CN1444287A - 固态摄像元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种固态摄像元件及其制造方法，其中，绝缘膜(22)由具有光学透明性的绝缘材料构成，例如由折射率1.4～1.5的氧化硅构成。该绝缘膜(22)形成在转移电极(7)之上，在沟道区域(5)上的隔离区域(4)一侧，具有膜厚向着隔离区域(4)连续地变厚的形状。保护膜(23)由具有光学透明性的材料构成，由折射率比绝缘膜(22)高的例如高出2左右的氮化硅构成。该保护膜(23)覆盖绝缘膜(22)的表面全体而形成，它的表面平坦地形成。从而可以提高固态摄像元件的感光灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及能改善感光效率的固态摄像元件及其制造方法。
背景技术
图10是表示以往的帧传输方式的固态摄像元件的概略结构的俯视图。帧传输方式的固态摄像元件1具有摄像部1i、存储部1s、水平传输部1h和输出部1d。摄像部1i由在垂直方向彼此平行配置的多个垂直移位寄存器构成，垂直移位寄存器的各位形成各感光象素。存储部1s由与构成摄像部1i的多个垂直移位寄存器连续的多个垂直移位寄存器构成。水平传输部1h由设置在存储部1s的输出一侧的一列水平移位寄存器构成，它的各位与多个垂直移位寄存器的各列对应。输出部1d具有接受从水平传输部1h输出的信息电荷的电容。
在该结构中，构成摄像部1i的多个感光象素所产生的信息电荷，在给定的期间保存在各感光象素中，响应垂直传输时钟φv，依次以一行为单位传输给水平传输部1h。传输给水平传输部1h的信息电荷，响应水平传输时钟φh，依次以一象素为单位传输给输出部1d，并依次变换为电压值，作为图像信号Y(t)输出。
图11是表示摄像部1i的一部分结构(图10中的区域A)的俯视图，图12是图11的X-X剖视图。
在N型的硅衬底2的一个主面上形成了成为元件区域的P型的扩散层3。在该P型的扩散层的表面区域，彼此隔开一定距离，平行配置了多个注入了高浓度的P型杂质的隔离区域4。在这些隔离区域4之间形成了N型的扩散层，形成了成为信息电荷的传输路线的多个沟道区域5。在多个沟道区域5之上隔着薄的由氧化硅构成的栅绝缘膜6，平行配置了在与多个沟道区域5交叉的方向延伸的多晶硅的多个转移电极7。在这些转移电极7上，例如外加了三相的帧传输时钟φf1～φf3，通过这些时钟脉冲使沟道区域5的电位的状态受到控制。在多个转移电极7之上形成了与栅绝缘膜为同一材料的层间绝缘膜，在这些层间绝缘膜上，覆盖隔离区域5地配置了例如由铝构成的多条电力供给线8。这些电力供给线8，在隔离区域5和转移电极7的交点，通过在层间绝缘膜上以给定的间隔形成的接触孔11，与转移电极7连接。例如当为三相驱动时，每隔两个转移电极7，就设置了接触孔11，各电力供给线8每隔两个就连接了转移电极7，进一步形成了层间绝缘膜9而覆盖这些电力供给线8，再在该层间绝缘膜9之上形成了由氮化硅构成的表面保护膜10。
在上述的固态摄像元件中，在感光区域中，形成了覆盖隔离区域4的多条电力供给线8。这些电力供给线8中使用的铝材料一般具有反射光的特性。因此，一样入射到感光区域中的光中，入射到电力供给线8上的光由电力供给线8的表面反射。因此，入射到电力供给线8上的光无法导入沟道区域5，而造成无法取得信息电荷的问题。
发明内容
因此，本发明能解决上述的问题，提供一种能高效地把光导入象素区域，从而提高感光灵敏度的固态摄像元件及其制造方法。
本发明是鉴于所述课题而提出的，其特征在于：具有：半导体衬底；该半导体衬底的一个主面上彼此隔开一定的间隔平行排列的多个沟道区域；配置在多个沟道区域的间隙中的多个隔离区域；在所述半导体衬底上，在与所述多个沟道区域交叉的方向上延伸配置的多个转移电极；在所述多个转移电极上，沿着所述多个隔离区域配置的多条电力供给线；在所述多个转移电极上，覆盖所述多条电力供给线而层叠的透光性的绝缘膜；以及具有比所述绝缘膜的折射率高、且层叠在所述绝缘膜上的透光性的保护膜；所述透光性的保护膜在所述沟道区域上的所述隔离区域一侧，向着所述隔离区域，膜厚连续地变厚。
另外，作为它的制造方法，其特征在于：具有：在半导体衬底的一个主面上彼此隔开一定的距离平行配置多个沟道区域，并且在所述多个沟道区域的间隙形成多个隔离区域的第一步骤；在所述半导体衬底上，在与所述多个沟道区域交叉的方向延伸形成多个转移电极，并且在所述多个转移电极之上，覆盖所述隔离区域而形成多条电力供给线的第二步骤；以给定的膜厚在所述多个转移电极上层叠透光性的绝缘膜的第三步骤；覆盖所述多条电力供给线，在所述绝缘膜上形成沿着所述多个沟道区域延伸的掩模图案的第四步骤；沿着所述掩模图案，对所述绝缘膜进行各向异性蚀刻，使所述绝缘膜的膜厚沿着所述多个沟道区域变薄的第五步骤；对实施了所述各向异性蚀刻的所述绝缘膜进行各向同性蚀刻，在所述沟道区域上的所述隔离区域一侧，使所述绝缘膜的膜厚向着所述隔离区域连续地变厚的第六步骤；在所述半导体衬底上残留的所述绝缘膜上层叠比所述绝缘膜的折射率高的透光性的保护膜的第七步骤。
根据本发明，保护膜和绝缘膜的界面实现了与棱镜同样的功能，能把入射到电力供给线上的光向沟道区域引导。据此，能高效地把照射在感光区域的光变换为信息电荷。
附图说明
图1是说明本发明的实施例的剖视图。
图2是表示采用了本发明的构造时的光线跟踪仿真的图。
图3是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第一步骤的剖视图。
图4是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第二步骤的剖视图。
图5是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第三步骤的剖视图。
图6是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第四步骤的剖视图。
图7是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第五步骤的剖视图。
图8是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第六步骤的剖视图。
图9是说明本发明的固态摄像元件的制造方法的第七步骤的剖视图。
图10是表示以往的帧传输方式的固态摄像元件概略结构的俯视图。
图11是说明摄像部的结构的俯视图。
图12是说明摄像部的结构的剖视图。
图中：1、21-固态摄像元件；2-N型硅衬底；3-P型扩散层；4-隔离区域；5-沟道区域；6-栅绝缘膜；7-转移电极；8-电力供给线；9-绝缘膜；10-表面保护膜；11-接触孔；22-绝缘膜；23-保护膜；31-抗蚀剂层。
具体实施方式
图1是表示本发明的固态摄像元件的实施例的结构，与图12表示了同一部分。须指出的是，在该图中，N型硅衬底2、P型扩散层3、隔离区域4、沟道区域5、栅绝缘膜6、转移电极7、电力供给线8与图10所示相同。本发明的特征在于：在多个转移电极7之上，形成覆盖电力供给线8，并且从沟道区域5一侧向着隔离区域4的中心，膜厚连续变厚的透光性的绝缘膜22，并且在该绝缘膜22上形成具有比绝缘膜22高的折射率的透光性的保护膜23。
绝缘膜22由具有光学透明性的绝缘材料构成，例如由折射率1.4～1.5左右的氧化硅和BPSG(Boron Phosphorous Silicate Glass)膜构成。该绝缘膜22至少由二层构造构成，包含：形成在转移电极7之上，用于形成多条电力供给线8的第一层的氧化硅；在第一层上形成了电力供给线8后，层叠在电力供给线8之上的第二层的BPSG膜。绝缘膜22在沟道区域5上的隔离区域4一侧具有膜厚向着隔离区域4连续变厚的形状。在本实施例中，与保护膜23的界面从隔离区域4上的中心附近到沟道区域5上的一部分形成平缓的曲面形状，从该曲面形状的一端向着沟道区域5上的中心形成平面形状。须指出的是，当隔离区域4(电力供给线8)的宽度十分宽时，可以是只在隔离区域4上形成了曲面形状，在沟道区域4上只形成了平面形状的构造。
保护膜23由具有光学透明性的绝缘材料构成，由折射率比绝缘膜22高的，例如折射率为2左右的氮化硅构成。该保护膜23覆盖绝缘膜22的表面全体而形成，它的表面平坦地形成。
这样，通过在具有透光性，并且它的膜厚从沟道区域5向着隔离区域3的中心连续变厚的绝缘膜22之上，层叠比绝缘膜22的折射率还高的透光性的保护膜23，绝缘膜22在电力供给线8上作为棱镜而起作用，能把入射到电力供给线8的光向沟道区域4引导。
另外，关于绝缘膜22，与保护膜23的界面在隔离区域5和沟道区域4的边界附近形成曲面形状，特别是绝缘膜22和保护膜23的界面与N型硅衬底1的表面所成角度设定为越靠近电力供给线8的中心部，变得越大。据此，对于N型硅衬底1的表面入射的光越靠近电力供给线8的中心部，折射就越大，能把更多的光高效地导入沟道区域4内。
此外，作为保护膜23的材料，举例表示了氮化硅膜，但是本发明并不局限于此。即如果是比绝缘膜22的折射率高，并且具有透光性的材料就可以了。而且，通过配置该材料的折射率调节曲面形状的角度，就能取得与本实施例同等的作用。
图2是表示采用了本实施例时的光线跟踪的仿真结果的图。根据图2，能确认入射到电力供给线8上的光高效地汇聚到沟道区域4一侧。
图3～图9是表示本发明的固态摄像元件的制造方法的各步骤的剖视图。须指出的是，在该图中，表示了与图1所示的部分相同的部分。
第一步骤：图3
在N型硅衬底2的表面区域扩散硼等的P型杂质，形成成为元件区域的P型扩散层3。在该P型扩散层3内有选择地注入P型杂质，形成隔离区域4，在这些隔离区域4的间隙注入磷等的N型杂质，形成成为沟道区域5的N型扩散层。
第二步骤：图4
把形成了隔离区域4和沟道区域5的N型硅衬底2的表面热氧化，形成由氧化硅构成的栅绝缘膜6。在该栅绝缘膜6之上，使用CVD法(Chemical Vapor Deposition：化学气相沉积法)，形成多晶硅膜。然后，把该多晶硅膜形成与沟道区域5交叉的给定的形状，形成转移电极7。
第三步骤：图5
通过CVD法在转移电极7上层叠氧化硅，形成第一层的绝缘膜。对于该第一层的绝缘膜，在成为隔离区域4的位置形成接触孔11。然后，在第一层的绝缘膜上层叠铝，图案形成为给定的形状，形成电力供给线8。
第四步骤：图6
在形成了电力供给线8的第一层的绝缘膜上，使用CVD法层叠BPSG膜，形成与第一层的绝缘膜匹配的绝缘膜22。须指出的是，该BPSG膜在以后的步骤中被蚀刻处理，所以在该步骤4中，形成比加工后的最大膜厚还厚的厚度，该膜厚设定为足以形成曲面形状的膜厚。然后，对该BPSG膜的表面实施热处理，使绝缘膜22的表面平坦化。
第五步骤：图7
在绝缘膜22上层叠抗蚀剂层31，沿着电力供给线8对抗蚀剂层31进行图案形成，形成覆盖电力供给线8的掩模图案32。然后，以掩模图案32为掩模，对绝缘膜22进行各向异性的蚀刻处理(例如干蚀刻处理)，使绝缘膜22的膜厚沿着沟道区域5变薄。
第六步骤：图8
除去残留在绝缘膜22上的掩模图案32，对于进行了各向异性的蚀刻处理的绝缘膜22实施各向同性的蚀刻处理(例如，湿蚀刻处理)。通过该各向同性的蚀刻处理，在绝缘膜22中，能形成在沟道区域5上，在隔离区域4一侧，膜厚向着隔离区域4连续变厚的形状。这样，通过使用首先实施了各向异性的蚀刻处理后，实施各向同性的蚀刻处理的方法，即使是具有例如图1所示的曲面形状的形状，也能容易地形成。即在各向异性的蚀刻处理的处理时间，能自由地设定透镜部分的膜厚，并且在各向同性的蚀刻处理的时间，能自由地设定曲面部分的角度。通过适当调节这两个蚀刻处理，即使象帧传输方式的固态摄像元件那样的隔离区域4的宽度极端窄的类型，也能在电力供给线8上的给定位置正确地形成所需的形状。
第七步骤：图9
在形成了绝缘膜22的硅衬底1上，通过等离子体CVD法层叠氮化硅，覆盖绝缘膜22表面的全体而形成保护膜23。然后，通过蚀刻处理或CMP法(Chemical Mechanical Polish：机械化学研磨法)，使保护膜23的表面平坦化。
根据以上的制造方法，能取得具有图1所示的绝缘膜22和保护膜23的固态摄像元件。
根据本发明，通过在具有透光性，并且它的膜厚从沟道区域上的隔离区域一侧向着隔离区域连续变厚的绝缘膜之上，层叠比绝缘膜的折射率还高的透光性的保护膜，绝缘膜在电力供给线上作为棱镜而起作用，能把入射到电力供给线的光向沟道区域引导。据此，能高效地对照射到半导体衬底的光进行光电变换，能提高感光灵敏度。
Claims (4)
1.一种固态摄像元件，其特征在于：具有：半导体衬底；在半导体衬底的一个主面上彼此隔开一定的间隔平行排列的多个沟道区域；配置在多个沟道区域的间隙中的多个隔离区域；在所述半导体衬底上，在与所述多个沟道区域交叉的方向上延伸配置的多个转移电极；在所述多个转移电极上，沿着所述多个隔离区域配置的多条电力供给线；在所述多个转移电极上，覆盖所述多条电力供给线而层叠的透光性的绝缘膜；以及具有比所述绝缘膜的折射率高、且层叠在所述绝缘膜上的透光性的保护膜，所述透光性的绝缘膜在所述沟道区域上的所述隔离区域一侧，向着所述隔离区域，膜厚连续地变厚。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其特征在于：所述透光性的绝缘膜在所述隔离区域上，向着所述沟道区域，膜厚连续地变薄。
3.一种固态摄像元件的制造方法，其特征在于：具有：在半导体衬底的一个主面上彼此隔开一定的距离平行配置多个沟道区域，并且在所述多个沟道区域的间隙中形成多个隔离区域的第一步骤；在所述半导体衬底上，在与所述多个沟道区域交叉的方向延伸形成多个转移电极，并且在所述多个转移电极之上，覆盖所述隔离区域地形成多条电力供给线的第二步骤；以给定的膜厚在所述多个转移电极上层叠透光性的绝缘膜的第三步骤；覆盖所述多条电力供给线，在所述绝缘膜上形成沿着所述多个沟道区域延伸的掩模图案的第四步骤；沿着所述掩模图案对所述绝缘膜进行各向异性蚀刻，使所述绝缘膜的膜厚沿着所述多个沟道区域变薄的第五步骤；对实施了所述各向异性蚀刻的所述绝缘膜进行各向同性蚀刻，在所述沟道区域上的所述隔离区域一侧，使所述绝缘膜的膜厚向着所述隔离区域连续地变厚的第六步骤；以及在所述半导体衬底上残留的所述绝缘膜上层叠比所述绝缘膜的折射率高的透光性的保护膜的第七步骤。
4.根据权利要求3所述的固态摄像元件的制造方法，其特征在于：所述第六步骤在所述隔离区域上，使所述绝缘膜的膜厚向着所述沟道区域连续地变薄。
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