JP2011044489A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】画素サイズを縮小しても画素間分離を確実に行うことができ、裏面照射型の画素の微細化に伴うクロストークの増加を防止することができ、色再現性の向上をはかる。
【解決手段】光電変換により信号電荷を生成する光電変換部及び信号電荷を出力する信号走査回路部を含む単位画素を二次元配置してなる固体撮像装置であって、信号走査回路部は光電変換部を有する第１の半導体層とは異なる第２の半導体層に設けられ、第２の半導体層は第１の半導体層の表面上に絶縁膜を介して積層され、第１半導体層には、画素境界部分に第１の半導体層の厚さ方向に絶縁膜からなる画素分離層が埋め込み形成され、且つ表面部に光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタが形成されている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ＭＯＳ型の固体撮像装置に係わり、特に画素分離構造の改良をはかった固体撮像装置及びその製造方法に関する。

ＣＭＯＳセンサを始めとする固体撮像装置は、現在では、デジタルスチルカメラやビデオムービー、また監視カメラ等多様な用途で使われている。そして最近、画素サイズの縮小に伴うＳ／Ｎ低下を抑制するために、裏面照射型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、信号走査回路及びその配線層が形成されるシリコン表面とは反対側のシリコン表面から入射光が照射されるため、画素に入射する光が配線層に阻害されることなくシリコン内に形成された受光領域に到達することができる。このため、微細な画素においても高い量子効率を実現することができるという利点がある。

しかし、裏面照射型の固体撮像装置においては、次のように問題がある。即ち、入射光が信号走査回路及びその配線層に阻害されることなく受光領域となるシリコン内に入射されるが、一方で配線層に阻害されることが無い故に入射光が隣接画素に漏れこんでしまい混色となってしまうという問題である。画素が微細化されると、マイクロレンズや色フィルタの開口ピッチが小さくなるため、特に波長の長いＲ画素に入射した光が色フィルタを通過した時点で回折が生じる。この場合、シリコン受光領域に対して斜めに入射した光は隣接画素方向に進行し、画素間の境界を越えて隣接画素に入射すると隣接画素の中で光電子を発生させるため、それがクロストークとなり混色が発生してしまう。そのため、再生画面上で色再現性が劣化してしまい画質が低下するという問題が生じる。

なお、ＭＯＳ型の固体撮像装置において、斜め入射光による混色を防止するために、光電変換部を囲むように多層膜を形成し、隣接する光電変換部を電気的に分離する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この構成は、光電変換部とは異なる半導体層に信号走査回路等を設けた裏面照射型にそのまま適用することは困難である。

特開２００６−１２８３９２号公報 特開２００８−３００５３７号公報

本発明の目的は、画素サイズを縮小しても画素間分離を確実に行うことができ、裏面照射型の画素の微細化に伴うクロストークの増加を防止することができ、色再現性の向上をはかり得るＭＯＳ型の固体撮像装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部及び信号電荷を出力する信号走査回路部を含む単位画素を二次元配置してなる固体撮像装置であって、前記信号走査回路部は前記光電変換部を有する第１の半導体層とは異なる第２の半導体層に設けられ、前記第２の半導体層は前記第１の半導体層の表面上に絶縁膜を介して積層され、前記第１の半導体層には、画素境界部分に前記第１の半導体層の厚さ方向に絶縁膜からなる画素分離層が埋め込み形成され、且つ表面部に前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタが形成されていることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる固体撮像装置は、一方の側から光が入射される第１のシリコン層と、前記第１のシリコン層に設けられ、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部と、前記第１のシリコン層内に、前記光電変換部を画素毎に分離するように溝が設けられ、該溝内にシリコンよりも屈折率の低い絶縁膜が埋め込み形成された画素分離領域と、前記第１のシリコン層の他方の側の表面部に設けられ、前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタと、前記第１のシリコン層の他方の側の表面上に層間絶縁膜を介して積層された第２のシリコン層と、前記第２のシリコン層の他方の側の表面部に設けられ、前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路と、を具備してなることを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる固体撮像装置の製造方法は、第１の半導体層に、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部を画素単位で囲む絶縁膜からなる画素分離領域と、前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタと、を形成する工程と、前記第１の半導体層の表面上に絶縁膜を介して第２の半導体層を積層する工程と、前記第２の半導体層の表面部に前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明の別の一態様に係わる固体撮像装置の製造方法は、補助基板上に形成された第１のシリコン層の表面上に画素分離パターンのマスクを形成する工程と、前記マスクを用いて前記シリコン層を選択的にエッチングし、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部を画素単位で囲む画素分離領域の溝を形成する工程と、前記溝内にシリコンよりも屈折率の低い絶縁膜を埋め込み形成する工程と、前記シリコン層の表面部に前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタを形成する工程と、前記光電変換部，画素分離領域，及び読み出しトランジスタが形成された前記シリコン層の表面上に絶縁膜を介して第２のシリコン層を形成する工程と、前記第２のシリコン層の表面部に、前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路を形成する工程と、前記信号走査回路が形成された前記第２のシリコン層の表面上に支持基板を接着する工程と、前記支持基板の接着後に、前記第１のシリコン層から前記補助基板を剥離する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、画素サイズを縮小しても画素間分離を確実に行うことができ、裏面照射型の画素の微細化に伴うクロストークの増加を防止することができ、色再現性の向上をはかることができる。

本発明の一実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の全体構成例を示すブロック図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の画素アレイの回路構成を示す図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の色フィルタの配置例を示す平面図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の画素アレイの平面構成例（１）を示す図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の画素アレイの平面構成例（２）を示す図。 図４，図５中のVI−VI線に沿った断面図。 本発明の一実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の単位画素の構成を示す断面図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の製造工程を示す断面図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の製造工程を示す断面図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の製造工程を示す断面図。 同実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の製造工程を示す断面図。

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。

＜構成＞
図１乃至図７を用いて、本発明の一実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の構成例について説明する。本実施形態では、受光面が信号走査回路部の形成される半導体基板表面と反対側の半導体基板の裏面側に設けられる、裏面照射型の固体撮像装置を一例に挙げて説明する。

図１は、本実施形態に係わるＭＯＳ型固体撮像装置の全体構成例を示すシステムブロック図である。図１では、画素アレイのカラム位置にＡＤ変換回路（ＡＤＣ）が配置された場合の一構成について示した。本実施形態の固体撮像装置１００は、撮像領域１１０と駆動回路領域１２０により構成されている。

撮像領域１１０は、半導体基板に、光電変換部及び信号走査回路部を含み単位画素行列を配置して成るものである。光電変換部は、光電変換し蓄積するフォトダイオードを含む単位画素１３０を備え、撮像部として機能する。信号走査回路部は、後述する増幅トランジスタ１３３等を備え、光電変換部からの信号を読み出し増幅しＡＤ変換回路１５０に送信する。本例の場合、受光面（光電変換部）は、信号走査回路部が形成される半導体基板表面と反対側の半導体基板の裏面側に設けられる。

駆動回路領域１２０は、上記信号走査回路部を駆動するための垂直シフトレジスタ１４０及びＡＤ変換回路１５０等の素子駆動回路を配置して成るものである。

なお、ここでは、ＣＭＯＳセンサの全体構成の一部として説明したが、これに限られるものではない。即ち、例えば、カラム並列にＡＤ変換回路が配置されずチップレベルにＡＤ変換回路が配置される構成、或いはセンサーチップ上にＡＤ変換回路が配置されない構成等であっても良い。

垂直シフトレジスタ１４０は、信号ＬＳ１〜ＳＬｋを画素アレイ１１０に出力し、単位画素１３０を行毎に選択する選択部として機能する。選択された行の単位画素１３０からはそれぞれ、入射された光の量に応じたアナログ信号Ｖsigが垂直信号線ＶＳＬを介して出力される。また、ＡＤ変換回路１５０は、垂直信号線ＶＳＬを介して入力されたアナログ信号Ｖsigを、デジタル信号に変換して出力するようになっている。

図２は、本実施形態における画素アレイの構成例を示す等価回路図である。ここでは、単一の画素アレイ１１０で複数の色情報を取得する単板式撮像素子を一例に挙げて説明する。

図示するように、画素アレイ１１０は、垂直シフトレジスタ１４０からの読み出し信号線と垂直信号線ＶＳＬとの交差位置にマトリクス状に配置された複数の単位画素（PIXEL）１３０を備えるものである。

単位画素１３０は、フォトダイオード１３１、読み出しトランジスタ１３２、増幅トランジスタ１３３、アドレストランジスタ１３４、リセットトランジスタ１３５を備えている。

上記において、フォトダイオード１３１は光電変換部を構成する。増幅トランジスタ１３３、読み出しトランジスタ１３２、リセットトランジスタ１３５、及びアドレストランジスタ１３４は、信号走査回路部を構成する。フォトダイオード１３１のカソードは接地されている。

増幅トランジスタ１３３は、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）１３６からの信号を増幅して出力するように構成されている。増幅トランジスタ１３３のゲートは浮遊拡散層１３６に接続され、ソースは垂直信号線ＶＳＬに接続され、ドレインはアドレストランジスタ１３４のソースに接続されている。垂直信号線ＶＳＬにより送信される単位画素１３０の出力信号は、ＣＤＳ雑音除去回路１２２により雑音が除去された後、出力端子１２３から出力される。

読み出しトランジスタ１３２は、フォトダイオード１３１での信号電荷の蓄積を制御するように構成されている。読み出しトランジスタ１３２のゲートは読み出し信号線ＴＲＦに接続され、ソースはフォトダイオード１３１のアノードに接続され、ドレインは浮遊拡散層１３６に接続されている。

リセットトランジスタ１３５は、増幅トランジスタ１３３のゲート電位をリセットするように構成されている。リセットトランジスタ１３５のゲートはリセット信号線ＲＳＴに接続され、ソースは浮遊拡散層１３６に接続され、ドレインはドレイン電源に接続される電源端子１２４に接続されている。

アドレストランジスタ（トランスファゲート）１３４のゲートは、アドレス信号線ＡＤＲに接続されている。また、負荷トランジスタ１２１のゲートは選択信号線ＳＦに接続され、ドレインは増幅トランジスタ１３３のソースに接続され、ソースは制御信号線ＤＣに接続されている。

この画素アレイ構造による読み出し駆動動作は、次のようになっている。まず、読み出し行のアドレストランジスタ１３４が、垂直シフトレジスタ１４０から送られる行選択パルスによりオン（ＯＮ）状態になる。

続いて、同様に垂直シフトレジスタ１４０から送られたリセットパルスによりリセットトランジスタ１３５が、オン（ＯＮ）状態になり、浮遊拡散層１３６の電位に近い電圧にリセットされる。その後、リセットトランジスタ１３５は、オフ（ＯＦＦ）状態になる。

続いて、読み出しトランジスタ１３２が、オン（ＯＮ）状態になり、フォトダイオード１３１に蓄積された信号電荷が浮遊拡散層１３６に読み出され、浮遊拡散層１３６の電位が読み出された信号電荷数に応じて変調される。

続いて、変調された信号が、ソースフォロワを構成する増幅トランジスタ１３３により垂直信号線ＶＳＬに読み出され、読み出し動作を完了する。

次に、図３を用いて、本実施形態の固体撮像装置が有する色フィルタ４０６の平面構成例について説明する。図３は、単板式固体撮像素子構造において色信号を取得するために、どのように色フィルタが配置されているかを示したレイアウト図である。

図３において、Ｒと示した画素は主に赤の波長領域の光を透過させる色フィルタが配置された画素、Ｇと示した画素は主に緑の波長領域の光を透過させる色フィルタが配置された画素、Ｂと示した画素は主に青の波長領域の光を透過させる色フィルタが配置された画素である。

本実施形態では、ベイヤー（Bayer）配置として最もよく使用される色フィルタ配置を示した。図示するように、隣接する色フィルタ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）は、ロウ方向およびカラム方向において、互いに異なる色信号を取得するように配置されている。

次に、図４及び図５を用いて、本実施形態の固体撮像装置が有する画素アレイ１１０の平面構成例について説明する。ここでは、上記増幅トランジスタ１３３等により構成される信号走査回路部の回路が形成される半導体基板の表面（表面側）とは反対側の基板表面（裏面側）に受光面が形成される裏面照射型の固体撮像装置を一例に挙げて説明する。

図４に示すように、シリコン（Ｓｉ）層１３の裏面上に、ロウ方向及びカラム方向においてマトリクス状に単位画素（PXCEL）１３０が配置されている。さらに、Ｓｉ層１３の裏面上に、隣接する単位画素１３０との境界部分を囲むように画素分離絶縁膜（絶縁膜）１５が設けられている。そのため、画素分離絶縁膜１５は、単位画素１３０を、ロウ方向およびカラム方向において囲むように格子状に配置されている。

ここで、画素分離絶縁膜１５は、Ｓｉの屈折率より低い屈折率を持つ絶縁膜から形成されている。例えば、画素分離絶縁膜１５は、入射される波長４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の光に対する屈折率が、３．９程度以下である絶縁材料により形成されることが望ましい。より具体的には、例えば、画素分離絶縁膜１５は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ 膜）、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄ 膜）、チタンオキサイド（ＴｉＯ）膜等の絶縁材料により形成される。

また、図示するように、本例に係る単位画素１３０のロウ方向およびカラム方向における画素ピッチＰは、いずれも共通となるように配置されている。

図５に示す平面構成では、画素分離絶縁膜１５が、Ｓｉ層１３の裏面上に隣接する単位画素１３０との境界部分を囲むように非連続的に平面形状が穴状に配置されている点で、図４に示した上記平面構造と相違する。同様に、画素分離絶縁膜１５は、単位画素１３０を、ロウ方向およびカラム方向において囲むように格子状に配置されている。

なお、本実施形態では、非連続的に穴状に配置されている平面構成例を示したが、画素分離絶縁膜１５は連続的に形成される箇所があっても良い。

次に、図６及び図７を用いて、本実施形態の固体撮像装置が有する画素アレイ１１０の断面構成例について説明する。ここでは、図４、図５中のVI−VI線に沿った断面を一例に挙げて説明する。

図６では、受光層となる結晶Ｓｉ層（第１の半導体層）１３を光軸方向Ａに対し上層に設け、下層には、もう一層結晶Ｓｉ層（第２の半導体層）３３が絶縁膜１６を介して設けられており、結晶Ｓｉ層３３には信号走査回路が形成されている。

より具体的には、第１のＳｉ層１３の内部には、隣接する単位画素を区画する画素分離絶縁膜１５が設けられ、Ｓｉ層１３の表面部（下面部）に読み出しトランジスタが形成されている。Ｓｉ層１３の表面側（下面側）には、層間絶縁膜１６を介して第２のＳｉ層３３が形成されている。Ｓｉ層３３には、先の増幅トランジスタ、アドレストランジスタ、リセットトランジスタ等が形成され、これらから信号走査回路が構成されている。

Ｓｉ層３３の表面上には層間絶縁膜３６が形成されている。絶縁膜３６上には、層間絶縁膜５１及び金属配線５２からなる配線層５０が設けられている。また、Ｓｉ層１３の裏面側（上面側）には、Ｓｉ窒化膜６１を介してＲＧＢのフィルタ６２が設けられている。そして、各々のフィルタ６２上にマイクロレンズ６３が形成されている。そして、Ｓｉ層１３の裏面側から入射光Ｌ１が入射するものとなっている。

また、Ｓｉ層１３のトランジスタとＳｉ層３３のトランジスタとを接続するために、Ｓｉ層３３及び絶縁膜１６，３６を貫通してビア３７，３８が設けられている。

図７中にはビアホール部分の拡大図面を示した。ビアホールはＳｉ層３３を貫通して設けられ、ビアホールを成す金属ビア３７とＳｉ層３３とが短絡しないよう、その間には絶縁膜３９が形成されている。

図６に示したように画素分離領域１５は画素間の境界領域に形成されている。受光層と信号走査回路層を別のＳｉ層に作ることで受光層にはフォトダイオードと読み出しゲートだけしか形成されないので、画素分離領域の溝或いは穴を能動素子形成面と同じ面から加工することができる。

＜作用＞
次に、上記図６を用いて、本実施形態の固体撮像装置の光学的作用効果について説明する。上記において説明したように、本実施形態の固体撮像装置は、Ｓｉ層１３内に、隣接する単位画素１３０との境界部分を囲むように画素分離領域を区画する画素分離絶縁膜１５が設けられている。このような構成とすることで、次のような光学的作用効果が得られる。

即ち、本実施形態のような画素分離絶縁膜１５が設けられていない構成においては、Ｓｉの受光領域に対して斜めに入射した光Ｌ２は、隣接する単位画素方向に進行し、画素間の境界を越えて隣接する単位画素に入射する。その結果、隣接する単位画素の中で光電子を発生させ、それによりクロストーク及び混色が発生し、再生画面上での色再現性が劣化する。

一方、図６に示すように、本実施形態の構造によれば、斜め方向に入射した光Ｌ２は画素分離絶縁膜１５で反射されるため、隣接する単位画素に入射することを防止することができる。従って、クロストーク及び混色を発生させることは無い。

特に、画素が微細化されるとマイクロレンズ６３、色フィルタ６２の開口ピッチが小さくなるため、波長の長いＲ画素に入射した入射光が色フィルタ６２を通過した時点で回折が生じる。その場合、Ｓｉ層１３内の受光領域に対して、斜めに入射した光Ｌ２は隣接画素方向に進行し、画素間の境界を越えて隣接画素に入射すると隣接画素の中で光電子を発生させるためそれがクロストークとなり混色が発生してしまう。そして、隣接するＧ画素、Ｂ画素の受光領域に漏れこんでしまいそれが混色を発生させることになる。そのため、再生画面上で色再現性が劣化してしまい画質が低下する。従って、本実施形態では、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素のうち、特に波長の長いＲ画素に入射した入射光であっても、クロストークを防止して、混色の発生を防止でき、再生画像上での色再現性を向上できる点で有効であるといえる。

＜製造方法＞
図８乃至図１２に、図６の構造を得るための製造工程断面図を示した。この例においては、Ｓｉ基板は結晶Ｓｉの上にＳｉＯ₂ からなる絶縁膜とその上に設けられた所謂ＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造のＳｉの例について示した。

まず、図８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１上に埋め込み絶縁膜１２を介してＳｉ層（第１のＳｉ層）１３を形成したＳＯＩ基板１０を用意する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、Ｓｉ層１３の表面上に画素分離パターンのマスク（図示せず）を形成した後、Ｓｉ層１３の表面側、即ち受光領域となる側の反対側からＳｉ層１３の一部をエッチング等により除去して溝（又は穴）１４を形成する。

次いで、図８（ｃ）に示すように、固層拡散その他の手段によりＳｉ層１３中の溝１４の外周にあるＳｉ表面にドーパントを導入しｐ型領域を形成する。

次いで、図８（ｄ）に示すように、画素分離構造として形成した溝１４内にＣＶＤ或いはスピンコート等により絶縁膜１５を埋め込む。ここで、絶縁膜１５はＳｉよりも屈折率の低いものであればよい。

次いで、図８（ｅ）に示すように、フォトダイオードを成すｎ型拡散層２２と、浮遊拡散層を成すｎ型拡散層２３をＳｉ層１３内に形成し、隣接してポリＳｉから成るＭＯＳゲート電極２１を形成する。即ち、ゲート電極２１及び拡散層２２，２３からなるＭＯＳトランジスタを形成する。このトランジスタは素子動作時には信号電荷を読み出す読み出しトランジスタとして機能する。

次いで、図９（ｆ）に示すように、Ｓｉ層１３の表面上にＴＥＯＳ膜等からなる絶縁膜１６を堆積形成する。

次いで、図９（ｇ）に示すように、Ｓｉ基板３１上に埋め込み絶縁膜３２を介してＳｉ層（第２のＳｉ層）３３を形成したＳＯＩ基板３０を用意し、Ｓｉ層３３を絶縁膜１６に接着する。

次いで、図９（ｈ）に示すように、張り合わせたＳＯＩ基板のうち、Ｓｉ基板３１及び絶縁膜３２を剥がし、絶縁膜１６上にＳｉ層３３のみを残す。

次いで、図９（ｉ）に示すように、前述と同様の方法でＳｉ層３３の表面部に、ｎ型拡散層、ＭＯＳゲートを形成するが、これらは素子動作時には行選択トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタを成す信号走査回路として動作する。そして、ＴＥＯＳ等による絶縁膜３６を堆積する。

次いで、図１０（ｊ）に示すように、最上層の絶縁膜３６内に形成されるビアホールとＳｉ貫通ビア３７を形成する。

次いで、更に、図１０（ｋ）に示すように、Ｓｉ層１３のゲートや拡散層に繋がるビアホールとＳｉ貫通ビア３８を形成する。

次いで、図１０（ｌ）に示すように、ビアホール、Ｓｉ貫通ビアが形成された絶縁膜３６上に、絶縁膜５１及び金属配線５２等からなる配線層５０を形成する。

次いで、図１１（ｍ）に示すように、金属配線層５０上にＳｉ等からなる支持基板６０を張り合わせる。その後、図１１（ｎ）に示すように、Ｓｉ層１３からＳｉ基板１１及び絶縁膜１２を剥がす。そして、Ｓｉ層１３の裏面である受光面側表面に色フィルタ、マイクロレンズを形成することにより、前記図６に示す構造が得られる。

＜効果＞
本実施形態の固体撮像装置及びその製造方法によれば、次のような効果が得られる。

（１）図６に示すように、隣接する単位画素１３０との境界部分に画素分離絶縁膜１５が設けられているため、斜め方向に入射した光Ｌ２は画素分離絶縁膜１５で反射されることになる。このため、隣接する単位画素に入射することを防止することができる。従って、クロストーク及び混色を発生させることは無く、再生画面上での色再現性の向上に対して有利である。

（２）裏面照射型であるため、入射光は信号走査回路及びその配線層が形成されるＳｉ表面とは反対側のＳｉ裏面から照射することができる。そのため、画素に入射する光が配線層に阻害されることなくＳｉ内に形成された受光領域に到達することができ、微細な画素においても高い量子効率を実現することができる。その結果、画素の縮小が進行した場合であっても、再生画像の品質劣化の抑制できる点で有利である。

（３）図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１０を用い、画素分離のための溝形成、溝内への絶縁膜の埋め込みの後に、Ｓｉ層１３に読み出しトランジスタを形成し、ＳＯＩ基板の基板側を最終的に除去する工程としているため、溝形成のために別の支持基板に一旦接着する等のプロセスは不要となり、製造プロセスの簡略化をはかることができる。

（４）受光領域と信号走査回路とが別々Ｓｉ層に設けられることに加え、受光層としてのＳｉ層１３に読み出しトランジスタを設けているため、フォトダイオードからの信号電子の読み出しが結晶Ｓｉ内で行われる。このため、読み出し動作において信号電子の取り残しは発生せず、従って残像やｋＴＣ雑音が発生しないので、雑音の少ない再生画像を得ることができる。

＜変形例＞
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、第１のＳｉ層を形成するためにＳＯＩ基板を用いたが、必ずしもＳＯＩ基板を用いる必要はなく、Ｓｉ層の下地として何らかの補助基板を用いればよい。例えば、Ｓｉ基板を補助基板に接着した後に、Ｓｉ基板を薄くすることにより第１のＳｉ層を形成するようにしても良い。この場合、補助基板上に第１のＳｉ層が形成されたものとなり、先の実施形態と同様に各種の工程を行い、最終的に補助基板を削除すればよい。

また、光電変換部を形成するための半導体基板は必ずしもＳｉに限るものではなく、他の半導体材料を用いることもできる。さらに、各部の絶縁膜材料や配線材料等も仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。

１０，３０…ＳＯＩ基板
１１，３１…Ｓｉ基板
１２，３２…埋め込み絶縁膜
１３…第１のＳｉ層
１４…溝
１５…画素分離絶縁膜
１６，３６，３９，５１，６１…絶縁膜
２１…ゲート電極
２２，２３…ｎ型拡散層
３３…第２のＳｉ層
３７，３８…貫通ビア
５０…配線層
５２…金属配線
６０…支持基板
６１…Ｓｉ窒化膜
６２…色フィルタ
６３…マイクロレンズ
１００…固体撮像装置
１１０…撮像領域
１２０…駆動回路領域
１２１…負荷トランジスタ
１２２…ＣＤＳ雑音除去回路
１２３…出力端子
１２４…電源端子
１３０…単位画素
１３１…フォトダイオード
１３２…読み出しトランジスタ
１３３…増幅トランジスタ
１３４…アドレストランジスタ
１３５…リセットトランジスタ
１３６…浮遊拡散層
１４０…垂直シフトレジスタ
１５０…ＡＤ変換回路

Claims (7)

1. 光電変換により信号電荷を生成する光電変換部及び信号電荷を出力する信号走査回路部を含む単位画素を二次元配置してなる固体撮像装置であって、
   前記信号走査回路部は前記光電変換部を有する第１の半導体層とは異なる第２の半導体層に設けられ、前記第２の半導体層は前記第１の半導体層の表面上に絶縁膜を介して積層され、
   前記第１の半導体層には、画素境界部分に前記第１の半導体層の厚さ方向に絶縁膜からなる画素分離層が埋め込み形成され、且つ表面部に前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタが形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記画素分離層に埋め込む絶縁膜は、前記第１の半導体層よりも屈折率が低いものであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 一方の側から光が入射される第１のシリコン層と、
   前記第１のシリコン層に設けられ、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部と、
   前記第１のシリコン層内に、前記光電変換部を画素毎に分離するように溝が設けられ、該溝内にシリコンよりも屈折率の低い絶縁膜が埋め込み形成された画素分離領域と、
   前記第１のシリコン層の他方の側の表面部に設けられ、前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタと、
   前記第１のシリコン層の他方の側の表面上に層間絶縁膜を介して積層された第２のシリコン層と、
   前記第２のシリコン層の他方の側の表面部に設けられ、前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路と、
   を具備してなることを特徴とする固体撮像装置。
4. 第１の半導体層に、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部と、該光電変換部を画素単位で囲む絶縁膜からなる画素分離領域と、前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタと、を形成する工程と、
   前記第１の半導体層の表面上に絶縁膜を介して第２の半導体層を積層する工程と、
   前記第２の半導体層の表面部に前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
5. 補助基板上に形成された第１のシリコン層の表面上に画素分離パターンのマスクを形成する工程と、
   前記マスクを用いて前記シリコン層を選択的にエッチングし、光電変換により信号電荷を生成する光電変換部を画素単位で囲む画素分離領域の溝を形成する工程と、
   前記溝内にシリコンよりも屈折率の低い絶縁膜を埋め込み形成する工程と、
   前記シリコン層の表面部に前記光電変換部で生成された信号電荷を読み出す読み出しトランジスタを形成する工程と、
   前記光電変換部，画素分離領域，及び読み出しトランジスタが形成された前記シリコン層の表面上に絶縁膜を介して第２のシリコン層を形成する工程と、
   前記第２のシリコン層の表面部に、前記読み出しトランジスタで読み出された信号を処理する信号走査回路を形成する工程と、
   前記信号走査回路が形成された前記第２のシリコン層の表面上に支持基板を接着する工程と、
   前記支持基板の接着後に、前記第１のシリコン層から前記補助基板を剥離する工程と、
   を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
6. 前記補助基板はシリコン基板上に埋め込み絶縁層を形成したものであり、前記第１のシリコン層は、前記埋め込み絶縁層上に形成されてＳＯＩ基板を構成していることを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記第２のシリコン層を形成する工程として、シリコン基板上に埋め込み絶縁層を介して第２のシリコン層を形成したＳＯＩ基板を用意し、該ＳＯＩ基板のシリコン層を前記第１のシリコン層の表面上に前記絶縁膜を介して接着した後、前記シリコン基板及び埋め込み絶縁層を前記第２のシリコン層から剥離することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。

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