(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＝ｈ１ｇ＝ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＝ｈ２ｇ＝ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの各出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素から赤信号、緑信号及び青信号を出力し、信号処理回路を通してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。
【請求項７】
固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＝ｈ１ｇ＝ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項８】
前記固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項７記載のカメラモジュール。
【請求項９】
固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域
とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＝ｈ２ｇ＝ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項１０】
固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの各出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項９記載のカメラモジュール。
【請求項１１】
固体撮像素子と光学レンズ系を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とするカメラモジュール。
【請求項１２】
前記固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素から赤信号、緑信号及び青信号を出力し、信号処理回路を通してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項１１記載のカメラモジュール。
【請求項１３】
固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＝ｈ１ｇ＝ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする電子機器モジュール。
【請求項１４】
前記固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項１３記載の電子機器モジュール。
【請求項１５】
固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＝ｈ２ｇ＝ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする電子機器モジュール。
【請求項１６】
固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素からの各出力信号を信号処理回路により信号処理し、赤信号、緑信号、青信号に分離してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項１４記載の電子機器モジュール。
【請求項１７】
固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像素子は、
第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、
前記画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、
前記各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、
前記半導体領域に形成された前記光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、
前記半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有し、
前記光電変換素子を構成する半導体領域が、前記信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成され、
前記半導体基板の裏面を光入射面となし、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成され、
前記光電変換素子が、前記第２導電型半導体領域と前記第１導電型半導体領域と前記第２導電型アキューミュレーション層とにより形成され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、
赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の前記第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る
ことを特徴とする電子機器モジュール。
【請求項１８】
前記固体撮像素子は、赤、緑及び青の画素を組み合わせて、それぞれの画素から赤信号、緑信号及び青信号を出力し、信号処理回路を通してカラー画像信号を得るようにして成る
ことを特徴とする請求項１７記載の電子機器モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子で光電変換された信号電荷を電気信号に変換して出力する単位画素が複数配列されて成る裏面照射型の固体撮像素子、及びこの固体撮像素子を備えたカメラモジュール、電子機器モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子には、ＣＭＯＳイメージセンサに代表されるＣＭＯＳ固体撮像素子と、ＣＣＤイメージセンサに代表されるＣＣＤ固体撮像素子が知られている。固体撮像素子では、半導体基板の表面側から光を入射させる表面照射型の固体撮像素子が一般的である。一方、表面照射型の固体撮像素子よりも光電変換素子の面積を大きく形成して感度を高めることができる裏面照射型の固体撮像素子が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図６は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子の例である。このＣＭＯＳ固体撮像素子１は、第１導電型、例えばｎ型のシリコン半導体基板２に各単位画素領域３を区画するように第２導電型であるｐ型の半導体領域からなる画素分離領域４が形成され、このｐ型画素分離領域４で囲まれた各画素領域３内に光電変換素子となるフォトダイオードＰＤと、このフォトダイオードＰＤに光電変換されて蓄積された信号電荷を読み出すための所要数のＭＯＳトランジスタＴｒが形成されて成る。
【０００４】
ｐ型画素分離領域４は、基板２の表面から裏面に至るように基板深さ方向に形成される。ＭＯＳトランジスタＴｒは、基板２の表面側において、ｐ型画素分離領域４に接続して延在するｐ型半導体領域５に形成される。フォトダイオードＰＤは、ＭＯＳトランジスタＴｒが形成されたｐ型半導体領域の下方に延びるように基板２の裏面側に延長して形成される。フォトダイオードＰＤは、ｐ型画素分離領域４で囲まれたｎ型基板２によるｎ型半導体領域７と、ｐ型半導体領域５の下層の高濃度のｐ＋半導体領域６とからなり、そのｎ型半導体領域７及びｐ＋半導体領域６間に主たるｐｎ接合ｊ1 が形成される。
【０００５】
フォトダイオードＰＤを構成するｎ型半導体領域７の裏面の界面には、暗電流発生を抑制するための高不純物濃度のｐ型半導体領域からなるｐ＋アキューミュレーション層８が各画素に共通に形成される。また、ｎ型半導体領域７の表面の界面にもｐ＋アキューミュレーション層１１が形成される。一方、ＭＯＳトランジスタＴｒは、ｐ型半導体領域５にｎ型ソース・ドレイン領域９が形成され、対のｎ型ソース・ドレイン領域９間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極１０を形成して構成される。図示するＭＯＳトランジスタＴｒは、フォトダイオードＰＤとｎ型ソース・ドレイン領域９とゲート電極１０により読出しトランジスタを形成している。
【０００６】
半導体基板２の表面上には、例えばシリコン酸化膜等による層間絶縁膜１２を介して多層配線１３が積層された多層配線層１４が形成され、この多層配線層１４上に補強用の例えばシリコン基板による支持基板１５が形成される。光入射面となる半導体基板２の裏面には、絶縁膜１６を介してカラーフィルタ１７が形成され、その上にオンチップマイクロレンズ１８が形成される。
【０００７】
この裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子１では、オンチップマイクロレンズを通して基板裏面側より光が入射される。光は、カラーフィルタ１７によって赤、緑及び青の光に分離され、それぞれ対応する画素のフォトダイオードＰＤに入射される。そして、基板表面側のＭＯＳトランジスタＴｒを通じて各画素の信号電荷が読み出され、カラー画像として出力される。この裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子１は、フォトダイオードＰＤがＭＯＳトランジスタＴｒの下層まで延びるように大面積で形成されるので、高い感度が得られる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１７８５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した裏面照射型の固体撮像素子においては、光入射面側に形成されたｐ＋アキューミュレーション層８とフォトダイオードＰＤのｎ型半導体領域７からなるｐｎ接合ｊ2 が各画素で均一な深さ位置に形成され、また、フォトダイオードＰＤのｐｎ接合ｊ1 も各画素で均一な深さ位置に形成されている。このような裏面照射型の固体撮像素子ではカラー画像を得るためには、カラーフィルタ１７を用いて、各画素毎に特定の波長の光を光電変換して信号として取出す必要がある。このためカラーフィルタ形成工程が、製造の工程数増、コストアップ、歩留り低下の要因になるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述に点に鑑み、カラーフィルタを用いずに画素の色分離を可能にした裏面照射型の固体撮像素子、及びこの固体撮像素子を備えたカメラモジュール、電子機器モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る固体撮像素子は、第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、各画素領域の基板表面側に前記画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、半導体領域に形成された光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有する。光電変換素子を構成する半導体領域は、信号電荷を読み出す手段が形成された半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成される。半導体基板の裏面を光入射面となす。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成される。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成される。光電変換素子は、第２導電型半導体領域と第１導電型半導体領域と第２導電型アキューミュレーション層とにより形成される。そして、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＝ｈ１ｇ＝ｈ１ｂに設定され、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る。
【００１２】
本発明に係る固体撮像素子は、第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、各画素領域の基板表面側に画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、半導体領域に形成された光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有する。光電変換素子を構成する半導体領域は、信号電荷を読み出す手段が形成された前記半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成される。半導体基板の裏面を光入射面となす。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成される。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成される。光電変換素子は、第２導電型半導体領域と第１導電型半導体領域と第２導電型アキューミュレーション層とにより形成される。そして、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＝ｈ２ｇ＝ｈ２ｂに設定されて成る。
【００１３】
本発明に係る固体撮像素子は、第１導電型の半導体基板の基板深さ方向に形成された第２導電型の画素分離領域と、画素分離領域で区画された各画素領域に形成された光電変換素子と、各画素領域の基板表面側に画素分離領域に接続して延在する画素分離領域と同じ第２導電型の半導体領域と、半導体領域に形成された光電変換素子からの信号電荷を読み出す手段と、半導体基板の表面上に形成された多層配線層とを有する。光電変換素子を構成する半導体領域は、信号電荷を読み出す手段が形成された半導体領域の下面から基板裏面まで延長して形成される。半導体基板の裏面を光入射面となす。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、信号電荷を読み出す手段が形成された半導体領域の下層に形成され該半導体領域より高濃度の第２導電型半導体領域とにより第１のｐｎ接合が形成される。光電変換素子を構成する第１導電型半導体領域と、該第１導電型半導体領域よりも光入射面側の第２導電型アキューミュレーション層とにより第２のｐｎ接合が形成される。光電変換素子は、第２導電型半導体領域と第１導電型半導体領域と第２導電型アキューミュレーション層とにより形成される。そして、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第１のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ１ｒ、ｈ１ｇ及びｈ１ｂが、ｈ１ｒ＞ｈ１ｇ＞ｈ１ｂに設定され、赤、緑及び青の各画素の各光電変換素子の第２のｐｎ接合の基板裏面からの接合深さｈ２ｒ、ｈ２ｇ及びｈ２ｂが、ｈ２ｒ＞ｈ２ｇ＞ｈ２ｂに設定されて成る。
【００１４】
本発明に係るカメラモジュールは、固体撮像素子と光学レンズ系を備える。固体撮像素子は、上述したいずれかの固体撮像素子で構成される。
【００１５】
本発明に係る電子機器モジュールは、固体撮像素子と光学レンズ系と信号処理手段を備える。固体撮像素子は、上述したいずれかの固体撮像素子で構成される。
【００１６】
上述の本発明における固体撮像素子では、赤、緑及び青の画素において、それぞれ光電変換素子と光入射面側のアキューミュレーション層とによる第２のｐｎ接合の深さ、又は／及び光電変換素子における第１のｐｎ接合の深さを設定することにより、カラーフィルタを用いなくても、色分離ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る固体撮像素子によれば、カラーフィルタを用いずに画素の色分離ができるので、構成が簡素化されると共に、カラーフィルタの形成工程が削減される分、製造工程数を減らすことができ、コスト削減及び製造歩留りを向上することができる。
【００１８】
本発明に係るカメラモジュール及び電子機器モジュールによれば、上述の本発明の固体撮像素子を備えることにより、製造歩留りの向上が図られ、引いてはコストの削減を図ることができる。特に、固体撮像素子においては、カラーフィルタがないことにより、カラーフィルタの耐熱温度以下でのモジュール作成プロセスが必要となる制限がなくなり、モジュール作成時のプロセスが容易になる。固体撮像素子としては裏面照射型であるので、高感度の撮像機能を有するモジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子をＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した第１実施の形態を示す。同図は撮像領域の画素部分を示す。
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子２１は第１導電型、例えばｎ型のシリコン半導体基板２２に各単位画素領域２３を区画するように第２導電型であるｐ型の半導体領域からなる画素分離領域２４が形成され、このｐ型画素分離領域２４で囲まれた各画素領域２３内に光電変換素子となるフォトダイオードＰＤと、このフォトダイオードＰＤに光電変換されて蓄積された信号電荷を読み出すための所要数のＭＯＳトランジスタＴｒが形成されて成る。
【００２１】
ｐ型画素分離領域２４は、基板２２の表面から裏面に至るように基板深さ方向に形成される。ＭＯＳトランジスタＴｒは、基板２２の表面側において、ｐ型画素分離領域２４に接続して延在するｐ型半導体領域２５に形成される。フォトダイオードＰＤはＭＯＳトランジスタＴｒが形成されたｐ型半導体領域２５の下方に延びるように基板２２の裏面側に延長して形成される。フォトダイオードＰＤは、ｐ型画素分離領域２４で囲まれたｎ型基板２２によるｎ型半導体領域２７と、ｐ型半導体領域２５の下層の高濃度のｐ＋半導体領域２６とからなり、そのｎ型半導体領域２７及びｐ＋半導体領域２６間に主たるｐｎ接合ｊ1 が形成される。フォトダイオードＰＤを構成する一方のｎ型半導体領域２７は、不純物濃度が基板裏面側を低濃度ｎ- として基板表面側に行くに従って順次高濃度ｎ+ となるような濃度分布を有している。
【００２２】
フォトダイオードＰＤを構成するｎ型半導体領域２７の裏面の界面には、暗電流発生を抑制するための高不純物濃度のｐ型半導体領域からなるｐ＋アキューミュレーション層２８が各画素に形成され、このｐ＋アキューミュレーション層２８とフォトダイオードＰＤのｎ型半導体領域２７との間にｐｎ接合ｊ2 が形成される。また、ｎ型半導体領域２７の表面の界面にもｐ＋アキューミュレーション層３１が形成される。
【００２３】
一方、ＭＯＳトランジスタＴｒは、ｐ型半導体領域２５にｎ型ソース・ドレイン領域２９が形成され、対のｎ型ソース・ドレイン領域２９間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極３０を形成して構成される。例えば、１画素を１つのフォトダイオードと４つのＭＯＳトランジスタで構成するとき、ＭＯＳトランジスタＴｒは、読出しトランジスタ、リセットトランジスタ、アンプトランジスタ及び垂直選択トランジスタを有する。図１では、ｐ型半導体領域２５内にフォトダイオードＰＤに近接して一方のｎ+ ソース・ドレイン領域２９が形成され、この一方のｎ+ ソース・ドレイン領域２９と他方のソース・ドレイン領域を兼ねるフォトダイオードＰＤのｎ型半導体領域２７間上にゲート絶縁膜を介してゲート電極３０が形成されて読出しトランジスタが形成される。
【００２４】
半導体基板２の表面上には、例えばシリコン酸化膜等による層間絶縁膜３２を介して多層配線３３が積層された多層配線層３４が形成され、この多層配線層３４上に補強用の例えばシリコン基板による支持基板３５が形成される。光入射面となる半導体基板２２の裏面には、絶縁膜３６を介してオンチップマイクロレンズ３８が形成される。
【００２５】
そして、本実施の形態においては、特にカラーフィルタを省略し、フォトダイオードＰＤを構成する一方のｎ型半導体領域２７と基板裏面の光入射面側のｐ＋アキューミュレーション層２８とによるｐｎ接合ｊ2 〔ｊ2 ｒ，ｊ2 ｇ，ｊ2 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ2 〔ｈ2 ｒ，ｈ2 ｇ，ｈ2 ｂ〕を調整して、フォトダイオードＰＤにおいて特定の波長以上の光のみを光電変換させるようになす。すなわち、本例では、赤の画素に対応するｐｎ接合深さ（即ち深さ位置）ｈ2 ｒを他の緑、青の画素に対応するｐｎ接合深さより最も大きくし、青の画素に対応するｐｎ接合深さｈ2 ｂを最も小さくし、緑の画素に対応するｐｎ接合深さｈ2 ｇを赤と青の画素のｐｎ接合深さの中間に設定するようになす（ｈ2 ｒ＞ｈ2 ｇ＞ｈ2 ｂ）。
【００２６】
すなわち、赤の画素では、赤光以上の長波長の光がｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ2 ｒが設定される。緑の画素では、緑光以上の長波長の光がｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ2 ｇが設定される。青の画素では、青光以上の長波長の光がｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ2 ｂが設定される。
【００２７】
赤、緑及び青の各画素の各フォトダイオードＰＤのｐｎ接合ｊ1 〔ｊ1 ｒ，ｊ1 ｇ，ｊ1 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ１ に関しては、それぞれ同じ接合深さ（ｈ1 ｒ＝ｈ1 ｇ＝ｈ1 ｂ）に設定される。
【００２８】
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子２１においては、赤の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に赤光のみが光電変換され、赤色に対応する信号電荷が蓄積される。緑の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に緑光と赤光のみが光電変換され、緑色と赤色に対応する信号電荷が蓄積される。青の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に青光と緑光と赤光のみが光電変換され、青色と緑色と赤色に対応する信号電荷が蓄積される。赤の画素から読み出された赤の出力信号、緑の画素から読み出された緑＋赤の出力信号及び青の画素から読み出された青＋緑＋赤の出力信号は、信号処理回路により、各赤信号、緑信号及び青信号に分離され、最終的にカラー画像信号として出力される。
【００２９】
従って、本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子２１によれば、カラーフィルタを用いずに画素の色分離が可能になり、構成が簡素されると共に、カラーフィルタの形成工程が削減される分、製造工程数を減らすことができ、コスト削減及び製造歩留りを向上することができる。
【００３０】
図２は、本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子をＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した第２実施の形態を示す。同図は前述と同様に撮像領域の画素部分を示す。
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子４１は、カラーフィルタを省略し、画素のフォトダイオードＰＤを構成する基板表面側のｐｎ接合ｊ1 〔ｊ1 ｒ，ｊ1 ｇ，ｊ1 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ1 〔ｈ1 ｒ，ｈ1 ｇ，ｈ1 ｂ〕を調整して、フォトダイオードＰＤにおいて特定の波長以下の光のみを光電変換させるようになす。すなわち、本例では、赤の画素に対応するｐｎ接合深さ（即ち深さ位置）ｈ1 ｒを他の緑、青の画素に対応するｐｎ接合深さより最も大きくし、青の画素に対応するｐｎ接合深さｈ1 ｂを最も小さくし、緑の画素に対応するｐｎ接合深さｈ1 ｇを赤と青の画素のｐｎ接合深さの中間に設定するようになす（ｈ1 ｒ＞ｈ1 ｇ＞ｈ1 ｂ）。
【００３１】
すなわち、赤の画素では、赤光以下の波長の光のみがフォトダイオードＰＤを構成する一方のｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ1 ｒが設定される。緑の画素では、緑光以下の波長の光のみがｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ1 ｇが設定される。青の画素では、青光以下の波長の光のみがｎ型半導体領域２７に入射されるように接合深さｈ1 ｂが設定される。
【００３２】
赤、緑及び青の各画素の各フォトダイオードＰＤを構成する一方のｎ型半導体領域２７と基板裏面の光入射面側のｐ＋アキューミュレーション層２８とによるｐｎ接合ｊ2 〔ｊ2 ｒ，ｊ2 ｇ，ｊ2 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ２ に関しては、それぞれ同じ接合深さ（ｈ2 ｒ＝ｈ2 ｇ＝ｈ2 ｂ）に設定される。
その他の構成は、前述の図１の構成と同様であるので、重複説明を省略する。
【００３３】
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子４１においては、赤の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に赤光と緑光と青光のみが光電変換され、赤色と緑色と青色に対応する信号電荷が蓄積される。緑の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に緑光と青光のみが光電変換され、緑色と青色に対応する信号電荷が蓄積される。青の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に青光のみが光電変換され、青色に対応する信号電荷が蓄積される。赤の画素から読み出された赤＋緑＋青の出力信号、緑の画素から読み出された緑＋青の出力信号及び青の画素から読み出された青の出力信号は、信号処理回路により、各赤信号、緑信号及び青信号に分離され、最終的にカラー画像信号として出力される。
【００３４】
従って、本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子４１によれば、カラーフィルタを用いずに画素の色分離が可能になり、構成が簡素されると共に、カラーフィルタの形成工程が削減される分、製造工程数を減らすことができ、コスト削減及び製造歩留りを向上することができる。
【００３５】
図３は、本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子をＣＭＯＳ固体撮像素子に適用した第３実施の形態を示す。同図は前述と同様に撮像領域の画素部分を示す。
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子５１は、カラーフィルタを省略し、図１に示したｐｎ接合ｊ2 〔ｊ2 ｒ，ｊ2 ｇ，ｊ2 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ2 〔ｈ2 ｒ，ｈ2 ｇ，ｈ2 ｂ〕と、図２に示したｐｎ接合ｊ1 〔ｊ1 ｒ，ｊ1 ｇ，ｊ1 ｂ〕の裏面からの接合深さｈ1 〔ｈ1 ｒ，ｈ1 ｇ，ｈ1 ｂ〕とを組み合わせ、接合深さｈ2 と接合深さｈ1 の間のフォトダイオードＰＤの領域、すなわちｎ型半導体領域２７深さ方向の位置を調整し、フォトダイオードＰＤにおいて特定波長領域の光のみを光電変換させるようになす。
【００３６】
すなわち、赤の画素では、赤の波長領域の光のみがｎ型半導体領域２７に入射されるようにｎ型半導体領域２７の深さ方向の位置が設定される。緑の画素では、緑の波長領域の光のみがｎ型半導体領域２７に入射されるようにｎ型半導体領域２７の深さ方向の位置が設定される。青の画素では、青の波長領域の光のみがｎ型半導体領域２７に入射されるようにｎ型半導体領域２７の深さ方向の位置が設定される。
その他の構成は、前述の図１の構成と同様であるので、重複説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子５１においては、赤の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に赤色の光のみが光電変換され、赤色に対応する信号電荷が蓄積される。緑の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に緑色の光のみが光電変換され、緑色に対応する信号電荷が蓄積される。青の画素のフォトダイオードＰＤでは、実質的に青色の光のみが光電変換され、青色に対応する信号電荷が蓄積される。そして、各赤、緑及び青の画素から夫々赤の出力信号、緑の出力信号、青の出力信号が出力され、信号処理回路を通してカラー画像信号が出力される。
【００３８】
従って、本実施の形態に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子４１によれば、カラーフィルタを用いずに画素の色分離が可能になり、構成が簡素されると共に、カラーフィルタの形成工程が削減される分、製造工程数を減らすことができ、コスト削減及び製造歩留りを向上することができる。
【００３９】
上述の各実施の形態では、本発明をカラー画像を得る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子に適用したが、その他、単色画像、或いは２色以上の画像を得る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子に適用することもできる。
【００４０】
本発明は、上述した実施の形態の固体撮像素子を組み込んで撮像カメラ、各種モジュールを構成することができる。図４は、上述の裏面照射型の固体撮像素子２１、４１あるいは５１と光学レンズ系５３を組み合わせた実施の形態を示す。
【００４１】
図５は、本発明に係る電子機器モジュール、カメラモジュールの実施の形態を示す概略構成を示す。図５のモジュール構成は、電子機器モジュール、カメラモジュールの双峰に適用可能である。本実施の形態のモジュール１１０は、上述した実施の形態のいずれかの裏面照射型の固体撮像素子２１、４１あるいは５１、光学レンズ系１１１、入出力部１１２、信号処理装置（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒｓ）１１３、を１つに組み込んでモジュールを形成する。また、電子機器モジュール、あるいはカメラモジュール１１５としては、固体撮像素子２１、４１あるいは５１、光学レンズ系１１１、出力部１１２のみでモジュールを形成することもできる。また、固体撮像素子２１、４１あるいは５１、光学レンズ系１１１、入出力部１１２及び信号処理装置１１３を備えたモジュール１１６を構成することもできる。
【００４２】
本発明の電子機器モジュール、カメラモジュールによれば、上述の実施の形態の裏面照射型の固体撮像素子２１，４１あるいは５１を備えることにより、製造歩留りの向上が図られ、引いてはコストの削減を図ることができる。特に、固体撮像素子においては、カラーフィルタがないことにより、カラーフィルタの耐熱温度以下でのモジュール作成プロセスが必要となる制限がなくなり、モジュール作成時のプロセスが容易になる。固体撮像素子としては裏面照射型であるので、高感度の撮像機能を有するモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子の第１実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子の第２実施の形態を示す構成図である。
【図３】本発明に係る裏面照射型の固体撮像素子の第３実施の形態を示す構成図である。
【図４】本発明の固体撮像素子と光学レンズ系を備えたモジュールの例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るモジュールの実施の形態を示す概略構成図である。
【図６】従来の裏面照射型の固体撮像素子の例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４４】
２１、４１、５１・・裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子、２２・・半導体基板、２３・・単位画素領域、２４・・画素分離領域、２５・・ｐ型半導体領域、２６・・フォトダイオードのｐ型半導体領域、２７・・フォトダイオードのｎ型半導体領域、２８、３１・・ｐ＋アキューミュレーション、２９・・ソース・ドレイン領域、３０・・ゲート電極、３６・・絶縁膜、３８・・オンチップマイクロレンズ、ｊ1 〔ｊ1 ｒ，ｊ1 ｇ，ｊ1 ｂ〕，ｊ2 〔ｊ２ｒ，ｊ2 ｇ，ｊ2 ｂ〕・・ｐｎ接合、ｈ1 〔ｈ1 ｒ，ｈ1 ｇ，ｈｂ〕、ｈ2 〔ｈ2 ｒ，ｈ2 ｇ，ｈ2 ｂ〕・・接合深さ、ＰＤ・・フォトダイオード、５３・・光学レンズ系、１１０・・モジュール、１１１・・光学レンズ系、１１２・・入出力部、１１３・・信号処理装置、１１５、１１６・・モジュール
【図１】
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【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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