(57)【要約】【課題】不純物の拡散を抑制して、有機光電変換層と接続するコンタクト部をレーザーアニールによって形成することを可能にする固体撮像装置を提供する。【解決手段】半導体基体と、その上方に形成された有機光電変換層と、半導体基体上の絶縁層に形成されたコンタクト孔と、このコンタクト孔内に形成され、有機光電変換層から成る光電変換部と半導体基体とを電気的に接続する導体層と、半導体基体に、コンタクト孔内の導体層とセルフアラインして形成され、導体層に接続されたコンタクト部とを含む固体撮像装置を構成する。【選択図】図１
2014011392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体と、
前記半導体基体の上方に形成された有機光電変換層と、
前記半導体基体上の絶縁層に形成されたコンタクト孔と、
前記コンタクト孔内に形成され、前記有機光電変換層から成る光電変換部と前記半導体基体とを電気的に接続する導体層と、
前記半導体基体に、前記コンタクト孔内の前記導体層とセルフアラインして形成され、前記導体層に接続されたコンタクト部とを含む
固体撮像装置。
【請求項２】
前記有機光電変換層を含んで成る有機光電変換部と、前記半導体基体内に形成された光電変換部とが、上下に積層されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記半導体基体の光入射面と回路形成面を異なる面とした、裏面照射型構造を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
有機光電変換層を有する固体撮像装置を製造する方法であって、
半導体基体上に形成された絶縁層上に、レーザー光を反射する反射膜を形成する工程と、
前記反射膜及び前記絶縁層を加工して、前記半導体基体に達するコンタクト孔を形成する工程と、
レーザーアニールにより、前記コンタクト孔の下の前記半導体基体にコンタクト部を形成する工程と、
前記コンタクト孔内に、前記半導体基体の前記コンタクト部に接続して導体層を形成する工程と、
前記半導体基体の上方に、前記導体層と電気的に接続して、前記有機光電変換層から成る光電変換部を形成する工程とを有する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記コンタクト孔を形成する工程の後に、不純物を含む膜を形成して、その後レーザーアニールにより、不純物を含む膜から不純物を拡散させて、前記コンタクト部を形成する請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記コンタクト孔を形成する工程の後に、イオン注入法もしくはプラズマドーピング法によって半導体基体に不純物を導入して、その後レーザーアニールにより、導入した不純物を活性化させて、前記コンタクト部を形成する請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
光学系と、
半導体基体と、前記半導体基体の上方に形成された有機光電変換層と、前記半導体基体上の絶縁層に形成されたコンタクト孔と、前記コンタクト孔内に形成され、前記有機光電変換層から成る光電変換部と前記半導体基体とを電気的に接続する導体層と、前記半導体基体に、前記コンタクト孔内の前記導体層とセルフアラインして形成され、前記導体層に接続されたコンタクト部とを含む固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像装置及びその製造方法、並びに、固体撮像装置を備えた電子機器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサでは、画素サイズの縮小に伴い、単位画素に入射するフォトン数の減少のために感度が低下し、Ｓ／Ｎの低下が生じてくる。
また、現在広く用いられている、赤、緑及び青の画素を平面上に並べた画素配列の場合、赤画素では、緑と青の光がカラーフィルタを透過せず光電変換に用いられないために、感度の面で損失している。
また、画素間の補間処理を行い、色信号を作ることに伴う、偽色という問題が生じる。
【０００３】
それらの問題を解決する方法として、光電変換層を縦方向に３層積層し、１画素で３色の光電変換信号を得るイメージセンサが知られている。
そのような１画素で３色の光電変換層を積層する構造としては、例えば、緑色光を検出する光電変換部をシリコン基板の上方に設け、シリコン基板内に積層した２つのＰＤで青色光と赤色光を検出する構成が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００４】
また、光電変換膜１層をシリコン基板上方に設け、シリコン基板内で２色の光電変換部を有する構造において、回路形成面が受光面とは反対側に形成された裏面照射型構造とした場合も提案されている。
【０００５】
そして、特に、裏面照射型構造において、シリコン基板の上方に、有機光電変換層から成る有機光電変換部を形成した構成が提案されている（特許文献２を参照）。
この構成によれば、無機光電変換部と有機光電変換部の間に回路、配線等が形成されないので、同一画素内の無機光電変換部と有機光電変換部の距離を近づけることが可能になる。これにより、各色のＦ値依存を抑制することができ、各色間の感度の変動を抑制することができる。
【０００６】
また、半導体基板の上方に有機光電変換部を形成した構成において、さらに、半導体基板内に、縦方向に積層された接続部、電位障壁層、電荷蓄積層からなる縦型転送路を形成した構成が提案されている（特許文献３を参照）。この構成は、半導体基体内に縦型転送路を形成することにより、画素の微細化を損なうことなく転送効率を向上することを目的としている。
【０００７】
前記特許文献３では、以下のようにして、縦型転送路を形成している。
まず、ＳＯＩ基板の半導体層に、イオン注入により、光電変換部の半導体領域や、縦型転送路の電荷蓄積層及び電位障壁層を形成する。
続いて、素子の上下を反転させて、ＳＯＩ基板を構成する基板及びＢＯＸ層を除去し、半導体層の受光面となる裏面側を露出する。
次に、露出された半導体層の最表面の電位障壁層の上部領域に、ｎ型の不純物を高濃度にイオン注入することにより、接続部（以下、コンタクト部）を形成し、レーザーアニールにより活性化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９３３７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１３８９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
レーザーアニールによるイオン注入領域の活性化では、シリコンを溶融させるメルトレーザーアニール処理が必要である。
しかし、レーザーのショットサイズとコンタクト部のサイズとの関係から、コンタクト部以外の領域を含めて広く溶融することになる。このため、イオン注入領域から不純物が横方向に拡散するので、空乏層が拡がり、コンタクトプラグ部の加工ダメージによりジャンクションリークが悪化する虞がある。
また、不純物が横方向に拡散することにより、シリコン表面の負の固定電荷を打ち消してしまうことから、暗電流を悪化させる虞がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、不純物の拡散を抑制して、有機光電変換層と接続するコンタクト部をレーザーアニールによって形成することを可能にする、固体撮像装置及びその製造方法、並びに、この固体撮像装置を備えた電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本技術の固体撮像装置は、半導体基体と、この半導体基体の上方に形成された有機光電変換層と、半導体基体上の絶縁層に形成されたコンタクト孔とを含む。そして、コンタクト孔内に形成され、有機光電変換層から成る光電変換部と半導体基体とを電気的に接続する導体層と、半導体基体に、コンタクト孔内の導体層とセルフアラインして形成され、導体層に接続されたコンタクト部とを含む。
【００１２】
本技術の固体撮像装置の製造方法は、有機光電変換層を有する固体撮像装置を製造する方法である。
まず、半導体基体上に形成された絶縁層上に、レーザー光を反射する反射膜を形成する工程と、この反射膜及び絶縁層を加工して、半導体基体に達するコンタクト孔を形成する工程を有する。そして、レーザーアニールにより、コンタクト孔の下の半導体基体にコンタクト部を形成する工程と、コンタクト孔内に、半導体基体のコンタクト部に接続して導体層を形成する工程を有する。さらに、半導体基体の上方に、導体層と電気的に接続して、有機光電変換層から成る光電変換部を形成する工程を有する。
【００１３】
本技術の電子機器は、光学系と、上記本技術の固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えたものである。
【００１４】
上述の本技術の固体撮像装置の構成によれば、導体層に接続されたコンタクト部がコンタクト孔内の導体層とセルフアラインして形成されているので、コンタクト部の不純物がコンタクト孔よりも外側に拡散していない。これにより、コンタクト部の不純物の拡散に起因する、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
【００１５】
上述の本技術の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基体上の絶縁層上にレーザー光を反射する反射膜を形成し、反射膜及び絶縁層を加工してコンタクト孔を形成し、レーザーアニールによりコンタクト孔の下の半導体基体にコンタクト部を形成している。
レーザーアニールの際に、反射膜によってレーザー光が反射されるため、レーザー光は、半導体基体のうち、コンタクト孔の下の部分のみに照射される。そのため、コンタクト孔の下の部分を選択的に溶融、再結晶化、活性化して、コンタクト部をコンタクト孔にセルフアラインして形成することができ、コンタクト孔よりも外側にコンタクト部の不純物が拡散しないようにすることが可能になる。これにより、コンタクト部の不純物の拡散に起因する、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
そして、コンタクト孔内に、半導体基体のコンタクト部に接続して導体層を形成するので、コンタクト孔内の導体層とコンタクト部とがセルフアラインして形成される。
【００１６】
上述の本技術の電子機器の構成によれば、本技術の固体撮像装置を含むので、固体撮像装置において、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述の本技術によれば、ジャンクションリークや暗電流の発生を抑制することが可能になるため、有機光電変換層と電気的に接続するコンタクト部をレーザーアニールによって問題なく形成することが可能になる。そして、固体撮像装置及び固体撮像装置を備えた電子機器において、信頼性の向上と画質の向上とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図（要部の断面図）である。
【図２】Ａ、Ｂ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図３】Ｃ、Ｄ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図４】Ｅ、Ｆ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図５】図４Ｆの状態の画素全体の断面図である。
【図６】Ａ〜Ｃ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図７】Ｄ〜Ｆ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図８】Ｇ、Ｈ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図９】Ｉ、Ｊ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１０】Ｋ、Ｌ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１１】Ｍ、Ｎ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１２】Ｏ、Ｐ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１３】Ｑ、Ｒ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１４】Ｓ、Ｔ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１５】Ｕ、Ｖ  図１の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１６】第２の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１７】Ａ、Ｂ  第３の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図である。
【図１８】第４の実施の形態の電子機器の概略構成図（ブロック図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本技術を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（固体撮像装置及びその製造方法）
２．第２の実施の形態（固体撮像装置の製造方法）
３．第３の実施の形態（固体撮像装置の製造方法）
４．第４の実施の形態（電子機器）
【００２０】
＜１．第１の実施の形態（固体撮像装置及びその製造方法）＞
第１の実施の形態の固体撮像装置の概略構成図（要部の断面図）を、図１に示す。
本実施の形態は、ＣＭＯＳ型固体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサ）に、本技術を適用したものである。
【００２１】
図１は、固体撮像装置の１つの画素の断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像装置は、図１に示すように、半導体基体１内に、深さ方向に積層した、２つの光電変換部ＰＤ１及びＰＤ２が形成されている。光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２は、それぞれ、半導体基体１の内部に形成されたフォトダイオードによって構成されている。
半導体基体１の図中上面が光入射面とされ、図中下面が回路形成面とされている。
半導体基体１の回路形成面側においては、図示しないが、各画素に、増幅トランジスタ等の画素トランジスタが形成され、周辺回路部となる領域に、ロジック回路等の周辺回路が形成されている。
【００２２】
半導体基体１は、シリコン等の半導体材料から成る。
半導体基体１としては、半導体基板、半導体基板及びその上の半導体エピタキシャル層、絶縁層上の半導体層、等を使用することができる。また、シリコン基板上に酸化シリコン膜を介してシリコン層が形成されたＳＯＩ基板の、シリコン層を半導体基体１に使用することも可能である。
【００２３】
２つの光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２のうち、下層側の第１の光電変換部ＰＤ１では、波長の長い赤Ｒの光を光電変換する。上層側の第２の光電変換部ＰＤ２では、波長の短い青Ｂの光を光電変換する。これにより、縦方向分光イメージセンサが構成される。
第２の光電変換部ＰＤ２は、第１の光電変換部ＰＤ１と積層された部分と、回路形成面の回路と接続するために、図中下方に延びて形成された部分（プラグ部）とを有している。
この第２の光電変換部ＰＤ２に対しては、転送ゲート２を介して、左側の半導体基体１内にフローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
第１の光電変換部ＰＤ１に対しては、それぞれ図示しない部分に、転送ゲートとフローティングディフュージョンが設けられている。
【００２４】
半導体基体１内の、光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２の右側には、詳細を後述する有機光電変換部で緑Ｇの光から光電変換した電荷を蓄積するための、電荷蓄積部５が形成されている。さらに、電荷蓄積部５の上に、オーバーフローバリア４と、Ｎ＋のコンタクト部３が形成されている。電荷蓄積部５はＮ型の半導体領域で形成され、オーバーフローバリア４は低濃度のＰ型の半導体領域で形成されている。
電荷蓄積部５に対しては、転送ゲート２を介して、右側にフローティングディフュージョンＦＤが設けられている。
【００２５】
半導体基体１内の、さらに右側には、有機光電変換部と回路形成面の回路とを接続するための、Ｐ＋のコンタクト部６及びＰ型のプラグ領域７が形成されている。
さらに、これらコンタクト部６及びプラグ領域７の周囲には、半導体基体１とコンタクト部６及びプラグ領域７とを絶縁するための絶縁膜８が形成されている。
この絶縁膜８には、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等を用いることができる。
【００２６】
半導体基体１の回路形成面の下側には、層間絶縁層１７を介して上下に積層して形成された、複数層の配線層１８から成る、配線部（多層配線部）１９が形成されている。図１では、転送ゲート２よりも下方に、３層の配線層１８を示している。
また、配線部（多層配線部）１９の下には、支持基板２０が設けられている。
【００２７】
半導体基体１の光入射面（上面）の上には、絶縁層１１が形成されている。
この絶縁層１１は、半導体基体１との界面準位を低減させ、半導体基体１と絶縁層１１との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位が小さい材料から成ることが望ましい。
このような絶縁層１１としては、例えば、ＡＬＤ（原子層堆積）法で成膜したハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜と、プラズマＣＶＤ法で成膜したＳｉＯ２膜との積層構造膜を用いることができる。ただし、必ずしもその構造、成膜手法に限定されない。
【００２８】
また、絶縁層１１内に形成されたコンタクト孔の内部と、絶縁層１１の上に、導体層１２が形成されている。この導体層１２は、コンタクト孔の内部の導電プラグと、絶縁層１１上の配線層とから構成されている。
半導体基体１内の上面付近に形成された、Ｎ＋のコンタクト部３や、Ｐ＋のコンタクト部６は、それぞれ個別に、導体層１２の導電プラグの部分と接続されている。
また、導体層１２の配線層の部分は、導電プラグの部分から横方向に延びて形成されていることにより、半導体基体１の導体層１２の下の部分を遮光することができる。即ち、図１に示すように、第２の光電変換部ＰＤ２のプラグ部、コンタクト部３、オーバーフローバリア４、電荷蓄積部５、コンタクト部６、プラグ領域７を、導体層１２によって遮光することができる。
導体層１２の材料には、遮光性の良好な導体材料を使用する。また、導体層１２は、半導体基体１とのコンタクトを取る必要もある。導体層１２の材料としては、例えば、ＴｉとＴｉＮの積層膜から成るバリアメタルと、Ｗ（タングステン）から成る構造を用いることができる。なお、この構造や材料に限定されるものではなく、その他の材料を導体層１２に使用することも可能である。
【００２９】
導体層１２と接続されたコンタクト部３は、Ｎ＋の領域、即ち高濃度のＮ型不純物領域によって形成されている。これにより、コンタクト部３とその上の導体層１２とをオーミック接合することができるので、有機光電変換部で光電変換して得られた電荷を、損失を生じないで、半導体基体１内の電荷蓄積部５に送ることができる。
【００３０】
この導体層１２上を覆って、絶縁層１３が形成されている。この絶縁層１３は、下層の絶縁層１１のように界面準位が小さい材料を使用しなくても良く、一般的な絶縁材料を使用することができる。
絶縁層１３には、コンタクト部３，６にそれぞれ接続された導体層１２の上に、コンタクト孔が形成されており、このコンタクト孔内を埋めて、導電プラグ層１４が形成されている。導電プラグ層１４には、例えば、ＴｉＮ膜とＷ膜の積層膜を用いることができる。
【００３１】
絶縁層１３の上には、それぞれ導電プラグ層１４に接続して、有機光電変換部の下部電極２１と、配線層１５が形成されている。
下部電極２１は、Ｎ＋のコンタクト部３に接続された導体層１２上の、導電プラグ層１４に接続されている。
配線層１５は、Ｐ＋のコンタクト部６に接続された導体層１２上の、導電プラグ層１４に接続されている。
下部電極２１には、半導体基体１内の光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２に光を入射させるため、透明導電材料を用いる。
配線層１５には、下部電極２１と同じ材料を用いても、下部電極２１と異なる材料を用いても、どちらも可能である。配線層１５に下部電極２１と同じ材料を使用した場合には、同じ層からパターニングして、配線層１５及び下部電極２１を同時に形成することが可能になる。
絶縁層１３上から、下部電極２１及び配線層１５の左右の端部上にわたって、絶縁層１６が形成されている。
【００３２】
下部電極２１の上に接続して、有機光電変換材料から成る有機光電変換層２２が形成されている。この有機光電変換層２２は、下部電極２１よりも左側に延長して形成されている。
さらに、有機光電変換層２２の上に接続して、上部電極２３が形成されている。この上部電極２３は、右端が有機光電変換層２２と揃えて形成されている。図示しないが、上部電極２３の左端も有機光電変換層２２と揃えて形成されている。
上部電極２３には、有機光電変換層２２に光を入射させるため、透明導電材料を用いる。
【００３３】
そして、下部電極２１と有機光電変換層２２と上部電極２３によって、有機光電変換部が構成され、この有機光電変換部では、緑Ｇの光を検出する。
有機光電変換層２２は、緑Ｇの光を吸収して光電変換を行うと共に、青Ｂと赤Ｒの光を透過するカラーフィルタの機能を有する。
そして、有機光電変換層２２を含んで成る有機光電変換部と、半導体基体１１内に形成された光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２とが、上下に積層されていることにより、３色Ｒ，Ｇ，Ｂの光を１つの画素で受光検出することができる。
【００３４】
下部電極２１及び上部電極２３の透明導電材料としては、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ドーパントを添加したＳｎＯ２、ＺｎＯにＡｌをドーパントとして添加したアルミニウム亜鉛酸化物（例えばＡＺＯ）を用いることができる。また、ＺｎＯにＧａをドーパントとして添加したガリウム亜鉛酸化物（例えばＧＺＯ）、ＺｎＯにＩｎをドーパントとして添加したインジウム亜鉛酸化物（例えばＩＺＯ）を用いることができる。さらにまた、ＣｕＩ，ＩｎＳｂＯ４，ＺｎＭｇＯ，ＣｕＩｎＯ２，ＭｇＩｎ２Ｏ４，ＣｄＯ，ＺｎＳｎＯ３等を用いることができる。
【００３５】
有機光電変換層２２の、緑Ｇの光で光電変換する有機光電変換材料としては、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料を使用することができる。
【００３６】
また、有機光電変換層２２は、図示しないが、例えば特開２００７−８１１３７号公報に記載されているように、下部電極上に、下引き膜と、電子ブロッキング膜と、光電変換膜と、正孔ブロッキング膜と、正孔ブロッキング兼バッファ膜と、仕事関数調整膜のように積層された構成になっている場合も含むこととする。
【００３７】
また、有機光電変換層２２は、有機ｐ型半導体及び有機ｎ型半導体の少なくとも一方を含んでいることが好ましい。
有機ｐ型半導体及び有機ｎ型半導体として、それぞれキナクリドン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、及びフルオランテン誘導体のいずれかを特に好ましく用いることができる。また、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体やその誘導体が用いられる。さらに、金属錯体色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、フェニルキサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、ロダシアニン系色素、キサンテン系色素、大環状アザアヌレン系色素、アズレン系色素、ナフトキノン、アントラキノン系色素、アントラセン、ピレン等の縮合多環芳香族及び芳香環ないし複素環化合物が縮合した鎖状化合物、または、スクアリリウム基及びクロコニツクメチン基を結合鎖として持つキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の二つの含窒素複素環、または、スクアリリウム基及びクロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色素等を好ましく用いることができる。
また、上記金属錯体色素では、ジチオール金属錯体系色素、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素、またはルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましいが、上記に限定するものではない。
【００３８】
上部電極２３の右端部の上に接続して、配線層２４が形成されている。この配線層２４は、配線層１５上にも接続して形成されている。
これにより、配線層２４、配線層１５、コンタクト部６、導電プラグ領域７の各部を介して、有機光電変換部の上部電極２３と半導体基体１の下面側の回路素子とが、電気的に接続される。
配線層２４の材料としては、例えば、Ｗ，Ｔｉ，ＴｉＮ，Ａｌ等が挙げられるが、これらの材料に限定されない。
【００３９】
有機光電変換部の上部電極２３の上には、有機光電変換層２２の上方を覆って、有機光電変換層２２を保護するためのパッシベーション層２５が形成されている。このパッシベーション層２５は、配線層２４の上も覆っている。
【００４０】
パッシベーション層２５の上には、平坦化層２６が形成されていて、表面が平坦化されている。その上に、オンチップレンズ２７が形成されている。
【００４１】
本実施の形態においては、特に、コンタクト部３が、導体層１２の導電プラグの部分にセルフアラインして形成されている。このため、コンタクト部３は、オーバーフローバリア４や電荷蓄積部５よりも狭い幅に形成されており、空乏層がコンタクト部３から光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２へ拡がることを抑制できる。
【００４２】
なお、図１ではＰ＋のコンタクト部６は、プラグ領域７と同じ幅に形成されているが、Ｐ＋のコンタクト部６も導体層１２の導電プラグの部分にセルフアラインして形成しても構わない。
【００４３】
本実施の形態の固体撮像装置は、例えば、以下に説明するようにして、製造することができる。
【００４４】
図２Ａに示すように、シリコン基板３１、ＢＯＸ層（ＳｉＯ２膜）３２、シリコン層が積層されたＳＯＩ基板を使用して、ＳＯＩ基板のシリコン層を半導体基体１に利用する。
まず、半導体基体１内の半導体領域や絶縁膜を形成する。そして、半導体基体１に対して、転送ゲート２や、図１には図示していない、画素トランジスタや周辺回路部のロジック回路等の回路素子を形成する。
この状態の要部の断面図を、図２Ｂに示す。図２Ｂでは、オーバーフローバリア４、電荷蓄積層５、フローティングディフュージョンＦＤ、並びに、転送ゲート２を示している。このとき、図示しないが、半導体基体１内に、図１に示した、２つの光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２、コンタクト部６、プラグ層７、絶縁膜８も形成されている。
【００４５】
次に、図３Ｃに示すように、半導体基体１や転送ゲート２の上に、層間絶縁層１７を介して複数層の配線層１８を配置した配線部（多層配線層）１９を形成する。
その後、図３Ｄに示すように、配線部（多層配線層）１９に支持基板２０を貼り付ける。
【００４６】
次に、図４Ｅに示すように、上下を反転させる。さらに、図４Ｆに示すように、ＳＯＩ基板のシリコン基板３１及びＳｉＯ２膜３２を除去する。
この図４Ｆの状態の画素全体の断面図を、図５に示す。図５では、配線部（多層配線層）１９上の半導体基体１に、図４Ｆに示した各領域に加えて、２つの光電変換部ＰＤ１，ＰＤ２、コンタクト部６、プラグ層７、絶縁膜８も形成されている。
なお、以下の工程では、半導体基体１及び転送ゲート２以上の部分を図示して、配線部（多層配線層）１９及び支持基板２０の図示を省略する。
【００４７】
次に、図６Ａに示すように、半導体基体１上に、絶縁層１１を形成する。
この絶縁層１１としては、好ましくは、前述したように、半導体基体１と絶縁層１１との界面からの暗電流の発生を抑制するために、界面準位が小さい材料を使用する。例えば、ＡＬＤ法で成膜したハフニウム酸化膜とプラズマＣＶＤ法で成膜したＳｉＯ２膜との積層膜により、絶縁層１１を形成する。
【００４８】
次に、図６Ｂに示すように、絶縁層１１上に、レーザー光を反射する、レーザー光反射膜３３を形成する。このレーザー光反射膜３３としては、好ましくは、Ｗ，Ｔｉ，ＴｉＮ等の金属膜を使用するが、それらの材料に限定する必要はない。
さらに、図６Ｃに示すように、絶縁層１１及びレーザー光反射膜３３を開口して、半導体基体１に達するコンタクト孔を形成する。
【００４９】
次に、図７Ｄに示すように、コンタクト部に拡散させる不純物を含む膜３４を成膜する。ここでは、Ｎ＋の領域であるコンタクト部３を形成するために、リンや砒素等のｎ型不純物を含む膜を成膜する。例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により、リンシリケートガラスを成膜する。この不純物を含む膜３４は、コンタクト孔を完全に埋めないような膜厚に形成する。
なお、不純物を含む膜３４の上層に、不純物の外方拡散防止用の、不純物を含まない酸化膜を成膜しても良い。
【００５０】
続いて、コンタクト部を含むように、画素領域に対してレーザーアニール処理を行う。このとき、シリコンが溶融する程度のエネルギー密度の条件を用いる。
図７Ｅに示すように、上層のレーザー光反射膜３３により、レーザー光３５が反射されて、反射光３６として上方に戻るので、コンタクト孔の部分のみにおいて、半導体基体１にレーザー光３５が照射される。これにより、コンタクト孔にセルフアラインして、不純物を含む膜３４から不純物が拡散し、同時に半導体基体１のシリコンが溶融することにより、不純物が活性化する。このようにして、コンタクト孔にセルフアラインして、Ｎ＋のコンタクト部３を形成することができる。
このときのレーザーアニール処理の際には、シリコンの溶融を活性層の厚さ（３μｍ程度）以下に留める必要がある。よって、レーザーアニールのレーザー光の波長を６００ｎｍ以下として、２００ナノ秒程度以下の短いパルス幅の条件とする。
【００５１】
次に、図７Ｆに示すように、不純物を含む膜３４を除去する。
【００５２】
次に、図８Ｇに示すように、レーザー光反射膜３３を除去する。
続いて、図８Ｈに示すように、コンタクト孔内も埋めて、絶縁層１１上に、導体層１２を形成する。これにより、コンタクト孔内の導体層１２とコンタクト部３とがセルフアラインして形成される。
この導体層１２には、例えば、前述した、ＴｉとＴｉＮの積層膜から成るバリアメタルと、Ｗ（タングステン）から成る構造を用いることができる。
【００５３】
さらに、この導体層１２に対して、遮光したい箇所を残すように加工を行い、導電プラグ及び配線層とから構成された、導体層１２を形成する。このときの画素全体の断面図を、図９Ｉに示す。図９Ｉに示すように、コンタクト部３とコンタクト部６にそれぞれ接続して、断面Ｔ字状の導体層１２が形成されている。
以下の工程では、画素全体の断面図を示す。
【００５４】
次に、図９Ｊに示すように、導体層１２上を覆って、絶縁層１１の上に、例えばプラズマＣＶＤ法によって、ＳｉＯ２膜等の絶縁層１３を形成した後に、例えば、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）法を用いて、絶縁層１３の表面を平坦化する。
【００５５】
次に、絶縁層１３に、導体層１２に達するコンタクト孔を形成する。
続いて、図１０Ｋに示すように、コンタクト孔内を埋めて、導電プラグ層１４を形成する。導電プラグ層１４は、例えばＴｉＮとＷの積層膜を成膜した後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１３上の余剰のＷ及びＴｉＮを除去することによって形成する。
【００５６】
次に、図１０Ｌに示すように、絶縁層１３及び導電プラグ層１４の上に、有機光電変換部の下部電極２１と、配線層１５を、それぞれ形成する。
下部電極２１は、例えば、スパッタ法を用いてＩＴＯを成膜した後に、フォトリソグラフィー技術を用いてパターニングを行い、ドライエッチングもしくはウエットエッチングを用いて加工する。
なお、下部電極２１の材料はＩＴＯに限定されず、前述した各種の透明導電材料を使用することができる。
【００５７】
配線層１５を下部電極２１と同じ材料とする場合には、パターニングにより、配線層１５及び下部電極２１を同時に形成することができる。
配線層１５を下部電極２１とは異なる導電材料とする場合には、下部電極２１を形成する前か後に、配線層１５を形成する。この場合、配線層１５の材料は、下部電極２１とは違って、透明導電材料には限定されないので、通常配線層に使用される材料を使用することが可能になる。
【００５８】
次に、図１１Ｍに示すように、下部電極２１及び配線層１５の上に、例えばプラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２膜を形成することにより、絶縁層１６を形成する。
続いて、例えば等方性エッチング等を用いて、下部電極平坦化処理を行うことにより、図１１Ｎに示すように、絶縁層１６に、下部電極２１及び配線層１５に達する開口を形成する。
【００５９】
次に、図１２Ｏに示すように、表面を覆って全面的に、有機光電変換層２２を形成する。例えば、有機光電変換層２２にキナクリドン誘導体を用いる場合には、真空蒸着により有機光電変換層２２を形成することができる。
また、有機光電変換層２２を形成するには、必ずしもメタルマスクを用いて成膜する必要は無く、プリント技術等を用いて、所望のパターンを形成しても構わない。
【００６０】
次に、図１２Ｐに示すように、有機光電変換層２２上に、全面的に上部電極２３を形成する。この上部電極２３には、ＩＴＯ等の前述した各種材料を使用することができる。
有機光電変換層２２は、水分、酸素、水素等の影響によって、特性が大きく変動することが知られている。
そのため、上部電極２３は、有機光電変換層２２と真空一貫で成膜されることが望ましい。
【００６１】
次に、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて、レジストのパターニングを行い、レジストマスクを形成する。
続いて、図１３Ｑに示すように、このレジストマスク３７を用いて、ドライエッチングにより、上部電極２３と有機光電変換層２２を順次加工する。
その後、アッシング、有機洗浄等の後処理を行い、堆積物、残渣物を除去する。
【００６２】
次に、図１３Ｒに示すように、表面を覆って全面的に、配線層２４を形成する。配線層２４の材料には、Ｗ，Ｔ，ＴｉＮ，Ａｌ等の金属を使用することができるが、これらに限定する必要はない。
【００６３】
次に、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いて、レジストのパターニングを行い、レジストマスクを形成する。
続いて、図１４Ｓに示すように、このレジストマスク３８を用いて、配線層２４をパターニングする。これにより、図１４Ｓに示すように、上部電極２３及び配線層１５にそれぞれ接続された、配線層２４を形成する。
【００６４】
その後、図１４Ｔに示すように、表面を覆って全面的に、パッシベーション層２５を形成する。
パッシベーション層２５には、プラズマＣＶＤ法により成膜したＳｉＮ膜やＳｉＯＮ膜を使用することができるが、製法や膜種はこれらに限定されるものではない。
【００６５】
次に、図１５Ｕに示すように、表面を覆って全面的に、ＳＯＧ（Spin On Glass）法等により、平坦化層２６を形成する。
続いて、図１５Ｖに示すように、平坦化層２６上に、オンチップレンズ２７を形成する。
このようにして、図１に示した、本実施の形態の固体撮像装置を製造することができる。
【００６６】
上述の本実施の形態の固体撮像装置の構成によれば、コンタクト孔内に形成された導体層１２にセルフアラインして、コンタクト部３が形成されているので、コンタクト部３の不純物がコンタクト孔よりも外側に拡散していない。これにより、コンタクト部３の不純物の拡散に起因する、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
【００６７】
上述の本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基体１上の絶縁層１１上にレーザー光反射膜３３を形成し、レーザー光反射膜３３及び絶縁層１１にコンタクト孔を形成する。そして、コンタクト孔内に不純物を含む膜３４を形成し、レーザーアニールにより、不純物を含む膜３４から不純物を拡散させ、不純物を活性化させて、コンタクト孔の下にコンタクト部３を形成する。
レーザーアニールの際に、レーザー光反射膜３３によってレーザー光が反射されるので、コンタクト孔の下の部分を選択的に溶融、再結晶化、活性化して、コンタクト部３をコンタクト孔にセルフアラインして形成することができる。このとき、コンタクト部３の不純物をコンタクト孔よりも外側に拡散しないようにすることが可能になるため、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
そして、コンタクト孔内に、半導体基体１のコンタクト部３に接続して、導体層１２を形成するので、コンタクト孔内の導体層１２とコンタクト部３とがセルフアラインして形成される。
【００６８】
また、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基体１の裏面側（回路形成面とは反対側）において、不純物を含む膜３４からの不純物の拡散とレーザーアニールによってコンタクト部３を形成する。
この製造方法を、半導体基体１の表面側（回路形成面側）からイオン注入した不純物を活性化してコンタクト部を形成する方法と比較すると、高エネルギーのイオン注入が不要になるので、コンタクト部３の不純物濃度を高くすることができる。
【００６９】
本実施の形態によれば、ジャンクションリークや暗電流の発生を抑制することが可能になるため、有機光電変換層２２と電気的に接続するコンタクト部３をレーザーアニールによって問題なく形成することが可能になる。
そして、固体撮像装置及び固体撮像装置を備えた電子機器において、信頼性の向上と画質の向上とを図ることができる。
【００７０】
上述の実施の形態では、色の組み合わせとして、有機光電変換部を緑Ｇ、第１の光電変換部ＰＤ１を赤Ｒ、第２の光電変換部ＰＤ２を青Ｂとしていたが、本技術では、その他の色の組み合わせも可能である。
例えば、有機光電変換部を赤Ｒ或いは青Ｂとして、半導体基体内の２つの光電変換部を、その他の色に設定することが可能である。
赤Ｒの光で光電変換する有機光電変換材料としては、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料を使用することが可能である。
青Ｂの光で光電変換する有機光電変換材料としては、クマリン系色素、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料を使用することができる。
【００７１】
また、本技術においては、有機光電変換部を２層として、半導体基体内の光電変換部を１層とすることも可能である。
なお、半導体基体には光電変換部を設けないで、半導体基体上に３層の有機光電変換部を積層することも可能であるが、半導体基体内に１層以上の光電変換部を設けることにより、必要となる体積を小さくことができる。
【００７２】
上述の実施の形態では、パッシベーション層２５を単層構造とした場合を説明したが、パッシベーション層２５を２層以上の積層構造とすることも可能である。
【００７３】
上述の実施の形態では、半導体基体の光入射面と回路形成面を異なる面としており、所謂裏面照射型構造となっていた。
本技術は、半導体基体の光入射面と回路形成面を同じ面とした、表面照射型構造にも適用することができる。
【００７４】
＜２．第２の実施の形態（固体撮像装置の製造方法）＞
次に、第２の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。
本実施の形態の製造方法では、図７Ｄ〜図７Ｅに示した、不純物を有する膜３４を形成する代わりに、イオン注入法もしくはプラズマドーピング法によって、不純物を半導体基体１に注入して、拡散させる。
即ち、第１の実施の形態の製造方法の図６Ｃに示した工程の後に、イオン注入法もしくはプラズマドーピング法によって、図１６に示すように、不純物４１を導入する。これにより、図１６に示すように、コンタクト孔にセルフアラインした不純物領域４２を、半導体基体１内に形成することができる。
【００７５】
続いて、図示しないが、コンタクト部を含むように、画素領域に対してレーザーアニール処理を行う。
上層のレーザー光反射膜３３により、レーザー光が反射されて、反射光として上方に戻るので、コンタクト孔の部分のみにおいて、半導体基体１にレーザー光が照射される。これにより、コンタクト孔にセルフアラインして形成された不純物領域４２の不純物が活性化して、図１に示したコンタクト部３が形成される。このようにして、コンタクト孔にセルフアラインして、Ｎ＋のコンタクト部３を形成することができる。
【００７６】
その後の工程は、第１の実施の形態の製造方法と同様にして、図１に示した固体撮像装置を製造することができる。
【００７７】
上述の本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基体１上の絶縁層１１上にレーザー光反射膜３３を形成し、レーザー光反射膜３３及び絶縁層１１にコンタクト孔を形成する。そして、イオン注入法もしくはプラズマドーピング法によって、コンタクト孔の下の半導体基体１内に不純物４１を導入し、レーザーアニールにより、不純物を活性化させて、コンタクト孔の下にコンタクト部３を形成する。
レーザーアニールの際に、レーザー光反射膜３３によってレーザー光が反射されるので、コンタクト孔の下の部分を選択的に溶融、再結晶化、活性化して、コンタクト部３をコンタクト孔にセルフアラインして形成することができる。このとき、コンタクト部３の不純物をコンタクト孔よりも外側に拡散しないようにすることが可能になるため、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
そして、コンタクト孔内に、半導体基体１のコンタクト部３に接続して、導体層１２を形成するので、コンタクト孔内の導体層１２とコンタクト部３とがセルフアラインして形成される。
【００７８】
本実施の形態によれば、ジャンクションリークや暗電流の発生を抑制することが可能になるため、有機光電変換層２２と電気的に接続するコンタクト部３をレーザーアニールによって問題なく形成することが可能になる。
そして、固体撮像装置及び固体撮像装置を備えた電子機器において、信頼性の向上と画質の向上とを図ることができる。
【００７９】
＜３．第３の実施の形態（固体撮像装置の製造方法）＞
次に、第３の実施の形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。
本実施の形態の製造方法では、図８Ｇに示した、レーザー光反射膜３３の除去工程は行わないで、続いて、導体層１２の形成工程を行う。
即ち、第１の実施の形態の製造方法の図７Ｆに示した工程の後に、図１７Ａに示すように、レーザー光反射膜３３が残った状態で、導体層１２を形成する。
その後、図１７Ｂに示すように、導体層１２及びレーザー光反射膜３３をパターニングして、遮光層となる、配線の部分を形成する。
【００８０】
その後の工程は、第１の実施の形態の製造方法と同様にして、図１に示した固体撮像装置を製造することができる。
【００８１】
本実施の形態の製造方法の場合、最終的に製造される固体撮像装置では、絶縁層１１上の遮光層となる部分（配線の部分）が、レーザー光反射膜３３と導体層１２との積層になる。それ以外の構成は、図１に示した固体撮像装置と同様の構成となる。
【００８２】
上述の本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、第１の実施の形態の製造方法と同様にして、コンタクト孔の下にコンタクト部３を形成する。
従って、コンタクト部３の不純物をコンタクト孔よりも外側に拡散しないようにすることが可能になるため、空乏層の広がりによるジャンクションリークや負の固定電荷の打ち消しによる暗電流の発生を、抑制することが可能になる。
そして、コンタクト孔内に、半導体基体１のコンタクト部３に接続して、導体層１２を形成するので、コンタクト孔内の導体層１２とコンタクト部３とがセルフアラインして形成される。
【００８３】
本実施の形態によれば、ジャンクションリークや暗電流の発生を抑制することが可能になるため、有機光電変換層２２と電気的に接続するコンタクト部３をレーザーアニールによって問題なく形成することが可能になる。
そして、固体撮像装置及び固体撮像装置を備えた電子機器において、信頼性の向上と画質の向上とを図ることができる。
【００８４】
＜４．第４の実施の形態（電子機器）＞
第２の実施の形態の電子機器の概略構成図（ブロック図）を、図１８に示す。
本実施の形態は、本技術を、静止画像又は動画の撮影が可能なカメラを有する電子機器に適用した場合である。
【００８５】
図１８に示すように、この電子機器１２１は、固体撮像装置１２２、光学系１２３、シャッタ装置１２４、駆動回路１２５、信号処理回路１２６を有する。
【００８６】
光学系１２３は、光学レンズ等により構成され、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１２２の画素部に結像させる。これにより、固体撮像装置１２２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１２３は、複数個の光学レンズから構成された光学レンズ系としても良い。
固体撮像装置１２２としては、前述した実施の形態の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用する。
シャッタ装置１２４は、固体撮像装置１２２への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路１２５は、固体撮像装置１２２の転送動作及びシャッタ装置１２４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１２５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１２２の信号転送を行う。
信号処理回路１２６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【００８７】
上述の本実施の形態の電子機器１２１の構成によれば、固体撮像装置１２２として、前述した実施の形態やその変形例の固体撮像装置等、本技術に係る固体撮像装置を使用する。これにより、固体撮像装置１２２において、有機光電変換層に対するパッシベーション性を向上して固体撮像装置１２２及び電子機器１２１の信頼性を向上し、かつ、集光特性を向上することができる。
【００８８】
本技術において、電子機器の構成は、図１８に示した構成に限定されるものではなく、本技術に係る固体撮像装置を使用する構成であれば、図１８に示した以外の構成とすることも可能である。
【００８９】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）半導体基体と、前記半導体基体の上方に形成された有機光電変換層と、前記半導体基体上の絶縁層に形成されたコンタクト孔と、前記コンタクト孔内に形成され、前記有機光電変換層から成る光電変換部と前記半導体基体とを電気的に接続する導体層と、前記半導体基体に、前記コンタクト孔内の前記導体層とセルフアラインして形成され、前記導体層に接続されたコンタクト部とを含む固体撮像装置。
（２）前記有機光電変換層を含んで成る有機光電変換部と、前記半導体基体内に形成された光電変換部とが、上下に積層されている、前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記半導体基体の光入射面と回路形成面を異なる面とした、裏面照射型構造を有する、前記（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）有機光電変換層を有する固体撮像装置を製造する方法であって、半導体基体上に形成された絶縁層上に、レーザー光を反射する反射膜を形成する工程と、前記反射膜及び前記絶縁層を加工して、前記半導体基体に達するコンタクト孔を形成する工程と、レーザーアニールにより、前記コンタクト孔の下の前記半導体基体にコンタクト部を形成する工程と、前記コンタクト孔内に、前記半導体基体の前記コンタクト部に接続して導体層を形成する工程と、前記半導体基体の上方に、前記導体層と電気的に接続して、前記有機光電変換層から成る光電変換部を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
（５）前記コンタクト孔を形成する工程の後に、不純物を含む膜を形成して、その後レーザーアニールにより、不純物を含む膜から不純物を拡散させて、前記コンタクト部を形成する前記（４）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（６）前記コンタクト孔を形成する工程の後に、イオン注入法もしくはプラズマドーピング法によって半導体基体に不純物を導入して、その後レーザーアニールにより、導入した不純物を活性化させて、前記コンタクト部を形成する前記（４）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（７）光学系と、前記（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備えた電子機器。
【００９０】
本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【００９１】
１  半導体基体、２  転送ゲート、３  （Ｎ＋の）コンタクト部、４  オーバーフローバリア、５  電荷蓄積部、６  （Ｐ＋の）コンタクト部、７  プラグ領域、８  絶縁膜、１１，１３，１６  絶縁層、１２  導体層、１４  導電プラグ層、１５，１８，２４  配線層、１７  層間絶縁層、１９  配線部（多層配線部）、２０  支持基板、２１  下部電極、２２  有機光電変換層、２３  上部電極、２５  パッシベーション層、２６  平坦化層、２７  オンチップレンズ、３１  シリコン基板、３３  レーザー光反射膜、１２１  電子機器、１２２  固体撮像装置、１２３  光学系、１２４  シャッタ装置、１２５  駆動回路、１２６  信号処理回路、ＦＤ  フローティングディフュージョン、ＰＤ１，ＰＤ２  光電変換部
【図１】
2014011392.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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