CN1472819A - 固体摄像元件 - Google Patents

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Abstract

设置金属布线层(2)、多个金属栓(3)、金属布线层(4)、多个金属栓(5)、金属布线层(6)、多个金属栓(7)及金属布线层(8)，使之包围位于对光电变换元件(1)的半导体衬底(10)的主表面垂直的方向的空间。由这些金属部形成光路。由于该光路反射从外部入射的入射光，能够抑制成使得该入射光不至漏泄到其它的光电变换元件上。得到能够抑制在相邻的像素彼此之间产生了颜色的离散或者颜色的洇渗的不良现象的固体摄像元件。

Description

固体摄像元件
技术领域
本发明涉及具有光电变换元件部的固体摄像元件。
背景技术
迄今，具有光电变换元件部的固体摄像元件正得到应用。以下，说明现有的具有光电变换元件部的固体摄像元件。
图13是示出具有CMOS(互补金属-氧化物-半导体)型的图像传感器的固体摄像元件的电路结构的图。如图13所示，固体摄像元件的单位像素或单位单元C被配置成矩阵状。另外，固体摄像元件的单位单元C的每一个被连接在垂直移位寄存器VS及水平移位寄存器HS上。
各单位单元C具有光电二极管PD、传输开关M1、复位开关M2、放大器M3及选择开关M4。光电二极管PD在将入射光变换成电荷的同时，具有相当于存储已被变换的电荷的光电变换存储部的功能。传输开关M1具有将该已被变换的电荷传输到放大器M3的功能。
传输开关M1的控制由来自垂直移位寄存器VS的信号进行。复位开关M2具有通过使已被存储的电荷流到接地电极而使光电二极管PD复位的功能。放大器M3具有将由电荷的传输所生成的电信号的大小放大的功能。选择开关M4在被垂直移位寄存器及水平移位寄存器选择的情况下，使源区与漏区导通，将电信号输出到外部。
此外，传输开关M1、复位开关M2、放大器M3及选择开关M4的每一个用MOS晶体管构成。
图14是示出图1 3中的区域R的具体结构的俯视图。还有，图15是在图14中的切割线XV-XV的剖面图。
如图14及图15所示，在P型半导体衬底102的表面上形成了用LOCOS法(硅局部氧化法)形成的元件隔离绝缘膜103。进而，在P型半导体衬底102的表面上并排配置光电二极管PD、传输开关M1及复位开关M2。
光电二极管PD由P型半导体衬底102与N型杂质扩散区(N型有源区)104的PN结构成。而且，在N型杂质扩散区104的上部(P型半导体衬底102的表面附近)，形成P型杂质扩散区(P型有源区)105。该P型杂质扩散区105所形成的深度为：使P型半导体衬底102与N型杂质扩散区104的PN结的耗尽层达不到P型杂质扩散区105的下表面。
传输开关M1具有N型源区104、N型漏区(N型有源区：此外，由于在工作中有时成为浮置状态，故表示为FD：浮置扩散)106a及栅电极层108a。N型源区104和N型漏区106a以规定的距离隔开，在P型半导体衬底102内形成。栅电极层108a在被P型半导体衬底102内的N型源区104和N型漏区106a夹持的部分的上侧栅绝缘层107上形成。
此外，光电二极管PD的N型杂质扩散区104和传输开关M1的N型源区104是同一区域，只不过是从各元件的观点出发分别称呼而已。
复位开关M2具有一对N型源/漏区106a和栅电极层108b。一对N型源/漏区106a相互隔开规定的距离在半导体衬底102的表面上形成。栅电极层108b通过栅绝缘层(图中未示出)在被一对N型源/漏区106a夹持的区域上形成。
此外，传输开关M1的N型漏区106a和复位开关M2的N型源/漏区106a的一方也是同一区域，只不过是从各元件的观点出发分别称呼而已。
但是，在上述那样的固体摄像元件中，位于对光电二极管PD的N型杂质区104的P型半导体衬底102的主表面垂直的方向上的空间没有被任何周围包围。因此，入射到作为像素的光电二极管PD的光并非全部入射到作为光电二极管PD的N型杂质区104上。即，入射到作为像素的光电二极管PD的光中的一部分光入射到与作为光电二极管PD的N型杂质扩散区104邻接的作为另一光电二极管PD的N型杂质扩散区104上。由此，相互邻接的像素之间发生颜色的离散，或者颜色的洇渗。
发明内容
本发明的目的在于：提供了能抑制在邻接的像素彼此之间产生颜色的离散或者颜色的洇渗等不良现象的固体摄像元件。
本发明的一个方面的固体摄像元件具备：设置在半导体衬底内的光电变换元件部；以及在半导体衬底的上侧沿着对半导体衬底的主表面垂直的方向延伸设置、由于使入射到半导体衬底的主表面的入射光反射而将入射光导入光电变换元件部的光路。
如采用上述的结构，就能够抑制应入射到一个光电变换元件部的光被入射到设置在该光电变换元件部的周围的其它的光电变换元件部。其结果是，能够抑制在相邻接的像素彼此之间产生颜色离散或者颜色洇渗的不良现象。
本发明的另一方面的固体摄像元件具备：设置在半导体衬底内的光电变换元件部；以及在半导体衬底内包围光电变换元件部的侧面的周围而设置的光反射部。
如采用上述结构，就能够抑制入射到一个光电变换元件部的光逃逸到在半导体衬底内设置在该光电变换元件部周围的其它的光电变换元件部。其结果是，能够抑制在邻接的像素彼此之间产生颜色的离散或者颜色的洇渗等不良现象。此外，对于光反射部也可以使用金属。
附图说明
图1是用于说明实施例1的固体摄像元件的剖面结构的图。
图2是用于说明图1的II一II线剖面的图。
图3是用于说明实施例2的固体摄像元件的平面结构的图。
图4是用于说明实施例3的固体摄像元件的平面结构的图。
图5是用于说明实施例4的固体摄像元件的剖面结构的图。
图6是用于说明实施例5的固体摄像元件的剖面结构的图。
图7是用于说明实施例6的固体摄像元件的剖面结构的图。
图8是用于说明实施例7的固体摄像元件的剖面结构的图。
图9是用于说明实施例7的另一例的固体摄像元件的剖面结构的图。
图10是用于说明实施例8的固体摄像元件的剖面结构的图。
图11是用于说明实施例9的固体摄像元件的平面结构的图。
图12是用于说明实施例10的固体摄像元件的平面结构的图。
图13是用于说明固体摄像元件的电路结构的图。
图14是用于说明当着眼于固体摄像元件的一个像素部分时的平面结构的图。
图15是示出图14的XV-XV线剖面的图。
具体实施方式
以下应用图1～图12说明本发明的实施例的固体摄像元件。
(实施例1)
首先，应用图1及图2说明实施例1的固体摄像元件。如图1及图2所示，本实施例的固体摄像元件在从半导体衬底10的主表面到规定的深度上形成光电变换元件1。如图2所示，当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，设置元件隔离绝缘膜9使之包围光电变换元件1的周围。
还有，在元件隔离绝缘膜9及半导体衬底10的上侧设置金属布线层2。与元件隔离绝缘膜9同样，当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该金属布线层2以包围光电变换元件1的方式而被形成。还有，在金属布线层2上形成多个金属栓3。当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该多个金属栓3以包围光电变换元件1的方式被等间隔地形成。还有，金属布线层4被连接到多个金属栓3的各自的上端。
与金属布线层2同样，当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该金属布线层4以包围光电变换元件1的方式而被形成。还有，在金属布线层4上形成多个金属栓5。当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该多个金属栓5以包围光电变换元件1的方式被等间隔地形成。还有，金属布线层6被连接到多个金属栓5的各自的上端。
当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，金属布线层6以包围光电变换元件1的方式而被形成。还有，在金属布线层6的上侧形成多个金属栓7。当从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该多个金属栓7以包围光电变换元件1的方式被等间隔地形成。还有，金属布线层8被分别连接到多个金属栓7的各自的上端。当从对半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该金属布线层8以包围光电变换元件1的方式而被设置。
按照上述结构的本实施例的固体摄像元件，由金属布线层2、多个金属栓3、金属布线层4、多个金属栓5、金属布线层6、多个金属栓7及金属布线层8形成将在对半导体衬底的主表面垂直方向上入射的光导入光电变换元件1的光路。此外，最好使多个金属栓3、多个金属栓5及多个金属栓7相互之间的间隔尽量地狭窄，而且，使多个金属栓3、多个金属栓5及多个金属栓7各自的高度尽量地低，以便光路的间隙尽量地小。
在该光路的内侧面上，借助于使入射来的光不逃逸到其它方向那样地反射，将尽量多的光引导到光电变换元件1。即，借助于该光路能够使入射到光电变换元件1的光不至逃逸到其它的光电变换元件。其结果是，形成了能够抑制在相互邻接的像素彼此之间产生颜色的离散或者颜色的洇渗的固体摄像元件。
此外，由于光路包含作为沿着对半导体衬底10垂直的方向延伸的垂直金属部的金属栓3、5、7和作为沿着对半导体衬底10平行的方向延伸的水平金属部的金属布线层2、4、6、8，所以能够在形成用于其它的元件的垂直金属部及水平金属部的同时，形成用于光路的垂直金属部及水平金属部。
(实施例2)
其次，应用图3说明实施例2的固体摄像元件。本实施例的固体摄像元件的结构与实施例1的固体摄像元件的结构大致相同。在本实施例的固体摄像元件中设置金属壁11，以代替实施例1的固体摄像元件中的金属栓3。本实施例的固体摄像元件的金属壁11与图1及图2所示的多个金属栓3不同，相邻的金属栓3彼此之间没有间隙。
因此，按照本实施例的固体摄像元件，更能够可靠地抑制入射到光电变换元件1的光逃逸到其它的光电变换元件。其结果是，按照本实施例的固体摄像元件，比实施例1的固体摄像元件能够可靠地抑制像素彼此之间的颜色的离散或者颜色的洇渗。
(实施例3)
复次，应用图4说明实施例3的固体摄像元件。实施例3的固体摄像元件的结构与实施例1或者实施例2的固体摄像元件的结构大致相同。在本实施例的固体摄像元件中虽然仍然使用了实施例1的固体摄像元件的金属栓3，但是却使用了与实施例2的金属壁11同样的金属壁12以代替实施例1的金属栓5。
即，本实施例的固体摄像元件的结构成为在实施例1中使用了的多个金属栓和在实施例2中使用了的金属壁混合在一起的结构。即使在本实施例的固体摄像元件中，也与实施例1及实施例2同样，能够抑制固体摄像元件的像素彼此之间的颜色的离散或者固体摄像元件的颜色的洇渗。
(实施例4)
复次，应用图5说明实施例4的固体摄像元件。本实施例的固体摄像元件的结构与实施例1的固体摄像元件的结构大致相同。但是，本实施例的固体摄像元件与实施例1的固体摄像元件的不同之处是金属布线层2的高度比实施例1的金属布线层2的高度高。
通过采用这样的结构，与在实施例1中所示的固体摄像元件相比，在半导体衬底10的主表面附近，能够更可靠地抑制入射光逃逸到其它的光电变换元件。因此，按照本实施例的固体摄像元件，能够更可靠地抑制像素彼此之间的颜色的洇渗或颜色的离散。
(实施例5)
复次，应用图6说明实施例5的固体摄像元件。如图6所示，在本实施例的固体摄像元件中，设置了半导体衬底10、从半导体衬底10的主表面到规定的深度所形成的光电变换元件1和以包围光电变换元件1的方式形成的沟槽。还有，本实施例的固体摄像元件具备沿沟槽的内侧面设置的绝缘膜14和被填埋在形成绝缘膜14的沟槽内部的金属填埋部15。
在图6中，仅说明了本实施例的固体摄像元件的剖面结构，但从与半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，却以绝缘膜14及金属填埋部15包围光电变换元件1的周围的方式形成。
按照上述本实施例的固体摄像元件，即使入射到光电变换元件1内的光逃逸到其它的光电变换元件，也被金属填埋部15的内侧面反射。因此，能够抑制入射到光电变换元件1内的光逃逸到半导体衬底10内的其它的光电变换元件。因此，按照本实施例的固体摄像元件，能够抑制像素彼此之间的颜色的离散或颜色的洇渗。还有，由于绝缘膜14使光电变换元件1与金属填埋部15绝缘，所以能够遮断光电变换元件1与金属填埋部15之间的电学上的影响。
(实施例6)
复次，应用图7说明实施例6的固体摄像元件。如图7所示，本实施例的固体摄像元件与实施例1的固体摄像元件大致相同。
如图7所示，本实施例的固体摄像元件被设置有：填埋半导体衬底10的主表面、金属布线层2及金属栓3的绝缘膜21；填埋金属布线层4的绝缘膜22；填埋多个金属栓5的绝缘膜23；填埋金属布线层6的绝缘膜24；填埋多个金属栓7的绝缘膜25；填埋金属布线层8的绝缘膜26；以及在金属布线层8上形成的绝缘膜27。
还有，在光电变换元件1的上方，去除掉绝缘膜27、绝缘膜26、绝缘膜25、绝缘膜24、绝缘膜23和绝缘膜22以及绝缘膜21的一部分的结果是形成孔。在该孔的内侧面上设置金属膜17。当从对半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，该金属膜17以包围光电变换元件1的方式而被设置。
按照本实施例的固体摄像元件，由于设置了金属膜17，能够抑制从光电变换元件1的上方入射的光向光电变换元件1以外的其它的光电变换元件方面逃逸。因此，按照本实施例的固体摄像元件，能够抑制像素彼此之间的颜色的离散或颜色的洇渗。
此外，由于作为光路的金属膜17呈管状，所以不使光逃逸到其它的光电变换元件部，能够更可靠地将光导向特定的光电变换元件部。
还有，由于光电变换元件1一侧的开口面积比光入射侧的开口面积小，所以管状的金属膜17能够聚集更多的光并导向光电变换元件1。
(实施例7)
其次，应用图8说明本实施例的固体摄像元件。如图8所示，实施例7的固体摄像元件与实施例6的固体摄像元件的结构大致相同。但是，借助于设置在绝缘膜27、绝缘膜26、绝缘膜25、绝缘膜24、绝缘膜23、绝缘膜22及绝缘膜21上的孔，光电变换元件1的上方暴露出来。另外，由单一材料构成的绝缘膜18被埋入该孔内。还有，在本实施例的固体摄像元件中，虽然在孔的底面上光电变换元件1的表面暴露出来，但是，也可以是在光电变换元件1的上面上残存一点点厚度的绝缘膜21那样的固体摄像元件。
按照本实施例的固体摄像元件，在从外部进入的光的入射路径中，在直到光电变换元件1之间，仅形成由单一材料形成的绝缘膜18。因此，能够防止因光的多条入射路径中的多个的层的折射率的不同而产生的反射。其结果是，本实施例的固体摄像元件与现有的固体摄像元件相比，像素彼此之间的颜色的离散或颜色的洇渗受到抑制。还有，在图8中使用了绝缘膜18，而该绝缘膜18如果是图9所示的氧化硅膜19则更好。
(实施例8)
复次，应用图10说明实施例8的固体摄像元件。实施例8的固体摄像元件的结构与应用图7说明过的实施例6的固体摄像元件及应用图8或图9说明过的实施例7的固体摄像元件的结构大致相同。还有，在本实施例的固体摄像元件中同时设置了作为实施例6的固体摄像元件的特征的金属膜17和作为实施例7的固体摄像元件的特征的氧化硅膜19。
即，在去除掉绝缘膜27、绝缘膜26、绝缘膜25、绝缘膜24、绝缘膜23、绝缘膜22及绝缘膜21而形成的孔上形成金属膜17，进而，在金属膜17的内侧填埋由单一层构成的氧化硅膜19。
因此，在从外部入射的光到达光电变换元件以前的光路上，由于形成单一的氧化硅膜19，所以能够防止因存在光的折射率不同的多个层而引起的反射。还有，由于在金属膜17的内侧面上使入射的光反射，能够抑制应入射到光电变换元件1的光向其它的光电变换元件的方向逃逸。
(实施例9)
复次，应用图11说明实施例9的固体摄像元件。实施例9的固体摄像元件的结构与实施例1～实施例8的固体摄像元件的结构大致相同。但是，当从对半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，金属布线层2却被形成为没有直角的角部。
即，在图2～图4中观察到的、光路的内侧面所形成的方形的各角部成为被倒角的状态。其结果是，在与半导体衬底10的主表面平行的剖面上，形成内侧面为八边形的金属布线层2包围光电变换元件1的周围的结构。这样，由于没有容易引起光反射的直角的角部，形成了用于仅由钝角形成的角部包围光电变换元件1的内壁，从而能够抑制固体摄像元件的像素彼此之间的颜色的离散或颜色的洇渗。
(实施例10)
再次，应用图12说明实施例10的固体摄像元件。在本实施例的固体摄像元件中，当从对半导体衬底10的主表面垂直的方向观察时，在光电变换元件1的外周边的形状是正六边形的同时，形成外周边及内周边都是正六边形的元件隔离绝缘膜2，使之包围该正六边形的光电变换元件1的周围。还有，在半导体衬底1的主表面上，当从对半导体衬底的主表面垂直的方向观察时，与实施例1～实施例9的固体摄像元件的光路相当的部分的内周面及外周面成为正六边形。
由于采用上述的结构，在作为与半导体衬底的主表面平行的方向的像素的光电变换元件1的配置能够被最有效地进行的同时，从与半导体衬底的主表面平行的方向配置的观点观察时，作为在光电变换元件1的上方形成的光路的金属布线层2也能够最有效地形成。因此，能够尽量地减少与固体摄像元件的半导体衬底的主表面平行的方向的面积。
还有，即使在本实施例的固体摄像元件中，作为光路的金属布线层2的内侧面仅以钝角形成。即，光路的内周面没有具有锐角或者直角的部分。其结果是，与图11所示的实施例9的固体摄像元件同样，能够抑制在直角或者锐角的角部产生的向其它的光电变换元件方面的入射光的漏泄。
此外，将各实施例的固体摄像元件各自的特征适当地组合使用，也能够得到由各实施例的固体摄像元件得到的效果。
还有，虽然在上述各实施例的固体摄像元件的光路上使用的是金属，但是，即使是金属以外的材料，只要是能够使入射光反射并将其导入光电变换元件的材料，用其它的材料也可以。还有，作为金属，例如可以考虑硅化钨等材料。还有，金属布线层也可以是栅布线层。还有，金属栓也可以是接触孔或者通路孔(通孔)。还有，元件隔离绝缘膜可以是用LOCOS(硅局部氧化)法形成的绝缘膜，也可以是在沟槽内形成的绝缘膜。

Claims (13)

1、一种固体摄像元件，其特征在于：
具备：
设置在半导体衬底(10)内的光电变换元件部(1)；以及设置在上述半导体衬底(10)的上侧，以便沿着对该半导体衬底(10)的主表面垂直的方向延伸，使入射到该半导体衬底(10)的主表面的入射光反射，从而将该入射光导入上述光电变换元件部(1)的光路(2、3、4、5、6、7、8、17)。
2、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
在上述光路(2、3、4、5、6、7、8、17)中使用金属。
3、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述光路(2、3、4、5、6、7、8、17)包括沿着对上述半导体衬底(10)垂直的方向延伸的垂直金属部(3、5、7)和沿着对上述半导体衬底平行的方向延伸的水平金属部(2、4、6、8)。
4、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述光路(2、3、4、5、6、7、8、17)具有管部(17)。
5、如权利要求4所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述管部(17)在上述光电变换元件部侧的开口面积比光入射侧的开口面积小。
6、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
入射光从外部直到上述光电变换元件部(1)之间的部分由单一的材料(18、19)构成。
7、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述光路(2)的内侧面仅由曲面及多个钝角中的至少某一方构成。
8、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述光路(2)在与上述半导体衬底(10)的主表面平行的剖面上，其内周边为正六边形。
9、如权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：
上述光电变换元件部(1)在与上述半导体衬底(10)的主表面平行的剖面上，其外周边为正六边形。
10、一种固体摄像元件，其特征在于：
具备：
设置在半导体衬底(10)内的光电变换元件部(1)；以及以包围上述光电变换元件部(1)的侧面的周围的方式设置在上述半导体衬底(10)内的光反射部(15)。
11、如权利要求10所述的固体摄像元件，其特征在于：在上述光反射部(15)上使用金属。
12、如权利要求10所述的固体摄像元件，其特征在于：上述光反射部(15)在从半导体衬底(10)的主表面到规定的深度所形成的沟槽内形成。
13、如权利要求10所述的固体摄像元件，其特征在于：在上述光反射部(15)与上述光电变换部(1)之间设置绝缘膜(14)。
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