JP2000101056A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子及びその製造方法Info
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来に比して薄い平坦化層を有することによ
り素子上の凹凸を平坦化することができ、光検出素子に
対するマイクロレンズの焦点ズレ、或いは、シェーディ
ングが発生する等の問題を回避できる固体撮像素子及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像素子は、マトリックス状に配列
された複数の光検出素子（１２、１３、１４）と、光検
出素子で発生した信号電荷を読み出す垂直CCD電極１８
と、垂直CCD電極１８からの信号電荷を転送する水平CCD
電極と、水平CCD電極からの信号電荷を電荷−電圧変換
して出力する出力部とを有している。この固体撮像素子
では、少なくとも光検出素子（１２、１３、１４）及び
垂直CCD電極１８の上層にSi酸化膜１７を介して金属遮
光膜２０が形成され、光検出素子上の透過窓（２１）が
金属遮光膜２０の酸化物として形成されている。
り素子上の凹凸を平坦化することができ、光検出素子に
対するマイクロレンズの焦点ズレ、或いは、シェーディ
ングが発生する等の問題を回避できる固体撮像素子及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 固体撮像素子は、マトリックス状に配列
された複数の光検出素子（１２、１３、１４）と、光検
出素子で発生した信号電荷を読み出す垂直CCD電極１８
と、垂直CCD電極１８からの信号電荷を転送する水平CCD
電極と、水平CCD電極からの信号電荷を電荷−電圧変換
して出力する出力部とを有している。この固体撮像素子
では、少なくとも光検出素子（１２、１３、１４）及び
垂直CCD電極１８の上層にSi酸化膜１７を介して金属遮
光膜２０が形成され、光検出素子上の透過窓（２１）が
金属遮光膜２０の酸化物として形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子及び
その製造方法に関し、特に、可視光領域で使用される固
体撮像素子及びその製造方法に関する。
その製造方法に関し、特に、可視光領域で使用される固
体撮像素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオカメラ等に用いられる従来の固体
撮像素子では、光検出素子がマトリックス状に配列さ
れ、光検出素子列の間に、この光検出素子列で発生した
信号電荷を読み出す垂直電荷結合素子(垂直ＣＣＤ:Char
ge Coupled Device)を有している。固体撮像素子は更
に、この垂直電荷結合素子からの信号電荷を転送する水
平電荷結合素子(水平ＣＣＤ)と、水平電荷結合素子から
の信号電荷を電荷−電圧変換して出力する出力部とを有
する。このような固体撮像素子では、垂直電荷結合素
子、水平電荷結合素子及び出力部は、アルミニウムやタ
ングステン等の金属材料から成る遮光膜によって被覆さ
れており、この遮光膜には各光検出素子上に開口部(穴)
が形成されている。
撮像素子では、光検出素子がマトリックス状に配列さ
れ、光検出素子列の間に、この光検出素子列で発生した
信号電荷を読み出す垂直電荷結合素子(垂直ＣＣＤ:Char
ge Coupled Device)を有している。固体撮像素子は更
に、この垂直電荷結合素子からの信号電荷を転送する水
平電荷結合素子(水平ＣＣＤ)と、水平電荷結合素子から
の信号電荷を電荷−電圧変換して出力する出力部とを有
する。このような固体撮像素子では、垂直電荷結合素
子、水平電荷結合素子及び出力部は、アルミニウムやタ
ングステン等の金属材料から成る遮光膜によって被覆さ
れており、この遮光膜には各光検出素子上に開口部(穴)
が形成されている。
【０００３】次に、上記従来の固体撮像素子の構造を説
明する。図３は、従来の固体撮像素子の単位画素を示す
断面図である。ｎ型Si基板１１の主面側にはｐ型ウェル
領域１２が形成されており、ｐ型ウェル領域１２中に
は、ｐ型ウェル領域１２とでｐｎ接合を形成するｎ型光
電変換領域１３が配設されている。ｎ型光電変換領域１
３の表面側には、Si酸化膜１７との界面が空乏化するの
を防止するためのｐ+型領域１４が形成されている。ｐ
型ウェル領域１２のｐ型領域を隔てて、ｎ型光電変換領
域１３と対向してｎ型CCDチャネル領域１６が配設され
ている。
明する。図３は、従来の固体撮像素子の単位画素を示す
断面図である。ｎ型Si基板１１の主面側にはｐ型ウェル
領域１２が形成されており、ｐ型ウェル領域１２中に
は、ｐ型ウェル領域１２とでｐｎ接合を形成するｎ型光
電変換領域１３が配設されている。ｎ型光電変換領域１
３の表面側には、Si酸化膜１７との界面が空乏化するの
を防止するためのｐ+型領域１４が形成されている。ｐ
型ウェル領域１２のｐ型領域を隔てて、ｎ型光電変換領
域１３と対向してｎ型CCDチャネル領域１６が配設され
ている。
【０００４】ｎ型光電変換領域１３と他の画素のｎ型CC
Dチャネル領域１６とは、ｐ+型素子分離領域１５によっ
て分離されている。ｎ型CCDチャネル領域１６と対向す
る位置には、ポリシリコンから成る垂直CCD電極（垂直
電荷結合素子）１８が、Si酸化膜１７を挟んだ状態で配
設される。垂直CCD電極１８は、ｎ型光電変換領域１３
との間のｐ型領域上にも延在しており、信号の読出しゲ
ート電極としても機能する。垂直CCD電極１８下のｐ型
領域は、信号の読出しチャネルとして機能する。
Dチャネル領域１６とは、ｐ+型素子分離領域１５によっ
て分離されている。ｎ型CCDチャネル領域１６と対向す
る位置には、ポリシリコンから成る垂直CCD電極（垂直
電荷結合素子）１８が、Si酸化膜１７を挟んだ状態で配
設される。垂直CCD電極１８は、ｎ型光電変換領域１３
との間のｐ型領域上にも延在しており、信号の読出しゲ
ート電極としても機能する。垂直CCD電極１８下のｐ型
領域は、信号の読出しチャネルとして機能する。
【０００５】ｎ型光電変換領域１３、ｐ型ウェル領域１
２及びｐ+型領域１４からｐｎ接合光検出素子が構成さ
れる。このｐｎ接合光検出素子以外の領域に光が入射し
た際の信号は偽信号となる。この現象を防止するため、
Si酸化膜１７によって被覆されたデバイス上が、アルミ
ニウムやタングステンから成る金属遮光膜２０によって
被覆されており、ｐｎ接合光検出素子上の金属遮光膜２
０に金属遮光膜開口部２４が形成される。
２及びｐ+型領域１４からｐｎ接合光検出素子が構成さ
れる。このｐｎ接合光検出素子以外の領域に光が入射し
た際の信号は偽信号となる。この現象を防止するため、
Si酸化膜１７によって被覆されたデバイス上が、アルミ
ニウムやタングステンから成る金属遮光膜２０によって
被覆されており、ｐｎ接合光検出素子上の金属遮光膜２
０に金属遮光膜開口部２４が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
固体撮像素子では、垂直CCD電極１８と垂直CCD電極１８
の相互間を繋ぐ多層ポリシリコン配線とによる段差と、
金属遮光膜２０による段差と、金属遮光膜開口部２４に
よる凹凸とによって大きな凹凸が形成されている。固体
撮像素子上には更に、オンチップフィルタやマイクロレ
ンズアレイ等が配設されるが、これらを固体撮像素子上
に設けるため、図３における上層部分には、凹凸を無く
して平坦化するための平坦化層が形成される。
固体撮像素子では、垂直CCD電極１８と垂直CCD電極１８
の相互間を繋ぐ多層ポリシリコン配線とによる段差と、
金属遮光膜２０による段差と、金属遮光膜開口部２４に
よる凹凸とによって大きな凹凸が形成されている。固体
撮像素子上には更に、オンチップフィルタやマイクロレ
ンズアレイ等が配設されるが、これらを固体撮像素子上
に設けるため、図３における上層部分には、凹凸を無く
して平坦化するための平坦化層が形成される。
【０００７】上記平坦化層は、素子上の凹凸が大きい程
厚くする必要があるため、従来は、例えば約７〜10μm
程度と厚く形成していた。このため、光検出素子の上方
に配置され光検出素子に集光するためのマイクロレンズ
（図示せず）の焦点ズレが大きくなって集光量が不足
し、或いは、撮像部外周近辺で増大する斜め入射光がけ
られて金属遮光膜開口部２４に適正に入射できず、撮像
部周辺の信号が減少するシェーディングを生じる等の問
題があった。
厚くする必要があるため、従来は、例えば約７〜10μm
程度と厚く形成していた。このため、光検出素子の上方
に配置され光検出素子に集光するためのマイクロレンズ
（図示せず）の焦点ズレが大きくなって集光量が不足
し、或いは、撮像部外周近辺で増大する斜め入射光がけ
られて金属遮光膜開口部２４に適正に入射できず、撮像
部周辺の信号が減少するシェーディングを生じる等の問
題があった。
【０００８】本発明は、上記に鑑み、従来に比して薄い
平坦化層を有することにより素子上の凹凸を平坦化する
ことができ、光検出素子に対するマイクロレンズの焦点
ズレ、或いは、シェーディングが発生する等の問題を回
避することができる固体撮像素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
平坦化層を有することにより素子上の凹凸を平坦化する
ことができ、光検出素子に対するマイクロレンズの焦点
ズレ、或いは、シェーディングが発生する等の問題を回
避することができる固体撮像素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の固体撮像素子は、マトリックス状に配列さ
れた複数の光検出素子と、前記光検出素子で発生した信
号電荷を読み出す垂直電荷結合素子と、該垂直電荷結合
素子からの信号電荷を転送する水平電荷結合素子と、該
水平電荷結合素子からの信号電荷を電荷−電圧変換して
出力する出力部とを備えた固体撮像素子において、少な
くとも前記光検出素子及び前記垂直電荷結合素子の上層
に絶縁膜を介して金属遮光膜が形成され、前記光検出素
子上の透過窓が前記金属遮光膜の酸化物として形成され
ていることを特徴とする。
に、本発明の固体撮像素子は、マトリックス状に配列さ
れた複数の光検出素子と、前記光検出素子で発生した信
号電荷を読み出す垂直電荷結合素子と、該垂直電荷結合
素子からの信号電荷を転送する水平電荷結合素子と、該
水平電荷結合素子からの信号電荷を電荷−電圧変換して
出力する出力部とを備えた固体撮像素子において、少な
くとも前記光検出素子及び前記垂直電荷結合素子の上層
に絶縁膜を介して金属遮光膜が形成され、前記光検出素
子上の透過窓が前記金属遮光膜の酸化物として形成され
ていることを特徴とする。
【００１０】本発明の固体撮像素子では、従来型におけ
る金属遮光膜開口部に対応する部分の凹凸が透過窓によ
って塞がれるため、素子上の凹凸が大幅に緩和される。
従って、従来に比して薄い平坦化層によって素子上の凹
凸を平坦化することができ、光検出素子に対するマイク
ロレンズの焦点ズレを小さくし、シェーディングが発生
する等の問題を回避することができる。なお、本発明に
おいて、光検出素子や垂直電荷結合素子以外にも、絶縁
膜を介して配設された金属遮光膜によって、水平電荷結
合素子や出力部の上層が覆われても良い。
る金属遮光膜開口部に対応する部分の凹凸が透過窓によ
って塞がれるため、素子上の凹凸が大幅に緩和される。
従って、従来に比して薄い平坦化層によって素子上の凹
凸を平坦化することができ、光検出素子に対するマイク
ロレンズの焦点ズレを小さくし、シェーディングが発生
する等の問題を回避することができる。なお、本発明に
おいて、光検出素子や垂直電荷結合素子以外にも、絶縁
膜を介して配設された金属遮光膜によって、水平電荷結
合素子や出力部の上層が覆われても良い。
【００１１】ここで、前記透過窓が凸レンズ状に形成さ
れることが好ましい。これにより、金属遮光膜の酸化物
から成る凸レンズ形状の透過窓を光検出素子上に得るこ
とができるので、従来のような金属遮光膜開口部を無く
すると共に、光検出素子上における凹凸を大幅に減少す
ることができる。
れることが好ましい。これにより、金属遮光膜の酸化物
から成る凸レンズ形状の透過窓を光検出素子上に得るこ
とができるので、従来のような金属遮光膜開口部を無く
すると共に、光検出素子上における凹凸を大幅に減少す
ることができる。
【００１２】好ましくは、前記金属遮光膜を、融点が１
０００℃よりも高い金属材料から構成する。また、前記
透過窓の可視光に対する透過率が、空気との一接触界面
において０．７以上であることが好ましい。これらの場
合、例えば凸レンズ形状の透過窓を良好に形成すること
ができる。
０００℃よりも高い金属材料から構成する。また、前記
透過窓の可視光に対する透過率が、空気との一接触界面
において０．７以上であることが好ましい。これらの場
合、例えば凸レンズ形状の透過窓を良好に形成すること
ができる。
【００１３】更に好ましくは、前記金属遮光膜が、チタ
ン、タンタル、チタン及びタンタルを含む合金から成
る。この場合、例えば凸レンズ形状の透過窓を良好に形
成することができる。
ン、タンタル、チタン及びタンタルを含む合金から成
る。この場合、例えば凸レンズ形状の透過窓を良好に形
成することができる。
【００１４】好ましくは、前記金属遮光膜上にSi窒化膜
カバーが形成され、該Si窒化膜カバーが、前記光検出素
子上の前記透過窓に対応する開口部を有する。更に、前
記絶縁膜をSi酸化膜から構成し、前記透過窓の屈折率
を、前記Si酸化膜及び前記Si窒化膜カバーの屈折率より
も高くする。これにより、例えば透過窓が凸レンズ形状
に形成された場合に、透過窓によって外光をより効率良
く集光し、開口部から光検出素子に対して入射すること
ができる。このように集光量が増大するので、撮像部周
辺の信号がけられによって減少するシェーディング等の
問題を解消できる。
カバーが形成され、該Si窒化膜カバーが、前記光検出素
子上の前記透過窓に対応する開口部を有する。更に、前
記絶縁膜をSi酸化膜から構成し、前記透過窓の屈折率
を、前記Si酸化膜及び前記Si窒化膜カバーの屈折率より
も高くする。これにより、例えば透過窓が凸レンズ形状
に形成された場合に、透過窓によって外光をより効率良
く集光し、開口部から光検出素子に対して入射すること
ができる。このように集光量が増大するので、撮像部周
辺の信号がけられによって減少するシェーディング等の
問題を解消できる。
【００１５】本発明の固体撮像素子の製造方法は、マト
リックス状に配列された複数の光検出素子と、前記光検
出素子で発生した信号電荷を読み出す垂直電荷結合素子
と、該垂直電荷結合素子からの信号電荷を転送する水平
電荷結合素子と、該水平電荷結合素子からの信号電荷を
電荷−電圧変換して出力する出力部とを備えた固体撮像
素子の製造方法において、少なくとも前記光検出素子及
び前記垂直電荷結合素子の上層に絶縁膜を介して金属遮
光膜を形成する工程と、前記光検出素子上の所定部分に
開口部を有するSi窒化膜カバーを前記金属遮光膜上に形
成する工程と、前記開口部に対応する前記金属遮光膜を
熱酸化する工程とを含むことを特徴とする。
リックス状に配列された複数の光検出素子と、前記光検
出素子で発生した信号電荷を読み出す垂直電荷結合素子
と、該垂直電荷結合素子からの信号電荷を転送する水平
電荷結合素子と、該水平電荷結合素子からの信号電荷を
電荷−電圧変換して出力する出力部とを備えた固体撮像
素子の製造方法において、少なくとも前記光検出素子及
び前記垂直電荷結合素子の上層に絶縁膜を介して金属遮
光膜を形成する工程と、前記光検出素子上の所定部分に
開口部を有するSi窒化膜カバーを前記金属遮光膜上に形
成する工程と、前記開口部に対応する前記金属遮光膜を
熱酸化する工程とを含むことを特徴とする。
【００１６】本発明の固体撮像素子の製造方法では、金
属遮光膜そのものを局所的に熱酸化して透過窓を形成す
ることができるので、金属遮光膜と完全に一体構造の透
過窓を有する構造を実現することができる。また、酸化
工程では厚さ方向に体積膨張が生じるので、透過性の金
属酸化物を、Si窒化膜カバーにおける開口部付近が厚く
且つ回り込み部分で徐々に薄くなる凸レンズ形状として
形成することができる。
属遮光膜そのものを局所的に熱酸化して透過窓を形成す
ることができるので、金属遮光膜と完全に一体構造の透
過窓を有する構造を実現することができる。また、酸化
工程では厚さ方向に体積膨張が生じるので、透過性の金
属酸化物を、Si窒化膜カバーにおける開口部付近が厚く
且つ回り込み部分で徐々に薄くなる凸レンズ形状として
形成することができる。
【００１７】好ましくは、前記金属遮光膜を形成する工
程に先立って、前記光検出素子上に、Si窒化物から成る
酸化ストッパ膜を形成する工程を含む。これにより、金
属遮光膜の酸化物から成る透過窓の製造を適正に行うこ
とができる。
程に先立って、前記光検出素子上に、Si窒化物から成る
酸化ストッパ膜を形成する工程を含む。これにより、金
属遮光膜の酸化物から成る透過窓の製造を適正に行うこ
とができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】図面を参照して本発明を更に詳細
に説明する。図１は、本発明の一実施形態例における固
体撮像素子の単位画素を示す断面図である。本実施形態
例における下地構造は、図３で説明した従来の固体撮像
素子と同様である。
に説明する。図１は、本発明の一実施形態例における固
体撮像素子の単位画素を示す断面図である。本実施形態
例における下地構造は、図３で説明した従来の固体撮像
素子と同様である。
【００１９】ｎ型Si基板１１の主面側にはｐ型ウェル領
域１２が形成されており、ｐ型ウェル領域１２中には、
ｐ型ウェル領域１２とでｐｎ接合を形成するｎ型光電変
換領域１３が配設されている。ｎ型光電変換領域１３の
表面側には、Si酸化膜１７との界面が空乏化するのを防
止するためのｐ+型領域１４が形成され、ｐ型ウェル領
域１２のｐ型領域を隔ててｎ型光電変換領域１３と対向
する位置にｎ型CCDチャネル領域１６が形成されてい
る。
域１２が形成されており、ｐ型ウェル領域１２中には、
ｐ型ウェル領域１２とでｐｎ接合を形成するｎ型光電変
換領域１３が配設されている。ｎ型光電変換領域１３の
表面側には、Si酸化膜１７との界面が空乏化するのを防
止するためのｐ+型領域１４が形成され、ｐ型ウェル領
域１２のｐ型領域を隔ててｎ型光電変換領域１３と対向
する位置にｎ型CCDチャネル領域１６が形成されてい
る。
【００２０】ｎ型光電変換領域１３と他の画素のｎ型CC
Dチャネル領域１６とは、ｐ+型素子分離領域１５によっ
て分離されている。ｎ型CCDチャネル領域１６と対向す
る位置には、Si酸化膜１７を挟んで、ポリシリコンから
成る垂直CCD電極１８が形成されている。垂直CCD電極１
８は、ｎ型光電変換領域１３との間のｐ型領域上にも延
在しており、信号の読出しゲート電極としても機能す
る。垂直CCD電極１８下のｐ型領域は、信号の読出しチ
ャネルとして機能する。
Dチャネル領域１６とは、ｐ+型素子分離領域１５によっ
て分離されている。ｎ型CCDチャネル領域１６と対向す
る位置には、Si酸化膜１７を挟んで、ポリシリコンから
成る垂直CCD電極１８が形成されている。垂直CCD電極１
８は、ｎ型光電変換領域１３との間のｐ型領域上にも延
在しており、信号の読出しゲート電極としても機能す
る。垂直CCD電極１８下のｐ型領域は、信号の読出しチ
ャネルとして機能する。
【００２１】ｎ型光電変換領域１３、ｐ型ウェル領域１
２及びｐ+型領域１４からｐｎ接合光検出素子が構成さ
れている。ｐｎ接合光検出素子以外の領域に光が入射し
た場合には偽信号となる。これを防止するため、Si酸化
膜１７で覆われたデバイス上が金属遮光膜２０によって
被覆されているが、本実施形態例では、従来技術とは異
なり、ｐｎ接合光検出素子（１２、１３、１４）上の金
属遮光膜２０に金属遮光膜開口部２４（図３）は形成さ
れない。
２及びｐ+型領域１４からｐｎ接合光検出素子が構成さ
れている。ｐｎ接合光検出素子以外の領域に光が入射し
た場合には偽信号となる。これを防止するため、Si酸化
膜１７で覆われたデバイス上が金属遮光膜２０によって
被覆されているが、本実施形態例では、従来技術とは異
なり、ｐｎ接合光検出素子（１２、１３、１４）上の金
属遮光膜２０に金属遮光膜開口部２４（図３）は形成さ
れない。
【００２２】ｐｎ接合光検出素子上のSi酸化膜１７上に
は、酸化ストッパ膜としてSi窒化膜１９が形成されてい
る。Si窒化膜１９上の金属遮光膜２０が、金属遮光膜２
０上に形成されたSi窒化膜カバー２２の開口部から酸化
して、金属遮光膜２０の酸化物２１として変質させてい
る。Si窒化膜１９及びSi窒化膜カバー２２は、酸化のス
トッパとして機能する例えば10nm程度から、スぺーサや
保護膜としての機能も併せて備える例えば500nm程度ま
での厚さに形成される。
は、酸化ストッパ膜としてSi窒化膜１９が形成されてい
る。Si窒化膜１９上の金属遮光膜２０が、金属遮光膜２
０上に形成されたSi窒化膜カバー２２の開口部から酸化
して、金属遮光膜２０の酸化物２１として変質させてい
る。Si窒化膜１９及びSi窒化膜カバー２２は、酸化のス
トッパとして機能する例えば10nm程度から、スぺーサや
保護膜としての機能も併せて備える例えば500nm程度ま
での厚さに形成される。
【００２３】また、Si窒化膜１９及びSi窒化膜カバー２
２は、反射防止膜としても機能する。金属遮光膜２０
は、例えば約200nm〜800nm程度の厚さに形成される。金
属遮光膜２０は、酸化後の酸化物２１によって可視光を
良好に透過することができ、しかも融点が１０００℃よ
りも高い金属材料、例えばチタン、タンタル、チタン及
びタンタルの合金、又は、チタン及びタンタルの合金と
他の物質との合金から構成される。金属遮光膜２０にお
ける酸化物２１は、可視光に対する透過率が、空気との
一接触界面において０．７以上であり、Si酸化膜１７や
Si窒化膜２２よりも高い屈折率を有する。また、後述の
酸化工程で、Si窒化膜カバー２２の開口部付近が厚さ方
向に体積膨張を起こすので、Si窒化膜カバー２２におけ
る開口部付近が厚く、回り込み部分で徐々に薄くなる透
過性の金属酸化物から成る凸レンズ形状を得ることがで
きる。
２は、反射防止膜としても機能する。金属遮光膜２０
は、例えば約200nm〜800nm程度の厚さに形成される。金
属遮光膜２０は、酸化後の酸化物２１によって可視光を
良好に透過することができ、しかも融点が１０００℃よ
りも高い金属材料、例えばチタン、タンタル、チタン及
びタンタルの合金、又は、チタン及びタンタルの合金と
他の物質との合金から構成される。金属遮光膜２０にお
ける酸化物２１は、可視光に対する透過率が、空気との
一接触界面において０．７以上であり、Si酸化膜１７や
Si窒化膜２２よりも高い屈折率を有する。また、後述の
酸化工程で、Si窒化膜カバー２２の開口部付近が厚さ方
向に体積膨張を起こすので、Si窒化膜カバー２２におけ
る開口部付近が厚く、回り込み部分で徐々に薄くなる透
過性の金属酸化物から成る凸レンズ形状を得ることがで
きる。
【００２４】次に、本実施形態例における固体撮像素子
の製造方法を説明する。図２は、本製造方法の主要工程
を示す単位画素の断面図であり、(a)〜(c)は夫々、主要
工程を段階的に示す。
の製造方法を説明する。図２は、本製造方法の主要工程
を示す単位画素の断面図であり、(a)〜(c)は夫々、主要
工程を段階的に示す。
【００２５】図２(a)に示すように、ｎ型Si基板１１上
にｐ型ウェル領域１２、ｎ型光電変換領域１３、ｐ+型
領域１４、ｐ+型素子分離領域１５及びｎ型CCDチャネル
領域１６を夫々形成し、更に、絶縁膜としてのSi酸化膜
１７を介して垂直CCD電極１８を形成する。このように
して固体撮像素子の下地構造を形成した後に、化学気相
成長法やスパッタリング法等により、例えば約10nm〜50
0nm程度の厚さでSi窒化膜を堆積させ、パターニングに
よってｐｎ接合光検出素子（１２、１３、１４）上のSi
窒化膜のみを残してSi窒化膜１９とする。
にｐ型ウェル領域１２、ｎ型光電変換領域１３、ｐ+型
領域１４、ｐ+型素子分離領域１５及びｎ型CCDチャネル
領域１６を夫々形成し、更に、絶縁膜としてのSi酸化膜
１７を介して垂直CCD電極１８を形成する。このように
して固体撮像素子の下地構造を形成した後に、化学気相
成長法やスパッタリング法等により、例えば約10nm〜50
0nm程度の厚さでSi窒化膜を堆積させ、パターニングに
よってｐｎ接合光検出素子（１２、１３、１４）上のSi
窒化膜のみを残してSi窒化膜１９とする。
【００２６】次いで、図２(b)に示すように、Si酸化膜
１７及びSi窒化膜１９上に、例えばチタン、タンタル、
チタン及びタンタルの合金、又は、チタン及びタンタル
の合金と他の物質との合金から成る金属遮光膜２０を、
スパッタリング法や真空蒸着法等によって例えば約200n
m〜800nm程度の厚さに堆積する。この後、化学気相成長
法やスパッタリング法等によって、金属遮光膜２０上に
Si窒化膜を例えば約10nm〜500nm程度の厚さに堆積させ
てSi窒化膜カバー２２とし、更に、Si窒化膜カバー２２
をパターニングして、ｐｎ接合光検出素子（１２、１
３、１４）に対応する位置にSi窒化膜カバー開口部２３
を形成する。
１７及びSi窒化膜１９上に、例えばチタン、タンタル、
チタン及びタンタルの合金、又は、チタン及びタンタル
の合金と他の物質との合金から成る金属遮光膜２０を、
スパッタリング法や真空蒸着法等によって例えば約200n
m〜800nm程度の厚さに堆積する。この後、化学気相成長
法やスパッタリング法等によって、金属遮光膜２０上に
Si窒化膜を例えば約10nm〜500nm程度の厚さに堆積させ
てSi窒化膜カバー２２とし、更に、Si窒化膜カバー２２
をパターニングして、ｐｎ接合光検出素子（１２、１
３、１４）に対応する位置にSi窒化膜カバー開口部２３
を形成する。
【００２７】図２(c)に示すように、酸化雰囲気中で、
例えば約600℃〜1000℃程度で約１時間〜８時間程度の
熱処理を行なうことにより、Si窒化膜カバー開口部１３
付近の金属遮光膜２０を熱酸化して変質させ、金属遮光
膜の酸化物２１から成る凸レンズ形状の透過窓として構
成する。これにより、金属遮光膜２０と完全に一体構造
の凸レンズ形状の透過窓を有する構造を実現することが
できる。なお、酸化物２１を形成した後のSi窒化膜カバ
ー２２は除去しても良く、また、反射防止効果が得られ
るのでそのまま残しても良い。
例えば約600℃〜1000℃程度で約１時間〜８時間程度の
熱処理を行なうことにより、Si窒化膜カバー開口部１３
付近の金属遮光膜２０を熱酸化して変質させ、金属遮光
膜の酸化物２１から成る凸レンズ形状の透過窓として構
成する。これにより、金属遮光膜２０と完全に一体構造
の凸レンズ形状の透過窓を有する構造を実現することが
できる。なお、酸化物２１を形成した後のSi窒化膜カバ
ー２２は除去しても良く、また、反射防止効果が得られ
るのでそのまま残しても良い。
【００２８】以上のように、本実施形態例によると、従
来はｐｎ接合光検出素子上に金属遮光膜開口部２４（図
３）が形成された部分が、金属遮光膜２０そのものを局
所的に熱酸化させた凸レンズ形状の金属酸化物となる。
これにより、デバイス上の凹凸を無くするための平坦化
層を薄くすることができる。また、凸レンズ形状の酸化
物２１が集光力を有し層内レンズとして機能するので、
集光性能の向上、及び、斜め入射光のけられの防止を実
現することができ、従来技術における集光不足の問題や
撮像部周辺の信号減少によるシェーディングが発生する
問題等を解消することができる。
来はｐｎ接合光検出素子上に金属遮光膜開口部２４（図
３）が形成された部分が、金属遮光膜２０そのものを局
所的に熱酸化させた凸レンズ形状の金属酸化物となる。
これにより、デバイス上の凹凸を無くするための平坦化
層を薄くすることができる。また、凸レンズ形状の酸化
物２１が集光力を有し層内レンズとして機能するので、
集光性能の向上、及び、斜め入射光のけられの防止を実
現することができ、従来技術における集光不足の問題や
撮像部周辺の信号減少によるシェーディングが発生する
問題等を解消することができる。
【００２９】なお、本実施形態例では、ｐｎ接合光検出
素子（１２、１３、１４）を備えた固体撮像素子に関し
て説明したが、これに限らず、ショットキー障壁型等他
の方式の光検出素子を備えた固体撮像素子に対しても本
発明を適用することができる。
素子（１２、１３、１４）を備えた固体撮像素子に関し
て説明したが、これに限らず、ショットキー障壁型等他
の方式の光検出素子を備えた固体撮像素子に対しても本
発明を適用することができる。
【００３０】
【実施例】次に、本発明の一実施例を説明する。まず、
従来技術と同様に、ｎ型Si基板に固体撮像素子の下地構
成要素を形成した後、ｐｎ接合光検出素子上のSi酸化膜
上に、化学気相成長法で堆積させた厚さ30nm程度のSi窒
化膜から成る酸化ストッパーを形成した。次いで、スパ
ッタリング法でチタンを厚さ400nm程度に堆積し、更
に、チタン層上に、化学気相成長法でSi窒化膜を厚さ30
nm程度に堆積し、そのSi窒化膜カバーをパターニングし
てSi窒化膜カバー開口部を形成した。
従来技術と同様に、ｎ型Si基板に固体撮像素子の下地構
成要素を形成した後、ｐｎ接合光検出素子上のSi酸化膜
上に、化学気相成長法で堆積させた厚さ30nm程度のSi窒
化膜から成る酸化ストッパーを形成した。次いで、スパ
ッタリング法でチタンを厚さ400nm程度に堆積し、更
に、チタン層上に、化学気相成長法でSi窒化膜を厚さ30
nm程度に堆積し、そのSi窒化膜カバーをパターニングし
てSi窒化膜カバー開口部を形成した。
【００３１】その後、酸化雰囲気中で、約800℃で２時
間程度の熱処理を行なうことにより、Si窒化膜カバー開
口部付近のチタン遮光膜を酸化物(TiO2)に変質させた。
チタンがTiO2になる際に、厚さ方向に約1.77倍の堆積膨
張が生じ、Si窒化膜カバー開口部付近が厚く、回り込み
部分では徐々に薄くなる凸レンズ形状を持たせることが
できた。また、TiO2の屈折率は約2.7なので、Si酸化膜
やSi窒化膜内においても集光力を発揮することができ
た。固体撮像素子上にオンチップフィルタやマイクロレ
ンズアレイを形成するための平坦化層は、従来の半分以
下の厚さ約３μm程度にすることができた。
間程度の熱処理を行なうことにより、Si窒化膜カバー開
口部付近のチタン遮光膜を酸化物(TiO2)に変質させた。
チタンがTiO2になる際に、厚さ方向に約1.77倍の堆積膨
張が生じ、Si窒化膜カバー開口部付近が厚く、回り込み
部分では徐々に薄くなる凸レンズ形状を持たせることが
できた。また、TiO2の屈折率は約2.7なので、Si酸化膜
やSi窒化膜内においても集光力を発揮することができ
た。固体撮像素子上にオンチップフィルタやマイクロレ
ンズアレイを形成するための平坦化層は、従来の半分以
下の厚さ約３μm程度にすることができた。
【００３２】以上のように、本発明の実施例によれば、
絶縁膜を介して少なくとも垂直電荷結合素子の上層を金
属遮光膜が覆っており、この金属遮光膜と一体構造で、
それを構成する金属の酸化物からなる凸レンズ形状の透
過窓を光検出素子上に備えるので、金属遮光膜開口部が
無くなったことに加え、その部分が膨出している分、段
差を極めて少なくすることができ、平坦化層を薄くする
ことができる。
絶縁膜を介して少なくとも垂直電荷結合素子の上層を金
属遮光膜が覆っており、この金属遮光膜と一体構造で、
それを構成する金属の酸化物からなる凸レンズ形状の透
過窓を光検出素子上に備えるので、金属遮光膜開口部が
無くなったことに加え、その部分が膨出している分、段
差を極めて少なくすることができ、平坦化層を薄くする
ことができる。
【００３３】また、金属遮光膜の酸化物から成る凸レン
ズ形状透過窓はSi酸化膜やSi窒化膜よりも屈折率が高い
ので、集光力を有する層内レンズとしての効果が得られ
る。従って、集光量の向上、金属酸化膜による集光力の
増大、及び、斜め入射光のけられの防止等が実現できる
ので、従来技術における集光不足の問題や、撮像部周辺
の信号減少によるシェーディングの発生の問題等を解決
できる。また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、
酸化物が可視光を良好に透過し、しかも高融点の金属か
ら成る金属遮光膜そのものを局所的に酸化することによ
り、金属遮光膜の酸化物から成る凸レンズ形状の透過窓
を形成できるので、金属遮光膜と完全に一体構造の凸レ
ンズ形状透過窓を有する構造が実現できる。
ズ形状透過窓はSi酸化膜やSi窒化膜よりも屈折率が高い
ので、集光力を有する層内レンズとしての効果が得られ
る。従って、集光量の向上、金属酸化膜による集光力の
増大、及び、斜め入射光のけられの防止等が実現できる
ので、従来技術における集光不足の問題や、撮像部周辺
の信号減少によるシェーディングの発生の問題等を解決
できる。また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、
酸化物が可視光を良好に透過し、しかも高融点の金属か
ら成る金属遮光膜そのものを局所的に酸化することによ
り、金属遮光膜の酸化物から成る凸レンズ形状の透過窓
を形成できるので、金属遮光膜と完全に一体構造の凸レ
ンズ形状透過窓を有する構造が実現できる。
【００３４】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の固体撮像素子及びその製造
方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるもので
はなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更
を施した固体撮像素子及びその製造方法も、本発明の範
囲に含まれる。
づいて説明したが、本発明の固体撮像素子及びその製造
方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるもので
はなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更
を施した固体撮像素子及びその製造方法も、本発明の範
囲に含まれる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
素子及びその製造方法によれば、従来に比して薄い平坦
化層を有することにより素子上の凹凸を平坦化すること
ができ、光検出素子に対するマイクロレンズの焦点ズ
レ、或いは、シェーディングが発生する等の問題を回避
することができる。
素子及びその製造方法によれば、従来に比して薄い平坦
化層を有することにより素子上の凹凸を平坦化すること
ができ、光検出素子に対するマイクロレンズの焦点ズ
レ、或いは、シェーディングが発生する等の問題を回避
することができる。
【図１】本発明の一実施形態例における固体撮像素子の
単位画素を示す断面図である。
単位画素を示す断面図である。
【図２】本実施形態例における製造方法の主要工程を示
す単位画素の断面図であり、(a)〜(c)は夫々、主要工程
を段階的に示している。
す単位画素の断面図であり、(a)〜(c)は夫々、主要工程
を段階的に示している。
【図３】従来の固体撮像素子の単位画素を示す断面図で
ある。
ある。
１１：ｎ型Si基板 １２：ｐ型ウェル領域 １３：ｎ型光電変換領域 １４：ｐ+型領域 １５：ｐ+型素子分離領域 １６：ｎ型CCDチャネル領域 １７：Si酸化膜 １８：垂直CCD電極 １９：Si窒化膜 ２０：金属遮光膜 ２１：金属遮光膜の酸化物 ２２：Si窒化膜カバー ２３：Si窒化膜カバー開口部 ２４：金属遮光膜開口部
Claims (9)
- 【請求項１】 マトリックス状に配列された複数の光検
出素子と、前記光検出素子で発生した信号電荷を読み出
す垂直電荷結合素子と、該垂直電荷結合素子からの信号
電荷を転送する水平電荷結合素子と、該水平電荷結合素
子からの信号電荷を電荷−電圧変換して出力する出力部
とを備えた固体撮像素子において、 少なくとも前記光検出素子及び前記垂直電荷結合素子の
上層に絶縁膜を介して金属遮光膜が形成され、 前記光検出素子上の透過窓が前記金属遮光膜の酸化物と
して形成されていることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記透過窓が凸レンズ状に形成されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記金属遮光膜は、融点が１０００℃よ
りも高い金属材料から成ることを特徴とする請求項１又
は２に記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記透過窓の可視光に対する透過率が、
空気との一接触界面において０．７以上であることを特
徴とする請求項１乃至３の内の何れか１項に記載の固体
撮像素子。 - 【請求項５】 前記金属遮光膜が、チタン、タンタル、
又は、チタン及びタンタルを含む合金から成ることを特
徴とする請求項１乃至４の内の何れか１項に記載の固体
撮像素子。 - 【請求項６】 前記金属遮光膜上にSi窒化膜カバーが形
成され、該Si窒化膜カバーが、前記光検出素子上の前記
透過窓に対応する開口部を有することを特徴とする請求
項１乃至５の内の何れか１項に記載の固体撮像素子。 - 【請求項７】 前記絶縁膜がSi酸化膜から成り、前記透
過窓は、前記Si酸化膜及び前記Si窒化膜カバーよりも屈
折率が高いことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像
素子。 - 【請求項８】 マトリックス状に配列された複数の光検
出素子と、前記光検出素子で発生した信号電荷を読み出
す垂直電荷結合素子と、該垂直電荷結合素子からの信号
電荷を転送する水平電荷結合素子と、該水平電荷結合素
子からの信号電荷を電荷−電圧変換して出力する出力部
とを備えた固体撮像素子の製造方法において、 少なくとも前記光検出素子及び前記垂直電荷結合素子の
上層に絶縁膜を介して金属遮光膜を形成する工程と、 前記光検出素子上の所定部分に開口部を有するSi窒化膜
カバーを前記金属遮光膜上に形成する工程と、 前記開口部に対応する前記金属遮光膜を熱酸化する工程
とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項９】 前記金属遮光膜を形成する工程に先立っ
て、前記光検出素子上に、Si窒化物から成る酸化ストッ
パ膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項８に
記載の固体撮像素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26331098A JP3152300B2 (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26331098A JP3152300B2 (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000101056A true JP2000101056A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3152300B2 JP3152300B2 (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17387710
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26331098A Expired - Fee Related JP3152300B2 (ja) | 1998-09-17 | 1998-09-17 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3152300B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003197897A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-11 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 半導体光電変換装置 |
| KR100748313B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2007-08-09 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지센서의 제조방법 |
| WO2009081497A1 (ja) | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | 固体撮像素子、固体撮像装置及びその製造方法 |
| EP2180516A2 (en) | 2008-10-24 | 2010-04-28 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | Solid-state image pickup element, solid-state image pickup device and production method therefor |
-
1998
- 1998-09-17 JP JP26331098A patent/JP3152300B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100748313B1 (ko) * | 2001-06-28 | 2007-08-09 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지센서의 제조방법 |
| JP2003197897A (ja) * | 2001-12-28 | 2003-07-11 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | 半導体光電変換装置 |
| WO2009081497A1 (ja) | 2007-12-26 | 2009-07-02 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | 固体撮像素子、固体撮像装置及びその製造方法 |
| US7960762B2 (en) | 2007-12-26 | 2011-06-14 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | Solid-state image sensing device including solid-state image sensor having a pillar-shaped semiconductor layer |
| US8664032B2 (en) | 2007-12-26 | 2014-03-04 | Unisantis Electronics Singapore Pte Ltd. | Method of producing a solid-state image sensing device including solid-state image sensor having a pillar-shaped semiconductor layer |
| EP2180516A2 (en) | 2008-10-24 | 2010-04-28 | Unisantis Electronics (Japan) Ltd. | Solid-state image pickup element, solid-state image pickup device and production method therefor |
| CN101728410A (zh) * | 2008-10-24 | 2010-06-09 | 日本优尼山帝斯电子股份有限公司 | 固态摄像元件、固态摄像装置及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3152300B2 (ja) | 2001-04-03 |
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