JP2005175072A - Solid state imaging apparatus and its fabricating process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタルスチルカメラや一体型ビデオカメラ等に搭載される固体撮像装置とその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device mounted on a digital still camera, an integrated video camera, or the like and a manufacturing method thereof.
近年、固体撮像装置は一体型ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像部などに広く実用に供されている。その中でインターライン転送方式CCD型固体撮像装置(以下IT−CCDという)は、低雑音特性を有することから、特に注力されている。
図3は、一般的なIT−CCDの構成を示す模式図である。
図3に示すように、固体撮像装置100は、光電変換機能を有するフォトダイオード1、信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部2、垂直転送を制御する垂直転送ゲート3、信号電荷を水平方向に転送する水平転送部4、および出力部5を備える。
In recent years, solid-state imaging devices have been widely put into practical use for imaging units of integrated video cameras and digital still cameras. Among them, an interline transfer type CCD solid-state imaging device (hereinafter referred to as IT-CCD) is particularly focused on because of its low noise characteristics.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a general IT-CCD.
As shown in FIG. 3, the solid-
図4は、図3におけるフォトダイオード1、垂直転送部2、および垂直転送ゲート3からなる単位画素200を示す図である。
図5は、図4に示した単位画素200のA−A’における断面模式図である。
図5に示すように、単位画素200は、シリコン基板11内に形成された光電変換機能を有するフォトダイオード1、信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部2、垂直転送を制御する垂直転送ゲート3、垂直転送ゲート3の上部に形成されたSiO2を主成分とする誘電膜81、誘電膜81の上部に形成され入射光を垂直転送部2や垂直転送ゲート3などの領域に入射させないための遮光膜6、遮光膜6およびフォトダイオード1の上部に形成されたSiO2を主成分とする誘電膜82、誘電膜82の上部に形成された保護膜10、保護膜10の上部に形成された有機の誘電膜12、および誘電膜12の上部に入射光をフォトダイオード1に集光するための有機膜で形成されたレンズ7を備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating a
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA ′ of the
As shown in FIG. 5, a
なお、誘電膜12は平坦化の役割と色フィルターの役割を併用している。
また、固体撮像装置の製造方法については様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1および2参照)。
図6は、従来の固体撮像装置の製造方法の一部を示す図である。図6(a)は遮光膜6までを形成し、次に遮光膜6の上部に誘電膜82を形成後、誘電膜82の上部に保護膜10を形成している。この後、図6(b)に示すように、保護膜10の上部に有機の誘電膜12を形成後、誘電膜12の上部にレンズ7を形成している。
Various methods for manufacturing a solid-state imaging device have been proposed (see, for example,
FIG. 6 is a diagram showing a part of a conventional method for manufacturing a solid-state imaging device. In FIG. 6A, up to the
しかしながら従来の構成の固体撮像装置では、レンズの集光が不十分な場合に入射光がフォトダイオードに集光しないため、入射光を有効に利用することが出来ない、という課題を有している。
すなわち、固体撮像装置に入射する光は、固体撮像装置に対して垂直に入射するときにはレンズ7により効果的に集光されフォトダイオード1に有効に入射するが、入射角度が垂直から外れていくとフォトダイオード1に集光されず、図5に示したように遮光膜6の表面で乱反射などし、入射光を有効利用することが出来ない。
However, the solid-state imaging device having the conventional configuration has a problem that the incident light cannot be effectively used because the incident light is not condensed on the photodiode when the lens is not sufficiently condensed. .
That is, the light incident on the solid-state imaging device is effectively collected by the
特に、最近カメラの小型化に伴い、固体撮像装置としては単位画素の小型化とカメラに使用されるレンズの短射出瞳距離化が要求されている。
単位画素の小型化は、遮光膜6の開口であるフォトダイオード1の開口幅の縮小につながり、垂直転送ゲート3の膜厚が開口幅の縮小率の割合で薄膜化出来ないこともあり、狭い縦坑状の構造になり、入射光の集光が困難になってきている。
In particular, with the recent miniaturization of cameras, solid-state imaging devices are required to have smaller unit pixels and shorter exit pupil distances for lenses used in cameras.
The downsizing of the unit pixel leads to a reduction in the opening width of the
また、カメラレンズの短射出瞳距離化は固体撮像装置への入射光の角度が垂直から離れている光の割合が増加することを意味しており、これらも入射光のフォトダイオード1への有効な集光を困難にする。
また、特許文献1に開示された技術によれば、水溶性の樹脂を塗布しその上部を別の樹脂で覆い、後に水溶性樹脂を溶かすことで気体層を形成しているが、本従来例の技術では水溶性樹脂を凹凸の激しい固体撮像装置表面に薄く均一に塗布することが困難で、凹部に液だまりを生じたり、もしくは凹部全体が樹脂で埋まったり、もしくは凹部一部に泡状に樹脂が塗布できない領域が出来るため、均一な特性を得る製造方法ではない。
Further, the shortening of the exit pupil distance of the camera lens means that the proportion of light whose angle of incident light to the solid-state imaging device is away from the vertical increases, and these are also effective for the incident light to the
In addition, according to the technique disclosed in
また、特許文献2に開示された技術によれば、フォトダイオード上部にチタン酸化膜など屈折率が2.0程度の高い材料を使用することで境界での全反射を利用し光の集光を改善しているが、屈折率の高い材料は同時に光の吸収率も上昇し、光がフォトダイオードに入射される前に減衰してしまう悪影響が有る。この影響は特に可視領域の短波長側で顕著になり、入射光の色バランスが赤の方向に偏る傾向が強い。
Further, according to the technique disclosed in
そこで本発明は、レンズによる集光が不十分な場合にも、入射光のフォトダイオードへの集光効率の高い固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device with high efficiency of condensing incident light onto a photodiode even when the condensing by the lens is insufficient, and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の上部に形成された第1の誘電膜と、前記第1の誘電膜の上部に、前記光電変換部の開口部に相対する部分のみに接して形成された第2の誘電膜と、前記第2の誘電膜の側面に接して形成され、内部に中空層を有する第3の誘電膜とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge, a first dielectric film formed on the photoelectric conversion unit, and the first dielectric film. A second dielectric film formed on the top of the film in contact with only the portion facing the opening of the photoelectric conversion unit, and a side surface of the second dielectric film, and has a hollow layer inside. And a third dielectric film.
前記第2の誘電膜は、前記光電変換部から離れるにつれて開口面積が広がる漏斗形状であることを特徴とする。
前記第2の誘電膜の屈折率よりも、前記第3の誘電膜の屈折率の方が高いことを特徴とする。
前記第2の誘電膜の屈折率は1.4以上1.6未満であり、前記第3の誘電膜の屈折率は1.6以上3.4未満であることを特徴とする。
The second dielectric film has a funnel shape in which an opening area increases as the distance from the photoelectric conversion unit increases.
The refractive index of the third dielectric film is higher than the refractive index of the second dielectric film.
The refractive index of the second dielectric film is 1.4 or more and less than 1.6, and the refractive index of the third dielectric film is 1.6 or more and less than 3.4.
前記中空層の気圧は0.5気圧以下であることを特徴とする。
本発明の構成によれば、中空層と誘電膜との境界で形成される屈折率差により入射光の全反射を生じさせ、これにより有効に入射光を光電変換部に集光することが出来る。特に狭い縦坑状の構造を持つ固体撮像装置においても、また、固体撮像装置への入射角度が垂直から離れていても有効に入射光を集光できる。しかも、光電変換部の上部はほとんどが低屈折材料で形成することができ、全反射効果を最大限に引き出しながら光電変換部へ光が入射する前の減衰を最小限にとどめることが出来る。
The air pressure of the hollow layer is 0.5 atm or less.
According to the configuration of the present invention, the total reflection of incident light is caused by the difference in refractive index formed at the boundary between the hollow layer and the dielectric film, whereby the incident light can be effectively condensed on the photoelectric conversion unit. . In particular, even in a solid-state imaging device having a narrow vertical shaft-like structure, incident light can be effectively collected even if the incident angle to the solid-state imaging device is away from the vertical. In addition, most of the upper portion of the photoelectric conversion portion can be formed of a low refractive material, and attenuation before light enters the photoelectric conversion portion can be minimized while maximizing the total reflection effect.
しかも、中空層は気圧が低くその屈折率は真空の屈折率に近づくため、中空層と誘電膜との屈折率差を更に大きく取ることが出来、入射光を光電変換部に集光する効果を高めることが出来る。
これにより、固体撮像装置の感度特性を向上することが出来る。
さらに、前記光電変換部に接して形成され、前記光電変換部で蓄積された電荷を所定の方向へ転送する電荷転送手段をさらに備えることを特徴とする。
Moreover, since the hollow layer has a low atmospheric pressure and its refractive index approaches that of a vacuum, the refractive index difference between the hollow layer and the dielectric film can be further increased, and the effect of condensing incident light on the photoelectric conversion unit can be obtained. Can be raised.
Thereby, the sensitivity characteristic of a solid-state imaging device can be improved.
Furthermore, it is further characterized by further comprising a charge transfer means that is formed in contact with the photoelectric conversion unit and transfers charges accumulated in the photoelectric conversion unit in a predetermined direction.
さらに、前記光電変換部に接して形成され、前記光電変換部で蓄積された電荷を電圧に変換する電荷検出手段をさらに備えることを特徴とする。
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法であって、前記光電変換部の上部に前記第1の誘電膜を形成する工程と、前記第1の誘電膜の上部に第4の誘電膜を形成する工程と、前記第4の誘電膜の前記光電変換部開口部に相対する部分をエッチングする工程と、前記第1および第4の誘電膜の上部に第2の誘電膜を形成し、平坦化する工程と、前記光電変換部の境界外周部の前記遮光膜の上部において、前記第2の誘電膜を前記第4の誘電膜上まで選択的にエッチングする工程と、前記第1および第2の誘電膜に囲まれた前記第4の誘電膜を、前記第1および第2の誘電膜をマスクとして選択的にエッチングし、凹部を形成する工程と、前記凹部に、前記中空層を内封する前記第3の誘電膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
Furthermore, it is further characterized by further comprising charge detection means that is formed in contact with the photoelectric conversion unit and converts charges accumulated in the photoelectric conversion unit into a voltage.
Further, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a step of forming the first dielectric film on the photoelectric conversion unit, and a fourth dielectric film on the first dielectric film. Forming a step, etching a portion of the fourth dielectric film opposite to the opening of the photoelectric conversion portion, forming a second dielectric film on the first and fourth dielectric films, and A step of selectively etching the second dielectric film up to the fourth dielectric film above the light-shielding film at the outer periphery of the boundary of the photoelectric conversion unit, and the first and second A step of selectively etching the fourth dielectric film surrounded by the dielectric film using the first and second dielectric films as a mask to form a recess; and enclosing the hollow layer in the recess Forming the third dielectric film.
さらに、前記第3の誘電膜を形成する工程ではCVD方法を用い、形成途中で膜の形成速度を速くすることによって、内封された前記中空層を形成することを特徴とする。
さらに、前記第3の誘電膜を形成する工程を減圧状態で行うことを特徴とする。
これにより、中空層の境界の誘電膜を中空構造の内封工程と同時に形成することが出来るため、固体撮像装置の製造コストを低減することが出来る。また、形成される膜の均一性が達成できる。また、中空層エッチング時にフォトレジストを使用しないので、良好な選択性を得ることが出来る。
Furthermore, in the step of forming the third dielectric film, the encapsulated hollow layer is formed by using a CVD method and increasing the film formation speed during the formation.
Further, the step of forming the third dielectric film is performed under reduced pressure.
As a result, the dielectric film at the boundary of the hollow layer can be formed simultaneously with the encapsulating process of the hollow structure, so that the manufacturing cost of the solid-state imaging device can be reduced. Moreover, the uniformity of the formed film can be achieved. Moreover, since a photoresist is not used at the time of hollow layer etching, good selectivity can be obtained.
さらに、前記第3の誘電膜を形成する工程では、前記中空層の内封直後からそのまま膜の形成を継続することで、保護膜を形成することを特徴とする。
これにより、固体撮像装置の製造工程が削減できる。
さらに、前記第4の誘電膜は、成分に融点が700℃以上の高融点金属を有する誘電膜または導電膜であることを特徴とする。
Furthermore, in the step of forming the third dielectric film, the protective film is formed by continuing to form the film as it is immediately after enclosing the hollow layer.
Thereby, the manufacturing process of a solid-state imaging device can be reduced.
Further, the fourth dielectric film is a dielectric film or a conductive film having a refractory metal having a melting point of 700 ° C. or higher as a component.
これにより、この膜がFやClの活性種と反応しやすいため、エッチングにより除去し易くなる。 As a result, since this film easily reacts with active species of F and Cl, it can be easily removed by etching.
本発明によれば、気圧の低い中空層を無機誘電膜層中に設けることで、誘電膜の屈折率差を最大限にした全反射を利用することができ、入射光を有効に光電変換部に集光することが出来るため、感度特性を大幅に上げることが出来る。また、その中空層は屈折率の高い膜と境界をもつことで、更に急角度の入射光に対しても効果を発揮する。
しかも、屈折率の高い層は中空層と境界をなす薄膜領域のみであり、光電変換部の上部の膜は屈折率を低く抑えることができ、入射光の吸収を最低限に抑制することができる。
According to the present invention, by providing a hollow layer having a low atmospheric pressure in the inorganic dielectric film layer, total reflection that maximizes the refractive index difference of the dielectric film can be used, and incident light is effectively converted into a photoelectric conversion unit. Therefore, the sensitivity characteristic can be greatly improved. Further, the hollow layer has a boundary with a film having a high refractive index, so that it is effective even for incident light with a steep angle.
In addition, the layer having a high refractive index is only a thin film region that forms a boundary with the hollow layer, and the film above the photoelectric conversion unit can suppress the refractive index to a low level and can suppress the absorption of incident light to the minimum. .
また、固体撮像装置の製造方法としても、中空層が均一に形成できる方法であり、これにより屈折率差を最大限に利用する本発明の効果を実現できる。
また、中空層内面に高屈折率膜を形成する工程を利用し、中空層を内封することができ、工数アップを抑制し、コスト削減に寄与する。
また、内封工程の延長として保護膜を形成しても同様の効果が得られる。これによれば更に工数削減に寄与することができる。
In addition, a method for manufacturing a solid-state imaging device is a method in which a hollow layer can be formed uniformly, thereby realizing the effect of the present invention that makes the maximum use of the refractive index difference.
In addition, the step of forming a high refractive index film on the inner surface of the hollow layer can be used to enclose the hollow layer, thereby suppressing an increase in man-hours and contributing to cost reduction.
The same effect can be obtained even if a protective film is formed as an extension of the encapsulating process. This can further contribute to man-hour reduction.
これらの技術は、固体撮像装置の単位画素の縮小に伴う光電変換部の深い縦坑状化や、カメラレンズの短射出瞳距離化による入射光角度の変化にも対応することができるため、良好な撮像特性を得ることが出来る。従って、その実用的効果は大きい。 These technologies are good because they can cope with changes in the incident light angle due to the deep vertical tunneling of the photoelectric conversion unit accompanying the reduction of the unit pixel of the solid-state imaging device and the short exit pupil distance of the camera lens. Imaging characteristics can be obtained. Therefore, the practical effect is great.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明を行う。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る固体撮像装置の断面構造を示す図である。
図1に示すように、単位画素201は、シリコン基板11内に形成された光電変換機能を有するフォトダイオード1、信号電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部2、垂直転送を制御する垂直転送ゲート3、垂直転送ゲート3の上部に形成されたSiO2を主成分とする誘電膜81、誘電膜81の上部に形成され入射光を垂直転送部2や垂直転送ゲート3などの領域に入射させないための遮光膜6、遮光膜6およびフォトダイオード1の上部に形成されたSiO2を主成分とする誘電膜82、誘電膜82のフォトダイオード1の開口部に相対する部分のみに接し、フォトダイオード1から離れるにつれて開口面積が広がる漏斗形状に形成されたSiO2を主成分とする誘電膜83、誘電膜83の上部、また誘電膜82および83の間に内部に中空層9を有して形成されたSiNを主成分とする誘電膜21、誘電膜21の上部に形成された保護膜10、保護膜10の上部に形成された有機の誘電膜12、および誘電膜12の上部に入射光をフォトダイオード1に集光するための有機膜で形成されたレンズ7を備える。
FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a unit pixel 201 includes a
なお、誘電膜12は平坦化の役割と色フィルターの役割を併用する。
以上のように構成された本発明の実施例1に係る固体撮像装置において、中空層9とSiN膜21の屈折率についてはSiN膜21の方が大きい。また、中空層9の誘電率は真空の誘電率1である。従って、SiN膜21側から中空層9の界面においてその屈折率差に応じて全反射が起こる。
The
In the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention configured as described above, the refractive index of the
SiN膜21の屈折率をnとすると全反射角θは、
cosθ=1/n ・・・(1)
の関係を満たす角度になる。例えばn=2.0であるときは式(1)に従うと、θ=60.0°になる。これはSiN膜21と中空層9との境界にて光が入射する地点に接する面から60.0°の角度までの範囲で全反射が起こることを意味する。
When the refractive index of the
cos θ = 1 / n (1)
An angle that satisfies this relationship. For example, when n = 2.0, θ = 60.0 ° according to equation (1). This means that total reflection occurs in a range from the surface in contact with the light incident point at the boundary between the
これにより、レンズ7による入射光の集光が十分でなく、入射光が直接フォトダイオード1の開口部に集まらなくても、中空層9の界面での全反射による入射光のガイドによりフォトダイオード1へ有効に入射光を集めることが出来る。
Thereby, even if the incident light is not sufficiently collected by the
図2は、本発明の実施例1に係る固体撮像装置の製造方法を示す図である。
図2(a)は、遮光膜6までを形成し、遮光膜6上に誘電膜82を形成した後に熱フローを行い、誘電膜82上にSiNを主成分とした誘電膜13を形成したところを示している。この工程には、例えばプラズマやUVを利用して膜の形成温度を低下させたCVD等のSiN膜の形成方法を用いる。なお、誘電膜82を形成するところまでは従来の固体撮像装置の製造方法と同様である。
FIG. 2 is a diagram illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, up to the
次に、図2(b)に示すように、フォトレジスト14をフォトダイオード1の上部で開口するようにパターニングし、これによりフォトダイオード1の上部の誘電膜13をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に図2(c)は、フォトレジスト14を除去した後、フォトダイオード1の上部の誘電膜82と、誘電膜13の上部に誘電膜83を形成し平坦化したところを示している。
Next, FIG. 2C shows a state in which after the
次に図2(d)は、フォトレジスト24により、隣接する画素の境界部(遮光膜6の上部)で誘電膜83をエッチングしたところを示している。
次に図2(e)は、フォトレジスト24を除去し、前工程にて隣接する画素の境界部でエッチングしたところから、SiNを主成分とした誘電膜13をエッチングし、中空層(凹部)19を形成したところを示している。
Next, FIG. 2D shows a state where the
Next, in FIG. 2E, the
これには例えば、CF4やCCl4などF(フッ素)やCl(塩素)がエッチングの主成分となるガスを用いてドライエッチすることにより、選択的にSiNを主成分としている誘電膜13のみを除去することが出来る。
For example, only the
次に図2(f)は、SiN層21を中空層19の内面に引き続き中空層9を封じ込めるように形成し、かつ誘電膜83の表面までもSiN膜21を形成する。その後保護膜10で全体を覆い、その後その上部に有機膜12と有機膜のレンズ7を順に形成したところを示している。なお、有機膜12は従来例と同様に平坦化の役割と色フィルターの役割をもつ。
Next, in FIG. 2F, the
ところで、上記SiN膜13はCVD法等の成膜方法により形成されるため、特許文献1に開示されるような水溶性の樹脂を塗布する方法にて問題となる形成膜の均一性に関しては全く問題がなくなる。
また、上記のSiN膜13の代わりにTi膜、TiN膜など融点が700℃以上の高融点金属を成分にもつ誘電膜または導電膜を使用すると、この膜がFやClの活性種と反応しやすく、エッチングにより除去しやすくなる。
By the way, since the
In addition, when a dielectric film or a conductive film having a refractory metal having a melting point of 700 ° C. or higher, such as a Ti film or a TiN film, is used instead of the
また、中空層19をエッチングで形成するときには有機のフォトレジストを使用せず、パターニングされた誘電膜82および83をフォトレジスト代わりにしている。フォトレジストをドライエッチ時に使用するとエッチング途中にフォトレジストから発生した生成物がエッチング活性種となり選択性を低下させるが、本発明の技術によれば中空層エッチング時にフォトレジストを使用しないので、良好な選択性を得ることが出来る。
Further, when the
また、SiN膜21の形成には、プラズマCVDやUV−CVDなど低温で且つ均一性の良好な膜が得られる形成方法を用いている。このとき、形成初期では中空層19の内面に均一に膜が形成されるように、例えばガス流量を通常より減少させた条件にて形成し、途中にて通常の形成条件に戻せば中空層19の画素境界領域での開口部において急激に膜の形成が進み中空層9を内封することができる。また、前記CVD工程では減圧状態で膜を形成するので、これを利用することで中空層9は気圧が低い状態のまま内封することができる。
In addition, the
また、中空層9を内封する工程時に内封直後からそのまま膜の形成を継続することで、保護膜10を同時に形成することができる。
なお、本発明の実施例では中空構造を内封する膜をSiN膜で形成したが、他の例えばSiON膜などでも屈折率が1.6以上の膜であれば同様の効果を有することはいうまでもない。
Moreover, the
In the embodiment of the present invention, the film that encloses the hollow structure is formed of a SiN film. However, other films such as a SiON film having a refractive index of 1.6 or more have the same effect. Not too long.
また、本発明の実施例ではCCD固体撮像装置を例に挙げているが、MOS型の固体撮像装置であっても、同様であることはいうまでもない。
また、その他のいかなる固体撮像装置であっても、光電変換機能を有するフォトダイオードを備えていれば本発明が有効であることはいうまでもない。
また、単位画素の面方向の微細化が進み、フォトダイオード面が深部に位置するとき、中空層は深部においてフォトダイオード上部の起点からほぼ垂直に、もしくは一部フォトダイオード中心に近づきその開口を狭める形状をとりながら上昇し、上部においてその開口が広がるような形状をしていても良い。この場合においても上部において集光された光が全反射によるガイドにより深部にあるフォトダイオードに効率よく導かれ、本発明が有効であることはいうまでもない。
In the embodiment of the present invention, a CCD solid-state imaging device is taken as an example, but it goes without saying that the same applies to a MOS solid-state imaging device.
It goes without saying that the present invention is effective for any other solid-state imaging device provided with a photodiode having a photoelectric conversion function.
Further, when the unit pixel is further miniaturized in the surface direction and the photodiode surface is located in the deep part, the hollow layer is substantially perpendicular to the origin of the upper part of the photodiode in the deep part or partially approaches the center of the photodiode and narrows its opening. It may be shaped such that it rises while taking its shape and its opening widens at the top. Even in this case, it goes without saying that the light collected at the upper part is efficiently guided to the photodiode in the deep part by the guide by total reflection, and the present invention is effective.
また、中空層がフォトダイオード上部の起点からほぼ垂直に、もしくは一部フォトダイオード中心に近づき、その開口を狭める形状をとりながら上昇し、上部においてその開口が広がる形状をしていなくても、上部中空層開口において集光された光は全反射によるガイドにより深部にあるフォトダイオードに効率よく導かれ、本発明の中空層を用いた全反射による入射光のガイド効果は十分得ることが出来、同様の効果が得られることは明らかである。 In addition, the hollow layer rises almost vertically from the starting point of the upper part of the photodiode, or partially closes to the center of the photodiode and takes a shape that narrows the opening. The light condensed at the opening of the hollow layer is efficiently guided to the photodiode in the deep part by the guide by the total reflection, and the guide effect of the incident light by the total reflection using the hollow layer of the present invention can be sufficiently obtained. It is clear that the effect of can be obtained.
本発明は、デジタルスチルカメラや一体型ビデオカメラ等に搭載されるCCD固体撮像装置、MOS型の固体撮像装置およびその製造方法に適用できる。 The present invention can be applied to a CCD solid-state imaging device, a MOS solid-state imaging device and a manufacturing method thereof mounted in a digital still camera or an integrated video camera.
1 フォトダイオード
2 垂直転送部
3 垂直転送ゲート
4 水平転送部
5 出力部
6 遮光膜
7 レンズ
9 中空層
10 保護膜
11 シリコン基板
12 有機誘電膜
13 SiN誘電膜
14、24 フォトレジスト
19 中空層(凹部)
21 SiN誘電膜
81、82、83 SiO2誘電膜
100 固体撮像装置
200、201 単位画素
DESCRIPTION OF
21
Claims (12)
前記光電変換部の上部に形成された第1の誘電膜と、
前記第1の誘電膜の、前記光電変換部の開口部に相対する部分の上にのみ接して形成された第2の誘電膜と、
前記第2の誘電膜の側面に接して形成され、内部に中空層を有する第3の誘電膜と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion unit that converts incident light into electric charge;
A first dielectric film formed on the photoelectric conversion unit;
A second dielectric film formed in contact with only the portion of the first dielectric film that faces the opening of the photoelectric conversion unit;
A solid-state imaging device comprising: a third dielectric film formed in contact with a side surface of the second dielectric film and having a hollow layer therein.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second dielectric film has a funnel shape in which an opening area increases as the distance from the photoelectric conversion unit increases.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2, wherein the refractive index of the third dielectric film is higher than the refractive index of the second dielectric film.
ことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 The refractive index of the second dielectric film is 1.4 or more and less than 1.6, and the refractive index of the third dielectric film is 1.6 or more and less than 3.4. The solid-state imaging device described.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the air pressure of the hollow layer is 0.5 atm or less.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 6. The apparatus according to claim 1, further comprising charge transfer means that is formed in contact with the photoelectric conversion unit and transfers charges accumulated in the photoelectric conversion unit in a predetermined direction. Solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging according to any one of claims 1 to 5, further comprising charge detection means that is formed in contact with the photoelectric conversion unit and converts the charge accumulated in the photoelectric conversion unit into a voltage. apparatus.
前記光電変換部の上部に前記第1の誘電膜を形成する工程と、
前記第1の誘電膜の上部に第4の誘電膜を形成する工程と、
前記第4の誘電膜の前記光電変換部開口部に相対する部分をエッチングする工程と、
前記第1および第4の誘電膜の上部に第2の誘電膜を形成し、平坦化する工程と、
前記光電変換部の境界外周部の前記遮光膜の上部において、前記第2の誘電膜を前記第4の誘電膜上まで選択的にエッチングする工程と、
前記第1および第2の誘電膜に囲まれた前記第4の誘電膜を、前記第1および第2の誘電膜をマスクとして選択的にエッチングし、凹部を形成する工程と、
前記凹部に、前記中空層を内封する前記第3の誘電膜を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state imaging device according to claim 1,
Forming the first dielectric film on the photoelectric conversion unit;
Forming a fourth dielectric film on top of the first dielectric film;
Etching a portion of the fourth dielectric film facing the photoelectric conversion portion opening;
Forming and planarizing a second dielectric film on top of the first and fourth dielectric films;
Selectively etching the second dielectric film onto the fourth dielectric film on the light shielding film at the outer periphery of the boundary of the photoelectric conversion unit;
Selectively etching the fourth dielectric film surrounded by the first and second dielectric films using the first and second dielectric films as a mask to form a recess;
Forming the third dielectric film that encloses the hollow layer in the recess. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
ことを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置の製造方法。 9. The encapsulated hollow layer is formed by using a CVD method in the step of forming the third dielectric film, and increasing the film formation rate during the formation. Manufacturing method of solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項8または9に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8 or 9, wherein the step of forming the third dielectric film is performed in a reduced pressure state.
ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 11. The method according to claim 8, wherein in the step of forming the third dielectric film, the protective film is formed by continuing the film formation as it is immediately after the hollow layer is enclosed. The manufacturing method of the solid-state imaging device of description.
ことを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The solid-state imaging device according to any one of claims 8 to 11, wherein the fourth dielectric film is a dielectric film or a conductive film having a refractory metal having a melting point of 700 ° C or higher as a component. Production method.
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