JP2004296966A

JP2004296966A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP2004296966A
Application number: JP2003089712A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Aonuma; 雅義青沼
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】スミアの発生を防止しながらも、電極−遮光膜間の短絡を確実に防止可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１の表面層に光電変換部１０２が配列形成されている。光電変換部１０２脇の半導体基板１０１上に転送電極１０７ａ，１０７ｂが設けられている。光電変換部１０２上に開口部１１０ａを有すると共に、絶縁膜１０８を介して転送電極１０７ａ，１０７ｂを覆う状態で半導体基板１０１上の全面に遮光膜１１０が設けられている。そして、遮光膜１１０の開口部１１０ａよりも一回り大きな開口部１０ａを有しする絶縁膜パターン１０が、遮光膜１１０と転送電極１０７ａ，１０７ｂとの間に設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、特には光電変換部脇に設けられた電極を覆う状態で遮光膜が設けられた構成に適用される固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体基板の表面層に複数の光電変換部を配列し、この光電変換部で光電変換された電荷を個々に読み出す機能を併せ持つ固体撮像装置として、電荷結合素子（ＣＣＤ：ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）によって電荷を転送するＣＣＤ型の固体撮像装置がある。
【０００３】
図７には、このような固体撮像装置のうち、インターライン転送（ＩＴ：ＩｎｔｅｒｌｉｎｅＴｒａｎｓｆｅｒ）方式の固体撮像装置における水平転送方向（Ｈ）の断面図を示す。この図に示す固体撮像装置は、Ｐ型の半導体基板１０１の表面層に、Ｎ型拡散層からなる光電変換部１０２がマトリックス状に配列され、これらの光電変換部１０２脇には読出チャネル領域１０３を介して垂直電荷転送領域１０４が配置された構成となっている。また、読出チャネル領域１０３と反対側の光電変換部１０２脇にはチャネルストップ拡散層１０５が設けられている。
【０００４】
そして、読出チャネル領域１０３および垂直電荷転送領域１０４上には、ゲート絶縁膜１０６を介して２層構造の転送電極１０７ａ（１０７ｂ）が垂直方向に沿って配置されている。これらの転送電極１０７ａ（１０７ｂ）は、光電変換部１０２を開口する状態で配置されている。図８は、転送電極１０７ａ，１０７ｂの配置状態を示す垂直転送方向（Ｖ）の断面図である。この図に示すように、転送電極１０７ａ，１０７ｂは、絶縁性を保って垂直方向の端部を重ねた状態で交互に配置されている。このうち転送電極１０７ａは、読出チャネル領域１０３上にも配置されて読出ゲート電極を兼ねている。
【０００５】
このような構成の転送電極１０７ａ，１０７ｂが形成された半導体基板１０１上には、絶縁膜１０８を介して、光電変化部１０４から転送電極１０７ａ，１０７ｂ上にかけてを覆う反射防止膜１０９が設けられている（図７のみに図示）。この反射防止膜１０９は、例えば窒化シリコンからなり、転送電極１０７ａ，１０７ｂ上の一部が除去された形状となっている。また、この反射防止膜１０９が形成された半導体基板１０１上には、光電変化部１０２上に開口部１１０ａを有する遮光膜１１０が設けられている。
【０００６】
このように構成された固体撮像装置においては、光電変換部１０２に入射した入射光は、この光電変換部１０２において電荷に変換され、読出チャネル領域１０３を介して垂直電荷転送領域１０４へ水平転送方向（Ｈ）に読み出され、転送電極１０７ａ，１０７ｂの駆動によって垂直転送方向（Ｖ）に転送される。また、遮光膜１１０によって、転送電極１０７ａ，１０７ｂ下方の垂直転送領域１０４への光の侵入が防止され、スミアの発生が防止される。また、反射防止膜１０９によって、光電変換部１０２への入射光損失が低減されると共に、この反射防止膜１０９が除去された部分からの水素の供給により、半導体基板１０１表面の不対結合手が終端され暗電流の発生が防止される（以上、下記特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１２８１７号公報（図１参照）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した構成の固体撮像装置においては、通常、アルミニウムやタングステンなどの金属材料を用いてに遮光膜１１０が構成されている。このため、転送電極１０７ａ，１０７ｂ−遮光膜１１０間の間隔をある程度に保つことで、転送電極−遮光膜間の耐圧を十分に確保する必要がある。特に、上述した構成のＣＣＤ固体撮像装置においては、２層構造の転送電極１０７ａ，１０７ｂの上方型部Ａが、製造工程中の熱処理によって角状に突出する形状に変形するため、この部分の耐圧が確保し難くなっている。そこで、このような短絡を防止するためには、絶縁膜１０８や反射防止膜１０９等の、転送電極１０７ａ，１０７ｂ−遮光膜１１０間に配置される各絶縁性材料膜の膜厚を増加させることになる。しかしながら、これらの絶縁性材料膜の膜厚の増加により、遮光膜１１０の開口部１１０ａ周縁においての遮光膜１１０−半導体基板１０１間の隙間ｄが大きくなり、この隙間ｄから垂直電荷転送領域１０４への光の漏れ込みが増加し、スミアが発生し易くなると言った問題が生じる。
【０００９】
そこで本発明は、スミアの発生を防止しながらも、電極−遮光膜間の短絡を確実に防止可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明の固体撮像装置は、半導体基板の表面層に光電変換部が配列形成され、さらに光電変換部脇の半導体基板上に電極が設けられ、光電変換部上に開口部を有すると共に絶縁膜を介してこの電極を覆う状態で半導体基板上の全面に遮光膜が設けられているものにおいて、特に、遮光膜と電極との間となる層に、遮光膜の開口部よりも一回り大きな開口部を有する絶縁膜パターンを設けたことを特徴としている。
【００１１】
このような構成の固体撮像装置では、遮光膜と電極との間となる層に設けられた絶縁膜パターンが、遮光膜の開口部よりも一回り大きな開口部を有している。このため、遮光膜における開口部の周縁では、遮光膜と半導体基板との間に絶縁膜パターンが挟み込まれることはなく、遮光膜−半導体基板間の間隔は絶縁膜パターンが設けられていない大きさに維持される。したがって、絶縁膜パターンの膜厚を、遮光膜−電極間の絶縁性が確保される程度に十分な膜厚とした場合であっても、遮光膜の開口部から光電変換部に入射した光の、遮光膜−半導体基板間の隙間から読出拡散層側への漏れ込み量が増加することはない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下においては、本発明をインターライン転送（ＩＴ：ＩｎｔｅｒｌｉｎｅＴｒａｎｓｆｅｒ）方式の固体撮像装置に適用した実施形態を説明し、従来と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。また、図２（１）は図１におけるＡ−Ａ’断面図であり、水平転送方向（Ｈ）の断面に相当する。そして、図２（２）は図１におけるＢ−Ｂ’断面図であり、水平転送方向の断面に相当する。尚、図１の要部平面図においては、一部の構成要素の図示を省略している。
【００１４】
これらの図に示す第１実施形態の固体撮像装置１は、図７，図８を用いて説明した従来の固体撮像装置と同様に、例えばＰ型の半導体基板１０１の表面側に、Ｎ型拡散層からなる光電変換部１０２、読出チャネル領域１０３、読出拡散層としての垂直電荷転送領域１０４、さらにはチャネルストップ拡散層１０５が設けられている。またさらに、この半導体基板１０１上には、読出チャネル領域１０３および垂直電荷転送領域１０４上となる部分にゲート絶縁膜１０６を介して転送電極１０７ａ，１０７ｂが垂直転送方向Ｖに沿って交互に配置され、これを覆うように絶縁膜１０８が設けられている。以上までの構成は、従来の固体撮像装置と同様であることとする。
【００１５】
そして特に、本第１実施形態の固体撮像装置１においては、半導体基板１０１上の全面を覆う絶縁膜１０８上に、絶縁膜パターン１０が設けられている。この絶縁膜パターン１０は、光電変換部１０２上に開口部１０ａを有して設けられている。開口部１０ａの形状は、絶縁膜パターン１０が転送電極１０７ａ，１０７ｂをできるだけ広い範囲で覆い、かつ光電変化部１０２上をできるだけ広い範囲で開口する形状を有していることとする。
【００１６】
この絶縁膜パターン１０は、例えばプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜で構成することにより、窒化シリコンから放出される水素を半導体基板１０１に供給し、水素アニール効果による暗電流の低減が図られる様にしても良い。
【００１７】
そして、この絶縁膜パターン１０が形成された半導体基板１０１上に、遮光膜１１０がパターン形成されていることとする。この遮光膜１１０は、転送電極１０７ａ，１０７ｂを完全に覆うと共に、光電変化部１０２上をできるだけ広い範囲で開口する形状の開口部１１０ａを有する形状にパターン形成されている。また、遮光膜１１０の開口部１１０ａは、絶縁膜パターン１０の開口部１０ａよりも一回り小さく、絶縁膜パターン１０ａの開口部１０ａの内側に配置されるようにパターニングされていることとする。さらに、遮光膜１１０の開口部１１０ａは、絶縁膜パターン１０の影響なく、遮光膜１１０−半導体基板１０１間の間隔が狭く保たれる程度に、絶縁膜パターン１０ａの開口部１０ａから内側に張り出していることとする。
【００１８】
また、ここでの図示は省略したが、この遮光膜１１０上には、平坦化絶縁膜、カラーフィルタ、オンチップレンズ等が必要に応じて設けられていることとする。
【００１９】
以上説明した第１実施形態の固体撮像装置１においては、遮光膜１１０と転送電極１０７ａ，１０７ｂとの間となる層に、遮光膜１１０の開口部１１０ａよりも一回り大きな開口部１０ａを有する絶縁膜パターン１０が設けられている。このため、遮光膜１１０における開口部１１０ａの周縁では、遮光膜１１０と半導体基板１０１との間に絶縁膜パターン１０が挟み込まれることはなく、遮光膜１１０−半導体基板１０１間の間隔ｄは絶縁膜パターン１０が設けられていない大きさに維持される。したがって、絶縁膜パターン１０の膜厚を、遮光膜１１０−転送電極１０７ａ，１０７ｂ間の絶縁性が確保される程度に十分な膜厚とした場合であっても、遮光膜１１０の開口部１１０ａから光電変換部１０２に入射した光が、遮光膜１１０と半導体基板１０１との隙間から垂直電荷転送領域１０４に漏れ込むことを防止できる。
【００２０】
この結果、遮光膜１１０−転送電極１０７ａ，１０７ｂ間の短絡の防止を図りつつも、垂直転送領域１０４への光の漏れ込みによるスミアの発生を防止することが可能になる。
【００２１】
＜第２実施形態＞
図３は、第２実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。この図に示す第２実施形態の固体撮像装置２と、図１、図２を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置との異なる点は、絶縁膜パターン１２の形状にあり、他の構成は同様であることとする。
【００２２】
すなわち、本第２実施形態の固体撮像装置２における絶縁膜パターン１２は、転送電極１０７ａ，１０７ｂの垂直転送方向（Ｖ）に沿ったストライプ状に形成されている。そして、これらのストライプ状に形成された絶縁膜パターン１２間の間隔が、絶縁膜パターン１２の開口部１２ａとなっている。このような絶縁膜パターン１２は、絶縁膜パターン１２が転送電極１０７ａ，１０７ｂをできるだけ広い範囲で覆い、かつ光電変換部上をできるだけ広い範囲で開口する形状を有していることは、第１実施形態と同様である。
【００２３】
また、第１実施形態と同様の遮光膜１１０の開口部１１０ａが、絶縁膜パターン１２の影響なく、遮光膜１１０−半導体基板１０１間の間隔が狭く保たれる程度に、絶縁膜パターン１２ａの開口部１２ａから内側に張り出していることも、第１実施形態と同様であることとする。
【００２４】
このような形状の絶縁膜パターン１２を備えた固体撮像装置２であっても、遮光膜１１０と転送電極１０７ａ，１０７ｂとの間となる層に、遮光膜１１０の開口部１１０ａよりも一回り大きな開口部１２ａを有する絶縁膜パターン１２が設けられているため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、絶縁膜パターン１２ａによって転送電極１７ａ，１７ｂが覆われる面積の大きな第１実施形態の方が、より転送電極１０７ａ，１０７ｂ−遮光膜１１０間の絶縁性を確保する効果が高い。
【００２５】
＜第３実施形態＞
図４は、第３実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。また、図５（１）は図４におけるＡ−Ａ’断面図であり、水平転送方向（Ｈ）の断面に相当する。そして、図５（２）は図４におけるＢ−Ｂ’断面図であり、水平転送方向（Ｖ）の断面に相当する。尚、図４の要部平面図においては、一部の構成要素の図示を省略している。
【００２６】
これらの図に示す固体撮像装置３と、図３を用いて説明した第２実施形態の固体撮像装置との異なる点は、半導体基板１０１上に、絶縁膜パターン１２と同一層からなる反射防止膜パターン１４が設けられているところにあり、他の構成は第２実施形態の固体撮像装置と同様であることとする。
【００２７】
すなわち、この反射防止膜パターン１４は、絶縁膜パターン１２の形成と同一工程で形成された例えば窒化シリコン膜からなるもので、ストライプ状に形成された絶縁膜パターン１２間に設けられている。これらの反射防止膜パターン１４は、遮光膜１１０の開口部１１０ａとの間に、光電変換部１０２を露出させる隙間１４ａが設けられる形状にパターン形成されていることとする。
【００２８】
尚、反射防止膜パターン１４は、光電変換部１０２上を覆う絶縁膜（ゲート絶縁膜）１０６および絶縁膜１０８を構成する材料よりも屈折率の高い材料を用いて構成されることとする。このため、例えば、ゲート絶縁膜１０６および絶縁膜１０８が酸化シリコンからなる場合、反射防止膜パターン１４および絶縁膜パターン１２は、窒化シリコンで構成される。
【００２９】
このような構成の固体撮像装置３によれば、反射防止膜パターン１４を設けたことで、光電変換部１０２への入射光損失が低減され、感度の向上を図ることができる。また、この反射防止膜パターン１４と遮光膜１１０の開口部１１ａとの間に隙間１４ａが形成されているため、この隙間１４ａからの水素の供給により、半導体基板１０１表面の不対結合手が終端され暗電流の発生が防止される。
【００３０】
そして特に、絶縁膜パターン１２を、反射防止膜パターン１４と同一層からなるものとしたことで、絶縁膜パターン１２の形成のみを目的とした特別な工程を行う必要がなく、反射防止膜パターン１４の形成と同一工程で絶縁膜パターン１２が形成される。したがって、反射防止膜パターン１４を備えた固体撮像装置の製造において、製造工程数を増加させることなく、遮光膜１１０−転送電極１０７ａ，１０７ｂ間の短絡の防止を図りつつも、垂直転送領域１０４への光の漏れ込みによるスミアの発生を防止することが可能な固体撮像装置を得ることができる。
【００３１】
＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。この図に示す固体撮像装置４と、図４、図５を用いて説明した第３実施形態の固体撮像装置との異なる点は、絶縁膜パターン１２と反射防止膜パターン１４とが転送電極１０７ａ，１０７ｂ上において接続されている点にあり、他の構成は同様であることとする。
【００３２】
すなわち、同一層で構成された絶縁膜パターン１２と反射防止膜パターン１４とは、転送電極１０７ａ，１０７ｂが水平方向に接続されている部分上を覆う形状にパターニングされており、この部分において絶縁膜パターン１２と反射防止膜パターン１４とが接続された形状となっている。
【００３３】
このような構成であっても、第３実施形態と同様の効果を得ることが可能である。また、第３実施形態の固体撮像装置と比較して、より広範囲で転送電極１０７ａ，１０７ｂが覆われるため、転送電極１０７ａ，１０７ｂ−遮光膜１１０間の絶縁性を確保する効果が高い。
【００３４】
尚、以上の第３実施形態および第４実施形態においては、反射防止膜パターン１４がストライプ状である場合を説明した。しかしながら、反射防止膜パターン１４は、遮光膜１１０の開口部１１０ａとの間に隙間１４ａを設けて配置されれば、垂直転送方向Ｖに連続したストライプ状である必要はない。
【００３５】
また、以上においては、ＣＣＤ固体撮像装置に本発明を適用した実施の形態を説明した。しかしながら、本発明の固体撮像装置は、ＭＯＳ型の固体撮像装置にも適応可能である。この場合、上述の実施形態で説明した垂直転送領域に換えて電荷読出拡散層が設けられ、また転送電極に換えてこの電荷読出拡散層に接続された垂直信号電極およびこれに接続された配線やその他の駆動用の回路配線が受光領域１０２脇の半導体基板１０１上に設けられることとする。そして、垂直信号電極およびこれに接続された配線やその他の駆動用の回路配線を絶縁膜パターンで覆う。このような構成のＭＯＳ型の固体撮像装置であっても、受光領域１０２脇の電極と遮光膜との間に絶縁膜パターンが設けられるため、上述と同様の効果を得ることが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像装置によれば、遮光膜と電極との間となる層に遮光膜の開口部よりも一回り大きな開口部を有する絶縁膜パターンを設けたことにより、絶縁膜パターンの膜厚を遮光膜−電極間の絶縁性が確保される程度に十分な膜厚とした場合であっても、遮光膜における開口部の周縁で遮光膜と半導体基板間の間隔を小さく維持することができる。この結果、遮光膜−電極間の短絡の防止を図りつつも、読出拡散層への光の漏れ込みによるスミアの発生を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。
【図２】（１）は図１におけるＡ−Ａ’断面図（垂直転送方向の断面）であり、（２）は図１におけるＢ−Ｂ’断面図（水平転送方向）である。
【図３】第２実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。
【図４】第３実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。
【図５】図３におけるＡ−Ａ’断面図（垂直転送方向の断面）である。
【図６】第４実施形態の固体撮像装置の構成を説明する要部平面図である。
【図７】従来の固体撮像装置の構成を説明する水平転送方向の断面図である。
【図８】従来の固体撮像装置の構成を説明する垂直転送方向の断面図である。
【符号の説明】
１，２，３，４…固体撮像装置、１０，１２，…絶縁膜パターン、１０ａ，１２ａ…開口部（絶縁膜パターン）、１４…反射防止膜パターン、１０１…半導体基板、１０２…光電変換部、１０７ａ，１０７ｂ…転送電極（電極）、１０６…ゲート絶縁膜、１０８…絶縁膜、１１０…遮光膜、１１０ａ…開口部（遮光膜）

Claims

半導体基板の表面層に配列形成された光電変換部と、
前記光電変換部脇の前記半導体基板上に設けられた電極と、
前記光電変換部上に開口部を有すると共に、絶縁膜を介して前記電極を覆う状態で前記半導体基板上の全面に設けられた遮光膜と、
前記遮光膜の開口部よりも一回り大きな開口部を有し前記遮光膜と前記電極との間に設けられた絶縁膜パターンとを備えた
ことを特徴とする固体撮像装置。
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記電極は、前記複数層で構成された転送電極であり、前記半導体基板上に絶縁膜を介して配列形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記光電変換部上には前記遮光膜の開口部との間に当該光電変換部を露出させる状態で、前記絶縁膜パターンと同一層で形成された反射防止膜パターンが設けられている
ことを特徴とする固体撮像装置。