JP2012114160A - Solid-state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換膜が半導体基板上に積層された積層型の固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a stacked solid-state imaging device in which a photoelectric conversion film is stacked on a semiconductor substrate.
従来の積層型固体撮像装置として、例えば図18に示すように、画素部900が、p型の半導体基板305と、エミッタ電極310と、p型のベース層315と、n+型のエミッタ層320と、ベース電極325と、絶縁膜347と、透明電極344と、下側電極340と、i型の光電変換膜341と、p型のブロッキング層342とを備えたものがある。そして、この固体撮像装置においては、隣接する画素における光電変換膜341の間に隙間がある。また、光電変換膜341の上面には、ブロッキング層342が形成されており、光電変換膜341及びブロッキング層342の側面は絶縁膜347で覆われている。
As a conventional stacked solid-state imaging device, for example, as shown in FIG. 18, a
光電変換膜341で生成された信号電荷は、下側電極340を通り、ベース電極325を介してベース層315に移動し、ベース層315の電位を低下させる。この際、透明電極344には負パルスが印加されている。そして、所定の蓄積時間後に、エミッタ電極310を信号読み出し用の容量に接続し、透明電極344に正パルスを印加することにより、ベース層315の信号電荷がエミッタ層320を通して読み出し容量(不図示)に読み出しされる。その後、信号電荷は増幅器(不図示)を介して外部へ出力される。外部への信号電荷の出力の際に、MOSトランジスタが用いられる。
The signal charge generated in the
しかしながら、上記従来の積層型固体撮像装置では、i型の光電変換膜とp型のブロッキング層との接合部からi型の光電変換膜の範囲に存在する空乏層が、i型の光電変換膜及びp型のブロッキング層の側面に生ずる界面準位が発生している領域まで広がってしまうという課題がある。これは、空乏層が絶縁膜と半導体との界面に接していることにより生ずる。界面準位は表面準位とも呼ばれ、異なる物質の界面に発生する、電子や正孔を捕獲したり放出したりするエネルギー準位である。界面準位は、エネルギー的に価電子帯と伝導帯との間に位置するため、界面準位と価電子帯または伝導帯との間のエネルギーは、価電子帯と伝導帯との間のエネルギーより小さく、電荷が熱によって移動しやすくなる。 However, in the conventional stacked solid-state imaging device, the depletion layer existing in the range from the junction between the i-type photoelectric conversion film and the p-type blocking layer to the i-type photoelectric conversion film is an i-type photoelectric conversion film. In addition, there is a problem that the interface state that occurs on the side surface of the p-type blocking layer extends to a region where the interface state is generated. This occurs because the depletion layer is in contact with the interface between the insulating film and the semiconductor. The interface state is also called a surface state, and is an energy level that captures and emits electrons and holes generated at the interface of different substances. Since the interface state is energetically located between the valence band and the conduction band, the energy between the interface state and the valence band or the conduction band is the energy between the valence band and the conduction band. Smaller and easier to move the charge by heat.
信号電荷として読み出される電荷は、空乏層に存在する電荷である。また、空乏層が、光電変換膜及びブロッキング層の側面に存在する界面準位の発生している領域に広がると、空乏層内に多数の界面準位が含まれることとなる。すると、空乏層内の価電子帯にあった電荷が、価電子帯から界面準位へ熱励起され、その後、界面準位から伝導帯に励起され、信号電荷として読み出されることがある。この信号電荷の読み出しは、光が入射していなくても起きる現象であり、暗電流と呼ばれる。また、空乏層内の伝導帯から界面準位にトラップされた電荷が、本来の読み出しフレームから遅れたタイミングで伝導帯に励起され、信号電荷として読み出されることがある。この信号電荷の読み出しは、残像の原因となる。これら暗電流及び残像により、出力画像の画質が劣化してしまう。 The charge read out as the signal charge is a charge existing in the depletion layer. In addition, when the depletion layer extends to the region where the interface states exist on the side surfaces of the photoelectric conversion film and the blocking layer, a large number of interface states are included in the depletion layer. Then, the charge in the valence band in the depletion layer is thermally excited from the valence band to the interface state, and then excited from the interface state to the conduction band, and may be read as a signal charge. This readout of signal charges is a phenomenon that occurs even when no light is incident, and is called dark current. In addition, the charge trapped in the interface state from the conduction band in the depletion layer may be excited to the conduction band at a timing delayed from the original readout frame and read out as a signal charge. This readout of signal charges causes afterimages. These dark currents and afterimages degrade the image quality of the output image.
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、i型の光電変換膜と不純物半導体材料からなるブロッキング層との接合部からi型の光電変換膜の範囲に存在する空乏層が、i型の光電変換膜及び不純物半導体材料からなるブロッキング層の側面に生ずる界面準位が発生している領域まで広がってしまうことを抑制できる固体撮像装置とその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and is a depletion layer existing in a range from a junction between an i-type photoelectric conversion film and a blocking layer made of an impurity semiconductor material to an i-type photoelectric conversion film. Is to provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that can prevent the interface state generated on the side surface of the blocking layer made of the i-type photoelectric conversion film and the impurity semiconductor material from being spread And
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素が二次元配置されてなる固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に、画素毎に隙間を空けて形成された下部電極と、真性半導体材料からなり、画素毎に、隙間を空けて、前記各下部電極上に形成された光電変換膜と、不純物半導体材料からなり、前記光電変換膜上に、複数の画素に亘って形成され、前記光電変換膜間の隙間に相当する部位が当該隙間に入り込んで、前記光電変換膜の側面の一部または全部を覆っているブロッキング層と、前記ブロッキング層上に、複数の画素に亘って形成された透光性を有する上部電極とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, and includes a semiconductor substrate and an interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate. A lower electrode formed on the interlayer insulating film with a gap for each pixel; and a photoelectric conversion film made of an intrinsic semiconductor material and formed on the lower electrode with a gap for each pixel; A part of a side surface of the photoelectric conversion film, which is made of an impurity semiconductor material, is formed on the photoelectric conversion film over a plurality of pixels, and a portion corresponding to the gap between the photoelectric conversion films enters the gap. Or it has the blocking layer which has covered all, and the upper electrode which has translucency formed over the said blocking layer over several pixels, It is characterized by the above-mentioned.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の画素が二次元配置されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜上に、画素毎に隙間を空けて下部電極を形成する工程と、前記各下部電極の上に、画素毎に、隙間を空けて、光電変換膜を形成する工程と、前記光電変換膜上に、複数の画素に亘って形成され、前記光電変換膜間の隙間に相当する部位が当該隙間に入り込んで、前記光電変換膜の側面の一部または全部とを覆うよう、不純物半導体材料からなるブロッキング層を形成する工程と、前記ブロッキング層の上に、複数の画素に亘って、透光性を有する上部電極を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Further, the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged, the step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate, and the interlayer Forming a lower electrode on the insulating film with a gap for each pixel; forming a photoelectric conversion film on the lower electrode with a gap for each pixel; and the photoelectric conversion film. An impurity semiconductor material is formed so as to cover a part or all of the side surface of the photoelectric conversion film formed over a plurality of pixels, and a portion corresponding to the gap between the photoelectric conversion films enters the gap. The manufacturing method of the solid-state imaging device characterized by including the process of forming the blocking layer which becomes, and the process of forming the translucent upper electrode over several pixels on the said blocking layer.
本発明に係る固体撮像装置では、ブロッキング層が光電変換膜の側面の一部または全部を覆っている。すなわち、ブロッキング層と光電変換膜との接合部からi型の光電変換膜の範囲に存在する空乏層の側面が、ブロッキング層により覆われている。そのため、空乏層がブロッキング層と透光性を有する上部電極との側面に発生する界面準位に接触しない。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the blocking layer covers part or all of the side surface of the photoelectric conversion film. That is, the side surface of the depletion layer present in the range of the i-type photoelectric conversion film from the junction between the blocking layer and the photoelectric conversion film is covered with the blocking layer. Therefore, the depletion layer does not contact the interface state generated on the side surface of the blocking layer and the translucent upper electrode.
このように、ブロッキング層が光電変換膜の側面の一部または全部を覆っていることで、空乏層と界面準位が接することを防止でき、その結果、界面準位の影響を低減し、暗電流やトラップ性残像の発生を抑制できる。そして、i型の光電変換膜と不純物半導体材料からなるブロッキング層との接合部からi型の光電変換膜の範囲に存在する空乏層が、i型の光電変換膜及び不純物半導体材料からなるブロッキング層の側面に生ずる界面準位が発生している領域まで広がることを抑制することができる。 In this way, the blocking layer covers part or all of the side surface of the photoelectric conversion film, so that the depletion layer and the interface state can be prevented from coming into contact with each other. Generation of current and trapping afterimages can be suppressed. The depletion layer existing in the range of the i-type photoelectric conversion film from the junction between the i-type photoelectric conversion film and the blocking layer made of the impurity semiconductor material is a blocking layer made of the i-type photoelectric conversion film and the impurity semiconductor material. It can be suppressed that the interface state generated on the side surface is expanded to a region where the interface state is generated.
さらに、本発明に係る固体撮像装置では、ブロッキング層が光電変換膜の上面を覆っており、光電変換膜で発生した信号電荷を、光電変換膜内に留めておくことができる。そのため、信号電荷の移動効率を向上させることができる。 Furthermore, in the solid-state imaging device according to the present invention, the blocking layer covers the upper surface of the photoelectric conversion film, and signal charges generated in the photoelectric conversion film can be retained in the photoelectric conversion film. Therefore, the transfer efficiency of signal charges can be improved.
また、本発明の製造方法によるとi型の光電変換膜と不純物半導体材料で形成されたブロッキング層との接合部からi型の光電変換膜の範囲に存在する空乏層が、i型の光電変換膜及び不純物半導体材料で形成されたブロッキング層の側面に生ずる界面準位が発生している領域まで広がることを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, the depletion layer existing in the range from the junction between the i-type photoelectric conversion film and the blocking layer formed of the impurity semiconductor material to the i-type photoelectric conversion film is an i-type photoelectric conversion. It is possible to manufacture a solid-state imaging device that can suppress spreading to a region where an interface state generated on a side surface of a blocking layer formed of a film and an impurity semiconductor material is generated.
[実施の形態1]
1.固体撮像装置1の全体構成
実施の形態1に係る固体撮像装置1の全体構成について、図1を用いて説明する。
[Embodiment 1]
1. Overall Configuration of Solid-
図1に示すように、固体撮像装置1では、画素領域61に、複数の画素100が、二次元配置、例えばマトリクス状(行列状)に配列されている。画素領域61を囲むように、パルス発生回路62と、垂直シフトレジスタ63と、水平シフトレジスタ64とが形成されている。垂直シフトレジスタ63及び水平シフトレジスタ64は、パルス発生回路62からのタイミングパルスの印加に呼応して、各画素100に対して、順次、駆動パルスを出力する。
2.画素100の構成
図2は、図1に示した固体撮像装置1における一部領域として6画素分を示した平面図である。各画素100同士は画素境界部43で区画されており、各画素100には、リセットゲート10と、増幅トランジスタ11と、n型不純物拡散層の蓄積ダイオード15と、n型不純物拡散層のフローティングディフュージョン16と、n型不純物拡散層のリセットトランジスタドレイン17と、転送ゲート18と、コンタクト31〜34と、金属配線45とが備えられている。
As shown in FIG. 1, in the solid-
2. Configuration of
図3は、図1に示した固体撮像装置1の画素100の断面図であり、図2のA―A’断面を示している。なお、図面の便宜上、固体撮像装置1の有する画素として3つの画素100を用いて説明する。図3に示すように、p型ウェルが形成された半導体基板5内には、STI(Shallow Trench Isoration)12が形成されている。各画素100は、チャネルストッパー13と、蓄積ダイオード15と、フローティングディフュージョン16と、リセットトランジスタドレイン17とを備えている。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the
半導体基板5の上には、ゲート酸化膜14と、層間絶縁膜20とが順に積層されており、層間絶縁膜20内には、リセットゲート10と、転送ゲート18と、増幅トランジスタゲート19と、接続電極23とが形成されている。
On the
層間絶縁膜20の上には、層間絶縁膜21,22が順に積層されており、層間絶縁膜21,22内には、配線24,25(例えば、AlやCuで形成される)と接続電極26とが形成されている。層間絶縁膜20〜22は、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いてなる酸化膜によって形成される。
層間絶縁膜22の上には、画素電極40が画素毎に隙間を空けて形成されている。各画素電極40の上には、赤色の光に対し分光感度を有する光電変換膜41aと、緑色の光に対し分光感度を有する光電変換膜41bとが、交互かつ互いに隙間を有する状態で形成されている。なお、青色の光に対し分光感度を有する光電変換膜も固体撮像装置1には備わっているが、ベイヤー配列が採用されているため、図2におけるA―A’断面である図3には表れていない。以降、分光感度が関係しない場合には、各色の光電変換膜を区別せずに、光電変換膜41と総称する。
On the
光電変換膜41は、無機光導電膜等からなるi型の半導体材料により形成されており、赤色、緑色、青色の分光感度は、同一の半導体材料の組成比を変えることで調整している。無機光導電膜としてα―Si膜を用いた場合、具体的には、光電変換膜41の分光感度は、α―Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御することにより得ている。 The photoelectric conversion film 41 is formed of an i-type semiconductor material made of an inorganic photoconductive film or the like, and the red, green, and blue spectral sensitivities are adjusted by changing the composition ratio of the same semiconductor material. When an α-Si film is used as the inorganic photoconductive film, specifically, the spectral sensitivity of the photoelectric conversion film 41 is controlled by changing the ratio of α-Si 1-x C x : x. It has gained.
光電変換膜41上に、複数の画素に亘って、p型のブロッキング層42が形成されている。ブロッキング層42は、光電変換膜41の上面に形成されている部位42aと、光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bとからなる。ブロッキング層42の光電変換膜41の隙間に相当する部位42bは、光電変換膜41の隙間に入り込み、光電変換膜41の側面の全部を覆っている。また、ブロッキング層42と画素電極40とが接しないように、ブロッキング層42と画素電極40の側面との間には隙間が設けられており、この隙間には光電変換膜41が存在している。
A p-
ブロッキング層42の上には、複数の画素に亘って、透光性を有する上部電極として透明電極44(例えば、ITOやZnOにより形成される)が形成され、透明電極44は、画素領域61全体に拡がっている。光電変換膜41の隙間である画素境界部43では、光電変換膜41の隙間に相当するブロッキング層の部位42bを覆うように、透明電極44が形成されている。
On the
画素境界部43における透明電極44上に、金属配線45が形成されている。金属配線45の形状は画素領域61におけるすべての隣接する画素の間を通り、全体平面視でメッシュ状をしている。さらに、画素領域61を囲むように形成される、と言うことは、金属配線45は画素領域61の中央部から画素領域61の周囲に向かって伸びており、金属配線45は画素領域61の中央部と画素領域61の周囲とを繋ぐことになる。金属配線45には、透明電極44の材料よりも電気抵抗率が小さい材料が用いられる。なお、金属配線45は受光部では無い画素境界部43に設けられているため、金属配線45が開口率を低下させることはない。そして、金属配線45の最大許容幅は画素境界部43の幅と同じである。
3.固体撮像装置1の駆動
入射した光は、光電変換膜41で電荷に変換される。透明電極44にはバイアス電圧が印加されており、発生した電荷は、透明電極44と画素電極40との間のバイアス電圧により、画素電極40に引き寄せられ、画素電極40から接続電極23,26を通って、蓄積ダイオード15に一時蓄積される。次に、蓄積ダイオード15から、転送ゲート18の作用により、フローティングディフュージョン16に転送蓄積される。このとき、信号電荷量に応じてフローティングディフュージョン16の電位が変動し、この変動量が増幅トランジスタゲート19を介して、増幅トランジスタ11に伝わり、さらに増幅トランジスタ11で増幅され、外部に信号として取り出される。
A
3. Driving of the solid-
リセットトランジスタドレイン17は、電源電圧端子Vddに電気的に接続されている。そのため、リセットトランジスタドレイン17の電位は常にVddである。リセットゲート10をONにすることにより、フローティングディフュージョン16の電位は、リセットトランジスタドレイン17の電位Vddにリセットされる。
4.効果
光電変換膜41とブロッキング層42との接合部からi型の光電変換膜41の範囲に空乏層が存在する。この構成では、ブロッキング層42の光電変換膜41の隙間に相当する部位42bは、光電変換膜41の隙間に入り込み、i型の光電変換膜41の側面の全部が、p型のブロッキング層42で覆われている。従って、空乏層の側面がブロッキング層42で覆われており、空乏層が界面準位の発生している領域まで広がることはない。そのため、界面準位に起因した暗電流やトラップ性残像を抑制することができる。
The
4). Effect A depletion layer exists in the range of the i-type photoelectric conversion film 41 from the junction between the photoelectric conversion film 41 and the
さらに、カラーフィルターを用いず、各画素に所定の分光感度を有する光電変換膜41を用いる構成となっているため、カラーフィルターによる光の吸収が無く、光損失を避けることができる。 Furthermore, since the photoelectric conversion film 41 having a predetermined spectral sensitivity is used for each pixel without using a color filter, light is not absorbed by the color filter, and light loss can be avoided.
また、金属配線45が透明電極44上に形成されることで、透明電極44と金属配線45とをまとめた合成抵抗が、透明電極44のみの抵抗よりも小さくなる。よって、透明電極44の抵抗が原因で大きくなっていた画素領域61の中央部での電圧降下が小さくなり、画素領域61の中央部での電圧降下を抑制することができる。これにより、画素領域61の場所ごとに電圧降下の大きさが異なった場合に起きる、画質の劣化を軽減することができる。
Further, since the
加えて、光電変換膜41は画素毎に分離されているので、分解能が高く混色や画素間リークが抑制でき、画質の劣化を軽減することができる。
5.固体撮像装置1の製造方法
本発明の実施の形態1における画素100の製造方法について、図4〜8を用いて、要部となる工程を説明する。
In addition, since the photoelectric conversion film 41 is separated for each pixel, the resolution is high, color mixing and inter-pixel leakage can be suppressed, and deterioration in image quality can be reduced.
5. Manufacturing Method of Solid-
図4(a)において、p型の半導体基板5に、トランジスタや拡散層の素子を分離するSTI(Shallow Trench Isolation)12を形成する。具体的には、半導体基板5をドライエッチングすることで分離領域となる深さ200nm〜400nmの溝を形成する。形成した溝とSi基板界面の欠陥領域を低減するために熱酸化等により、例えば、酸化膜厚10nm〜20nmの犠牲酸化を行い、さらに、例えば10keV〜20keV、1×1013cm−2〜3×1013cm−2で、Bのイオン注入を行い、p+層のチャネルストッパー13を形成する。次に、形成した溝の内を絶縁膜で埋め、CMP(Chemical Mechanical Polishing)で平坦化することにより、STI12を形成する。また、p型の半導体基板5にPやAsを、例えば、50keV〜80keV、1×1014cm−2 〜 2×1015cm−2で、イオン注入することにより、蓄積ダイオード15やフローティングディフュージョン16、及びリセットトランジスタドレイン17の各n型の不純物層を同時に形成する。熱酸化、またはプラズマ酸化等により、転送ゲート18やリセットゲート10を構成するトランジスタのゲート酸化膜となるゲート酸化膜14を、例えば、5nm〜10nm形成する。
In FIG. 4A, an STI (Shallow Trench Isolation) 12 that separates transistors and diffusion layer elements is formed on a p-
次に、図4(b)に示すように、熱CVD、またはプラズマCVD等により、Poly−Si膜を、例えば、100nm〜200nm堆積し、その後一般的なフォトリソグラフィ技術によって、所定のレジストパターンを形成する。そして、Poly−Si膜を選択的にエッチングすることにより、Poly−Si膜からなる転送ゲート18や増幅トランジスタゲート19やリセットゲート10を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a Poly-Si film is deposited by, for example, 100 nm to 200 nm by thermal CVD, plasma CVD, or the like, and then a predetermined resist pattern is formed by a general photolithography technique. Form. Then, by selectively etching the Poly-Si film, the
ここで、ゲート酸化膜14形成後に、フローティングディフュージョン16上の一部を開口し、Poly−Si膜で構成される増幅トランジスタゲート19を形成して、フローティングディフュージョン16と増幅トランジスタゲート19との電気的接続をとっている。
Here, after the
CVD酸化膜よりなる層間絶縁膜20を、例えば500nm〜1000nm形成する。そして、一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によって、所定の位置にコンタクト31やコンタクト32、及びコンタクト33を形成する。開口されたコンタクト開口部にW(タングステン)のプラグを埋め込み、Wプラグの接続電極23を形成し、蓄積ダイオード15やリセットトランジスタドレイン17との電気的接続を形成する。例えば200nm〜300nmの膜厚のAlやCu等よりなる配線24と、CVD酸化膜よりなる層間絶縁膜21とを形成する。同様の繰り返しで、配線25、層間絶縁膜22を形成し、多層配線の形成を終了する。ここで、接続電極23上にコンタクトを開口し、Wプラグを埋め込んで接続電極26を形成する。
An interlayer insulating
図5(a)において、層間絶縁膜22形成後に、AlやW、Mo(モリブデン)等よりなる金属膜を100nm〜300nm堆積し、一般的なフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によって所定の形状の画素電極40を形成する。画素電極40は画素毎に隙間を空けて形成されており、この面積が画素の実効的な開口率を決定している。例えば、1.0um〜1.4umの画素サイズにおいて画素間の分離幅が画素サイズの1/10〜2/10とすれば、開口率は約64%〜約81%と見積もられる。
In FIG. 5A, after the
図5(b)において、画素電極40形成後に、画素電極40及び層間絶縁膜22を覆うように、プラズマCVDやスパッタで、赤色の分光感度特性を有するα―Si膜を100nm〜1um堆積し、i型の光電変換膜41aを形成する。この分光感度は、具体的には、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御することにより得ている。
5B, after the
図6(a)において、光電変換膜41a上に、一般的なフォトリソグラフィ技術によって、所定のレジストパターン70を形成する。光電変換膜41aの一画素毎の寸法は、例えば、1.0um〜1.4umの画素サイズにおいて、それぞれ0.9um〜1.3umである。
In FIG. 6A, a predetermined resist
図6(b)において、レジストパターン70をマスクに、一般的なエッチング技術によって光電変換膜41aをエッチングし、所定のパターンの光電変換膜41aを形成する。
図7(a)において、図5(b)〜図6(b)に記載したi型の光電変換膜41aの製造方法の繰り返しにより、各画素100において、対応する各画素電極40の上に、i型の光電変換膜41bが画素毎に隙間を空けて形成される。なお、隣接する光電変換膜41a、41bは異なる分光感度を有するように、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御している。また、隣接する互いの光電変換膜41の間には隙間があり、各画素における光電変換膜41が分離して形成されることにより、画素境界部43が形成される。
In FIG. 6B, the
In FIG. 7A, by repeating the manufacturing method of the i-type
図7(b)において、光電変換膜41の上面及び側面を覆うように、プラズマCVDやスパッタで、i型の光電変換膜41のブロッキング層となるよう、所定のエネルギーギャップを有するα―Si膜を10nm〜100nm堆積し、p型のブロッキング層42を複数の画素に亘って形成する。ブロッキング層42は光電変換膜41の上面に形成されている部位42aと、光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bとからなる。
In FIG. 7B, an α-Si film having a predetermined energy gap so as to be a blocking layer of the i-type photoelectric conversion film 41 by plasma CVD or sputtering so as to cover the upper surface and side surfaces of the photoelectric conversion film 41. Is deposited to a thickness of 10 nm to 100 nm, and a p-
図8(a)において、光電変換膜41上に形成されたブロッキング層42の上に、スパッタやCVDでITOやZnOよりなる透明電極44を数10nm〜数100nm形成する。ブロッキング層42の部位42aと部位42bは、どちらも透明電極44によって覆われている。
In FIG. 8A, a
図8(b)において、透明電極44の上に、スパッタやCVDで金属配線45を100nm〜300nm堆積する。次に、一般的なフォトリソグラフィ技術によって、金属配線45の上に所定のレジストパターン71を形成する。レジストパターン71をマスクに、一般的なエッチング技術によって金属配線45をエッチングし、透明電極44上にメッシュ状の金属配線45を形成する。これにより、図3に記載された固体撮像素子となる。
In FIG. 8B, a
この工程以降において、オンチップマイクロレンズが形成されて、固体撮像素子の製造が終了するが、本発明の主眼ではないので、説明は省略する。
[実施の形態2]
1.画素200の構成
図9は、本発明の実施の形態2における、固体撮像装置1の画素200の断面図である。なお、図面の便宜上、固体撮像装置1の有する画素として3つの画素200を用いて説明する。下記以外の構成は、画素100と同じなので説明を省略する。
After this step, an on-chip microlens is formed and the manufacture of the solid-state imaging device is completed. However, the description is omitted because it is not the main point of the present invention.
[Embodiment 2]
1. Configuration of
各画素200は、画素電極40と、i型の光電変換膜41と、p型のブロッキング層42と、透明電極44と、金属配線45と、絶縁膜46とを備える。
各光電変換膜41a、41bは、画素毎に隙間を空けて形成されており、そのうち少なくとも2つが異なる分光感度特性を有している。光電変換膜41の上には、ブロッキング層42が複数の画素に亘って形成されている。ブロッキング層42は光電変換膜41の上面に形成されている部位42aと、光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bとからなる。光電変換膜41の側面の上半分は、ブロッキング層42の光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bで覆われている。光電変換膜41の間の隙間には、絶縁膜46が埋め込まれており、その結果、光電変換膜41の側面の下半分を絶縁膜46が覆っている。ここで、「上半分」「下半分」というのは、厳密に上下二分の一に分かれていることを示しておらず、光電変換膜41を上下二つに分けたそれぞれの部分を示す。すなわち、光電変換膜41の下半分の層間絶縁膜22からの高さは、光電変換膜41の層間絶縁膜22からの高さの二分の一から多少上下しても構わない。絶縁膜46を、光電変換膜41の層間絶縁膜22からの高さの二分の一より高く形成すれば、後のブロッキング層42、透明電極44および金属配線45を容易に埋め込むことができる。また、絶縁膜46を、光電変換膜41の層間絶縁膜22からの高さの二分の一より低く形成すれば、後のブロッキング層42、透明電極44および金属配線45を深くまで形成できるため、光電変換膜41による光電変換効率を向上できる。
Each
Each of the
絶縁膜46の層間絶縁膜22からの高さは、画素電極40の層間絶縁膜22からの高さより高く形成されている。これは、画素電極40とp型のブロッキング層42とが接し、ショートすることを防ぐためである。また、光電変換膜41の透明電極44上に、メッシュ状の金属配線45が形成されている。
2.効果
この構成では、光電変換膜41間の隙間の下半分に絶縁膜46が埋め込まれており、その結果、光電変換膜41の側面の下半分を絶縁膜46が覆っていることで、画素電極40の両端が画素境界部43に接する箇所まで形成することができる。すなわち、画素電極40を実施の形態1より、幅広く形成することができる。画素電極40が大きくなると、光電変換膜41で変換された信号電荷を多く拾うことができ、多くの信号電荷の出力につながり、固体撮像装置1の感度が向上する。
3.製造方法
本発明の実施の形態2における画素200の製造方法について、本発明の実施の形態1との差異を中心に、要部となる工程を、図10及び図11を用いて説明する。
The height of the insulating
2. Effect In this configuration, the insulating
3. Manufacturing Method With respect to the manufacturing method of the
図10(a)において、画素電極40を画素毎に形成した後に、画素電極40上にプラズマCVDやスパッタで、赤色の分光感度特性を有するα―Si膜を100nm〜1um堆積し、i型の光電変換膜41aを形成する。この分光感度は、具体的には、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御することにより得ている。光電変換膜41a上に、一般的なフォトリソグラフィ技術によって、所定のレジストパターン72を形成する。
In FIG. 10A, after the
図10(b)において、レジストパターン72をマスクに、一般的なエッチング技術によって光電変換膜41aをエッチングし、所定のパターンの光電変換膜41aを画素毎に隙間を空けて形成する。この光電変換膜41aは、実施の形態1のものとは異なり、光電変換膜41aの両端が、画素電極40の両端と一致するよう形成される。
In FIG. 10B, the
図11(a)において、図10(a)〜図10(b)に記載したi型の光電変換膜41aの製造方法が繰り返され、各画素200において、対応する各画素電極40の上に、i型の光電変換膜41a、41bが形成される。なお、各光電変換膜41a、41bは異なる分光感度を有するように、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御している。
また、光電変換膜41a、41bを画素電極40よりも小さくすることも可能である。すなわち、画素電極40を光電変換膜41a、41bより大きく形成することで、感度を向上させることが可能である。本実施形態においては、後に絶縁膜46が形成されるために、画素電極40が光電変換膜41a、41bより大きくてもブロッキング層42や透明電極44と接触することはないからである。すなわち、画素電極40を形成するときのマスクパターンと光電変換膜41aや光電変換膜41bを形成するときのマスクパターンとの合わせズレなどに対しても効果を発揮するものである。
11A, the manufacturing method of the i-type
In addition, the
図11(b)において、光電変換膜41間の隙間を埋め込むようにCVD酸化膜よりなる絶縁膜46を形成し、その結果、光電変換膜41の下半分を絶縁膜46が覆うこととなる。各画素が分離して形成されることにより、画素境界部43が形成される。ここで、例えば、1.0um〜1.4umの画素サイズにおいて画素境界部43の分離幅が画素サイズの1/10とすれば、0.1um〜0.14umとなる。
この工程以降の工程の製造法は、本発明の実施の形態1と同様に、ブロッキング層42、透明電極44、金属配線45、オンチップマイクロレンズ(不図示)を形成するのみなので、説明を省略する。
[実施の形態3]
1.構成
図12は、本発明の実施の形態3における、固体撮像装置1の画素300の断面図である。なお、図面の便宜上、固体撮像装置1の有する画素として3つの画素300を用いて説明する。下記以外の構成は、画素100と同じなので説明を省略する。
In FIG. 11B, an insulating
Since the manufacturing method of the process after this process is only forming the
[Embodiment 3]
1. Configuration FIG. 12 is a cross-sectional view of the
各画素300は、画素電極40と、i型の光電変換膜41と、p型のブロッキング層42と、透明電極44と、金属配線45と、n型のブロッキング層47とを備える。
各光電変換膜41a、41bは、そのうち少なくとも2つが異なる分光感度特性を有しており、光電変換膜41の上にはp型のブロッキング層42が複数の画素に亘って形成されている。また、光電変換膜41は、画素毎に形成された各画素電極40の上に形成され、隣接する互いの光電変換膜41a、41b間に隙間を有している。光電変換膜41の側面の全部は、p型のブロッキング層42で覆われている。
Each
At least two of the
さらに、n型ブロッキング層47は、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿されている。n型ブロッキング層47は、画素電極40の側面にも回り込み、画素電極40の側面の全部を覆うよう形成されている。すなわち、画素電極40の上面及び側面の全部は、n型のブロッキング層47で覆われている。なお、光電変換膜41の透明電極44上には、メッシュ状の金属配線45が形成されている。
2.効果
この構成では、n型ブロッキング層47が、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿され、さらに、画素電極40の側面にも回り込み、画素電極40の側面の全部を覆うよう形成されている。そのため、光電変換膜41は画素電極40に接していない。よって、光電変換膜41の光導電膜特性が改善され、暗電流が改善し、画質が向上する。
3.製造方法
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態3における画素300の製造方法について、本発明の実施の形態1との差異を中心に、図13及び図14を用いて説明する。
Further, the n-
2. Effect In this configuration, the n-
3. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the
図13(a)において、層間絶縁膜22の上に、画素毎に画素電極40を形成する。
図13(b)において、各画素電極40及び層間絶縁膜22上に、プラズマCVDやスパッタで、i型の光電変換膜のブロッキング層になるよう、所定のエネルギーギャップを有するα―Si膜を数10nm〜数100nm堆積し、n型のブロッキング層47を形成する。所定のエネルギーギャップは、具体的には、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御することにより得ている。
In FIG. 13A, a
In FIG. 13B, several α-Si films having a predetermined energy gap are formed on each
図14(a)において、ブロッキング層47上に、一般的なフォトリソグラフィ技術によって、所定のレジストパターン73を形成する。
図14(b)において、レジストパターン73をマスクに、一般的なエッチング技術によってブロッキング層47をエッチングし、画素電極40上に所定のパターンのブロッキング層47を形成する。この時、ブロッキング層47は、画素電極40の上面及び側面を覆うように形成される。その後、画素電極40上に光電変換膜41を形成すると、n型ブロッキング層47が、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿され、さらに、画素電極40の側面にも回り込み、画素電極40の側面の全部を覆うよう形成される、という構成となる。
In FIG. 14A, a predetermined resist pattern 73 is formed on the
In FIG. 14B, the
この工程以降の工程の製造法は、本発明の実施の形態1と同じなので説明を省略する。
[実施の形態4]
1.構成
図15は、本発明の実施の形態4における、固体撮像装置1の画素400の断面図である。なお、図面の便宜上、固体撮像装置1の有する画素として3つの画素400を用いて説明する。下記以外の構成は、画素100と同じなので説明を省略する。
Since the manufacturing method of the process after this process is the same as
[Embodiment 4]
1. Configuration FIG. 15 is a cross-sectional view of the
各画素400は、画素電極40と、i型の光電変換膜41と、p型のブロッキング層42と、透明電極44と、金属配線45と、絶縁膜46と、n型のブロッキング層47とを備える。
Each
各光電変換膜41a、41bは画素毎に隙間を空けて形成されており、そのうち少なくとも2つが、異なる分光感度特性を有している。光電変換膜41の上にはp型のブロッキング層42が複数の画素に亘って形成されている。隣接する互いの光電変換膜41の間には隙間がある。p型のブロッキング層42は、光電変換膜41の上面に形成されている部位42aと、光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bとからなる。
The
光電変換膜41の側面の上半分が、p型のブロッキング層42の光電変換膜41の間の隙間に相当する部位42bで覆われている。光電変換膜41の間の隙間には、絶縁膜46が埋め込まれており、その結果、光電変換膜41の側面の下半分を絶縁膜46が覆っている。
The upper half of the side surface of the photoelectric conversion film 41 is covered with a
絶縁膜46の層間絶縁膜22からの高さは、画素電極40の層間絶縁膜22からの高さより高く形成されている。さらに、n型ブロッキング層47は、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿されている。また、光電変換膜41の透明電極44上には、メッシュ状の金属配線45が形成されている。
2.効果
この構成では、光電変換膜41の間の隙間には、絶縁膜46が埋め込まれており、その結果、光電変換膜41の側面の下半分を絶縁膜46が覆っているため、画素電極40の両端が画素境界部43に接するよう、画素電極40を形成することができる。すなわち、画素電極40を実施の形態1よりも大きく形成することができる。画素電極40が大きくなると、光電変換膜41で変換された信号電荷を多く拾うことができ、多くの信号電荷の出力につながり、固体撮像装置1の感度が向上する。
The height of the insulating
2. Effect In this configuration, the insulating
この構成では、n型ブロッキング層47が、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿されている。そのため、光電変換膜41は画素電極40に接していない。よって、光電変換膜41の光導電膜特性が改善され、暗電流が改善し、画質が向上する。
3.製造方法
次に、以上のように構成された本発明の実施の形態4における画素400の製造方法について、本発明の実施の形態1から3との差異を中心に、図16及び図17を用いて説明する。
In this configuration, the n-
3. Manufacturing Method Next, a manufacturing method of the
図16(a)において、実施例3に示したように、画素電極40及び層間絶縁膜22上に、n型のブロッキング層47を形成した後、ブロッキング層47上に一般的なフォトリソグラフィ技術によって所定のレジストパターン74を形成する。
In FIG. 16A, as shown in the third embodiment, after an n-
図16(b)において、レジストパターン74をマスクに、一般的なエッチング技術によってブロッキング層47をエッチングし、各画素電極40上に所定のパターンのブロッキング層47を形成する。この時、ブロッキング層47は画素電極40の上面のみを覆う形状とする。
In FIG. 16B, the
図17(a)において、ブロッキング層47を形成した後、ブロッキング層47上にプラズマCVDやスパッタで、赤色の分光感度特性を有するα―Si膜を100nm〜1um堆積し、i型の光電変換膜41aを形成する。この分光感度は、具体的には、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御することにより得ている。その後、実施の形態1等に示したi型の光電変換膜41aの製造方法が繰り返され、各画素400において、対応する各画素電極40の上に、i型の光電変換膜41a、41bが画素毎に隙間を空けて形成される。なお、各光電変換膜41a、41bは異なる分光感度を有するように、α−Si1−xCx:xの比率を変えて分光感度を制御している。この工程により、n型ブロッキング層47が、画素電極40の上面を覆うように、各画素において光電変換膜41と画素電極40との間に介挿されることとなる。
In FIG. 17A, after the
また、隣接する画素における互いの光電変換膜41の間には隙間があり、各画素における光電変換膜41が分離して形成されることにより、画素境界部43が形成される。ここで、例えば、1.0um〜1.4umの画素サイズにおいて画素境界部の分離幅が画素サイズの1/10とすれば、0.10um〜0.14umとなる。
Further, there is a gap between the photoelectric conversion films 41 in the adjacent pixels, and the
図17(b)において、光電変換膜41間の隙間を埋め込むようにCVD酸化膜よりなる絶縁膜46を形成し、その結果、光電変換膜41の下半分を絶縁膜46が覆うこととなる。
この工程以降の工程の製造法は、本発明の実施の形態1と同じなので説明を省略する。
[変形例]
1.走査回路
走査回路として、例えば、MOS走査回路、CCD等、任意の走査回路を用いても良い。
2.金属配線
実施の形態では、金属配線の形状をすべての隣接する画素を通るというメッシュ状としてきたが、例えば、ストライプ状等他の配線形状を採っても良い。また、金属配線45の材料は、銅、アルミニウムなどの他にW、Mo、Ti等も選択できる。
3.光電変換膜
実施の形態では、画素毎の分光感度を異ならせるため、光電変換膜41の分光感度を異ならせているが、本発明ではこれに限らない。例えば、画素毎に分光感度の異なるカラーフィルターを用いれば、画素毎の分光感度を異ならせることができる。このようにすれば、異なる色での画素であっても光電変換膜41を共通のもので形成でき、工程を簡素化できる。
4.その他
なお、本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態に係る固体撮像装置1の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。
In FIG. 17B, an insulating
Since the manufacturing method of the process after this process is the same as
[Modification]
1. Scanning circuit As the scanning circuit, for example, an arbitrary scanning circuit such as a MOS scanning circuit or a CCD may be used.
2. Metal wiring In the embodiment, the shape of the metal wiring has been a mesh shape that passes through all adjacent pixels, but other wiring shapes such as a stripe shape may be employed. The material of the
3. Photoelectric Conversion Film In the embodiment, the spectral sensitivity of the photoelectric conversion film 41 is varied in order to vary the spectral sensitivity of each pixel. However, the present invention is not limited to this. For example, if color filters having different spectral sensitivities are used for each pixel, the spectral sensitivities for each pixel can be made different. In this way, even if the pixels have different colors, the photoelectric conversion film 41 can be formed in a common manner, and the process can be simplified.
4). Others The configuration of the solid-state imaging device according to the present invention is not limited to the configuration of the solid-
例えば、画素の配置については、実施の形態で示したマトリクス状(行列状)の配列の他に、画素を45°回転させ配列するといった構成を取ることができる。 For example, with respect to the arrangement of the pixels, in addition to the matrix (matrix) arrangement shown in the embodiment, a configuration in which the pixels are arranged by being rotated by 45 ° can be employed.
本発明は、デジタルカメラ等に利用でき、画質の劣化が抑制された固体撮像装置を実現するのに有用である。 The present invention can be used for a digital camera or the like, and is useful for realizing a solid-state imaging device in which deterioration of image quality is suppressed.
1 固体撮像装置
5 半導体基板
15 蓄積ダイオード
16 フローティングディフュージョン
100,200,300,400 画素
900 画素部
DESCRIPTION OF
Claims (12)
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に、画素毎に隙間を空けて形成された下部電極と、
真性半導体材料からなり、画素毎に、隙間を空けて、前記各下部電極上に形成された光電変換膜と、
不純物半導体材料からなり、前記光電変換膜上に、複数の画素に亘って形成され、前記光電変換膜間の隙間に相当する部位が当該隙間に入り込んで、前記光電変換膜の側面の一部または全部を覆っているブロッキング層と、
前記ブロッキング層上に、複数の画素に亘って形成された透光性を有する上部電極と
を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged,
A semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the semiconductor substrate;
On the interlayer insulating film, a lower electrode formed with a gap for each pixel,
A photoelectric conversion film made of an intrinsic semiconductor material and formed on each of the lower electrodes with a gap for each pixel;
Made of an impurity semiconductor material, formed on the photoelectric conversion film over a plurality of pixels, and a portion corresponding to the gap between the photoelectric conversion films enters the gap, and a part of the side surface of the photoelectric conversion film or A blocking layer covering everything,
A solid-state imaging device comprising: a translucent upper electrode formed over a plurality of pixels on the blocking layer.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the blocking layer is made of a p-type semiconductor material.
前記光電変換膜の側面の下半分は、絶縁膜が覆っており、
前記絶縁膜の前記層間絶縁膜からの高さは、前記下部電極の前記層間絶縁膜からの高さよりも高い
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 The portion corresponding to the gap between the photoelectric conversion films of the blocking layer covers the upper half of the side surface of the photoelectric conversion film,
The lower half of the side surface of the photoelectric conversion film is covered with an insulating film,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a height of the insulating film from the interlayer insulating film is higher than a height of the lower electrode from the interlayer insulating film.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の固体撮像装置。 The another blocking layer made of an impurity semiconductor material is interposed between the photoelectric conversion film and the lower electrode in each pixel so as to cover the upper surface of the lower electrode. The solid-state imaging device according to any one of 3.
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the another blocking layer is formed so as to go around the side surface of the lower electrode and cover the entire side surface of the lower electrode.
ことを特徴とする請求項4または5に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the another blocking layer is made of an n-type semiconductor material.
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the photoelectric conversion films in adjacent pixels have different wavelength ranges of light to be converted.
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の固体撮像装置。 The metal wiring made of a material having an electric resistivity lower than that of the material of the upper electrode is laminated on at least a part of the upper electrode, passing between adjacent pixels. The solid-state imaging device according to any one of 7.
半導体基板上に、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上に、画素毎に隙間を空けて下部電極を形成する工程と、
前記各下部電極の上に、画素毎に、隙間を空けて、光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に、複数の画素に亘って形成され、前記光電変換膜間の隙間に相当する部位が当該隙間に入り込んで、前記光電変換膜の側面の一部または全部とを覆うよう、不純物半導体材料からなるブロッキング層を形成する工程と、
前記ブロッキング層の上に、複数の画素に亘って、透光性を有する上部電極を形成する工程と
を含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged,
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a lower electrode on the interlayer insulating film with a gap for each pixel; and
A step of forming a photoelectric conversion film on each lower electrode with a gap for each pixel, and
On the photoelectric conversion film, formed over a plurality of pixels, a portion corresponding to the gap between the photoelectric conversion films enters the gap, and covers a part or all of the side surface of the photoelectric conversion film, Forming a blocking layer made of an impurity semiconductor material;
Forming a translucent upper electrode over a plurality of pixels on the blocking layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
前記下部電極を形成する工程の後であって、
前記ブロッキング層を形成する工程の前に、
前記光電変換膜の側面の下半分を覆うよう、絶縁膜を形成する工程
を含み、
前記絶縁膜の前記層間絶縁膜からの高さは、前記下部電極の前記層間絶縁膜からの高さよりも高い
ことを特徴とする請求項9に記載の固体撮像装置の製造方法。 The part corresponding to the gap between the photoelectric conversion films of the blocking layer is formed so as to cover the upper half of the side surface of the photoelectric conversion film,
After the step of forming the lower electrode,
Before the step of forming the blocking layer,
Forming an insulating film so as to cover the lower half of the side surface of the photoelectric conversion film,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein a height of the insulating film from the interlayer insulating film is higher than a height of the lower electrode from the interlayer insulating film.
前記光電変換膜を形成する工程の前に、
前記下部電極の上面を覆うように、各画素において前記光電変換膜と前記下部電極との間に、不純物半導体材料からなる別のブロッキング層を介挿する工程
を含む
ことを特徴とする請求項9または10に記載の固体撮像装置の製造方法。 After the step of forming the lower electrode,
Before the step of forming the photoelectric conversion film,
The method further comprises a step of interposing another blocking layer made of an impurity semiconductor material between the photoelectric conversion film and the lower electrode in each pixel so as to cover the upper surface of the lower electrode. Or a method for producing a solid-state imaging device according to 10;
ことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 11, further comprising a step of forming the another blocking layer so as to go around the side surface of the lower electrode and cover the entire side surface of the lower electrode. .
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015037154A (en) * | 2013-08-15 | 2015-02-23 | ソニー株式会社 | Imaging device and imaging apparatus |
WO2016104177A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | ソニー株式会社 | Solid-state image capture element, method for manufacturing same, and electronic component |
WO2018139110A1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Light receiving element, method for producing light receiving element, imaging element and electronic device |
JP2019506733A (en) * | 2015-12-23 | 2019-03-07 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ | Optoelectronic array device with upper transparent electrode |
US10453898B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-10-22 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid state image sensor pixel electrode below a photoelectronic conversion film |
JP2020010062A (en) * | 2019-10-02 | 2020-01-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system |
JP2020107668A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | キヤノン株式会社 | Imaging device and imaging system |
WO2020217783A1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Imaging device |
WO2022210149A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging element and method for manufacturing solid-state imaging element |
JP7527301B2 (en) | 2019-03-13 | 2024-08-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Photodetectors for Imaging Applications |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6750635B2 (en) * | 2016-01-08 | 2020-09-02 | 株式会社ニコン | Imaging device and imaging device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57211770A (en) * | 1981-06-24 | 1982-12-25 | Hitachi Ltd | Solid state image pickup device |
JPS61133658A (en) * | 1984-12-01 | 1986-06-20 | Fuji Photo Film Co Ltd | Solid-state image sensor element and manufacture thereof |
JPH01204465A (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-17 | Fuji Photo Film Co Ltd | Laminated solid state image sensor |
JPH02275670A (en) * | 1989-01-18 | 1990-11-09 | Canon Inc | Photoelectric converter and image reader |
JPH04261071A (en) * | 1991-01-11 | 1992-09-17 | Canon Inc | Photoelectric converter |
JPH0548067A (en) * | 1991-08-07 | 1993-02-26 | Canon Inc | Solid-state image sensing element |
JPH05145110A (en) * | 1991-11-22 | 1993-06-11 | Canon Inc | Photo conversion device and drive method thereof |
-
2010
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Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015037154A (en) * | 2013-08-15 | 2015-02-23 | ソニー株式会社 | Imaging device and imaging apparatus |
US10903279B2 (en) | 2014-12-26 | 2021-01-26 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid state image sensor pixel electrode below a photoelectric conversion film |
WO2016104177A1 (en) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | ソニー株式会社 | Solid-state image capture element, method for manufacturing same, and electronic component |
US10453898B2 (en) | 2014-12-26 | 2019-10-22 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Solid state image sensor pixel electrode below a photoelectronic conversion film |
JP7019577B2 (en) | 2015-12-23 | 2022-02-15 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ | Photoelectron array device with top transparent electrode |
JP2019506733A (en) * | 2015-12-23 | 2019-03-07 | コミサリヤ・ア・レネルジ・アトミク・エ・オ・エネルジ・アルテルナテイブ | Optoelectronic array device with upper transparent electrode |
KR20190107663A (en) * | 2017-01-24 | 2019-09-20 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Light receiving element, manufacturing method of light receiving element, imaging element, and electronic device |
JPWO2018139110A1 (en) * | 2017-01-24 | 2019-11-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Light receiving element, method for manufacturing light receiving element, imaging element, and electronic device |
WO2018139110A1 (en) * | 2017-01-24 | 2018-08-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Light receiving element, method for producing light receiving element, imaging element and electronic device |
TWI781976B (en) * | 2017-01-24 | 2022-11-01 | 日商索尼半導體解決方案公司 | Light-receiving element, manufacturing method of light-receiving element, imaging element, and electronic device |
KR20230012667A (en) * | 2017-01-24 | 2023-01-26 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Light receiving element, method for producing light receiving element, imaging element and electronic device |
KR102498922B1 (en) * | 2017-01-24 | 2023-02-13 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Light-receiving element, method for manufacturing light-receiving element, imaging element, and electronic device |
KR102609022B1 (en) * | 2017-01-24 | 2023-12-04 | 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 | Light receiving element, method for producing light receiving element, imaging element and electronic device |
JP2020107668A (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | キヤノン株式会社 | Imaging device and imaging system |
JP7527301B2 (en) | 2019-03-13 | 2024-08-02 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Photodetectors for Imaging Applications |
WO2020217783A1 (en) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Imaging device |
JP2020010062A (en) * | 2019-10-02 | 2020-01-16 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system |
JP7013425B2 (en) | 2019-10-02 | 2022-01-31 | キヤノン株式会社 | Photoelectric conversion device and imaging system |
WO2022210149A1 (en) * | 2021-03-30 | 2022-10-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Solid-state imaging element and method for manufacturing solid-state imaging element |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2012070171A1 (en) | 2012-05-31 |
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