KR20180136872A - 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기 Download PDF

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요시하루 쿠도오
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토모유키 히라노
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요이치 우에다
코스케 나카니시
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Abstract

본 기술은, 보다 확실하게 화소 사이를 분리할 수 있도록 한 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다. 고체 촬상 소자는, 광전변환부, 제1의 분리부, 및 제2의 분리부를 갖는다. 광전변환부는, 입사되는 광을 광전변환하고, 광전변환부를 분리하는 제1의 분리부는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성되고, 광전변환부를 분리하는 제2의 분리부는, 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된다. 본 기술은, 카메라 등에 탑재되고, 피사체를 촬영하는 개체 촬상 소자에 응용할 수 있다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
본 기술은, 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히 보다 확실하게 화소 사이를 분리할 수 있도록 한 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 소자에서는 복수의 화소가 배열된다. 그래서 혼색을 막기 위해, 인접하는 화소를 구성하는 광전변환부를 분리할 필요가 있고, 그때문에 여러가지의 제안이 이루어져 있다.
예를 들면 특허 문헌 1에는, 포토다이오드를 형성하기 전에 분리 구조를 형성하고, 고상(固相) 확산의 수법에 의해 트렌치의 표면에 P형 불순물을 확산시켜, P형의 확산층을 형성하는 것이 제안되어 있다.
또한 특허 문헌 2에는, 수광면측에서 트렌치를 형성하고, 포토다이오드 사이의 P형 불순물과 합하여 화소 사이를 분리하는 것이 제안되어 있다.
또한, 특허 문헌 3에는, 포토다이오드의 주변에 트렌치를 형성하고, 그 측벽에 PN 접합을 형성하여, 주변부의 전계(電界)를 강하게 하고, 포화 전하량(Qs)을 크게 하는 것이 제안되어 있다. P형의 불순물층은 이온 주입 또는 고상 확산에 의해 형성되고, N형의 불순물층은 이온 주입에 의해 형성되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본국 특허공보4987917호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2013-157422호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 특개2015-153772호 공보
그렇지만. 특허 문헌 1의 제안에서는, 미세 화소에서는 화소 트랜지스터의 면적에 제약이 있는 외에, 깊이 방향에 오프셋을 갖게 할 필요가 있고, 트렌치 구조에 의한 충분한 분리가 곤란하다.
또한 특허 문헌 2의 제안에서는, 포토다이오드를 형성한 후에 트렌치 구조를 형성하기 때문에 고열(高熱) 처리를 사용할 수가 없다. 그때문에, 불순물의 추가 처리가 곤란해지고, 사전에 트렌치 표면에 P형 확산층을 형성할 필요가 있다.
특허 문헌 3의 제안에서는, N형의 불순물을 이온 주입에 의해 형성하고 있기 때문에, 불순물이 횡방향으로 퍼져 버려, 가파른 PN 접합을 형성할 수가 없고, 전계 강화, 포화 전하량(Qs)의 개선에 한계가 있다.
결국, 이들의 제안에서는, 화소 사이를 충분히 분리하는 것이 곤란하다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 보다 확실하게 화소 사이를 분리할 수 있도록 하는 것이다.
본 기술의 한 측면은, 입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와, 상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와, 상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 고체 촬상 소자이다.
상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층과, P형의 불순물의 제2의 불순물층이 고상(固相) 확산에 의해 형성되어 있을 수 있다.
상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 평행한 방향으로 나열하도록 배치되어 있을 수 있다.
2단의 상기 광전변환부 중 상기 제1의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되고, 상기 제2의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제2의 분리부에 의해 분리되어 있을 수 있다.
2×2개의 상기 광전변환부의 블록의 주위는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되어 있을 수 있다.
상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 수직한 방향으로 나열하도록 배치되어 있을 수 있다.
상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층, P형의 불순물의 제2의 불순물층, 및 열산화막이 형성되어 있을 수 있다.
상기 광전변환부, 및 상기 제1의 분리부 및 상기 제2의 분리부를 갖는 반도체층의 상기 제1의 면측에는 배선층이 배치되고, 상기 제2의 면측에는 광학층이 배치될 수 있다.
본 기술의 한 측면은, 제1의 면측부터, 제1의 트렌치를 형성하는 스텝과, 상기 제1의 트렌치에 광전변환부를 분리하기 위한 제1의 분리부를 형성하는 스텝과, 상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터, 제2의 트렌치를 형성하는 스텝과, 상기 제2의 트렌치에 상기 광전변환부를 분리하기 위한 제2의 분리부를 형성하는 스텝을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법이다.
본 기술의 한 측면은, 피사체를 촬영하는 고체 촬상 소자와, 상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고, 상기 고체 촬상 소자는, 입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와, 상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와, 상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 전자 기기이다.
본 기술의 한 측면은, 입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와, 상기 광전변환부를 분리하는 분리부를 구비하고, 상기 분리부는, 상기 광전변환부를 분리하기 위한 트렌치에 형성된 N형 및 P형의 불순물층과, 상기 불순물층의 위에 형성된 열산화막을 구비하는 고체 촬상 소자이다.
상기 불순물층은, 고상 확산에 의해 형성되어 있을 수 있다.
상기 N형의 불순물층은, 상기 트렌치의 전송 게이트측에만 형성되고, 상기 전송 게이트와 반대측에는 형성되지 않을 수 있다.
상기 트렌치 내에는, 소정의 전압이 걸리는 매입막(埋入膜)이 매입되어 있을 수 있다.
상기 열산화막상에, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막이 형성될 수 있다.
상기 분리부는, 화소의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있을 수 있다.
상기 트렌치는, 상기 광전변환부 및 상기 분리부를 갖는 반도체층의 배선층이 배치되는 측의 제1의 면측부터 형성되고, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측에는 광학층이 배치될 수 있다.
상기 불순물층은, 경사(斜め) 이온 주입, 플라즈마 도핑, 에피택셜 성장, 또는 기상(氣相) 확산에 의해 형성되어 있을 수 있다.
본 기술의 한 측면에서는, 광전변환부가, 렌즈를 통하여 입사되는 광을 광전변환하고, 배선층이, 광전변환부에 대해 신호를 송수(送受)하는 배선이 렌즈와 반대측에 배치되고, 분리부가, 인접하는 광전변환부를, 배선층이 배치되는 측부터 형성된 제1의 트렌치에 의한 제1의 분리부와, 렌즈가 배치되는 측부터 형성된 제2의 트렌치에 의한 제2의 분리부에 의해 분리한다.
이상과 같이, 본 기술의 한 측면에 의하면, 보다 확실하게 화소 사이를 분리할 수 있다. 또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고, 한정되는 것이 아니고, 또한 부가적인 효과가 있어도 좋다.
도 1은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 2는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 3은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트.
도 4는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 5는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 6은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 7은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 8은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 9는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 10은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 11은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 12는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 13은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 14는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 15는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 16은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 17은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 18은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 19는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 20은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 21은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 22는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 23은 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 24는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 25는 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 26은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 27은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 28은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 특성을 설명하는 도면.
도 29는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트.
도 30은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 31은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 32는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 33은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 34는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 35는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 36은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 37은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 38은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 39는 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면.
도 40은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트.
도 41은 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 42는 본 기술의 제3의 실시의 형태의 전자 기기의 구성을 설명하는 도면.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 실시의 형태에 관해 설명한다. 또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.
1.제1의 실시의 형태 : FDTI와 RDTI의 조합(도 1 내지 도 25)
(1) 고체 촬상 소자의 개략 구성례(도 1)
(2) FDTI와 RDTI의 조합의 구성(도 2, 도 10, 도 11)
(3) 고체 촬상 소자의 제조 방법(도 3 내지 도 9)
(4) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 1(도 12, 도 13)
(5) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 2(도 14, 도 15)
(6) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 3(도 16, 도 17)
(7) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 4(도 18, 도 19)
(8) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 5(도 20, 도 21)
(9) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 6(도 22, 도 23)
(10) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 7(도 24, 도 25)
2. 제2의 실시의 형태 : FDTI(도 26 내지 도 41)
(1) FDTI의 구성(도 26, 도 27, 도 28)
(2) FDTI의 제조 방법(도 29, 도 30, 도 31)
(3) FDTI의 다른 구성 1(도 32)
(4) FDTI의 다른 구성 2(도 33)
(5) FDTI의 다른 구성 3(도 34)
(6) FDTI의 다른 구성 4(도 35)
(7) FDTI의 다른 구성 5(도 36)
(8) FDTI의 다른 구성 6(도 37)
(9) FDTI의 다른 구성 7(도 38)
(10) FDTI의 다른 구성 8(도 39)
(11) FDTI의 다른 제조 방법(도 40, 도 41)
3. 제3의 실시의 형태 : (고체 촬상 소자를 이용한 전자 기기)(도 42)
4. 기타
<제1의 실시의 형태>
(FDTI와 RDTI의 조합)
(1) 고체 촬상 소자의 개략 구성례
도 1은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1은, 본 기술의 고체 촬상 소자가 마련되는 고체 촬상 소자의 한 예로서, MOS(Metal Oxide Semiconductor)형의 고체 촬상 소자의 개략 구성을 도시한다.
이 도면에 도시하는 고체 촬상 소자(1)는, 지지 기판(2)의 1면상에 광전변환 영역을 포함하는 복수의 화소(3)가 2차원적으로 배열된 화소 영역(4)을 갖고 있다. 화소 영역(4)에 배열된 각 화소(3)에는, 광전변환 영역, 플로팅 디퓨전, 판독 게이트, 그 밖의 복수의 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터), 및 용량 소자 등으로 구성된 화소 회로가 마련되어 있다. 또한, 복수의 화소(3)에서 화소 회로의 일부를 공유하고 있는 경우도 있다.
이상과 같은 화소 영역(4)의 주변 부분에는, 수직 구동 회로(5), 칼럼 신호 처리 회로(6), 수평 구동 회로(7), 및 시스템 제어 회로(8) 등의 주변 회로가 마련되어 있다.
수직 구동 회로(5)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 화소 구동선(9)을 선택하고, 선택된 화소 구동선(9)에 화소(3)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 화소 영역(4)에 배열된 화소(3)를 행 단위로 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(5)는, 화소 영역(4)에 배열된 각 화소를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사한다. 그리고, 화소 구동선(9)에 대해 수직으로 배선된 수직 구동선(10)을 통하여, 각 화소(3)에서 수광량에 응하여 생성된 신호 전하에 의거한 화소 신호를 칼럼 신호 처리 회로(6)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(6)는, 화소의 예를 들면 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(3)로부터 출력되는 신호를 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 즉 칼럼 신호 처리 회로(6)는, 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이 중 샘플링(CDS : Correlated Double sampling)이나, 신호 증폭, 아날로그/디지털 변환(AD : Analog/Digital Conversion) 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(7)는, 예를 들면 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 칼럼 신호 처리 회로(6)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(6)의 각각으로부터 화소 신호를 출력시킨다.
시스템 제어 회로(8)는, 입력 클록과, 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 또한 고체 촬상 소자(1)의 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 시스템 제어 회로(8)에서는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여, 수직 구동 회로(5), 칼럼 신호 처리 회로(6), 및 수평 구동 회로(7) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 이들의 신호를 수직 구동 회로(5), 칼럼 신호 처리 회로(6), 및 수평 구동 회로(7) 등에 입력한다.
이상과 같은 각 주변 회로와, 화소 영역(4)에 마련된 화소 회로로서, 각 화소를 구동하는 구동 회로가 구성되어 있다. 또한, 주변 회로는, 화소 영역(4)에 적층된 위치에 배치되어 있어도 좋다.
(2) FDTI와 RDTI의 조합의 구성
도 2는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 이하, 도 2를 참조하여, 고체 촬상 소자(1)의 주로 FDTI(Front Deep Trench Isolation)와 RDTI(Rear Deep Trench Isolation)의 조합의 구성에 관해 설명한다.
도 2는, 도 1의 고체 촬상 소자(1)의 일부인 고체 촬상 소자(51)의 구성을 도시하고 있다. 도 2의 B와 도 2의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 2의 A는, 도 2의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 2의 A에는, 반도체층(163)의 상측(이면측)에, 컬러 필터(66)와 렌즈(67)를 갖는 광학층(164)이 배치되고, 하측(표면측)에는 아무것도 배치되지 않은 상태가 도시되어 있다. 그러나, 실제로는, 후술하는 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 반도체층(163)의 제1의 면측(표면측)에 배선층(162)이 배치되고, 제1의 면에 대향하는 제2의 면측(이면측)에 광학층(164)이 배치되는 구성이 되는. 즉, 고체 촬상 소자(1)는, 이면 조사형의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 대표되는 고체 촬상 소자이다.
반도체층(163)에는, 광전변환부로서의 포토다이오드(65)가 형성되어 있다. 이 포토다이오드(65)에는, 각각에 대응하여 렌즈(67)가 배치되어 있다. 포토다이오드(65)는 광학층(164), 즉 렌즈(67)와 컬러 필터(66)를 통하여 입사된, 컬러 필터(66)의 색에 대응하는 광을 광전변환한다. 반도체층(163)에서, 각 포토다이오드(65)는, 분리부인 FDTI(61)와 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다.
제1의 분리부인 FDTI(61)는, 고체 촬상 소자(51)의 표면측부터 형성된 트렌치(후술하는 도 4의 B의 트렌치(111))에 의거하여 형성된 분리부이다. 즉 FDTI(61)는, 고체 촬상 소자(51)의 표면(도 2의 A의 하측의 면, 즉 렌즈(67)가 배치되는 면과 반대측의 면, 즉 후술하는 도 7의 B에 도시되는 배선층(162)이 배치되는 측)부터 형성된 트렌치에 의거하여 형성된 분리부이다. FDTI(61)를 구성하는 트렌치의 표면에는, N형의 불순물로 형성된 불순물층(63)과, P형의 불순물로 형성된 불순물층(64)을 갖고 있다.
제2의 분리부인 RDTI(62)는, 역으로 고체 촬상 소자(51)의 이면(도 2의 A의 상측의 면, 즉 렌즈(67)가 배치되는 측의 면)부터 형성된 트렌치(후술하는 도 6의 D의 트렌치(171))에 의거하여 형성된 분리부이다.
도 2의 A에 도시되는 바와 같이, 이 실시의 형태에서는, FDTI(61)와 RDTI(62)는, 포토다이오드(65)의 같은 측면에 대향하여, 렌즈(67)의 광축과 평행한 방향(즉 종방향)으로 나열하도록 배치되어 있다. 또한, FDTI(61)와 RDTI(62)는 직접 접하여 있지만, 양자는 오프셋(즉 이간)하고 있어도 좋다. 오프셋 하고 있는 경우에는, 그곳에 P형의 불순물이 삽입된다.
또한 이 실시의 형태에서는, 도 2의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측(포토다이오드(65)의 렌즈(67)측)의 4개의 측면이 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 이에 대해, 도 2의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측(렌즈(67)와 반대측)의 4개의 측면 중, 3개의 측면이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 즉, 인접하는 2×2개의 포토다이오드(65)는, 하나의 블록을 구성하고, 그 주위의 측면은, FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
각 블록의 중앙에는 플로팅 디퓨전(FD)(71)이 배치되고, 각 포토다이오드(65)의 FD(71)의 부근에는, 전송 게이트(TG72)가 배치되어 있다. 또한 각 블록의 도 2의 C의 하측에는, 화소 트랜지스터(73)가 배치되어 있다. 화소 트랜지스터(73)와 포토다이오드(65)는 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 2의 C에서 상하 방향으로 인접하는 포토다이오드(65)는, 붕소 등의 P형의 불순물층(81)으로 분리되어 있다. 또한, 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 2의 C에서 좌우 방향으로 인접하는 포토다이오드(65)는, 그 일부가 FDTI(61)에 의해 분리되고, 나머지 일부가 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
(3) 고체 촬상 소자의 제조 방법
다음에, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 고체 촬상 소자(51)의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 3은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트이고, 도 4 내지 도 7은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
최초에 스텝 S11에서, 기판을 준비하는 처리가 실행된다. 도 4의 A에는 준비된 예를 들면 실리콘(Si)의 기판(101)이 도시되어 있다. 스텝 S12에서, FDTI(61)를 위한 트렌치를 가공하는 처리가 실행된다. 즉 도 4의 B에 도시되는 바와 같이, 스텝 S11에서 준비된 기판(101)에, 리소그래피와 에칭에 의해 트렌치(111)가 형성된다. 도 4의 B에서, 상방향이 반도체층(163)의 표면측(즉 배선층(162)이 배치되는 측)이다. 즉 트렌치(111)는, 반도체층(163)의 표면측(즉 배선층(162)이 배치되는 제1의 면측)부터 형성된다(후술하는 도 7의 B의 FDTI(61)를 형성하기 위한 트렌치이다).
스텝 S13에서, N형의 불순물을 도핑한 막을 트렌치(111)의 표면에 형성하는 처리가 실행된다. 예를 들면 도 4의 C에 도시되는 바와 같이, 인(P)을 도핑한 막(121)이 트렌치(111)의 내부에 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등에 의해 성막된다.
스텝 S14에서, N형 불순물을 고상 확산하는 처리가 실행된다. 즉 스텝 S13의 처리에서 형성된 인의 막(121)을 열처리함으로써 고상 확산시킨다. 아직 포토다이오드(65)가 형성되기 전이기 때문에, 열처리에 의해 지장을 초래할 우려는 적다. 이에 의해 도 4의 D에 도시되는 바와 같이, 트렌치(111)의 주위의 기판(101) 내에, N형의 불순물층(63)이 형성된다.
스텝 S15에서, N형의 불순물을 도핑한 막(121)을 제거하는 처리가 실행된다. 즉, 스텝 S13에서 트렌치(111) 내에 형성된 막(121)이 제거된다. 이에 의해 도 5의 A에 도시되는 바와 같이, 트렌치(111)의 주위의 기판(101) 내에, N형의 불순물층(63)이 형성된 상태가 된다.
스텝 S16에서, P형의 불순물을 도핑한 막을 트렌치(111)의 표면에 형성하는 처리가 실행된다. 예를 들면 도 5의 B에 도시되는 바와 같이, 붕소 등(B)의 P형의 불순물의 막(131)이 트렌치(111)의 내부에 CVD 등에 의해 성막된다.
스텝 S17에서, P형의 불순물을 고상 확산하는 처리가 실행된다. 즉, 스텝 S16에서 형성된 P형의 불순물의 막(131)에 대해 열처리를 행함으로써, P형의 불순물이 고상 확산된다. 아직 포토다이오드(65)가 형성되기 전이므로, 열처리에 의해 지장을 초래할 우려는 적다. 이에 의해 예를 들면 도 5의 C에 도시되는 바와 같이, 트렌치(111)의 주위의 기판(101) 내에(즉, 불순물층(63)이 형성되어 있는 영역에), P형의 불순물층(64)이 형성된다.
스텝 S18에서, P형의 불순물을 도핑한 막(131)을 제거하는 처리가 실행된다. 즉, 도 5의 D에 도시되는 바와 같이, 스텝 S16에서 고상 확산을 위해 트렌치(111) 내에 형성된 막(131)이 제거되고, 트렌치(111)의 주위의 기판(101) 내에, N형의 불순물층(63)과 P형의 불순물층(64)이 형성된 상태가 된다.
1SR과 같은 정도의 농도의 N형의 불순물층(63)과 P형의 불순물층(64)을 형성함으로써, FDTI(61)의 측벽에 강전계부(强電界部)가 작성되어, 화소 사이의 분리와 포화 전하량(Qs)의 향상의 양쪽을 실현할 수 있다.
스텝 S19에서, FDTI의 트렌치(111)에 절연물을 매입하는 처리가 실행된다. 예를 들면 도 6의 A에 도시되는 바와 같이, 트렌치(111)에 SiO2와 같은 절연체로 이루어지는 매입막(141)이 매입된다. 이와 같이 하여 FDTI(61)가 형성된다.
스텝 S20에서, 포토다이오드(65)를 형성하는 처리가 실행된다. 즉 도 6의 B에 도시되는 바와 같이, N형 불순물을 이온 주입함으로써 포토다이오드(65)가 형성된다. 이와 같이 하여 반도체층(163)이 형성된다. 또한 게이트, 주변 트랜지스터, 배선층이 형성된다.
또한, 포토다이오드(65)와 포토다이오드(65)의 사이의 영역(151)에 RDTI(62)의 피닝을 취하기 위해, P형의 불순물이 주입된다. 단, RDTI(62)의 표면에, 고정 전하막을 사용하는 경우에는 이 처리는 생략할 수 있다. 고정 전하막에 관해서는 후술한다.
스텝 S21에서, 지지 기반을 맞붙이는 처리가 실행된다. 이에 의해 도 6의 C에 도시되는 바와 같이, 지지 기반(161)의 위에 배선층(162)이 배치되고, 그 위에 반도체층(163)이 배치된 구성이 실현된다. 배선층(162)에는, 포토다이오드(65)에 대해 신호를 송수하는 배선이 배치된다. 그리고 수광면측(즉 도 6의 C의 반도체층(163)의 상측의 면)이 연마된다.
스텝 S22에서, RDTI(62)의 트렌치를 가공하는 처리가 실행된다. 즉 도 6의 D에 도시되는 바와 같이, 포토다이오드(65)와 포토다이오드(65)의 사이의 영역(151)에, RDTI(62)의 트렌치(171)가 형성된다. 도 6의 D에서, 상방향이 반도체층(163)의 이면측(즉 광학층(164)이 배치되는 제2의 면측)이다. 즉 트렌치(171)는, 반도체층(163)의 이면측(즉 광학층(164)이 배치되는 측)부터 형성된다(후술하는 도 7의 B의 RDTI(62)를 형성하기 위한 트렌치이다).
스텝 S23에서, RDTI(62)의 트렌치(171)에 매입막을 매입하는 처리가 실행된다. 즉 도 7의 A에 도시되는 바와 같이, 포토다이오드(65)와 포토다이오드(65)의 사이의 영역(151)에, SiO2 등의 절연체로 이루어지는 매입막(181)이 매입된다. 이와 같이 하여, FDTI(61)의 위에(수광면측에) RDTI(62)가 형성된다.
스텝 S24에서, 컬러 필터(66)나 렌즈(67)를 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 컬러 필터(66)나 렌즈(67)로 이루어지는 광학층(164)이 반도체층(163)의 위에 형성된다. 즉, 렌즈(67)는 이면측에 배치되고, 배선층(162)은 표면측(렌즈(67)와 반대측)에 배치된다. 이와 같이 하여 고체 반도체 소자(51)가 제조된다.
또한, 도 8과 도 9에 도시되는 바와 같은 제조 방법을 채용할 수도 있다. 도 8은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다. FDTI(61)의 깊이는 0.5 내지 2㎛이고, 0.3㎛ 전후의 STI(Shallow Trench Isolation)보다 깊다. FDTI(61)와 RDTI(62)에 더하여, STI를 조합시킬 수 있다. 이 경우, 도 8의 A에 도시되는 바와 같이, 우선 STI(191)가 형성된 후에, 트렌치(111)가 형성되고, 또한 N형의 불순물층(63)이 고상 확산된다. 그리고 또한 도 8의 B에 도시되는 바와 같이, P형의 불순물층(64)이 고상 확산된다. 포토다이오드(65)의 주입 처리나 주변 트랜지스터의 형성은, 또한 그 후에 실행된다.
도 9는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다. 이 예에서는, 포토다이오드(65)의 주입 처리나 게이트(201)의 형성 처리가 행하여진 후, 화소 트랜지스터나 로직 트랜지스터의 LDD(Lightly Doped Drain), 사이드 월, 소스, 드레인 등이 형성된다. 그리고 도 9의 A에 도시되는 바와 같이, 트렌치(111)가 형성되고, N형의 불순물층(63)이 고상 확산에 의해 형성된다. 또한 도 9의 B에 도시되는 바와 같이, P형의 불순물층(64)이 고상 확산에 의해 형성된다.
또한, 이상의 예에서는, FDTI(61)와 RDTI(62)가 직접 접하도록 형성되어 있지만, 종방향 또는 횡방향으로 오프셋시킬 수도 있다. 도 10은 이 경우의 예를 도시하고 있다. 도 10은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 10의 예에서는, FDTI(61)가 RDTI(62)에 대해 약간 내측으로 오프셋하고 있다(즉 어긋나 있다).
도 2에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 2의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 11에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 11은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 11을 도 2의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 11의 구성례에서는, 각 포토다이오드(65)의 4개의 측면에 접하는 RDTI(62)의 교점의 부분이, P형의 불순물층(81)으로 분리되도록 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 2의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(4) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 1
이하, FDTI(61)와 RDTI(62)의 다른 조합의 구성에 관해 설명한다. 도 12는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12의 B와 도 12의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 12의 A는, 도 12의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 12의 구성례에서는, 도 12의 B에 도시되는 바와 같이, 포토다이오드(65)의 이면측의 4개의 측면이 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 이에 대해, 표면측은, 도 12의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측(도 12의 A에서 하측)의 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 그 주위가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 12의 C에서 좌우에 인접하는 포토다이오드(65)는, P형의 불순물층(81)으로 분리되어 있다. 또한, 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 12의 C에서 상하에 인접하는 포토다이오드(65)는, 그 좌우 단부측의 일부가 FDTI(61)에 의해 분리되고, 나머지 중앙측의 일부가 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. 표면측의 4개의 측면 중, 3개의 측면이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
따라서 도 12의 A에 도시되는 바와 같이, 도 12의 C의 A-A'선의 단면의 구성은, 표면측(도 12의 A의 하측)에서는, 좌우 방향으로 나열하는 포토다이오드(65)가 FDTI(61)와 불순물층(81)에 의해 교대로 분리되어 있다. 이면측(도 12의 A의 상측)에서는, 포토다이오드(65)가 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 즉, 포토다이오드(65)의 하나의 측면은, FDTI(61)와 RDTI(62)에 의해 분리되고, 다른 하나의 측면은, RDTI(62)와 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. 기타의 구성은 도 2에서 경우와 마찬가지이다.
도 13은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 12에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 12의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 13에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 13을 도 12의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 13의 구성례에서는, 각 포토다이오드(65)의 4개의 측면에 접하는 RDTI(62)의 교점의 부분이, P형의 불순물층(81)으로 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 12의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(5) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 2
도 14는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 14의 B와 도 14의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 14의 A는, 도 14의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 14는, 듀얼 픽셀의 구성례를 도시하고 있다. 이 구성례에서는, 도 12의 B에 도시되는 바와 같이, R(적), G(녹), B(청)의 각 색 중, 같은색의 포토다이오드(65)가 2개씩 횡(橫)으로에 나열하여 배치되어 있다. 도 14의 B의 예에서는, 좌상의 2개와 우하의 2개의 포토다이오드(65)가 G가 되고, 우상의 2개의 포토다이오드(65)가 B가 되고, 좌하의 2개의 포토다이오드(65)가 R로 되어 있다.
그리고, 도 14의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측에서는, 같은색의 2개의 포토다이오드(65)에 의해 블록이 구성되고, 블록과 블록은, RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 또한, 블록 내의 인접하는 같은색의 2개의 포토다이오드(65)는, 붕소 등의 P형의 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. 예를 들면, 우상의 B의 블록의 2개의 포토다이오드(65)는, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. G와 R의 블록에서도 마찬가지이다.
한편, 도 14의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)의 블록이, 기본적으로 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 그리고 도면 중 종방향으로 연재되는 FDTI(61)의 거의 중앙의 부분은, 불순물층(81)에 의해 치환되어 있다. 또한, 블록 내에서는 2×2개의 포토다이오드(65)는, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
도 14의 C의 A-A'선의 단면의 구성인 도 14의 A에 도시되는 바와 같이, 같은색의 포토다이오드(65)의 분리는 불순물층(81)에 의해 행하여져 있다. 예를 들면R의 컬러 필터(66R)의 좌우 방향의 중앙이나, G의 컬러 필터(66G)의 좌우 방향의 중앙에 위치하는 포토다이오드(65)의 경계는, 불순물층(81)에 의해 분리가 행하여져 있다. 색의 경계(境目)에서는, 이면측(도면 중 상측)이 RDTI(62)에 의해, 표면측(도면 중 하측)이 FDTI(61)에 의해, 분리가 행하여져 있다.
도 14의 예에서는, 같은색 화소끼리는 RDTI(62)로 분리하지 않는 구성으로 하였지만, RDTI(62)로 분리하는 구성으로 할 수도 있다. 또한 같은색 화소 사이의 표면측에서, 전하를 터널시키는 구조의 OFS를 사용하는 경우에는, 같은색 화소 사이에 FDTI(61)는 형성하지 않도록 하고, OFS를 사용하는 경우에는, FDTI(61)를 형성할 수 있다.
도 15는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 14에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 14의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 15에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 15를 도 14의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 15의 구성례에서는, RDTI(62) 사이의 교점의 부분, 및 RDTI(62)와 불순물(81)의 교점의 부분이, P형의 불순물층(81)으로 분리되도록 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 14의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(6) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 3
도 16은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 16의 B와 도 16의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 16의 A는, 도 16의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 16은, 포토다이오드(65)가 2단(段)으로 구성되어 있는 경우의 예를 나타내고 있다. 도 16의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측의 2×2개의 포토다이오드(65)가 블록을 구성하고, 각 블록은 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65)는, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
표면측은 도 12의 C의 예와 마찬가지로 구성되어 있다. 즉, 도 16의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측의 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 그 주위가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 16의 C에서 좌우에 인접하는 포토다이오드(65)는, P형의 불순물층(81)으로 분리되어 있다. 또한, 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65) 중, 도 16의 C에서 상하에 인접하는 포토다이오드(65)는, 그 좌우 단부(端部)의 일부가 FDTI(61)에 의해 분리되고, 나머지 중앙측의 일부가 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
따라서 도 16의 A에 도시되는 바와 같이, 도 16의 C의 A-A'선의 단면의 구성은, 표면측(도면 중 하측)에서는, 좌우 방향으로 나열하는 하단의 포토다이오드(65)가 FDTI(61)와 불순물층(81)에 의해 교대로 분리되어 있다. 이면측(도면 중 상측)에서는, 좌우 방향으로 나열하는 상단의 포토다이오드(65)가 RDTI(62)와 불순물층(81)에 의해 교대로 분리되어 있다.
2단의 포토다이오드(65)의 전하 전송에는, 종형 트랜지스터 구조를 이용하거나, 이온 주입에 의해 불순물로 전송용의 플러그를 형성할 수 있다.
도 17은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 16에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 16의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 17에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 17을 도 16의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 17의 구성례에서는, RDTI(62) 사이의 교점의 부분과, RDTI(62)와 불순물층(81)과의 교점의 부분이, P형의 불순물층(81)으로 분리되도록 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 16의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(7) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 4
도 18은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 18의 B와 도 18의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 18의 A는, 도 18의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
이면측에서는, 도 18의 B에 도시되는 바와 같이, 2×2개의 포토다이오드(65)가 블록을 구성하고, 각 블록은 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65)는, RDTI(62)에 의해 분리되어 있다.
표면측에서는, 도 18의 C에 도시되는 바와 같이, 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 그 주위가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
각 블록 내에서는, 좌우 방향으로 인접하는 포토다이오드(65)와, 상하 방향으로 인접하는 포토다이오드(65)는, 각각P형의 불순물층(81)으로 분리되어 있다.
따라서 도 18의 A에 도시되는 바와 같이, 도 18의 C의 A-A'선의 단면에서는, 좌우 방향으로 나열하는 포토다이오드(65)가 FDTI(61)와 불순물층(81)에 의해 교대로 분리되어 있다.
도 19는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 18에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 18의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 19에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 19를 도 18의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 19의 구성례에서는, 각 블록 내의 RDTI(62)의 교점의 부분이, P형의 불순물층(81)으로 분리되도록 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 18의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(8) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 5
도 20은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 20의 B와 도 20의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 20의 A는, 도 20의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 20의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(51)에서는, 도 20의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측의 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 블록의 좌우의 경계가 FDTI(61)에 의해 분리되고, 상하의 경계가 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다.
블록 내에서는, 포토다이오드(65)를 상하로 분리하는 상하의 경계의 좌우의 단부 부근이 FDTI(61)에 의해 분리되고, 좌우로 분리하는 좌우의 경계는, 그 중앙 부근이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 결국, 포토다이오드(65)는, 3개의 측면이 FDTI(61)에 의해 분리되고, 나머지 하나의 측면이 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다.
도 20의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 블록의 좌우의 경계는 FDTI(61)에 의해 분리되고, 상하의 경계는 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
블록 내에서는, 도 20의 C의 좌우의 경계는 상하의 단부 부근이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있고, 상하의 경계도 좌우의 단부 부근이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 블록 내의 중앙 부근에서는, 상하와 좌우의 어느 경계에서도 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
도 20의 A에 도시되는 바와 같이, 도 20의 C의 A-A'선의 단면에서는, 포토다이오드(65)가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
도 21은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 20에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 20의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 21에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 21을 도 20의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 21의 구성례에서는, 각 블록 내의 2×2개의 포토다이오드(65)의 중앙 부분은, 상하와 좌우에 RDTI(62)에 의해 분리되도록 구성되어 있다. 즉, FDTI(61)와 RDTI(62)는, 포토다이오드(65)의 같은 측면에 대해 렌즈(67)의 광축과 수직한 방향(횡방향)으로 나열하도록 배치되어 있다. 또한, 포토다이오드(65)의 2개의 측면은 FDTI(61)와 RDTI(62)에 의해 분리되고, 나머지 2개의 측면은 FDTI(61) 또는 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 기타의 구성은 도 20의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(9) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 6
도 22는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 22의 B와 도 22의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 22의 A는, 도 22의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 22의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(51)에서는, 도 22의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측의 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 블록의 좌우의 경계가 FDTI(61)에 의해 분리되고, 상하의 경계가 RDTI(62)에 의해 분리되어 있다.
블록 내에서는, 상하의 경계와 좌우의 경계는, RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 결국, 포토다이오드(65)는, 3개의 측면이 RDTI(62)에 의해 분리되고, 나머지 하나의 측면이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
도 22의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 블록의 좌우의 경계는 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 블록의 상하의 경계는, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
블록 내에서는, 상하의 경계와 좌우의 경계는, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. 결국, 포토다이오드(65)는, 3개의 측면이 불순물층(81)에 의해 분리되고, 나머지 하나의 측면이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
도 22의 A에 도시되는 바와 같이, 도 22의 C의 A-A'선의 단면에서는, 4개의 포토다이오드(65)의 좌단과 우단이 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 그리고, 좌측의 2개의 포토다이오드와 우측의 2개의 포토다이오드의 사이도, FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 좌측의 2개의 포토다이오드(65)의 사이와, 우측의 2개의 포토다이오드(65)의 사이는, 각각 RDTI(62)와 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다.
도 23은, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 22에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 22의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 23에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 23을 도 22의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 23의 구성례에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)를 상하로 분리하는 RDTI(62)와 좌우로 분리하는 RDTI(62)의 교점 부분이, 불순물층(81)에 의해 분리되어 있다. 기타의 구성은 도 22의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
(10) FDTI와 RDTI의 다른 조합의 구성 7
도 24는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 24의 B와 도 24의 C는, 각각 고체 촬상 소자(51)의 이면과 표면의 구성을 도시하고 있고, 도 24의 A는, 도 24의 C의 A-A'선에서의 고체 촬상 소자(51)의 단면의 구성을 도시하고 있다.
도 24의 실시의 형태의 고체 촬상 소자(51)에서는, 도 24의 B에 도시되는 바와 같이, 이면측의 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 각 블록을 둘러싸는 경계가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 또한, 각 블록 내에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)를 상하로 나누는 경계의 좌우 단부와, 좌우로 나누는 경계의 상하 단부가, FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 또한, 2×2개의 포토다이오드(65)의 중앙 부분의 상하의 경계와 좌우의 경계는, RDTI(62)에 의해 분리되어 있다. 즉, 포토다이오드(65)의 2개의 측면은 FDTI(61)와 RDTI(62)에 의해 분리되고, 나머지 2개의 측면은 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. FDTI(61)와 RDTI(62)는, 포토다이오드(65)의 같은 측면에 대향하여 렌즈(67)의 광축과 수직한 방향(횡방향)으로 나열하도록 배치되어 있다.
도 24의 C에 도시되는 바와 같이, 표면측에서도, 2×2개의 포토다이오드(65)가 하나의 블록을 구성하고, 각 블록을 둘러싸는 경계가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 또한, 각 블록 내에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)를 상하로 나누는 경계의 좌우 단부와, 좌우로 나누는 경계의 상하 단부가, FDTI(61)에 의해 분리되어 있다. 각 블록 내의 중앙 부근에서는, 상하로 나누는 경계와 좌우로 나누는 경계가 불순물층(81)으로 분리되어 있다.
도 24의 A에 도시되는 바와 같이, 도 24의 C의 A-A'선의 단면에서는, 4개의 포토다이오드(65)가 FDTI(61)에 의해 분리되어 있다.
도 25는, 본 기술의 제1의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 24에 도시되는 고체 촬상 소자(51)는, 그 이면의 구성을, 도 24의 B에 도시되는 구성에 대신하여, 도 25에 도시되는 바와 같이 구성할 수도 있다. 도 25를 도 24의 B와 비교하여 분명한 바와 같이, 도 25의 구성례에서는, 2×2개의 포토다이오드(65)를 중앙 부근에서 상하로 분리하는 RDTI(62)와 좌우로 분리하는 RDTI(62)의 교점 부분이, 불순물층(81)에 의해 구성되어 있다. 기타의 구성은 도 24의 B에 도시되는 경우와 마찬가지이다.
포토다이오드(65)의 각 변을 FDTI(61)와 RDTI(62) 각각으로 단독으로 분리하고, 조합시킬 수 있다. 면적의 제약을 받기 쉬운 화소 트랜지스터(73)나 FD(71)에서, FDTI(61)와 RDTI(62)를 분간하여 사용할 수 있다. 그에 의해, 포토다이오드(65)의 면적을 확보하고, 혼색을 억제하고, 포화 전하량(Qs)을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 기술에 의하면, FDTI(61) 또는 RDTI(62)에 의해 포토다이오드(65)의 적어도 1변 이상을 분리하도록 하였기 때문에, 확실한 차광이 가능해지고, 혼색을 억제할 수 있다. 실리콘 막두께가 두꺼운 화소에 대해서도, 차광 효과를 향상시킬 수 있다. FDTI(61)와 RDTI(62)로 분리하는 부분을 선택함으로써, 포토다이오드(65)의 면적을 확보하는 것이 가능해진다.
또한, FDTI(61)에 N형의 불순물층(63)과 P형의 불순물층(64)을 고상 확산에 의해 형성하도록 하였기 때문에, FDTI(61)의 표면에 강전계부를 형성할 수가 있어서, 포화 전하량(Qs)을 향상시킬 수 있다.
또한, 이상에서는, N형의 불순물로 형성된 불순물층(63)과 P형의 불순물로 형성된 불순물층(64)을 고상 확산에 의해 형성하도록 하였지만, 기타의 방법으로 형성할 수도 있다. 예를 들면, 경사 이온 주입, 플라즈마 도핑, 에피택셜 성장, 기상 확산 등에 의해 형성할 수도 있다.
<제2의 실시의 형태>
(FDTI)
(1) FDTI의 구성(도 26, 도 27, 도 28)
도 26과 도 27은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 이들은, 고체 촬상 소자(51)의 구성을 도시하고 있다. 도 26의 B는, 도 26의 A의 A-A'선의 단면의 구성을 도시하고 있다. 도 27의 A는 도 26의 A의 일부(1개의 화소(3))의 구성을 도시하고 있고, 도 27의 B는 도 27의 A의 A-A'선의 단면의 구성을 도시하고 있다. 또한, 이들의 도면에는 도시되어? 있지 않지만, 도 2의 A나 도 7의 B 등에 도시되어? 있는 렌즈(67)는, 도 26의 B와 도 27의 B의 하측에 배치된다.
제2의 실시의 형태에서는, 제1의 실시의 형태에서의 FDTI(61)와 RDTI(62) 중, 주로 FDTI(61)에 관해 설명된다. 즉, 제2의 실시의 형태에서도, 고체 촬상 소자(51)에는, 도 7의 B에 도시되는 바와 같이, 반도체층(163)의 제1의 면측(표면측)에 배선층(162)이 배치되고, 제1의 면에 대향하는 제2의 면측(이면측)에 광학층(164)이 배치된다. 그리고 그 반도체층(163)에 형성되는 FDTI(61)의 구성에 관해 설명된다.
또한, 제2의 실시의 형태에서는, 배선층(162), 반도체층(163), 광학층(164)에 관해 특히 도시되어 있지 않지만, 필요에 응하여 이들의 용어를 그대로 사용한다.
도 26의 A는, 도 1의 화소 영역(4)의 일부(3×3개의 화소(3))의 구성을 도시하고 있다. 도 26의 A와 도 27의 A에 도시되는 바와 같이, 화소(3)의 표면측에는, 거의 중앙에, 포토다이오드(311)(제1의 실시의 형태의 포토다이오드(65)에 대응한다)가 배치되어 있다. 그리고 그 부근(도 27의 A에서 상측)에 전송 게이트(313)(제1의 실시의 형태의 TG(72)에 대응한다)와 N형 부유 확산(314)(제1의 실시의 형태의 FD(71)에 대응한다)가 배치되어 있다.
포토다이오드(311)의 도 27의 A에서 하측에는, STI(323)(제1의 실시의 형태의 STI(191)에 대응한다), 화소 트랜지스터(315)(제1의 실시의 형태의 화소 트랜지스터(73)에 대응한다), 게이트 폴리실리콘(316)이 배치되어 있다.
포토다이오드(311)의 도 27의 A에서의 하측의 변의 전부, 좌측의 변의 일부, 그리고 우측의 변의 일부에는, 연속하여 트렌치(312)(제1의 실시의 형태의 트렌치(111)에 대응한다)가 형성되어 있다. 이 트렌치(312)는, FDTI(310)(제1의 실시의 형태의 FDTI(61)에 대응한다)를 위한 트렌치이다.
도 27의 B에 도시되는 단면(斷面) 구성으로 본다면, N형의 포토다이오드(311)의 좌측에는, 트렌치(312)가 형성되어 있다. 그리고 트렌치(312)의 주위에는, N형의 불순물층(321)(제1의 실시의 형태의 불순물층(63)에 대응한다)과, 또한 그 내측(트렌치(312)측)에, P형의 불순물층(332)(제1의 실시의 형태의 불순물층(64)에 대응한다)이 형성되어 있다. 이들은 제1의 실시의 형태에서 설명한 바와 같이, 고상 확산에 의해 형성된다. N형의 불순물층(321)은, N형의 포토다이오드(311)에 이어져 있다. N형의 포토다이오드(311)의 아래에는 P형 웰(335)이 형성되어 있다.
도 28은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 특성을 설명하는 도면이다. 도 28의 A는, 도 27의 B의 B-B'선 단면(즉 PN 접합부)에서의 불순물의 농도 프로파일을 도시하고 있고, 종축이 농도, 횡축이 B-B'선상의 깊이(도 27의 B상의 횡방향의 위치)를 나타내고 있다. 곡선(351)으로 표시되는 P형의 불순물의 피크 농도는, 예를 들면 1e18/㎤(1e17∼1e19/㎤의 사이의 값)이다. 곡선(352)으로 표시되는 PN 접합부의 N형의 불순물의 피크 농도는, 예를 들면 1e17/㎤(1e16∼1e18/㎤의 사이의 값)이다. PN 접합의 깊이(곡선(351)과 곡선(352)의 교점의 깊이)는 예를 들면 60㎚(2∼150㎚의 사이의 값)이다.
고상 확산에 의하면, 확산원(擴散源)이 되는 트렌치(312)의 측면에 가파른 프로파일을 작성할 수 있기 때문에, 가파른 PN 접합을 형성할 수 있다. 그 결과, N형의 불순물 농도가 높아지고, 전계(電界)를 강하게 할 수 있고, 포화 전하량(Qs)을 크게 할 수 있다. 도 28의 B는, PN 접합부에서의 전계 분포를 나타내고 있고, 종축이 전계, 횡축이 B-B'선상의 깊이를 나타내고 있다. 곡선(361)은 B-B'선상의 전계의 강도를 나타내고 있고, 60㎚의 깊이에서 전계가 피크가 되는 것을 알 수 있다. 전계를 강하게 할 수 있기 때문에, 깊이를 얕게 할 수 있고(이 실시의 형태에서는 60㎚로 할 수 있고), 따라서 포토다이오드(311)를 넓게 할 수 있다.
트렌치(312)의 Si 계면에는, 예를 들면 5㎚(2∼20㎚의 사이의 값)의 열산화막(실리콘산화막)(324)이 형성되고, 트렌치(312)의 내부는, CVD로 형성된 매입막(실리콘산화막)(325)이 매입되어 있다. 트렌치(312)의 전송 게이트(313)와 반대측의 영역(327)은, 고상 확산에 의해 N형의 불순물층(321)을 형성할 때 N형이 된다. 그래서 이 영역(327)은, P형의 불순물(예를 들면 붕소)의 추가 이온 주입에 의해 P형이 된다.
이와 같은 구조에서는, PN 접합이 트렌치(312)의 계면에 가깝기 때문에, 트렌치(312)의 Si 계면이 PN 접합부의 공핍층 전계의 영향을 받을 우려가 있다. 즉 Si 계면 부근의 N형의 불순물층(321)과 P형의 불순물층(332)의 사이에 생기는 공핍층의 단부(端部)가 Si 계면에 닿아, Si 계면에 약한 전계가 걸린다. 그러나, 트렌치(312)의 Si 계면이 열산화막(324)으로 되기 때문에, 계면준위가 억제되어 있고, 암전류, 백상(白傷)은, 촬상 특성으로서 문제가 없는 레벨로 억제할 수 있다. 이와 같이, PN 접합의 깊이를 60㎚ 정도로 얕게 할 수가 있어서, 포토다이오드(311)의 면적을 넓게 취하는 것이 가능해지고, 포화 전하량(Qs)을 크게할 수 있다.
(2) FDTI의 제조 방법(도 29, 도 30, 도 31)
다음에, 도 29와 도 30을 참조하여, 고체 촬상 소자(51)의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 29는, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트이고, 도 30은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
최초에 스텝 S101에서 트렌치(312)를 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 예를 들면 실리콘의 기판(401)(제1의 실시의 형태의 도 4의 기판(101)에 대응한다)이 준비되고, 그 표면에 마스크용의 실리콘질화막(411)이 성막된다. 그리고 실리콘질화막(411)을 마스크로 하여 리소그래피와 에칭에 의해 트렌치(312)가 표면측부터 형성된다(도 30의 A).
제1의 실시의 형태의 도 4의 B에서의 경우와 마찬가지로, 도 30의 A에서, 상방향이 반도체층(163)의 표면측(즉 배선층(162)이 배치되는 측)이다. 즉 트렌치(312)는, 반도체층(163)의 표면측(즉 배선층(162)이 배치되는 측)부터 형성된다.
스텝 S102에서, 고상 확산에 의해 트렌치(312)의 주위에 N형의 불순물층(321)을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, N형의 불순물인 예를 들면 인(P)을 도핑한 인 도프 실리콘산화막(421)이 성막되고, 열처리에 의해 트렌치(312)의 주위에 N형의 불순물층(321)이 형성된다(도 30의 B). 그 후, 인 도프 실리콘산화막(421)이 제거된다. 그리고 열처리에 의해, 실리콘 기판(401) 내의 인의 프로파일이 브로드하게 된다.
스텝 S103에서, 고상 확산에 의해 트렌치(312)의 주위에 P형의 불순물층(332)을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, P형의 불순물인 예를 들면 붕소(B)를 도핑한 붕소 도프 실리콘산화막(431)이 성막되고, 열처리에 의해 트렌치(312)의 주위에 P형의 불순물층(332)이 형성된다(도 30의 C). 그 후, 붕소 도프 실리콘산화막(431)이 제거된다.
스텝 S104에서, 트렌치(312)의 측벽을 열산화하는 처리가 실행된다. 즉, 열산화에 의해 트렌치(312)의 측벽에 예를 들면 5㎚의 두께의 열산화막(실리콘산화막)(324)이 형성된다. 또한 CVD법에 의해 트렌치(312) 내에 매입막(실리콘산화막)(325)이 매입된다(도 30의 D). 이와 같이 하여 FDTI(310)가 형성된다.
스텝 S105에서, 포토다이오드(311)의 N형/P형의 영역을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 포토다이오드(311)에 N형의 불순물이 이온 주입된다. 또한, 트렌치(312)의 전송 게이트(313)와 반대측의 영역(327)이 P형의 불순물을 이온 주입함으로써 P형이 된다.
즉, N형의 불순물(321)을 고상 확산으로 형성할 때, 도핑으로 N형이 된 영역(327)의 형이, P형의 불순물을 이온 주입함으로써 지워지고, P형이 된다. 또한, 통상의 제조 방법에 따라, 게이트 전극이 형성된다.
또한, 이상의 도 30의 제조 공정은, 도 31에 도시하는 바와 같이 할 수도 있다. 도 31은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
즉, 도 30의 A의 공정의 후, 도 30의 B의 공정에 있어서, 인 도프 실리콘산화막(421)이 성막된 후, 열처리를 걸기 전에, 인 도프 실리콘산화막(421)을 선택적으로 제거할 수 있다. 즉, 도 31의 A에 도시되는 바와 같이, 트렌치(312) 내의 전송 게이트(313)와 반대측(도 31의 A의 좌측)의 인 도프 실리콘산화막(421)이, 리소그래피와 에칭에 의해, 선택적으로 제거된다.
그 후, 열처리에 의한 고상 확산에 의해, 트렌치(312) 내의 전송 게이트(313) 측(도 31의 A의 우측)의 측벽에만 N형의 불순물층(321)이 형성된다(도 31의 A). 그리고 도 30의 C를 참조하여 설명한 바와 같이, 트렌치(312) 내에 붕소 도프 실리콘산화막(431)이 형성되고, 열처리로 고상 확산시킴으로써 P형의 불순물층(332)이 형성된다(도 31의 B).
또한, 트렌치(312)의 측벽을 열산화함으로써, 트렌치(312)의 측벽에 열산화막(실리콘산화막)(324)이 형성된다. 그리고 CVD법에 의해 트렌치(312) 내에 매입막(실리콘산화막)(325)이 매입된다(도 31의 C).
이 경우, 트렌치(312) 내의 전송 게이트(313)와 반대측(도 31의 A의 좌측)의 인 도프 실리콘산화막(421)이 선택적으로 제거되기 때문에, 트렌치(312)의 전송 게이트(313)와 반대측(즉 STI(323)측)의 영역(327)에는, N형의 불순물층(321)이 형성되지 않는다(도 31의 B). 즉 P형의 불순물층(332)만으로 되기 때문에, 도 29의 스텝 S105에서 행하여지고 있던, 트렌치(312)의 전송 게이트(313)와 반대측의 영역(327)을, P형의 불순물을 이온 주입함으로써 P형으로 되돌리는 공정은 생략할 수 있다.
(3) FDTI의 다른 구성 1(도 32)
도 32는, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 32의 고체 촬상 소자(51)의 화소(3)에서는, 트렌치(312) 내에 매입되어 있는 매입막(431)이, 불순물 도프량이 1e16/㎤ 이하의 폴리실리콘 또는 실리콘질화물로 되어 있다. 기타의 구성은 도 27의 B에서의 경우와 마찬가지이다. 폴리실리콘 또는 실리콘질화물의 쪽이 실리콘산화막보다 매입성이 좋기 때문에, 도 27의 B의 경우에 비하여, 전기(電氣) 특성은 동등하지만, 매입 특성이 개선한다.
(4) FDTI의 다른 구성 2(도 33)
도 33은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 33의 화소(3)에서는, 트렌치(312) 내에 매입되어 있는 매입막(441)이, 예를 들면 인의 불순물 도프량이 1e16/㎤ 이상이며 1e23/㎤ 이하의 폴리실리콘, 또는 금속으로 된다. 그리고 그 매입막(441)에 콘택트(442)로부터, 예를 들면 -1.2V의 전압이 걸린다.
폴리실리콘에 부의 전위를 걸음에 의해, 실리콘 기판의 트렌치(312)의 계면에 홀이 모이게 되어, 트렌치(312)의 계면에서 발생한 전자가 포토다이오드(311)의 내부에 흘러 들어가기 전에 홀과 결합한다. 이에 의해 암전류나 백상의 발생이 억제된다.
(5) FDTI의 다른 구성 3(도 34)
도 34는, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 34의 화소(3)에서는, 트렌치(312)의 내부의 열산화막(324)상에, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막(451)이 형성된다. 그리고 그 후, 트렌치(312) 내에 매입막(325)로서 실리콘산화막이 매입된다.
부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막(451)이 존재함에 의해, 실리콘 기판의 트렌치(312)의 계면에 홀이 모이게 되고, 트렌치(312)의 계면에서 발생한 전자가 포토다이오드(311)의 내부에 흘러 들어가기 전에 홀과 결합한다. 이에 의해 암전류나 백상의 발생이 억제된다.
부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막(451)은, 예를 들면, 산화하프늄(HfO2)막, 산화알루미늄(Al2O3)막, 산화지르코늄(ZrO2)막, 산화탄탈(Ta2O5)막, 또는 산화티탄(TiO2)막으로 형성된다. 상기한 종류의 막은, 절연 게이트형 전계 효과 트랜지스터의 게이트 절연막 등에 사용되고 있는 실적이 있기 때문에, 성막 방법이 확립되어 있어서 용이하게 성막할 수 있다. 성막 방법으로서는, 예를 들면, 화학 기상 성장법, 스퍼터링법, 원자층 증착법 등을 이용할 수 있다.
또한, 상기 이외의 재료로서는, 산화란탄(La2O3), 산화푸라세디뮨(Pr2O3), 산화세륨(CeO2), 산화네오디뮴(Nd2O3), 산화푸로메튬(Pm2O3), 산화사마륨(Sm2O3), 산화유로퓸(Eu2O3), 산화가돌리늄(Gd2O3), 산화테르븀(Tb2O3), 산화디스프로슘(Dy2O3), 산화홀뮴(Ho2O3), 산화에르븀(Er2O3), 산화튤륨(Tm2O3), 산화이테르븀(Yb2O3), 산화루테튬(Lu2O3), 산화이트륨(Y2O3) 등을 이용할 수 있다.
또한, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막(451)은, 질화하프늄막, 질화알루미늄막, 산질화하프늄막 또는 산질화알루미늄막으로 형성하는 것도 가능하다. 이들의 막도, 예를 들면, 화학 기상 성장법, 스퍼터링법, 원자층 증착법 등을 이용할 수 있지만, 원자층 증착법을 이용하면, 성막 중에 계면준위를 저감하는 SiO2층을 동시에 1㎚ 정도 형성할 수가 있어서 알맞다.
(6) FDTI의 다른 구성 4(도 35)
도 35는, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 35의 화소(3)에서는, 트렌치(312)의 내부에 공동(455)이 형성되어 있다. 즉, 이 예에서는, 매입막이 존재하지 않기 때문에, 그만큼 공정수가? 감소하고, 제조 공정이 효율적이 된다.
(7) FDTI의 다른 구성 5(도 36)
도 36은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 36의 화소(3)에서는, 트렌치(312)(따라서 FDTI(310))가 포토다이오드(311)의 외주뿐만 아니라, 외로부터 내부에 연속하여, 라인형상으로 내부로 먹어들어가도록 즐치형상(櫛齒狀)으로 형성되어 있다.
이 경우, 트렌치(312)(따라서 포토다이오드(311))의 표면적이 넓게 되기 때문에, 포화 전하량(Qs)을 크게 하는 것이 가능해진다.
(8) FDTI의 다른 구성 6(도 37)
도 37은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 37의 화소(3)에서는, 트렌치(312)(따라서 FDTI(310))가 포토다이오드(311)의 외주뿐만 아니라, 외주와는 불연속하게, 내부에 섬형상(島狀)으로 형성되어 있다.
이 경우에도, 트렌치(312)의 표면적이 넓게 되기 때문에, 포화 전하량(Qs)을 크게 하는 것이 가능해진다.
(9) FDTI의 다른 구성 7(도 38)
도 38은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 38의 화소(3)에서는, 포토다이오드(311)의 표면의 P형층(326)도 고상 확산에 의해 형성된다. 즉, 도 38의 A를 도 30의 C와 비교하여 분명한 바와 같이, P형의 불순물층(332)을 고상 확산하기 때문에 붕소 도프 실리콘산화막(431)을 형성할 때, 트렌치(312)의 도면 중 우측의 부분에는 마스크용의 실리콘질화막(411)이 형성되지 않는다(도 38의 A). 그 결과, 열처리에 의해 트렌치(312)로부터 실리콘 기판(401) 내에 P형의 불순물층(332)을 고상 확산시킬 때, 포토다이오드(311)의 표면에도 붕소 도프 실리콘산화막(431)으로부터 고상 확산이 행하여져서, P형층(326)이 형성된다(도 38의 B).
이 경우, N형 포토다이오드(311)의 표면의 P형층(326)을 이온 주입에 의해 형성하는 경우에 비하여, N형 포토다이오드(311)의 표면에 이온 주입에 의한 데미지가 발생하지 않기 때문에, 암전류, 백상의 악화가 억제된다.
(10) FDTI의 다른 구성 8(도 39)
도 39는, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 구성을 도시하는 도면이다. 도 39의 B는, 도 39의 A의 A-A'선의 단면의 구성을 도시하고 있다. 도 39의 B에 도시되는 바와 같이, N형 포토다이오드(311)의 상방으로서, 좌측의 트렌치(312)의 우측에, P형 웰(501)이 형성되고, N형 포토다이오드(311)의 상방으로서, 우측의 트렌치(312)의 좌측에, P형 웰(502)이 형성되어 있다. 그리고 이 도 39의 화소(3)에서는, 도 39의 A에 도시되는 바와 같이, 트렌치(312)(따라서 FDTI(310))가 화소(3)의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있다. 즉, 화소 트랜지스터(315)는 화소(3) 내에 배치되고, 화소(3)와 화소(3)의 사이에 트렌치(312)가 형성된다.
이 경우에도, 트렌치(312)의 표면적이 넓게 되기 때문에, 포화 전하량(Qs)을 크게 하는 것이 가능해진다.
(11) FDTI의 다른 제조 방법(도 40, 도 41)
다음에, FDTI(310)의 다른 제조 방법에 관해 설명한다. 도 40은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 플로우 차트이고, 도 41은, 본 기술의 제2의 실시의 형태의 고체 촬상 소자의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
최초에 스텝 S201에서 트렌치(312)를 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 실리콘 기판(401)이 준비되고, 그 표면에 마스크용의 실리콘질화막(411)이 성막된다. 그리고 실리콘질화막(411)을 마스크로 하여 리소그래피와 에칭에 의해 트렌치(312)가 형성된다(도 41의 A).
스텝 S202에서, 경사 이온 주입에 의해 트렌치(312)의 주위에 N형의 불순물층(601)을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 예를 들면 인(P)이 트렌치(312) 내에 경사 이온 주입된다. 그 후 열처리에 의해, 실리콘 기판(401) 내의 인의 프로파일이 브로드하게 된다(도 41의 B).
스텝 S203에서, 경사 이온 주입에 의해 트렌치(312)의 주위에 P형의 불순물층(611)을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 예를 들면 붕소(B)가 트렌치(312) 내에 경사 이온 주입된다. 이에 의해 N형의 불순물층(601)의 위에, P형의 불순물층(611)이 형성된다(도 41의 C).
스텝 S204에서, 트렌치(312)의 측벽을 열산화하는 처리가 실행된다. 즉, 열산화에 의해 트렌치(312)의 측벽에 예를 들면 5㎚의 두께의 열산화막(실리콘산화막)(324)이 형성된다. 또한 CVD법에 의해 트렌치(312) 내에 매입막(실리콘산화막)(325)이 매입된다(도 41의 D). 이와 같이 하여 FDTI(310)가 형성된다.
스텝 S205에서, 포토다이오드(311)의 N형/P형의 영역을 형성하는 처리가 실행된다. 즉, 포토다이오드(311)에 N형의 불순물이 이온 주입된다. 또한, 트렌치(312)의 전송 게이트(313)와 반대측의 영역(327)이 P형의 불순물을 이온 주입함으로써 P형이 된다.
즉, N형의 불순물(321)을 고상 확산으로 형성할 때, 도핑으로 N형인 된 영역(327)의 형이, P형의 불순물을 이온 주입함으로써 지워지고, P형이 된다. 또한, 통상의 제조 방법에 따라, 게이트 전극이 형성된다.
이 밖에, N형의 불순물층(601)이나 P형의 불순물층(611)을, 경사 이온 주입 외에, 플라즈마 도핑, 에피택셜 성장, 기상 확산 등에 의해 형성할 수도 있다.
<제3의 실시의 형태>
(고체 촬상 소자를 이용한 전자 기기)(도 42)
상술한 실시의 형태에서 설명한 본 기술에 관한 고체 촬상 소자는, 예를 들면 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템, 나아가서는 촬상 기능을 갖는 휴대 전화기, 또는 촬상 기능을 구비한 다른 기기 등의 전자 기기에 적용할 수 있다. 이하, 도 42를 참조하여, 이 전자 기기에 관해 설명한다.
도 42는, 본 기술의 제3의 실시의 형태의 전자 기기의 구성을 설명하는 도면이다. 도 42는, 본 기술에 관한 전자 기기의 한 예로서, 고체 촬상 소자를 이용한 카메라의 구성도를 도시한다. 본 실시의 형태에 관한 카메라는, 정지화상 또는 동화 촬영 가능한 비디오 카메라를 예로 한 것이다. 이 카메라(700)는, 고체 촬상 소자(1), 고체 촬상 소자(1)의 수광 센서부에 입사광을 유도하는 광학계(701), 셔터 장치(702), 고체 촬상 소자(1)를 구동하는 구동 회로(703), 및 고체 촬상 소자(1)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(704)를 갖는다.
고체 촬상 소자(1)에는, 상술한 각 실시의 형태에서 설명한 구성이 채용된다. 광학계(701)는, 피사체로부터의 상광(像光)을 고체 촬상 소자(1)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해 , 고체 촬상 소자(1) 내에, 일정 기간 신호 전하가 축적된다. 이와 같은 광학계(701)는, 복수의 광학 렌즈로 구성된 광학 렌즈계로 하여도 좋다.
셔터 장치(702)는, 고체 촬상 소자(1)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(703)는, 고체 촬상 소자(1) 및 셔터 장치(702)에 구동 신호를 공급하고, 공급한 타이밍 신호 등의 구동 신호에 의해, 고체 촬상 소자(1)의 신호 처리 회로(704)에의 신호 출력 동작을 제어하거나, 셔터 장치(702)의 셔터 동작을 제어한다. 즉, 구동 회로(703)는, 구동 신호의 공급에 의해, 고체 촬상 소자(1)로부터 신호 처리 회로(704)에의 신호를 전송시킨다.
신호 처리 회로(704)는, 고체 촬상 소자(1)로부터 전송된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행하여진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되거나, 모니터에 출력되어, 표시된다.
이상 설명한 본 실시의 형태에 관한 전자 기기에 의하면, 상술한 실시의 형태에서 설명한 어느 하나의 수광 특성이 양호한 고체 촬상 소자를 이용함에 의해, 고정밀한 촬상이나 소형화를 달성하는 것이 가능해진다.
또한 본 기술의 실시의 형태는, 상술한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 기술의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지의 변경이 가능하다.
<기타>
본 기술은, 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1)
입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와,
상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 고체 촬상 소자.
(2)
상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층과, P형의 불순물의 제2의 불순물층이 고상 확산에 의해 형성되어 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 소자.
(3)
상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 평행한 방향으로 나열하도록 배치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 소자.
(4)
2단의 상기 광전변환부 중 상기 제1의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되고, 상기 제2의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제2의 분리부에 의해 분리되어 있는 상기 (1), (2) 또는 (3)에 기재된 고체 촬상 소자.
(5)
2×2개의 상기 광전변환부의 블록의 주위는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되어 있는 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(6)
상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 수직한 방향으로 나열하도록 배치되어 있는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(7)
상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층, P형의 불순물의 제2의 불순물층, 및 열산화막이 형성되어 있는 상기 (1) 내지 (6)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(8)
상기 광전변환부, 및 상기 제1의 분리부 및 상기 제2의 분리부를 갖는 반도체층의 상기 제1의 면측에는 배선층이 배치되고, 상기 제2의 면측에는 광학층이 배치되는 상기 (1) 내지 (7)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(9)
제1의 면측부터, 제1의 트렌치를 형성하는 스텝과,
상기 제1의 트렌치에 광전변환부를 분리하기 위한 제1의 분리부를 형성하는 스텝과,
상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터, 제2의 트렌치를 형성하는 스텝과,
상기 제2의 트렌치에 상기 광전변환부를 분리하기 위한 제2의 분리부를 형성하는 스텝을 포함하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
(10)
피사체를 촬영하는 고체 촬상 소자와,
상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고,
상기 고체 촬상 소자는,
입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와,
상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 전자 기기.
(11)
입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
상기 광전변환부를 분리하는 분리부를 구비하고,
상기 분리부는,
상기 광전변환부를 분리하기 위한 트렌치에 형성된 N형 및 P형의 불순물층과,
상기 불순물층의 위에 형성된 열산화막을 구비하는 고체 촬상 소자.
(12)
상기 불순물층은, 고상 확산에 의해 형성되어 있는 상기 (11)에 기재된 고체 촬상 소자.
(13)
상기 N형의 불순물층은, 상기 트렌치의 전송 게이트측에만 형성되고, 상기 전송 게이트와 반대측에는 형성되지 않는 상기 (11) 또는 (12)에 기재된 고체 촬상 소자.
(14)
상기 트렌치 내에는, 소정의 전압이 걸리는 매입막이 매입되어 있는 상기 (11), (12) 또는 (13)에 기재된 고체 촬상 소자.
(15)
상기 열산화막상에, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막이 형성되는 상기 (11) 내지 (14)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(16)
상기 분리부는, 화소의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있는 상기 (11) 내지 (15)에 기재된 고체 촬상 소자.
(17)
상기 트렌치는, 상기 광전변환부 및 상기 분리부를 갖는 반도체층의 배선층이 배치되는 측의 제1의 면측부터 형성되고, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측에는 광학층이 배치되는 상기 (11) 내지 (16)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
(18)
상기 불순물층은, 이온 주입, 플라즈마 도핑, 또는 기상 확산에 의해 형성되어 있는 상기 (11) 내지 (17)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 소자.
1 : 고체 촬상 소자
3 : 화소
51 : 고체 촬상 소자
61 : FDTI
62 : RDTI
63 : N형의 불순물층
64 : P형의 불순물층
65 : 포토다이오드
67 : 렌즈
310 : FDTI
311 : 포토다이오드
312 : 트렌치
321 : N형의 불순물층
332 : P형의 불순물층
324 : 열산화막
325 : 매입막

Claims (18)

  1. 입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
    상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와,
    상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층과, P형의 불순물의 제2의 불순물층이 고상 확산에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 평행한 방향으로 나열하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  4. 제2항에 있어서,
    2단의 상기 광전변환부 중 상기 제1의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되고, 상기 제2의 면측의 상기 광전변환부는 상기 제2의 분리부에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  5. 제2항에 있어서,
    2×2개의 상기 광전변환부의 블록의 주위는 상기 제1의 분리부에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1의 분리부와 상기 제2의 분리부는, 상기 광전변환부에 광을 입사하는 렌즈의 광축과 수직한 방향으로 나열하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1의 트렌치에는, N형의 불순물의 제1의 불순물층, P형의 불순물의 제2의 불순물층, 및 열산화막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 광전변환부, 및 상기 제1의 분리부 및 상기 제2의 분리부를 갖는 반도체층의 상기 제1의 면측에는 배선층이 배치되고, 상기 제2의 면측에는 광학층이 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  9. 제1의 면측부터, 제1의 트렌치를 형성하는 스텝과,
    상기 제1의 트렌치에 광전변환부를 분리하기 위한 제1의 분리부를 형성하는 스텝과,
    상기 제1의 면에 대향하는 제2의 면측부터, 제2의 트렌치를 형성하는 스텝과,
    상기 제2의 트렌치에 상기 광전변환부를 분리하기 위한 제2의 분리부를 형성하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 제조 방법.
  10. 피사체를 촬영하는 고체 촬상 소자와,
    상기 고체 촬상 소자로부터 출력되는 화상 신호를 처리하는 신호 처리부를 구비하고,
    상기 고체 촬상 소자는,
    입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
    상기 광전변환부를 분리하는, 제1의 면측부터 형성된 제1의 트렌치에 형성된 제1의 분리부와,
    상기 광전변환부를 분리하는, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측부터 형성된 제2의 트렌치에 형성된 제2의 분리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  11. 입사되는 광을 광전변환하는 광전변환부와,
    상기 광전변환부를 분리하는 분리부를 구비하고,
    상기 분리부는,
    상기 광전변환부를 분리하기 위한 트렌치에 형성된 N형 및 P형의 불순물층과,
    상기 불순물층의 위에 형성된 열산화막을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 불순물층은, 고상 확산에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 N형의 불순물층은, 상기 트렌치의 전송 게이트측에만 형성되고, 상기 전송 게이트와 반대측에는 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 트렌치 내에는, 소정의 전압이 걸리는 매입막이 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 열산화막상에, 부의 고정 전하를 갖는 고정 전하막이 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 분리부는, 화소의 주위를 둘러싸도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 트렌치는, 상기 광전변환부 및 상기 분리부를 갖는 반도체층의 배선층이 배치되는 측의 제1의 면측부터 형성되고, 상기 제1의 면과 대향하는 제2의 면측에는 광학층이 배치되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 불순물층은, 경사 이온 주입, 플라즈마 도핑, 에피택셜 성장, 또는 기상 확산에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
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