절연막(51)에 대해 콘택트 홀이 형성되고, FD(26-1 내지 26-3) 각각에 접속하도록 관통 전극(54-1 내지 54-3)이 콘택트 홀에 형성된다. 또한, 마찬가지로, 게이트 전극(48-1 내지 48-3)에 접속하도록, 전송 신호를 공급하는 관통 전극(도시 생략)이 형성된다.
제2의 공정에서, 도 4에 도시하는 바와 같이, 층간 절연막(51)에 의해 각각이 절연되도록, 배선(52-1 내지 52-3), 및, 관통 전극(53-1 및 53-2)이 형성됨에 의해, 다층 배선층(34)이 형성된다.
즉, 제1의 공정에서 적층된 층간 절연막(51)에 대해 배선(52-1)이 형성된 후, 층간 절연막(51)이 쌓여, 관통 전극(53-1)이 형성되고, 그 층간 절연막(51)에 대해 배선(52-2)이 형성된다. 또한, 층간 절연막(51)이 쌓여, 관통 전극(53-2)이 형성되고, 그 층간 절연막(51)에 대해 배선(52-3)이 형성된 후, 층간 절연막(51)이 또한 쌓여, 다층 배선층(34)이 형성된다.
제3의 공정에서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 다층 배선층(34)의 상방에서 다층 배선층(34)에 대해 지지 기판(35)이 맞붙여진다.
제4의 공정에서, 도 6에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(41)의 이면측이 상방을 향하도록 반전되고, 반도체 기판(41)이 소망하는 막두께로 될 때까지, 예를 들면, 도시하지 않는 종형의 트랜지스터의 저면이 노출할 때까지, 반도체 기판(41)의 이면이 정밀도 좋게 깎여진다. 이 가공에는, 예를 들면, 화학 기계 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)법이나, 드라이 에칭, 웨트 에칭 등을 이용할 수 있고, 또한, 이러한 수법을 조합시켜서 이용할 수 있다.
제5의 공정에서, 도 7에 도시하는 바와 같이, PD(24-1 내지 24-3) 각각의 사이에서의 소자 분리 영역에, 소정의 깊이로, 예를 들면, 반도체 기판(41)의 이면부터 2㎛ 정도의 깊이로, 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성된다. 트렌치(42-1 내지 42-3)의 형성에는, 예를 들면, 드라이 에칭을 이용할 수 있다.
제6의 공정에서, 도 8에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(41)의 이면의 형상에 따라 고정 전하막(43)이 성막된다. 즉, 고정 전하막(43)은, 반도체 기판(41)의 이면뿐만 아니라, 반도체 기판(41)에 형성되어 있는 트렌치(42-1 내지 42-3)의 측면 및 저면에도 성막된다. 또한, 고정 전하막(43)에는, 예를 들면, ALD(Atomic Layer Deposition)법에 의해 성막된 HfO2(산화하프늄)막을 이용할 수 있다.
제7 및 제8의 공정에서, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 트렌치(42-1 내지 42-3)에 매입되도록, 절연막(44)이 성막된다. 또한, 절연막(44)의 성막에는, 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성되어 있는 개소에 응하여, 절연막(44)의 이면이 V자 형상으로 패여지는 오목부(49-1 내지 49-3)가 형성되는 성막 방법이 채용된다. 예를 들면, ALD법에 의해 SiO2를 성막한 후에, HDP(High Density Plasma)에 의해 산화막을 성막하는 2층구조(적층 구조)에 의해 절연막(44)을 성막함으로써, 오목부(49-1 내지 49-3)가 형성된다.
즉, 제7의 공정에서, 도 9에 도시하는 바와 같이, ALD법에 의해 절연막(44-1)이 성막되고, 제8의 공정에서, 도 10에 도시하는 바와 같이, HDP에 의해 절연막(44-2)이 성막된다. HDP에 의한 성막에서는, 성막과 스퍼터링이 동시에 진행하기 때문에, 도 10에 도시하는 바와 같이, 트렌치(42-1 내지 42-3)의 어깨의 부분에 있어서 직선적으로 깊이 베어지는 것 같은 개략 V자 형상의 오목부(49-1 내지 49-3)가 형성된다.
제9의 공정에서, 도 11에 도시하는 바와 같이, 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성되어 있는 개소에 응하여, 절연막(44)에 대해 차광부(46-1 내지 46-3)가 형성된다. 즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성되어 있는 개소에 응하여 절연막(44)에 오목부(49-1 내지 49-3)가 형성되어 있고, 오목부(49-1 내지 49-3)의 표면 형상에 따라, 차광부(46-1 내지 46-3)가 형성된다. 따라서, 차광부(46-1 내지 46-3)는, 단면 형상이 개략 V자 형상이 되도록 반도체 기판(41)을 향하여 볼록형상이 되도록 형성된다.
예를 들면, 차광부(46-1 내지 46-3)는, 스퍼터법 또는 CVD법에 의해 차광부(46-1 내지 46-3)를 구성하는 메탈이 성막된 후, 차광 구조로서 필요해지는 부분 이외를 제거한 가공이 행하여짐에 의해 형성된다. 또한, 차광부(46-1 내지 46-3)로서는, 예를 들면, 티탄(Ti)과 텅스텐(W)과의 적층막, 또는, 질화티탄(TiN)과 텅스텐(W)과의 적층막을 사용할 수 있다. 또한, 절연막(44)이, 트렌치(42)의 내부에 충전되도록 형성됨에 의해, 차광부(46)는, 그 선단이 트렌치(42)에 들어가는 것이 회피된다.
그 후, 도 2에 도시하는 바와 같이 평탄화막(45)이 적층됨에 의해 수광층(33)이 형성되고, 수광층(33)에 대해 컬러 필터(32) 및 온 칩 렌즈(31)가 적층됨으로써, 촬상 소자(11)가 제조된다.
이상과 같이, 촬상 소자(11)에서는, PD(24)끼리의 사이에 소자 분리를 행하기 위한 트렌치(42)를 형성함에 의해, PD(24)끼리의 사이에 오목부(49)가 형성되도록 절연막(44)을 성막할 수 있다. 따라서, 절연막(44)의 오목부(49)를 이용하여, 용이하게, 반도체 기판(41)측을 향하여 볼록형상이 되는 차광부(46)를 형성할 수 있다. 이에 의해, 혼색의 발생을 확실하게 억제할 수 있는 촬상 소자(11)를 제조할 수 있다.
또한, 차광부(46-1 내지 46-3)의 단면 형상은, 도 2에 도시하는 바와 같은, 개략 V자 형상으로 형성되는 것 이외라도 좋다. 예를 들면, 성막 방법에 의해 절연막(44)의 오목부(49-1 내지 49-3)의 형상을 다르게 할 수 있고, 오목부(49-1 내지 49-3)의 형상에 따라, 차광부(46-1 내지 46-3)의 단면 형상을 개략 V자 형상 이외의 것으로 할 수 있다.
도 12를 참조하여, 촬상 소자(11)의 제1의 변형례에 관해 설명한다. 또한, 도 12에 도시되어 있는 촬상 소자(11')에서는, 온 칩 렌즈(31), 컬러 필터(32), 다층 배선층(34), 및 지지 기판(35)의 도시는 생략되어 있다.
예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 제7의 공정에서, ALD법에 의해 절연막(44-1)이 성막된 후, 도 12의 상측에 도시하는 바와 같이, 제8의 공정에서, P-TEOS(Plasma Tetra Ethyl Oxysilane)에 의해 절연막(44-2')이 성막됨에 의해 절연막(44')이 성막된다. P-TEOS에 의한 성막에서는, 중앙을 향하여 경사가 급구배(急勾配)가 되는 곡선형상으로 표면이 패여진 형상으로 오목부(49-1 내지 49-3)가 형성된다.
따라서 그 후, 제9의 공정에서, 오목부(49-1 내지 49-3)의 표면 형상에 따라 차광부(46a-1 내지 46a-3)가 형성될 때, 도 12의 하측에 도시하는 바와 같이, 그 단면 형상은, 상하면이 곡선상에 반도체 기판(41)을 향하여 볼록형상이 되도록 형성된다.
이와 같이, 절연막(44)의 성막 방법에 의해, 소망하는 형상의 차광부(46-1 내지 46-3)를 형성할 수 있다.
또한, 절연막(44)의 구조는, ALD법에 의해 성막된 절연막(44-1)에 HDP에 의해 성막된 절연막(44-2)이 적층된 구성례(도 9 및 도 10 참조)나, ALD법에 의해 성막된 절연막(44-1)에 P-TEOS에 의해 성막된 절연막(44-2')이 적층된 구성례(도 12 참조)로 한정되는 것이 아니다. 즉, 차광부(46)가, 반도체 기판(41)을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 형성할 수 있으면, 절연막(44)의 구조로서, 이들의 구성례 이외의 구조를 채용할 수 있다. 예를 들면, 절연막(44)의 구조로서, P-TEOS에 의해 성막된 절연막에, ALD법에 의해 성막된 절연막이 적층된 구성이나, P-TEOS에 의해 성막된 단막(單膜)의 구성, ALD법에 의해 성막된 단막의 구성을 채용하여도 좋다.
또한, 차광부(46-1 내지 46-3)는, 예를 들면, 절연막(44)이 평탄하게 되도록 형성된 후에, 트렌치(42-1 내지 42-3)가 형성되어 있는 개소에 응하여 홈부를 형성하고, 그 홈부에 매입되도록 형성하여도 좋다.
즉, 도 13에는, 촬상 소자(11)의 제2의 변형례에가 도시되어 있다. 또한, 도 13에 도시되어 있는 촬상 소자(11")에서는, 온 칩 렌즈(31), 컬러 필터(32), 다층 배선층(34), 및 지지 기판(35)의 도시는 생략되어 있다.
도 13에 도시하는 바와 같이, 차광부(46b-1 내지 46b-3)는, 절연막(44)에 형성되는 홈부에 응하여, 단면 형상이 T자 형상이 되도록 형성되어 있다.
이와 같이, 차광부(46-1 내지 46-3)는, 보다 양호한 차광 특성을 얻을 수 있도록, 반도체 기판(41)을 향하여 돌출하는 볼록형상이 되는 임의의 단면 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같은 촬상 소자(11)는, 예를 들면, 디지털 스틸 카메라나 디지털 비디오 카메라 등의 촬상 시스템, 촬상 기능을 구비하는 휴대 전화기, 또는, 촬상 기능을 구비하는 다른 기기라는 각종의 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 14는, 전자 기기에 탑재되는 촬상 장치의 구성례를 도시하는 블록도이다.
도 14에 도시하는 바와 같이, 촬상 장치(101)는, 광학계(102), 촬상 소자(103), 신호 처리 회로(104), 모니터(105), 및 메모리(106)를 구비하여 구성되고, 정지화상 및 동화상을 촬상 가능하다.
광학계(102)는, 1장 또는 복수장의 렌즈를 갖고서 구성되고, 피사체로부터의 상광(입사광)을 촬상 소자(103)에 유도하고, 촬상 소자(103)의 수광면(센서부)에 결상시킨다.
촬상 소자(103)로서는, 상술한 구성례 또는 변형례의 촬상 소자(11)가 적용된다. 촬상 소자(103)에는, 광학계(102)를 통하여 수광면에 결상된 상에 응하여, 일정 기간, 전자가 축적된다. 그리고, 촬상 소자(103)에 축적된 전자에 응한 신호가 신호 처리 회로(104)에 공급된다.
신호 처리 회로(104)는, 촬상 소자(103)로부터 출력된 신호 전하에 대해 각종의 신호 처리를 시행한다. 신호 처리 회로(104)가 신호 처리를 시행함에 의해 얻어진 화상(화상 데이터)은, 모니터(105)에 공급되어 표시되거나, 메모리(106)에 공급되고 기억(기록)되거나 한다.
이와 같이 구성되어 있는 촬상 장치(101)에서는, 촬상 소자(103)로서, 상술한 바와 같은 구성례 또는 변형례의 촬상 소자(11)를 적용함에 의해, 혼색의 발생이 억제된 양호한 화질의 화상을 얻을 수 있다.
또한, 촬상 소자(11)는, 수광층(33)에 대해 다층 배선층(34)이 적층된 표면측부터 입사광이 조사되는 표면 조사형의 CMOS형 고체 촬상 소자에도 적용할 수 있고, 수광층(33)과 다층 배선층(34)과의 사이에, 차광부(46)가 형성된다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 광을 수광하여 전하를 발생하는 복수의 광전 변환부가 형성되는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판의 수광면측에 개구하도록, 상기 광전 변환부끼리의 사이에 형성되는 홈부와, 상기 홈부에 매입됨과 함께, 상기 반도체 기판의 이면측에 적층되는 절연막과, 상기 절연막에 대해 적층되고, 상기 홈부에 대응하는 개소에서 상기 반도체 기판을 향하여 돌출하는 볼록형상으로 형성되는 차광부를 구비하는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 차광부는, 상기 반도체 기판측의 선단이 상기 홈부에 들어가는 것을 회피하는 길이로 형성되는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 절연막을 성막할 때에, 상기 홈부가 형성된 개소에 응하여 상기 절연막의 표면이 패여지는 오목부가 형성되는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 절연막은, 복수의 층이 적층된 적층 구조에 의해 구성되는 상기 (1)부터 (3)까지의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 홈부가 형성된 상기 반도체 기판의 수광면에 대해, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막이 성막된 후에, 상기 절연막이 성막되는 상기 (1)부터 (4)까지의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 반도체 기판에 배선층이 적층되는 표면에 대해 반대측이 되는 이면에 대해 상기 광이 조사되는 상기 (1)부터 (5)까지의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
또한, 본 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 개시된 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경이 가능하다.
11 : 촬상 소자 12 : 화소 어레이부
13 : 수직 구동부 14 : 칼럼 처리부
15 : 수평 구동부 16 : 출력부
17 : 구동 제어부 21 : 화소
22 : 수평 신호선 23 : 수직 신호선
24 : PD 25 : 전송 트랜지스터
26 : FD 27 : 증폭 트랜지스터
28 : 선택 트랜지스터 29 : 리셋 트랜지스터
31 : 온 칩 렌즈 32 : 컬러 필터
33 : 수광층 34 : 다층 배선층
35 : 지지 기판 41 : 반도체 기판
42 : 트렌치 43 : 전하막
44 : 절연막 45 : 평탄화막
46 : 차광부 47 : 절연막
48 : 게이트 전극 49 : 오목부

Claims (24)

  1. 수광면을 갖는 반도체 기판과,
    상기 반도체 기판에 마련된 복수의 광전 변환 영역과,
    인접하는 상기 광전 변환 영역의 사이에 마련된 트렌치와,
    상기 트렌치의 개구를 매립하여 마련된 절연막과,
    상기 트렌치에 대응하는 위치에 상기 절연막의 윗측에 마련된 금속부를 가지며,
    상기 금속부는 상기 기판으로 향해 볼록 형상이며,
    상기 금속부가 상기 트렌치에 들어가지 않도록 마련되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광전 변환 영역은 적어도 제1 및 제2의 광전 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 광전 변환부는 각각 N형 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    복수의 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 제1 및 제2의 광전 변환부는, 상기 복수의 트랜지스터에 포함된 적어도 하나의 트랜지스터를 공유하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 공유 트랜지스터는, 전하를 플로팅 디퓨전으로부터 회로 노드에 선택으로 배출할 수 있도록 배치된 리셋 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 공유 트랜지스터는, 플로팅 디퓨전의 전위에 대응하는 신호를 신호선에 출력할 수 있도록, 상기 플로팅 디퓨전에 접속된 증폭 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 공유 트랜지스터는, 증폭 트랜지스터의 동작을 선택적으로 허용하도록 배치된 선택트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 광전 변환부와 각각 관련된 제1 및 제2의 전송 트랜지스터를 포함하는 복수의 트랜지스터를 더 구비하고,
    상기 제1 및 제2의 전송 트랜지스터는, 상기 제1 및 제2의 광전 변환부에 의해 공유된 플로팅 디퓨전으로 전하를 선택적으로 전송할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2의 광전 변환부에 배치된 제1의 분리부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    복수의 트랜지스터와,
    수직 구동부를 더 구비하고,
    상기 수직 구동부는 상기 트랜지스터가 구동되도록 구동 신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    신호선과,
    칼럼 처리부를 더 구비하고,
    상기 신호선은 상기 제1 및 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나에 접속되고,
    상기 칼럼 처리부는 상기 신호선에 접속되고, 상기 칼럼 처리부는 상기 제1 및 제2의 광전 변환부 중 적어도 하나로부터의 신호를 디지털 신호로 변환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 칼럼 처리부는 상기 신호의 상관 이중 샘플링을 수행하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 제1측 및 제2측을 포함하고,
    상기 제1측은 상기 수광측이고,
    상기 반도체 기판의 상기 제1측에 인접하여 배치된 복수의 온 칩 렌즈를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 온 칩 렌즈와 상기 반도체 기판의 상기 제1측 사이에 배치된 컬러 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 제1측 및 제2측을 포함하고,
    상기 제1측은 상기 수광측이고,
    상기 반도체 기판의 상기 제1측에 인접하여 배치된 컬러 필터를 더 구비하고,
    상기 절연막은 상기 컬러 필터와 상기 반도체 기판의 상기 제1측 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 제1측 및 제2측을 포함하고,
    상기 제1측은 상기 수광측이고,
    상기 반도체 기판의 상기 제1측에 인접하여 배치된 복수의 컬러 필터와,
    상기 컬러 필터와 상기 반도체 기판의 상기 제1측 사이에 배치된 평탄화막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판은 제1측 및 제2측을 포함하고,
    상기 제1측은 상기 수광측이고,
    상기 금속부는 반도체 기판의 상기 제1측에 인접하여 배치되며,
    상기 금속부는, 컬러 필터와 상기 반도체 기판의 상기 제1측 사이에 배치된 차광층을 형성하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 차광층은 알루미늄, 텅스텐 및 구리 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 수광측에 반대되는 상기 반도체 기판의 측상에 배치된 지지 기판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 수광측에 반대되는 상기 반도체 기판의 측상에 배치된 배선층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 배선층은 전송 트랜지스터에 접속되는 수평 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 배선층은 리셋 트랜지스터에 접속되는 수평 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 배선층은 선택 트랜지스터에 접속되는 수평 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 금속부는 적어도 하나의 금속 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 촬상 장치.
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