KR20210075973A - 고체 촬상 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20210075973A
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solid
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groove
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KR1020217007507A
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이타루 오시야마
신이치로 노우도
야스후미 미요시
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소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤
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Abstract

인접하는 광전변환부 사이에 홈부를 마련하고, 이 홈부의 측벽면 및 저면을 제1의 고정 전하막으로 피복함과 함께, 이 홈부의 개구단을 제2의 고정 전하막에 의해 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색하도록 했다.

Description

고체 촬상 장치 및 전자 기기
본 기술은, 고체 촬상 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
근래, 기판상의 배선층이 형성된 측과는 반대측에서 광을 수광하는, 이면 조사형의 고체 촬상 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.). 특허 문헌 1에 기재된 고체 촬상 장치에서는 광학 혼색을 저감하기 위해, 기판의 인접하는 광전변환부의 사이에 홈부가 마련되고, 이 홈부 내에 고정 전하막이 피복됨과 함께, 절연막이 간극 없이 매입되어 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특개2017-191950호 공보
이와 같은 고체 촬상 장치에서는 광학 혼색의 저감 등의 더한층의 특성 향상이 요구되고 있다.
본 개시는, 광학 혼색의 저감 등의 특성을 더욱 향상시킨 고체 촬상 장치 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 고체 촬상 장치는, (a) 기판과, (b) 기판에 형성된 복수의 광전변환부와, (c) 인접하는 광전변환부의 사이에 마련된 홈부와, (d) 홈부의 측벽면 및 저면 및 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비하고, (e) 홈부의 개구단의 적어도 일부는 고정 전하막에 의해, 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있다.
본 개시의 전자 기기는, (a) 기판, 기판에 형성된 복수의 광전변환부, 인접하는 광전변환부의 사이에 마련된 홈부 및 홈부의 측벽면 및 저면 및 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비한 고체 촬상 장치와, (b) 피사체로부터의 상광을 고체 촬상 장치의 촬상면상에 결상시키는 광학 렌즈와, (c) 고체 촬상 장치로부터 출력되는 신호에 신호 처리를 행하는 신호 처리 회로를 구비하고, (d) 홈부의 개구단의 적어도 일부는 고정 전하막에 의해, 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있다.
도 1은 본 개시의 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 전체 구성을 도시하는 도.
도 2는 도 1의 A-A선으로 파단한 경우의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 도.
도 3은 도 2의 B-B선으로 파단한 경우의 홈부의 평면 구조를 도시하는 도.
도 4는 소자 분리부의 단면 구성을 확대하여 도시하는 요부 확대도.
도 5A는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 5B는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 5C는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 5D는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 5E는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 6은 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 기판의 평면 레이아웃을 도시하는 도.
도 7은 종래 기술에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 도.
도 8A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 8B는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 8C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 8D는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 8E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 9A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 9B는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 9C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 9D는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 9E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 10A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 10B는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 10C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 10D는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 10E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 11A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 11B는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 11C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 11D는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 11E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 12는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 13은 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 교차부의 구성을 도시하는 도.
도 14A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 구조를 도시하는 도.
도 14B는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 구조를 도시하는 도.
도 14C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 구조를 도시하는 도.
도 14D는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 구조를 도시하는 도.
도 15A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15B는 도 15A의 C-C선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15D는 도 15C의 D-D선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15F는 도 15E의 E-E선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15G는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15H는 도 15G의 F-F선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15I는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15J는 도 15I의 G-G선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15K는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15L은 도 15K의 H-H선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 15M은 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 15N은 도 15M의 I-I선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 16A는 종래 기술에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 16B는 도 16A의 J-J선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 16C는 종래 기술에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 16D는 도 16C의 K-K선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 16E는 종래 기술에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 16F는 도 16E의 L-L선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 17A는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 17B는 도 17A의 M-M선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 17C는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 17D는 도 17C의 N-N선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 17E는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 17F는 도 17E의 O-O선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 17G는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 17H는 도 17G의 P-P선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 17I는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 17J는 도 17I의 Q-Q선으로 파단한 경우의 단면 구성을 도시하는 도.
도 18은 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 고정 전하막의 평면 레이아웃을 도시하는 도.
도 19는 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 소자 분리부의 단면 구성을 도시하는 도.
도 20은 본 개시의 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 도.
도 21A는 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 21B는 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 제조 공정의 흐름을 도시하는 도.
도 22는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 단면도.
도 23은 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 단면도.
도 24는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 단면도.
도 25는 변형례에 관한 고체 촬상 장치의 화소 영역의 단면 구성을 도시하는 단면도.
도 26은 본 개시의 제3의 실시 형태에 관한 전자 기기의 개략 구성도.
본 발명자들은, 특허 문헌 1에 기재된 고체 촬상 장치에서 이하의 과제를 발견했다.
특허 문헌 1에 기재된 이면 조사형의 고체 촬상 장치에서는 기판의 굴절률(예를 들면, 실리콘(Si)인 경우에는 3.9)과, 절연막의 굴절률(예를 들면, 산화실리콘(SiO2)인 경우에는 1.4)의 차가 작기 때문에, 인접하는 광전변환부 사이의 홈부에서 충분한 반사 특성을 얻을 수가 없어, 광이 홈부를 투과하여, 광학 혼색이 생길 가능성이 있다. 또한, 기판과 절연막 사이의 고정 전하막은 막두께가 극히 얇은 경우에는 반사 특성에 주는 영향이 작다.
이하에, 본 개시의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치 및 전자 기기의 한 예를, 도 1∼도 26을 참조하면서 설명한다. 본 개시의 실시 형태는, 이하의 순서로 설명한다. 또한, 본 개시는, 이하의 예로 한정되는 것이 아니다. 또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니고, 또 다른 효과가 있어도 좋다.
1. 제1의 실시 형태: 고체 촬상 장치
1-1 고체 촬상 장치의 전체의 구성
1-2 요부의 구성
1-3 고체 촬상 장치의 제조 방법
1-4 변형례
2. 제2의 실시 형태: 고체 촬상 장치
2-1 요부의 구성
2-2 고체 촬상 장치의 제조 방법
2-3 변형례
3. 제3의 실시 형태: 전자 기기
<1. 제1의 실시 형태>
[1-1 고체 촬상 장치의 전체의 구성]
도 1은, 본 개시의 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치의 전체를 도시하는 개략 구성도이다. 도 1의 고체 촬상 장치(1)는, 이면 조사형의 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서이다. 도 26에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1(101))는, 광학 렌즈(102)를 이용하여, 피사체로부터의 상광(입사광(106))을 취입하고, 촬상면상에 결상된 입사광(106)의 광량을 화소 단위로 전기 신호로 변환하여 화소 신호로서 출력한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는, 기판(2)과, 화소 영역(3)과, 수직 구동 회로(4)와, 칼럼 신호 처리 회로(5)와, 수평 구동 회로(6)와, 출력 회로(7)와, 제어 회로(8)를 구비하고 있다.
화소 영역(3)은, 기판(2)상에, 2차원 어레이형상으로 규칙적으로 배열된 복수의 화소(9)를 갖고 있다. 화소(9)는, 도 2에 도시한 광전변환부(24)와, 복수의 화소 트랜지스터(부도시)를 갖고 있다. 복수의 화소 트랜지스터로서는 예를 들면, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 선택 트랜지스터, 앰프 트랜지스터의 4개의 트랜지스터를 채용할 수 있다. 또한, 예를 들면, 선택 트랜지스터를 제외한 3개의 트랜지스터를 채용해도 좋다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 소망하는 화소 구동 배선(10)을 선택하고, 선택한 화소 구동 배선(10)에 화소(9)를 구동하기 위한 펄스를 공급하고, 각 화소(9)를 행 단위로 구동한다. 즉, 수직 구동 회로(4)는, 화소 영역(3)의 각 화소(9)를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사하고, 각 화소(9)의 광전변환부(24)에서 수광량에 응하여 생성한 신호 전하에 의거한 화소 신호를 수직 신호선(11)을 통하여 칼럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다.
칼럼 신호 처리 회로(5)는, 예를 들면, 화소(9)의 열마다 배치되어 있고, 1행분의 화소(9)로부터 출력되는 신호에 대해 화소열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 예를 들면 칼럼 신호 처리 회로(5)는 화소 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Correlated Double Sampling: 상관 2중 샘플링) 및 AD(Analog Digital) 변환 등의 신호 처리를 행한다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 칼럼 신호 처리 회로(5)에 순차적으로 나오게 해서, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 순번대로 선택하고, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터, 신호 처리가 행해진 화소 신호를 수평 신호선(12)에 출력시킨다.
출력 회로(7)는, 칼럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(12)을 통하여, 순차적으로 공급되는 화소 신호에 대해 신호 처리를 행하여 출력한다. 신호 처리로서는 예를 들면, 버퍼링, 흑레벨 조정, 열편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등을 이용할 수 있다.
제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록 신호에 의거하여, 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 제어 회로(8)는, 생성한 클록 신호나 제어 신호를 수직 구동 회로(4), 칼럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 출력한다.
[1-2 요부의 구성]
다음에, 도 1의 고체 촬상 장치(1)의 상세 구조에 관해 설명한다. 도 2는, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 화소 영역(3) 등의 단면 구성을 도시하는 도면이다. 도 2에서는 고체 촬상 장치(1)로서, 이면 조사형의 CMOS 이미지 센서(CMOS형 고체 촬상 장치)를 이용하고 있다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는, 기판(2), 제1의 고정 전하막(13), 제2의 고정 전하막(14), 절연막(15), 차광막(16) 및 평탄화막(17)이 이 순서로 적층되어 이루어지는 수광층(18)을 구비하고 있다. 또한, 수광층(18)의 평탄화막(17)측의 면(이하, 「이면(S1)측」이라고도 부른다)에는 컬러 필터층(19) 및 온 칩 렌즈(20)가 이 순서로 적층되어 이루어지는 집광층(21)이 형성되어 있다. 또한, 수광층(18)의 기판(2)측의 면(이하 「표면(S2)측」이라고도 부른다)에는 배선층(22) 및 지지 기판(23)이 이 순서로 적층되어 있다. 또한, 수광층(18)의 이면(S1)과 평탄화막(17)의 이면은 동일한 면이기 때문에, 이하의 기재에서는 평탄화막(17)의 이면도 「이면(S1)」으로 나타낸다. 또한, 수광층(18)의 표면(S2)과 기판(2)의 표면은 동일한 면이기 때문에, 이하의 기재에서는 기판(2)의 표면도 「표면(S2)」으로 나타낸다.
기판(2)은, 예를 들면, 실리콘(Si)으로 이루어지는 반도체 기판에 의해 구성되고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 화소 영역(3)을 형성하여 있다. 화소 영역(3)에는 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(2)에 형성된(매설된) 복수의 광전변환부(24)를 포함하여 구성된 복수의 화소(9)가 2차원 어레이형상으로 배치되어 있다. 광전변환부(24)는, 기판(2)의 표면(S2)측 및 이면(S3)측의 각각에 형성된 p형 반도체 영역(25, 26)과, p형 반도체 영역(25, 26) 사이에 형성된 n형 반도체 영역(27)에 의해 구성되어 있다. 광전변환부(24)에서는 p형 반도체 영역(25, 26)과 n형 반도체 영역(27) 사이의 pn 접합에 의해, 포토 다이오드가 구성되어 있다. 광전변환부(24)에서는 입사된 광의 광량에 응한 신호 전하가 생성되고, 생성된 신호 전하가 n형 반도체 영역(27)에 축적된다. 또한, 기판(2)의 계면에서 발생한 암전류의 원인이 되는 전자는, 기판(2)의 표면(S2) 및 이면(S3)에 형성된 p형 반도체 영역(25, 26)의 다수 캐리어인 정공에 흡수됨으로써, 암전류가 억제된다.
또한, 각 광전변환부(24)는, p형 반도체 영역으로 구성된 화소 분리층(28)과, 화소 분리층(28) 내에 형성된 소자 분리부(29)에 의해 전기적으로 분리되어 있다. 화소 분리층(28) 및 소자 분리부(29)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 광전변환부(24)를 둘러싸도록 격자형상으로 형성되어 있다. 소자 분리부(29)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 기판(2)의 이면(S3)측부터 깊이 방향으로 형성된 홈부(30)를 갖고 있다. 즉, 기판(2)(화소 분리층(28))의 이면(S3)측의 인접하는 광전변환부(24)의 사이에는 홈부(30)가 새겨넣어져서 형성되어 있다. 홈부(30)는, 화소 분리층(28) 및 소자 분리부(29)와 마찬가지로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 각 광전변환부(24)를 둘러싸도록 직선부(31) 및 교차부(32)로 이루어지는 격자형상으로 형성되어 있다. 직선부(31)는, 이웃하는 2개의 광전변환부(24) 사이를 구획하는 영역이고, 홈부(30)끼리가 교차하지 않는 부분이다. 또한, 교차부(32)는 홈부(30)끼리가 교차하는 부분이다.
또한, 홈부(30)의 깊이는, 예를 들면, 화소 트랜지스터가 형성되는 p-웰층(33)에 달하는 깊이 이상, 플로팅 디퓨전부(34)나 소스·드레인 영역에 달하는 깊이 미만으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 플로팅 디퓨전부(34)나 소스·드레인 영역의 깊이가 1㎛ 미만인 경우, 0.25∼5.0㎛ 정도의 깊이로 한다.
여기서, 교차부(32)의 개구단의 최대폭은, 통상, 직선부(31)의 개구단의 최대폭보다도 넓게 된다. 또한 후술하는 바와 같이, 홈부(30)의 개구단은, PVD법 또는 CVD법에 의해 홈부(30)의 내부에 공극(35)이 남도록 제2의 고정 전하막(14)으로 폐색한다. 그 때문에, 홈부(30)(직선부(31), 교차부(32))의 개구단의 폭은, PVD법 또는 CVD법에 의한 제2의 고정 전하막(14)에 의해, 교차부(32)의 개구단 전부를 폐색 가능한 폭으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면 PVD법 또는 CVD법을 이용하여, 제2의 고정 전하막(14)에 의해 폐색 가능한 교차부(32)의 최대폭이 30㎚ 정도인 경우, 직선부(31)의 개구단의 폭은 20㎚ 정도로 한다.
제1의 고정 전하막(13)은, 홈부(30)의 측벽면 및 저면 및 기판(2)의 이면(S3)측 전체(수광면측 전체)를 연속적으로 피복하고 있다. 제1의 고정 전하막(13)의 막두께는, 홈부(30) 내에 공간을 형성하기 위해, 홈부(30) 내를 전부 매입하지 않는 균일한 막두께로 한다. 예를 들면, 15㎚ 정도로 한다. 이에 의해, 홈부(30)의 내부에는 측벽면 및 저면이 제1의 고정 전하막(13)으로 둘러싸여진 홈형상의 공간(공극(35))이 형성되어 있다. 제1의 고정 전하막(13)의 재료로서는 예를 들면, 기판(2)상에 퇴적함으로써, 고정 전하를 발생시켜서 피닝을 강화시키는 것이 가능한, 부의 전하를 갖는 고굴절률 재료막 또는 고유전체막을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta) 및 티탄(Ti)의 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물 또는 질화물 등을 채용할 수 있다. 예를 들면, 홈부(30)의 형성시의 에칭에 의해 받는 기판(2)의 데미지에 응한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 기판(2)상에 퇴적함으로써, 블리스터의 발생을 억제할 수 있고, 기판(2)의 평면부로부터 벗겨지기 어려운, 산화하프늄(HfO2)이 보다 바람직하다.
또한, 제1의 고정 전하막(13)의 재료로서는 상기한 재료에 더하여, 예를 들면, 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 세륨(Ce), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 튤륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu) 및 이트륨(Y)의 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물 또는 질화물 등도 채용할 수 있다.
또한, 제1의 고정 전하막(13)의 성막 방법으로서는 예를 들면, 원자층 증착법(이하, 「ALD(Atomic Layer Deposition)법」이라고도 부른다), 화학 기상 성장법(이하, 「CVD(Chemical Vapor Deposition)법」이라고도 부른다)을 이용할 수 있다. 특히, 고(高)애스펙트비의 홈부(30)에 균일한 성막을 행하는 것을 고려하면, ALD법을 채용하는 것이 보다 바람직하다.
이와 같이, 제1의 실시 형태에서는 홈부(30)의 측벽면 및 저면 및 기판(2)의 이면(S3)측 전체에 부의 전하를 갖는 제1의 고정 전하막(13)이 형성되어 있기 때문에, 제1의 고정 전하막(13)에 접하는 면에 반전층이 형성된다. 이에 의해, 실리콘 계면이 반전층에 의해 피닝되기 때문에, 암전류가 억제된다. 또한, 기판(2)에의 홈부(30)의 형성시에, 홈부(30)의 측벽면 및 저면에 물리적 데미지가 발생하여, 홈부(30)의 주변부에서 피닝 어긋남이 발생할 가능성이 있다. 이 문제점에 대해, 제1의 실시 형태에서는 홈부(30)의 측벽면 및 저면에 고정 전하를 갖는 제1의 고정 전하막(13)을 형성함으로써, 피닝 어긋남이 방지된다.
또한, 제1의 실시 형태에서는 홈부(30) 내에 측벽면 및 저면이 제1의 고정 전하막(13)으로 둘러싸여진 홈형상의 공극(35)이 형성되기 때문에, 인접하는 광전변환부(24)가 전기적으로 보다 확실하게 분리된다.
제2의 고정 전하막(14)은, 홈부(30)의 개구단을 폐색함과 함께, 제1의 고정 전하막(13)의 이면(S4)측 전체(수광면측 전체)를 연속적으로 피복하고 있다. 제2의 고정 전하막(14)의 막두께는, 홈부(30)의 개구단을 보다 확실하게 막기 위해, 예를 들면, 45㎚ 정도로 한다. 이에 의해, 홈부(30)의 내부는 공극(35)(이른바, 보이드)을 남겨서 폐색되어 있다. 즉, 소자 분리부(29)는, 공극(35)(보이드)을 갖는 중공 구조로 되어 있다. 공극(35)의 내부는 공기가 충전된 상태라도 좋으며, 또는 진공의 상태라도 좋다.
보다 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 제2의 고정 전하막(14)의 일부는 홈부(30) 내에 들어가고 홈부(30)의 개구단측의 측벽면도 피복하고 있다. 홈부(30)의 개구단측의 측벽면을 피복하고 있는 제2의 고정 전하막(14)의 막두께는, 홈부(30)의 개구단측쪽이 구석(저면측)보다도 두껍게 되어 있다. 이에 의해, 제2의 고정 전하막(14)이, 개구단의 폭방향 중심으로부터 홈부(30)의 내벽면 방향으로 비어져 나온 형상으로 되어 있고, 홈부(30)의 개구단이 제2의 고정 전하막(14)으로 닫혀져 있다. 또한, 제2의 고정 전하막(14)의 이면(S5)측(수광면측)의 면에는 홈부(30)에 응하여 연신되고, 격자형상으로 형성된 오목부(14a)가 마련되어 있다.
제2의 고정 전하막(14)의 재료로서는 예를 들면, 기판(2)상에 퇴적함으로써, 고정 전하를 발생시켜서 피닝을 강화시키는 것이 가능한 부의 전하를 갖는 고굴절률 재료막 또는 고유전체막을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 하프늄(Hf), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 탄탈(Ta) 및 티탄(Ti)의 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물 또는 질화물 등을 채용할 수 있다. 예를 들면, 기판(2)의 데미지에 응한 재료가 이용된다. 특히, 홈부(30)의 피닝을 강화시키는 산화알루미늄(Al2O3)이 보다 바람직하다.
또한, 제2의 고정 전하막(14)의 성막 방법으로서는 예를 들면, 물리 기상 성장법(이하「PVD(Physical Vapor Deposition)법」이라고도 부른다), CVD법을 이용할 수 있다. 특히, 홈부(30) 내에 하프늄산화물 등을 들어가기 어렵게 하여, 홈부(30)의 개구단을 막는 것을 고려하면, 측벽면이나 저면의 적용 범위가 나쁘며, PVD법을 채용하는 것이 보다 바람직하다.
절연막(15)은, 제2의 고정 전하막(14)의 이면(S5)측 전체(수광면측 전체)를 연속적으로 피복하고 있다. 절연막(15)의 재료로서는 예를 들면, 제2의 고정 전하막(14)과는 다른 굴절률을 갖는 산화막 등을 채용할 수 있다. 구체적으로는, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4) 및 산질화실리콘(SiON)의 적어도 하나를 채용할 수 있다. 절연막(15)의 재료로서는 예를 들면, 정의 고정 전하를 갖지 않는 재료, 정의 고정 전하가 적은 재료가 바람직하다.
차광막(16)은, 절연막(15)의 이면(S6)측의 일부(수광면측의 일부)에, 복수의 광전변환부(24)의 각각의 수광면을 개구하도록 격자형상으로 형성되어 있다. 즉, 차광막(16)은, 수광층(18)을 이면(S1)측에서 본 경우에, 격자형상으로 형성된 홈부(30)와 겹쳐지는 위치에 형성되어 있다. 차광막(16)의 재료로서는 예를 들면, 광을 차광 가능한 재료를 채용할 수 있다. 구체적으로는, 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 구리(Cu) 등을 채용할 수 있다.
평탄화막(17)은, 차광막(16)을 포함하는 절연막(15)의 이면(S6)측 전체(수광면측 전체)를 연속적으로 피복하고 있다. 이에 의해, 수광층(18)의 이면(S1)은, 요철이 없는 평탄면으로 되어 있다. 평탄화막(17)의 재료로서는 예를 들면, 수지 등의 유기 재료를 이용할 수 있다.
컬러 필터층(19)은, 평탄화막(17)의 이면(S1)측(수광면측)에, R, G, B 등의 각 화소(9)에 수광시키고 싶은 광의 파장에 대응하여 형성되어 있다. 컬러 필터층(19)은, 특정한 파장의 광을 투과시키고, 투과시킨 광을 기판(2) 내의 광전변환부(24)에 입사시킨다.
온 칩 렌즈(20)는, 컬러 필터층(19)의 이면(S7)측(수광면측)에, 각 화소(9)에 대응하여 형성되어 있다. 온 칩 렌즈(20)는, 조사광을 집광하고, 집광한 광을 컬러 필터층(19)을 통하여 기판(2) 내의 광전변환부(24)에 효율적으로 입사시킨다.
배선층(22)은, 기판(2)의 표면(S2)측에 형성되어 있고, 층간 절연막(36)을 통하여 복수층(도 2에서는 3층)으로 적층된 배선(37)을 포함하여 구성되어 있다. 배선층(22)에 형성된 복수층의 배선(37)을 통하여, 각 화소(9)를 구성하는 화소 트랜지스터가 구동된다.
지지 기판(23)은, 배선층(22)의 기판(2)에 면하는 측과는 반대측의 면에 형성되어 있다. 지지 기판(23)은, 고체 촬상 장치(1)의 제조 단계에서 기판(2)의 강도를 확보하기 위한 기판이다. 지지 기판(23)의 재료로서는 예를 들면, 실리콘(Si)을 채용할 수 있다.
이상의 구성을 갖는 고체 촬상 장치(1)에서는 기판(2)의 이면측(수광층(18)의 이면(S1)측)으로부터 광이 조사되고, 조사된 광이 온 칩 렌즈(20) 및 컬러 필터층(19)을 투과하고, 투과한 광이 광전변환부(24)에서 광전변환됨으로써, 신호 전하가 생성된다. 그리고, 생성된 신호 전하가 기판(2)의 표면(S2)측에 형성된 화소 트랜지스터를 통하여, 배선(37)으로 형성된 도 1에 도시한 수직 신호선(11)으로 화소 신호로서 출력된다.
[1-3 고체 촬상 장치의 제조 방법]
다음에, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 제조 방법에 관해 설명한다. 도 5A, 도 5B 도 5C, 도 5D 및 도 5E는, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 제조 공정을 도시하는 단면도이다.
우선, 도 5A에 도시하는 바와 같이, 기판(2)에, 광전변환부(24), 화소 트랜지스터 및 화소 분리층(28)을 형성한 후, 기판(2)의 표면(S2)에 층간 절연막(36)과 배선(37)을 교대로 형성하여 배선층(22)을 형성한다. 기판(2)에 형성된 광전변환부(24) 등의 불순물 영역은, 기판(2)에 대해, 소망하는 불순물을 기판(2)의 표면(S2)측부터 이온 주입함으로써 형성한다.
계속해서, 배선층(22)의 최표면(S8)에 실리콘으로 이루어지는 지지 기판(23)(도 5B 참조)을 접착한 후, 기판(2), 배선층(22) 및 지지 기판(23)의 적층체를 반전시킨다. 여기까지의 제조 공정은, 통상의 이면 조사형의 고체 촬상 장치와 마찬가지이다. 계속해서, 기판(2)을 반전시킨 후, 도 5B에 도시하는 바와 같이, 기판(2)을 이면(S3)측에서 연마하여 소망하는 두께까지 박육화한다.
계속해서, 도 5C에 도시하는 바와 같이, 기판(2)의 각 화소(9)의 경계, 즉, 화소 분리층(28)이 형성된 부분에서 기판(2)의 이면(S3)측부터 깊이 방향(이면(S3)으로부터 표면(S2)을 향한 방향)으로 선택적으로 에칭함에 의해, 소망하는 깊이의 홈부(30)를 형성한다. 홈부(30)의 형성 방법으로서는 예를 들면, 기판(2)의 이면(S3)에 소망하는 개구를 갖는 하드 마스크(부도시)를 마련하고, 마련한 하드 마스크를 통하여 에칭을 행하는 방법을 채용할 수 있다.
또한, 홈부(30)를 형성하는 공정은, 다른 기판 관통 공정과 공통화하는 것이 가능하다. 이와 같이, 다른 기판 관통 공정과 공통화하는 경우, 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
계속해서, 홈부(30)의 가공에 이용한 하드 마스크를 제거하고, ALD법 또는 CVD법을 이용하여, 도 5D에 도시하는 바와 같이, 홈부(30)의 측벽면 및 저면 및 기판(2)의 이면(S3)측 전체(수광면측 전체)가 연속적으로 피복되도록 제1의 고정 전하막(13)을 성막시킨다. 그 후, PVD법 또는 CVD법을 이용하여, 홈부(30)의 개구단이 폐색됨과 함께, 제1의 고정 전하막(13)의 이면(S4)측 전체(수광면측 전체)가 피복되도록 제2의 고정 전하막(14)을 성막시킨다. 제2의 고정 전하막(14)의 성막 공정에서는 홈부(30)의 내부가 제2의 고정 전하막(14)으로 전부 매입되기 전에, 홈부(30)의 개구단측이 폐색되는 성막 조건으로 한다. 이와 같이, 성막 조건을 최적화함으로써, 공극(35)을 갖는 소자 분리부(29)를 형성할 수 있다. 이에 의해, 도 3에 도시한 홈부(30)의 직선부(31) 및 교차부(32)는, 제2의 고정 전하막(14)으로 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색된다. 공극(35)의 내부 공간은, 홈부(30)의 직선부(31) 및 교차부(32)에 따라 연신하는 격자형상으로 형성된다.
계속해서, PVD법 또는 CVD법을 이용하여, 제2의 고정 전하막(14)의 이면(S5)측 전체(수광면측 전체)를 피복하도록 절연막(15)을 성막시킨다. 계속해서, 절연막(15)의 이면(S6)측 전체에 차광 재료층을 성막한 후, 차광 재료층을 소망하는 형상으로 패터닝한다. 이에 의해, 도 5E에 도시하는 바와 같이, 광전변환부(24)를 개구하고, 인접하는 화소(9) 사이를 차광하는 차광막(16)을 형성한다. 그 후, 기판(2)의 표면(S2)측에, 컬러 필터층(19) 및 온 칩 렌즈(20)를 형성함에 의해, 도 2에 도시하는 바와 같이, 고체 촬상 장치(1)가 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는 인접하는 광전변환부(24) 사이에 마련된 홈부(30)는, 제2의 고정 전하막(14)에 의해, 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색되어 있다. 그 때문에, 기판(2)의 굴절률(예를 들면, 실리콘 (Si)인 경우에는 3.9)과, 공극(35)의 굴절률(예를 들면, 공기가 충전되어 있는 경우에는 1.0)과의 차가 크기 때문에, 인접하는 광전변환부(24) 사이의 홈부(30)에서 충분한 반사 특성을 얻을 수 있어서, 광이 홈부(30)를 투과하기 어렵고, 광학 혼색을 억제할 수 있다. 또한, 기판(2)과 공극(35) 사이의 제1의 고정 전하막(13)은, 막두께가 극히 얇기 때문에 반사 특성에 주는 영향은 작다.
또한, 각 화소(9)의 광전변환부(24)가 홈부(30) 내에 공극(35)이 형성된 소자 분리부(29)에 의해 분리되어 있다. 그 때문에, 광전변환부(24)에 축적된 신호 전하가 인접하는 광전변환부(24)측으로의 누설을 억제할 수 있다. 그 때문에, 광전변환부(24)에서 포화 전하량 이상의 신호 전하가 생성된 경우에, 효율적으로 플로팅 디퓨전부(34)측으로 소출시키는 것이 가능해진다. 이에 의해, 블루밍의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는 홈부(30)에 부의 전하를 갖는 제1의 고정 전하막(13)이 형성되어 있다. 그 때문에, 제1의 고정 전하막(13)의 부 바이어스 효과에 의해, 계면준위의 발생을 억제할 수 있어 계면준위에 기인하는 암전류의 발생을 억제할 수 있다. 또한 제1의 고정 전하막(13)에 접하는 면에는 반전층(p형)이 형성되어, 플러스의 전하가 유기된다. 그 때문에, p형 반도체 영역으로 구성된 p-웰층(33)이나 화소 분리층(28)을 얇은 p형 불순물 농도로 형성해도 화소(9)의 분리 기능이나 암전류 억제의 효과를 충분히 발휘할 수 있다.
[1-4 변형례]
(1) 제1의 실시 형태의 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)로서, 교차부(32)에서 서로 교차하는 홈부(30)의 측벽면에서 형성되어 있는 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 배치·형상 등을 조정한 예를 설명한다. 도 6은 변형례에 관한 기판(2)의 평면 레이아웃을 도시하는 도면이다. 도 6에서 도 2에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 교차부(32)의 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d) 중의 홈부(30)가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부(43a)와 모서리부(43c) 사이의 거리(d1) 및 모서리부(43b)와 모서리부(44d) 사이의 거리(d2)를, 홈부(30)의 폭(d0)의 소정치 배(倍) 이하로 한다. 소정치 배로서는 예를 들면, 2.5배가 바람직하고, 1.4배가 보다 바람직하고, 1.0배가 가장 바람직하다. 이와 같은 상한치를 설정한 경우, 거리(d1, d2)의 하한치로서는 0배보다 큰 것이 바람직하다.
또한, 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 소정치 배로 하는 것에 더하여, 또는 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 소정치 배로 하는 것에 대신하여, 거리(d1, d2)를 소정 거리 이하로 해도 좋다. 소정 거리로서는 예를 들면, 250㎚가 바람직하고, 150㎚가 보다 바람직하고, 50㎚가 가장 바람직하다. 이와 같은 상한치를 설정한 경우, 거리(d1, d2)의 하한치로서는 0㎚보다 큰 것이 바람직하다.
거리(d1, d2)가 폭(d0)의 2.5배보다 큰 경우, 또는, 거리(d1, d2)가 250㎚보다도 큰 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 교차부(32)의 개구단을 제2의 고정 전하막(14)으로 폐색시키기 위해서는 제2의 고정 전하막(14)을 성막시킬 때에 PVD법이나 CVD법을 장시간 행하지 않으면 안되어, 도 7에 도시하는 바와 같이, 제2의 고정 전하막(14)의 막두께가 증대하여, 제2의 고정 전하막(14)이 고배화(高背化)할 가능성이 있다. 그리고, 제2의 고정 전하막(14)이 고배화함으로써, 차광막(16)과 홈부(30) 사이의 거리가 증대하여, 광이 제1의 고정 전하막(13)과 제2의 고정 전하막(14)을 투과하여, 광학 혼색(상층 혼색)이 생길 가능성이 있다. 또한, 화소(9)의 개구면적과 광전변환부(24)의 체적이 저감하고, 감도가 저하될 가능성이 있다.
이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 2.5배 이하로 하는 것 및 거리(d1, d2)를 250㎚ 이하로 하는 것의 적어도 어느 하나를 행하도록 했다. 그 때문에, 제2의 고정 전하막(14)을 저배화할 수 있어 광학 혼색을 억제할 수 있다. 또한, 화소(9)의 개구면적과 광전변환부(24)의 체적을 증대할 수 있어 감도를 향상할 수 있다.
한편, 거리(d1, d2)가 0㎚인 경우, 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)가 서로 접촉한다. 이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 거리(d1, d2)를 0㎚보다 크게 했다. 그 때문에, 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)가 서로 접촉하지 않고 끝난다.
또한, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 광의 입사측에서 본 경우에, 교차부(32)의 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 적어도 하나의 모서리부를 원호형상으로 둥글게 하고, 그 원호의 곡률 반경(R)을 소정치 이하로 해도 좋다. 소정치로서는 예를 들면, 20㎚가 바람직하고, 10㎚ 이하가 보다 바람직하고, 5㎚ 이하가 가장 바람직하다. 곡률 반경(R)의 계측 방법으로서는 예를 들면, 최소제곱법을 이용하여, 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 형상의 계측치에 다양한 반경을 갖는 원호의 근사 곡선을 피팅시키는 방법을 이용할 수 있다. 이와 같은 상한치를 설정한 경우, 곡률 반경(R)의 하한치로서는 예를 들면, 1㎚ 이상이 바람직하고, 2㎚ 이상이 보다 바람직하고, 3㎚ 이상이 가장 바람직하다.
곡률 반경(R)이 20㎚보다 큰 경우, 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 2.5배 이하로 하는 것이나, 거리(d1, d2)를 250㎚ 이하로 하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 또한, 화소(9)의 개구면적과 광전변환부(24)의 체적이 저감하고, 감도가 저하될 가능성이 있다. 이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 곡률 반경(R)을 20㎚ 이하로 했다. 그 때문에, 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 2.5배 이하로 하는 것이나, 거리(d1, d2)를 250㎚ 이하로 하는 것의 난이도를 저하할 수 있다. 또한, 화소(9)의 개구면적과 광전변환부(24)의 체적을 증대할 수 있고, 고체 촬상 장치(1)의 감도를 향상할 수 있다.
한편, 곡률 반경(R)이 1㎚보다 작은 경우, 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 형성이 곤란해지고, 또한, 교차부(32) 형성의 공정수가 증대하기 때문에, 제조 비용이 증대할 가능성이 있다. 이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 곡률 반경(R)을 1㎚ 이상으로 했다. 그 때문에, 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)의 형성의 난이도를 저하될 수 있고, 또한, 교차부(32) 형성의 공정수를 저감할 수 있기 때문에, 제조 비용의 증대를 억제를 할 수 있다.
또한, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 도 8A, 도 8B, 도 8C, 도 8D, 도 8E, 도 9A, 도 9B, 도 9C, 도 9D, 도 9E, 도 10A, 도 10B, 도 10C, 도 10D, 도 10E, 도 11A, 도 11B, 도 11C, 도 11D, 도 11E, 도 12, 도 13에 도시하는 바와 같이, 교차부(32)의 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d) 중의 적어도 하나에, 교차부(32)의 내부측으로 돌출한 볼록부(44)를 형성하도록 하여도 좋다. 볼록부(44)의 형상으로서는 예를 들면, 평면시로, 타원형상, 진원형상 및 다각형상의 적어도 어느 하나를 채용할 수 있다. 도 8A∼도 8E에서는 볼록부(44)를 정점이 돌출한 2등변 삼각형상으로 한 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 9A∼도 9E에서는 볼록부(44)를 장축의 일단이 돌출한 타원형상으로 한 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 10A∼도 10E는, 볼록부(44)를 진원형상으로 한 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 11A∼도 11E는, 볼록부(44)를 모서리부의 하나가 돌출한 4각형상으로 한 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 8A, 도 9A, 도 10A, 도 11A는, 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d) 전부에 볼록부(44)가 마련된 한 예를 나타내고 있다.
또한, 도 8B, 도 9B, 도 10B, 도 11B는, 3개의 모서리부(43a, 43c, 44d)에만 볼록부(44)가 마련된 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 8C, 도 8D, 도 9C, 도 9D, 도 10C, 도 10D, 도 11C, 도 11D는, 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d) 중의 2개의 모서리부(43a와 43c, 또는 43a와 43d)에만 볼록부(44)가 마련된 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 8E, 도 9E, 도 10E, 도 11E는, 1개의 모서리부(43a)에만 볼록부(44)가 마련된 한 예를 나타내고 있다. 또한, 도 12, 도 13은, 4개의 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)의 볼록부(44) 배치가 비대칭인 한 예를 나타내고 있다.
여기서, 교차부(32)의 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)에 볼록부(44)를 마련하지 않는 경우, 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 1.4배 이하로 할 수가 없다. 이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 모서리부(43a, 43b, 43c, 44d)에 볼록부(44)를 형성했기 때문에, 거리(d1, d2)를 단축할 수 있고, 거리(d1, d2)를 폭(d0)의 1.4배 이하로 할 수 있다.
또한, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)는, 예를 들면, 도 14A, 도 14B, 도 14C, 도 14D에 도시하는 바와 같이, 정방형 화소 구조, 2중 화소 구조, 4중 화소 구조, 장방형 화소 구조의 화소(9)에 이용할 수 있다. 4중 화소 구조의 화소(9)에 이용하는 경우에는 4중 화소 구조의 중심의 교차부(32)에도 이용할 수 있다.
다음에, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제조시에, 교차부(32)에서 볼록부(44)를 갖지 않는 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)를 형성하는 순서에 관해 설명한다.
도 5B에 도시하는 바와 같이, 기판(2), 배선층(22) 및 지지 기판(23)의 적층체를 형성한 후, 도 15A, 도 15B에 도시하는 바와 같이, 기판(2)의 이면(S3)측에, TEOS층(45)과 BARC층(46)과 포토레지스트층(47)을 이 순서로 적층한다. 계속해서, 서로 직행하는 홈부(30)의 연신 방향(이하, 「X방향」, 「Y방향」이라고도 부른다) 중의 Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 통하여 포토레지스트층(47)에 노광·현상을 행한다. 이에 의해, 도 15C, 도 15D에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트층(47)에 대해, Y방향으로 연신하는 홈부(30)에 대응한 개구부를 갖는 레지스트 패턴(48)을 형성한다. 계속해서, 레지스트 패턴(48)을 통하여, BARC층(46)과 TEOS층(45)에 에칭을 행한 후, 포토레지스트층(47)과 BARC층(46)을 제거함으로써, 도 15E, 도 15F에 도시하는 바와 같이, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 하드 마스크(49)를 형성한다.
계속해서, 도 15G, 도 15H에 도시하는 바와 같이, 하드 마스크(49)에 BARC층(50)과 포토레지스트층(51)을 이 순서로 적층한다. 그때, BARC층(50)에 V자 홈(52)이 형성된다. 계속해서, X방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 통하여 포토레지스트층(51)에 노광·현상을 행한다. 이에 의해, 도 15I, 도 15J에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트층(51)에 대해, X방향으로 연신하는 홈부(30)에 대응한 개구부를 갖는 레지스트 패턴(53)을 형성한다. 계속해서, 레지스트 패턴(53)을 통하여, BARC층(50)과 TEOS층(45)에 에칭을 행한 후, 포토레지스트층(51)과 BARC층(50)을 제거함으로써, 도 15K, 도 15L에 도시하는 바와 같이, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 더하여, X방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 하드 마스크(54)를 형성했다. 즉, 하드 마스크(54)로서, 서로 직행하는 X방향 및 Y방향의 양방향으로 연신하는 홈부(30) 전부에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 형성한다.
계속해서, 형성한 하드 마스크(54)를 통하여, 기판(2)을 에칭하여, 도 15M, 도 15N에 도시하는 바와 같이, X방향 및 Y방향의 양방향으로 연신하는 홈부(30)를 기판(2)에 형성한다. 이에 의해, 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)가 둥글게 되어있지 않은 교차부(32)가 형성된다.
덧붙여서, 하나의 레지스트 패턴(55)만으로 하드 마스크(57)를 형성하는 방법으로는, 도 16A, 도 16B에 도시하는 바와 같이, 교차부(32)의 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)에 대응하는, 레지스트 패턴(55)의 모서리부(56a, 56b, 56c, 56d)가 둥글게 되어 버린다. 그 때문에, 모서리부(56a, 56b, 56c, 56d)가 둥글게 되어 버림으로써, 도 16C, 도 16D에 도시하는 바와 같이, 하드 마스크(57)의 모서리부(58a, 58b, 58c, 58d)도 둥글게 되어 버려, 도 16E, 도 16F에 도시하는 바와 같이, 교차부(32)의 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)도 둥글게 되어 버린다.
다음에, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)의 제조시에, 교차부(32)에서 볼록부(44)를 갖는 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)를 형성하는 순서에 관해 설명한다.
도 15A에 도시하는 바와 같이, 기판(2)의 이면(S3)측에, TEOS층(45)과 BARC층(46)과 포토레지스트층(47)을 이 순서로 적층한 후, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 통하여 포토레지스트층(47)에 노광·현상을 행한다. 마스크로서는 교차부(32)의 중앙 위치에 대응하는 개소의 폭을 좁힌 개구부를 갖는 것을 이용한다. 이에 의해, 도 17A, 도 17B에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트층(47)에 대해, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 마련되고, 또한 교차부(32)의 중앙 위치에 대응하는 개소의 폭이 좁혀진 개구부를 갖는 레지스트 패턴(48)을 형성한다. 계속해서, 레지스트 패턴(48)을 통하여, BARC층(46)과 TEOS층(45)에 에칭을 행한 후, 포토레지스트층(47)과 BARC층(46)을 제거함으로써, 도 17C, 도 17D에 도시하는 바와 같이, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부가 마련되고, 그 개구부에서 교차부(32)의 중앙 위치에 대응하는 개소의 폭이 좁혀진 하드 마스크(49)를 형성했다.
계속해서, 도 15D에 도시하는 바와 같이, 하드 마스크(49)에 BARC층(50)과 포토레지스트층(51)을 이 순서로 적층한다. 그때, BARC층(50)에 V자 홈(52)이 형성된다. 계속해서, X방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 이용하여 포토레지스트층(51)에 노광·현상을 행한다. 마스크로서는 교차부(32)의 중앙 위치에 대응하는 개소의 폭을 좁힌 개구부를 갖는 것을 이용한다. 이에 의해, 도 17E, 도 17F에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트층(51)에 대해, X방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 마련되고, 또한 교차부(32)의 중앙에 대응하는 개소의 폭이 좁혀진 개구부를 갖는 레지스트 패턴(53)을 형성한다. 계속해서, 레지스트 패턴(53)을 통해 BARC층(50)과 TEOS층(45)에 에칭을 행한 후, 포토레지스트층(51)과 BARC층(50)을 제거함으로써, 도 17G, 도 17H에 도시하는 바와 같이, Y방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 더하여, X방향에 따라 연신하는 홈부(30)에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 하드 마스크(54)를 형성한다. 즉, 하드 마스크(54)로서, 서로 직행한 X방향 및 Y방향의 양방향으로 연신하는 홈부(30) 전부에 대응하는 개소에 개구부를 갖는 마스크를 형성한다.
계속해서, 형성한 하드 마스크(54)를 이용하여, 도 17I, 도 17J에 도시하는 바와 같이, 기판(2)을 에칭하여, X방향 및 Y방향의 양방향으로 연신하는 홈부(30)를 기판(2)에 형성했다. 이에 의해, 모서리부(43a, 43b, 43c, 43d)에 볼록부(44)를 갖는 교차부(32)가 형성된다. 도 17I, 도 17J에서는 정점이 돌출한 2등변 삼각형상의 볼록부(44)를 한 예로서 나타내고 있다.
(2) 제1의 실시 형태의 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)로서, 홈부(30)의 개구단의 전부가 아니라, 일부만을 제2의 고정 전하막(14)에 의해, 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색한 예를 설명한다. 도 18은 변형례에 관한 제2의 고정 전하막(14)의 평면 레이아웃을 도시하는 도면이다. 도 18에서 도 3에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
도 18에 도시하는 바와 같이, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 홈부(30)가 교차하는 복수의 교차부(32)의 개구단 중의 적어도 일부의 교차부(32)의 개구단은, 제2의 고정 전하막(14)에 의한 폐색이 행해져 있지 않다. 즉, 교차부(32) 이외의 홈부(30)의 개구단(직선부(31)의 개구단(38))은, 어느 것이나 제2의 고정 전하막(14)에 의해, 직선부(31)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색되어 있다. 그러나, 제2의 고정 전하막(14)에 의한 교차부(32)의 개구단(39)의 폐색은, 일부의 개구단에서만 행해져 있든지 또는 어느 개구단에서도 행해져 있지 않다.
또한, 제2의 고정 전하막(14)에 의해 폐색되지 않은 개구단(39)이라도, 도 19에 도시하는 바와 같이, 제2의 고정 전하막(14)의 일부는 홈부(30) 내로 들어가 홈부(30)의 개구단측의 측벽면(40)도 피복하고 있다. 그리고, 홈부(30)의 개구단(39)측의 측벽면(40)을 피복하고 있는 제2의 고정 전하막(14)의 막두께도, 홈부(30)의 개구단(39)측 쪽이 속측(저면측)보다도 두껍게 되어 있다. 이에 의해, 제2의 고정 전하막(14)이, 개구단(39)의 폭방향 중심의 개구부로부터 홈부(30)의 내벽면 방향으로 비어져 나온 형상으로 되어 있고, 홈부(30)의 개구단(39)이, 제2의 고정 전하막(14)으로 좁혀져 있다. 그리고, 제2의 고정 전하막(14)으로 좁혀져 있는 개구단(39)은, 절연막(15)에 의해 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색되어 있다.
여기서, 교차부(32)의 개구단(39)의 최대폭은, 직선부(31)의 개구단의 최대폭보다도 넓게 된다. 그 때문에, 교차부(32)의 개구단(39) 전부를 제2의 고정 전하막(14)으로 폐색시키기 위해서는 홈부(30)의 모든 홈폭을 가늘게 할 필요가 있다. 그러나, 홈부(30)의 모든 홈폭을 가늘게 하는 경우, 홈부(30) 형성의 공정수가 증대하고, 제조 비용이 증대할 가능성이 있다.
이에 대해, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 홈부(30)끼리가 교차하는 복수의 교차부(32)의 개구단(39) 중의 적어도 일부의 교차부(32)의 개구단(39)은, 제2의 고정 전하막(14)에 의한 폐색이 행해져 있지 않다. 그 때문에, 홈부(30)의 모든 홈폭을 가늘게 할 필요가 없고, 홈부(30) 형성의 공정수의 증대를 억제할 수 있고, 제조 비용의 증대를 억제할 수 있다.
<2. 제2의 실시 형태: 고체 촬상 장치>
[2-1 요부의 구성]
다음에 본 개시의 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치에 관해 설명한다. 제2의 실시 형태의 고체 촬상 장치의 전체 구성은, 도 1과 마찬가지이기 때문에 도시를 생략한다. 도 20, 도 21A 및 도 21B는, 본 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 요부의 단면 구성도이다. 도 20, 도 21A 및 도 21B에서 도 2에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 중복 설명을 생략한다.
제2의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)는, 소자 분리부(29)의 구성이 제1의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)와 다르다. 제2의 실시 형태에서는 도 20에 도시하는 바와 같이, 적어도 홈부(30)의 개구단측에서 홈부(30)의 개구단(41)이, 홈부(30)의 내부보다도 좁은 오버행 형상으로 되어 있다. 깊이 방향으로 절단한 경우의 홈부(30)의 단면 형상은, 예를 들면 개구측 및 속측이 좁고 중앙부측이 넓은 타원형상이라도 좋으며, 개구측만이 좁고 중앙부 및 속측이 넓은 일정폭인 형상(삼각과 사각을 조합시킨 것 같은 형상)이라도 좋다.
그리고, 제1의 고정 전하막(13)이, 홈부(30)의 내부에 공극(35)이 남도록 홈부(30)의 오버행 형상의 개구단(41)을 폐색하고 있다. 제1의 고정 전하막(13)의 두께는, 예를 들면 홈부(30)의 내부의 전부가 제1의 고정 전하막(13)으로 메워지지 않고, 홈부(30)의 개구단(41)이 폐색되도록 개구단(41)의 홈폭의 반분 정도의 두께로 한다. 예를 들면, 개구단(41)의 홈폭이 30㎚ 정도인 경우, 제1의 고정 전하막(13)의 두께는 15㎚ 정도로 한다.
또한, 제2의 고정 전하막(14)은, 홈부(30)의 개구단(41)이 제1의 고정 전하막(13)으로 폐색되어 있기 때문에, 제1의 고정 전하막(13)의 이면(S4)측(수광면측 전체)만을 피복한다. 또한 제1의 고정 전하막(13) 및 제2의 고정 전하막(14)은, 제1의 실시 형태에서 이용한 제1의 고정 전하막(13) 및 제2의 고정 전하막(14)의 재료와 같은 재료로 형성할 수 있다.
[2-2 고체 촬상 장치의 제조 방법]
도 21A 및 도 21B에, 제2의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)의 제조 공정을 도시한다. 지지 기판(23)을 접착하는 공정까지는, 제1의 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 중복 설명을 생략한다. 지지 기판(23)을 접착한 후, 도 21A에 도시하는 바와 같이, 기판(2)의 각 화소(9)의 경계에서 기판(2)의 이면(S3)측부터 깊이 방향(이면(S3)으로부터 표면(S2)을 향하는 방향)으로 선택적으로 에칭함에 의해, 소망하는 깊이의 홈부(30)를 형성한다. 홈부(30)의 형성 방법으로서는 예를 들면, 기판(2)의 이면(S3)에 소망하는 개구를 갖는 하드 마스크(부도시)를 마련하고, 그 하드 마스크를 통하여 에칭을 행하는 방법을 채용할 수 있다. 홈부(30)의 에칭 행정에서는 홈부(30)의 개구단(41)을 오버행 형상으로 하게 하는 보잉이 발생하는 에칭 조건으로 한다. 이와 같이, 에칭 조건을 최적화함으로써, 홈부(30)의 내부보다도 좁은 홈부(30)의 개구단(41)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 도 20에 도시한 홈부(30)는, 제1의 고정 전하막(13)만으로 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남기고 폐색된다. 공극(35)의 내부 공간은, 도 3과 마찬가지로, 홈부(30)에 따라 연신하고 있는 격자형상으로 형성된다.
계속해서, 홈부(30)의 가공에 이용한 하드 마스크를 제거한다. 그리고, 도 21B에 도시하는 바와 같이, ALD법 또는 CVD법을 이용하여, 홈부(30)의 측벽면 및 저면 및 기판(2)의 이면(S3)측 전체(수광면측 전체)가 연속적으로 피복됨과 함께, 홈부(30)의 개구단(41)이 폐색되도록 제1의 고정 전하막(13)을 성막시킨다. 제1의 고정 전하막(13)의 성막 공정에서는 홈부(30)의 내부가 제1의 고정 전하막(13)으로 전부 매입되기 전에, 홈부(30)의 개구단(41)측이 폐색되는 성막 조건으로 한다. 이와 같이, 성막 조건을 최적화함으로써, 공극(35)을 갖는 소자 분리부(29)를 형성할 수 있다. 이에 의해, 도 20에 도시한 홈부(30)의 개구단(41)은, 제1의 고정 전하막(13)으로 홈부(30)의 내부에 공극(35)을 남겨서 폐색된다. 공극(35)의 내부 공간은, 홈부(30)에 따라 연신하고 있는 격자형상으로 형성된다.
계속해서, PVD법 또는 CVD법을 이용하여, 제1의 고정 전하막(13)의 이면(S4)측 전체(수광면측 전체)가 피복되도록 제2의 고정 전하막(14)을 성막시킨다. 그 후, 제1의 실시 형태와 같은 공정에 의해, 도 20에 도시하는 제2의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)가 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 제2의 실시 형태의 고체 촬상 장치(1)에서는 홈부(30)의 개구단(41)은, 홈부(30)의 내부보다도 좁은 오버행 형상으로 했다. 그 때문에, 인접하는 광전변환부(24) 사이에 마련된 홈부(30)는, 제1의 고정 전하막(13)에 의해, 홈부(30)의 내부에 보다 확실하게 공극(35)을 남겨서 폐색할 수 있다. 그 때문에, 제1의 실시 형태와 마찬가지로, 기판(2)의 굴절률(예를 들면, 실리콘(Si)인 경우에는 3.9)과, 공극(35)의 굴절률(예를 들면, 공기가 충전되어 있는 경우에는 1.0)의 차를 증대할 수 있고, 인접하는 광전변환부(24) 사이의 홈부(30)에서 충분한 반사 특성을 얻을 수 있어서, 광이 홈부(30)를 투과하기 어렵고, 광학 혼색을 억제할 수 있다.
[2-3 변형례]
도 22는, 제2의 실시 형태의 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)의 단면 구성도이다. 도 22에서 도 20에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다. 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)는, 제2의 고정 전하막(14)을 생략한 점이 제2의 실시 형태와 다르다. 이에 의해, 제2의 고정 전하막(14)의 형성 공정을 삭감할 수 있고 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 이면 조사형의 CMOS형 고체 촬상 장치를 예로 설명했지만, 이면 조사형의 CCD형 고체 촬상 장치에 적용할 수도 있다. 이 경우도, 광전변환부(24) 사이의 소자 분리부(29)를, 홈부(30)에 공극(35)을 남겨서 형성함으로써, 제1 및 제2의 실시 형태에서의 효과와 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)에서는 부의 전하(전자)를 신호 전하로서 이용하는 경우를 예로 설명했지만, 정의 전하(홀)를 신호 전하로서 이용하는 경우에 적용할 수도 있다. 홀을 신호 전하로서 이용하는 경우에는 제1의 고정 전하막(13) 및 제2의 고정 전하막(14)으로서 정의 고정 전하를 갖는 재료를 이용하면 좋으며, 또한, 기판(2) 내의 p형 영역과 n형 영역을 역으로 구성하면 좋다. 즉, 신호 전하와 같은 전하를 고정 전하로 한 재료를 제1의 고정 전하막(13) 및 제2의 고정 전하막(14)으로서 이용하면 좋다.
또한, 본 개시는, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)와 같이, 가시광의 입사광량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 적외선이나 X선, 입자 등의 입사량의 분포를 화상으로서 촬상하는 고체 촬상 장치에도 적용 가능하다. 또한, 압력이나 정전용량 등, 다른 물리량의 분포를 검지하여 화상으로서 촬상하는 지문 검출 센서 등의 고체 촬상 장치(물리량 분포 검지 장치) 전반에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)와 같이, 화소 영역(3)의 각 화소(9)를 행 단위로 차례로 주사하여 각 화소(9)로부터 화소 신호를 판독하는 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 화소 단위로 임의의 화소(9)를 선택하고, 선택한 화소(9)로부터 화소 단위로 신호를 판독하는 X-Y 어드레스형의 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 본 개시는, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)와 같이, n형 반도체 영역(27)의 상측의 p형 반도체 영역(25)의 계면(수광면측 계면)이 평탄한 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 23에 도시하는 바와 같이, p형 반도체 영역(25)의 계면(수광면측 계면)이, 입사광의 반사를 방지하도록 역피라미드 형상의 오목부가 형성된, 이른바 모스 아이 구조의 반사 방지부(42)를 갖는 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다.
또한, 예를 들면, 도 25에 도시하는 바와 같이, 도 23의 역피라미드 형상의 오목부에 대신하여, 사각형상의 오목부를 마련하고, 그 오목부의 내부에 제1의 고정 전하막(13)을 충전해도 좋다. 이 경우, 제2의 고정 전하막(14)을 생략하고, 홈부(30)의 개구단을 절연막(15)으로 폐색해도 좋다.
또한, 본 개시는, 제1 및 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)와 같이, n형 반도체 영역(27)의 상측의 p형 반도체 영역(25)의 계면(수광면측 계면)이 평탄한 고체 촬상 장치로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 도 25에 도시하는 바와 같이, 화소 영역의 일부(예를 들면, 단변(端邊))에서 기판(2)을 관통하는 소자 분리부(29)를 가지고, 그 소자 분리부(29) 내에 기판(2)의 표면(S2)측에 노출하는 차광막(16)을 갖는 고체 촬상 장치에 대해서도 적용 가능하다.
<3. 제3의 실시 형태: 전자 기기>
다음에, 본 개시의 제3의 실시 형태에 관한 전자 기기에 관해 설명한다. 도 26은, 본 개시의 제3의 실시 형태에 관한 전자 기기(100)의 개략 구성도이다.
제3의 실시 형태에 관한 전자 기기(100)는, 고체 촬상 장치(101)와, 광학 렌즈(102)와, 셔터 장치(103)와, 구동 회로(104)와, 신호 처리 회로(105)를 구비하고 있다. 제3의 실시 형태의 전자 기기(100)는, 고체 촬상 장치(101)로서, 본 개시의 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 전자 기기(예를 들면, 카메라)에 이용한 경우의 실시 형태를 나타낸다.
광학 렌즈(102)는, 피사체로부터의 상광(입사광(106))을 고체 촬상 장치(101)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(101) 내에 일정 기간에 걸쳐 신호 전하가 축적된다. 셔터 장치(103)는, 고체 촬상 장치(101)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(104)는, 고체 촬상 장치(101)의 전송 동작 및 셔터 장치(103)의 셔터 동작을 제어하는 구동 신호를 공급한다. 구동 회로(104)로부터 공급되는 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(101)의 신호 전송을 행한다. 신호 처리 회로(105)는, 고체 촬상 장치(101)로부터 출력되는 신호(화소 신호)에 각종 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행해진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되고, 또는 모니터에 출력된다.
이와 같은 구성에 의해, 제3의 실시 형태의 전자 기기(100)에서는 고체 촬상 장치(101)에서 광학 혼색의 억제가 도모되기 때문에, 영상 신호의 화질의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 고체 촬상 장치(1)를 적용할 수 있는 전자 기기(100)로서는 카메라로 한정되는 것이 아니고, 다른 전자 기기에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 휴대 전화기 등의 모바일 기기용 카메라 모듈 등의 촬상 장치에 적용해도 좋다.
또한, 제3의 실시 형태에서는 고체 촬상 장치(101)로서, 제1의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)를 전자 기기에 이용한 구성으로 했지만, 다른 구성으로 해도 좋다. 예를 들면, 제2의 실시 형태에 관한 고체 촬상 장치(1)나, 변형례에 관한 고체 촬상 장치(1)를 전자 기기에 이용해도 좋다.
또한, 본 기술은, 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
(1) 기판과,
상기 기판에 형성된 복수의 광전변환부와,
인접하는 광전변환부의 사이에 마련된 홈부와,
상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비하고,
상기 홈부의 개구단의 적어도 일부는 상기 고정 전하막에 의해, 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있는 고체 촬상 장치.
(2) 상기 고정 전하막은 제1의 고정 전하막과, 제2의 고정 전하막을 포함하고,
상기 제1의 고정 전하막은 상기 홈부의 내부에 측벽면 및 저면이 당해 제1의 고정 전하막으로 둘러싸여진 홈형상의 공간을 형성하도록 상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고,
상기 제2의 고정 전하막은 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨 두고, 상기 홈부의 개구단을 폐색함과 함께, 상기 제1의 고정 전하막의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고 있는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 제2의 고정 전하막의 수광면측의 면에 상기 홈부에 따라 연신되어 있는 오목부를 구비하는 상기 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 제2의 고정 전하막의 일부는 상기 홈부의 개구단측의 측벽면도 피복하고 있고,
상기 홈부의 개구단측의 측벽면을 피복하고 있는 상기 제2의 고정 전하막의 막두께는, 상기 홈부의 개구단측쪽이 속측보다도 두껍게 되어 있는 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 홈부끼리가 교차하는 복수의 교차부의 개구단 중의 적어도 일부의 교차부의 개구단은, 상기 고정 전하막에 의한 상기 폐색이 행해져 있지 않는 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 홈부의 개구단이 당해 홈부의 내부보다도 좁은 오버행 형상인 상기 (1)부터 (5) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 고정 전하막의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘의 적어도 하나를 포함하는 절연막을 구비하는 상기 (1)부터 (6) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부 사이의 거리가 상기 홈부의 폭의 2.5배 이하인 상기 (1)부터 (7) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 모서리부 사이의 거리가 상기 홈부의 폭의 0배보다 크고 2.5배 이하인 상기 (8)에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부 사이의 거리가 250㎚ 이하인 상기 (1)부터 (9) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(11) 상기 모서리부 사이의 거리가 0㎚보다 크고 250㎚ 이하인 상기 (10)에 기재된 고체 촬상 장치.
(12) 상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부의 적어도 하나의 모서리부가 원호형상으로 동글게 되어 있고,
상기 원호의 곡률 반경이 20㎚ 이하인 상기 (1)부터 (11) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(13) 상기 4개의 모서리부의 적어도 하나의 모서리부가 원호형상으로 동글게 되어 있고,
상기 원호의 곡률 반경이, 1㎚ 이상 20㎚ 이하인 상기 (12)에 기재된 고체 촬상 장치.
(14) 상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부의 적어도 하나가 상기 교차부의 내부측으로 돌출한 볼록부를 형성하고 있는 상기 (1)부터 (13) 중 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(15) 상기 볼록부의 형상은, 평면시로 타원형상, 진원형상 및 다각형상의 적어도 어느 하나인 상기 (14)에 기재된 고체 촬상 장치.
(16) 기판, 상기 기판에 형성된 복수의 광전변환부, 인접하는 광전변환부의 사이에 마련된 홈부 및 상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비하는 고체 촬상 장치와,
피사체로부터의 상광을 상기 고체 촬상 장치의 촬상면상에 결상시키는 광학 렌즈와,
상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 신호에 신호 처리를 행하는 신호 처리 회로를 구비하고,
상기 홈부의 개구단의 적어도 일부는 상기 고정 전하막에 의해, 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있는 전자 기기.
1: 고체 촬상 장치 2: 기판
3: 화소 영역 4: 수직 구동 회로
5: 칼럼 신호 처리 회로 6: 수평 구동 회로
7: 출력 회로 8: 제어 회로
9: 화소 10: 화소 구동 배선
11: 수직 신호선 12: 수평 신호선
13: 제1의 고정 전하막 14: 제2의 고정 전하막
15: 절연막 16: 차광막
17: 평탄화막 18: 수광층
19: 컬러 필터층 20: 온 칩 렌즈
21: 집광층 22: 배선층
23: 지지 기판 24: 광전변환부
25, 26: p형 반도체 영역 27: n형 반도체 영역
28: 화소 분리층 29: 소자 분리부
30: 홈부 31: 직선부
32: 교차부 33: 웰층
34: 플로팅 디퓨전부 35: 공극
36: 층간 절연막 37: 배선
38, 39: 개구단 40: 측벽
41: 개구단 42: 반사 방지부
100: 전자 기기 101: 고체 촬상 장치
102: 광학 렌즈 103: 셔터 장치
104: 구동 회로 105: 신호 처리 회로
106: 입사광 S1: 이면
S2: 표면 S4: 이면
S5: 이면 S6: 이면
S7: 이면 S8: 최표면

Claims (16)

  1. 기판과,
    상기 기판에 형성된 복수의 광전변환부와,
    인접하는 상기 광전변환부의 사이에 마련된 홈부와,
    상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비하고,
    상기 홈부의 개구단의 적어도 일부는 상기 고정 전하막에 의해, 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정 전하막은 제1의 고정 전하막과, 제2의 고정 전하막을 포함하고,
    상기 제1의 고정 전하막은 상기 홈부의 내부에 측벽면 및 저면이 당해 제1의 고정 전하막으로 둘러싸여진 홈형상의 공간을 형성하도록 상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고,
    상기 제2의 고정 전하막은 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨 두고, 상기 홈부의 개구단을 폐색함과 함께, 상기 제1의 고정 전하막의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2의 고정 전하막의 수광면측의 면에 상기 홈부에 따라 연신되어 있는 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2의 고정 전하막은 상기 홈부의 개구단측의 측벽면도 피복하고 있고,
    상기 홈부의 개구단측의 측벽면을 피복하고 있는 상기 제2의 고정 전하막의 막두께는, 상기 홈부의 개구단측쪽이 속측보다도 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홈부끼리가 교차하는 복수의 교차부의 개구단 중의 적어도 일부의 교차부의 개구단은, 상기 고정 전하막에 의한 상기 폐색이 행해져 있지 않은 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 홈부의 개구단이 당해 홈부의 내부보다도 좁은 오버행 형상인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고정 전하막의 수광면측 전체를 연속적으로 피복하고, 산화실리콘, 질화실리콘 및 산질화실리콘의 적어도 하나를 포함하는 절연막을 구비하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부 사이의 거리가 상기 홈부의 폭의 2.5배 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 모서리부 사이의 거리가 상기 홈부의 폭의 0배보다 크고 2.5배 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부 사이의 거리가 250㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 모서리부 사이의 거리가 0㎚보다 크고 250㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부의 적어도 하나의 모서리부가 원호형상으로 동글게 되어 있고,
    상기 원호의 곡률 반경이 20㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 4개의 모서리부의 적어도 하나의 모서리부가 원호형상으로 동글게 되어 있고,
    상기 원호의 곡률 반경이, 1㎚ 이상 20㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 홈부끼리가 교차하는 교차부에서 서로 교차하는 상기 홈부의 측벽면에서 형성되어 있는 4개의 모서리부 중의 당해 홈부가 연신되어 있는 방향 각각에 대해 경사 방향에 위치하는 모서리부의 적어도 하나가 상기 교차부의 내부측으로 돌출한 볼록부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 볼록부의 형상은 평면시로, 타원형상, 진원형상 및 다각형상의 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  16. 기판과,
    상기 기판에 형성된 복수의 광전변환부와,
    인접하는 광전변환부의 사이에 마련된 홈부 및 상기 홈부의 측벽면 및 저면 및 상기 기판의 수광면측을 피복하고, 하프늄, 알루미늄, 지르코늄, 탄탈 및 티탄의 적어도 하나를 포함하는 고정 전하막을 구비하는 고체 촬상 장치와,
    피사체로부터의 상광(像光)을 상기 고체 촬상 장치의 촬상면상에 결상시키는 광학 렌즈와,
    상기 고체 촬상 장치로부터 출력되는 신호에 신호 처리를 행하는 신호 처리 회로를 구비하고,
    상기 홈부의 개구단의 적어도 일부는 상기 고정 전하막에 의해, 상기 홈부의 내부에 공극을 남겨서 폐색되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
KR1020217007507A 2018-10-11 2019-08-20 고체 촬상 장치 및 전자 기기 KR20210075973A (ko)

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JP2018192693 2018-10-11
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