JP2008140942A - 固体撮像装置およびその製造方法、電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタとオンチップマイクロレンズが不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置を、画素部間の性能ばらつきなく製造する。
【解決手段】固体撮像装置１は、半導体基板３の深さ方向に積層された各受光部２１〜２３を有する固体撮像素子である各画素部２が半導体基板３の平面に沿った方向に周期的に複数配置されており、入射光のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部２１〜２３で検出されて信号電荷が生成される。各画素部２は画素分離拡散層４によって個々に電気的に分離されている。各受光部２１〜２３から信号電荷を転送する転送路を構成する配線層７１〜７３、必要個数のトランジスタ５が、半導体基板３の電磁波入射側とは反対側表面に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置、特に、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部によって波長が異なる光（電磁波）が分離検出される方式の固体撮像装置の製造方法および、この固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置、この固体撮像装置が画像入力デバイスとして撮像部に用いられた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、各種画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。

例えばＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどに代表される従来のカラー固体撮像装置においては、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部（複数の画素部）がマトリックス状に配列された複数の固体撮像素子上に、３種類または４種類のカラーフィルタが複数の受光部にそれぞれ対応するようにモザイク状に配置されている。この構成により、各画素部からカラーフィルタに対応した色信号が出力され、これらの色信号が演算処理されることによってカラー画像データが生成されている。この画素部は、一般的に、赤（Ｒ）、二つの緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各色光に対応した四つの画素部（受光部）が平面状に繰り返し配列されている。

上述した各受光部は、個々に電気的に分離されていることが必要であり、各受光部を分離する手段としては、従来、様々な手段が提案されている。例えば、特許文献１には、図９に示すように、Ｐウェル層１０１上にＮ領域１０２および表面Ｐ＋層１０３がこの順に設けられた各受光部間にＰ＋ガード層１０４という画素分離拡散層をイオン注入により形成することによって、各受光部（画素部）を分離する方式の固体撮像装置１００が提案されている。

しかしながら、モザイク状にカラーフィルタが配列された従来のカラー固体撮像装置においては、例えば三原色のカラーフィルタを用いた場合、入射光の約２／３がカラーフィルタによって吸収されてしまう。よって、実際に色信号を出力するために利用される光としては、残りの約１／３しか用いられていないため、光の利用効率が低く、低感度になるという問題がある。また、各画素部において１色の色信号しか得られず、三原色のそれぞれの信号が異なる位置で検出されるために、解像度が低く、偽色の問題が発生しやすいという問題もある。

これらの問題を解決するために、特許文献２および特許文献３には、各色に対応した複数の受光部を半導体基板の深さ方向に積層し、半導体基板を構成するシリコンにおける光吸収係数の波長依存性を利用して、各受光部においてその深さに対応した波長域の光を検出することにより色分離を行う方式の固体撮像装置が提案されている。

これらの特許文献２および特許文献３に開示されている従来の固体撮像装置では、例えば、青色光、緑色光および赤色光に対する信号電荷を発生させるフォトダイオードが、光入射側の表面から順に積層された画素部断面構造を有している。この従来の固体撮像装置によれば、各画素の色分離が、シリコンにおける光吸収係数の波長依存性を利用して行われるため、カラーフィルタを設ける必要がなく、入射光の殆どが光電変換されて信号電荷となる。よって、光利用効率が１００％に近く、かつ、各画素部の深さ位置において三原色のそれぞれの信号が得られることから、高感度、高解像度で、さらに偽色の問題がない、良好なカラー画像データを生成することができる。即ち、従来の固体撮像装置においては、赤（Ｒ）、二つの緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各色光に対応した四つの画素部（受光部）が平面状に繰り返し配列されていたが、Ｒ、ＧおよびＢの三原色に対応した受光部を縦積みにして一つの画素部として用いることが可能となるため、４倍の解像度が得られる。また、この方式の従来の固体撮像装置によれば、カラーフィルタを設ける必要がないため、その分、製造工程を大幅に簡略化することができる。

さらに、例えば特許文献４には、基板表面に沿った方向に配列された各フォトダイオード（受光部）上に多層配線層が形成され、その多層配線層側とは反対側の裏面から各フォトダイオードに光が照射される裏面照射型の固体撮像素子が提案されている。この構成によれば、配線層による光の蹴られが生じないため、配線層のレイアウト制約を緩和することが可能となる。
特開２００６−２４９０７号公報 米国特許第５９６５８７５号公報 特開２００５−３０３２６６号公報 特開２００５−１５０４６３号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。

特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置においては、上述したように、赤（Ｒ）、二つの緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各色光に対応した四つの受光部を平面状に配列し、さらに、信号電荷の転送を司る制御トランジスタも受光部とは異なる位置に平面状に配置するため、集積度を向上させることが困難である。さらに、受光部と制御トランジスタとが平面上に配置されているために、受光部を構成する拡散層を形成するためのフォトリソグラフィー工程とイオン注入工程、および画素分離拡散層（特許文献１ではＰ＋ガード層１０４）を形成するためのフォトリソグラフィー工程とイオン注入工程がそれぞれ必要になる。これにより、受光部拡散層と画素分離拡散層とのアライメント精度が低下し、各画素部間の性能ばらつきの一因となる。

また、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置においては、各画素部から出力される信号電荷を転送するための転送路としての多層の配線層１０５が、半導体基板１０６の表面に光が入射される側と同じ表面側に設けられている。従って、受光部に光を集光させるためには、受光部の直上を避けて配線層１０５を配置する必要がある。即ち、配線層１０５を配置可能な場所が非常に限定されてしまうため、集積度を向上させることが困難である。さらに、配線層１０５の層数が多くなればなるほど、受光部が光入射側表面から深い位置に配置されるため、特に、斜め方向から入射される光に対して、これらの配線層１０５によって光路上で光が蹴られることを防ぐために、配線層１０５上にオンチップマイクロレンズを形成して光を受光部上に効率よく集光させることが必要となる。したがって、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置１００においては、固体撮像装置１００に特有な光学的特性に係わる製造プロセスとして、カラーフィルタ形成工程とオンチップマイクロレンズ形成工程が共に必要であり、製造工程が複雑になって歩留まりが低下する。

また、上記特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置には、以下のような問題がある。

特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置においては、特許文献１の場合と同様に、各画素部から出力される信号電荷を転送するために必要とされる多層の配線層が、半導体基板面に対して光が入射される側と同じ表面側に設けられている。このため、画素アレイ内において、配線層の層数が多くなればなるほど、受光部が光入射側表面から深い位置に配置されるため、特に、斜め方向から入射される光に対して、これらの配線層によって光路上で光が蹴られることを防ぐために、配線層上にオンチップマイクロレンズを形成して光を受光部上に効率よく集光させることが必要となる。したがって、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置でも、固体撮像装置特有な光学的特性に係わる製造プロセスとしてのカラーフィルタ形成工程とオンチップマイクロレンズ形成工程のうち、前者のカラーフィルタ形成工程は削減することが可能であるが、後者のオンチップマイクロレンズ形成工程は削減することができない。また、半導体製造装置は、他の半導体デバイスを製造するために転用可能であることが望ましく、固体撮像装置に特有な製造プロセス（例えばオンチップマイクロレンズ形成プロセス）が残存していると、他の半導体デバイスと同じラインを用いて固体撮像装置を製造する上で、効率が悪いという問題がある。さらに、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合に、例えばオンチップマイクロレンズ形成プロセスがあると、プロセスの整合性が悪く、開発の難易度が高くなるため、従来の固体撮像装置の高機能化を望むことができないという問題もある。

また、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置においては、オンチップマイクロレンズを備えていても、多層配線化が進むと、光路上で光の蹴られによって集光率が急激に低下するため、配線層の積層数に上限が存在する。現実的には、その上限は４層〜５層であるため、それ以上の多層配線が必要とされる回路を固体撮像装置に組み込むことはできない。したがって、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置においては、チップサイズの増大を招くことなく高感度化と高解像度化を達成しても、高機能な画像演算処理回路などを混載することができないために、チップモジュールセット全体でのダウンスケーリングを実現することができない。

さらに、特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置においては、各画素部から出力される信号電荷を転送するための配線層を各画素部間に設ける必要があり、その配線幅や配線の配置に要する面積分だけ、固体撮像装置の解像度が低下する。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいては、各画素部の信号電荷を増幅したり、電荷を転送したりするために、複数種類のトランジスタを画素アレイ内にそれぞれ配置する必要があり、解像度の低下を招かないように、これらのトランジスタのサイズに対して、可能な限り微細化されることが求められている。しかしながら、トランジスタの微細化に伴って、そのトランジスタ形成に係わる構造ばらつきが増加し、その結果、構造ばらつきに起因した信号電荷増幅特性も個々の画素部において変動するため、画質が低下するという問題がある。この特許文献２に開示されている従来の固体撮像装置においても、この状況は同様であり、画素部内におけるトランジスタ特性の安定化が要求される程、解像度が低下するか、または画質自体が劣化するという問題が生じる。

さらに、特許文献３においては、各色の光電変換部が深さ方向に積層され、光入射側とは反対側にこの各光電変換部に対応したＭＯＳ回路が設けられているものの、画素分離については記載されておらず、まして、本発明のように受光部拡散層と画素分離拡散層とのアライメント精度をも向上させて、各画素部間の性能ばらつきを低減することについても記載されていない。

さらに、特許文献４に開示されている従来の固体撮像装置においては、以下のような問題がある。

特許文献４に開示されている従来の固体撮像装置においては、光が照射されるフォトダイオードの下方位置に配線層が設けられていることから、特許文献３に開示されている従来の固体撮像装置ような配線層による光の蹴られは生じないため、配線層のレイアウト制約は大幅に緩和することができるものの、カラーフィルタを形成するために受光部上に平坦化膜を形成する必要がある。従って、光入射側表面から見たフォトダイオードの配置深さが非常に深くなってしまうために、撮像領域の周辺部分では入射光の入射角度が増大してしまう。この撮像領域の周辺部分における入射光を曲げて良好に受光部に集光させるためには、オンチップマイクロレンズが必要となっている。よって、特許文献４に開示されている従来の固体撮像装置においても、上述したような特許文献２の固体撮像装置における問題と同様の問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、平坦化膜形成工程、カラーフィルタ形成工程およびオンチップマイクロレンズ形成工程が不要で、工程を簡略化させると共に画素部間の性能ばらつきを大幅に低減させることができる固体撮像装置の製造方法、この固体撮像装置の製造方法より製造されて、カラーフィルタとオンチップマイクロレンズが不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の所定領域全面に複数回のイオン注入を行って、深さ方向に積層される複数の不純物拡散層を複数の受光部として形成する受光部形成工程と、該所定領域に、各画素部の間を分離する画素分離用の不純物拡散層を形成する画素分離部形成工程と、該複数の受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路を、該複数の受光部に電磁波が入射される入射面側とは反対面側に形成する転送路形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における半導体基板の所定領域全面は、該半導体基板の全面または、該半導体基板の撮像領域全域である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における画素分離部形成工程は、 該半導体基板上に、画素分離部に対応する位置を開口したイオン注入用マスクを形成するマスク形成工程と、該イオン注入用マスクの開口部を介して該半導体基板にイオン注入するイオン注入工程とを有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるマスク形成工程は、フォトリソグラフィー工程である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程および前記画素分離部形成工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記転送路形成側の面とは反対側の面からイオン注入を行う。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程および前記画素分離部形成工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記転送路形成側の面からイオン注入を行う。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における半導体基板がエピタキシャル層を有するシリコン基板である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記複数の受光部として、互いに異なる導電型の半導体接合により各フォトダイオードを形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部〜第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）波長域の電磁波を検出する第Ｎ受光部のＮ個の受光部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で白色光が検出され、前記半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが３．０μｍ±０.３μｍの範囲で赤外光が検出されるように、前記第１受光部および前記第２受光部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光が検出され、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で白色光が検出されるように、前記第１受光部および前記第２受光部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さが０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であって、三原色光が検出されるように、前記第１受光部、前記第２受光部および前記第３受光部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さが０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第４受光部までの深さが０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であって、三原色光とエメラルド色光が検出されるように、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部および前記第４受光部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部形成工程は、前記半導体基板の電磁波入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定された受光部をさらに形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における受光部を平坦面に形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における画素分離部形成工程は、前記画素分離用の不純物拡散層を平面視で所定幅の格子状に形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における画素分離部形成工程は、前記画素分離用の不純物拡散層を前記半導体基板の電磁波入射側表面から最も深い受光部を超えた深さ位置まで壁状に形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記画素分離用の不純物拡散層で囲まれた１画素部の、電磁波入射面側から見た一辺の大きさが１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記電磁波入射面側から見た１画素部は正方形または矩形である。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における１画素部の固体撮像素子の有効配置個数を１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内で形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、該各画素部のうちの特定の画素部毎の各受光部の選択および選択された画素部の各受光部からの信号出力に係る回路を形成し、該回路を構成するトランジスタを、前記半導体基板の電磁波入射側とは反対側から形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、該各画素部のうちの特定の画素部毎の各受光部の選択および選択された画素部の各受光部からの信号出力に係る回路を形成し、該回路を構成するトランジスタを、前記受光部を構成する不純物拡散層ウェル内および該不純物拡散層ウェル上に形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、前記トランジスタによって前記受光部から電荷検出部に転送された信号電圧を増幅する増幅部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、前記増幅部によって増幅された信号を読み出し制御することにより前記画素部毎の各受光部を選択可能とする選択部と、前記電荷検出部の信号電圧を所定電圧にリセットするためのリセット部とをそれぞれ前記トランジスタによってそれぞれ形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記転送路をトランジスタおよびこれに接続される配線層で形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記受光部と前記配線層とを電気的に接続するように、該受光部と該配線層との間の層間絶縁膜内にコンタクト部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における転送路形成工程は、前記配線層が多層配線層であって、該配線層の間を電気的に接続するように該配線層の間の層間絶縁膜内にコンタクト部を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記複数の受光部までの距離を最適化するように、前記半導体基板の電磁波入射側表面を研磨する研磨工程をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における研磨工程は、最も浅い受光部表面側まで、前記半導体基板の電磁波入射側表面を研磨する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記半導体基板の電磁波入射側表面上に赤外線カットフィルタを形成する赤外線カットフィルタ形成工程をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記半導体基板の電磁波入射側表面とは反対側表面に、強度を高めるための支持基板を取り付ける支持基板取付工程をさらに有する。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における支持基板は、透明なシリコン基板または透明ガラス基板である。

本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像装置の製造方法によって製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する複数の画素部が該半導体基板の平面に沿った方向に周期的に配列され、入射される電磁波のうち、該半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により該複数の受光部の深さに対応した波長域の電磁波が該複数の受光部でそれぞれ検出されて各信号電荷がそれぞれ生成されるように構成されており、該複数の画素部が前記画素分離用の不純物拡散層によって画素分離され、該画素部毎の各受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路が、該半導体基板の一方表面側に設けられ、該半導体基板の各転送路が設けられている側とは反対側の他方表面側から該各受光部に電磁波が入射される構成となっている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置はＣＭＯＳ型イメージセンサまたはＣＣＤ型イメージセンサである。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、外部への引き出し電極が、チップ底面側または、前記半導体基板の電磁波入射側表面に設けられている。

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記半導体基板の電磁波入射側表面上には、平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない。

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置が画像入力部として撮像部に設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。

本発明の固体撮像装置は、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する複数の画素部（固体撮像素子）が半導体基板の平面に沿った方向に周期的に配置されており、入射される光（電磁波）のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部で検出されて信号電荷が生成される。これにより、画素の集積度が向上されると共に、カラーフィルタを設けなくても各受光部において波長が異なる光成分（電磁波）が分離検出される。各画素部はそれぞれ、不純物拡散層によって個々に電気的に分離されている。

受光部を構成する不純物拡散層（受光部拡散層）は、半導体基板全面または撮像領域（撮像素子領域）全域に半導体基板の深さ方向に異なる深さで複数回のイオン注入を行う受光部形成工程としてのイオン注入工程によって形成される。また、画素分離部形成工程による画素分離用の不純物拡散層（画素分離部拡散層）は、半導体基板の画素分離部に対応する位置を開口したイオン注入用マスクを形成するためのマスク形成工程としてのフォトリソグラフィー工程と、そのイオン注入用マスクの開口部を介して半導体基板にイオン注入を行うイオン注入工程とによって形成される。これらの工程によって、受光部拡散層と画素分離部拡散層が形成され、かつ、各受光部を構成する各画素部は互いに電気的に分離されている。さらに、固体撮像装置特有の光学的な特性に係わる製造プロセスとしての、平坦化膜形成工程、カラーフィルタ形成工程およびオンチップマイクロレンズ形成工程を削減して、他の半導体デバイスと同じラインにより製造することが可能となり、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合にも、プロセスの整合性を向上させることが可能となる。

上記受光部拡散層を形成するためのイオン注入は半導体基板表面側からでも裏面側からでも行うことが可能であり、所望の受光部を所望の深さに形成するために適切な注入条件によってイオン注入される。さらに、上記画素分離部上を開口するためのフォトリソグラフィー工程と、画素分離部拡散層を形成するためのイオン注入工程も、半導体基板表面側からでも裏面側からでも行うことが可能であり、所望の画素分離部拡散層を形成するために適切な注入条件によってイオン注入される。

また、本発明の固体撮像装置は、受光部から信号電荷を転送するための転送路（トランジスタおよび配線層）、固体撮像素子（画素部毎の各受光部）の選択およびその信号出力に係る回路、増幅部、選択部やリセット部などを構成する必要個数のトランジスタが、半導体基板の電磁波入射側とは反対側の表面部に設けられている。したがって、画素アレイ内において、配線層やトランジスタによって光路上で光が蹴られることがなく、オンチップマイクロレンズを形成して光を受光部に集光させる必要もない。さらに、集光率が低下しないため、多層配線化を図ることが可能となり、高機能な画像演算処理回路なども混載することが可能となる。さらに、各画素部（画素部毎の各受光部）から出力される信号電荷を転送するための配線層を各画素部間に設ける必要がないため、配線層の配置面積によって固体撮像装置の解像度が低下することもない。各受光部への電磁波入射側とは反対側にトランジスタやこれに接続される配線層が設けられていることにより、配線層幅や配線層の配置およびトランジスタの配置などの自由度が大幅に向上され、集積度も向上させることが可能となる。さらに、ＣＭＯＳ型イメージセンサにおいて、各画素部からの信号電荷を増幅させたり、信号電荷を転送するためのトランジスタなどについても、電磁波入射側とは反対側表面部に設けることによって、トランジスタの配置面積によって解像度が低下することはなく、トランジスタの特性安定化を図るために十分なサイズを確保することも可能となる。さらに、受光部から信号電荷を転送するための転送路（配線層や、これを含む所定回路を構成する必要個数のトランジスタ）が、電磁波入射側とは反対側表面に設けられているため、フォトリソグラフィー工程を行わずに受光部拡散層形成のためのイオン注入を行うことが可能となる。したがって、受光部拡散層と画素分離部拡散層とのアライメント精度を向上させて、画素間性能ばらつきを低減させることが可能となる。

以上により、本発明によれば、従来の固体撮像装置の製造方法において必要とされていた受光部拡散層形成用のイオン注入のためのフォトリソグラフィー工程が不要になり、受光部拡散層と画素分離部拡散層とのアライメント精度を向上させて、画素間性能ばらつきを低減させることができる。

また、画素部アレイ内で配線層やトランジスタによって光路上で光が蹴られることがなく、従来の固体撮像装置において必要とされていたカラーフィルタとオンチップマイクロレンズを不要とすることができて工程を簡略化することができる。したがって、高感度、高解像度かつシェーディングが発生せず、かつ画素間性能ばらつきを低減させた固体撮像装置を実現することができる。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサに本発明を適用した場合、画素内に配置されるトランジスタにおいて高度な微細化が不要となり、信号電荷の転送特性を安定化して、高解像度を保ったまま画質を向上させることができる。

さらに、従来の固体撮像素子の製造方法において固体撮像装置特有の光学的な特性に係わる製造プロセスとして必要とされていたカラーフィルタ形成工程およびオンチップマイクロレンズ形成工程を削減することにより、他の半導体デバイスと同じラインにより製造することが可能となり、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合にも、プロセスの整合性を向上させて、電子情報機器の製造コスト削減を図ることができる。

以下に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法の実施形態１および実施形態２、並びに、これらを撮像部に用いた本発明の電子情報機器の実施形態３について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
本実施形態１では、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを深さ方向に有する固体撮像装置およびその製造方法について説明する。この場合、光の波長域が異なる３色としては、例えばＲ（赤）、Ｇ（緑）およびＢ（青）の三原色が考えられる。ここでは第１波長域として青色光、第２波長域として緑色光、第３波長域として赤色光を検出する場合について説明する。

図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の２画素分の要部構成例を示す縦断面図である。

図１において、本実施形態１に係る固体撮像装置１は、単位画素部としての複数の固体撮像素子（画素部）２Ａ、２Ｂ、・・・が半導体基板３の平面に沿った方向に周期的に繰り返して複数配列されており、各画素部２Ａ、２Ｂにはそれぞれ、半導体基板３の深さ方向に積層された各色の複数の受光部（光電変換部；互いに異なる導電型の半導体接合によるフォトダイオード）が設けられている。

半導体基板３は、エピタキシャル層を有するシリコン基板であり、各受光部は互いに異なる導電型の半導体接合により形成されたフォトダイオードからなっている。青色光を検出する第１受光部２１Ａおよび２１Ｂは半導体基板３の光入射側表面から０．１μｍ以上０．４μｍ以下の深さの位置に設けられ、緑色光を検出する第２受光部２２Ａおよび２２Ｂは半導体基板３の光入射側表面から０．４μｍ以上０．８μｍ以下の深さの位置に設けられ、赤色光を検出する第３受光部２３Ａおよび２３Ｂは半導体基板３の光入射側表面から０．８μｍ以上２．５μｍ以下の深さの位置に設けられている。このように、第１受光部２１〜第３受光部２３を深さ方向に積層配置することによって、光の三原色の色信号全てを１画素部内でより正確に検出することが可能となる。なお、各受光部２Ａ，２Ｂの深さ位置は、検出される波長域および半導体基板材料の光吸収係数によって最適な深さ位置が設定されるため、上記深さ範囲は一般的な値であって、これに限定されるものではない。これらの受光部は、平坦面によって構成されている。

各画素部２Ａ、２Ｂ、・・・はそれぞれ、深さ方向に設けられた画素分離拡散層４によって電気的にそれぞれ分離されている。

各画素部２Ａ、２Ｂ、・・・内にはそれぞれ、各受光部からの信号電荷転送を司る制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ・・・がそれぞれ設けられており、これらの制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ・・・によって、各画素部２Ａ、２Ｂ、・・・の選択および信号出力に係る回路が構成されている。この制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ、・・・はそれぞれ、各受光部を構成する不純物拡散層ウェル内にソース領域５ｓとドレイン領域５ｄが設けられ、そのソース領域５ｓとドレイン領域５ｄ間の不純物拡散層ウェル上にゲート絶縁膜を介してゲート電極５ｇが設けられている。その制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ、・・・上にはそれぞれ、層間絶縁膜６１〜６４を介してそれぞれ多層配線層７１〜７３がそれぞれ設けられており、これらの多層配線層７１〜７３によって信号電荷の転送路が構成されている。

制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ、・・・と配線層７１とは層間絶縁膜６１内に設けられたビアコンタクト８１で電気的に接続され、配線層７１と配線層７２とは層間絶縁膜６２内に設けられたビアコンタクト８２で電気的に接続されている。

なお、この固体撮像装置１において、半導体基板３の電磁波（光）入射側表面上には、平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない。

上記構成により、以下に、本実施形態１の固体撮像装置１の製造方法について、図２〜図５を用いて詳細に説明する。

図２〜図５は、本実施形態１の固体撮像装置１の各製造工程を説明するための要部縦断面図である。

まず、図２の受光部形成工程に示すように、所望の受光部拡散層を所望の深さに形成するために、半導体基板３の全面（または撮像領域領域全域）に、半導体基板３の深さ方向に異なる深さで複数回のイオン注入を行って、青色光を検出する第１受光部２１、緑色光を検出する第２受光部２２および赤色光を検出する第３受光部２３を順次形成する。なお、このイオン注入工程は、半導体基板３の転送路形成側（図２の上側）およびその反対側（図２の下側）のいずれから行ってもよい。

次に、図３の画素分離部形成工程のマスク形成工程に示すように、イオン注入領域（画素分離部）上を開口させた開口部４１ａを有するイオン注入用マスク４１を形成するために、フォトリソグラフィー工程を行う。さらに、画素分離部形成工程のイオン注入工程において、所望の画素分離拡散層を所望の深さに形成するために、イオン注入用マスク４１を用いて各開口部４１ａから半導体基板３に不純物イオン注入を行う。画素分離用の不純物拡散層である画素分離部拡散層４を半導体基板３の電磁波入射側表面から最も深い受光部２３（２３Ａ、２３Ｂ）を超えた深さ位置まで壁状に形成する。これにより、図４のように、画素分離用の不純物拡散層である画素分離部拡散層４が形成され、各画素部間、例えば画素部２Ａと画素部２Ｂ間が画素分離拡散層４によって電気的に画素分離される。このフォトリソグラフィー工程およびイオン注入工程は、半導体基板３の転送路形成側（図３の上側）およびその反対側（図３の下側）のいずれから行ってもよい。

さらに、図５のトランジスタ形成工程に示すように、転送路形成工程において、画素部毎の複数の受光部２１〜２３からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路の回路を構成する制御トランジスタ５（５Ａ、５Ｂ、・・）を、複数の受光部２１〜２３に電磁波が入射される入射面側とは反対面側から形成すると共に、各受光部２１〜２３に対応した不純物拡散層ウェル内およびこの不純物拡散層ウェル上に形成する。なお、各画素部２Ａ、２Ｂ、・・の信号電荷の転送を司る各制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ、・・を公知の技術によって形成する。

各画素部内にそれぞれ、各受光部２１〜２３から電荷検出部に転送された信号電圧を増幅する増幅部と、この増幅部によって増幅された信号を読み出し制御することにより画素部毎の各受光部を選択可能とする選択部と、電荷検出部の信号電圧を所定電圧にリセットするためのリセット部とをそれぞれ各トランジスタ５によってそれぞれ形成する。

その後、図１に示すように、配線間を絶縁するための層間絶縁膜６１〜６４、金属材料層からなる配線層７１〜７３、例えば各受光部２１〜２３と配線層７１との間の層間絶縁膜６１内にトランジスタ５を介してコンタクト部としてのビアコンタクト８１（トランジスタ５と配線層７１とがビアコンタクト８１を介して接続することにより、各受光部２１〜２３と配線層７１とを接続可能とする）、各配線層７１，７２の間を電気的に接続するように配線層７１，７２の間の層間絶縁膜６２内にコンタクト部としてのビアコンタクト８２を公知の技術によって形成する。

以上のようにして作製された本実施形態１の固体撮像装置１は、単位画素部としての固体撮像素子である各画素部２Ａ、２Ｂ、・・においてそれぞれ、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部２１Ａ、２１Ｂ、・・と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部２２Ａ、２２Ｂ、・・と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部２３Ａ、２３Ｂ、・・とが、半導体基板３の深さ方向に順次積層されて設けられている。半導体基板３の光入射側とは反対側表面には、制御トランジスタ５Ａ、５Ｂ、・・および金属材料層からなる配線層７１〜７３が設けられており、これらによって固体撮像素子（各画素部２Ａ、２Ｂ、・・）の選択および信号出力に係る回路と転送路が構成されている。

上記構成により、本実施形態１の固体撮像装置１において、撮像時には、半導体基板３の第１受光部２１〜第３受光部２３が形成されている側から光（電磁波）が入射される。入射される光（電磁波）のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性によって、各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部２１〜２３により検出されて、信号電荷が生成される。例えば、第１受光部２１では青色光が検出され、第２受光部２２では緑色光が検出され、第３受光部２３では赤色光が検出されるため、カラーフィルタを形成する必要はなく、カラーフィルタを設けることによる感度低下や解像度低下などの問題は生じない。

また、配線層７１〜７３は、半導体基板３における光入射面とは反対側の表面側に設けられているため、配線層７１〜７３による光路上の光の蹴られは全く発生せず、シェーディングの問題も生じない。また、マイクロレンズによって光路を変える必要がないため、オンチップマイクロレンズを形成するためのオンチップマイクロレンズ形成工程の不要である。

さらに、各固体撮像素子である各画素部２Ａ、２Ｂ、・・はそれぞれ画素分離拡散層４によって電気的に分離されており、受光部拡散層形成用イオン注入のためのフォトリソグラフィー工程が不要であるため、受光部拡散層と画素分離拡散層とのアライメント精度を向上させて、画素部２Ａ、２Ｂ、・・間性能ばらつきを大幅に低減させることができる。

なお、本実施形態１では、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部２１と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部２２と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部２３とを設けたが、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部〜第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）波長域の電磁波を検出する第Ｎ受光部のＮ個の受光部を設けることが可能である。例えば、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを設ける場合、半導体基板の光入射側表面から第１受光部までの深さを空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲に設定することによって白色光を検出する第１受光部を形成し、半導体基板の光入射側表面から第２受光部までの深さを３．０μｍ±０.３μｍの範囲に設定することによって赤外光が検出される第２受光部を形成することができる。また、半導体基板の光入射側表面から第１受光部までの深さを０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲に設定することによって紫外光が検出される第１受光部を形成し、半導体基板の光入射側表面から第２受光部までの深さを空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲に設定することによって白色光が検出される第２受光部を形成することができる。さらに、複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを設ける場合、半導体基板の光入射側表面から第１受光部までの深さを０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内に設定し、半導体基板の光入射側表面から第２受光部までの深さを０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内に設定し、半導体基板の光入射側表面から第３受光部までの深さを０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内に設定し、半導体基板の光入射側表面から第４受光部までの深さを０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内に設定することによって三原色光とエメラルド色光が検出される第１受光部〜第４受光部を形成することができる。さらに、半導体基板の電磁波入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定された受光部をさらに追加することができる。

これらの受光部拡散層を形成する際に、イオン注入工程後に研磨工程を設けて、半導体基板３の電磁波入射側表面を研磨することによって、各受光部までの距離を最適化することができる。また、半導体基板３の電磁波入射側表面を、最も浅い受光部表面まで研磨してもよい。

さらに、赤外線カットフィルタ形成工程により、半導体基板３の電磁波入射側表面に赤外線カットフィルタを設けたり、支持基板取付工程により、半導体基板３の電磁波入射側表面とは反対側表面に、強度を高めるために透明なシリコン基板やガラス基板などからなる支持基板を設けてもよい。
（実施形態２）
本実施形態２では、固体撮像素子のサイズと有効配置個数の好ましい事例について説明する。

図６は、本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の概略要部構成例を示す平面図である。

図６において、本実施形態２の固体撮像装置１１は、ＣＭＯＳ型イメージセンサであって、行選択信号線およびリセット信号線１２と列画像信号線１３とが３本ずつを１組として互いに交差（直交）するように配線されている。両信号線１２および１３の交差部には、固体撮像素子１４（図１の画素部２に対応）が周期的に繰り返して複数配置（マトリクス状に配置）されており、行選択信号線およびリセット信号線１２と列画像信号線１３とが固体撮像素子１４にそれぞれ接続されている。これらの行選択信号線およびリセット信号線１２は基板左端部に設けられた行選択走査部１５に接続され、列画像信号線１３は基板下端部に設けられた画像信号出力部１６に接続されている。

単位画素部を構成する固体撮像素子１４は、図１の各画素部２Ａ、２Ｂ、・・と同様の構成であり、固体撮像素子１４の画素部形状が平面視で正方形とされ、かつ、その一辺の長さが１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内に設定されている。このように固体撮像素子１４の一辺の長さを設定することによって、固体撮像装置１１の感度と解像度を最も効果的に向上させることができる。

さらに、この固体撮像素子１４は、固体撮像装置１１に１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内で配置されている。このように固体撮像素子１４の有効配置個数を設定することによって、固体撮像装置１１の感度と解像度とを最も効果的に向上させることができる。

この場合、この半導体基板を電磁波入射側表面から見ると、図７に示すように、撮像領域において、隣接する固体撮像素子１４を互いに分離するための所定幅の画素分離拡散層４が平面視で格子状に設けられているだけであり、固体撮像素子１４の周囲に配線層が設けられておらず、撮像領域のほとんど全てが受光部領域になっているため、光を最も効率よく受光部に入射させることができる。

本実施形態２では、ＣＭＯＳ型イメージセンサについて説明したが、ＣＣＤ型イメージセンサについても、素子サイズや有効配置数について、同様に設定することができる。
（実施形態３）
本実施形態３では、本発明の固体撮像装置が画像入力部として撮像部に設けられた電子情報機器の例について説明する。

図８は、本発明の実施形態３に係る電子情報機器の概略要部構成例を示すブロック図である。

図８において、本実施形態３の電子情報機器３１は、上記実施形態１の固体撮像装置１または実施形態２の固体撮像装置１１と、その固体撮像装置１または１１からのカラー画像信号に対して記録用の所定の信号処理を行った後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部３２と、その固体撮像装置１または１１からのカラー画像信号に対して表示用の所定の信号処理を行った後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段３３と、その固体撮像装置１または１１からのカラー画像信号に対して通信用の所定の信号処理を行った後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段３４とを有している。

この電子情報機器３１としては、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有する電子機器などが考えられる。

したがって、本実施形態３の電子情報機器３１によれば、固体撮像装置１または１１からのカラー画像信号に基づいて、それを表示画面上に良好に表示したり、それを紙面にて画像出力装置により良好にプリントアウトしたり、それを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、それをメモリ部３２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶させたりして、各種データ処理を良好に行うことができる。

以上により、上記実施形態１〜３によれば、半導体基板３の深さ方向に積層された複数の受光部を有する固体撮像素子（各画素部２）が基板平面方向に周期的に繰り返し複数配置されており、入射される電磁波（光）のうち、半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により各受光部の深さに対応した波長域の電磁波が各受光部で検出されて信号電荷が生成されるため、カラーフィルタを設けなくても、各受光部において波長が異なる電磁波を分離検出することができる。各受光部から信号電荷を転送するための配線層７および必要個数のトランジスタ５が、電磁波入射側とは反対側に設けられているため、画素アレイ内において、これらの配線層７やトランジスタ５によって光路上で光が蹴られることがなく、オンチップマイクロレンズを形成して光を受光部に集光させる必要がない。これによって、カラーフィルタとオンチップマイクロレンズおよびそれを作製するための各工程が不要で、高感度、高解像度かつシェーディングが発生しない固体撮像装置１または１１を得ることができる。さらに、各受光部から信号電荷を転送するための転送路（配線層７）や所定回路を構成する必要個数のトランジスタ５が、電磁波入射側とは反対側表面に設けられているため、フォトリソグラフィー工程を行わずに受光部拡散層形成のためのイオン注入を行うことができる。したがって、受光部拡散層と画素分離拡散層とのアライメント精度を向上させて、画素間性能ばらつきが少ない固体撮像装置を得ることができる。

なお、上記実施形態１〜３では、３色を光の波長に合わせた半導体基板３の所定深さ位置に各受光部を深さ方向に３つ設けたが、これに限らず、複数色を光の波長に合わせた半導体基板３の所定深さ位置に各受光部を深さ方向に複数設けてもよい。色の解像度の観点からは多数の色を検出する方が好ましいが、各受光部の数が多いほど、製造工数が多くなる。

また、上記実施形態１〜３では図示しなかったが、各受光部は制御トランジスタ５および読み出し回路に電気的に接続されており、所望のタイミングで所望の画素の信号電荷を読み出すことができる。

さらに、上記実施形態１〜３では、一例として各画素上に制御トランジスタ５を１個ずつ図示したが、回路の必要性に応じて必要な数の制御トランジスタ５を搭載するべきであることは言うまでもない。

さらに、上記実施形態１〜３では、一例として３層の金属配線７１〜７３を設けた構成について説明したが、３層以外の異なる層数の多層配線７が設けられた構成についても本発明は適用可能であり、また、１層の金属配線７が設けられた構成についても本発明は適用可能である。

さらに、上記実施形態１〜３では、特に説明しなかったが、外部への引き出し電極がチップ底面側、または半導体基板の光入射側表面に設けられた構成とすることができる。

各受光部までの距離は、例えば、第１受光部２１において光入射側表面から０．１μｍ以上０．４μｍ以下の深さ、第２受光部２２において光入射側表面から０．４μｍ以上０．８μｍ以下の深さ、第３受光部２３において光入射側表面から０．８μｍ以上２．５μｍ以下の深さであり、これは、各受光部２１〜２３上に平坦化膜を設けてその上にカラーフィルタを設け、さらにその上にオンチップマイクロレンズを設ける従来の固体撮像装置に比べて、各受光部２１〜２３の位置が浅い。これによっても、各受光部２１〜２３上に平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズを設ける必要がなくなる。したがって、本発明では、半導体基板３の光（電磁波）入射側表面上に平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない構造とすることができる。言うまでもないが、各受光部２１〜２３は平坦面によって構成されている。

以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、例えばＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置、特に、半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部によって波長が異なる光（電磁波）が分離検出される方式の固体撮像装置の製造方法および、この固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置、この固体撮像装置が画像入力デバイスとして撮像部に用いられた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、各種画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、従来の固体撮像装置の製造方法において必要とされていた受光部拡散層形成用のイオン注入のためのフォトリソグラフィー工程が不要になり、受光部拡散層と画素分離部拡散層とのアライメント精度を向上させて、画素間性能ばらつきを低減させることができる。

また、画素部アレイ内で配線層やトランジスタによって光路上で光が蹴られることがなく、従来の固体撮像装置において必要とされていたカラーフィルタとオンチップマイクロレンズを不要とすることができて工程を簡略化することができる。したがって、高感度、高解像度かつシェーディングが発生せず、かつ画素間性能ばらつきを低減させた固体撮像装置を実現することができる。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサに本発明を適用した場合、画素内に配置されるトランジスタにおいて高度な微細化が不要となり、信号電荷の転送特性を安定化して、高解像度を保ったまま画質を向上させることができる。

さらに、従来の固体撮像素子の製造方法において固体撮像装置特有の光学的な特性に係わる製造プロセスとして必要とされていたカラーフィルタ形成工程およびオンチップマイクロレンズ形成工程を削減することにより、他の半導体デバイスと同じラインにより製造することが可能となり、他の半導体デバイスと固体撮像装置を同一チップモジュールセットに混載する場合にも、プロセスの整合性を向上させて、電子情報機器の製造コスト削減を図ることができる。

本発明の実施形態１に係る固体撮像装置において、装置内部に備えられる固体撮像素子部分の概略要部構成例を示す縦断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法におけ各受光部形成工程を説明するための縦断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法における画素分離部拡散層用フォトリソグラフィー工程を説明するための縦断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法における画素分離部拡散層形成工程を説明するための縦断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法における制御トランジスタ形成工程を説明するための縦断面図である。 本発明の実施形態２に係る固体撮像装置の概略全体構成例を模式的に示す平面図である。 図６の固体撮像装置における撮像領域の一部を光入射側から見た平面図である。 本発明の実施形態３に係る電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 従来の固体撮像装置の概略構成例を示す縦断面図である。

符号の説明

１、１１ 固体撮像装置
２、２Ａ、２Ｂ 固体撮像素子（画素部）
２１〜２３ 受光部（受光部拡散層）
２１Ａ 画素部Ａの第１受光部
２１Ｂ 画素部Ｂの第１受光部
２２Ａ 画素部Ａの第２受光部
２２Ｂ 画素部Ｂの第２受光部
２３Ａ 画素部Ａの第３受光部
２３Ｂ 画素部Ｂの第３受光部
３ 半導体基板
４ 画素分離部拡散層（画素分離用の不純物拡散層）
４１ イオン注入マスク
５ 制御トランジスタ（トランジスタ）
５Ａ 画素部Ａの制御トランジスタ
５Ｂ 画素部Ｂの制御トランジスタ
６、６１〜６４ 層間絶縁膜
７、７１〜７３ 配線層
８１、８２ ビアコンタクト（コンタクト部）
１２ 行選択信号線およびリセット信号線
１３ 列画像信号線
１４ 固体撮像素子（画素部）
１５ 行選択走査部
１６ 画像信号出力部
３１ 電子情報機器
３２ メモリ部
３３ 表示手段
３４ 通信手段

Claims (41)

1. 半導体基板の所定領域全面に複数回のイオン注入を行って、深さ方向に積層される複数の不純物拡散層を複数の受光部として形成する受光部形成工程と、
   該所定領域に、各画素部の間を分離する画素分離用の不純物拡散層を形成する画素分離部形成工程と、
   該複数の受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路を、該複数の受光部に電磁波が入射される入射面側とは反対面側に形成する転送路形成工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
2. 前記半導体基板の所定領域全面は、該半導体基板の全面または、該半導体基板の撮像領域全域である請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記画素分離部形成工程は、
   該半導体基板上に、画素分離部に対応する位置を開口したイオン注入用マスクを形成するマスク形成工程と、
   該イオン注入用マスクの開口部を介して該半導体基板にイオン注入するイオン注入工程とを有する請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記マスク形成工程は、フォトリソグラフィー工程である請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記受光部形成工程および前記画素分離部形成工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記転送路形成側の面とは反対側の面からイオン注入を行う請求項１または３に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記受光部形成工程および前記画素分離部形成工程のうちの少なくとも一方の工程において、前記転送路形成側の面からイオン注入を行う請求項１または３に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記半導体基板がエピタキシャル層を有するシリコン基板である請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記受光部形成工程は、前記複数の受光部として、互いに異なる導電型の半導体接合により各フォトダイオードを形成する請求項１または７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部〜第Ｎ（Ｎは２以上の自然数）波長域の電磁波を検出する第Ｎ受光部のＮ個の受光部を形成する請求項１または８に記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部とを形成する請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部とを形成する請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記受光部形成工程は、前記複数の受光部として、第１波長域の電磁波を検出する第１受光部と、第２波長域の電磁波を検出する第２受光部と、第３波長域の電磁波を検出する第３受光部と、第４波長域の電磁波を検出する第４受光部とを形成する請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で白色光が検出され、前記半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが３．０μｍ±０.３μｍの範囲で赤外光が検出されるように、前記第１受光部および前記第２受光部を形成する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０.１μｍ以上０．２μｍ以下の範囲で紫外光が検出され、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが、空乏層厚として０．２μｍ以上２．０μｍ以下の範囲で白色光が検出されるように、前記第１受光部および前記第２受光部を形成する請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
15. 前記受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さが０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であって、三原色光が検出されるように、前記第１受光部、前記第２受光部および前記第３受光部を形成する前記請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
16. 前記受光部形成工程は、前記半導体基板の光入射側表面から前記第１受光部までの深さが０．１μｍ以上０．４μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第２受光部までの深さが０．３μｍ以上０．６μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第３受光部までの深さが０．４μｍ以上０．８μｍ以下の範囲内であり、該半導体基板の光入射側表面から前記第４受光部までの深さが０．８μｍ以上２．５μｍ以下の範囲内であって、三原色光とエメラルド色光が検出されるように、前記第１受光部、前記第２受光部、前記第３受光部および前記第４受光部を形成する請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
17. 前記受光部形成工程は、前記半導体基板の電磁波入射側表面から受光部までの深さとして、正確に表現したい色光に対応する受光部深さに設定された受光部をさらに形成する請求項１３〜１６のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
18. 前記受光部を平坦面に形成する請求項１および８〜１７のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
19. 前記画素分離部形成工程は、前記画素分離用の不純物拡散層を平面視で所定幅の格子状に形成する請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
20. 前記画素分離部形成工程は、前記画素分離用の不純物拡散層を前記半導体基板の電磁波入射側表面から最も深い受光部を超えた深さ位置まで壁状に形成する請求項１または１９に記載の固体撮像装置の製造方法。
21. 前記画素分離用の不純物拡散層で囲まれた１画素部の、電磁波入射面側から見た一辺の大きさが１．０μｍ以上２０．０μｍ以下の範囲内である請求項１９または２０に記載の固体撮像装置の製造方法。
22. 前記電磁波入射面側から見た１画素部は正方形または矩形である請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
23. 前記１画素部の固体撮像素子の有効配置個数を１０万画素以上５０００万画素以下の範囲内で形成する請求２１または２２に記載の固体撮像装置の製造方法。
24. 前記転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、該各画素部のうちの特定の画素部毎の各受光部の選択および選択された画素部の各受光部からの信号出力に係る回路を形成し、該回路を構成するトランジスタを、前記半導体基板の電磁波入射側とは反対側から形成する請求項１または７に記載の固体撮像装置の製造方法。
25. 前記転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、該各画素部のうちの特定の画素部毎の各受光部の選択および選択された画素部の各受光部からの信号出力に係る回路を形成し、該回路を構成するトランジスタを、前記受光部を構成する不純物拡散層ウェル内および該不純物拡散層ウェル上に形成する請求項１、７および２４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
26. 前記転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、前記トランジスタによって前記受光部から電荷検出部に転送された信号電圧を増幅する増幅部を形成する請求項２４または２５に記載の固体撮像装置の製造方法。
27. 前記転送路形成工程は、前記各画素部内にそれぞれ、前記増幅部によって増幅された信号を読み出し制御することにより前記画素部毎の各受光部を選択可能とする選択部と、前記電荷検出部の信号電圧を所定電圧にリセットするためのリセット部とをそれぞれ前記トランジスタによってそれぞれ形成する請求項２６に記載の固体撮像装置の製造方法。
28. 前記転送路形成工程は、前記転送路をトランジスタおよびこれに接続される配線層で形成する請求項１および２４〜２７のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
29. 前記転送路形成工程は、前記受光部と前記配線層とを電気的に接続するように、該受光部と該配線層との間の層間絶縁膜内にコンタクト部を形成する請求項２８に記載の固体撮像装置の製造方法。
30. 前記転送路形成工程は、前記配線層が多層配線層であって、該配線層の間を電気的に接続するように該配線層の間の層間絶縁膜内にコンタクト部を形成する請求項２８に記載の固体撮像装置の製造方法。
31. 前記複数の受光部までの距離を最適化するように、前記半導体基板の電磁波入射側表面を研磨する研磨工程をさらに有する請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
32. 前記研磨工程は、最も浅い受光部表面側まで、前記半導体基板の電磁波入射側表面を研磨する請求項３１に記載の固体撮像装置の製造方法。
33. 前記半導体基板の電磁波入射側表面上に赤外線カットフィルタを形成する赤外線カットフィルタ形成工程をさらに有する請求項１、３１および３２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
34. 前記半導体基板の電磁波入射側表面とは反対側表面に、強度を高めるための支持基板を取り付ける支持基板取付工程をさらに有する請求項１および３１〜３３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
35. 前記支持基板は、透明なシリコン基板または透明ガラス基板である請求項３４に記載の固体撮像装置の製造方法。
36. 請求項１〜３５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置。
37. 前記半導体基板の深さ方向に積層された複数の受光部を有する複数の画素部が該半導体基板の平面に沿った方向に周期的に配列され、入射される電磁波のうち、該半導体基板材料における光吸収係数の波長依存性により該複数の受光部の深さに対応した波長域の電磁波が該複数の受光部でそれぞれ検出されて各信号電荷がそれぞれ生成されるように構成されており、
    該複数の画素部が前記画素分離用の不純物拡散層によって画素分離され、
    該画素部毎の各受光部からの信号電荷をそれぞれ転送するための各転送路が、該半導体基板の一方表面側に設けられ、該半導体基板の各転送路が設けられている側とは反対側の他方表面側から該各受光部に電磁波が入射される構成となっている請求項３６に記載の固体撮像装置。
38. ＣＭＯＳ型イメージセンサまたはＣＣＤ型イメージセンサである請求項３６または３７に記載の固体撮像装置。
39. 外部への引き出し電極が、チップ底面側または、前記半導体基板の電磁波入射側表面に設けられている請求項３６または３７に記載の固体撮像装置。
40. 前記半導体基板の電磁波入射側表面上には、平坦化膜およびその上のオンチップマイクロレンズが設けられていない請求項３６〜３９のいずれかに記載の固体撮像装置。
41. 請求項３６〜４０のいずれかに記載の固体撮像装置が画像入力部として撮像部に設けられた電子情報機器。

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