JP5810575B2 - 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器 - Google Patents
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Description
前記絶縁膜と前記光吸収層との間に形成されている前記反射防止膜は、前記光電変換部を透過した光が前記絶縁膜と前記光吸収膜との界面で反射することを防止するため、光学的干渉作用によって反射防止機能が発揮される材料および膜厚で形成されており、
前記光吸収層は、前記光電変換部を透過した光を吸収するように、前記半導体基板より光吸収係数が大きい材料で形成されている、
固体撮像装置が提供される。
また本発明によれば、上記固体撮像装置を有する電子機器が提供される。
前記絶縁膜と前記光吸収層との間に形成されている前記反射防止膜は、前記光電変換部を透過した光が前記絶縁膜と前記光吸収膜との界面で反射することを防止するため、光学的干渉作用によって反射防止機能が発揮される材料および膜厚で形成されており、
前記光吸収層は、前記光電変換部を透過した光を吸収するように、前記半導体基板より光吸収係数が大きい材料で形成されている、
固体撮像装置の製造方法が提供される。
1.実施形態1(光吸収層がゲートと同層)
2.実施形態2(光吸収層がゲートと異層)
3.その他
(A)装置構成
(A−1)カメラの要部構成
図1は、実施形態1において、カメラの構成を示す構成図である。
固体撮像装置1の全体構成について説明する。
本実施形態にかかる固体撮像装置の詳細内容について説明する。
固体撮像装置1において、フォトダイオード21は、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が画素領域PAに配置されている。つまり、複数のフォトダイオード21が、撮像面(xy面)において、水平方向xと、この水平方向xに対して直交する垂直方向yとのそれぞれに並んで設けられている。
固体撮像装置1において、遮光層122は、図3に示すように、半導体基板101の裏面(上面)の側に設けられている。
固体撮像装置1において、カラーフィルタCFは、図3に示すように、半導体基板101の裏面(上面)側において、平坦化膜123の上面に設けられている。
固体撮像装置1において、マイクロレンズMLは、図3に示すように、半導体基板101の裏面(上面)の側において、カラーフィルタCFの上面に設けられている。
固体撮像装置1において、画素トランジスタTrは、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が設けられている。
固体撮像装置1において、反射防止膜301と光吸収層401とのそれぞれは、図3に示すように、半導体基板101の表面(下面)に設けられている。
固体撮像装置1において、配線層111は、図3に示すように、半導体基板101の表面(下面)に設けられている。
上記の固体撮像装置1を製造する製造方法の要部について説明する。
まず、図9(a)に示すように、フォトダイオード21などの部材を形成する。
つぎに、図9(b)に示すように、転送トランジスタ22などの部材を形成する。
・材料:ポリシリコン
・厚み:100〜300nm
・成膜方法:CVD法
つぎに、図10(c)に示すように、反射防止膜301と光吸収層401とを形成する。
たとえば、反射防止膜301については、屈折率n0が、下記の関係を満たすものを用いることが好適である。これにより、波長λの入射光を干渉で打ち消すことが可能であるので、好適に、反射防止機能を発現できる。ここで、n1は、反射防止膜301の下方に位置する光吸収層401の屈折率である。n2は、反射防止膜301の下方に位置する半導体基板101(Si)の屈折率(n2=4.2)である。
(n2−n0)2/(n2+n0)2=(n0−n1)2/(n0+n1)2
つまり、光吸収層401がa−Siであって、その屈折率(n1=1.4〜3.5)が、たとえば、3.0であり、ゲート絶縁膜110がシリコン酸化物(n2=1.4)である場合には、反射防止膜301の屈折率n0が約2.0の材料を用いて形成する。
また、反射防止膜301について、屈折率がn0の材料を用いた場合には、厚みdが下記の関係を満たすように、反射防止膜301を形成することが好適である。
d=λ/(2×n0)×(m+1/2)(m=0,1,2,・・・)
つまり、光吸収層401の形成材料の屈折率n1が2.0であって、たとえば、波長λが800nmの光が反射することを防止するためには、上記の式より、厚みdが100nm(m=0)などになるように、反射防止膜301を形成する。この他に、厚みdが、300nm(m=1),500nm(m=2)になるように、反射防止膜301を形成してもよい。
・材料:アモルファスシリコン
・厚み:50〜1000nm
・成膜方法:CVD法
つぎに、図10(d)に示すように、配線層111を形成する。
そして、図3に示すように、配線層111の表面(図3では下面,図9では上面)に支持基板SSを貼り合わせる。この後、半導体基板101について薄膜化処理を実施する。たとえば、半導体基板101の厚みが2.0〜10μmになるように、半導体基板101の裏面(上面)について、化学機械研磨(CMP)処理を実施する。
以上のように、本実施形態では、入射光Hを受光して信号電荷を生成するフォトダイオード21が、半導体基板101に設けられている。このフォトダイオード21は、入射光Hにおいて可視光域の光を受光して信号電荷を生成するように形成されている。また、半導体基板101において入射光Hが入射する裏面(上面)に対して反対側の表面(下面)の側には、フォトダイオード21で生成された信号電荷を電気信号として出力する画素トランジスタTrが設けられている。そして、画素トランジスタTrに接続された配線111hを含む配線層111が、半導体基板101の表面において画素トランジスタTrを被覆するように設けられている(図3参照)。
アモルファスシリコンは、半導体基板101を構成する単結晶シリコンよりも光吸収係数が、1桁以上高い。
具体的には、アモルファスシリコンと、単結晶シリコンとの各光吸収係数は、下記の通りである。また、アモルファスシリコンと、単結晶シリコンとの各基礎吸収端は、下記の通りである。
・アモルファスシリコンの光吸収係数
入射光の波長λが800nmのとき、200cm−1
入射光の波長λが650nmのとき、8000cm−1
入射光の波長λが540nmのとき、60000cm−1
・単結晶シリコンの光吸収係数
入射光の波長λが800nmのとき、1300cm−1
入射光の波長λが650nmのとき、4500cm−1
入射光の波長λが540nmのとき、10000cm−1
・アモルファスシリコンの基礎吸収端:690nm(バンドギャップ1.8eV)
・単結晶シリコンの基礎吸収端:1100nm(バンドギャップ1.12eV)
(D−1)変形例1−1
上記の実施形態では、光吸収層401に関して、ノンドープなアモルファスシリコンを用いて形成する場合について説明したが、これに限定されない。他の材料を用いて、光吸収層401を形成しても良い。
(Geをドープする場合)
・アモルファスシリコン中のGe濃度:たとえば、10〜30at.%
(このときの基礎吸収端は、バンドギャップ1.4eVのとき、890nm、光吸収係数は、波長が800nmのときが、10000cm−1,波長が、650nmのときは、60000cm−1)
(微結晶シリコンを用いる場合)
・結晶粒径:4〜100nm
・厚み:50〜1000nm
・微結晶シリコンの光吸収係数
入射光の波長λが800nmのとき、1300cm−1
入射光の波長λが650nmのとき、6000cm−1
入射光の波長λが540nmのとき、20000cm−1
・微結晶シリコンの基礎吸収端:1100nm(バンドギャップ1.12eV)
図11は、実施形態1の変形例において、固体撮像装置の要部を示す図である。
(A)装置構成
図12,図13は、実施形態2において、固体撮像装置の要部を示す図である。
以上のように、本実施形態では、実施形態1の場合と同様に、半導体基板101の表面(下面)側には、光吸収層401が設けられている。よって、半導体基板101を介して配線層111へ向かう透過光を、光吸収層401が配線層111への入射前に吸収する。
本技術の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
半導体基板の内部に設けられており、前記半導体基板の一方の面から入射した入射光を受光する光電変換部と、
前記半導体基板の他方の面に設けられている配線層と
を有し、
前記半導体基板の他方の面と前記配線層との間には、前記入射光において前記光電変換部を透過した透過光を吸収する光吸収層が設けられている、
固体撮像装置。
前記半導体基板の他方の面と前記配線層との間に、反射防止層が設けられている、
上記(1)に記載の固体撮像装置。
前記光吸収層は、前記半導体基板より光吸収係数が大きい材料で形成されている、
上記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、アモルファスシリコンによって形成されている、
上記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、ゲルマニウムがドープされたアモルファスシリコンによって形成されている、
上記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、微結晶シリコンによって形成されている、
上記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
前記光吸収層は、前記半導体基板の他方の面において暗電流の発生を抑制するように、電圧が印加される、
上記(1)または(2)に記載の固体撮像装置。
を有し、
前記配線層は、前記半導体基板の他方の面に前記画素トラジスタを介して設けられている、
上記(1)から(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
半導体基板の一方の面から入射した入射光を受光する光電変換部を、前記半導体基板の内部に設ける工程と、
前記入射光において前記光電変換部を透過した透過光を吸収する光吸収層を、前記半導体基板の他方の面に設ける工程と、
前記光吸収層が設けられた前記半導体基板の他方の面を覆うように、配線層を設ける工程と
を有する、
固体撮像装置の製造方法。
半導体基板の内部に設けられており、前記半導体基板の一方の面から入射した入射光を受光する光電変換部と、
前記半導体基板の他方の面に設けられている配線層と
を有し、
前記半導体基板の他方の面と前記配線層との間には、前記入射光において前記光電変換部を透過した透過光を吸収する光吸収層が設けられている、
電子機器。
Claims (10)
- 入射光の進行方向に沿って、
入射光に応じて電気信号に変換する光電変換部が形成されている半導体基板と、
絶縁膜と、
反射防止膜と、
光吸収層と、
配線層と
が、この順に従って形成されており、
前記絶縁膜と前記光吸収層との間に形成されている前記反射防止膜は、前記光電変換部を透過した光が前記絶縁膜と前記光吸収膜との界面で反射することを防止するため、光学的干渉作用によって反射防止機能が発揮される材料および膜厚で形成されており、
前記光吸収層は、前記光電変換部を透過した光を吸収するように、前記半導体基板より光吸収係数が大きい材料で形成されている、
固体撮像装置。 - 前記絶縁膜、前記反射防止膜および前記光吸収層は、平面において、前記光電変換が形成された領域を覆うように、形成されている、
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜は、当該固体撮像装置のトランジスタの絶縁膜である、
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、アモルファスシリコンによって形成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、ゲルマニウムがドープされたアモルファスシリコンによって形成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板は、単結晶シリコンによって形成されており、
前記光吸収層は、微結晶シリコンによって形成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記光吸収層と前記配線層とをコンタクトホールを介して接続し、
前記配線層から前記光吸収層に、前記半導体基板の他方の面において暗電流の発生を抑制するように、電圧が印加される、
請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記半導体基板の他方の面に設けられており、前記光電変換部にて生成された信号電荷を電気信号として出力する画素トランジスタを有し、
前記配線層は、前記半導体基板の他方の面に前記画素トラジスタを介して設けられている、
請求項1〜7のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 入射光の進行方向に沿って、入射光に応じて電気信号に変換する光電変換部を形成した半導体基板と、絶縁膜と、反射防止膜と、光吸収層と、配線層とを、この順で形成する固体撮像装置の製造方法であって、
前記絶縁膜と前記光吸収層との間に形成されている前記反射防止膜は、前記光電変換部を透過した光が前記絶縁膜と前記光吸収膜との界面で反射することを防止するため、光学的干渉作用によって反射防止機能が発揮される材料および膜厚で形成されており、
前記光吸収層は、前記光電変換部を透過した光を吸収するように、前記半導体基板より光吸収係数が大きい材料で形成されている、
固体撮像装置の製造方法。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の固体撮像装置を有する、電子機器。
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