JP2005229116A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に受光部が形成され、伝送手段が受光部に隣接し半導体基板上に形成される。受光部のすぐ上には開口を形成し前記受光部に向かって突出されたエッジを有し、伝送手段をカバーするように遮光膜が形成される。遮光膜は複数個の層からなり、そのエッジが凹レンズ形態に形成される。凹レンズ形態のエッジを有する遮光膜によって伝送手段、即ち、伝送レジストに入射される光成分を抑制しスミアーを減少させることができる。
【選択図】 図3
Description
このようなCCD固体撮像装置は、一般に、水平方向に飽和静電流を放電する水平オーバーフローCCD固体撮像装置と、基板方向、即ち、垂直方向に飽和静電荷を放電する垂直オーバーフローCCD固体撮像装置と、で分けられる。
水平オーバーフローCCD固体撮像装置は、受光部(light sensing region)内の空乏層を除いた領域で光電変換された静電荷(static electron)が伝送レジストに入り偽造信号、即ち、スミアーを起こすという問題がある。反面、垂直オーバーフローでCCD固体撮像装置は受光部内の空乏層を除いた領域で光電変換された静電荷が基板側に放電されるので水平オーバーフローCCDにスミアーの発生率を低下させるという長所がある。
前記受光部の表面上にはP型静電荷蓄積領域が形成され、前記垂直伝送レジストのすぐ下には第2P型ウエルが形成されている。
多結晶シリコンからなる伝送電極がゲート絶縁膜を介在し前記垂直伝送レジスト上に選択的に形成されている。
前記伝送電極上には層間絶縁膜を介在し、例えば、ダングステンまたはアルミニウムの単一膜からなる遮光膜が形成されており、前記遮光膜を含む全面上には、例えば、プラズマシリコンナイトライドSiNからなる表面保護膜が形成されている。
前記遮光膜はエッチング工程を通じて前記受光部上で選択的に除去され、前記エッチング工程によって形成された開口を通じて光が前記受光部内に入射するようになる。
その結果、前記受光部側に入射された光のうち、回折された光が前記層間絶縁膜及びゲート絶縁膜を経て前記垂直伝送レジスト側に伝達され、伝達された光成分のうち一部分が垂直伝送レジストに入射されスミアーを誘発するようになる。
また、前記受光部上に開口が正確に形成されるようにするために前記単一膜からなる遮光膜は異方性エッチング工程によってパターニングされるので、前記遮光膜のエッジは垂直プロファイルに形成される。
これにより、入射光の一部分が前記遮光膜のエッジ部で相当屈折され前記垂直伝送レジスト側に伝達されるようになる。
これにより、入射光の一部分が前記遮光膜のエッジ部で相当屈折され前記垂直伝送レジスト側に伝達されるようになる。
結果的に、従来のCCD固体撮像装置によると、前記垂直伝送レジストに斜めの方向に入射される傾斜光成分L1の以外に、前記基板の表面と遮光膜の下面との間で反射され垂直伝送レジストに入射される反射光成分L2が増加されることによって、スミアーが頻繁に発生する。
本発明の他の目的は、スミアーを減少させることができる固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
図1は本発明の望ましい実施形態によるCCD固体撮像装置の平面図で、インターチェンジ・ライン・トランスファー(interchange line transfer;以下、ITと称する)型CCD固体撮像装置を例にしている。IT型CCD固体撮像装置は垂直方向の電荷伝送電極及び水平方向の電荷伝送電極によって画像信号が判読される構造を有する。
図1及び図2に示すように、本発明のIT型CCD固体撮像装置100は複数個の受光部104がマトリックス状に配列され、各受光部104列の一側にライン型垂直伝送レジスト106が配列される撮像部140、前記撮像部140の一側に配置される水平伝送レジスト142、及び前記水平伝送レジスト142の出力側に接続される出力回路144を含む。
前述した構造を有する本発明のCCD固体撮像装置において、各受光部104で入力光Lが信号電荷に光電変換されて蓄積され、このように蓄積された信号電荷は伝送手段、即ち、垂直伝送レジスト106及び伝送電極(図示せず)を通じて伝送される。また、各水平ライン毎に信号電荷が水平伝送レジスト142に伝送され、出力回路144を通じて出力される。
図2に示すように、N型シリコン基板101上の第1P型ウエル102内にN型受光部104、N型垂直伝送レジスト106及びP型チャンネルストッパー領域108が形成されている。
マトリックス状に配列される前記受光部104は入力光Lが信号電荷に変換され蓄積される光電変換領域として、一つの受光部104と一つの垂直伝送レジスト106が一つの単位画素を構成する。
前記垂直伝送レジスト106は前記受光部104に隣接しライン状に配列され、前記受光部104によって光電変換された信号電荷(即ち、電気信号)を次の段階に伝送する役割をする。
多結晶シリコンからなる伝送電極116がゲート絶縁膜114を介在し前記垂直伝送レジスト106上に選択的に形成されている。前記伝送電極116は垂直伝送レジスト106と共にライン方向から前記受光部104によって光電変換された信号電荷を伝送する領域である。
前記受光部104と垂直伝送レジスト106との間に形成されたP型領域は読み出しゲート132に提供される。
前記伝送電極116上には層間絶縁膜118を介在し複数個の層からなる遮光膜125が形成されている。前記遮光膜125は受光部104を除いたある領域に入ることを遮断する役割をする。
前記遮光膜を含む全面上には入射光Lについて透過性を有する表面保護膜が形成される。望ましくは、前記表面保護膜は低い屈折率を有する物質、例えば、BPSGからなる第1保護膜134と、高い屈折率を有する物質、例えば、シリコンナイトライドSiNからなる第2保護膜135で構成される。
前記第2保護膜135上にはカラーフィルター層136が形成され、入射光Lを受光部104に集光させるためのオンチップレンズ138がそれぞれの画素、即ち、それぞれの受光部104に対して提供される。
一般に、撮像センサーであるCCDは光の強度、即ち、明暗のみを記録することができるので、前記CCDセンサーの前にカラーフィルターを置き、これを通過した情報を貯蔵しこれを前記CCDセンサで貯蔵された明暗情報と足してカラーイメージを生成するようになる。
従って、受光部104に入射される光Lのうち、傾斜光成分L1が遮光膜126のエッジ125aで屈折されても、凹レンズ形状のエッジ125aによって屈折された傾斜光成分L1の大部分は上部の表面保護膜側に反射されるか下部の基板側に反射される。
即ち、前記遮光膜125のエッジ125aに入射される傾斜光成分L1のうち前記遮光膜125の下面の絶縁膜を通じて垂直伝送レジスト106に入射される反射光成分L2が減少されスミアーの発生を最小化することができる。
図4は遮光膜125を形成する段階を示す。
通常のCCD工程を用いたイオン注入工程及び蒸着工程を通じてN型シリコン基板101上に第1P型ウエル102、N型受光部104、N型垂直伝送レジスト106、P型チャンネルストッパー領域108、第2P型ウエル112及びP型静電荷蓄積領域110を形成する。
また、前記垂直伝送レジスト106上にゲート絶縁膜114を介在し多結晶シリコンからなる伝送電極116を形成する。
続いて、前記伝送電極116を含む結果物の全面に層間絶縁膜118を形成した後、その全面に遮光膜125を形成する。
具体的に、前記層間絶縁膜118上に、例えば、チタンナイトライドTiNをスパッタリングまたは化学気相蒸着CVDなどの方法で約300〜500Åの厚さに蒸着して遮光膜125の第1層120を形成する。
前記第2層122上の任意の等方性エッチング工程に対して前記第1層120を構成する物質と同一のエッチング速度を有する物質、望ましくは、前記第1層120と同一の物質をスパッタリングまたはCVD方法によって約300〜500Åの厚さに蒸着し遮光膜125の第3層124を形成する。
図4は開口128を形成する段階を示す。
前述したように第3層の膜からなる遮光膜125を形成した後、前記遮光膜125上にフォトレジスト膜を塗布する。続いて、前記フォトレジスト膜を露光及び現像し前記受光部104に対応する開口領域を限定するフォトレジストパターン126を形成する。
図5は遮光膜125を等方性エッチングする段階を示す。
前述したように開口128を形成した後、続けて前記フォトレジストパターン126をエッチングマスクとして用いて等方性エッチング(湿式エッチング)工程を実施する。前記等方性エッチング工程は前記遮光膜125の第1及び第3層120、124に比べて前記第2層122のエッチング速度の速いエッチャント、例えば、過酸化水素H2O2を使用する。
このように、受光部104側に突出され前記開口131を形成する遮光膜125のエッジ125aを凹レンズ形状に作るようになると、受光部104に入射される光Lのうち傾斜光成分L1の遮光膜125のエッジ125aで屈折されても前記遮光膜125の下面の絶縁膜を通じて垂直伝送レジスト106に入射される反射光成分L2が減少されスミアーの発生を最小化する。
望ましくは、前記表面保護膜は低い屈折率を有する物質、例えば、BPSGからなる第1保護膜134と、高い屈折率を有する物質、例えば、シリコンナイトライドからなる第2保護膜135からなる。
前記第1保護膜134はリフロー工程を通じてその表面が凹部と突出部を有するように形成され、前記第2保護膜135は平坦な表面を有するように形成される。従って、前記第1保護膜134と第2保護膜135は入射光Lを受光部104側に集光させる内部レンズとしての役割をする。
前述した固体撮像装置の製造方法によると、同一のフォトレジストパターンを用いて遮光膜125の異方性エッチング及び等方性エッチングを実施し受光部104のすぐ上に開口128を形成する凹レンズ形状のエッジ125aを有する遮光膜125が得るようになる。
前記遮光膜125のエッジ125aの凹レンズ形状は、等方性エッチング工程の側面エッチング特性によって形成されるので、前記エッジ125aの凹レンズ形状は実質的に均一に形成されることができる。
具体的に、図4の方法と同一に前記フォトレジストパターン126をエッチングマスクとして用いて前記遮光膜125の第3層124、第2層122及び第1層120を連続的に異方性エッチングして前記受光部104のすぐ上に開口128を形成する。その後、アッシングおよびストリッピング工程で前記フォトレジストパターン126を除去し、通常の洗浄工程、例えば、SC−1(standard clean1)を利用した洗浄工程を用いて前記遮光膜125の表面及び前記受光部104の表面に形成されている異物質などを除去する。
また、前述した実施形態はIT型CCD固体撮像装置に適用したが、フレーム・インターライン・トランスファー(frame interline transfer;FIT)型のCCD固体撮像装置などにも本発明を適用することのは勿論のことである。
その後、第2層のエッチング速度が第1及び第3層に比べて速いエッチャントを用いて前記遮光膜を等方性エッチングする。それにより、前記等方性エッチングの間前記遮光膜の第2層が上部の第3層及び下部の第1層に比べて速く側面エッチングされ前記開口を形成する遮光膜のエッジ部が凹レンズ形態を有する。
また、本発明の他の実施形態によると、前記等方性エッチングを別途に実施せず保護膜の前処理洗浄工程に代替することができる。
従って、受光部に入射される光のうち傾斜光成分が遮光膜のエッジ部に入射されても、前記凹レンズ形状のエッジ部によって光が屈折される量が少なくなる。その結果、垂直伝送レジストに斜めに入射される傾斜光成分及び基板と遮光膜との間に反射され垂直伝送レジストに入射される反射光成分が減少されスミアーの発生を最小化することができる。
以上、本発明の実施形態によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
101 半導体基板
102 第1P型ウエル
104 N型受光部
106 垂直伝送レジスト
108 P型チャンネルストッパー領域
110 P型静電荷蓄積領域
112 第2P型ウエル
114 ゲート絶縁膜
116 伝送電極
118 層間絶縁膜
125 遮光膜
126 フォトレジストパターン
128 開口
132 読み出しゲート
134 第1保護膜
135 第2保護膜
136 カラーフィルター層
138 レンズ
140 撮像部
142 水平伝送レジスト
144 出力回路
146 有効画素領域
148 光学ブラック領域
Claims (20)
- 半導体基板上に形成された受光部と、
前記受光部と連通する開口を含む遮光膜と、を具備し、
前記開口を限定する前記遮光膜の側壁は凹んでいる形状であることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記半導体基板上で前記受光部に隣接して形成された伝送手段をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記伝送手段は、前記半導体基板上に形成された伝送レジスタと、前記伝送レジスタ上に絶縁膜を介在し配列された伝送電極と、を含むことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記遮光膜は、第1層と、前記第1層上に形成された第2層と、前記第2層上に形成された第3層と、を含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記第1層と第3層は、前記第2層より前記開口の内部にさらに突出したことを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。
- 前記第1層及び第3層は、同一のエッチング比を有し、前記第2層とは相異するエッチング比を有することを特徴とする請求項4記載の固体撮像装置。
- 前記第1層及び第3層は、同一の物質からなり、前記第2層は前記第1層及び第3層と相異する物質からなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記受光部と遮光膜をカバーする保護膜をさらに含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記固体撮像装置は、CCD(charged coupled device)であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 半導体基板上に受光部を形成する段階と、
前記受光部の上部に遮光膜を形成する段階と、
前記遮光膜を部分的にエッチングし前記受光部と連通する開口を形成する段階と、
前記開口を限定する前記遮光膜の側壁を凹んでいるように形成する段階と、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記遮光膜を形成する段階は、第1層を積層する段階と、前記第1層の上部に第2層を積層する段階と、前記第2層の上部に第3層を積層する段階と、を含むことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第1層と第3層は同一の物質からなり、前記第2層は前記第1層及び第3層とは相異する物質からなることを特徴とする請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第1層及び第3層は、チタン窒化膜TiNからなり、前記第2層はダングステンからなることを特徴とする請求項12記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第1層及び第3層は同一のエッチング比を有し、前記第2層は前記第1層及び第3層とは相異するエッチング比を有することを特徴とする請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記開口を形成する段階は、
前記第1膜、第2膜及び第3膜を順次に異方性エッチングエッチングする段階と、
前記第1膜及び第3膜の材料が前記第2膜の材料より遅くエッチングされるように第1膜、第2膜及び第3膜を等方性エッチングエッチングする段階と、
を含むことを特徴とする請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記等方性エッチングの後、洗浄工程をさらに実施することを特徴とする請求項15記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記洗浄液は、水酸化アンモニウムNH4OH、過酸化水素H2O2及び脱イオン水を含むことを特徴とする請求項16記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記半導体基板上に伝送レジストを形成する段階と、
前記伝送レジスト上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜上に伝送電極を形成する段階と、をさらに含み、前記伝送電極は前記遮光膜の下部に位置することを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記受光部と前記遮光部をカバーするように保護膜を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記固体撮像装置は、CCDであることを特徴とする請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。
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