JP3530466B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP3530466B2 JP3530466B2 JP2000215597A JP2000215597A JP3530466B2 JP 3530466 B2 JP3530466 B2 JP 3530466B2 JP 2000215597 A JP2000215597 A JP 2000215597A JP 2000215597 A JP2000215597 A JP 2000215597A JP 3530466 B2 JP3530466 B2 JP 3530466B2
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- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
- G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
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- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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- Image Input (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、特に、被撮像体を直接固体撮像装置に直接接触させ
て撮像する場合の固体撮像装置の構造に関するものであ
る。
し、特に、被撮像体を直接固体撮像装置に直接接触させ
て撮像する場合の固体撮像装置の構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、指紋入力で使用されるＣＣＤ、Ｃ
ＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置では、レンズや
プリズムあるいはファイバーなどの光学部品を用いて撮
像が行われてきた。この場合、これら光学部品自体の大
きさやその取り付け位置などがある程度必要であり、こ
れら光学部品が比較的高価であるため、装置の薄型化や
小型化、低価格化が妨げられるという問題があった。
ＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置では、レンズや
プリズムあるいはファイバーなどの光学部品を用いて撮
像が行われてきた。この場合、これら光学部品自体の大
きさやその取り付け位置などがある程度必要であり、こ
れら光学部品が比較的高価であるため、装置の薄型化や
小型化、低価格化が妨げられるという問題があった。
【０００３】また、これら光学部品による光学処理によ
って、得られる画像に歪みが発生しやすいという問題も
あった。
って、得られる画像に歪みが発生しやすいという問題も
あった。
【０００４】これに対して特願平１１−０２６３０１号
公報には、固体撮像装置の受光素子の受光面に指（指
紋）を近接配置、或いは接触させて指紋撮像を行う方法
が開示されている。この方法では、レンズやプリズム等
の光学部品が不要となり、指紋入力装置の薄型化や小型
化、低価格化が可能となっている。また、光学処理に起
因する歪みも無くすことができる。
公報には、固体撮像装置の受光素子の受光面に指（指
紋）を近接配置、或いは接触させて指紋撮像を行う方法
が開示されている。この方法では、レンズやプリズム等
の光学部品が不要となり、指紋入力装置の薄型化や小型
化、低価格化が可能となっている。また、光学処理に起
因する歪みも無くすことができる。
【０００５】一方では従来より、指紋入力に静電容量セ
ンサを使用する方式も知られている。この場合も、容量
電極が形成されるチップ表面（上面）に直接、指を接触
させて入力が行われる。静電容量センサは上記のような
光学部品は不要であるが、元来、静電破壊に弱いという
問題がある。また、指の乾燥度合いによって良好な感度
を得難いという問題もある。
ンサを使用する方式も知られている。この場合も、容量
電極が形成されるチップ表面（上面）に直接、指を接触
させて入力が行われる。静電容量センサは上記のような
光学部品は不要であるが、元来、静電破壊に弱いという
問題がある。また、指の乾燥度合いによって良好な感度
を得難いという問題もある。
【０００６】図４には、ＣＭＯＳイメージセンサを使っ
てチップ表面（上面）に直接、指を接触させて指紋を撮
像する例を示す。図４において、チップ１１０にはＳｉ
基板１０１上にアレイ状の受光部１０２を有するＣＭＯ
Ｓイメージセンサが形成されており、受光部で収集した
信号電荷が配線１１２により周辺ＭＯＳＦＥＴ１０８に
伝達される様子が模式的に描かれている。周辺ＭＯＳＦ
ＥＴ１０８及び配線１１２を含むＳｉ基板１０１表面
は、層間絶縁膜１０９で覆われている。層間絶縁膜１０
９には、シリコン酸化膜が使用されている。
てチップ表面（上面）に直接、指を接触させて指紋を撮
像する例を示す。図４において、チップ１１０にはＳｉ
基板１０１上にアレイ状の受光部１０２を有するＣＭＯ
Ｓイメージセンサが形成されており、受光部で収集した
信号電荷が配線１１２により周辺ＭＯＳＦＥＴ１０８に
伝達される様子が模式的に描かれている。周辺ＭＯＳＦ
ＥＴ１０８及び配線１１２を含むＳｉ基板１０１表面
は、層間絶縁膜１０９で覆われている。層間絶縁膜１０
９には、シリコン酸化膜が使用されている。
【０００７】チップ１１０の表面（上面）の層間絶縁膜
１０９上に直接、指１２０が接触されると、蛍光灯やＬ
ＥＤなどの光１３０、１３１によって指紋１２１の稜線
部からの光１３２が受光部１０２に入射され指紋像が撮
像される。
１０９上に直接、指１２０が接触されると、蛍光灯やＬ
ＥＤなどの光１３０、１３１によって指紋１２１の稜線
部からの光１３２が受光部１０２に入射され指紋像が撮
像される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、物理的にチップが壊れやすいという問題を有し
ている。また、指１２０からの汚染物質の拡散によりチ
ップの特性劣化が生じやすいという問題もある。さら
に、指１２０が配線１１２に近接するため、指１２０が
層間絶縁膜１０９に接触したときに生じる静電気が配線
１１２を通して放電し、例えば、図中の周辺ＭＯＳＦＥ
Ｔ１０８のゲート絶縁膜を破壊する等の問題を有してい
る。
法では、物理的にチップが壊れやすいという問題を有し
ている。また、指１２０からの汚染物質の拡散によりチ
ップの特性劣化が生じやすいという問題もある。さら
に、指１２０が配線１１２に近接するため、指１２０が
層間絶縁膜１０９に接触したときに生じる静電気が配線
１１２を通して放電し、例えば、図中の周辺ＭＯＳＦＥ
Ｔ１０８のゲート絶縁膜を破壊する等の問題を有してい
る。
【０００９】これは、ＣＭＯＳイメージセンサのチップ
１１０の表面（特に、受光部１０２上）に直接、指１２
０が触れるため、爪等の硬さのあるもので引っ掻かれ
る、衝撃を受けるなどしてチップ１１０の表面にキズが
つく、破損する等、Ｓｉ基板１０１上の素子そのものが
破損してしまうからである。
１１０の表面（特に、受光部１０２上）に直接、指１２
０が触れるため、爪等の硬さのあるもので引っ掻かれ
る、衝撃を受けるなどしてチップ１１０の表面にキズが
つく、破損する等、Ｓｉ基板１０１上の素子そのものが
破損してしまうからである。
【００１０】また、チップ１１０の表面が露出している
ため、様々な不純物がチップ１１０の表面に付着してし
まう。特に、ナトリウム等はチップ１１０の表面からチ
ップ１１０内に拡散して素子の電気的特性を劣化させて
しまうからである。
ため、様々な不純物がチップ１１０の表面に付着してし
まう。特に、ナトリウム等はチップ１１０の表面からチ
ップ１１０内に拡散して素子の電気的特性を劣化させて
しまうからである。
【００１１】さらに、図４に示すようにＳｉ基板１０１
の表面に形成されるＭＯＳＦＥＴ１０８や配線１１１等
の素子の上部に層間絶縁膜１０９を介して指１２０が接
触するが、これら素子には通常、チップ１１０の入力端
子を除いて静電保護素子がついていない。従って、帯電
した指１２０が層間絶縁膜１０９の表面に触れることに
より過大な静電気がチップ１１０の表面に印加され、配
線１１２を通して素子の静電破壊が起きてしまうからで
ある。
の表面に形成されるＭＯＳＦＥＴ１０８や配線１１１等
の素子の上部に層間絶縁膜１０９を介して指１２０が接
触するが、これら素子には通常、チップ１１０の入力端
子を除いて静電保護素子がついていない。従って、帯電
した指１２０が層間絶縁膜１０９の表面に触れることに
より過大な静電気がチップ１１０の表面に印加され、配
線１１２を通して素子の静電破壊が起きてしまうからで
ある。
【００１２】本発明の目的は、被撮像体を固体撮像装置
が形成されたチップに接触させて撮像する固体撮像装置
において、チップの汚染、静電破壊等を生じることな
く、被撮像体からの光信号を効率よく収集することので
きる固体撮像装置を提供することにある。
が形成されたチップに接触させて撮像する固体撮像装置
において、チップの汚染、静電破壊等を生じることな
く、被撮像体からの光信号を効率よく収集することので
きる固体撮像装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面近傍に
形成された受光部とを有し、前記半導体基板の他方の表
面からの光を電気信号に変換する固体撮像装置であっ
て、前記半導体基板の他方の表面は、固定電位であって
被撮像体が直接接触されるものであり、前記被撮像体か
らの光を前記半導体基板の他方の表面を通して前記半導
体基板の内部に侵入させ、前記被撮像体からの光により
前記半導体基板の内部で光電変換された電荷を前記受光
部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴としてい
る。また、本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前
記半導体基板の一方の表面近傍に形成された受光部とを
有し、前記半導体基板の他方の表面からの光を電気信号
に変換する固体撮像装置であって、前記半導体基板の他
方の表面は固定電位であり、前記半導体基板の他方の表
面に絶縁膜が堆積されており、前記絶縁膜は被撮像体が
直接接触されるものであり、前記被撮像体からの光を前
記絶縁膜と前記半導体基板の他方の表面を通して前記半
導体基板の内部に侵入させ、前記被撮像体からの光によ
り前記半導体基板の内部で光電変換された電荷を前記受
光部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴として
いる。前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸窒化膜のいずれか、或いは、それらの組
み合わせからなる積層膜である。
は、半導体基板と、前記半導体基板の一方の表面近傍に
形成された受光部とを有し、前記半導体基板の他方の表
面からの光を電気信号に変換する固体撮像装置であっ
て、前記半導体基板の他方の表面は、固定電位であって
被撮像体が直接接触されるものであり、前記被撮像体か
らの光を前記半導体基板の他方の表面を通して前記半導
体基板の内部に侵入させ、前記被撮像体からの光により
前記半導体基板の内部で光電変換された電荷を前記受光
部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴としてい
る。また、本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前
記半導体基板の一方の表面近傍に形成された受光部とを
有し、前記半導体基板の他方の表面からの光を電気信号
に変換する固体撮像装置であって、前記半導体基板の他
方の表面は固定電位であり、前記半導体基板の他方の表
面に絶縁膜が堆積されており、前記絶縁膜は被撮像体が
直接接触されるものであり、前記被撮像体からの光を前
記絶縁膜と前記半導体基板の他方の表面を通して前記半
導体基板の内部に侵入させ、前記被撮像体からの光によ
り前記半導体基板の内部で光電変換された電荷を前記受
光部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴として
いる。前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化
膜、シリコン酸窒化膜のいずれか、或いは、それらの組
み合わせからなる積層膜である。
【００１４】また、上記の固体撮像装置は、前記被撮像
体に可視光、近赤外光、或いは、赤外光を照射すること
により前記被撮像体を撮像する、又、前記半導体基板が
一導電型の半導体基板であり、前記受光部は逆導電型の
受光部拡散層であり、前記半導体基板の不純物濃度が１
×１０17／ｃｍ3以下の不純物濃度である、又、前記半
導体基板が一導電型の半導体基板であり、前記受光部を
構成する逆導電型の受光部拡散層は、隣接する受光部拡
散層の間に一導電型のバリア層を有し、前記受光部拡散
層の底面は前記バリア層よりも不純物濃度の低い一導電
型の拡散領域と接し、前記バリア層は、前記受光部拡散
層よりも深く形成され、前記受光部拡散層を包囲して形
成されるか、或いは、前記受光部拡散層の側面に少なく
とも接するべく形成される、という形態を採る。
体に可視光、近赤外光、或いは、赤外光を照射すること
により前記被撮像体を撮像する、又、前記半導体基板が
一導電型の半導体基板であり、前記受光部は逆導電型の
受光部拡散層であり、前記半導体基板の不純物濃度が１
×１０17／ｃｍ3以下の不純物濃度である、又、前記半
導体基板が一導電型の半導体基板であり、前記受光部を
構成する逆導電型の受光部拡散層は、隣接する受光部拡
散層の間に一導電型のバリア層を有し、前記受光部拡散
層の底面は前記バリア層よりも不純物濃度の低い一導電
型の拡散領域と接し、前記バリア層は、前記受光部拡散
層よりも深く形成され、前記受光部拡散層を包囲して形
成されるか、或いは、前記受光部拡散層の側面に少なく
とも接するべく形成される、という形態を採る。
【００１５】また、上記固体撮像装置の前記拡散領域
は、前記半導体基板の一部である、という形態を採る。
は、前記半導体基板の一部である、という形態を採る。
【００１６】また、上記固体撮像装置の拡散構造は、前
記受光部拡散層は、前記受光部拡散層の不純物濃度より
も高い不純物濃度の逆導電型の拡散層に接続され、さら
に、前記逆導電型の拡散層は、その一部が前記バリア層
の表面に形成され、前記バリア層内に形成されたトラン
ジスタのソース・ドレイン領域を兼ねる、という形態を
採る。
記受光部拡散層は、前記受光部拡散層の不純物濃度より
も高い不純物濃度の逆導電型の拡散層に接続され、さら
に、前記逆導電型の拡散層は、その一部が前記バリア層
の表面に形成され、前記バリア層内に形成されたトラン
ジスタのソース・ドレイン領域を兼ねる、という形態を
採る。
【００１７】また、以上の固体撮像装置は、前記半導体
基板に形成される素子が、ＣＭＯＳイメージセンサであ
る、或いは、ＣＣＤセンサである。また、上記の固体撮
像装置の前記半導体基板の他方の表面は、接地されてい
る。また、前記半導体基板の他方の表面の側には、配線
が形成されていないものである。また、上記の固体撮像
装置の前記被撮像体は指であり、撮像対象は指紋であ
る。
基板に形成される素子が、ＣＭＯＳイメージセンサであ
る、或いは、ＣＣＤセンサである。また、上記の固体撮
像装置の前記半導体基板の他方の表面は、接地されてい
る。また、前記半導体基板の他方の表面の側には、配線
が形成されていないものである。また、上記の固体撮像
装置の前記被撮像体は指であり、撮像対象は指紋であ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の発明の実施形態について
説明する前に、本発明の固体撮像装置の特徴を簡記して
おく。
説明する前に、本発明の固体撮像装置の特徴を簡記して
おく。
【００１９】受光部を有する固体撮像装置において、固
体撮像装置を形成した半導体基板の裏面から必要とする
光情報を受光部に送り込むことを特徴とし、また、固体
撮像装置を形成した半導体基板の裏面に被写体を接触さ
せることにより、被写体を撮像することを特徴とする。
体撮像装置を形成した半導体基板の裏面から必要とする
光情報を受光部に送り込むことを特徴とし、また、固体
撮像装置を形成した半導体基板の裏面に被写体を接触さ
せることにより、被写体を撮像することを特徴とする。
【００２０】次に、本発明の第１の実施形態について、
図１の模式断面図を参照して説明する。図１は、指紋を
取るときの指と固体撮像装置の様子を、固体撮像装置の
半導体基板の断面が見える方向から眺めたときの模式断
面図である。本実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ
においてチップ裏面に直接、指を接触させて指紋を撮像
する例を示す。
図１の模式断面図を参照して説明する。図１は、指紋を
取るときの指と固体撮像装置の様子を、固体撮像装置の
半導体基板の断面が見える方向から眺めたときの模式断
面図である。本実施形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ
においてチップ裏面に直接、指を接触させて指紋を撮像
する例を示す。
【００２１】チップ１０にはＣＭＯＳイメージセンサが
形成されており、ＣＭＯＳイメージセンサは、例えば、
基板の不純物濃度が１×１０15／ｃｍ3程度の不純物濃
度のＳｉ基板１を用意し、そのＳｉ基板１上にアレイ状
に形成された受光部２を有する構成となっている。チッ
プ１０は、その裏面が直接外界に露出する構成となって
いて、チップ裏面に直接、指２０を接触させると、蛍光
灯やＬＥＤなどの光３０、３１によって指紋２１の稜線
部からの光３２が受光部２に入射され指紋像が撮像され
る。このとき、光として、可視光、近赤外光や赤外光が
使用される。特に、近赤外光が使用されると、Ｓｉ基板
１の裏面から入射した光３２がより受光部２の近くに到
達し、発生する信号電荷がＳｉ基板１の表面の受光部２
に収集されやすくなる。このとき、信号電荷の拡散長を
確保するため、Ｓｉ基板１の不純物濃度は、１×１０17
／ｃｍ3以下であることが望ましい。
形成されており、ＣＭＯＳイメージセンサは、例えば、
基板の不純物濃度が１×１０15／ｃｍ3程度の不純物濃
度のＳｉ基板１を用意し、そのＳｉ基板１上にアレイ状
に形成された受光部２を有する構成となっている。チッ
プ１０は、その裏面が直接外界に露出する構成となって
いて、チップ裏面に直接、指２０を接触させると、蛍光
灯やＬＥＤなどの光３０、３１によって指紋２１の稜線
部からの光３２が受光部２に入射され指紋像が撮像され
る。このとき、光として、可視光、近赤外光や赤外光が
使用される。特に、近赤外光が使用されると、Ｓｉ基板
１の裏面から入射した光３２がより受光部２の近くに到
達し、発生する信号電荷がＳｉ基板１の表面の受光部２
に収集されやすくなる。このとき、信号電荷の拡散長を
確保するため、Ｓｉ基板１の不純物濃度は、１×１０17
／ｃｍ3以下であることが望ましい。
【００２２】以上のような構成とすることにより、従来
例に比べ、チップ表面の撮像素子側に直接、指が接触す
ることがなく、チップの裏面に被撮像体を接触させるの
で、チップの破損、素子の特性劣化及び静電破壊を防
ぎ、チップの信頼性を向上させることも可能となる。
例に比べ、チップ表面の撮像素子側に直接、指が接触す
ることがなく、チップの裏面に被撮像体を接触させるの
で、チップの破損、素子の特性劣化及び静電破壊を防
ぎ、チップの信頼性を向上させることも可能となる。
【００２３】ここで静電破壊に関しては、配線１２が帯
電した指２０の側に無いので、指２０による過大な静電
気が素子に印加されることはなく、また、チップ裏面の
Ｓｉ基板は接地されるなど、固定電位であり入力容量が
大きいため、Ｓｉ基板表面の素子の静電破壊が起きにく
くなる、という効果がある。
電した指２０の側に無いので、指２０による過大な静電
気が素子に印加されることはなく、また、チップ裏面の
Ｓｉ基板は接地されるなど、固定電位であり入力容量が
大きいため、Ｓｉ基板表面の素子の静電破壊が起きにく
くなる、という効果がある。
【００２４】さらに、チップ表面は露出せずチップ裏面
が露出しているため様々な不純物がチップ表面に直接付
着することはなく、素子の電気的特性を劣化させ難くな
るという効果もある。
が露出しているため様々な不純物がチップ表面に直接付
着することはなく、素子の電気的特性を劣化させ難くな
るという効果もある。
【００２５】次に、本発明の第２の実施形態について図
２（ａ）を参照して説明する。以下に述べる他の実施形
態においても、第１の実施形態と同様に、被撮像体はチ
ップ裏面に接触して撮像されるが、図では被撮像体を省
略してチップのみを示している。
２（ａ）を参照して説明する。以下に述べる他の実施形
態においても、第１の実施形態と同様に、被撮像体はチ
ップ裏面に接触して撮像されるが、図では被撮像体を省
略してチップのみを示している。
【００２６】図２（ａ）に、ｐ型Ｓｉ基板１１の裏面に
被撮像体を直接接触させて被撮像体を撮像するときに、
効率の良い信号電荷収集を可能とするＣＭＯＳイメージ
センサのデバイス構造を示す。図中、チップ１０の表裏
の位置関係は、図１と同様に、ｐ型Ｓｉ基板１１の表面
が下側になるように描かれている。
被撮像体を直接接触させて被撮像体を撮像するときに、
効率の良い信号電荷収集を可能とするＣＭＯＳイメージ
センサのデバイス構造を示す。図中、チップ１０の表裏
の位置関係は、図１と同様に、ｐ型Ｓｉ基板１１の表面
が下側になるように描かれている。
【００２７】第２の実施形態は、第１の実施形態とは、
チップ１０の裏面が絶縁膜３で覆われている点において
異なっている。絶縁膜３には、シリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、シリコン酸窒化膜等が使用される。
チップ１０の裏面が絶縁膜３で覆われている点において
異なっている。絶縁膜３には、シリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、シリコン酸窒化膜等が使用される。
【００２８】本実施形態は、第１の実施形態に比べて、
チップ裏面からのナトリウム等の汚染を防止する効果が
ある。
チップ裏面からのナトリウム等の汚染を防止する効果が
ある。
【００２９】また、シリコン窒化膜は外部からナトリウ
ム等の不純物の侵入を防ぐのに有効であるので、従来例
のような構成のチップ表面にシリコン窒化膜を厚く形成
すると、素子に加わるストレスが大きくなり信頼性に影
響を及ぼすことが懸念されるが、シリコン窒化膜がチッ
プ裏面に形成される場合はこのような懸念は少なく不純
物の侵入を防止することができる。
ム等の不純物の侵入を防ぐのに有効であるので、従来例
のような構成のチップ表面にシリコン窒化膜を厚く形成
すると、素子に加わるストレスが大きくなり信頼性に影
響を及ぼすことが懸念されるが、シリコン窒化膜がチッ
プ裏面に形成される場合はこのような懸念は少なく不純
物の侵入を防止することができる。
【００３０】次に、上記第１、２の実施形態で説明した
チップについて、その拡散層の構成を図２（ｂ）、
（ｃ）の断面図を参照して詳しく説明する。これらの図
では、チップ裏面に絶縁膜が形成された構成を示してい
るが、チップ裏面に絶縁膜が無い構成であっても良いこ
とは言うまでもない。図２（ｂ）は、受光部とその周辺
の周辺ＭＯＳＦＥＴの様子を示したものであり、図２
（ｃ）は、受光部と受光部の信号電荷を排出する電荷排
出用ＭＯＳＦＥＴの様子を示したものである。
チップについて、その拡散層の構成を図２（ｂ）、
（ｃ）の断面図を参照して詳しく説明する。これらの図
では、チップ裏面に絶縁膜が形成された構成を示してい
るが、チップ裏面に絶縁膜が無い構成であっても良いこ
とは言うまでもない。図２（ｂ）は、受光部とその周辺
の周辺ＭＯＳＦＥＴの様子を示したものであり、図２
（ｃ）は、受光部と受光部の信号電荷を排出する電荷排
出用ＭＯＳＦＥＴの様子を示したものである。
【００３１】まず、図２（ｂ）に示すように、ｐ型Ｓｉ
基板１１の表面にはｐ型ウェル４と受光部となる受光部
ｎ型拡散層５が形成されている。ｐ型ウェル４は、ｐ型
Ｓｉ基板１１より高濃度の不純物拡散層になっている。
基板１１の表面にはｐ型ウェル４と受光部となる受光部
ｎ型拡散層５が形成されている。ｐ型ウェル４は、ｐ型
Ｓｉ基板１１より高濃度の不純物拡散層になっている。
【００３２】受光部ｎ型拡散層５のｐ型Ｓｉ基板１１側
のｐｎ接合は、ｐ型Ｓｉ基板１１と受光部ｎ型拡散層５
とで構成する接合であっても良いが、これに限定される
ものではなく、図２（ｂ）のように、ｐ型ウェル４より
も少なくとも低不純物濃度のｐ型領域１３（図中破線に
囲まれた部分）であっても良い。ｐ型ウェル４の内側に
はソース・ドレインｎ型拡散層６が形成され、ゲート電
極７とともに周辺ＭＯＳＦＥＴ８を構成する。
のｐｎ接合は、ｐ型Ｓｉ基板１１と受光部ｎ型拡散層５
とで構成する接合であっても良いが、これに限定される
ものではなく、図２（ｂ）のように、ｐ型ウェル４より
も少なくとも低不純物濃度のｐ型領域１３（図中破線に
囲まれた部分）であっても良い。ｐ型ウェル４の内側に
はソース・ドレインｎ型拡散層６が形成され、ゲート電
極７とともに周辺ＭＯＳＦＥＴ８を構成する。
【００３３】次に、図２（ｃ）に示すように、受光部ｎ
型拡散層５近傍に形成された信号電荷排出用の電荷排出
用ＭＯＳＦＥＴ１８が、周辺ＭＯＳＦＥＴ８と同じ構造
に形成される。信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ１８のソー
ス・ドレインｎ型拡散層１６は、ｎ型拡散層同志が連結
する形で受光部ｎ型拡散層５と相互に接続され、これら
の素子を接続する配線２２が形成され、それらを覆って
層間絶縁膜９が形成される。
型拡散層５近傍に形成された信号電荷排出用の電荷排出
用ＭＯＳＦＥＴ１８が、周辺ＭＯＳＦＥＴ８と同じ構造
に形成される。信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ１８のソー
ス・ドレインｎ型拡散層１６は、ｎ型拡散層同志が連結
する形で受光部ｎ型拡散層５と相互に接続され、これら
の素子を接続する配線２２が形成され、それらを覆って
層間絶縁膜９が形成される。
【００３４】本実施形態においては、周辺ＭＯＳＦＥＴ
８と信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ１８を同時に形成した
が、周辺ＭＯＳＦＥＴ８と信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ
１８を別の工程で形成しても良いことは言うまでもな
い。
８と信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ１８を同時に形成した
が、周辺ＭＯＳＦＥＴ８と信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ
１８を別の工程で形成しても良いことは言うまでもな
い。
【００３５】また、図２（ｂ）、（ｃ）においては、ｐ
型ウェル４及び受光部ｎ型拡散層５は、互いにその側面
を接して、或いは、一部重ならせて形成されているが、
必ずしも、この構成に限定されるものではなく、ｐ型ウ
ェル４及び受光部ｎ型拡散層５が互いに離間していても
良いのである。
型ウェル４及び受光部ｎ型拡散層５は、互いにその側面
を接して、或いは、一部重ならせて形成されているが、
必ずしも、この構成に限定されるものではなく、ｐ型ウ
ェル４及び受光部ｎ型拡散層５が互いに離間していても
良いのである。
【００３６】さらに、ｐ型ウェル４は、受光部ｎ型拡散
層５の周囲を全て囲む必要はなく、光により発生する信
号電荷の収集効率が良い範囲内において受光部ｎ型拡散
層５の一部を囲むように形成されていても良いことは言
うまでもない。
層５の周囲を全て囲む必要はなく、光により発生する信
号電荷の収集効率が良い範囲内において受光部ｎ型拡散
層５の一部を囲むように形成されていても良いことは言
うまでもない。
【００３７】さらに、受光部ｎ型拡散層５は、信号電荷
排出用ＭＯＳＦＥＴ１８のソース・ドレインｎ型拡散層
１６よりも拡散層深さが深く、また、信号電荷排出用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１８のソース・ドレインｎ型拡散層１６より
も低濃度に形成されている。
排出用ＭＯＳＦＥＴ１８のソース・ドレインｎ型拡散層
１６よりも拡散層深さが深く、また、信号電荷排出用Ｍ
ＯＳＦＥＴ１８のソース・ドレインｎ型拡散層１６より
も低濃度に形成されている。
【００３８】また、信号電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ１８の
ソース・ドレインｎ型拡散層１６は、その一部が、図２
（ｃ）のように、受光部ｎ型拡散層５と重なる形状に形
成されているが、受光部ｎ型拡散層５の上面に蓋をする
形で覆っていても良い。
ソース・ドレインｎ型拡散層１６は、その一部が、図２
（ｃ）のように、受光部ｎ型拡散層５と重なる形状に形
成されているが、受光部ｎ型拡散層５の上面に蓋をする
形で覆っていても良い。
【００３９】図２（ｂ）、（ｃ）の構造を採ることによ
り、受光部ｎ型拡散層５のｐｎ接合が、ｐ型Ｓｉ基板１
１中の深い位置に形成され、空乏層がｐ型Ｓｉ基板１１
中深くに延びやすくなるため、ｐ型Ｓｉ基板１１の裏面
からの信号電荷を収集しやすくなる。
り、受光部ｎ型拡散層５のｐｎ接合が、ｐ型Ｓｉ基板１
１中の深い位置に形成され、空乏層がｐ型Ｓｉ基板１１
中深くに延びやすくなるため、ｐ型Ｓｉ基板１１の裏面
からの信号電荷を収集しやすくなる。
【００４０】また、隣接する受光部ｎ型拡散層５の間に
ｐ型ウェル４が形成されているため、ノイズとなる隣接
受光部ｎ型拡散層５からの信号電荷が飛び込んでくるの
を防ぐことが出来る。
ｐ型ウェル４が形成されているため、ノイズとなる隣接
受光部ｎ型拡散層５からの信号電荷が飛び込んでくるの
を防ぐことが出来る。
【００４１】次に、本発明の第３の実施形態について、
図３を参照して説明する。
図３を参照して説明する。
【００４２】図３には、ＣＣＤセンサにおいてＣＣＤセ
ンサチップ６０の裏面に直接、指を接触させて指紋を撮
像する例を示す。
ンサチップ６０の裏面に直接、指を接触させて指紋を撮
像する例を示す。
【００４３】ＣＣＤセンサチップ６０にはＳｉ基板５１
の上にアレイ状の受光部５２、受光部５２の信号電荷を
出力する出力ＭＯＳＦＥＴ、素子を相互接続する配線６
２、素子を覆う層間絶縁膜５９を有するＣＣＤセンサが
形成されており、Ｓｉ基板５１の裏面は絶縁膜５３で覆
われている。絶縁膜５３には、第１の実施形態と同様
に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化
膜等が使用されている。
の上にアレイ状の受光部５２、受光部５２の信号電荷を
出力する出力ＭＯＳＦＥＴ、素子を相互接続する配線６
２、素子を覆う層間絶縁膜５９を有するＣＣＤセンサが
形成されており、Ｓｉ基板５１の裏面は絶縁膜５３で覆
われている。絶縁膜５３には、第１の実施形態と同様
に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化
膜等が使用されている。
【００４４】センサチップ６０はその裏面が露出してい
る。従って、センサチップ６０の裏面の絶縁膜５３上に
直接、指７０を接触させると、蛍光灯やＬＥＤなどの光
８０、８１によって指紋７１の稜線部からの光８２が受
光部５２に入射され、指紋像が撮像される。
る。従って、センサチップ６０の裏面の絶縁膜５３上に
直接、指７０を接触させると、蛍光灯やＬＥＤなどの光
８０、８１によって指紋７１の稜線部からの光８２が受
光部５２に入射され、指紋像が撮像される。
【００４５】固体撮像装置として、ＣＣＤセンサを使用
する場合もＣＭＯＳイメージセンサと同様の効果があ
り、チップの信頼性を向上させることができる。
する場合もＣＭＯＳイメージセンサと同様の効果があ
り、チップの信頼性を向上させることができる。
【００４６】以上の実施形態においては、指紋の撮像を
例として挙げたが、撮像対象は指紋に限定されることは
なく、指紋以外の撮像体であっても良い。
例として挙げたが、撮像対象は指紋に限定されることは
なく、指紋以外の撮像体であっても良い。
【００４７】また、以上の実施形態においては、指とい
う被撮像体を、半導体基板の裏面に静止した状態で置い
た状態で撮像することにより行われる例を挙げたが、被
撮像体を半導体基板の裏面に置いた後、被撮像体を移動
させながら撮像するという形態に対しても本発明の固体
撮像装置を適用できることは言うまでもない。
う被撮像体を、半導体基板の裏面に静止した状態で置い
た状態で撮像することにより行われる例を挙げたが、被
撮像体を半導体基板の裏面に置いた後、被撮像体を移動
させながら撮像するという形態に対しても本発明の固体
撮像装置を適用できることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
装置は、チップの裏面に絶縁膜を介して被撮像体を接触
させ、そこからの光により発生する信号電荷を受光部に
効率よく収集する構成であり、さらに、受光部が、信号
電荷の侵入しにくいバリア層に隣接することにより効率
よく信号電荷を受光部に収集できると共に、チップの破
損、素子の特性劣化及び静電破壊を防ぎ、チップの信頼
性を向上させることが可能となる。
装置は、チップの裏面に絶縁膜を介して被撮像体を接触
させ、そこからの光により発生する信号電荷を受光部に
効率よく収集する構成であり、さらに、受光部が、信号
電荷の侵入しにくいバリア層に隣接することにより効率
よく信号電荷を受光部に収集できると共に、チップの破
損、素子の特性劣化及び静電破壊を防ぎ、チップの信頼
性を向上させることが可能となる。
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置を示す
模式断面図である。
模式断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置及び本
発明の第１、２の実施形態の受光部近傍の様子を示す断
面図である。
発明の第１、２の実施形態の受光部近傍の様子を示す断
面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の固体撮像装置を示す
模式断面図である。
模式断面図である。
【図４】従来の固体撮像装置を示す模式断面図である。
１、５１、１０１ Ｓｉ基板
２、５２、１０２ 受光部
３、５３、１０３ 絶縁膜
４ ｐ型ウェル
５ 受光部ｎ型拡散層
６、１６ ソース・ドレインｎ型拡散層
７ ゲート電極
８、１０８ 周辺ＭＯＳＦＥＴ
９、５９、１０９ 層間絶縁膜
１０、１１０ ＣＭＯＳイメージセンサチップ
１１ ｐ型Ｓｉ基板
１２、２２、６２、１１２ 配線
１３ ｐ型領域
１８ 電荷排出用ＭＯＳＦＥＴ
２０、７０、１２０ 指
２１、７１、１２１ 指紋
３０、３１、３２、８０、８１、８２、１３０、１３
１、１３２ 光 ６０ ＣＣＤセンサチップ
１、１３２ 光 ６０ ＣＣＤセンサチップ
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平１−187858（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−260630（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−245386（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−95680（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 27/14 - 27/148
H01L 29/762
H01L 21/339
H04N 5/335
G06T 1/00
Claims (17)
- 【請求項１】 半導体基板と、前記半導体基板の一方の
表面近傍に形成された受光部とを有し、前記半導体基板
の他方の表面からの光を電気信号に変換する固体撮像装
置であって、前記半導体基板の他方の表面は、固定電位
であって被撮像体が直接接触されるものであり、前記被
撮像体からの光を前記半導体基板の他方の表面を通して
前記半導体基板の内部に侵入させ、前記被撮像体からの
光により前記半導体基板の内部で光電変換された電荷を
前記受光部で受けて前記被撮像体を撮像することを特徴
とする固体撮像装置。 - 【請求項２】 半導体基板と、前記半導体基板の一方の
表面近傍に形成された受光部とを有し、前記半導体基板
の他方の表面からの光を電気信号に変換する固体撮像装
置であって、前記半導体基板の他方の表面は固定電位で
あり、前記半導体基板の他方の表面に絶縁膜が堆積され
ており、前記絶縁膜は被撮像体が直接接触されるもので
あり、前記被撮像体からの光を前記絶縁膜と前記半導体
基板の他方の表面を通して前記半導体基板の内部に侵入
させ、前記被撮像体からの光により前記半導体基板の内
部で光電変換された電荷を前記受光部で受けて前記被撮
像体を撮像することを特徴とする固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、シリコン酸窒化膜のいずれか、或いは、それ
らの組み合わせからなる積層膜である請求項２記載の固
体撮像装置。 - 【請求項４】 前記被撮像体に可視光、近赤外光、或い
は、赤外光を照射することにより前記被撮像体を撮像す
る請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項５】 前記半導体基板が一導電型の半導体基板
であり、前記受光部は逆導電型の受光部拡散層であり、
前記半導体基板の不純物濃度が１×１０17／ｃｍ3以下
の不純物濃度である請求項１乃至４のいずれかに記載の
固体撮像装置。 - 【請求項６】 前記半導体基板が一導電型の半導体基板
であり、前記受光部を構成する逆導電型の受光部拡散層
は、隣接する受光部拡散層の間に一導電型のバリア層を
有し、前記受光部拡散層の底面は前記バリア層よりも不
純物濃度の低い一導電型の拡散領域と接する請求項１乃
至５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項７】 前記バリア層は、前記受光部拡散層より
も深く形成される請求項６記載の固体撮像装置。 - 【請求項８】 前記バリア層は、前記受光部拡散層を包
囲して形成される請求項６又は７記載の固体撮像装置。 - 【請求項９】 前記バリア層は、前記受光部拡散層の側
面に少なくとも接するべく形成される請求項６乃至８の
いずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１０】 前記拡散領域は、前記半導体基板の一
部である請求項６乃至９のいずれかに記載の固体撮像装
置。 - 【請求項１１】 前記受光部拡散層は、前記受光部拡散
層の不純物濃度よりも高い不純物濃度の逆導電型の拡散
層に接続される請求項６乃至１０のいずれかに記載の固
体撮像装置。 - 【請求項１２】 前記逆導電型の拡散層は、その一部が
前記バリア層の表面に形成され、前記バリア層内に形成
されたトランジスタのソース・ドレイン領域を兼ねる請
求項１１記載の固体撮像装置。 - 【請求項１３】 前記半導体基板に形成される素子が、
ＣＭＯＳイメージセンサである請求項１乃至１２のいず
れかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１４】 前記半導体基板に形成される素子が、
ＣＣＤセンサである請求項１乃至４のいずれかに記載の
固体撮像装置。 - 【請求項１５】 前記半導体基板の他方の表面は、接地
されていることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれ
かに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１６】 前記半導体基板の他方の表面の側に
は、配線が形成されていないことを特徴とする請求項１
乃至１５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 【請求項１７】 前記被撮像体は指であり、撮像対象は
指紋であることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれ
かに記載の固体撮像装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000215597A JP3530466B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 固体撮像装置 |
| US09/907,036 US7030919B2 (en) | 2000-07-17 | 2001-07-17 | Solid state image pick-up device |
| US11/268,812 US8233063B2 (en) | 2000-07-17 | 2005-11-07 | Solid state image pick-up device for imaging an object placed thereon |
| US13/550,256 US8416330B2 (en) | 2000-07-17 | 2012-07-16 | Solid state imaging device for imaging an object placed thereon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000215597A JP3530466B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 固体撮像装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002033469A JP2002033469A (ja) | 2002-01-31 |
| JP3530466B2 true JP3530466B2 (ja) | 2004-05-24 |
Family
ID=18710996
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000215597A Expired - Lifetime JP3530466B2 (ja) | 2000-07-17 | 2000-07-17 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| US (3) | US7030919B2 (ja) |
| JP (1) | JP3530466B2 (ja) |
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| JP2005018594A (ja) * | 2003-06-27 | 2005-01-20 | Canon Inc | 指紋入力装置、その製造方法、及び個人認証システム |
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| JP4980665B2 (ja) * | 2006-07-10 | 2012-07-18 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
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| JP5432979B2 (ja) * | 2011-12-22 | 2014-03-05 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP2012142602A (ja) * | 2012-03-26 | 2012-07-26 | Renesas Electronics Corp | 固体撮像装置 |
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| JP5711323B2 (ja) * | 2013-08-29 | 2015-04-30 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| CN105428339A (zh) * | 2015-12-01 | 2016-03-23 | 华天科技（西安）有限公司 | 一种防静电的指纹传感芯片封装结构及制造方法 |
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| KR940005802B1 (ko) * | 1991-07-09 | 1994-06-23 | 삼성전자 주식회사 | Cmos 반도체장치 및 그 제조방법 |
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-
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- 2005-11-07 US US11/268,812 patent/US8233063B2/en not_active Expired - Fee Related
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- 2012-07-16 US US13/550,256 patent/US8416330B2/en not_active Expired - Fee Related
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