JP2006222278A - Solid-state imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー画像を撮像する固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device that captures a color image.
従来、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等に搭載されるCCDやCMOSイメージセンサ等の単版式カラー固体撮像装置は、数百万画素の光電変換素子と各画素から信号を読み出す信号読出回路とを同一の半導体基板上に形成する構成であった。この場合、各光電変換素子の受光面の面積を広くとることができず、受光面の寸法が入射光の波長オーダとなり、一画素で検出できる光量が少なくなって感度が低下してきているとともに、歩留りが低下してコストが嵩むという不利益があった。 Conventionally, single-type color solid-state imaging devices such as CCD and CMOS image sensors mounted on digital cameras and digital video cameras have the same photoelectric conversion elements of millions of pixels and signal readout circuits for reading signals from each pixel. It was the structure formed on a semiconductor substrate. In this case, the area of the light receiving surface of each photoelectric conversion element cannot be increased, the size of the light receiving surface is in the wavelength order of the incident light, the amount of light that can be detected by one pixel is reduced, and the sensitivity is reduced. There was a disadvantage that the yield decreased and the cost increased.
そこで、図4に示すように、従来の積層型固体撮像装置100では、半導体基板110に信号読出回路だけを設け、半導体基板110の上層部に青色検出用の光電変換膜101と緑色検出用の光電変換膜102と赤色検出用の光電変換膜103とを積層させた構成を有する積層型固体撮像装置が開発されている(例えば、下記特許文献1,2,3及び4)。
Therefore, as shown in FIG. 4, in the conventional stacked solid-
従来の積層型固体撮像装置100は、各光電変換膜101,102,103で受光した光を電子に変換し、各光電変換膜101,102,103の画素電極104,105,106ごとにコンタクト部111を介して半導体基板110上に2次元状に配置された電荷蓄積部107,108,109に導いている。そして、電荷蓄積部107,108,109から、信号読出回路による所定の制御のもとで半導体基板上に形成された転送路112に電荷を移し、電荷蓄積部107,108,109の列ごとに転送している。
The conventional stacked solid-
ところで、入射した光が上層の光電変換膜101,102,103を透過し、電荷蓄積部107,108,109に入射すると、該電荷蓄積部107,108,109にコンタクト部111によって接続された光電変換膜101,102,103に対応する波長の光を表す電子が発生してしまい、この結果、形成される画像において混色が生じてしまうといった現象がある。
By the way, when the incident light passes through the upper
従来では、電荷蓄積部107,108,109に光が入射することを避けるため、半導体基板110の上方に電荷蓄積部107,108,109を覆うようにして遮光膜を形成していた。しかし、半導体基板110における電荷蓄積部107,108,109と光電変換膜とを接続するためのコンタクト部111を設ける必要があり、遮光膜を半導体基板110の上面の全てに形成することができないため、遮光膜同士の間を光が通り抜け、電荷蓄積部107,108,109に入射して画像の混色が生じてしまう可能性がある点で改善の余地があった。
Conventionally, in order to avoid light from entering the
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体基板に設けられた電荷蓄積部に光が入射することを防止することで画像の混色が生じてしまうことを防止できる固体撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid that can prevent color mixture of images by preventing light from entering a charge storage portion provided on a semiconductor substrate. An imaging device is provided.
本発明の上記目的は、半導体基板の上方に、光を受光し電荷を発生させる光電変換部が設けられた固体撮像装置であって、前記半導体基板の上面に形成された転送路と、前記半導体基板の上面に形成され、前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、前記半導体基板上に設けられ、前記電荷蓄積部に蓄積した前記電荷を前記転送路に誘導できる読み出し電極と、前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続され、前記電荷蓄積部から前記光電変換部にわたって延びる柱状のコンタクト部と、前記読み出し電極の上面を覆うように設けられた遮光膜と、を備え、前記コンタクト部には突設されたフランジ部が形成されていることを特徴とする固体撮像装置によって達成される。 An object of the present invention is a solid-state imaging device provided with a photoelectric conversion unit that receives light and generates charges above a semiconductor substrate, the transfer path formed on the upper surface of the semiconductor substrate, and the semiconductor A plurality of charge storage portions that are formed on an upper surface of the substrate and store the charge; a readout electrode that is provided on the semiconductor substrate and that can guide the charge stored in the charge storage portion to the transfer path; and the charge storage A columnar contact portion that is electrically connected to the photoelectric conversion portion and extends from the charge storage portion to the photoelectric conversion portion, and a light-shielding film provided to cover the upper surface of the readout electrode, This is achieved by a solid-state imaging device characterized in that a protruding flange portion is formed on the contact portion.
本発明の固体撮像装置は、光電変換部と半導体基板における電荷蓄積部との間に設けられたコンタクト部にフランジ部が設けられている。このため、遮光膜同士の間に向って入射した光がコンタクト部のフランジ部によって遮光できるとともに、光が斜めに入射する場合であっても、フランジ部と遮光膜とが半導体基板の垂直方向に対して重なり合うように配置されていることから、フランジ部と遮光膜との間を光が通過することを防止することができる。したがって、半導体基板の電荷蓄積部に光が入射することを防止して、該電荷蓄積部において電子が発生することなく、形成された画像に混色が生じことを防止することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, a flange portion is provided at a contact portion provided between the photoelectric conversion portion and the charge storage portion in the semiconductor substrate. For this reason, light incident between the light shielding films can be shielded by the flange portion of the contact portion, and even when the light is incident obliquely, the flange portion and the light shielding film are in the vertical direction of the semiconductor substrate. Since they are arranged so as to overlap each other, it is possible to prevent light from passing between the flange portion and the light shielding film. Therefore, it is possible to prevent light from entering the charge storage portion of the semiconductor substrate and prevent color mixing in the formed image without generating electrons in the charge storage portion.
上記固体撮像装置は、フランジ部が遮光膜の少なくとも一部と半導体基板の垂直方向に対して重なり合うように設けられていることが好ましい。こうすれば、遮光膜同士の間に向って斜めに入射した光がコンタクト部のフランジ部によって遮光でき、フランジ部と遮光膜との間を光が通過することをより一層確実に防止することができる。 The solid-state imaging device is preferably provided so that the flange portion overlaps at least a part of the light shielding film with respect to the vertical direction of the semiconductor substrate. In this way, light incident obliquely between the light shielding films can be shielded by the flange portion of the contact portion, and the light can be more reliably prevented from passing between the flange portion and the light shielding film. it can.
上記固体撮像装置は、遮光膜に延設部が設けられ、延設部がフランジ部と半導体基板の垂直方向に対して重なり合うことが好ましい。こうすれば、半導体基板の垂直方向に対してフランジ部と遮光膜の少なくとも一部が重なるうえ、更に遮光膜の延設部も重なる構成であるため、光が遮光膜同士の間を通過して電荷蓄積部に入射してしまうことをより一層確実に防止することができる。さらに、遮光膜が、前記フランジ部を上下から離間して挟むような部分を有することがより好ましい。こうすれば、光が遮光膜同士の間を通過して電荷蓄積部に入射してしまうことを更に確実に防止することができる。 In the solid-state imaging device, it is preferable that an extension portion is provided in the light shielding film, and the extension portion overlaps the flange portion and the vertical direction of the semiconductor substrate. In this case, at least a part of the flange portion and the light shielding film overlap with each other in the vertical direction of the semiconductor substrate, and the extending portion of the light shielding film also overlaps, so that light passes between the light shielding films. It can prevent more reliably that it injects into a charge storage part. Furthermore, it is more preferable that the light shielding film has a portion that sandwiches the flange portion apart from above and below. In this way, it is possible to more reliably prevent light from passing between the light shielding films and entering the charge storage portion.
上記固体撮像装置は、フランジ部が、コンタクト部の、電荷蓄積部と接触する端部に、該電荷蓄積部の上面を覆うように形成されていることが好ましい。こうすれば、半導体基板の垂直方向に対してフランジ部と遮光膜の少なくとも一部とが重なるうえ、コンタクト部の端部が電荷蓄積部の上面を覆う構成であるため、入射した光を遮光膜とコンタクト部の端部に形成されたフランジ部とによって遮光することができ、電荷蓄積部に入射してしまうことをより一層確実に防止することができる。 In the solid-state imaging device, it is preferable that the flange portion is formed at an end portion of the contact portion that contacts the charge storage portion so as to cover the upper surface of the charge storage portion. In this case, the flange portion and at least a part of the light shielding film overlap with the vertical direction of the semiconductor substrate, and the end portion of the contact portion covers the upper surface of the charge storage portion. And the flange portion formed at the end of the contact portion can be shielded from light, and can be more reliably prevented from entering the charge storage portion.
本発明によれば、半導体基板に設けられた電荷蓄積部に光が入射することを防止することで画像の混色が生じてしまうことを防止できる固体撮像装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which can prevent that the color mixing of an image arises by preventing that light injects into the charge storage part provided in the semiconductor substrate can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。なお、以下の説明においては、上方、下方はそれぞれ図面を正面視した状態における上方向、下方向を指すものとする。
最初に、本発明に係る固体撮像装置の第1の実施形態を説明する。図1は、本実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。なお、以下の実施形態では、光電変換部を積層させた、いわゆる積層型固体撮像装置を用いて説明したが、本願の構成は、光電変換部を一層に形成し、特定の波長範囲の入射光に対して電荷を発生さえる、いわゆるハイブリッド型の固体撮像装置に適用することもできる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the upper direction and the lower direction refer to the upward direction and the downward direction, respectively, when the drawing is viewed from the front.
First, a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment. In the following embodiments, a so-called stacked solid-state imaging device in which photoelectric conversion units are stacked has been described. However, in the configuration of the present application, a photoelectric conversion unit is formed in one layer and incident light in a specific wavelength range is formed. The present invention can also be applied to a so-called hybrid type solid-state imaging device that generates electric charges.
図1に示すように、固体撮像装置10は、半導体基板と、該半導体基板の上方に積層された3つの光電変換部21,22,23とを備えている。
As shown in FIG. 1, the solid-
3つの光電変換部21,22,23は、それぞれ、光電変換膜と、該光電変換膜の表面に2次元状に配列され、該光電変換膜を介して対向する光透過性の画素電極膜とを備えている。光電変換部21,22,23のそれぞれは、入射光のうち青色,緑色,赤色のうち1つであって、互いに異なる波長領域の光を吸収し、光電変換膜において光電荷を発生させる構成である。
The three
本実施形態では、最下層の光電変換部21で赤色の波長領域の光を吸収し、その上に積層された光電変換部22で緑色の波長領域の光を吸収し、最上層の光電変換部23で青色の波長領域の光を吸収する構成とした。しかし、光電変換部の積層の順番は、これに限定しない。
In the present embodiment, the light in the red wavelength region is absorbed by the lowermost
半導体基板は、n層11と、該n層11の上方に積層されたpウェル層12とで概略構成されている。pウェル層12の表面近傍には、複数の電荷蓄積部13が、半導体基板の面方向に対して平行に2次元状に配列されている。電荷蓄積部13は、3つの光電変換部21,22,23のうちいずれか1つと電気的に接続され、接続された光電変換部に発生した光電荷を一時的に保持する機能を有している。
The semiconductor substrate is roughly composed of an
pウェル層12の表面には、電荷蓄積部13の上方を覆うように設けられたpプラス領域14と、電荷蓄積部13及びpプラス領域14の端部に隣接するpプラス領域15と、pプラス領域15と隣接するn領域16とが形成されている。
On the surface of the
n領域16は、図1の奥行き方向に延びるように直線状に配設され、電荷蓄積部13に保持された電荷を、図示しない水平転送路へ転送させることができる構成である。
The
半導体基板において、pプラス領域14及びpプラス領域15はn領域16と分離されており、半導体基板の表面部の欠陥準位低減が図られている。半導体基板の最表面には、図示しない酸化シリコン膜が形成されている。
In the semiconductor substrate, the p plus
半導体基板の表面の酸化シリコン膜上には読み出し電極18が設けられている。読み出し電極18は、n領域16の上部に位置するとともに、該読み出し電極18の一部がpプラス領域15の上部に達するように配置されている。
A
また、読み出し電極18の上部及び端部を覆うように、遮光膜19が設けられている。遮光膜19は、光電変換部21,22,23を透過した光が読み出し電極18に入射することを防止する機能を有する。また、遮光膜19は、読み出し電極18の端部を覆う部位の一部がpプラス領域14の上方に達するように形成されている。
In addition, a
読み出し電極18及び遮光膜19は、半導体基板と光電変換部21,22,23との間に形成された透明の絶縁層(図示しない)の内部に埋設されている。
The
光電変換部21,22,23のうち1つと該光電変換部に対応する電荷蓄積部13とが、コンタクト部17によって電気的に接続されている。コンタクト部17は、半導体基板に対して垂直な方向(図1の上下方向)に略柱状に配線されている。各光電変換部21,22,23で発生した光電荷は、上記コンタクト部17を通って、電荷蓄積部13に運ばれ、該電荷蓄積部13で蓄積される。このとき、光電変換部21,22,23の画素電極膜にバイアス電位を印加することで、光電荷の電荷蓄積部13への流れが促進される。
One of the
本実施形態の固体撮像装置10において、コンタクト部17にフランジ部17aが設けられている。フランジ部17aは、半導体基板の垂直方向に対して遮光膜19の少なくとも一部と重なり合うように突設されている。つまり、図1において上下方向に延びる鉛直直線を想定した際に、該鉛直直線がフランジ部17aと重なり合う場合に遮光膜19とも重なり合うことを意味している。
In the solid-
固体撮像装置10は、光電変換部21,22,23と半導体基板における電荷蓄積部13との間に設けられたコンタクト部17にフランジ部17aを設け、フランジ部17aが半導体基板の垂直方向に対して遮光膜19の少なくとも一部と重なり合うように設けられている。このため、遮光膜19同士の間に向って入射した光がコンタクト部17のフランジ部17aによって遮光できるとともに、光が斜めに入射する場合であっても、半導体基板の垂直方向に対してフランジ部17aと遮光膜19とが重なり合うように配置されていることから、フランジ部17aと遮光膜19との間を光が通過することを防止することができる。したがって、半導体基板の電荷蓄積部13に光が入射することを防止することで、該電荷蓄積部13において電子が発生することがなく、画像に混色が生じことを防止することができる。
In the solid-
次に、本発明にかかる第2の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。 Next, a second embodiment according to the present invention will be described. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.
図2は、本実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の固体撮像装置20は、遮光膜29の一部に延設部29aを設けている点で、上記第1の実施形態の構成とは相違する。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment. As shown in FIG. 2, the solid-
延設部29aは、半導体基板の垂直方向(図2の上下方向)に対してコンタクト部17のフランジ部17aと重なり合うように、設けられている。
The extending portion 29a is provided so as to overlap the flange portion 17a of the
固体撮像装置20は、半導体基板の垂直方向に対してフランジ部17aと遮光膜29の少なくとも一部が重なるうえ、更に遮光膜29の延設部29aも重なる構成であるため、入射光がこれら遮光膜29同士の間を通過して電荷蓄積部13に入射してしまうことをより一層確実に防止することができる。
Since the solid-
次に、本発明にかかる第3の実施形態を説明する。図3は、本実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
図3に示すように、本実施形態の固体撮像装置30は、コンタクト部27の、電化蓄積部13側の端部に、該電荷蓄積部13の上面を覆うようにフランジ部27aが設けられている。
Next, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment.
As shown in FIG. 3, in the solid-
フランジ部27aは、遮光膜19の少なくとも一部と半導体基板の垂直方向に対して重なり合うように形成されていることが好ましい。
The
本実施形態の固体撮像装置30は、フランジ部27aと遮光膜19の少なくとも一部とが半導体基板の垂直方向に対して重なるうえ、コンタクト部27の端部が電荷蓄積部13の上面を覆う構成であるため、入射した光を遮光膜19とコンタクト部27の端部に形成されたフランジ部27aとによって遮光することができ、電荷蓄積部13に入射してしまうことをより一層確実に防止することができる。
The solid-
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、図3の、コンタクト部27における電荷蓄積部13側の端部にフランジ部27aを設ける構成を、図1及び図2の構成に適用してもよい。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.
For example, the configuration in which the
10,20,30 固体撮像装置
11 n層
12 pウェル層
13 電荷蓄積部
14 pプラス領域
15 pプラス領域
16 転送路
17,27 コンタクト部
17a,27a フランジ部
18 読み出し電極
19,29 遮光膜
29a 延設部
21,22,23 光電変換部
10, 20, 30 Solid-state imaging device 11 n layer 12
Claims (6)
前記半導体基板の上面に形成された転送路と、
前記半導体基板の上面に形成され、前記電荷を蓄積する複数の電荷蓄積部と、
前記半導体基板上に設けられ、前記電荷蓄積部に蓄積した前記電荷を前記転送路に誘導できる読み出し電極と、
前記電荷蓄積部と前記光電変換部とを電気的に接続され、前記電荷蓄積部から前記光電変換部にわたって延びる柱状のコンタクト部と、
前記読み出し電極の上面を覆うように設けられた遮光膜と、を備え、
前記コンタクト部には突設されたフランジ部が形成されていることを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device provided with a photoelectric conversion unit that receives light and generates charges above a semiconductor substrate,
A transfer path formed on the upper surface of the semiconductor substrate;
A plurality of charge storage portions that are formed on an upper surface of the semiconductor substrate and store the charge;
A readout electrode provided on the semiconductor substrate and capable of guiding the charge accumulated in the charge accumulation portion to the transfer path;
A columnar contact portion that is electrically connected to the charge storage portion and the photoelectric conversion portion and extends from the charge storage portion to the photoelectric conversion portion;
A light shielding film provided so as to cover the upper surface of the readout electrode,
A solid-state image pickup device characterized in that a protruding flange portion is formed on the contact portion.
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