TWI531052B - 固態影像感測裝置之製造方法 - Google Patents
固態影像感測裝置之製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI531052B TWI531052B TW103104404A TW103104404A TWI531052B TW I531052 B TWI531052 B TW I531052B TW 103104404 A TW103104404 A TW 103104404A TW 103104404 A TW103104404 A TW 103104404A TW I531052 B TWI531052 B TW I531052B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- conversion element
- plan
- view
- solid
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 119
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 26
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 26
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000000347 anisotropic wet etching Methods 0.000 claims description 9
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 46
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 9
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 5
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000007788 roughening Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034960 Photophobia Diseases 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000003705 background correction Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 208000013469 light sensitivity Diseases 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
- H01L27/14607—Geometry of the photosensitive area
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14623—Optical shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1464—Back illuminated imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Element Separation (AREA)
Description
本發明之實施形態係有關固態影像感測裝置之製造方法及固態影像感測裝置。
習知，數位相機或附相機功能的行動終端等電子機器，具備具有固態影像感測裝置之相機模組。固態影像感測裝置係具備與攝像圖像的各像素相對應而以行列狀二維排列之複數個光電變換元件。各光電變換元件因應受光量而將入射光光電變換成相應量之電荷，並蓄積成為表示各像素亮度之訊號電荷。
此外，在各光電變換元件之間，設有將光電變換元件彼此電性地元件分離之元件分離區域。元件分離區域，例如是在形成有複數個各光電變換元件之半導體層上，形成以俯視矩形狀包圍各光電變換元件之格子狀溝槽(溝)，並在溝槽內部填埋絕緣材料，藉此形成。
元件分離用的溝槽，一般而言是藉由RIE(反
應性離子蝕刻，Reactive Ion Etching)來形成。然而，以RIE形成之溝槽的表面上可能會產生懸鍵(dangling bond)，因懸鍵而產生的電子，不論有無入射光均會產生，故會在攝像圖像中顯現成為白色痕跡而導致畫質劣化。
本發明所欲解決之問題，在於提供一種可減低暗電流(dark current)的固態影像感測裝置之製造方法及固態影像感測裝置。
一實施形態的固態影像感測裝置之製造方法，其特徵為，包含：在第1導電型的半導體層中將第2導電型的半導體區域二維排列成行列狀，藉此形成複數個光電變換元件，以將前述半導體層區隔開來的方式形成俯視格子狀的溝槽，藉此將前述光電變換元件整形成俯視矩形狀，將被整形成俯視矩形狀之前述光電變換元件，整形成比矩形的角數還多之俯視凸多角形狀，藉由絕緣膜被覆前述溝槽的內周面後，在被該絕緣膜被覆之溝槽中設置遮光構件以形成元件分離區域。
另一實施形態之固態影像感測裝置，其特徵為，具備：複數個光電變換元件，由第1導電型的半導體
層、與於前述半導體層中以行列狀二維排列之第2導電型的半導體區域所形成，且形成為比矩形的角數還多之俯視凸多角形狀；及元件分離區域，具有遮光構件，其設置成將前述半導體層區隔開來，與前述光電變換元件之界面係被絕緣膜被覆。
按照上述構成的固態影像感測裝置之製造方法及固態影像感測裝置，便可減低暗電流。
1‧‧‧數位相機
11‧‧‧相機模組
12‧‧‧後段處理部
13‧‧‧攝像光學系統
14‧‧‧固態影像感測裝置
15‧‧‧ISP
16‧‧‧記憶部
17‧‧‧顯示部
20‧‧‧影像感測器
21‧‧‧訊號處理電路
22‧‧‧周邊電路
23‧‧‧像素陣列
24‧‧‧垂直移位暫存器
25‧‧‧時序控制部
26‧‧‧CDS
27‧‧‧ADC
28‧‧‧線記憶體
31‧‧‧微透鏡
32‧‧‧彩色濾光片
33‧‧‧導波路
34‧‧‧P型的Si層
35‧‧‧絕緣層
36‧‧‧黏著層
37‧‧‧支撐基板
38‧‧‧保護膜
39‧‧‧N型的Si區域
40‧‧‧光電變換元件
41‧‧‧絕緣膜
42‧‧‧遮光構件
43‧‧‧元件分離區域
44‧‧‧讀出閘
45‧‧‧多層配線
4‧‧‧半導體基板
5‧‧‧溝槽
40a‧‧‧米勒指數為〔100〕之面
40e‧‧‧米勒指數為〔110〕之面
[圖1]具備實施形態之固態影像感測裝置的數位相機概略構成示意方塊圖。
[圖2]實施形態之固態影像感測裝置的概略構成示意方塊圖。
[圖3]排列於實施形態的像素陣列之光電變換元件的俯視形狀示意說明圖。
[圖4]圖3所示A-A’線之截面模型示意說明圖。
[圖5]實施形態之固態影像感測裝置的製造工程示意截面模型圖。
[圖6]實施形態之固態影像感測裝置的製造工程示意截面模型圖。
[圖7]實施形態之固態影像感測裝置的製造工程示意
截面模型圖。
[圖8]將實施形態之光電變換元件及元件分離區域的構成採用至表面照射型的影像感測器的情形時之說明圖。
以下參照所附圖面，詳細說明實施形態的固態影像感測裝置之製造方法及固態影像感測裝置。另，本發明並非由該實施形態所限定。
圖1為具備實施形態之固態影像感測裝置14的數位相機1概略構成示意方塊圖。如圖1所示，數位相機1具備相機模組11與後段處理部12。
相機模組11具備攝像光學系統13與固態影像感測裝置14。攝像光學系統13攝入來自被攝體的光，使被攝體像成像。固態影像感測裝置14，會將藉由攝像光學系統13而成像之被攝體像予以攝像，並將藉由攝像而得之圖像訊號輸出至後段處理部12。該相機模組11除了數位相機1以外，例如還可運用於附相機之行動終端等電子機器。
後段處理部12具備ISP(Image Signal Processor，影像訊號處理器)15、記憶部16及顯示部17。ISP15對於從固態影像感測裝置14輸入之圖像訊號進行訊號處理。該ISP15例如會進行雜訊除去處理、缺陷像素修正處理、解析度變換處理等高畫質化處理。
接著，ISP15會將訊號處理後的圖像訊號輸出
至記憶部16、顯示部17以及相機模組11內的固態影像感測裝置14所具備之後述訊號處理電路21(參照圖2)。從ISP15反饋給相機模組11的圖像訊號，係用於固態影像感測裝置14的調整或控制。
記憶部16會將從ISP15輸入的圖像訊號記憶成為圖像。此外，記憶部16會將記憶的圖像之圖像訊號因應使用者之操作等而輸出至顯示部17。顯示部17會因應從ISP15或記憶部16輸入之圖像訊號而顯示圖像。該顯示部17例如為液晶顯示器。
接著參照圖2，說明相機模組11具備之固態影像感測裝置14。圖2為實施形態之固態影像感測裝置14的概略構成示意方塊圖。如圖2所示，固態影像感測裝置14具備影像感測器20、訊號處理電路21。
此處，係針對影像感測器20為所謂背面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)影像感測器的情形，亦即配線層是形成於將入射光做光電變換的光電變換元件中與入射光入射面相反側之面上的情形來說明。
另，本實施形態之影像感測器20，並不限定於背面照射型CMOS影像感測器，亦可為表面照射型CMOS影像感測器、或CCD(Charge Coupled Device)影像感測器等任意之影像感測器。
影像感測器20具備周邊電路22、像素陣列23。此外，周邊電路22具備垂直移位暫存器(vertical
shift register)24、時序控制部25、CDS(correlated double sampling，相關雙重取樣部)26、ADC(類比數位變換部)27、及線記憶體28。
像素陣列23設於影像感測器20的攝像區域。在該像素陣列23，與攝像圖像的各像素相對應之複數個光電變換元件，是朝水平方向(列方向)及垂直方向(行方向)配置成二維陣列狀(矩陣狀)。又，像素陣列23會使與各像素相對應之各光電變換元件產生相應於入射光量的訊號電荷(例如電子)並蓄積。
時序控制部25係為對垂直移位暫存器24輸出脈衝訊號以作為動作時序基準之處理部。垂直移位暫存器24，係為從二維配置成陣列(行列)狀的複數個光電變換元件當中，將用來以列單位依序選擇讀取訊號電荷的光電變換元件之選擇訊號輸出至像素陣列23之處理部。
像素陣列23係將藉由從垂直移位暫存器24輸入的選擇訊號而以列單位被選擇之各光電變換元件中蓄積的訊號電荷，從光電變換元件輸出至CDS26以作為示意各像素亮度之像素訊號。
CDS26係為從自像素陣列23輸入的像素訊號中，藉由相關雙重取樣除去雜訊而輸出至ADC27之處理部。ADC27係為將從CDS26輸入的類比像素訊號變換成數位像素訊號並輸出至線記憶體28之處理部。線記憶體28係為暫時保持從ADC27輸入的像素訊號，並依像素陣列23中的每一列光電變換元件而輸出至訊號處理電路21
之處理部。
訊號處理電路21係為對從線記憶體28輸入的像素訊號進行規定訊號處理並輸出至後段處理部12之處理部。訊號處理電路21係對像素訊號例如進行鏡頭陰影校正(shading correction)、傷痕修正、雜訊減低處理等訊號處理。
像這樣，影像感測器20中，配置於像素陣列23的複數個光電變換元件會將入射光光電變換成與受光量相應的量之訊號電荷並蓄積，周邊電路22會將各光電變換元件中蓄積的訊號電荷讀取成為像素訊號，藉此進行攝像。
本實施形態中，是藉由將配置於該影像感測器20的像素陣列23之複數個光電變換元件的形狀予以最佳化，而可減低暗電流。接著參照圖3，說明排列於像素陣列23之光電變換元件的俯視形狀。
圖3為排列於實施形態的像素陣列23之光電變換元件的俯視形狀示意說明圖。另，圖3中係揭示光電變換元件的俯視形狀，因此針對比光電變換元件還更設於光入射側之構成要素，係省略圖示。
如圖3所示，像素陣列23是複數個光電變換元件40以行列狀二維排列。各光電變換元件40，具備比矩形的角數還多之俯視凸多角形(此處為八角形)狀的受光面。
此外，在各光電變換元件40之間，設有元件
分離區域43。元件分離區域43，是由設於與光電變換元件40的交界面上之絕緣膜41、及被絕緣膜41被覆之遮光構件42，所構成。
像這樣，本實施形態中，將各光電變換元件40的形狀整形成俯視凸多角形狀，藉此來減低暗電流。具體而言，當形成光電變換元件40時，首先會形成如圖3中虛線所示之俯視矩形狀的光電變換元件。另，該俯視矩形狀的光電變換元件的形狀，係一般固體攝像元件所採用之形狀。
當形成俯視矩形狀的光電變換元件的情形下，例如會對於第1導電型(此處訂為P型)的半導體層當中形成光電變換元件之位置，將第2導電型(此處訂為N型)的雜質予以離子植入來形成N型半導體區域，以便形成由P型半導體層與N型半導體區域之PN接合所構成之複數個光二極體。如此一來，便形成以行列狀二維排列之複數個光二極體。
接著，例如為了將各光二極體以矩形狀包圍，例如藉由RIE(Reactive Ion Etching)在半導體層形成格子狀的溝槽，並藉由絕緣構件將溝槽填埋。如此一來，便形成如圖3中虛線所示之俯視矩形狀的光電變換元件。
在如此形成的俯視矩形狀的光電變換元件的側面，會因為進行了RIE而發生表面粗糙化，產生懸鍵。因該懸鍵而產生的電子，不論有無入射光均會產生，故會
在攝像圖像中顯現成為白色痕跡而導致畫質劣化。又，因懸鍵而產生的電子數，會與光電變換元件的面積成比例而增加。
鑑此，本實施形態中藉由減低光電變換元件當中側面的面積，來減低因懸鍵而產生的電子數，藉此做出可減低暗電流之光電變換元件40。
具體而言，是形成如圖3中虛線所示之俯視矩形狀的光電變換元件後，將該俯視矩形狀的光電變換元件當中四隅的角予以倒角，藉此形成俯視八角形之光電變換元件40。另，該光電變換元件40的具體形成工程，參照圖6後述之。
此處，當將光電變換元件40於俯視時各部位的長度，如圖3所示般訂為L1、L2、L3的情形下，那麼圖3中虛線所示之光電變換元件於俯視時外周的長度，會成為(L1+2×L2)×4。
另一方面，光電變換元件40於俯視時外周的長度，會成為(L1+L3)×4。由於L3=L2×2，因此光電變換元件40於俯視時外周的長度，會比圖3中虛線所示之光電變換元件於俯視時外周的長度還短了(2-2)×L2×4。
又，光電變換元件40的半導體層之深度，與圖3中虛線所示之光電變換元件的半導體層之深度相等。是故，光電變換元件40，其側面的面積會比圖3中虛線所示之俯視矩形狀的光電變換元件的側面的面積還小。
像這樣，光電變換元件40相較於圖3中虛線所示之光電變換元件更能減低側面的面積，故會減低因懸鍵而產生的電子數，藉此能夠減低暗電流。
而且，光電變換元件40於俯視時構成外周的各邊當中，一對相向的邊的距離，係與構成圖3中虛線所示之光電變換元件的外周之一對相向的邊的距離相等。是故，光電變換元件40相對於圖3中虛線所示之光電變換元件而言並不會大幅減低受光面積，故能夠與圖3中虛線所示之光電變換元件確保同等的受光靈敏度。
接著參照圖4，說明實施形態之像素陣列23的截面構造。圖4為圖3所示A-A’線之截面模型示意說明圖。另，圖4中，針對比光電變換元件40還更設於光入射側之構成要素亦予圖示。
如圖4所示，像素陣列23從光入射側依序具備微透鏡31、彩色濾光片32、導波路33、第1導電型(P型)半導體(此處訂為Si(矽))層34、絕緣層35、黏著層36、支撐基板37。
微透鏡31為將入射的光聚光之平凸透鏡。彩色濾光片32為使紅、綠、藍或白的任一色光選擇性穿透之濾光片。導波路33為將穿透彩色濾光片32的光引導至P型的Si層34側之區域，例如由氮化Si所形成。在導波路33的周圍，例如設置由氧化Si所形成之保護膜38。
P型的Si層34為例如使摻入硼等P型雜質的Si進行磊晶成長而形成之區域。另，P型的Si層34亦可
以是對Si晶圓將P型雜質離子植入而形成之物。
在P型的Si層34內部當中形成光電變換元件40的位置，設有第2導電型(N型)的Si區域39。像素陣列23中，藉由P型的Si層34與N型的Si區域39之PN接合而形成之光二極體，會成為光電變換元件40。
另，在絕緣層35的內部，設有從光電變換元件40讀出訊號電荷之讀出閘44或多層配線45等。黏著層36及支撐基板37後述之。
此外，在各光電變換元件40之間，設有元件分離區域43。元件分離區域43，係於每個光電變換元件40設置成將P型的Si層34區隔開來，且與光電變換元件40之交界面具有被絕緣膜41被覆之遮光構件42。
更具體而言，元件分離區域43係設置成將光電變換元件40於俯視時以比矩形的角數還多之凸多角形狀予以包圍(參照圖3)。該元件分離區域43，是在各光電變換元件40之間的P型的Si層34形成俯視格子狀的溝槽，並利用鹼性藥液施以異方性濕蝕刻處理後，將溝槽的內周以絕緣膜41被覆然後填埋遮光構件42，藉此形成。
接著，參照圖5至圖7，說明包括該元件分離區域43的形成方法在內之固態影像感測裝置14的製造方法。另，固態影像感測裝置14當中像素陣列23以外的部分之製造方法，係與一般的CMOS影像感測器相同。因此，以下僅針對固態影像感測裝置14當中像素陣列23部
分之製造方法進行說明。
圖5至圖7為實施形態之固態影像感測裝置14的製造工程示意截面模型圖。另，圖5至圖7中，係選擇性地揭示像素陣列23當中圖4所示部分之製造工程。
如圖5(a)所示，當製造像素陣列23的情形下，會在Si晶圓等半導體基板4上形成P型的Si層34。此時，例如在半導體基板4上使摻入硼等P型雜質之Si層磊晶成長，藉此形成P型的Si層34。另，該P型的Si層34，亦可藉由對Si晶圓內部離子植入P型雜質並進行退火處理來形成。
接著，對於P型的Si層34當中形成光電變換元件40之位置，例如將磷等N型雜質做離子植入並進行退火處理，藉此在P型的Si層34上將N型的Si區域39以行列狀二維排列。如此一來，像素陣列23中，藉由P型的Si層34與N型的Si區域39之PN接合而形成光二極體，即光電變換元件40。
其後，如圖5(b)所示，在P型的Si層34上形成讀出閘44或多層配線45等，且形成絕緣層35。該工程中，在P型的Si層34的上面形成讀出閘44等之後，反覆進行形成氧化Si層之工程、於氧化Si層形成規定配線圖樣之工程、以及在配線圖樣內埋入Cu等而形成多層配線45之工程。如此一來，便會形成在內部設有讀出閘44或多層配線45等之絕緣層35。
接下來，如圖5(c)所示，在絕緣層35的上面塗布黏著劑以設置黏著層36，在黏著層36的上面例如貼附Si晶圓等支撐基板37。其後，如圖5(d)所示將構造體上下翻轉之後，例如藉由磨床(grinder)等研磨裝置從背面側(此處為上面側)研磨半導體基板4，將半導體基板4減薄至成為規定厚度。
又，例如藉由CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)進一步研磨半導體基板4的背面側，如圖5(d)所示，使P型的Si層34的受光面即背面(此處為上面)露出。
其後，如圖6(a)所示，在P型的Si層34當中形成元件分離區域43(參照圖4)之位置，也就是各N型的Si區域39之間的位置，例如藉由RIE形成元件分離用之溝槽5。
此時，為了對於每個光電變換元件40將P型的Si層34區隔開來，係形成俯視格子狀的溝槽5(參照圖3)，藉此如圖6(b)所示，將各光電變換元件40整形成俯視矩形狀。如此一來，各光電變換元件40當中米勒指數(Miller indices)為〔100〕之面40a、及與米勒指數為〔100〕之面等價的面40b、40c、40d便會露出。另，此處形成之溝槽5的底面，係米勒指數為〔111〕之面。
其後，對於光電變換元件40，利用鹼性藥液進行異方性濕蝕刻。利用鹼性藥液之異方性濕蝕刻中，相
較於Si當中米勒指數為〔100〕之面40a的蝕刻速率而言，米勒指數為〔110〕之面的蝕刻速率非常高。
因此，若對於光電變換元件40進行上述異方性濕蝕刻，則如圖6(c)所示，各光電變換元件40當中米勒指數為〔110〕之面40e、及與米勒指數〔110〕等價的面40f、40g、40h便會露出。也就是說，在形成溝槽5的階段當中，俯視矩形狀之各光電變換元件40，會被整形成比矩形的角數還多之俯視凸多角形(此處為八角形)狀。
如此一來，本實施形態中，便不需大幅縮小各光電變換元件40當中的有效受光面面積，而能夠減低各光電變換元件40的側面(周面)的面積。像這樣，像素陣列23中，由於能夠減低各光電變換元件40中有產生懸鍵之虞的側面(周面)的面積，故能夠減低因懸鍵而產生之，不論有無入射光均會產生之電子數。是故，按照像素陣列23，便能減低暗電流。
此外，利用鹼性藥液之異方性濕蝕刻中，相較於Si當中米勒指數為〔110〕之面40e的蝕刻速率而言，米勒指數為〔111〕之面的蝕刻速率非常低。因此，藉由異方性濕蝕刻，能夠抑制溝槽5的深度形成得過深。
此外，本實施形態中，在藉由RIE之乾蝕刻來形成溝槽5後，會進行濕蝕刻，故能夠修復因RIE而發生之溝槽5的表面粗糙化。如此一來，像素陣列23中會減低懸鍵，故能夠減低暗電流。
接著，如圖7(a)所示，在溝槽5的內周面例如利用CVD(Chemical Vapor Deposition)或濺鍍等來形成氧化Si等絕緣膜41，然後對於內周面被絕緣膜41被覆之溝槽5的內部，例如利用CVD來填埋鋁等遮光構件42。如此一來，便形成元件分離區域43。
像這樣，本實施形態中，是藉由絕緣膜41被覆溝槽5的內周面後，在溝槽5的內部填埋遮光構件42而形成元件分離區域43，故能夠將各光電變換元件40間予以電性地及光學性地元件分離。
是故，按照像素陣列23，能夠防止光或電子從鄰設之光電變換元件40側侵入光電變換元件40，故能抑制攝像圖像發生混色。
此外，被元件分離區域43包圍之光電變換元件40當中P型的Si層34，其光的折射率為4左右，而構成元件分離區域43的周面之由氧化Si所成的絕緣膜41，其光的折射率為1.5左右。
又，如上所述，元件分離區域43是以俯視八角形狀包圍光電變換元件40。因此，入射至光電變換元件40的光，會在元件分離區域43的周面全反射。是故，按照實施形態之元件分離區域43，能夠使受光靈敏度提升。
接著，如圖7(b)所示，在P型的Si層34的上面，例如利用CVD來層積氧化Si以形成保護膜38，再如圖7(c)所示，選擇性地除去光電變換元件40上的
保護膜38。
接著，如圖7(c)所示，對於選擇性地除去了保護膜38而成之開口內部，例如利用CVD來層積氮化Si，藉此形成導波路33。其後，在導波路33的上面依序形成彩色濾光片32及微透鏡31，藉此形成如圖4所示之像素陣列23。
另，以上係針對實施形態之影像感測器20為背面照射型的影像感測器之情形來進行說明，但上述光電變換元件40及元件分離區域43之構成，亦能採用於表面照射型的影像感測器。
圖8為將實施形態之光電變換元件40及元件分離區域43的構成採用至表面照射型的影像感測器的情形時之說明圖。圖8中揭示了表面照射型的影像感測器當中像素陣列23a的模型截面的一部分。另，圖8所示之構成要素中，針對與圖4所示構成要素具有相同功能之構成要素，係標註與圖4所示符號相同之符號，並省略其說明。
如圖8所示，像素陣列23a中，除了P型的Si層34是設置在半導體基板4上，以及設有讀出閘44或多層配線45之絕緣層35是配置在P型的Si層34的受光面(上面)側這兩點以外，其餘與圖4所示像素陣列23為相同構成。
像這樣，即使將實施形態之光電變換元件40及元件分離區域43的構成採用至表面照射型的影像感測
器的情形下，光電變換元件40及元件分離區域43的形成方法及構成，仍與圖4所示之像素陣列23相同。
是故，按照圖8所示之像素陣列23a，也不需大幅縮小各光電變換元件40當中的有效受光面面積，便能減低各光電變換元件40的側面(周面)的面積，而能夠減低暗電流。
如上所述，實施形態的固態影像感測裝置之製造方法中，是將元件分離用的溝槽形成為俯視格子狀，藉此將光電變換元件形成為俯視矩形狀後，再對於光電變換元件利用鹼性藥液進行異方性濕蝕刻。
如此一來，光電變換元件便會被整形成比矩形的角數還多之俯視凸多角形狀，故能夠減低光電變換元件的側面(周面)的面積。像這樣，由於能夠減低各光電變換元件40中有產生懸鍵之虞的側面(周面)的面積，故能夠減低因懸鍵而產生之，不論有無入射光均會產生之電子數。是故，便能減低暗電流。
此外，按照實施形態之比矩形的角數還多之俯視凸多角形狀的光電變換元件，相對於構成外周的一對相向的邊的距離為相同之俯視矩形狀的光電變換元件，能夠確保大致同等的受光靈敏度。
另，上述實施形態中，係例舉將光電變換元件做成俯視八角形狀之情形來說明，但亦可整形成比矩形的角數還多之任意俯視凸多角形狀，亦可做成俯視圓形狀。在這樣的情形下，例如，成為所需俯視形狀之開口，
是藉由利用設於各光電變換元件上的遮罩來進行蝕刻而形成。
如此一來，光電變換元件其俯視凸多角形狀的角數愈多，或是愈近似俯視圓形之形狀，那麼便能將側面的面積做成比圖3所示之光電變換元件更狹窄，故能更加減低暗電流。
以上已說明了本發明的數個實施形態，但該些實施形態僅是提出作為一例，並非意圖限定發明之範圍。該些新穎之實施形態，可藉由其他各種形態而實施，在不脫離發明要旨之範圍內，能夠進行種種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於發明之範圍或要旨中，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
23‧‧‧像素陣列
31‧‧‧微透鏡
32‧‧‧彩色濾光片
33‧‧‧導波路
34‧‧‧P型的Si層
35‧‧‧絕緣層
36‧‧‧黏著層
37‧‧‧支撐基板
38‧‧‧保護膜
39‧‧‧N型的Si區域
40‧‧‧光電變換元件
41‧‧‧絕緣膜
42‧‧‧遮光構件
43‧‧‧元件分離區域
44‧‧‧讀出閘
45‧‧‧多層配線
Claims (3)
- 一種固態影像感測裝置之製造方法，其特徵為，包含：在第1導電型的半導體層中將第2導電型的半導體區域二維排列成行列狀，藉此形成複數個光電變換元件，以將前述半導體層區隔開來的方式進行等方性乾蝕刻而形成俯視格子狀的溝槽，藉此將前述光電變換元件整形成俯視矩形狀，將前述光電變換元件整形成俯視矩形狀後，對前述光電變換元件進行利用鹼性藥液之異方性濕蝕刻，將被整形成俯視矩形狀之前述光電變換元件，整形成比矩形的角數還多之俯視凸多角形狀，藉由絕緣膜被覆前述溝槽的內周面後，在被該絕緣膜被覆之溝槽中設置遮光構件以形成元件分離區域，前述俯視凸多角形狀，為俯視八角形狀。
- 如申請專利範圍第1項之固態影像感測裝置之製造方法，其中，包含：藉由形成前述溝槽，來使前述光電變換元件當中米勒指數為〔100〕之面、及與米勒指數〔100〕等價之面露出，藉由進行前述異方性濕蝕刻，來使前述光電變換元件當中米勒指數為〔110〕之面、及與米勒指數〔110〕等價之面露出。
- 如申請專利範圍第1項之固態影像感測裝置之製 造方法，其中，前述溝槽的底面，係米勒指數為〔111〕之面。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013159858A JP2015032636A (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201505164A TW201505164A (zh) | 2015-02-01 |
| TWI531052B true TWI531052B (zh) | 2016-04-21 |
Family
ID=52426915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW103104404A TWI531052B (zh) | 2013-07-31 | 2014-02-11 | 固態影像感測裝置之製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9269734B2 (zh) |
| JP (1) | JP2015032636A (zh) |
| KR (1) | KR101609439B1 (zh) |
| CN (1) | CN104347648A (zh) |
| TW (1) | TWI531052B (zh) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10278120B2 (en) * | 2014-01-16 | 2019-04-30 | Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University | Method for controlling small cell and apparatus for same |
| US9728573B2 (en) * | 2015-01-20 | 2017-08-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Backside illuminated image sensor and method of manufacturing the same |
| US9437645B1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Composite grid structure to reduce cross talk in back side illumination image sensors |
| KR102545170B1 (ko) | 2015-12-09 | 2023-06-19 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| US9659989B1 (en) * | 2016-04-19 | 2017-05-23 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with semiconductor trench isolation |
| CN110235251A (zh) * | 2016-12-27 | 2019-09-13 | 夏普株式会社 | 摄像面板及其制造方法 |
| US11039369B2 (en) * | 2018-08-10 | 2021-06-15 | Mediatek Inc. | Handling 5G QoS rules on QoS operation errors |
| WO2021009816A1 (ja) * | 2019-07-12 | 2021-01-21 | パナソニック・タワージャズセミコンダクター株式会社 | 固体撮像装置 |
| EP4042481A4 (en) | 2019-10-09 | 2023-10-18 | Illumina, Inc. | IMAGE SENSOR STRUCTURE |
| US20240038799A1 (en) * | 2020-07-29 | 2024-02-01 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid-state imaging device and electronic apparatus |
| KR20220070950A (ko) * | 2020-11-23 | 2022-05-31 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| JP7531408B2 (ja) * | 2021-01-08 | 2024-08-09 | 株式会社東芝 | 光検出器、光検出システム、ライダー装置、移動体及び車 |
| WO2024166532A1 (ja) * | 2023-02-08 | 2024-08-15 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 光検出装置及び測距システム |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001111028A (ja) | 1999-10-08 | 2001-04-20 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 固体撮像素子 |
| JP4421793B2 (ja) * | 2001-07-13 | 2010-02-24 | 富士フイルム株式会社 | ディジタルカメラ |
| JP2004063778A (ja) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Renesas Technology Corp | 固体撮像素子 |
| JP4469732B2 (ja) * | 2004-05-07 | 2010-05-26 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP2007189022A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Fujifilm Corp | Ｃｃｄ型固体撮像素子及びその製造方法 |
| KR101776955B1 (ko) * | 2009-02-10 | 2017-09-08 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 |
| JP2011054741A (ja) | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Toshiba Corp | 裏面照射型固体撮像装置 |
| JP5708025B2 (ja) | 2011-02-24 | 2015-04-30 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器 |
| JP5810551B2 (ja) | 2011-02-25 | 2015-11-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器 |
| JP5466338B2 (ja) | 2011-03-31 | 2014-04-09 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 |
| KR102031470B1 (ko) * | 2012-01-23 | 2019-10-11 | 소니 주식회사 | 고체 촬상 장치 및 제조 방법 및 전자 기기 |
| JP5547260B2 (ja) | 2012-10-22 | 2014-07-09 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
-
2013
- 2013-07-31 JP JP2013159858A patent/JP2015032636A/ja not_active Abandoned
-
2014
- 2014-02-07 US US14/175,040 patent/US9269734B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2014-02-11 TW TW103104404A patent/TWI531052B/zh not_active IP Right Cessation
- 2014-02-13 KR KR1020140016434A patent/KR101609439B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2014-02-17 CN CN201410052699.6A patent/CN104347648A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104347648A (zh) | 2015-02-11 |
| US20150035102A1 (en) | 2015-02-05 |
| TW201505164A (zh) | 2015-02-01 |
| KR20150015350A (ko) | 2015-02-10 |
| US9269734B2 (en) | 2016-02-23 |
| KR101609439B1 (ko) | 2016-04-05 |
| JP2015032636A (ja) | 2015-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI531052B (zh) | 固態影像感測裝置之製造方法 | |
| TWI532160B (zh) | 固態影像感測裝置及固態影像感測裝置之製造方法 | |
| KR101543099B1 (ko) | 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 | |
| US9349766B2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US20150115388A1 (en) | Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device | |
| JP2014086538A (ja) | 固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置 | |
| JP2015146356A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2017055050A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| TW201444068A (zh) | 固態影像感測裝置及固態影像感測裝置之製造方法 | |
| TW201607011A (zh) | 固態攝像裝置及固態攝像裝置之製造方法 | |
| WO2010134147A1 (ja) | 固体撮像素子 | |
| US20150137299A1 (en) | Solid state imaging device and manufacturing method for solid state imaging device | |
| JP2016082067A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP4662966B2 (ja) | 撮像装置 | |
| JP2017050467A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2016063043A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2017076668A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2019117931A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2016082103A (ja) | 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 | |
| US20150035101A1 (en) | Solid-state imaging device and method for manufacturing the solid-state imaging device | |
| JP2016066646A (ja) | 固体撮像装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |