JP6890004B2 - Solid-state image sensor and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換膜と、半導体技術で作製される信号読出回路を電気的に接続してなるCMOSイメージセンサー等の固体撮像素子およびその製造方法に関し、詳しくは光電変換膜に多結晶セレンを用いた固体撮像素子およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state image sensor such as a CMOS image sensor formed by electrically connecting a photoelectric conversion film and a signal reading circuit manufactured by semiconductor technology, and a method for manufacturing the same. It relates to a solid-state image sensor used and a method for manufacturing the same.
近年、テレビ用カメラやデジタルカメラなどに用いられるイメージセンサー(撮像素子)の画素サイズは急速に小さくなってきており、1画素当たりの光の利用効率が大幅に低下することから感度不足が問題となってきている。 In recent years, the pixel size of image sensors (image sensors) used in television cameras and digital cameras has been rapidly decreasing, and the efficiency of light utilization per pixel is significantly reduced, resulting in insufficient sensitivity. It has become to.
このようなイメージセンサーはSi基板を用いた固体撮像素子(シリコンフォトダイオード)が主流となっているが、このようなシリコンフォトダイオードによっては光電変換を行う上で性能上の限界が近付いているといえる。 Solid-state image sensors (silicon photodiodes) that use Si substrates are the mainstream for such image sensors, but it is said that some such silicon photodiodes are approaching their performance limits in performing photoelectric conversion. I can say.
一方で、セレンをアモルファス状態で基板上に成膜した後、加熱することで多結晶化させ、光吸収率を向上させるとともに可視光の分光感度の帯域を拡げた光電変換膜とすることができることが知られている(下記非特許文献1を参照)。
また、従来のシリコンフォトダイオードに替えて、光電変換膜をCMOSイメージセンサー上に積層させて、感度を向上させる試みもなされている(下記非特許文献2を参照)。
On the other hand, it is possible to form a photoelectric conversion film in which selenium is formed on a substrate in an amorphous state and then polycrystallized by heating to improve the light absorption rate and widen the spectral sensitivity band of visible light. Is known (see Non-Patent Document 1 below).
Further, an attempt has been made to improve the sensitivity by laminating a photoelectric conversion film on a CMOS image sensor instead of the conventional silicon photodiode (see Non-Patent Document 2 below).
図3(a)に示すように、結晶化セレン膜(多結晶膜)105を回路基板130上に形成するには、一度アモルファス状態でセレンを成膜した後、加熱によって結晶化させる、という手法がとられるが、結晶化した際の膜の表面(基板に接する面と反対の面)には細かい凹凸が生じてしまう。
一方、光電変換膜として使用する際は、光が入射しない状態で発生する電荷(暗電流)を低減することが求められるため、結晶セレン膜(p型となる)105の上にn型材料の膜(n型層103)を積層(スパッタ法や真空蒸着法などを用いて堆積・成膜)してp/n接
合面を形成する必要がある。
As shown in FIG. 3A, in order to form the crystallized selenium film (polycrystalline film) 105 on the circuit board 130, a method of forming selenium once in an amorphous state and then crystallizing it by heating. However, fine irregularities occur on the surface of the film when it is crystallized (the surface opposite to the surface in contact with the substrate).
On the other hand, when used as a photoelectric conversion film, it is required to reduce the electric charge (dark current) generated in a state where light is not incident, so that an n-type material is placed on the crystalline selenium film (p-type) 105. It is necessary to form a p / n joint surface by laminating a film (n-type layer 103) (depositing / forming a film by using a sputtering method, a vacuum deposition method, or the like).
しかし、結晶化させた表面に凹凸が生じている結晶セレン膜105の上にn型層103
を積層した場合はp/n接合が不十分となり、暗電流は低減できない。
However, the n-type layer 103 is placed on the crystal selenium film 105 having irregularities on the crystallized surface.
When these are laminated, the p / n junction becomes insufficient and the dark current cannot be reduced.
逆に、図3(b)に示すように、回路基板230上にn型材料の膜(n型層203)を
成膜した平らな膜上にアモルファスセレン膜を形成し結晶化させれば、平坦なp/n接合面
を作製することはできるが、結晶セレン膜205の表面の凹凸に、膜中に電界を印加するために形成する透明電極膜202の表面が倣った凹凸形状となってしまい、これによって
断線状態が生じてしまう。
On the contrary, as shown in FIG. 3B, if an amorphous selenium film is formed and crystallized on a flat film in which an n-type material film (n-type layer 203) is formed on the circuit substrate 230, Although a flat p / n joint surface can be produced, the surface of the transparent electrode film 202 formed by applying an electric field into the film has an uneven shape that follows the unevenness of the surface of the crystalline selenium film 205. This causes a disconnection state.
仮に、結晶セレン膜305(図3(c)を参照)の凹凸面自体を研磨した場合には、膜自体のクラックや欠陥が生じやすくなり、特性が劣化する虞がある。また、凹凸面に画素毎の接続用の金属電極(接続用電極320)を設け、この接続用電極320を、信号読出回路の回路基板330の画素電極334と接合させる手法も考えられるが、図3(c)に示すように、結晶セレン膜305の凹凸面上に積層したこの接続用電極320の表面は、結晶セレン膜305の凹凸面に倣って凹凸が生じてしまい、これにより画素電極334毎に接続用電極320との接触面積が変わり、受光領域全面で、この接続用電極320を上記画素電極334と均一に接合させることは難しい。これは、画素毎の接触抵抗のばらつきを引き起こし出力画像の面内均一性を劣化させる要因となる。 If the uneven surface itself of the crystalline selenium film 305 (see FIG. 3C) is polished, cracks and defects of the film itself are likely to occur, and the characteristics may deteriorate. Further, a method is also conceivable in which a metal electrode for connection (connection electrode 320) for each pixel is provided on the uneven surface, and the connection electrode 320 is joined to the pixel electrode 334 of the circuit board 330 of the signal reading circuit. As shown in 3 (c), the surface of the connecting electrode 320 laminated on the uneven surface of the crystalline selenium film 305 has irregularities following the uneven surface of the crystalline selenium film 305, which causes the pixel electrode 334. The contact area with the connection electrode 320 changes each time, and it is difficult to uniformly join the connection electrode 320 with the pixel electrode 334 over the entire light receiving region. This causes variations in the contact resistance of each pixel and causes deterioration of the in-plane uniformity of the output image.
接続用電極320を厚く形成してから研磨し平坦化する手法も考えられるが、接続用電極320と結晶セレン膜305との間の密着性に問題があるため、研磨中に膜はがれが生じてしまう虞がある。 A method of forming the connecting electrode 320 thickly and then polishing and flattening it is conceivable, but there is a problem in the adhesion between the connecting electrode 320 and the crystalline selenium film 305, so that the film peels off during polishing. There is a risk that it will end up.
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、光電変換膜を構成するセレンの結晶化の際、セレン膜の表面に凹凸が生じても良好な特性のものを形成することができ、この光電変換膜を半導体加工技術で作製された信号読出回路と組み合わせても、クラック等の発生を抑制しつつ、感度を向上させ得る、固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and when the selenium constituting the photoelectric conversion film is crystallized, it is possible to form a selenium having good characteristics even if the surface of the selenium film is uneven. It is an object of the present invention to provide a solid-state image sensor and a method for manufacturing the same, which can improve the sensitivity while suppressing the occurrence of cracks and the like even when the photoelectric conversion film is combined with a signal reading circuit manufactured by semiconductor processing technology. Is.
以上の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子およびその製造方法は以下のような構成とされている。
すなわち、本発明の固体撮像素子は、
光電変換部と、半導体技術を用いてなる信号読出回路部とが一体化されてなる固体撮像素子において、
前記光電変換部は、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、各画素に対応するように位置する接続用電極と、がこの順に配設されてなるとともに、前記接続用電極との接合部および前記透明電極膜に対向する面を除き、前記n型層および前記p型層からなる光電変換膜が、この光電変換膜の、研磨時における剥がれを防止する、保護膜として機能する絶縁体により当接して取り囲まれるように、かつ、前記各画素に対応するように該絶縁体に穿設された開口部に埋め込まれた前記接続用電極が、一端側は該光電変換膜と接合するように、他端側は該開口部から、研磨処理により平坦とされた先端面が微小量だけとび出るように、または、該開口部の周囲の絶縁体表面と、研磨処理により面一となるように配されてなり、
前記信号読出回路部は、基板上に配された信号読出回路と、該信号読出回路の各画素に対応する回路毎に設けられた画素電極を有する回路基板からなり、
前記光電変換部と前記信号読出回路部とを、前記接続用電極の各々と、該各々の接続用電極に対応する画素電極が互いに接合することにより一体化されてなることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the solid-state image sensor of the present invention and the manufacturing method thereof have the following configurations.
That is, the solid-state image sensor of the present invention is
In a solid-state image sensor in which a photoelectric conversion unit and a signal reading circuit unit using semiconductor technology are integrated.
In the photoelectric conversion unit, a transparent electrode film, an n-type layer, a p-type layer made of crystalline selenium, and connection electrodes located so as to correspond to each pixel are arranged in this order on a translucent substrate. The photoelectric conversion film composed of the n-type layer and the p-type layer is formed during polishing of the photoelectric conversion film, except for the joint portion with the connection electrode and the surface facing the transparent electrode film. The connection electrode embedded in an opening formed in the insulator so as to be abutted and surrounded by an insulator functioning as a protective film, and corresponding to each pixel. However, one end side is bonded to the photoelectric conversion film, and the other end side is such that the tip surface flattened by the polishing treatment protrudes from the opening by a minute amount, or around the opening. It is arranged so that it is flush with the surface of the insulator by polishing.
The signal reading circuit unit includes a signal reading circuit arranged on the substrate and a circuit board having pixel electrodes provided for each circuit corresponding to each pixel of the signal reading circuit.
And said photoelectric conversion portion and the signal reading circuit section, characterized and each of the connection electrodes, that picture element electrode that corresponds to the connection electrodes of the each formed by integrally by joining together It is a thing.
また、前記絶縁体は、SiOxNy(0≦ x、0≦ y)からなることが好ましい。
さらに、前記接続用電極は、Auからなることが好ましい。
Further, the insulator is preferably made of SiOxNy (0 ≦ x, 0 ≦ y).
Further, the connection electrode is preferably made of Au.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、
光電変換部と、半導体技術を用いてなる信号読出回路部とを一体化する固体撮像素子の製造方法において、
前記光電変換部を、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、をこの順に積層することにより形成し、次に、該n型層と該p型層からなる光電変換膜を、この光電変換膜の、研磨時における剥がれを防止する、保護膜として機能する絶縁体により被覆し、次に、該絶縁体の各画素に対応する位置に、前記信号読出回路部との対向面側から前記光電変換膜に達する開口部を穿設し、この開口部、および前記信号読出回路部との対向面側を所定の金属により埋め込み、被覆し、次に、この所定の金属が、この開口部から微小量だけとび出るように、またはこの開口部周囲の絶縁体表面と面一となるように、前記所定の金属を研磨し、
この後、前記所定の金属からなる接続用電極の各々を、該信号読出回路部の対応する画素電極と接合することにより前記光電変換部と前記信号読出回路部とを一体化する、ことを特徴とするものである。
Further, the method for manufacturing the solid-state image sensor of the present invention is
In a method for manufacturing a solid-state image sensor that integrates a photoelectric conversion unit and a signal reading circuit unit using semiconductor technology.
The photoelectric conversion unit is formed by laminating a transparent electrode film, an n-type layer, and a p-type layer made of crystalline selenium on a translucent substrate in this order, and then the n-type layer and the n-type layer. The photoelectric conversion film composed of the p-type layer is covered with an insulator that functions as a protective film that prevents the photoelectric conversion film from peeling off during polishing , and then at a position corresponding to each pixel of the insulator. An opening reaching the photoelectric conversion film is formed from the surface facing the signal reading circuit portion, and the opening and the facing surface side facing the signal reading circuit portion are embedded and covered with a predetermined metal. Next, the predetermined metal is polished so that the predetermined metal protrudes from the opening by a small amount or is flush with the surface of the insulator around the opening.
After that, each of the connection electrodes made of the predetermined metal is joined to the corresponding pixel electrode of the signal reading circuit unit to integrate the photoelectric conversion unit and the signal reading circuit unit. Is to be.
また、前記開口部および前記光電変換部の前記信号読出回路部との対向面側を所定の金属により埋め込み、被覆する処理が電気メッキ法であることが好ましい。
また、前記所定の金属を研磨する処理はCMP研磨であることが好ましい。
Further, it is preferable that the electroplating method is a process of embedding and covering the opening and the side of the photoelectric conversion unit facing the signal reading circuit unit with a predetermined metal.
Further, the treatment for polishing the predetermined metal is preferably CMP polishing.
本発明の固体撮像素子においては、光電変換部は、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、各画素に対応するように位置する接続用電極と、
がこの順に配置されてなるとともに、接続用電極との接合部を除き、光電変換膜が絶縁体により取り囲まれるように配されている。さらに、上記接続用電極は、絶縁体内を延び、信号読出回路部の各画素電極と接合される。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法においては、光電変換部を、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、をこの順に積層することにより
形成し、次に、該n型層と該p型層とからなる光電変換膜を絶縁体により被覆し、次に、
該絶縁体の各画素に対応する位置に、前記信号読出回路部との対向面側から前記光電変換膜に達する開口部を穿設し、この開口部、および前記信号読出回路部との対向面側の面を所定の金属により埋め込み、被覆し、この所定の金属が、この開口部から微小量だけとび出るように、またはこの開口部周囲の絶縁体表面と面一となるように、前記所定の金属を研磨している。
In the solid-state image sensor of the present invention, the photoelectric conversion unit is connected to a transparent electrode film, an n-type layer, and a p-type layer made of crystalline selenium on a translucent substrate so as to correspond to each pixel. For electrodes and
Are arranged in this order, and the photoelectric conversion film is arranged so as to be surrounded by an insulator except for the joint portion with the connection electrode. Further, the connection electrode extends inside the insulator and is joined to each pixel electrode of the signal reading circuit section.
Further, in the method for manufacturing a solid-state image sensor of the present invention, the photoelectric conversion unit is laminated on a translucent substrate in this order with a transparent electrode film, an n-type layer, and a p-type layer made of crystalline selenium. Then, the photoelectric conversion film composed of the n-type layer and the p-type layer is coated with an insulator, and then
An opening that reaches the photoelectric conversion film from the side facing the signal reading circuit section is formed at a position corresponding to each pixel of the insulator, and the opening and the facing surface of the signal reading circuit section are formed. The side surface is embedded and coated with a predetermined metal so that the predetermined metal protrudes from the opening by a small amount or is flush with the surface of the insulator around the opening. Is polishing the metal.
このように、本願発明の固体撮像素子およびその製造方法によれば、画素電極と接合される接続用電極が所定長の絶縁体内を通過し、さらにその絶縁体上にも積層されるように構成されているので、光電変換膜表面の凹凸に倣って形成された接続用電極の表面の凹凸を研磨することができ、他の表面に形成された凹凸により不都合が生じることがない。
これにより、本願発明の固体撮像素子およびその製造方法によっては、前述したような従来技術の問題を解決することができる。すなわち、光電変換膜のp/n接合が不完全(
図3(a)参照)となることがなく、透明電極が不均一(図3(b)参照)となることがなく、光電変換部側の接続用電極と画素電極との接合が不均一(図3(c)参照)となることがなく、クラックなどの発生を抑制しつつ、高感度な固体撮像素子を得ることができる。
As described above, according to the solid-state image sensor of the present invention and the method for manufacturing the same, the connection electrode bonded to the pixel electrode passes through the insulator having a predetermined length and is further laminated on the insulator. Therefore, it is possible to polish the unevenness of the surface of the connecting electrode formed by imitating the unevenness of the surface of the photoelectric conversion film, and the unevenness formed on the other surface does not cause any inconvenience.
Thereby, depending on the solid-state image sensor of the present invention and the manufacturing method thereof, the above-mentioned problems of the prior art can be solved. That is, the p / n bonding of the photoelectric conversion film is incomplete (
(See FIG. 3 (a)), the transparent electrode does not become non-uniform (see FIG. 3 (b)), and the connection between the connection electrode on the photoelectric conversion unit side and the pixel electrode is non-uniform (see FIG. 3 (b)). (See FIG. 3C), and a highly sensitive solid-state image sensor can be obtained while suppressing the occurrence of cracks and the like.
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子およびその製造方法について図面を用いて説明する。
まず、図1を用いて本実施形態に係る固体撮像素子について説明する。
Hereinafter, the solid-state image sensor and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the solid-state image sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
この固体撮像素子50は、光電変換部60と信号読出回路部70を接合してなるものである。
この光電変換部60は、透光性の基板1上に、透明電極膜2、n型層3および結晶セレ
ン膜(p型層)5、および接続用電極(Au8)20と、がこの順に配置されてなる(光
電変換部積層体)とともに、接続用電極20との接合部、および透明電極膜2との対向面以外は、光電変換膜(n型層3および結晶セレン膜(p型層)5からなる)10が絶縁膜6に当接して取り囲まれるように配されている。
The solid-state image sensor 50 is formed by joining a photoelectric conversion unit 60 and a signal reading circuit unit 70.
In the photoelectric conversion unit 60, a transparent electrode film 2, an n-type layer 3, a crystalline selenium film (p-type layer) 5, and a connection electrode (Au8) 20 are arranged in this order on a translucent substrate 1. A photoelectric conversion film (n-type layer 3 and a crystalline selenium film (p-type layer)) other than the joint portion with the connecting electrode 20 and the surface facing the transparent electrode film 2 together with the (photoelectric conversion unit laminate). 10 (consisting of 5) is arranged so as to be in contact with and surrounded by the insulating film 6.
透光性の基板1はガラスや透明なプラスチックから構成され、透明電極膜2はITO、
ZnO等の透明電極材料から構成され、n型層3は酸化ガリウム(Ga2O3)等から構
成され、結晶セレン膜5は多結晶セレンから構成される。
The translucent substrate 1 is made of glass or transparent plastic, and the transparent electrode film 2 is ITO.
The n-type layer 3 is composed of gallium oxide (Ga 2 O 3 ) or the like, and the crystalline selenium film 5 is composed of polycrystalline selenium.
また、光電変換部積層体の透明電極膜2および光電変換膜10は絶縁膜6により被覆されており、また、各画素に対応する位置において、絶縁膜6の信号読出回路対向面となる面側から結晶セレン膜5の表面に至る開口部(図2(e)を参照)には接続用電極20(Au8)が設けられている。
なお、図1においては、接続用電極20が絶縁膜6の面(図1では下面)よりも若干外部にとび出るように形成されている。
Further, the transparent electrode film 2 and the photoelectric conversion film 10 of the photoelectric conversion unit laminate are covered with the insulating film 6, and the surface side of the insulating film 6 which is the signal reading circuit facing surface at the position corresponding to each pixel. A connection electrode 20 (Au8) is provided in the opening (see FIG. 2E) extending from the metal to the surface of the crystalline selenium film 5.
In FIG. 1, the connection electrode 20 is formed so as to protrude slightly outward from the surface of the insulating film 6 (lower surface in FIG. 1).
上記絶縁膜6は、SiO2、SiONおよびSiN等のSiの酸化物、窒化物および酸窒化物から生成される。したがって、その一般式は、SiOxNy(0≦ x、0≦ y)
で表される。
また、接続用電極20は、Auにより構成される。ただし、Auと結晶セレンの密着をよくするために間にTi層を設けてもよい。
The insulating film 6 is formed from an oxide of Si such as SiO 2 , SiON and SiN, a nitride and an oxynitride. Therefore, the general formula is SiOxNy (0 ≦ x, 0 ≦ y).
It is represented by.
Further, the connection electrode 20 is made of Au. However, a Ti layer may be provided between Au in order to improve the adhesion between Au and crystalline selenium.
一方、上記信号読出回路部70は、信号読出回路32を設けた回路基板30からなり、信号読出回路32の各画素回路に対応して画素電極34が設けられている。
このようにして構成された信号読出回路部70および上述した光電変換部60は、上記画素電極34と上記接続用電極20とを、各々接合することにより一体化されている。
前述したように、本実施形態においては、接続用電極20は、図1に示す絶縁膜6の下面から若干(例えばサブミクロンオーダー)とび出しているので、その分だけ、光電変換部60と信号読出回路部70の間に若干の隙間が空いている。
On the other hand, the signal reading circuit unit 70 is composed of a circuit board 30 provided with the signal reading circuit 32, and pixel electrodes 34 are provided corresponding to each pixel circuit of the signal reading circuit 32.
The signal reading circuit unit 70 and the photoelectric conversion unit 60 described above configured in this way are integrated by joining the pixel electrode 34 and the connection electrode 20 respectively.
As described above, in the present embodiment, the connection electrode 20 slightly protrudes (for example, on the submicron order) from the lower surface of the insulating film 6 shown in FIG. There is a slight gap between the read circuit units 70.
本実施形態の固体撮像素子50は、上述したような構成とされているので、光電変換膜10のp型層として用いられる結晶セレン膜5を、アモルファスセレン膜4から加熱して生成するときにこの結晶セレン膜5の表面に凹凸が生じた場合でも、この凹凸形状が、他の面に反映されることがなく、従来技術において、この凹凸形状が、他の面に反映されることにより生じていた種々の問題(図3(a)、(b)、(c))を解決することができる。 Since the solid-state imaging device 50 of the present embodiment has the above-described configuration, when the crystalline selenium film 5 used as the p-type layer of the photoelectric conversion film 10 is heated from the amorphous selenium film 4 to be formed. Even if the surface of the crystalline selenium film 5 is uneven, the uneven shape is not reflected on the other surface, and is generated by the uneven shape being reflected on the other surface in the prior art. It is possible to solve various problems (FIGS. 3A, 3B, and 3C).
次に、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法、特に上記光電変換部60についての製造方法について図2を用いて説明する。
まず、図2(a)に示すように、透光性基板1上に、ITO、ZnO等の材料によって透明電極膜2を、さらにGa2O3等の材料によってn型層3を、各々スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、所望の厚みに平坦に形成する。
Next, a method of manufacturing the solid-state image sensor according to the present embodiment, particularly the manufacturing method of the photoelectric conversion unit 60 will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 2A, the transparent electrode film 2 is sputtered on the translucent substrate 1 with a material such as ITO and ZnO, and the n-type layer 3 is sputtered with a material such as Ga 2 O 3 respectively. It is formed flat to a desired thickness by using a method, a vacuum deposition method, or the like.
次に、図2(b)に示すように、n型層3上にアモルファスセレン膜4を、スパッタ法や真空蒸着法等を用いて、所望の厚みに平坦に形成する。
次に、図2(c)に示すように、所望の厚さに成膜したアモルファスセレン膜4を加熱して、多結晶化させる。その際に、結晶セレン膜5の、n型層3と接する面は平坦となり、良好なp/n接合面が形成される。ただし、結晶セレン膜5の表面(n型層3とは反対の
面)には、結晶粒によって凹凸(段差)が生じる。
以上のようにして、光電変換部積層体を形成する工程が終了する。
Next, as shown in FIG. 2B, the amorphous selenium film 4 is formed flat on the n-type layer 3 to a desired thickness by using a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or the like.
Next, as shown in FIG. 2C, the amorphous selenium film 4 formed to a desired thickness is heated to undergo polycrystallization. At that time, the surface of the crystalline selenium film 5 in contact with the n-type layer 3 becomes flat, and a good p / n joint surface is formed. However, the surface of the crystal selenium film 5 (the surface opposite to the n-type layer 3) has irregularities (steps) due to the crystal grains.
As described above, the step of forming the photoelectric conversion unit laminate is completed.
次に、図2(d)に示すように、光電変換膜(n型層3と結晶セレン膜5)10(図1を参照)を全体的に絶縁膜6で被覆する。この絶縁膜6は、SiO2、SiON、SiN
等の絶縁材料を用いてCVD法、スパッタ法、あるいは真空蒸着法等を用いて形成する。この絶縁膜6は後述する研磨時の光電変換膜10の剥がれを防止する保護膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 2D, the photoelectric conversion film (n-type layer 3 and the crystalline selenium film 5) 10 (see FIG. 1) is entirely covered with the insulating film 6. The insulating film 6 includes SiO 2 , SiON, SiN.
It is formed by a CVD method, a sputtering method, a vacuum vapor deposition method, or the like using an insulating material such as. The insulating film 6 functions as a protective film for preventing the photoelectric conversion film 10 from peeling off during polishing, which will be described later.
つづいて、フォトリソグラフィ法を用いて、図2(e)に示すように、画素に相当する領域毎に絶縁膜6に開口部7を穿設し、結晶セレン膜5の表面が、この開口部7を通して露出するように形成する。 Subsequently, as shown in FIG. 2 (e), an opening 7 is formed in the insulating film 6 for each region corresponding to the pixel by using a photolithography method, and the surface of the crystalline selenium film 5 is the opening. It is formed so as to be exposed through 7.
次に、図2(f)に示すように、結晶セレン膜5と電気的に接続するための金属(本実施形態ではAu8:以下同じ)を絶縁膜6の開口部7に埋め込むとともに、この金属で絶縁膜6の表面も被覆する。絶縁膜6の表面の被覆厚としては、例えば1μmとする。この後、開口部7上および絶縁膜6上のこの金属部分を研磨する。
これにより、絶縁膜6上に設けられた金属部分が除去され、また、開口部7上の、結晶セレン膜5の凹凸形状を反映した金属部分の表面の凹凸部も除去される。
Next, as shown in FIG. 2 (f), a metal for electrically connecting to the crystalline selenium film 5 (Au8 in the present embodiment: the same applies hereinafter) is embedded in the opening 7 of the insulating film 6, and this metal is formed. Also covers the surface of the insulating film 6 with. The coating thickness of the surface of the insulating film 6 is, for example, 1 μm. After that, this metal portion on the opening 7 and the insulating film 6 is polished.
As a result, the metal portion provided on the insulating film 6 is removed, and the uneven portion on the surface of the metal portion on the opening 7 that reflects the uneven shape of the crystalline selenium film 5 is also removed.
以下、図2(f)を用いた上記製造工程を、上記金属としてAu8を用いたダマシンプロセスで行う場合について具体的に説明する。
まず、絶縁膜6の開口部7にAu8を埋め込むために、この絶縁膜6の上面全体をAuで電気メッキする。この電気メッキ層の厚さは、絶縁膜6の開口部7がAu8によって完全に埋まり、かつその後に行われる研磨による平坦化処理に必要な厚さを満たすものとされる。また、Auと結晶セレンの密着をよくすることとメッキ膜の成長の核とするためにAuの電気メッキ前にスパッタ等でTi層を設けてもよい。
Hereinafter, a case where the manufacturing process using FIG. 2 (f) is performed by a damascene process using Au8 as the metal will be specifically described.
First, in order to embed
この段階では、図2(f)に示されるように、開口部7の直上の電気メッキ層表面は、多結晶セレン表面の凹凸形状を反映したものとなる。電気メッキ処理をした後、化学的・機械的研磨(CMP)法を用いて、電気メッキ層を研磨し平坦化加工を行う。このとき、光電変換膜10の全面を被覆した絶縁膜6が保護膜として機能し、光電変換膜10のはがれを防止することができる。 At this stage, as shown in FIG. 2 (f), the surface of the electroplating layer directly above the opening 7 reflects the uneven shape of the surface of polycrystalline selenium. After electroplating, the electroplating layer is polished and flattened using a chemical / mechanical polishing (CMP) method. At this time, the insulating film 6 that covers the entire surface of the photoelectric conversion film 10 functions as a protective film, and peeling of the photoelectric conversion film 10 can be prevented.
さらに、図2(g)に示すように、絶縁膜6の直上の不要なAuが全て除去され、かつ開口部7に埋め込んだAu8の表面が平坦化された状態で研磨を終了する。この時埋め込んだAu8が絶縁膜6より低くならないようにする。すなわち、埋め込んだAu8が絶縁膜6よりも若干とび出た状態か、面一の状態となる(この場合、光電変換部60と信号読出回路部70の間の隙間はなくなる。)ように形成する。
Further, as shown in FIG. 2 (g), polishing is completed in a state where all unnecessary Au directly above the insulating film 6 is removed and the surface of
本実施形態の固体撮像素子の製造方法においては、電気メッキされたAu8をCMP研磨を用いて研磨するようにしているので、結晶セレン膜5の表面に生じた凹凸形状が、他の面に反映される、といった従来の問題を解決することができる。 In the method for manufacturing the solid-state image sensor of the present embodiment, since the electroplated Au8 is polished by CMP polishing, the uneven shape generated on the surface of the crystal selenium film 5 is reflected on other surfaces. It is possible to solve the conventional problem such as being done.
本発明の固体撮像素子およびその製造方法としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様の変更が可能である。例えば、上記実施形態においては、透光性基板1、透明電極膜2およびn型層3の具体的な形成材料が記載されているが、これらに限られるものではない。また膜厚としても、適宜選択することが可能である。 The solid-state image sensor and the method for manufacturing the solid-state image sensor of the present invention are not limited to those of the above-described embodiment, and various other aspects can be changed. For example, in the above embodiment, specific materials for forming the translucent substrate 1, the transparent electrode film 2, and the n-type layer 3 are described, but the present invention is not limited thereto. The film thickness can also be appropriately selected.
また、アモルファスセレンを結晶化する手法としても加熱法に限られるものではない。
絶縁膜6や画素電極34の形成材料としても、上記実施形態のものに限られるものではない。絶縁膜6の形成材料としては、光電変換膜10の周りに堆積し得る特性のものであればよく、樹脂を用いることもできる。
接続用電極20の形成材料としても、開口部7に埋め込むことができれば、他の金属や樹脂ベースの導通材料を用いてもよい。ただし、金をメッキする場合には、電気メッキを行うための核となるシード層がチタンで形成されるのが一般的であることから、オーミックをとりやすい、という利点がある。また、金を用いて接続用電極20とする場合は、信号読み出し回路側70の画素電極34も金とすれば、それらの接続に拡散接合が利用できより良好な導通特性と強固な接合が得られる。
Further, the method for crystallizing amorphous selenium is not limited to the heating method.
The material for forming the insulating film 6 and the pixel electrode 34 is not limited to that of the above embodiment. As the material for forming the insulating film 6, a resin may be used as long as it has a property that can be deposited around the photoelectric conversion film 10.
As a material for forming the connecting electrode 20, another metal or resin-based conductive material may be used as long as it can be embedded in the opening 7. However, when gold is plated, the seed layer, which is the core for electroplating, is generally formed of titanium, so that there is an advantage that it is easy to obtain an ohmic. Further, when the connection electrode 20 is made of gold, if the pixel electrode 34 of the signal readout circuit side 70 is also made of gold, diffusion bonding can be used for the connection, and better conduction characteristics and strong bonding can be obtained. Be done.
また、接続用電極20の形成材料を開口部7に埋め込む手法としては、電気メッキに限られるものではなく、金属材料をスパッタ法、真空蒸着法等の他の成膜手法を用いて行っても良い。ただし、電気メッキの手法を用いれば、製造が容易である。 Further, the method of embedding the forming material of the connecting electrode 20 in the opening 7 is not limited to electroplating, and a metal material may be formed by using another film forming method such as a sputtering method or a vacuum vapor deposition method. good. However, if the electroplating method is used, the production is easy.
また、樹脂ベースの導通材料をコーティングの手法を用いて開口部7を埋めるようにし、その上から、金属を成膜し、パターニングすることにより接続用電極20を形成してもよい。この場合には、樹脂ベースの導通材料で開口部7を埋める処理により、結晶セレン膜5の表面の凹凸形状の反映を低減することができる。
さらに、接続用電極20の研磨手法としては、CMP研磨に限られるものではなく、その他の研磨手法を用いてもよい。
Further, the connection electrode 20 may be formed by filling the opening 7 with a resin-based conductive material by a coating method, forming a metal film on the opening, and patterning the metal. In this case, the reflection of the uneven shape on the surface of the crystalline selenium film 5 can be reduced by the treatment of filling the opening 7 with the resin-based conductive material.
Further, the polishing method of the connecting electrode 20 is not limited to CMP polishing, and other polishing methods may be used.
1、301 透光性基板
2、102、202、302 透明電極膜
3、103、203、303 n型層
4 アモルファスセレン膜
5、105、205、305 結晶セレン膜
6 絶縁膜
7 開口部
8 Au
10 光電変換膜
20、320 接続用電極
30、130、230、330 回路基板
32 信号読出回路
34、334 画素電極
50 固体撮像素子
60 光電変換部
70 信号読出回路部
1,301 Translucent substrate 2, 102, 202, 302 Transparent electrode film 3, 103, 203, 303 n-type layer 4 Amorphous selenium film 5, 105, 205, 305 Crystalline selenium film 6 Insulation film 7
10 Photoelectric conversion film 20, 320 Connection electrode 30, 130, 230, 330 Circuit board 32 Signal read circuit 34, 334 Pixel electrode 50 Solid-state image sensor 60 Photoelectric conversion unit 70 Signal read circuit unit
Claims (6)
前記光電変換部は、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、各画素に対応するように位置する接続用電極と、がこの順に配設されてなるとともに、前記接続用電極との接合部および前記透明電極膜に対向する面を除き、前記n型層および前記p型層からなる光電変換膜が、この光電変換膜の、研磨時における剥がれを防止する、保護膜として機能する絶縁体により当接して取り囲まれるように、かつ、前記各画素に対応するように該絶縁体に穿設された開口部に埋め込まれた前記接続用電極が、一端側は該光電変換膜と接合するように、他端側は該開口部から、研磨処理により平坦とされた先端面が微小量だけとび出るように、または、該開口部の周囲の絶縁体表面と、研磨処理により面一となるように配されてなり、
前記信号読出回路部は、基板上に配された信号読出回路と、該信号読出回路の各画素に対応する回路毎に設けられた画素電極を有する回路基板からなり、
前記光電変換部と前記信号読出回路部とを、前記接続用電極の各々と、該各々の接続用電極に対応する画素電極が互いに接合することにより一体化されてなることを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state image sensor in which a photoelectric conversion unit and a signal reading circuit unit using semiconductor technology are integrated.
In the photoelectric conversion unit, a transparent electrode film, an n-type layer, a p-type layer made of crystalline selenium, and connection electrodes located so as to correspond to each pixel are arranged in this order on a translucent substrate. The photoelectric conversion film composed of the n-type layer and the p-type layer is formed during polishing of the photoelectric conversion film, except for the joint portion with the connection electrode and the surface facing the transparent electrode film. The connection electrode embedded in an opening formed in the insulator so as to be abutted and surrounded by an insulator functioning as a protective film, and corresponding to each pixel. However, one end side is bonded to the photoelectric conversion film, and the other end side is such that the tip surface flattened by the polishing treatment protrudes from the opening by a minute amount, or around the opening. It is arranged so that it is flush with the surface of the insulator by polishing.
The signal reading circuit unit includes a signal reading circuit arranged on the substrate and a circuit board having pixel electrodes provided for each circuit corresponding to each pixel of the signal reading circuit.
And said photoelectric conversion portion and the signal reading circuit section, characterized and each of the connection electrodes, that picture element electrode that corresponds to the connection electrodes of the each formed by integrally by joining together Solid-state image sensor.
前記光電変換部を、透光性基板上に、透明電極膜と、n型層と、結晶セレンからなるp型層と、をこの順に積層することにより形成し、次に、該n型層と該p型層からなる光電変換膜を、この光電変換膜の、研磨時における剥がれを防止する、保護膜として機能する絶縁体により被覆し、次に、該絶縁体の各画素に対応する位置に、前記信号読出回路部との対向面側から前記光電変換膜に達する開口部を穿設し、この開口部、および前記信号読出回路部との対向面側を所定の金属により埋め込み、被覆し、次に、この所定の金属が、この開口部から微小量だけとび出るように、またはこの開口部周囲の絶縁体表面と面一となるように、前記所定の金属を研磨し、
この後、前記所定の金属からなる接続用電極の各々を、該信号読出回路部の対応する画素電極と接合することにより前記光電変換部と前記信号読出回路部とを一体化する、ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 In a method for manufacturing a solid-state image sensor that integrates a photoelectric conversion unit and a signal reading circuit unit using semiconductor technology.
The photoelectric conversion unit is formed by laminating a transparent electrode film, an n-type layer, and a p-type layer made of crystalline selenium on a translucent substrate in this order, and then the n-type layer and the n-type layer. The photoelectric conversion film composed of the p-type layer is covered with an insulator that functions as a protective film that prevents the photoelectric conversion film from peeling off during polishing , and then at a position corresponding to each pixel of the insulator. An opening reaching the photoelectric conversion film is formed from the surface facing the signal reading circuit portion, and the opening and the facing surface side facing the signal reading circuit portion are embedded and covered with a predetermined metal. Next, the predetermined metal is polished so that the predetermined metal protrudes from the opening by a small amount or is flush with the surface of the insulator around the opening.
After that, each of the connection electrodes made of the predetermined metal is joined to the corresponding pixel electrode of the signal reading circuit unit to integrate the photoelectric conversion unit and the signal reading circuit unit. A method for manufacturing a solid-state image sensor.
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