JP2006019756A - Solid-state image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device.
半導体基板の一表面に、MOS(金属−酸化物−半導体)型電界効果トランジスタ、電荷結合素子(CCD)等の能動素子や、光電変換素子、容量素子等の受動素子を形成し、これらの素子同士を配線によって電気的に接続することにより、あるいは、これらの素子に信号線を接続して外部から所定の信号を供給することにより、所望の機能を備えた半導体装置を得ることができる。 Active elements such as MOS (metal-oxide-semiconductor) type field effect transistors and charge coupled devices (CCD), and passive elements such as photoelectric conversion elements and capacitive elements are formed on one surface of a semiconductor substrate. A semiconductor device having a desired function can be obtained by electrically connecting each other by wiring or by connecting a signal line to these elements and supplying a predetermined signal from the outside.
例えば、半導体基板の一表面に、多数個の光電変換素子と、これらの光電変換素子に蓄積された電荷を読み出して転送する1種類または2種類の電荷転送素子と、電荷転送素子から出力される電荷を検出して増幅する電荷検出回路とを形成することにより、固体撮像素子を得ることができる。固体撮像素子は、従来より、リニア・イメージセンサとして、あるいはエリア・イメージセンサとして、広く利用されている。 For example, a large number of photoelectric conversion elements on one surface of a semiconductor substrate, one or two kinds of charge transfer elements that read and transfer charges accumulated in these photoelectric conversion elements, and output from the charge transfer elements A solid-state imaging device can be obtained by forming a charge detection circuit that detects and amplifies the charge. Conventionally, solid-state imaging devices have been widely used as linear image sensors or area image sensors.
CCD型の固体撮像素子では、上記の電荷転送素子がCCDによって構成される。CCDは、半導体基板の一表面にチャネルを形成し、その上に電気的絶縁膜を介して複数の電極(以下、「転送電極」という。)を並列に配置することによって得ることができる。CCDの電荷転送効率を高めるためには、隣り合う転送電極同士をできるだけ近づけて配置することが望まれる。 In the CCD type solid-state imaging device, the charge transfer device is constituted by a CCD. A CCD can be obtained by forming a channel on one surface of a semiconductor substrate and arranging a plurality of electrodes (hereinafter referred to as “transfer electrodes”) in parallel on the channel via an electrical insulating film. In order to increase the charge transfer efficiency of the CCD, it is desirable to arrange adjacent transfer electrodes as close as possible.
このため、固体撮像素子で電荷転送素子として利用されるCCDでは、一般に、いわゆる重ね合わせ転送電極構造がとられている。この構造では、1本おきに選択された転送電極それぞれの線幅方向の縁部が、隣り合う光電変換素子同士の平面視上の間において、この転送電極に隣り合う他の転送電極の線幅方向の縁部に重なる。 For this reason, a CCD used as a charge transfer element in a solid-state imaging device generally has a so-called overlapping transfer electrode structure. In this structure, the line widths of the other transfer electrodes adjacent to this transfer electrode are arranged between the adjacent edges of the transfer electrodes selected in the line width direction in the plan view of the adjacent photoelectric conversion elements. Overlapping edge of direction.
近年、特にエリア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子では、高解像度化を図るために光電変換素子の高集積化が進められており、それに伴って個々の光電変換素子のサイズが低減している。 In recent years, especially in solid-state image sensors used as area image sensors, the integration of photoelectric conversion elements has been advanced in order to achieve high resolution, and the size of each photoelectric conversion element has been reduced accordingly. Yes.
エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子、特に単板式の固体撮像素子では、一般に、個々の光電変換素子の上方にパッシベーション膜および有機平坦化膜を介してマイクロレンズを1個ずつ配置し、このマイクロレンズによって集光効率を高めている。リニア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子においても、必要に応じて、個々の光電変換素子の上方に有機平坦化膜を介してマイクロレンズが1個ずつ配置される。 In a solid-state imaging device used as an area image sensor, in particular, a single-plate solid-state imaging device, in general, one microlens is arranged above each photoelectric conversion element via a passivation film and an organic flattening film, This microlens increases the light collection efficiency. Also in a solid-state imaging device used as a linear image sensor, one microlens is disposed above each photoelectric conversion element via an organic flattening film as necessary.
これらのマイクロレンズは、例えば、透明樹脂(フォトレジストを含む。)層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。1つの区画が1つのマイクロレンズに成形される。これらのマイクロレンズのサイズは、光電変換素子の高集積化に伴って、低下の一途を辿っている。 In these microlenses, for example, a transparent resin (including a photoresist) layer is partitioned into a predetermined shape by a photolithography method or the like, then the transparent resin layer in each partition is melted by heat treatment, and corners are rounded by surface tension. Obtained after cooling. One section is molded into one microlens. The size of these microlenses is steadily decreasing as the photoelectric conversion elements are highly integrated.
上述の方法でサイズの小さなマイクロレンズを作製すると、その焦点位置が所望の位置よりも上方(マイクロレンズ側)になりやすい。マイクロレンズの焦点位置を所望の位置にするためには、マイクロレンズと、これに対応する光電変換素子との距離を短くすることが望まれる。 When a microlens having a small size is manufactured by the above-described method, the focal position tends to be higher (microlens side) than the desired position. In order to set the focal position of the microlens to a desired position, it is desirable to shorten the distance between the microlens and the corresponding photoelectric conversion element.
しかしながら、いわゆる重ね合わせ転送電極構造のCCDによって固体撮像素子用の電荷転送素子を構成すると、上記の距離を短くし難い。 However, if a charge transfer element for a solid-state image sensor is formed by a CCD having a so-called superimposed transfer electrode structure, it is difficult to shorten the distance.
CCDを単層電極構造にすれば、すなわち、1つの導電膜をパターニングしてCCD用の転送電極を形成すれば、上記の距離を短くすることができる。 If the CCD has a single-layer electrode structure, that is, if the transfer electrode for CCD is formed by patterning one conductive film, the distance can be shortened.
ただし、フォトリソグラフィ技術を利用して1つの導電膜をパターニングして転送電極を形成すると、隣り合う転送電極間の距離が比較的長くなる。実用上十分な電荷転送効率を有する単層電極構造のCCDを得るためには、隣り合う転送電極間の距離を例えば0.2μm程度ないしはそれよりも短くすることが望まれる。 However, when a transfer electrode is formed by patterning one conductive film using photolithography technology, the distance between adjacent transfer electrodes becomes relatively long. In order to obtain a CCD having a single-layer electrode structure having a practically sufficient charge transfer efficiency, it is desired that the distance between adjacent transfer electrodes is, for example, about 0.2 μm or shorter.
勿論、高度なフォトリソグラフィ技術を利用すれば、隣り合う転送電極間の距離を0.13μm程度にまで短縮することが可能である。所望の電荷転送効率を有する単層電極構造のCCDを得ることが可能である。しかしながら、製造コストの上昇を招く。 Of course, if advanced photolithography technology is used, the distance between adjacent transfer electrodes can be reduced to about 0.13 μm. It is possible to obtain a CCD having a single-layer electrode structure having a desired charge transfer efficiency. However, the manufacturing cost increases.
本発明の目的は、光電変換素子の上方にマイクロレンズを配置する場合でも、このマイクロレンズと光電変換素子との距離を短くすることが容易であり、製造コストも比較的低い固体撮像素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which the distance between the microlens and the photoelectric conversion element can be easily shortened and the manufacturing cost is relatively low even when the microlens is disposed above the photoelectric conversion element. It is to be.
本発明の一観点によれば、(I) 半導体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置された多数個の光電変換素子と、(III)1列の光電変換素子列に1つずつ対応して配置され、各々が、対応する光電変換素子の各々からの電荷の読み出し、および該電荷の転送を行うことができる第1の電荷転送素子と、(IV)前記第1の電荷転送素子の各々と電気的に接続可能な第2の電荷転送素子と、(V)前記第1の電荷転送素子の全て、および前記第2の電荷転送素子から電気的に分離されて該第1の電荷転送素子の各々および該第2の電荷転送素子を平面視上覆い、前記光電変換素子それぞれの上方に開口部を1つずつ有する光遮蔽膜と、(VI)シリコン酸化物系材料によって形成されて前記光遮蔽膜および前記開口部を平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶縁膜と、(VII)前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子が提供される。 According to one aspect of the present invention, (I) a semiconductor substrate, (II) a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix over a plurality of rows and columns on one surface of the semiconductor substrate, and (III ) A first charge transfer element that is arranged corresponding to one photoelectric conversion element array, each of which can read and transfer charges from each of the corresponding photoelectric conversion elements And (IV) a second charge transfer element that can be electrically connected to each of the first charge transfer elements, and (V) all of the first charge transfer elements and the second charge transfer element. A light shielding film that is electrically separated from each other and covers each of the first charge transfer elements and the second charge transfer elements in a plan view, and has one opening above each of the photoelectric conversion elements; (VI) formed of a silicon oxide material and covering the light shielding film and the opening in a plan view , An interlayer insulating film having a flat upper surface, the solid-state imaging device that includes a passivation film disposed on the (VII) the interlayer insulating film is provided.
本発明の他の観点によれば、(I) 半導体基板と、(II)前記半導体基板の一表面に少なくとも1列に配置された多数個の光電変換素子と、(III)1列の光電変換素子列に1つずつ対応して配置された電荷転送素子と、(IV)シリコン酸化物系材料によって形成されて前記電荷転送素子の全てを平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶縁膜と、(V)前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子が提供される。 According to another aspect of the present invention, (I) a semiconductor substrate, (II) a plurality of photoelectric conversion elements arranged in at least one row on one surface of the semiconductor substrate, and (III) one row of photoelectric conversion A charge transfer element disposed corresponding to each element row; and (IV) an interlayer insulating film formed of a silicon oxide material and covering all of the charge transfer elements in plan view and having a flat upper surface. And (V) a solid-state imaging device provided with a passivation film disposed on the interlayer insulating film.
層間絶縁膜をパッシベーション膜の下地層とする場合に、この層間絶縁膜をシリコン酸化物系材料によって形成してその上面を平坦化すると、パッシベーション膜の膜厚をほぼ均一にすることができると共に、パッシベーション膜上に有機平坦化膜を形成する必要がなくなる。 When the interlayer insulating film is used as a foundation layer of the passivation film, the interlayer insulating film is formed of a silicon oxide-based material and the upper surface thereof is flattened, so that the thickness of the passivation film can be made substantially uniform, There is no need to form an organic planarizing film on the passivation film.
その結果として、例えば光電変換素子の上方にマイクロレンズを配置する場合でも、マイクロレンズと光電変換素子との距離を容易に短くすることが可能になり、光電変換素子を高集積化した場合でも、マイクロレンズの焦点位置を所望の位置にすることが容易になる。また例えば、屈折率の高い材料によってパッシベーション膜を形成したとしても、このパッシベーション膜での光の屈折がほぼ一様になることから、より多くの光を光電変換素子へ入射させることが容易になる。 As a result, even when a microlens is disposed above the photoelectric conversion element, for example, the distance between the microlens and the photoelectric conversion element can be easily shortened, and even when the photoelectric conversion element is highly integrated, It becomes easy to set the focal position of the microlens to a desired position. For example, even if the passivation film is formed of a material having a high refractive index, the refraction of light in the passivation film becomes almost uniform, so that it becomes easy to make more light incident on the photoelectric conversion element. .
なお、本明細書でいう「シリコン酸化物系材料」とは、シリコン酸化物(スピンオンガラスを含む。)、ボロホスホシリケートガラス(BPSG)、ホスホシリケートガラス(PSG)、およびボロシリケートガラス(BSG)の総称である。 As used herein, “silicon oxide-based material” refers to silicon oxide (including spin-on glass), borophosphosilicate glass (BPSG), phosphosilicate glass (PSG), and borosilicate glass (BSG). It is a general term.
図1は、第1の参考例による固体撮像素子100での光電変換素子10、第1の電荷転送素子(以下、「垂直電荷転送素子」という。)20、読出しゲート30、第2の電荷転送素子(以下、「水平電荷転送素子」という。)40、および電荷検出回路50の平面配置を概略的に示す。同図においては図示を省略しているが、個々の光電変換素子10の上方には、所定の層を介してマイクロレンズが1個ずつ配置されている。
FIG. 1 shows a
図示の固体撮像素子100はエリア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子であり、この固体撮像素子100では、半導体基板1の一表面に多数個の光電変換素子10が複数行、複数列に亘って画素ずらし配置されている。エリア・イメージセンサとして利用される実際の固体撮像素子での光電変換素子10の総数は、例えば数10万個〜数100万個である。
The illustrated solid-
ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当たる光電変換素子列中の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列中の光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約1/2、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行中の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行中の光電変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約1/2、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。 Here, “pixel shifting arrangement” in this specification means that each photoelectric conversion element in the even numbered photoelectric conversion element array is photoelectrically converted with respect to each photoelectric conversion element in the odd numbered photoelectric conversion element array. About 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the element column, shifted in the column direction, and for each photoelectric conversion element in the odd-numbered photoelectric conversion element row, the photoelectric conversion element in the even-numbered photoelectric conversion element row Each of the photoelectric conversion element rows is shifted by about ½ of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element row, and each of the photoelectric conversion element columns includes only odd-numbered or even-numbered photoelectric conversion elements. It means the arrangement of photoelectric conversion elements. “Pixel shifting arrangement” is a form in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a matrix over a plurality of rows and columns.
上記の「光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約1/2」とは、1/2を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって1/2からはずれてはいるものの、得られる固体撮像素子の性能およびその画像の画質からみて実質的に1/2と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約1/2」についても同様である。 The above-mentioned “about 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element array” includes 1/2, as well as factors such as manufacturing errors, pixel position rounding errors that occur in design or mask manufacturing, and the like. Although it is deviated from 1/2, a value that can be regarded as substantially equivalent to 1/2 in view of the performance of the obtained solid-state imaging device and the image quality of the image is also included. The same applies to the above-mentioned “about 1/2 of the pitch of the photoelectric conversion elements in the photoelectric conversion element row”.
個々の光電変換素子10は例えば埋込型のpnフォトダイオードによって構成され、平面視上、例えば八角形を呈す。光電変換素子10に光が入射すると、この光電変換素子10に電荷が蓄積される。
Each
個々の光電変換素子10に蓄積された電荷を電荷検出回路50へ転送するために、1つの光電変換素子列に1つずつ、この光電変換素子列に沿って垂直電荷転送素子20が配置される。
In order to transfer the charges accumulated in the individual
各垂直電荷転送素子20はCCDによって構成され、例えば8相の駆動信号φV1〜φV8によって駆動されて、電荷転送を行う。図1には、8相の駆動信号V1〜φV8のうちの4つ駆動信号φV1、φV3、φV5およびφV7を、読出しパルスが重畳されるタイミングの違いからそれぞれA、Bの2種類に更に分けて供給する際の配線例を示す。
Each vertical
光電変換素子10から垂直電荷転送素子20への電荷の読出しを制御するために、1つの光電変換素子10に1つずつ、読出しゲート30が隣接配置される。個々の読出しゲート30は、半導体基板1に形成された読出しゲート用チャネル領域(図示せず。)と、このチャネル領域を平面視上覆っている第1転送電極25aの一領域とを含む。図1においては、読出しゲート30の位置を判りやすくするために、各読出しゲート30にハッチングを付してある。
In order to control reading of charges from the
第1転送電極25aに読出しパルス(電位は例えば15V程度)を供給すると、この第1転送電極25aに対応する光電変換素子10の各々から、各垂直電荷転送素子20へ電荷が読み出される。光電変換素子10から垂直電荷転送素子20への電荷の読出しは、光電変換素子行単位で行われる。
When a read pulse (potential is about 15 V, for example) is supplied to the
光電変換素子行単位で各垂直電荷転送素子20へ読み出された電荷は、各垂直電荷転送素子20によって同じ位相の下に水平電荷転送素子40へ転送される。
The charges read to each vertical
水平電荷転送素子40もCCDによって構成され、例えば2相の駆動信号φH1〜φH2によって駆動されて、各垂直電荷転送素子20から受け取った電荷を電荷検出回路50へ順次転送する。
The horizontal
電荷検出回路50は、水平電荷転送素子40から転送された電荷を検出して信号電圧を生成し、この信号電圧を増幅して画素信号を生成する。この画素信号が固体撮像素子100の出力となる。
The
以下、固体撮像素子100の特徴部分の1つである垂直電荷転送素子20の構成について、詳述する。
Hereinafter, the configuration of the vertical
図1に示すように、各垂直電荷転送素子20は、半導体基板1に形成された1本の第1電荷転送チャネル23(以下、「垂直電荷転送チャネル23」ということがある。)と、半導体基板1上に第1の電気的絶縁膜(図示せず。)を介して形成されて光電変換素子列方向DV に並存する5種類の第1転送電極25a〜25eとを有する。
As shown in FIG. 1, each vertical
垂直電荷転送チャネル23の各々は、例えばn型チャネルによって構成される。個々の垂直電荷転送チャネル23は、対応する光電変換素子列に沿って蛇行しつつ、1本のチャネル全体としては光電変換素子列方向DV に延在する。
Each of the vertical
各光電変換素子行の下流側に第1転送電極25aが1本ずつ配置され、上流側に第1転送電極25bが1本ずつ配置され、最も下流の第1転送電極25aの下流側に3本の第1転送電極25c〜25eがこの順番で並列に配置される。これらの第1転送電極25a〜25eは、いずれも、垂直電荷転送チャネル23の各々を平面視上横切る。個々の第1転送電極25a〜25eは、全ての垂直電荷転送素子20について、その一部を構成する。
One
なお、本明細書では、光電変換素子10から電荷検出回路50へ転送される電荷の移動を1つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するものとする。
In this specification, the movement of charges transferred from the
図2は、図1に示したII−II線に沿った断面での第1転送電極25a、25bの構成および配置を概略的に示す。
FIG. 2 schematically shows the configuration and arrangement of the
同図に示すように、これらの第1転送電極25a、25bは、半導体基板1の一表面上に第1の電気的絶縁層5を介して配置される。
As shown in the figure, the
個々の第1転送電極25aは、帯状を呈する第1主電極層25aMと、第1主電極層25aMの側面に形成され、肩が丸まった断面形状を有する第1副電極層25aSとを有する。第1転送電極25bについても同様である。第1転送電極25bにおける第1主電極層を参照符号25bMで示し、第1副電極層を参照符号25bSで示す。
Each of the
第1主電極層25aM、25bMは、例えばポリシリコン(ドナーまたはアクセプタが添加されたポリシリコンを含む。以下同じ。)や、アルミニウム、タングステン、チタン等の金属、あるいはタングステンシリサイド等の金属シリサイドによって形成される。 The first main electrode layers 25aM and 25bM are formed of, for example, polysilicon (including polysilicon to which a donor or acceptor is added; the same applies hereinafter), a metal such as aluminum, tungsten, or titanium, or a metal silicide such as tungsten silicide. Is done.
第1副電極層25aS、25bSについても同様である。第1主電極層25aM、25bMをポリシリコンで形成した場合には、例えば後述する方法によって、金属シリサイド製の第1副電極層25aS、25bSを形成することができる。第1主電極層25aM、25bMおよび第1副電極層25aS、25bSをポリシリコンで形成した場合には、これらの電極層上に金属シリサイド層を形成することもできる。金属シリサイドの例としては、コバルトシリサイド、クロムシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、モリブデンシリサイド、タンタルシリサイド等が挙げられる。 The same applies to the first sub electrode layers 25aS and 25bS. When the first main electrode layers 25aM and 25bM are formed of polysilicon, the first sub electrode layers 25aS and 25bS made of metal silicide can be formed by a method described later, for example. When the first main electrode layers 25aM and 25bM and the first sub electrode layers 25aS and 25bS are formed of polysilicon, a metal silicide layer can be formed on these electrode layers. Examples of the metal silicide include cobalt silicide, chromium silicide, nickel silicide, tungsten silicide, titanium silicide, molybdenum silicide, tantalum silicide, and the like.
第1転送電極25a、25bは、いずれも、隣り合う他の第1転送電極25a、25bから例えば0.1μm程度離れている。第1転送電極25a、25bそれぞれの上面は、同一の平面上にほぼ位置する。各第1転送電極25a、25bは、電気的絶縁膜(例えば熱酸化膜)IFによって覆われる。
The
第1の電気的絶縁層5を、例えば膜厚が10〜70nm程度のシリコン酸化膜と、膜厚が20〜80nm程度のシリコン窒化膜と、膜厚が5〜50nm程度のシリコン酸化膜とをこの順番で半導体基板1上に積層した積層膜(以下、「ONO膜」という。)で形成した場合には、第1副電極層25aS、25bSを形成する際にONO膜における上層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜とを局所的に除去してもよい。図2は、この例を示す。
For example, the first electrical insulating
例えば、隣り合う第1転送電極間に電荷転送チャネルが形成されている領域では、第1転送電極の作製過程で電荷転送チャネルのポテンシャルが変化することがある。隣り合う第1転送電極間の下方でのポテンシャルと第1転送電極の下方でのポテンシャルとの間に差異が生じることがある。この差異を緩和ないし解消するためには、隣り合う第1転送電極間の下方に所定の導電型を有する不純物を添加することが望まれる。隣り合う第1転送電極間において第1の電気的絶縁膜5を薄肉化すると、この部分を介してその下方に不純物を注入しやすくなる。
For example, in a region where a charge transfer channel is formed between adjacent first transfer electrodes, the potential of the charge transfer channel may change during the process of manufacturing the first transfer electrode. There may be a difference between the potential below the adjacent first transfer electrodes and the potential below the first transfer electrodes. In order to alleviate or eliminate this difference, it is desirable to add an impurity having a predetermined conductivity type below between adjacent first transfer electrodes. When the first electrical insulating
図2には示されていないが、第1転送電極25c〜25dの各々も、上述した第1転送電極25a、25bと同様に、帯状を呈する第1主電極層と、この第1主電極層の側面上に形成され、肩が丸まった断面形状を有する第1副電極層とを有する。各第1転送電極25c〜25eも、電気的絶縁膜(例えば熱酸化膜)によって覆われる。
Although not shown in FIG. 2, each of the
これらの第1転送電極25c〜25eも、隣り合う他の第1転送電極から例えば0.1μm程度離れている。第1転送電極25c〜25eそれぞれの上面は、第1転送電極25a、25bの上面と同一の平面上にほぼ位置する。
The
上述した構成を有する第1転送電極25a〜25eは、例えば次のようにして作製することができる。以下の説明は、図1または図2で用いた参照符号を引用しつつ行う。
The
図3(A)〜図3(E)は、それぞれ、第1転送電極25a〜25eの製造工程を概念的に示す。
3A to 3E conceptually show the manufacturing process of the
まず、半導体基板1の一表面に垂直電荷転送チャネル23や、後述するチャネルストップ、水平電荷転送チャネル等の不純物添加領域を所定箇所に形成し、その上に第1の電気的絶縁層5および素子分離絶縁膜(図示せず。)を形成する。第1の電気的絶縁層5は、光電変換素子10、垂直電荷転送素子20、および水平電荷転送素子40を形成しようとする領域に配置され、その周囲に素子分離絶縁膜が配置される。
First, an impurity-added region such as a vertical
図3(A)に示すように、主電極層の材料として用いる第1の導電層110を第1の電気的絶縁層5上に堆積させ、その上に、後述する第2の導電層のエッチング(以下、「RIE」と略記する。)の際にエッチングストッパとして機能する層(以下、「ストッパ層」という)115を堆積させる。ポリシリコンによって第1の導電層110を形成する場合、その膜厚は例えば0.4μm程度にすることができる。ストッパ層115としては、例えば膜厚0.05μm程度のシリコン窒化膜を用いることができる。
As shown in FIG. 3A, a first
図3(B)に示すように、所定箇所にスリット状の開口部OPを有するレジストマスク120をストッパ層115上に形成し、このレジストマスク120をエッチングマスクとして用いてストッパ層115および第1の導電層110をエッチングする。第1転送電極用の主電極層EMが得られる。
As shown in FIG. 3B, a resist
レジストマスク120は、例えば、フォトレジスト層の所定箇所をフォトリソグラフィによって露光し、その後に現像処理を施すことによって作製することができる。開口部OPの幅は、例えば0.3μm程度にすることができる。主電極層EMを形成した後に、レジストマスク120を除去する。
The resist
図3(C)に示すように、副電極層の材料として用いる第2の導電層125を、ストッパ層115上および第1の電気的絶縁層5の露出面上に堆積させる。主電極層EM上での第2の導電層125の膜厚は、隣り合う2つの主電極層EM間の距離の1/2未満にすることが好ましい。
As shown in FIG. 3C, a second
隣り合う主電極層EMの間隔が狭いときには、第2の導電層125の膜厚が主電極層EM上で相対的に厚くなり、隣り合う主電極層EM間の第1の電気的絶縁層5上で相対的に薄くなりやすくなる。図3(C)は、この例を示す。
When the interval between the adjacent main electrode layers EM is narrow, the film thickness of the second
第1の導電層110をポリシリコンで形成した場合には、第2の導電層125の堆積に先立って、主電極層EMの表面に形成された自然酸化膜を例えば気相フッ酸処理によって除去する。
When the first
あるいは、第2の導電層125を堆積させた後、もしくは後述する副電極層ESを形成した後に、リン等のドナーを第2の導電層125もしくは副電極層ESから主電極層EMにかけて拡散させる。この場合、第2の導電層125もポリシリコンで形成することが好ましい。
Alternatively, after the second
図3(D)に示すように、ストッパ層115をエッチングストッパとして利用してRIE等の異方性エッチングを行い、各主電極層EMの側面上にのみ第2の導電層125を残す。主電極層EMの側面に残った第2の導電層125が副電極層ESとなり、主電極層EMと副電極層ESとを有する第1転送電極が得られる。副電極層ESは、肩が丸まった断面形状を有する。
As shown in FIG. 3D, anisotropic etching such as RIE is performed using the
このとき、第2の導電層125をRIEによってパターニングすることから、マイクロローディング効果が発現しにくい。第2の導電膜125を所望形状にパターニングしやすい。
At this time, since the second
RIEによって第2の導電層125をエッチングする場合、RIEで使用するエッチングガスは、第2の導電層125の材料に応じて適宜選択される。例えば、第2の導電層125をポリシリコンによって形成した場合には、塩素ガスを用いてRIEを行うことができる。第2の導電層125をタングステンによって形成した場合には、例えば六フッ化硫黄(SF6 )ガスまたはテトラフルオロメタン(CF4 )ガスを用いてRIEを行うことができる。
In the case where the second
第1の電気的絶縁層5がONO膜によって構成されている場合には、図2に示したように、ONO膜における上層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜とを第2の導電層125のエッチング時に局所的に除去してもよい。第2の導電層125の膜厚が主電極層EM上で相対的に厚く、隣り合う主電極層EM間の第1の電気的絶縁層5上で相対的に薄ければ、第2の導電層125のエッチング時に、ONO膜での上層のシリコン酸化膜と中層のシリコン窒化膜とを隣り合う主電極層EM間において容易に除去することができる。
When the first electrically insulating
例えばn型不純物添加領域によって電荷転送チャネルを形成した場合には、第2の導電層125のエッチングによって、隣り合う第1転送電極間の下方において電荷転送チャネルのポテンシャルが深くなり、ここに電荷溜まりが形成されることがある。このような場合には、隣り合う第1転送電極間に平面視上介在する第1の電気的絶縁層5を介して硼素等のp型不純物を電荷転送チャネルに注入して、第1転送電極の下方での電荷転送チャネルのポテンシャルと、隣り合う第1転送電極間の下方での電荷転送チャネルのポテンシャルとをほぼ同じにすることが好ましい。
For example, when the charge transfer channel is formed by the n-type impurity doped region, the potential of the charge transfer channel is deepened below the adjacent first transfer electrodes due to the etching of the second
転送電極の形成後に光電変換素子10を形成する場合には、一般に、光電変換素子10の形成に先立って、当該光電変換素子10を形成しようとする領域において半導体基板1の表面を露出させ、ここに新たなシリコン酸化膜(例えば熱酸化膜)が形成される。隣り合う第1転送電極間に平面視上介在する第1の電気的絶縁層5を第2の導電層125のエッチング時に薄肉化しておけば、その後に光電変換素子10を作成する場合でも、光電変換素子10を形成しようとする領域上に、上記のシリコン酸化膜を形成しやすくなる。
When the
図3(E)に示すように、ストッパ層115を除去する。例えば、ストッパ層115としてシリコン窒化膜を用いた場合には、熱リン酸によってこのストッパ層115(シリコン窒化膜)を除去することができる。
As shown in FIG. 3E, the
図示の方法によって第1転送電極25a〜25eを作製すると、第2の導電膜125の膜厚にほぼ相当する膜厚(主電極層EMの側面上での膜厚)を有する副電極層ESが主電極層EMの側面上に形成されることから、たとえ、フォトリソグラフィ技術を利用して前述のように0.3μm程度の間隔で各主電極層EMを形成した場合でも、最終的に得られる第1転送電極25a〜25e同士の間隔を容易に0.3μm未満にすることができる。第2の導電層125の膜厚は、フォトリソグラフィ技術を利用したパターニング精度よりも更に高精度に制御しやすい。複数の第1転送電極25a〜25eを所望の間隔の下に配置しやすい。
When the
隣り合う第1転送電極同士の間隔を概ね0.2μm以下にすれば、実用上十分な電荷転送効率を有する垂直電荷転送素子20を得ることが可能である。隣り合う第1転送電極同士の間隔を概ね0.1μm以下にすれば、例えば垂直駆動信号φV1〜φV8それぞれのハイレベルを0(ゼロ)V、ローレベルを−8Vにして各垂直電荷転送素子20を駆動させる場合でも、実用上十分な電荷転送効率を容易に得ることができる。
If the interval between the adjacent first transfer electrodes is set to approximately 0.2 μm or less, it is possible to obtain the vertical
第1転送電極25a〜25eを上述のように構成することにより、個々の光電変換素子10の上方に1個ずつマイクロレンズを配置する場合でも、第1転送電極をいわゆる重ね合わせ転送電極構造としたときに比べて、マイクロレンズと光電変換素子10との距離を容易に短くすることができる
図4および図5は、図1において図示を省略したマイクロレンズも含めた固体撮像素子100の断面構造を概略的に示す。図4は、図1に示したIV−IV線に沿った断面を示し、図5は図1に示したII−II線に沿った断面を示す。これらの図に示した構成要素のうち、既に図1または図2に示した構成要素については図1または図2で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
By configuring the
これらの図に示すように、半導体基板1は、例えばn型シリコン基板1aと、その一表面に形成されたp- 型不純物添加領域1bとを有する。以下の説明においては、同じ導電型を有する不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するために、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、p-型、p型、p+ 型、あるいはn- 型、n型、n+ 型と表記する。
As shown in these drawings, the
光電変換素子10は、例えば、p- 型不純物添加領域1bの所定箇所にn型不純物添加領域10aを設け、このn型不純物添加領域10a上にp+ 型不純物添加領域10bを設けることによって形成された埋込型のフォトダイオードによって構成される。n型不純物添加領域10aは、電荷蓄積領域として機能する。
The
各光電変換素子10(n型不純物添加領域10a)における図4での右側縁部に沿って、p型不純物添加領域30aが1つずつ配置される。このp型不純物添加領域30aは、読出しゲート30用のチャネル領域(以下、「チャネル領域30a」という。)として利用される。
One p-type
必要に応じて、個々の垂直電荷転送チャネル23の下方にも、p型不純物添加領域23aが配置される。
If necessary, a p-type impurity doped region 23 a is also disposed below each vertical
チャネル領域30aが形成されている箇所を除き、チャネルストップ領域CSが各光電変換素子10の平面視上の周囲、各垂直電荷転送チャネル23の平面視上の周囲および後述する水平電荷転送チャネル43(後掲の図6参照)の平面視上の周囲に形成される。このチャネルストップ領域CSは、例えばp+ 型不純物添加領域によって構成される。
Except for the location where the
各不純物添加領域は、例えば、所望の不純物のイオン注入と、その後のアニールとによって形成することができる。p- 型不純物添加領域1bはエピタキシャル成長法によって形成することもできる。各光電変換素子10は、垂直電荷転送素子20を作製する前に形成することもできるし、垂直電荷転送素子20を作製した後に形成することもできる。
Each impurity added region can be formed by, for example, ion implantation of a desired impurity and subsequent annealing. The p − -type impurity doped
各垂直電荷転送素子20、水平電荷転送素子40(図1参照)、および各光電変換素子10の上方には、第2の電気的絶縁膜60、光遮蔽膜65、層間絶縁膜70、パッシベーション膜75、第1の平坦化膜80、色フィルタアレイ85、および第2の平坦化膜90がこの順番で順次形成される。第2の平坦化膜90上に、前述したマイクロレンズ95が配置される。
Above each vertical
第2の電気的絶縁層60は、例えばシリコン酸化物によって形成されて、光遮蔽膜65とその下の第1転送電極25a〜25eとの電気的な分離を十分なものとする。
The second electrically insulating
光遮蔽膜65は、タングステン、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン等の金属材料や、これらの金属の2種以上からなる合金材料によって形成されて各垂直電荷転送素子20および水平電荷転送素子40を覆い、光電変換素子10以外の領域で無用の光電変換が行われるのを防止する。この光遮蔽膜65は、個々の光電変換素子10の上方に開口部65aを1つずつ有する。個々の光電変換素子10表面において開口部65a内に平面視上位置する領域が、この光電変換素子10における光入射面となる。
The
垂直電荷転送素子20の駆動信号が供給される配線や水平電荷転送素子40の駆動信号が供給される配線を、光遮蔽膜65の材料とは異なる材料によって形成する場合には、図4および図5に示したように、層間絶縁膜70が形成される。この層間絶縁膜70は、例えばシリコン酸化膜によって構成されて、第1転送電極25a〜25eと前記の配線との短絡、および水平電荷転送素子40を構成する転送電極と前記の配線との短絡を防止する。前記の配線を光遮蔽膜65の材料と同じ材料によって形成する場合には、層間絶縁膜70を省略する代わりに第2の電気的絶縁膜60を厚膜化して、当該第2の電気的絶縁層を層間絶縁膜として利用することも可能である。
When the wiring for supplying the driving signal for the vertical
パッシベーション膜75は、例えばシリコン窒化膜等によって構成されて、その下の部材を保護する。
The
第1の平坦化膜80はフォトレジスト等の有機材料によって形成されて、色フィルタアレイ85を形成するための平坦面を提供する。
The
色フィルタアレイ85は、カラー撮影用の固体撮像素子に配置される。白黒撮影用の固体撮像素子では、色フィルタアレイを省略することができる。カラー撮影用の単板式固体撮像素子では、原色系または補色系の色フィルタアレイが利用される。図4においては2個の緑色フィルタ85Gが示されており、図5においては1個の青色フィルタ85Bと1個の赤色フィルタ85Rとが示されている。
The
第2の平坦化膜90はフォトレジスト等の有機材料によって形成されて、マイクロレンズ95を形成するための平坦面を提供する。
The
マクロレンズ95は、1つの光電変換素子10に1つずつ対応して配置される。これらのマイクロレンズ95は、例えば前述したように、透明樹脂(フォトレジストを含む。)層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却することによって得られる。1つの区画が1つのマイクロレンズ95に成形される。
One
図4および図5から容易に理解されるように、光電変換素子10の上面と、この光電変換素子10に対応するマイクロレンズ95の下面との間には、比較的多くの層が介在する。ここに介在する層の数は、光電変換素子10の集積度を高めても変わらない。
As can be easily understood from FIGS. 4 and 5, a relatively large number of layers are interposed between the upper surface of the
光電変換素子10の高集積化によって個々の光電変換素子10のサイズ(平面視上のサイズ)が小さくなると、マイクロレンズ95のサイズも小さくなることから、前述の方法でマイクロレンズを作製したときにその焦点が所望の位置よりも上方(マイクロレンズ95側)になりやすい。
When the size of each photoelectric conversion element 10 (size in plan view) is reduced due to high integration of the
しかしながら、第1転送電極25a〜25eを前述のように構成すると、第1転送電極をいわゆる重ね合わせ転送電極構造とした場合に比べて、光電変換素子10の上面と第1転送電極25a〜25eの上面との最大較差を小さくすることができる。光電変換素子10の上面と、この光電変換素子10に対応するマイクロレンズ95の下面との距離を比較的短くすることができる。
However, when the
このため、光電変換素子10のサイズを小さくしても、マイクロレンズ95の焦点位置を所望の位置に制御しやすい。
For this reason, even if the size of the
また、第1転送電極をいわゆる重ね合わせ転送電極構造とした場合に比べて、光電変換素子10の周囲に形成される段差、特に光電変換素子行方向に形成される段差が低くなることから、半導体基板1表面に対する入射角の大きな光も、光電変換素子10に入射しやすくなる。
In addition, since the step formed around the
これらの理由から、固体撮像素子100の感度の低下を抑制しつつ、光電変換素子10の高集積化によって固体撮像素子100の解像度を向上させやすくなる。また、固体撮像素子100を利用した撮像装置では、撮像光学系のF値に応じて固体撮像素子100の感度が大きく変動することも抑制される。
For these reasons, it is easy to improve the resolution of the solid-
一般に、垂直電荷転送素子20を構成する第1転送電極25a〜25eと、水平電荷転送素子40を構成する転送電極(以下、「第2転送電極」という。)とは、同じ工程で作製される。第1転送電極25a〜25eの構成を前述の構成にする際には、第2転送電極も同様の構成にすることが好ましい。
In general, the
図6は、第2転送電極の構成を第1転送電極25a〜25eと同様の構成にした水平電荷転送素子40の一例(以下、「水平電荷転送素子40A」という。)を概略的に示す。同図には、電荷検出回路50の具体的構成の一例も併記する。
FIG. 6 schematically shows an example of the horizontal charge transfer element 40 (hereinafter, referred to as “horizontal
同図に示した構成要素のうち、既に図1に示した構成要素については図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。 Among the constituent elements shown in the figure, the constituent elements already shown in FIG. 1 are given the same reference numerals as those used in FIG.
図示の水平電荷転送素子40Aは、半導体基板1に形成された1本の第2電荷転送チャネル43(以下、「水平電荷転送チャネル43」という。)と、この水平電荷転送チャネル43を平面視上横断する2種類の第2転送電極45a〜45bとを有する。
The illustrated horizontal
水平電荷転送チャネル43は、例えば、n型不純物添加領域43aとn- 型不純物添加領域43bとを、下流側から上流側に向かってこの順番で繰り返し配置した構成を有する。1個の垂直電荷転送素子20に、n型不純物添加領域43aとn-型不純物添加領域43bとが2つずつ対応する。図6においては、n型不純物添加領域43aとn- 型不純物添加領域43bとを判りやすくするために、n型不純物添加領域43aにハッチングを付してある。
The horizontal
1個の垂直電荷転送素子20あたり、2種類の第2転送電極45a〜45bがこの順番で下流側から上流側に向かって1本ずつ配置される。1本の第2転送電極45aまたは45bは、1つのn型不純物添加領域43aと、その上流側に配置された1つのn- 型不純物添加領域43bとを平面視上覆う。
For each vertical
第2転送電極45aの各々は水平駆動信号φH2の供給を受け、第2転送電極45bの各々は水平駆動信号φH1の供給を受ける。各第2転送電極45bは、垂直電荷転送素子20から水平電荷転送素子40Aへの電荷の転送を制御するゲート電極としても機能する。
Each of the second transfer electrodes 45a is supplied with a horizontal drive signal φH2, and each of the
これらの第2転送電極45a〜45bは、それぞれ、図2を用いて説明した第1転送電極25a、25bと同様に、帯状を呈する主電極層(以下、「第2主電極層」という。)と、この第2主電極層の側面上に形成され、肩が丸まった断面形状を有する副電極層(以下、「第2副電極層」ということがある。)とを有する。各第2転送電極45a〜45bの上面は、同一の平面上にほぼ位置する。
Each of these second transfer electrodes 45a to 45b has a strip-like main electrode layer (hereinafter referred to as “second main electrode layer”), similarly to the
個々の第2転送電極45a〜45bは、例えばシリコン酸化膜(熱酸化膜)によって構成された電気的絶縁膜によって覆われる。 The individual second transfer electrodes 45a to 45b are covered with an electrical insulating film made of, for example, a silicon oxide film (thermal oxide film).
水平電荷転送素子40Aを上述のように構成すると、その製造過程で必要となるフォトマスクの枚数を、当該水平電荷転送素子40をいわゆる重ね合わせ転送電極構造にするに場合に比べて、1枚減らすことができる。
When the horizontal
水平電荷転送素子40Aは、2相の水平駆動信号φH1、φH2によって駆動されて、垂直電荷転送素子20の各々から受け取った電荷を電荷検出回路50へ順次転送する。
The horizontal
電荷検出回路50は、水平電荷転送素子40Aの出力端に接続された出力ゲート51と、出力ゲート51に隣接して半導体基板1に形成されたフローティングディフュージョン領域52(以下、「FD領域52」と略記する。)と、このFD領域52に電気的に接続されたフローティングディフュージョンアンプ53(以下、「FDA53」と略記する。)と、FD領域52に隣接して配置されたリセットゲート54と、リセットゲート54に隣接して半導体基板1に形成されたドレイン領域55とを有する。FD領域52と、リセットゲート54と、ドレイン領域55とは、リセットトランジスタを構成する。
The
出力ゲート51は、直流電圧VOGの供給を受けて、水平電荷転送素子40AからFD領域52への電荷転送を行う。
The output gate 51 receives the supply of the DC voltage V OG and performs charge transfer from the horizontal
FDA53は、水平電荷転送素子40AからFD領域52に転送された電荷をFD領域52の電位変動に基づいて検出して信号電圧を生成し、この信号電圧を増幅して画素信号を生成する。この画素信号が、固体撮像素子100からの出力となる。
The
FDA53によって検出された後の電荷、あるいは、FDA53によって検出する必要のない電荷は、リセットゲート54を介してドレイン領域55へ掃き出され、例えば電源電圧VDDに吸収される。リセットゲート54の動作は、駆動信号φRSによって制御される。
The charge detected by the
次に、第1の実施例による固体撮像素子について説明する。図7は、第1の実施例による固体撮像素子150の断面構造を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、既に図5に示した構成要素と共通するものについては図5で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。ただし、層間絶縁膜には新たな参照符号70Aを付してある。
Next, the solid-state image sensor according to the first embodiment will be described. FIG. 7 schematically shows a cross-sectional structure of the solid-
図7と図5との対比から明らかなように、固体撮像素子150は、(i) 層間絶縁膜70Aおよびパッシベーション膜75が平坦な上面を有する点、および(ii)第1の平坦化膜80が省略されている点で、第1の参考例による固体撮像素子100と構成上大きく異なる。
As is clear from the comparison between FIG. 7 and FIG. 5, the solid-
層間絶縁膜70Aは、例えばシリコン酸化物系材料、すなわち、BPSG、PSG、BSG、またはシリコン酸化物(スピンオンガラスを含む。)によって形成される。この層間絶縁膜70Aは、図5に示した層間絶縁膜70よりも若干厚く、光電変換素子10の中央部上方での膜厚が例えば1μm程度である。
The
層間絶縁膜70Aの平坦化は、リフロー、エッチバック、ケミカルメカニカルドリリング等によって行うことができる。スピンオンガラスによって層間絶縁膜70Aを形成する場合、光電変換素子10の集積度がある程度高ければ、特に平坦化の処理を行わなくても、その上面を平坦化することが可能である。
The planarization of the
層間絶縁膜70Aを平坦化することにより、その上に形成されるパッシベーション膜75も自ずと平坦化される。図5に示した第1の平坦化膜80を省略して、パッシベーション膜75上に色フィルタアレイ85、第2の平坦化膜90、およびマイクロレンズ95を順次形成することができる。
By planarizing the
図5に示した層構成にする場合に比べて、光電変換素子10の上面と、この光電変換素子10に対応するマイクロレンズ95の下面との距離を短くすることができる。光電変換素子10のサイズを小さくしたときでも、マイクロレンズ95の焦点位置を更に容易に制御することができる。
Compared with the case of the layer configuration shown in FIG. 5, the distance between the upper surface of the
図5に示した層構成にした場合と同様に、半導体基板1表面に対する入射角の大きな光も、光電変換素子10に入射しやすい。さらに、パッシベーション膜75の膜厚がほぼ一定であることから、このパッシベーション膜75での光の屈折がほぼ一様になり、より多くの光を光電変換素子10へ入射させることが可能になる。
As in the case of the layer configuration shown in FIG. 5, light having a large incident angle with respect to the surface of the
図示の固体撮像素子150では、前述した固体撮像素子100に比べて、感度の低下を抑制しつつ、光電変換素子10の高集積化によって解像度を向上させやすい。また、固体撮像素子150を利用した撮像装置では、固体撮像素子100を利用した撮像装置に比べて、撮像光学系のF値に応じて感度が大きく変動することが抑制される。
In the illustrated solid-
いわゆる重ね合わせ転送電極構造の垂直電荷転送素子を備えた固体撮像素子について、層間絶縁膜の平坦化に伴う感度および水平シェーディング率の変化を検証すると共に、撮像光学系のF値と感度との関係を検証した。 Regarding a solid-state imaging device having a vertical charge transfer device with a so-called superposition transfer electrode structure, changes in sensitivity and horizontal shading rate due to planarization of the interlayer insulating film are verified, and the relationship between the F value and sensitivity of the imaging optical system Verified.
図8は、検証に用いた固体撮像素子200(以下、「被験品」という。)での光電変換素子10、垂直電荷転送素子20、読出しゲート30、水平電荷転送素子40、および電荷検出回路50の平面配置を概略的に示す。図8においては図示を省略しているが、個々の光電変換素子10の上方には赤色、緑色、または青色の色フィルタが1つずつ配置され、その上にマイクロレンズが1個ずつ配置されている。被験品では、光電変換素子行の数よりも光電変換素子列の数の方が多く、光電変換素子列方向の幅よりも光電変換素子行方向の幅の方が広い。
FIG. 8 shows the
図9は、図8において図示を省略したマイクロレンズまで含めた被験品の断面構造を概略的に示す。同図は、図8に示したIX−IX線に沿った断面に相当する。 FIG. 9 schematically shows a cross-sectional structure of a test article including a microlens not shown in FIG. This figure corresponds to a cross section taken along line IX-IX shown in FIG.
これらの図に示した固体撮像素子200は、垂直電荷転送素子20がいわゆる重ね合わせ転送電極構造を有している点で、図1または図4に示した固体撮像素子100と大きく異なる。固体撮像素子200については、第1転送電極の各々に図4で用いた参照符号に100を加えた新たな参照符号を付す以外は、図1または図4で用いた参照符号と同じ参照符号を付して、その説明を省略する。
The solid-
図8および図9に示すように、固体撮像素子200では、第1転送電極125aの線幅方向の縁部が、その隣の第1転送電極125bの線幅方向の縁部に重なっている。層間絶縁膜70Aは、光電変換素子10の中央部上方での膜厚が約1.7μmのBPSG膜によって形成され、パッシベーション膜75は膜厚が約0.2μmのシリコン窒化膜によって形成されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, in the solid-
個々の光電変換素子10上において光遮蔽膜65に形成されている開口部65aは、平面視上、ほぼ矩形を呈し、その大きさは概ね0.8×1.0μmである。個々の光電変換素子10の上面からマイクロレンズ95の下面までの距離は約3.5μmである。各マイクロレンズ95は、平面視上、ほぼ矩形を呈し、その大きさは概ね2.85×2.85μmである。
The
比較のため、(i) 図4に示した第1の平坦化膜80を有している点、ならびに(ii)層間絶縁膜およびパッシベーション膜それぞれの上面に下地の凹凸が反映されている点をそれぞれ除いた他の構成が被験品と同様である固体撮像素子(以下、「対照品」という。)を用意した。
For comparison, (i) a point having the
この対照品では、光電変換素子の中央部上方での膜厚が約0.7μmのBPSG膜によって層間絶縁膜が形成され、光電変換素子の中央部上方での膜厚が約0.2μmのシリコン窒化膜によってパッシベーション膜が形成されている。第1の平坦化膜は、光電変換素子の中央部上方での膜厚が約2.0μmのフォトレジスト層によって形成され、光電変換素子の上面からマイクロレンズの下面までの距離は約4.5μmである。 In this control product, an interlayer insulating film is formed by a BPSG film having a film thickness of approximately 0.7 μm above the center of the photoelectric conversion element, and silicon having a film thickness of approximately 0.2 μm above the center of the photoelectric conversion element. A passivation film is formed by the nitride film. The first planarization film is formed by a photoresist layer having a thickness of about 2.0 μm above the center of the photoelectric conversion element, and the distance from the upper surface of the photoelectric conversion element to the lower surface of the microlens is about 4.5 μm. It is.
図10は、色温度5100°Kの白色光に対する被験品の感度を、対照品の感度を1としたときの相対値で示す。感度は、被験品および対照品のいずれについても、赤色画素、緑色画素、および青色画素ごとに測定した。 FIG. 10 shows the sensitivity of the test product with respect to white light having a color temperature of 5100 ° K as a relative value when the sensitivity of the control product is 1. The sensitivity was measured for each of the red pixel, the green pixel, and the blue pixel for both the test product and the control product.
ここで、赤色画素とは、上方に赤色の色フィルタが配置された光電変換素子を意味し、緑色画素とは、上方に緑色の色フィルタが配置された光電変換素子を意味し、青色画素とは、上方に青色の色フィルタが配置された光電変換素子を意味する。 Here, the red pixel means a photoelectric conversion element in which a red color filter is arranged above, and the green pixel means a photoelectric conversion element in which a green color filter is arranged above, and a blue pixel and Means a photoelectric conversion element in which a blue color filter is disposed above.
同図から明らかなように、被験品では、赤色画素、緑色画素、および青色画素のいずれの感度も、対照品の感度より10%以上高い。 As is clear from the figure, in the test product, the sensitivity of each of the red pixel, the green pixel, and the blue pixel is 10% or more higher than the sensitivity of the control product.
図11は、被験品の水平シェーディング率を、対照品の水平シェーディング率を1としたときの相対値で示す。 FIG. 11 shows the horizontal shading rate of the test product as a relative value when the horizontal shading rate of the control product is 1.
水平シェーディング率は、被験品および対照品のいずれについても、均一光を照射したときに電荷検出回路50から出力される1フレーム分の画素信号の値を測定し、下式により、赤色画素、緑色画素、および青色画素ごとに算出した。
The horizontal shading rate is measured by measuring the value of the pixel signal for one frame output from the
同図から明らかなように、被験品では、赤色画素、緑色画素、および青色画素のいずれの水平シェーディング率も、対照品より20%以上低い。 As is clear from the figure, in the test product, the horizontal shading rate of each of the red pixel, the green pixel, and the blue pixel is 20% or more lower than that of the control product.
図12は、固体撮像素子を用いた撮像装置での撮像光学系のF値と被験品および対照品の感度との関係を、F値が8のときの各々の感度を1としたときの相対値で示す。 FIG. 12 shows the relationship between the F value of the imaging optical system in the imaging apparatus using the solid-state imaging device and the sensitivity of the test product and the control product, relative to each sensitivity when the F value is 8, Shown by value.
同図から明らかなように、被験品では、対照品に比べて、感度のF値依存性が低い。 As is clear from the figure, the test product is less sensitive to the F value than the control product.
被験品での感度の向上、水平シェーディング率の低下、および撮像光学系のF値に対する感度の依存性の低下は、いずれも、(i) 第1の平坦化膜80を省略したことに伴う光電変換素子10−マイクロレンズ95間の距離の短縮によって、マイクロレンズ95の焦点の位置が光電変換素子10に近づき、光電変換素子10への入射光量が増加したこと、および(ii)層間絶縁膜70Aの平坦化に伴うパッシベーション膜75の膜厚の均一化により、パッシベーション膜で不所望の方向に屈折してしまう光が低減し、光電変換素子10への入射光量が増加したことによるものであると推察される。
The improvement in the sensitivity of the test article, the reduction in the horizontal shading rate, and the reduction in the dependence of the sensitivity on the F value of the imaging optical system are all (i) photoelectricity associated with omitting the
いわゆる重ね合わせ転送電極構造の垂直電荷転送素子を備えた被験品(固体撮像素子200)において上述した効果が得られたことから、図7に示した第1の実施例による固体撮像素子150では、感度の向上、水平シェーディング率の低下、および撮像光学系のF値に対する感度の依存性の低下が更に期待される。
Since the above-described effect is obtained in the test product (solid-state imaging device 200) including a vertical charge transfer device having a so-called superimposed transfer electrode structure, in the solid-
あるいは、光電変換素子10の集積度を更に高めた場合でも、感度の低下、水平シェーディング率の増加、および撮像光学系のF値に対する感度の依存性の増加をそれぞれ抑制しやすくなるものと期待される。
Alternatively, even when the integration degree of the
次に、第2の実施例による固体撮像素子について説明する。図13は、第2の実施例による固体撮像素子での光電変換素子、電荷転送素子、読出しゲート、電荷検出回路、および掃き出しドレインの平面配置を概略的に示す。同図に示した構成要素のうち、構成上、図1または図6に示した構成要素と共通するものについては、図1または図6で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。 Next, a solid-state image sensor according to the second embodiment will be described. FIG. 13 schematically shows a planar arrangement of a photoelectric conversion element, a charge transfer element, a readout gate, a charge detection circuit, and a discharge drain in the solid-state imaging device according to the second embodiment. Among the constituent elements shown in the figure, those structurally common to the constituent elements shown in FIG. 1 or FIG. 6 are given the same reference numerals as those used in FIG. 1 or FIG. Is omitted.
同図に示す固体撮像素子300は、白黒およびカラー撮影用のリニア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子であり、この固体撮像素子300では、半導体基板1の一表面に多数個の光電変換素子10が4列に亘って配置される。
A solid-state
個々の光電変換素子10に1つずつ対応して、半導体基板1に読出しゲート用のチャネル領域が形成される。1列の光電変換素子列に対応する読出しゲート用のチャネル領域の各々は、半導体基板1上に電気的絶縁膜を介して配置された1本の読出しゲート電極335によって平面視上覆われて、読出しゲート30を構成する。各読出しゲート30の動作は、読出しゲート電極335に供給される駆動信号φR1、φR2、φR3、またはφR4によって制御される。図13においては、読出しゲート30の位置を判りやすくするために、個々の読出しゲート30にハッチングを付してある。
A channel region for a read gate is formed on the
1列の光電変換素子列に1つずつ、この光電変換素子列に沿って電荷転送素子40Bが配置される。個々の電荷転送素子40Bは、例えば、1つ光電変換素子10あたり4本の転送電極を有し、図6に示した第2転送電極45bに代えて例えば同図に示した第2転送電極45aと同様の形状を有する転送電極を有する2相駆動型のCCDによって構成される。
One
電荷転送素子40Bの各々は、読出しゲート30を介して、対応する光電変換素子10に電気的に接続可能である。各電荷転送素子40Bの出力端に、電荷検出回路50が1つずつ接続される。
Each of the
1列の光電変換素子列に1つずつ、この光電変換素子列に沿ってドレイン領域360が配置される。個々のドレイン領域360は、例えば、半導体基板1に形成されたn+ 型不純物添加領域によって構成される。1つのドレイン領域360と、これに対応する光電変換素子列との間には、チャネル領域が介在する。このチャネル領域は、半導体基板1上に電気的絶縁膜を介して配置された1本の掃き出しゲート電極365によって平面視上覆われて、掃き出しゲートを構成する。各掃き出しゲートの動作は、掃き出しゲート電極365に供給される駆動信号φD1、φD2、φD3、またはφD4によって制御される。
One
図示の固体撮像素子300では、上側の3列の光電変換素子列に蓄積された電荷に基づいて、カラー画像用の画素信号が生成される。1列の光電変換素子列の上方に赤色の色フィルタが配置され、他の1列の光電変換素子列の上方に緑色の色フィルタが配置され、残りの1列の光電変換素子列の上方に青色の色フィルタが配置される。これらの光電変換素子列に対応する各電荷転送素子40Bは、2相の駆動信号φ1、φ2によって駆動されて、対応する各光電変換素子10から読み出した電荷を電荷検出回路50へ転送する。
In the solid-
残りの1列の光電変換素子列に蓄積された電荷は、白黒画像用の画素信号の生成に使用される。この光電変換素子列の上方には、例えば、カラー撮影に使用される色フィルタに相当する単色の着色層、または、この着色層に代わる透明層が配置される。当該光電変換素子列に対応する電荷転送素子40Bは、2相の駆動信号φ3,φ4によって駆動されて、対応する各光電変換素子10から読み出した電荷を電荷検出回路50へ転送する。
The electric charge accumulated in the remaining one photoelectric conversion element array is used to generate a pixel signal for a monochrome image. Above this photoelectric conversion element array, for example, a monochromatic colored layer corresponding to a color filter used for color photography, or a transparent layer instead of this colored layer is arranged. The
リニア・イメージセンサとして使用される固体撮像素子では、多くの場合、光遮蔽膜が設けられない。また、多くの場合、固体撮像素子の上方に集光素子が配置されない。光遮蔽膜やマイクロレンズは、必要に応じて設けられる。マイクロレンズに代えて、1列の光電変換素子列に1個ずつシリンドリカルレンズが配置されることもある。 In a solid-state imaging device used as a linear image sensor, a light shielding film is often not provided. In many cases, a condensing element is not disposed above the solid-state imaging element. A light shielding film and a microlens are provided as needed. Instead of the microlens, one cylindrical lens may be arranged for each photoelectric conversion element array.
このため、エリア・イメージセンサとして使用される固体撮像素子に比べれば、リニア・イメージセンサとして使用される固体撮像素子では、光電変換素子の上面と集光素子の下面との距離を短縮させることが必要となるケースは少ない。 For this reason, compared with a solid-state image sensor used as an area image sensor, a solid-state image sensor used as a linear image sensor can shorten the distance between the upper surface of the photoelectric conversion element and the lower surface of the light condensing element. Few cases are needed.
しかしながら、電荷転送素子を構成する転送電極を例えば図6に示した第2転送電極45a〜45bと同様の構成にすれば、個々の光電変換素子の上方に1個ずつマイクロレンズを配置したときに、前述した第1の参考例による固体撮像素子100と同様の効果を得ることができる。
However, if the transfer electrodes constituting the charge transfer element are configured similarly to the second transfer electrodes 45a to 45b shown in FIG. 6, for example, when one microlens is arranged above each photoelectric conversion element. The same effects as those of the solid-
また、製造コストを低減させることが容易になる。例えば、フォトリソグラフィ技術を利用して重ね合わせ転送電極構造をなす転送電極を形成するためには、第1層目の転送電極を作製する工程と第2層目の転送電極を作製する工程とのそれぞれにおいて別々に、導電層のパターニングに必要な所定形状のマスクを用意することが必要になる。 Moreover, it becomes easy to reduce manufacturing cost. For example, in order to form a transfer electrode having a superimposed transfer electrode structure using photolithography technology, a process of manufacturing a first-layer transfer electrode and a process of manufacturing a second-layer transfer electrode In each case, it is necessary to prepare a mask having a predetermined shape necessary for patterning the conductive layer.
これに対して、転送電極を前述した第2転送電極45a〜45bと同様の構成にすれば、これらの転送電極の作製に必要なマスクの枚数を1枚減らすことができる。 On the other hand, if the transfer electrode has the same configuration as the second transfer electrodes 45a to 45b described above, the number of masks necessary for manufacturing these transfer electrodes can be reduced by one.
さらに、図7に示したように層間絶縁膜を平坦化すれば、その後の工程において下地パターン依存性を考慮することなく所望の層を形成することができる他、第1の平坦化膜を省略することもできるので、歩留まりを向上させやすい。 Further, if the interlayer insulating film is planarized as shown in FIG. 7, a desired layer can be formed in the subsequent process without considering the base pattern dependency, and the first planarizing film is omitted. It is easy to improve the yield.
これらの理由から、製造コストを低減させることが容易になる。同様のことが、第1の参考例による固体撮像素子100や第1の実施例による固体撮像素子150等、エリア・イメージとして使用される固体撮像素子についてもいえる。
For these reasons, it becomes easy to reduce the manufacturing cost. The same applies to the solid-state imaging device used as an area image, such as the solid-
次に、第2の参考例による半導体装置について説明する。図14は、第2の参考例による半導体装置の断面構造を概略的に示す。同図に示す半導体装置400は、p型半導体基板401と、p型半導体基板401の一表面に形成されて第1および第2の活性領域403、406を画定するフィールド酸化膜410と、活性領域403に配置されたpチャネルMOS型電界効果トランジスタ(以下、このトランジスタを「pチャネルMOSFET」と略記する。)420と、活性領域406に配置されたnチャネルMOS型電界効果トランジスタ(以下、このトランジスタを「nチャネルMOSFET」と略記する。)430と、フィールド酸化膜410上に配置された複数本の信号線450と、これらを覆う層間絶縁膜460とを有する。
Next, a semiconductor device according to a second reference example will be described. FIG. 14 schematically shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a second reference example. The
第1の活性領域403はn型ウェル領域によって構成され、その中には、p型の第1ドレイン領域421とp型の第1ソース領域422とが間隔をあけて形成される。例えばポリシリコンによって形成された第1ゲート電極425が、第1活性領域403上に第1ゲート絶縁膜427を介して配置される。第1ドレイン領域421、第1ソース領域422、第1ゲート絶縁膜427、および第1ゲート電極425は、pチャネルMOSFET420を構成する。
The first active region 403 is constituted by an n-type well region, in which a p-type first drain region 421 and a p-type first source region 422 are formed with a space therebetween. For example, the first gate electrode 425 formed of polysilicon is disposed on the first active region 403 via the first gate insulating film 427. The first drain region 421, the first source region 422, the first gate insulating film 427, and the first gate electrode 425 constitute a p-
第2の活性領域406はp型ウェル領域によって構成され、その中には、n型の第2ドレイン領域431とn型の第2ソース領域432とが間隔をあけて形成される。例えばポリシリコンによって形成された第2ゲート電極435が、第2活性領域406上に第2ゲート絶縁膜437を介して配置される。第2ドレイン領域431、第2ソース領域432、第2ゲート絶縁膜437、および第2ゲート電極435は、nチャネルMOSFET430を構成する。
The second active region 406 is constituted by a p-type well region, in which an n-type second drain region 431 and an n-type second source region 432 are formed with a space therebetween. For example, the
第1ドレイン領域421と第2ドレイン領域431とは、層間絶縁膜460および第1ゲート電極427を貫通して第1ドレイン領域421に接する第1コンタクトプラグP1と、層間絶縁膜460および第2ゲート電極437を貫通して第2ドレイン領域431に接する第2コンタクトプラグP2と、第1上層配線470とによって電気的に接続される。pチャネルMOSFET420とnチャネルMOSFET430とは、相補型のMOS型電界効果トランジスタ440を構成する。
The first drain region 421 and the second drain region 431 include the first contact plug P1 that passes through the
第1ソース領域422は、層間絶縁膜460および第1ゲート電極427を貫通する第3コンタクトプラグによって第2上層配線471に接続され、第2ソース領域432は、層間絶縁膜460および第2ゲート電極437を貫通する第4コンタクトプラグによって第3上層配線472に接続される。
The first source region 422 is connected to the second
信号線450の各々は、図2に示した第1転送電極25a、25bと同様に、帯状を呈する主電極層450Mと、主電極層450Mの側面に形成され、肩が丸まった断面形状を有する副電極層450Sとを有する。各信号線450は、それぞれが別々の電気的絶縁膜IFによって覆われる。
Like the
図示の半導体装置400では、たとえ主電極層450Mの各々を0.3μm程度の間隔の下に形成したとしても、隣り合う信号線450同士の間隔を容易に0.2μm程度ないしは更に小さくことができ、前記の間隔を0.1μm程度ないしは更に小さくすることも容易である。比較的低い製造コストの下に集積度を高めることが容易である。
In the
以上、実施例による固体撮像素子について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではない。 The solid-state imaging device according to the embodiment has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment.
特に、電荷転送素子を構成する転送電極の構成および配置をそれぞれ除いた他の構成は、種々変更可能である。 In particular, various configurations other than the configuration and arrangement of the transfer electrodes constituting the charge transfer element can be variously changed.
例えば、エリア・イメージとして使用される固体撮像素子は、多数個の光電変換素子を複数行、複数列に亘って正方行列状に配置したものであってもよい。ここで、「正方行列状」とは、行数と列数とが異なる場合を含む。 For example, a solid-state imaging device used as an area image may be a device in which a large number of photoelectric conversion elements are arranged in a square matrix over a plurality of rows and a plurality of columns. Here, the “square matrix shape” includes a case where the number of rows and the number of columns are different.
また、エリア・イメージとして使用される固体撮像素子で垂直電荷転送素子として利用する電荷転送素子は、1行の光電変換素子行に1本、または3本以上の転送電極を有するものであってもよい。水平電荷転送素子として利用する電荷転送素子は、1つの垂直電荷転送素子あたり2本以上の転送電極を配置することによって構成可能である。 In addition, a charge transfer element used as a vertical charge transfer element in a solid-state imaging device used as an area image may have one, or three or more transfer electrodes in one photoelectric conversion element row. Good. A charge transfer element used as a horizontal charge transfer element can be configured by arranging two or more transfer electrodes per vertical charge transfer element.
垂直電荷転送素子や水平電荷転送素子を何相の駆動信号で駆動するかは、1行の光電変換素子行に対応する転送電極の数、または1つの垂直電荷転送素子に対応する転送電極の数や、垂直電荷転送素子または水平電荷転送素子の駆動方法等に応じて、適宜選定可能である。リニア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子での電荷転送素子についても同様である。 The number of transfer electrodes corresponding to one photoelectric conversion element row or the number of transfer electrodes corresponding to one vertical charge transfer element depends on the number of phases of driving signals for driving the vertical charge transfer element and the horizontal charge transfer element. Or, it can be appropriately selected according to the driving method of the vertical charge transfer element or the horizontal charge transfer element. The same applies to a charge transfer element in a solid-state image sensor used as a linear image sensor.
リニア・イメージセンサとして使用される固体撮像素子での光電変換素子列の数は、その用途に応じて適宜選定可能である。 The number of photoelectric conversion element arrays in a solid-state image sensor used as a linear image sensor can be appropriately selected according to the application.
転送電極の製造方法は、図3(A)〜図3(E)を用いて説明した方法に限定されるものではなく、主電極層および副電極層それぞれの材料に応じて適宜選定される。 The method of manufacturing the transfer electrode is not limited to the method described with reference to FIGS. 3A to 3E, and is appropriately selected according to the materials of the main electrode layer and the sub electrode layer.
例えば、図15(A)〜図15(E)は、主電極層EMをポリシリコンで形成し、副電極層ESを金属シリサイドで形成する際の製造工程を概念的に示す。これらの図に示した構成要素のうち、図3(A)〜図3(E)に示した構成要素と共通するものについては図3(A)〜図3(E)で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。 For example, FIGS. 15A to 15E conceptually show a manufacturing process when the main electrode layer EM is formed of polysilicon and the sub-electrode layer ES is formed of metal silicide. Among the constituent elements shown in these drawings, those common to the constituent elements shown in FIGS. 3 (A) to 3 (E) are designated by the reference numerals used in FIGS. 3 (A) to 3 (E). The same reference numerals are given and description thereof is omitted.
まず、図15(A)および図15(B)に示すように、図3(A)、図3(B)に示した工程と同様の工程を行って第1の導電層110をパターニングし、主電極層EMを形成する。このとき、第1の導電層110上には、図3(A)、図3(B)に示したストッパ層115に代えて、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の第2の電気的絶縁層115Aを堆積させる。第2の電気的絶縁層115Aは、エッチングストッパとしての機能を有していてもよいし、有していなくてもよい。主電極層EMを形成した後に、レジストマスク120を除去する。
First, as shown in FIGS. 15A and 15B, the first
図15(C)に示すように、副電極層の材料として用いる第2の導電層130を、第2の電気的絶縁層115A上および第1の電気的絶縁層5の露出面上に堆積させる。
As shown in FIG. 15C, the second
第2の導電層130は、例えばコバルト、クロム、ニッケル、タングステン、チタン、モリブデン、タンタル等、シリサイドとなり得る金属によって形成される。第2の導電層130の膜厚は、隣り合う2つの主電極層EM間の距離の1/2未満にすることが好ましい。
The second
第1の導電層110をポリシリコンで形成した場合には、第2の導電層125の堆積に先立って、主電極層EMの表面に形成された自然酸化膜を例えば気相フッ酸処理によって除去することが好ましい。
When the first
この後、第2の導電層130に短時間アニール装置(RTA)等を用いて熱処理を施す。この熱処理は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行う。熱処理条件は、第2の導電層130を何によって形成したかに応じて適宜選定される。
Thereafter, the second
上記の熱処理によって、主電極層EMと第2の導電層130とが直接接している領域上においてのみ、主電極層EM側から熱処理条件に応じた範囲に亘って第2の導電層130がシリサイドになる。他の箇所においては第2の導電層130はシリサイドにならない。いわゆるサリサイド(セルフアラインシリサイド)である。
By the above heat treatment, the second
図15(D)に示すように、シリサイドにならなかった第2の導電層130をアンモニア、過酸化水素等を用いて除去し、各主電極層EMの側面上にのみ、シリサイド化された第2の導電層130を残す。シリサイド化された第2の導電層130が副電極層ESとなる。主電極層EMと副電極層ESとを有する転送電極が得られる。
As shown in FIG. 15D, the second
図15(E)に示すように、第2の電気的絶縁層115Aを除去する。例えば、第2の電気的絶縁層115Aとしてシリコン窒化膜を用いた場合には、熱リン酸によって当該第2の電気的絶縁層115Aを除去することができる。
As shown in FIG. 15E, the second electrically insulating
副電極層ESを形成した後、必要に応じて、副電極層ESに短時間アニール装置等を用いて熱処理を施し、その導電性を向上させる。この熱処理は、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で行い、その条件は、副電極層ESの組成に応じて適宜選定される。当該熱処理は、図15(E)に示した工程を行う前に実施することもできるし、図15(E)に示した工程を行った後に実施することもできる。 After forming the sub-electrode layer ES, if necessary, the sub-electrode layer ES is subjected to a heat treatment using a short time annealing device or the like to improve its conductivity. This heat treatment is performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, and the conditions are appropriately selected according to the composition of the sub-electrode layer ES. The heat treatment can be performed before the step illustrated in FIG. 15E or can be performed after the step illustrated in FIG.
第2の電気的絶縁膜115Aを省略すれば、主電極層EM上にも金属シリサイド層を形成することができる。
If the second electrical insulating
なお、金属シリサイドによって構成された副電極層ESは、サリサイド技術を利用して形成する他に、図3に示した第2の導電層125として金属シリサイド相を堆積することによっても形成することができる。
The sub-electrode layer ES made of metal silicide can be formed by depositing a metal silicide phase as the second
図2、図3(A)〜図3(E)、および図15(A)〜図15(E)を用いて説明した転送電極の構成および配置は、固体撮像素子以外の種々の半導体装置においても、信号線の構成および配置として適用することができる。この構成および配置を利用して信号線を形成すれば、半導体装置の集積度を向上させることが可能になる。 The configuration and arrangement of the transfer electrode described with reference to FIGS. 2, 3A to 3E, and 15A to 15E are used in various semiconductor devices other than the solid-state imaging device. Can also be applied as the configuration and arrangement of signal lines. If signal lines are formed using this configuration and arrangement, the degree of integration of the semiconductor device can be improved.
その他、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能であることは、当業者に自明であろう。 It will be apparent to those skilled in the art that other various modifications, improvements, combinations, and the like are possible.
1…半導体基板、 10…光電変換素子、 20…第1の電荷転送素子、23…第1の電荷転送チャネル(垂直電荷転送チャネル)、25a〜25e…第1転送電極、25aM、25bM、EM…主電極層、 25aS、25bS、ES…副電極層、 30…読出しゲート、 40、40A…第2の電荷転送素子、40B…電荷転送素子、43…第2の電荷転送素子(水平電荷転送素子)、45a〜45b…第2転送電極、50…電荷検出回路、65…光遮蔽膜、70、70A…層間絶縁膜、75…パッシベーション膜、80…第1の平坦化膜、95…マイクロレンズ、100、150、200、300…固体撮像素子、 110…第1の導電層、 125、130…第2の導電層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記半導体基板の一表面に複数行、複数列に亘って行列状に配置減された多数個の光電変換素子と、
1列の光電変換素子列に1つずつ対応して配置され、各々が、対応する光電変換素子の各々からの電荷の読み出し、および該電荷の転送を行うことができる第1の電荷転送素子と、
前記第1の電荷転送素子の各々と電気的に接続可能な第2の電荷転送素子と、
前記第1の電荷転送素子の全て、および前記第2の電荷転送素子から電気的に分離されて該第1の電荷転送素子の各々および該第2の電荷転送素子を平面視上覆い、前記光電変換素子それぞれの上方に開口部を1つずつ有する光遮蔽膜と、
シリコン酸化物系材料によって形成されて前記光遮蔽膜および前記開口部を平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜と
を備えた固体撮像素子。 A semiconductor substrate;
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in a matrix over a plurality of rows and columns on one surface of the semiconductor substrate;
A first charge transfer element that is arranged corresponding to one photoelectric conversion element row, and each of which can read out charges from the corresponding photoelectric conversion elements and transfer the charges; ,
A second charge transfer element electrically connectable to each of the first charge transfer elements;
All of the first charge transfer elements and the second charge transfer elements are electrically separated from each other to cover each of the first charge transfer elements and the second charge transfer elements in plan view, and A light shielding film having one opening above each of the conversion elements;
An interlayer insulating film formed of a silicon oxide-based material, covering the light shielding film and the opening in plan view, and having a flat upper surface;
A solid-state imaging device comprising: a passivation film disposed on the interlayer insulating film.
前記半導体基板の一表面に少なくとも1列に配置された多数個の光電変換素子と、
1列の光電変換素子列に1つずつ対応して配置された電荷転送素子と、
シリコン酸化物系材料によって形成されて前記電荷転送素子の全てを平面視上覆い、平坦な上面を有する層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に配置されたパッシベーション膜と
を備えた固体撮像素子。 A semiconductor substrate;
A plurality of photoelectric conversion elements arranged in at least one row on one surface of the semiconductor substrate;
A charge transfer element disposed corresponding to each one photoelectric conversion element array;
An interlayer insulating film that is formed of a silicon oxide-based material and covers all of the charge transfer elements in plan view, and has a flat upper surface;
A solid-state imaging device comprising: a passivation film disposed on the interlayer insulating film.
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2005
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