CN1717807A - 固体摄像元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种固体摄像元件及其制造方法，在所述固体摄像元件中，电力供给线(8)覆盖分离区域(4)的上方。形成具有透光性且其表面在分离区域(4)上向着通道区域(5)成为连续凸部的上层透镜膜(24)。而且，通过使上层透镜膜(24)上方为比上层透镜膜(24)折射率更低的透光性物质，使上层透镜膜(24)在电力供给线(8)上具有棱镜的功能，能够将入射到电力供给线(8)的光导向作为受光元件区域的通道区域(5)。根据本发明，提高固体摄像元件的受光感度。
Description
技术领域
本发明是涉及改善受光效率的固体摄像元件及其制造方法。
背景技术
图15是表示历来的帧传送方式的固体摄像元件的概略构成的平面图。帧传送方式的固体摄像元件1，设置有摄像部1i，积蓄部1s，水平传送部1h，以及输出部1d而构成。摄像部li由垂直方向上相互平行配置的多个垂直移位寄存器所构成。垂直移位寄存器的各比特形成各受光像素。积蓄部1s由连接于构成摄像部li的垂直移位寄存器的多个垂直移位寄存器所构成。水平传送部1h由设置于积蓄部1s的输出侧的一列水平移位寄存器所构成，其各比特与多个垂直移位寄存器的各列相对应。输出部1d具有接收从水平传送部1h所输出的信息电荷的容量而构成。
在该结构中，由摄像部1i所构成的多个受光像素所发生的信息电荷，存储于既定区间各受光像素，响应帧传送时钟(f，高速传送到积蓄部1s。而且，临时存储于积蓄部1s，响应垂直传送时钟φv，顺次以一行单位传送到水平传送部1h。传送到水平传送部1h的信息电荷，响应水平传送时钟φh，顺次以一象素单位传送到输出部1d，逐次变换为电压值，作为图像信号Y(t)输出。
图16是表示摄像部1i的一部分结构的平面图。图17是图16的X-X截面图。
在N型的硅基板2的一个主面上形成作为元件区域的P型的扩散层3。在该P型的扩散层3的表面区域，以一定的距离间隔平行配置有高浓度注入P型不纯物的多个分离区域4。在这些分离区域4之间形成N型的扩散层，形成作为信息电荷传送路径的多个通道(channel)区域5。在多个通道区域5上，通过薄的氧化硅构成的栅绝缘膜6，形成在与多个通道区域5的交叉方向上延长且平行配置的多个多晶硅的传送电极7。对于这些传送电极7，例如可以施加三相的帧传送时钟f1～f3，由这些时钟脉冲来控制通道区域5的电压的状态。
在多个传送电极7上，形成与栅绝缘膜6同一材料的层间绝缘膜，在该层间绝缘膜上覆盖分离区域4而配置例如由铝构成的多条电力供给线8。这些多个电力供给线8，在分离区域4与传送电极7的交点通过在层间绝缘膜上以既定的间隔所形成的接触孔11而与传送电极7相连接。例如，在三相驱动的情况下，每两个传送电极7设置接触孔11，各电力供给线8与两个传送电极相连接。覆盖这些电力供给线8，形成层间绝缘膜9，进而，在该层间绝缘膜9上形成由氮化硅构成的保护膜10。
在上述固体摄像元件的情况下，在受光区域上形成覆盖分离区域4的多个电力供给线8。在这些多条电力供给线8中所使用的铝材料，一般具有反射光的特性。因此，同样入射到受光区域的光中，入射到电力供给线8的光在电力供给线8的表面反射。所以，入射到电力供给线8上的光就不能到达通道区域5，产生不能作为信息电荷而取入的问题。
发明内容
因此，本发明的特征在于，提供能够解决上述问题，将光高效率地取入到像素区域，使受光感度提高的固体摄像元件及其制造方法。
本发明是为了解决上述问题而提出，其特征在于设置有：半导体基板；在该半导体基板的一个主面上相隔一定距离而平行配置的多个通道(channel)区域；与这些多个通道区域间隔配置的多个分离区域；在所述半导体基板上与所述多个通道区域的交叉的方向延长配置的多个传送电极；在所述多个传送电极上沿所述多个分离区域而配置的多条电力供给线；在所述多个传送电极上覆盖所述多条电力供给线而叠层的透光性绝缘膜；以及在所述绝缘膜上叠层的透光性上层与下层透镜膜，所述绝缘膜的厚度，在所述分离区域的中心较厚，同时在所述通道区域的中心较薄，且所述上层透镜膜的表面具有在所述分离区域上方向着所述通道区域呈连续凸部的形状，所述上层透镜膜具有比所述上层透镜膜的上层的物质更高的折射率。
而且，作为该制造方法的特征在于具有：在半导体基板的一个主面上以相互一定的距离平行配置多个通道区域，同时在所述多个通道区域的间隙形成多个分离区域的第一工序；在所述半导体基板上与所述多个通道区域相交叉的方向上延长形成多个传送电极，同时在所述多个传送电极上形成覆盖所述分离区域的多个电力供给线的第二工序；以特定的厚度在所述多个传送电极上叠层透光性绝缘膜的第三工序；在所述绝缘膜上形成覆盖所述多条电力供给线并沿着所述多个通道区域而延长存在的掩模图案的第四工序；沿着所述掩模图案对所述绝缘膜进行各向异性侵蚀，使所述绝缘膜的厚度沿着所述多个通道区域变薄的第五工序；在所述绝缘膜上叠层透光性的下层透镜膜的第六工序；通过对所述下层透镜膜进行深腐蚀处理，在所述分离区域上形成凹部的第七工序；以及在所述下层透镜膜上叠层透光性的上层透镜膜的第八工序，所述上层透镜膜具有比所述上层透镜膜上层的物质更高的折射率。
根据本发明，上层透镜膜的表面具有与棱镜同样的作用，能够将入射到电力供给线的光导向通道区域。由此，能够将照射到受光区域的光高效率地变换为信息电荷。
附图说明
图1是说明本发明的实施形式的截面图。
图2是表示采用本发明的结构的情况下的光线轨迹的图。
图3是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第一工序的截面图。
图4是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第二工序的截面图。
图5是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第三工序的截面图。
图6是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第四工序的截面图。
图7是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第五工序的截面图。
图8是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的可选工序的截面图。
图9是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第六工序的截面图。
图10是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第七工序的初期阶段的截面图。
图11是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第七工序的中间阶段的截面图。
图12是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第七工序的最终阶段的截面图。
图13是说明本发明中固体摄像元件的制造方法的第八工序的截面图。
图14是说明本发明其他实施形式的截面图。
图15是表示历来的帧传送方式的固体摄像元件的概略结构的平面图。
图16是为了说明摄像部结构的平面图。
图17是为了说明摄像部结构的截面图。
图中：1—固体摄像元件，2-N型硅基板，3-P型扩散层，4—分离区域，5—通道区域，6—栅绝缘膜，7—传送电极，8—电力供给线，9—绝缘膜，10—表面抗蚀层，11—接触孔，22—绝缘膜，23—下层透镜膜，24—上层透镜膜。
具体实施方式
图1是表示本发明中固体摄像元件的实施形式的结构，与图17表示的是同一部分。还有，在该图中，N型的硅基板2、P型的扩散层3、分离区域4、通道区域5、栅绝缘膜6、传送电极7、及电力供给线8都与图17同样。本发明的特征在于，在多个传送电极7上具有覆盖电力供给线8的上层透镜膜24，该上层透镜膜24的表面具有在分离区域4上方向着通道区域5呈连续凸部的形状。
上层透镜膜24具有比上层透镜膜24上方的物质更高的折射率，且由光学透明性的材料所构成。而且，在图1中虽然未表示，但在上层透镜膜24上形成保护膜25的情况下，保护膜25是由光学透明性的材料，将上层透镜膜24的表面全部覆盖而形成，其表面平坦。
例如，可以使上层透镜膜24是折射率为1.4～1.5左右的氧化硅，且不形成保护膜25，而直接与折射率为1的空气相接触，而且，也可以使上层透镜膜24是折射率为2左右的氮化硅，并设置折射率为1.4～1.5左右的氧化硅保护膜25。
在本实施形式的情况下，上层透镜膜24与保护膜25的界面，从分离区域4的中心附近到通道(channel)区域5上的一部分呈起伏平缓的曲面形状，从该曲面形状的一端向通道区域5的中心呈平面形状。
这样，通过形成具有透光性且其表面在分离区域4上向着通道区域5有连续凸部的上层透镜膜24，且上层透镜膜24之上有比上层透镜膜24的折射率低的透光性物质，可以使上层透镜膜24在电力供给线8上具有棱镜的功能，能够将入射到电力供给线8上的光导向通道区域5。上层透镜膜24的表面在分离区域4的中心附近呈曲面形状，特别是，上层透镜膜24的表面与N型的硅基板2的表面所成的角度，设定得随着接近电力供给线8的中心部而变大。由此，对于N型的硅基板2的表面垂直入射的光，能够由上层透镜膜，越是在接近电力供给线8的中心部分，越得到大的折射，从而使更多的光高效率地导入通道区域5内。
而且，在具有透光性、且在其膜厚从通道区域5一侧向分离区域4的中心连续变厚的绝缘膜22上方叠层比绝缘膜22的折射率高的透光性的下层透镜膜23的情况下，下层透镜膜23也在电力供给线8上具有棱镜的功能，能够将入射到电力供给线8的光更高效率地导向通道区域5。对于下层透镜膜23，也是将下层透镜膜23同绝缘膜22的界面与N型的硅基板2的表面所构成的角度，设定得随着接近电力供给线8的中心部而变大。由此，对于N型的硅基板2的表面垂直入射的光，能够由下层透镜膜，在接近电力供给线8的中心部分得到大的折射，从而使更多的光高效率地导入通道区域5内。
还有，在本实施形式中，作为上层透镜膜24及保护膜25的材料，虽然示例的是氧化硅膜与氮化硅膜，但本发明并不限于此。就是说，只要是上层透镜膜24比上层透镜膜24上面的物质具有更高的折射率、且是具有光学透明性的材料即可。而且，在上层透镜膜24上形成保护膜25的情况下，上层透镜膜24具有比保护膜25更高的折射率、且是具有光学透明性的材料即可。
而且，对于下层透镜膜23，虽然也希望具有比绝缘膜22更高的折射率、且是具有光学透明性的材料，但并非一定要求下层透镜膜23具有比绝缘膜22更高的折射率。进而，上层透镜膜24与下层透镜膜23也并非一定要求是相同的材料。
而且，通过使上层及下层透镜膜与其他材料的折射率相吻合而适宜地调节曲面形状的角度，能够得到与本实施形式同样的效果。例如，在仅使上层透镜膜24具有棱镜的功能，也能够充分地将入射到电力供给线8上的光导向通道区域5时，上层透镜膜24、下层透镜膜23、及绝缘膜22也可以全部由氧化硅与氮化硅所构成。
图2是表示采用本发明的结构的情况下的光线轨迹的图。这样，入射到电力供给线8的光高效率地集光于通道区域5。
图3～图13是说明本发明中固体摄像元件的制造方法另一工序的截面图。还有，在该图中表示的是与图1相同的部分。
第一工序：图3
在N型的硅基板2的表面区域，扩散硼(B)等P形不纯物，形成作为元件区域的P型的扩散层3。在该P型的扩散层3内，进而有选择性地注入P形不纯物，形成分离区域4，在这些分离区域4的间隙，注入磷(P)等N型不纯物，形成作为通道区域5的N型扩散层。
第二工序：图4
使形成了分离区域4及通道区域5的N型的硅基板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上使用CVD(化学气相生长)法形成多晶硅膜。而且，把该多晶硅膜图案化成为与通道区域5交叉的既定形状，形成传送电极7。
第三工序：图5
使用CVD法在传送电极7上层叠氧化硅膜，形成第一层绝缘膜。对于该第一层绝缘膜，在位于分离区域4上的位置形成接触孔11。而且，在第一层绝缘膜上叠层铝，图案化成既定的形状，形成电力供给线8。
第四工序：图6
在形成了电力供给线8的第一层绝缘膜上使用CVD法叠层BPSG膜，形成与第一层绝缘膜相匹配的绝缘膜22。还有，为了在后续的工序中进行侵蚀处理，在该第四工序中，该BPSG膜比加工后的最大厚度形成得要厚。而且，对该BPSG膜的表面实施热处理，使绝缘膜22的表面平坦化。
第五工序：图7
在绝缘膜22上叠层抗蚀层31，沿着电力供给线8对该抗蚀层31图案化，形成覆盖电力供给线8的掩模图案32。而且，以掩模图案32作为掩模，对绝缘膜22实施各向异性侵蚀处理(例如干式侵蚀)，使绝缘膜22的厚度沿着通道区域5而变薄。
可选工序：图8
去除绝缘膜22上残留的掩模图案32，对于实施了各向异性侵蚀处理的绝缘膜22实施各向同性侵蚀处理(例如湿式侵蚀)。通过该各向同性侵蚀处理，能够使绝缘膜22形成在分离区域4上其厚度从通道区域5向分离区域4连续变厚的形状。这样，首先在实施各向异性侵蚀之后，使用实施各向同性侵蚀处理的方法，即使是具有如图1所示的曲面形状的形状也能够容易地形成。就是说，可以在各向异性侵蚀处理的处理时间根据层间绝缘膜22而自由地设定下层透镜膜23的厚度，同时在各向同性处理的时间自由地设定下层透镜膜的曲面部分的角度，通过适当地调节这两个侵蚀处理，即使是在象帧传送方式的固体摄像元件那样，分离区域4的宽度非常窄的类型，也能够在电力供给线8上的既定位置上正确地形成所希望的形状。
还有，该工序并非一定需要。
第六工序：图9
在形成了绝缘膜22的硅基板1上，由等离子体CVD法叠层氮化硅，形成覆盖绝缘膜22表面全体的下层透镜膜23。此时，下层透镜膜23的表面反映绝缘膜22的凸凹形状，在电力供给线8上形成平缓的凸部。
第七工序：图10～12
如图10所示，在下层透镜膜23上，例如涂敷抗蚀层33，使其表面平坦化。其后，通过对抗蚀层33的表面进行各向异性深腐蚀处理而进行深腐蚀。此时，通过适当地选择侵蚀气体的混合比例，能够得到下层透镜膜23比抗蚀层33更容易侵蚀的条件。由此，如图11所示，下层透镜膜23暴露于侵蚀气体的部分比抗蚀层33得到了更大的侵蚀。其结果是，如图12所示，在对抗蚀层33全部侵蚀之后，下层透镜膜23的表面在电力供给线8上形成平缓的凹部。
第八工序：图13
在形成了下层透镜膜23的硅基板2上，由等离子体CVD法叠层氮化硅，形成覆盖下层透镜膜23表面全体的上层透镜膜24。此时，上层透镜膜24的表面在电力供给线8上形成平缓的凹部。例如，即使是具有如图1所示的曲面形状的形状，也容易地形成。就是说，通过适当地设定利用等离子体CVD法层叠氮化硅膜的条件，能够自由地由上层透镜膜24设定透镜部分上部的厚度，同时，还能够自由地设定透镜部分上部的曲面部分的角度。
如果有必要，可以在形成了上层透镜膜24的硅基板2上由等离子体CVD法叠层氧化硅，形成覆盖上层透镜膜24表面全体的保护膜25，而且，通过对保护膜25的表面实施侵蚀处理，或CMP(化学机械掩模)，使其平坦化。
根据以上的制造方法，能够得到图1所示的具有下层透镜膜23及上层透镜膜24的固体摄像元件。
图1是表示经过第一至第五工序、可选工序第六至第八工序所制造的本发明的固体摄像元件的实施形式的结构。表示不经过可选工序而制造的本发明的固体摄像元件的实施形式示于图14。在该结构中，也是通过使上层透镜膜24上方物质为比上层透镜膜24折射率更低的透光性物质，使上层透镜膜24具有在电力供给线8上的棱镜的功能，能够将入射到电力供给线8上的光导向通道区域5。
还有，本发明除了对于帧传送方式能够适用之外，当然还可以适用于其他传送方式的CCD型固体摄像元件。例如MOS型、BBD型(桶继电型)、CID型(电荷注入型)的固体摄像元件，离子雪崩型等增倍型固体摄像元件。
根据本发明，通过形成具有透光性且其表面在分离区域上向着通道区域有连续凸部的上层透镜膜、并同时在上层透镜膜之上有比上层透镜膜的折射率更低的透光性物质，可以使上层透镜膜在电力供给线上具有棱镜的功能，能够将入射到电力供给线上的光导向通道区域，由此能够提高照射到半导体基板上的光的光电变换效率，提高受光感度。
Claims (4)
1.一种固体摄像元件，其特征在于设置有：半导体基板；在该半导体基板的一个主面上相隔一定距离而平行配置的多个通道区域；在这些多个通道区域的间隙上配置的多个分离区域；在所述半导体基板上与所述多个通道区域的交叉方向延长配置的多个传送电极；在所述多个传送电极上沿所述多个分离区域而配置的多条电力供给线；在所述多个传送电极上覆盖所述多条电力供给线而层叠的透光性绝缘膜；以及在所述绝缘膜上层叠的透光性的上层与下层透镜膜，所述绝缘膜的厚度，在所述分离区域的中心变厚，同时在所述通道区域的中心变薄，且所述上层透镜膜的表面具有在所述分离区域上面向所述通道区域呈连续凸部的形状，所述上层透镜膜具有比所述上层透镜膜的上层的物质更高的折射率。
2.根据权利要求1所述的固体摄像元件，其特征在于：所述绝缘膜的厚度在所述分离区域上向着所述通道区域连续地变薄。
3.根据权利要求1或2所述的固体摄像元件，其特征在于：所述下层透镜膜具有比所述绝缘膜更高的折射率。
4.一种固体摄像元件的制造方法，其特征在于具有：在半导体基板的一个主面上以相互一定的距离平行配置多个通道区域，同时在所述多个通道区域的间隙形成多个分离区域的第一工序；在所述半导体基板上与所述多个通道区域相交叉的方向上延长形成多个传送电极，同时在所述多个传送电极上形成覆盖所述分离区域的多个电力供给线的第二工序；以给定的厚度在所述多个传送电极上层叠透光性绝缘膜的第三工序；在所述绝缘膜上形成覆盖所述多条电力供给线并沿着所述多个通道区域而延长存在的掩模图案的第四工序；沿着所述掩模图案对所述绝缘膜进行各向异性侵蚀，使所述绝缘膜的厚度沿着所述多个通道区域变薄的第五工序；在所述绝缘膜上层叠透光性的下层透镜膜的第六工序；通过对所述下层透镜膜进行侵蚀处理，在所述分离区域上形成凹部的第七工序；以及在所述下层透镜膜上层叠透光性的上层透镜膜的第八工序，所述上层透镜膜具有比所述透镜膜上层的物质更高的折射率。
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