JP2007005493A - Solid-state imaging device, its manufacturing method, and electronic information apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体を撮像可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device capable of imaging a subject and a manufacturing method thereof, and an electronic information device such as a digital still camera, a digital movie camera, and a camera-equipped mobile phone device using the solid-state imaging device as an imaging unit.
この種の従来の固体撮像素子は、半導体基板の表面に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部(受光部)と、このフォトダイオード部から信号電荷を読み出すトランスファゲート部と、このトランスファゲート部によって読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部(CCD部)とが設けられており、そのトランスファゲート部およびCCD部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。この固体撮像素子では、被写体からの入射光が各フォトダイオード部でそれぞれ光電変換され、光電変換された信号電荷がトランスファゲート部およびCCD部を介して電荷検出部に順次電荷転送されて検出される。 This type of conventional solid-state imaging device has a plurality of photodiode portions (light receiving portions) that photoelectrically convert incident light on the surface of a semiconductor substrate, a transfer gate portion that reads signal charges from the photodiode portions, and the transfer gate. A charge transfer unit (CCD unit) for transferring the signal charges read by the unit in a predetermined direction, and a gate electrode is provided on the transfer gate unit and the CCD unit via a gate insulating film. . In this solid-state imaging device, incident light from a subject is photoelectrically converted by each photodiode unit, and the signal charges subjected to photoelectric conversion are sequentially transferred to and detected by a charge detection unit via a transfer gate unit and a CCD unit. .
ここで、フォトダイオード部以外の部分、例えばトランスファゲート部やCCD部に光が入射されると、信号電荷検出に影響を与えるため、フォトダイオード部上のみを開口させ、このフォトダイオード部以外のトランスファゲート部やCCD部などを覆うように遮光膜が設けられている。 Here, when light is incident on a part other than the photodiode part, for example, a transfer gate part or a CCD part, the signal charge detection is affected. Therefore, only the photodiode part is opened, and the transfer part other than the photodiode part is opened. A light shielding film is provided so as to cover the gate portion, the CCD portion, and the like.
例えば特許文献1には、Si基板に溝部分が設けられ、この溝部分内にポリシリコンからなるゲート電極が埋め込まれ、その上に遮光膜が設けられた固体撮像素子が開示されている。
For example,
以下に、この特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子について、図10〜図12を参照して説明する。
Below, the conventional solid-state image sensor currently disclosed by this
図10は、従来の固体撮像素子の要部単位構成例を示す縦断面図である。 FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a main unit configuration of a conventional solid-state imaging device.
図10において、従来の固体撮像素子100は、Si基板1の表面上に設けられたウェル(well)領域2に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部3と、そのフォトダイオード部3から信号電荷を読み出すトランスファゲート部4と、このトランスファゲート部4によって読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部であるCCD部5と、この画素部のフォトダイオード部3と隣接する画素部のCCD部5との間を分離するチャンネルストップ部6とが設けられている。
In FIG. 10, a conventional solid-
これらのトランスファゲート部4、CCD部5およびチャンネルストップ部6は、Si基板1の溝7内に設けられており、これらのトランスファゲート部4およびCCD部5上にゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。ゲート電極9上には層間絶縁膜10が設けられており、その上には、フォトダイオード部3上が開口部Bで開口した所定パターンの遮光膜11が設けられている。この遮光膜11によってゲート電極9および層間絶縁膜10上が覆われると共に溝7が埋め込まれている。
These
上記構成により、以下に、この従来の固体撮像素子100の製造方法について、図11(a)〜図11(c)および図12(a)〜図12(c)を参照しながら説明する。
With the above configuration, a method for manufacturing the conventional solid-
まず、図11(a)に示すように、ウェル(well)領域2が設けられたシリコン(Si)基板1に溝7を形成する。この溝7は、エッチングによる加工や、Si基板1を酸化した後に酸化膜を除去する方法などによって形成できる。ここでは、溝7となる基板部分上が開口した所定パターンのレジスト膜7aをマスクとして用いてエッチング処理を行うことにより溝7を形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a
次に、図11(b)に示すように、ウェル(well)領域2の表面上を覆うように酸化膜(ゲート絶縁膜8)を形成し、この酸化膜(ゲート絶縁膜8)を介してウェル(well)領域2内にイオン注入を行って、図11(c)に示すようにフォトダイオード部3、トランスファゲート部4、CCD部5およびチャンネルストップ部6を横方向に配列して形成する。このとき、トランスファゲート部4、CCD部5およびチャンネルストップ部6は溝7内に形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, an oxide film (gate insulating film 8) is formed so as to cover the surface of the
さらに、図12(a)に示すように、トランスファゲート部4およびCCD部5上にわたって、ゲート絶縁膜8として用いられる酸化膜を介して、ポリシリコンなどからなるゲート電極9を形成する。このとき、ゲート電極9は、溝7の端とゲート電極9との間に隙間ができるように加工する。
Further, as shown in FIG. 12A, a
続いて、図12(b)に示すように、ゲート電極9上を覆うように層間絶縁膜10を成膜する。このとき、層間絶縁膜10は、上記ゲート電極9の場合と同様に、溝7の端と層間絶縁膜10との間に隙間ができるように成膜する。
Subsequently, as shown in FIG. 12B, an
その後、図12(c)に示すように、ウエハ表面上に遮光膜11となる遮光膜材料を成膜する。このとき、遮光膜11となる遮光膜材料は、溝7の端と層間絶縁膜10との間に隙間内に埋め込まれている。エッチングによりフォトダイオード部3上の遮光膜材料を選択的に除去して開口部Bを形成する。このようにして、遮光膜11を所定パターンに加工する。これにより、フォトダイオード部2上の遮光膜11の開口部Bを通してフォトダイオード部2のみに光を入射させることができる。
しかしながら、上記従来の固体撮像素子100では、遮光膜11の開口部Bから斜めに入射された光(以下、斜め入射光という)が、フォトダイオード部3のみではなく、チャンネルストップ部6の下に潜り込んで、隣接する画素部のCCD部5に不正に電荷を発生させることがある。これをスミアと言い、このスミアは遮光膜11の開口部Bに依存している。
However, in the conventional solid-
特許文献1に開示されている従来の固体撮像素子100では、ゲート電極9および遮光膜11を埋め込むことによって、斜め入射光を緩和させる効果は得られるが、チャンネルストップ部6下側に入射される光によるスミアを防ぐためには不十分であった。
In the conventional solid-
さらに、ゲート電極9および遮光膜11を埋め込むために、広い範囲でSi基板1に溝7を形成しなければならないため、Si基板1への負担も大きく、これによって、結晶欠陥などを発生させる危険性が大きい。この結晶欠陥などによって、CCD特有の不良である白傷不良が増加する可能性が大きくなっている。
Further, since the
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、スミアの原因となる斜め入射光を防ぎ、半導体基板へのダメージを最小限に防ぐことができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and prevents a solid incident image element that can cause smear and can prevent damage to a semiconductor substrate to a minimum. For example, an electronic information device such as a digital still camera, a digital movie camera, and a camera-equipped mobile phone device is used.
本発明の固体撮像素子は、半導体基板に、入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部から読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部とが設けられた固体撮像素子において、該画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間の画素部間に該半導体基板表面から所定深さの溝が設けられ、斜め入射光遮断用に該溝を埋め込むと共に、該フォトダイオード部上方を開口しかつ、少なくとも該電荷転送部上方を覆うように遮光膜が設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device of the present invention, a photodiode portion for each pixel portion that photoelectrically converts incident light and a charge transfer portion that can transfer signal charges read from the photodiode portion are provided on a semiconductor substrate. In the solid-state imaging device, a groove having a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate is provided between the pixel portion between the photodiode portion of the pixel portion and the charge transfer portion of the pixel portion adjacent to the pixel portion. A light shielding film is provided so as to bury the groove for light shielding, open above the photodiode portion, and cover at least the charge transfer portion, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている。 Preferably, the predetermined depth of the groove in the solid-state imaging device of the present invention is formed to be equal to or deeper than the depth of the charge transfer portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝を埋め込んだ遮光膜は、前記電荷転送部を前記フォトダイオード部側面側から覆っている。 Furthermore, preferably, the light shielding film in which the groove in the solid-state imaging device of the present invention is embedded covers the charge transfer portion from the side of the photodiode portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜は、前記フォトダイオード部上方の開口部からの斜め入射光を遮断するべく前記溝を埋め込んでいる。 Still preferably, in a solid-state imaging device according to the present invention, the light shielding film embeds the groove so as to block oblique incident light from the opening above the photodiode portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記電荷転送部の表面と前記フォトダイオード部の表面とは面一に構成されている。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the surface of the charge transfer portion and the surface of the photodiode portion are configured to be flush with each other.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における溝の幅は、遮光に必要な前記遮光膜の膜厚寸法と、該遮光膜の膜厚寸法に所定の層間絶縁膜の膜厚の2倍を加えた膜厚寸法とのうちのいずれかである。 Further preferably, the width of the groove in the solid-state imaging device of the present invention is such that the film thickness dimension of the light shielding film necessary for light shielding and the film thickness dimension of the light shielding film are twice the film thickness of the predetermined interlayer insulating film. One of the added film thickness dimensions.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間を分離するためのチャンネルストップ部が前記溝の底部から所定深さに設けられている。 Further, preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, a channel stop portion for separating between the photodiode portion of the pixel portion and the charge transfer portion of the pixel portion adjacent to the pixel portion has a predetermined depth from the bottom portion of the groove. Is provided.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるチャンネルストップ部の所定深さは、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成されている。 Further preferably, the predetermined depth of the channel stop portion in the solid-state imaging device of the present invention is formed to be equal to or deeper than the depth of the charge transfer portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記該フォトダイオード部と前記電荷転送部との間に、該フォトダイオード部から該電荷転送部に信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部が設けられ、該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。 Further preferably, in the solid-state imaging device according to the present invention, a transfer gate portion is provided between the photodiode portion and the charge transfer portion so that a signal charge can be read from the photodiode portion to the charge transfer portion. A gate electrode is provided on the transfer gate portion and the charge transfer portion via a gate insulating film.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、隣接する各ゲート電極間に前記フォトダイオード部および前記溝が設けられている。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the photodiode portion and the groove are provided between adjacent gate electrodes.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の各画素部となる領域間に所定深さの溝を形成し、該溝の底部にチャンネルストップ部を形成する溝およびチャンネルストップ部形成工程と、入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部、該フォトダイオード部から信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部および、該トランスファゲート部を介して読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部を形成する素子部形成工程と、該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極上および、該溝内を埋め込むように遮光膜を成膜して、該フォトダイオード部上の遮光膜を開口する遮光膜形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention includes a groove and channel stop portion forming step of forming a groove of a predetermined depth between regions to be each pixel portion of a semiconductor substrate and forming a channel stop portion at the bottom of the groove , A photodiode unit for each pixel unit that photoelectrically converts incident light, a transfer gate unit that can read signal charges from the photodiode unit, and a signal charge read through the transfer gate unit can be transferred An element portion forming step for forming a charge transfer portion, a gate electrode forming step for forming a gate electrode on the transfer gate portion and the charge transfer portion via a gate insulating film, and on the gate electrode and in the groove A light-shielding film forming step of forming a light-shielding film so as to be embedded and opening the light-shielding film on the photodiode portion. The purpose is achieved.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝およびチャンネルストップ部形成工程は、前記溝を所定パターンのマスクを用いてエッチング処理により所定深さに形成し、該マスクを用いて該溝の底部にイオン注入することにより前記チャンネルストップ部を形成する。 Preferably, the groove and channel stop forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes forming the groove to a predetermined depth by etching using a mask having a predetermined pattern, and using the mask to The channel stop portion is formed by ion implantation at the bottom of the groove.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝を形成するエッチング処理は、ドライエッチングにより前記半導体基板を選択的に除去する。 Further preferably, in the etching process for forming a groove in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the semiconductor substrate is selectively removed by dry etching.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における前記半導体基板の表面に酸化膜が形成されている場合に、前記エッチング条件は、フッ素系のガスを用いて、該酸化膜の材料と該半導体基板の材料との選択比を1以上に設定する。 Further preferably, when an oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the etching condition is determined using fluorine-based gas and the oxide film material. The selection ratio with respect to the material of the semiconductor substrate is set to 1 or more.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における溝の所定深さを、前記電荷転送部の深さ位置と同等以上とする。 Furthermore, it is preferable that the predetermined depth of the groove in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is equal to or greater than the depth position of the charge transfer portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるチャンネルストップ部の所定深さを、前記電荷転送部の深さと同等かまたは、該電荷転送部の深さよりも深く形成する。 Further preferably, the predetermined depth of the channel stop portion in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is formed to be equal to or deeper than the depth of the charge transfer portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における素子部形成工程は、前記トランスファゲート部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、隣合う溝の一方と該トランスファゲート部間に前記電荷転送部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成する電荷転送部形成工程と、 隣合う溝の他方と該トランスファゲート部間に前記フォトダイオード部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順にまたは順不同に行う。 Further preferably, the element portion forming step in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a transfer gate portion forming step of forming the transfer gate portion by ion implantation using a mask having a predetermined pattern, and one of adjacent grooves. A charge transfer portion forming step of forming the charge transfer portion between the transfer gate portion by ion implantation using a mask of a predetermined pattern, and the photodiode portion between the other of the adjacent grooves and the transfer gate portion. The photodiode part forming step formed by ion implantation using this mask is performed in this order or in any order.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記溝およびチャンネルストップ部を介して、前記フォトダイオード部と当該フォトダイオード部に隣接する画素部の前記電荷転送部とを形成する。 Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the photodiode portion and the charge transfer portion of the pixel portion adjacent to the photodiode portion are formed via the groove and the channel stop portion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ゲート電極形成工程と前記遮光膜形成工程との間に、前記フォトダイオード部上に層間膜を介して反射防止膜を形成する工程を更に有し、該層間膜を前記溝の側壁にも形成する。 Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a step of forming an antireflection film on the photodiode portion through an interlayer film between the gate electrode forming step and the light shielding film forming step. The interlayer film is also formed on the side wall of the groove.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 An electronic information device according to the present invention uses the solid-state imaging device according to the present invention for an imaging unit, and thereby achieves the object.
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below with the above configuration.
従来では、ゲート電極および遮光膜を埋め込むための広い範囲で溝を形成し、特に、溝の底部の半導体基板中にイオン注入を行ってトランスファゲート部、電荷転送部(CCD部)およびチャンネルストップ部を形成するとともに、溝の底部以外の半導体基板中にフォトダイオード部を形成している。その後、その溝内に、ゲート電極を埋め込むと共に、フォトダイオード部上が開口した遮光膜を埋め込んでいる。 Conventionally, a groove is formed in a wide range for embedding a gate electrode and a light shielding film, and in particular, a transfer gate portion, a charge transfer portion (CCD portion), and a channel stop portion are formed by performing ion implantation into a semiconductor substrate at the bottom of the groove. And a photodiode portion is formed in the semiconductor substrate other than the bottom of the groove. Thereafter, a gate electrode is embedded in the trench, and a light shielding film having an opening on the photodiode portion is embedded.
これに対して、本発明にあっては、半導体基板中にイオン注入を行ってフォトダイオード部、トランスファゲート部、電荷転送部およびチャンネルストップ部を形成する前に、遮光膜だけを埋め込むための幅の狭い溝を形成し、この溝の底部にチャンネルストップ部を形成する。その後、半導体基板中にフォトダイオード部、トランスファゲート部および電荷転送部を形成し、これらのトランスファゲート部および電荷転送部上にゲート電極を形成した後に、その溝内にフォトダイオード部上が開口した遮光膜を埋め込む。
これによって、本発明の電荷転送部(CCD部)の形成領域が従来の電荷転送部(CCD部)の形成領域よりも浅い位置に形成されることになる。したがって、電荷転送部(CCD部)の形成領域の深さに対して、溝に埋め込まれた遮光膜の深さとチャンネルストップ部の深さを相対的に深い位置に形成することが可能となる。このように、電荷転送部に対して遮光膜を従来よりも深い溝内に埋め込むことによって、半導体基板上に入射された斜め入射光を、溝に埋め込まれた基板内の遮光膜で防いで、従来のようにチャンネルストップ部下に斜め入射光が潜り込んで入射されることを防ぐことが可能となる。このため、スミアを抑制することが可能となる。また、遮光膜および半導体基板の酸化膜の隙間の距離が長くなれば、乱反射された光が隣の画素部に到達するまでに減衰されるため、スミアを抑制することが可能となる。
On the other hand, in the present invention, the width for embedding only the light-shielding film before ion implantation into the semiconductor substrate to form the photodiode portion, transfer gate portion, charge transfer portion, and channel stop portion. A narrow groove is formed, and a channel stop portion is formed at the bottom of the groove. Thereafter, a photodiode portion, a transfer gate portion, and a charge transfer portion are formed in the semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the transfer gate portion and the charge transfer portion, and then the photodiode portion is opened in the groove. A light shielding film is embedded.
As a result, the formation region of the charge transfer portion (CCD portion) of the present invention is formed at a shallower position than the formation region of the conventional charge transfer portion (CCD portion). Accordingly, the depth of the light shielding film embedded in the groove and the depth of the channel stop portion can be formed relatively deep with respect to the depth of the formation region of the charge transfer portion (CCD portion). In this way, by embedding the light shielding film in the groove deeper than conventional with respect to the charge transfer portion, oblique incident light incident on the semiconductor substrate is prevented by the light shielding film in the substrate embedded in the groove, As in the prior art, it is possible to prevent obliquely incident light from entering under the channel stop portion. For this reason, it becomes possible to suppress smear. Further, if the distance between the light shielding film and the oxide film of the semiconductor substrate is increased, the diffusely reflected light is attenuated before reaching the adjacent pixel portion, so that smear can be suppressed.
また、溝は遮光膜だけを埋め込むための幅サイズで良いため、従来技術の場合に比べて半導体基板へのダメージを最小限に防いで結晶欠陥を減少させることが可能となって、CCD特有の不良である白傷不良が抑制可能となる。 Further, since the groove may have a width size for embedding only the light-shielding film, it is possible to minimize damage to the semiconductor substrate and reduce crystal defects as compared with the case of the prior art. It is possible to suppress defective white scratches.
以上説明したように、本発明によれば、電荷転送部から見て、従来よりも深い位置に、遮光膜を半導体基板の溝内に埋め込むことによって、チャンネルストップ部下に入射される不正な斜め光の侵入を抑えてスミアを抑制することができる。しかも、このように、半導体基板の内部深くに遮光膜が形成されているため、隣の画素部までの距離が長くなり、遮光膜と半導体基板との乱反射による入射光を減衰させて、スミアを抑制することができる。 As described above, according to the present invention, illegal oblique light incident under the channel stop portion is embedded by embedding the light-shielding film in the groove of the semiconductor substrate at a position deeper than the prior art as viewed from the charge transfer portion. Smear can be suppressed by suppressing the intrusion of. In addition, since the light shielding film is formed deep inside the semiconductor substrate as described above, the distance to the adjacent pixel portion is increased, and the incident light due to the irregular reflection between the light shielding film and the semiconductor substrate is attenuated to reduce smear. Can be suppressed.
また、スミアを抑えることができるため、フォトダイオード部上の遮光膜の開口部を広げて光を十分受光させ、感度特性を向上させることができる。 Further, since smear can be suppressed, the opening of the light shielding film on the photodiode portion can be widened to receive light sufficiently, and the sensitivity characteristics can be improved.
さらに、遮光膜だけを埋め込むだけの溝幅でよく、従来の場合に比べて溝幅を小さくできるため、従来の固体撮像素子よりも半導体基板へのダメージを減らして結晶欠陥を減らすことができる。これによって、CCD特有の不良である白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。 Furthermore, the groove width is sufficient to embed only the light-shielding film, and the groove width can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, damage to the semiconductor substrate can be reduced and crystal defects can be reduced as compared with the conventional solid-state imaging device. As a result, it is possible to suppress the white defect which is a defect peculiar to the CCD and improve the characteristics.
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。なお、図10の従来の固体撮像素子の構成要素と同一の作用効果を奏する構成要素には同一の符号を付している。 FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view illustrating an exemplary configuration of a main part of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same effect as the component of the conventional solid-state image sensor of FIG.
図1において、本実施形態の固体撮像素子20は、Si基板1の表面上に設けられたウェル(well)領域2に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部3(受光部)と、このフォトダイオード部3から信号電荷を読み出すトランスファゲート部4と、このトランスファゲート部4によって読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部であるCCD部5と、この画素部のフォトダイオード部3と隣接する画素部のCCD部5との間を分離するチャンネルストップ部6とが設けられている。
In FIG. 1, the solid-
Si基板1の上方には、各画素部のフォトダイオード部3と、これに隣接する画素部のCCD部5との間に溝7Aが設けられており、チャンネルストップ部6はこの溝7Aの底部に設けられている。これらのトランスファゲート部4およびCCD部5上には、ゲート酸化膜8aおよびゲート窒化膜8bからなるゲート絶縁膜を介してゲート電極9Aが設けられている。このゲート電極9A上には、層間酸化膜8cおよび層間絶縁膜8dからなる層間絶縁膜が設けられており、その上にフォトダイオード部3上が開口した遮光膜11Aが設けられている。この遮光膜11Aは、層間酸化膜8cおよび層間絶縁膜8dからなる層間絶縁膜上を覆うと共に、フォトダイオード部3の側面側からCCD部5を横方向からも覆うように溝7A内を埋め込んでいる。フォトダイオード部3上の遮光膜11Aの開口部A内には、光が効率よく透過するように反射防止膜12が設けられている。
Above the
この場合に、CCD部5とフォトダイオード部3とは面一に構成されている。このCCD部5とフォトダイオード部3の表面からの溝7Aの所定深さは、CCD部5の領域深さと同等かまたはそれよりも深く形成すればよい。または、チャンネルストップ部6の所定深さは、CCD部5の深さと同等かまたは、CCD部5の深さよりも深く形成されている。即ち、溝7Aの所定深さは、後工程で形成されるCCD部5の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部6の領域下端部が形成される程度に調整すればよい。ここでは、溝7Aの所定深さは、後工程で形成されるCCD部5の深さと同等位置に設定しているため、CCD部5の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部6の領域下端部が位置している。これによって、溝7A内を埋め込んだ遮光膜11Aは、フォトダイオード部3上方の開口部Aからの斜め入射光がCCD部5に入射されるのを、より確実に遮光するようになっている。
In this case, the
また、層間酸化膜8cおよび層間絶縁膜8dからなる層間絶縁膜を溝7Aの側壁にも形成し、溝7A内で層間絶縁膜間に隙間ができるようにする。この溝7Aの隙間内に遮光膜11Aを埋め込むようにしている。よって、溝7Aの幅サイズ(所定幅)は、遮光に必要な遮光膜11Aの膜厚と、層間酸化膜8cおよび層間絶縁膜8dからなる層間絶縁膜の膜厚の2倍とを加えたものである。なお、溝7Aの幅サイズ(所定幅)は、遮光に必要な遮光膜11Aの膜厚だけでもよい。
Further, an interlayer insulating film composed of the
上記構成により、以下に、本実施形態の固体撮像素子20の各製造工程の溝7Aおよびチャンネルストップ部6の形成工程、トランスファゲート部4の形成工程、CCD部5の形成工程、フォトダイオード部3の形成工程、ゲート電極9Aの形成工程、反射防止膜12の形成工程、層間絶縁膜8dの形成工程および遮光膜11Aの形成工程を、図2(a)〜図2(d)、図3(a)〜図3(d)、図4(a)〜図4(d)、図5(a)〜図5(d)、図6(a)〜図6(f)、図7(a)〜図7(e)、図8および図9(a)〜図9(d)を用いて順次説明する。
With the above configuration, the
まず、図2(a)に示すように、Si基板1上に酸化膜1aを形成した後、P領域からなるウェル(well)領域2を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, after an
次に、図2(b)に示すように、Si基板1に所定幅で所定深さの溝7Aの形成のためにフォトレジストマスク13を所定パターンで形成し、図2(c)に示すように、これにエッチング処理を行ってSi基板1に所定幅で所定深さの溝7Aを形成する。このとき、酸化膜1aおよびSi基板1をドライエッチングにより選択的に除去することが望ましい。ウエットエッチングで酸化膜1aを除去することも可能であるが、横方向に対してもエッチングが進むため、ドライエッチングを用いることが望ましい。そのエッチング条件は、フッ素系のガスを用いて、酸化膜1aの材料とSiとの選択比が1以上とすることが望ましい。Si基板1は、HBr、Cl2およびO2の混合ガスを用いてエッチングすることができる。また、溝7Aの幅寸法は、後工程で積層される膜(ここでは、層間酸化膜8cおよび層間絶縁膜8dからなる層間絶縁膜)の特性(カバレジなど)を十分考慮して設定することが望ましい。溝7Aの所定深さは、後工程で形成されるCCD部5の深さよりも深い位置にチャンネルストップ部6が形成される程度に調整することが望ましい。
Next, as shown in FIG. 2B, a
さらに、図2(d)に示すように、溝7Aの形成時のエッチング処理で用いたフォトレジストマスク13を用いてイオン注入を行って溝7Aの底部にチャンネルストップ部6を形成する。なお、このチャンネルストップ部6の幅を溝7Aの幅とは別に設定したい場合には、別途フォトレジストマスクを形成してイオン注入を行ってもよい。
Further, as shown in FIG. 2D, ion implantation is performed using the
さらに、図3(a)に示すSi基板1の表面上の酸化膜1aおよびフォトレジストマスク13を除去し、図3(b)に示すように再度酸化を行って酸化膜2bを形成する。このとき、溝7Aの部分のみまたはチャンネルストップ部6のみを酸化させてもよい。
Further, the
さらに、図3(c)に示すように、トランスファゲート部4の形成のためのフォトレジストマスク14を所定パターンで形成し、図3(d)に示すように、このフォトレジストマスク14をマスクとして酸化膜2bを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部4を形成する。
Further, as shown in FIG. 3C, a
さらに、図4(a)に示すようにトランスファゲート部4の形成用のフォトレジストマスク14を除去し、図4(b)に示すように、CCD部6の形成のためのフォトレジストマスク15を所定パターンに形成して、図4(c)に示すように、このフォトレジストマスク15をマスクとして酸化膜2bを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部4と、隣接する溝7Aの一方との間にCCD部5を形成する。その後、図4(d)に示すようにCCD部5の形成用のフォトレジストマスク15を除去する。
Further, the
さらに、図5(a)に示すように、フォトダイオード部3の形成のためのフォトレジストマスク16を所定パターンに形成して、図5(b)に示すように、このフォトレジストマスク16をマスクとして酸化膜2bを介してイオン注入を行って、トランスファゲート部4と、隣接する溝7Aの他方との間にフォトダイオード部3を形成する。その後、図5(c)に示すようにフォトダイオード部3の形成用のフォトレジストマスク16を除去する。さらに、図5(d)に示すように酸化膜2bを一旦除去する。
Further, as shown in FIG. 5A, a
さらに、図6(a)に示すように、その基板部上にゲート酸化膜8aを形成し、その後、図6(b)に示すように、ゲート窒化膜8bを形成する。このとき、溝7Aはゲート酸化膜8aおよびゲート窒化膜8bによって埋め込まれる。さらに、図6(c)に示すように、ゲート電極9AとなるN+−Poly Si膜9aを堆積し、図6(d)に示すように、ゲート電極9Aの形成のためのフォトレジストマスク17を所定パターンで形成して、図6(e)に示すように、フォトレジストマスク17をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、トランスファゲート部4およびCCD部5上にゲート電極9Aを形成する。このとき、溝7Aに埋まっているゲート窒化膜8bおよびその下のゲート酸化膜8aも除去する。その後、図6(f)に示すようにゲート電極9Aの形成用のフォトレジストマスク17を除去する。
Further, as shown in FIG. 6A, a
さらに、図7(a)に示すように、ゲート電極9A、フォトダイオード部3および溝7A内のトランスファゲート部4上にわたって層間酸化膜8cを形成し、その後、図7(b)に示すように層間酸化膜8c上に窒化膜12aを形成する。このとき、層間酸化膜8cは溝7Aの側壁にも形成され、後の遮光膜形成工程に影響を及ぼすため、層間酸化膜8cの膜厚を考慮する必要がある(溝7A内で層間絶縁膜8c間に隙間ができるようにする)。溝7A内に形成される窒化膜12aについては、後の工程でフォトダイオード部3上の反射防止膜12の加工時に除去されるため、考慮する必要はない。さらに、図7(c)に示すように、反射防止膜12の形成のためのフォトレジストマスク18を所定のパターンで形成し、図7(d)に示すように、このフォトレジストマスク18をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、フォトダイオード部3上に反射防止膜12を形成する。その後、図7(e)に示すように、反射防止膜12の形成用のフォトレジストマスク18を除去する。
Further, as shown in FIG. 7A, an
さらに、図8に示すように、層間酸化膜8cおよび反射防止膜12上の基板部全面に層間絶縁膜8dを形成する。この層間絶縁膜8dについても、上記層間酸化膜8cの場合と同様に、溝7Aの側壁にも形成され、後の遮光膜形成工程に影響を及ぼすため、層間絶縁膜8dの膜厚を考慮する必要がある。
Further, as shown in FIG. 8, an
さらに、図9(a)に示すように、層間絶縁膜8d上に遮光膜材料11aを成膜する。この遮光膜材料11aとしては、一般に、タングステンなどの金属膜材料が使用されているが、遮光性を有する膜材料であれば、金属膜材料でなくてもよい。このとき、溝7Aは、その側壁に付着した層間絶縁膜8dの隙間内が遮光膜材料11aによって埋め込まれる。その後、図9(b)に示すように、遮光膜形成のためのフォトレジストマスク19を、フォトダイオード部3上が開口した所定パターンで形成し、図9(c)に示すように、このフォトレジストマスク19をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、フォトダイオード部3上の遮光膜材料11aを除去して開口部Aとして遮光膜11Aを形成する。さらに、図9(d)に示すように、遮光膜11Aの形成用のフォトレジストマスク19を除去して、本実施形態の固体撮像素子20の製造を完了する。
Further, as shown in FIG. 9A, a light
以上により、本実施形態では、Si基板1の表面上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオード部3と、これらのフォトダイオード部3から信号電荷を読み出すトランスファゲート部4と、このトランスファゲート部4を介して読み出された信号電荷を所定方向に転送する電荷転送部であるCCD部5とが設けられ、これらのトランスファゲート部4とCCD部5上にゲート絶縁膜(ゲート酸化膜8aおよびゲート窒化膜8b)を介してゲート電極9Aが設けられた固体撮像素子20において、Si基板1に溝7Aを形成し、この溝7Aが形成されたSi基板1の表面上にフォトダイオード部3、トランスファゲート部4、CCD部5、ゲート電極9Aを形成した後に、CCD部5を横方向に覆うように溝7A内に埋め込まれる遮光膜11Aを形成している。
As described above, in the present embodiment, a plurality of
このように、遮光膜11AをSi基板1の溝7A内に深く埋め込むことによって、Si基板1に入った斜め入射光がチャンネルストップ部4側からCCD部5に入射されるのを防いで、スミアを抑制することができる。また、CCD部5を横方向に覆うように半導体基板1の内部深くまで遮光膜11Aが形成されているため、隣の画素部までの距離が長くなり、遮光膜11Aと半導体基板1との乱反射による入射光をも減衰させてスミアを抑制することができる。
Thus, by embedding the
また、スミアを抑えることができるため、フォトダイオード部3の遮光膜11Aの開口部Aを広げて光を十分受光させ、感度特性を向上させることができる。
Further, since smear can be suppressed, the opening A of the
さらに、従来の固体撮像素子100よりも、溝7Aが形成される領域が大幅に狭く、Si基板1へのダメージを減らすことができて結晶欠陥を減らすことができる。このため、白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記固体撮像素子20をカメラ付携帯電話装置、デジタルスチルカメラおよびデジタルムービーカメラなどの電子情報機器の撮像部に用いることができて、遮光膜11Aの開口部Aを通して固体撮像素子20内のフォトダイオード部3(受光部)に入射される入射光のうち、CCD部5に向かう、スミアの原因となる斜め入射光を、溝7Aを埋め込んだ遮光膜11Aにより防ぐことができ、また、溝は斜め入射光遮光用にのみ設けられているので、従来のゲート電極9Aの埋め込み用の溝の幅に比べて小さく構成できて、半導体基板へのダメージを最小限に防ぐことができる。
また、上記実施形態では、素子部分形成工程として、トランスファゲート部4を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、 隣合う溝7Aの一方とトランスファゲート部4との間にCCD部5を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するCCD部形成工程と、隣合う溝7Aの他方とトランスファゲート部4との間にフォトダイオード部3を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順行ったが、これに限らず、トランスファゲート部4を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、隣合う溝7Aの一方とトランスファゲート部4との間にCCD部5を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するCCD部形成工程と、 隣合う溝7Aの他方とトランスファゲート部4との間にフォトダイオード部3を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とを順不同に行ってもよい。
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
Further, the region where the
Although not specifically described in the above embodiment, the solid-
In the above-described embodiment, as the element part forming step, the
As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、被写体を撮像可能とする固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を撮像部に用いた例えばデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、遮光膜を半導体基板の溝に埋め込むことによってCCD部が浅い分だけその側面側から遮光できて、チャンネルストップ部下からCCD部に入射される不正な斜め光の侵入を抑えてスミアを抑制することができる。また、従来の場合に比べてCCD部が浅い分だけ、CCD部から見て、半導体基板の内部深くに遮光膜が形成されているため、隣の画素部のCCD部までの距離が長くなり、遮光膜と半導体基板との乱反射による入射光を減衰させてスミアを抑制することができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device capable of imaging a subject and a manufacturing method thereof, and in the field of electronic information equipment such as a digital still camera, a digital movie camera, and a camera-equipped mobile phone using the solid-state imaging device as an imaging unit By embedding the light shielding film in the groove of the semiconductor substrate, the CCD part can be shielded from the side by the shallow part, and the intrusion of illegal oblique light incident on the CCD part from under the channel stop part is suppressed to suppress smear. Can do. Further, since the light shielding film is formed deep inside the semiconductor substrate as viewed from the CCD portion, the distance to the CCD portion of the adjacent pixel portion becomes longer as the CCD portion is shallower than in the conventional case. Smear can be suppressed by attenuating incident light due to irregular reflection between the light shielding film and the semiconductor substrate.
以上のようにスミアを抑えることができるため、フォトダイオード部上の遮光膜の開口部を広げてフォトダイオード部に光を十分受光させることにより、感度特性を向上させることができる。 Since smear can be suppressed as described above, the sensitivity characteristic can be improved by widening the opening of the light shielding film on the photodiode portion and allowing the photodiode portion to receive light sufficiently.
さらに、従来の固体撮像素子よりも、溝が形成される領域が狭く、半導体基板へのダメージを減らして結晶欠陥を減らすことができるため、白傷不良を抑制して特性向上を図ることができる。 Furthermore, since the region where the groove is formed is narrower than that of a conventional solid-state imaging device, and the crystal defects can be reduced by reducing damage to the semiconductor substrate, it is possible to improve the characteristics by suppressing white defects. .
1 Si基板
2 P−well領域
1a、2b 酸化膜
3 フォトダイオード部
4 トランスファゲート部
5 CCD部
6 チャンネルストップ部
7A 溝
8a ゲート酸化膜
8b ゲート窒化膜
8c 層間酸化膜
8d 層間絶縁膜
9a N+−Poly Si膜
9A ゲート電極
11a 遮光膜材料
11A 遮光膜
12 反射防止膜
12a 窒化膜
13〜19 フォトレジストマスク
20 固体撮像素子
A 遮光膜の開口部
DESCRIPTION OF
Claims (20)
該画素部のフォトダイオード部と当該画素部に隣接する画素部の電荷転送部との間の画素部間に該半導体基板表面から所定深さの溝が設けられ、斜め入射光遮断用に該溝を埋め込むと共に、該フォトダイオード部上方を開口しかつ、少なくとも該電荷転送部上方を覆うように遮光膜が設けられた固体撮像素子。 In a solid-state imaging device in which a semiconductor substrate is provided with a photodiode unit for each pixel unit that photoelectrically converts incident light, and a charge transfer unit that can transfer a signal charge read from the photodiode unit.
A groove having a predetermined depth from the surface of the semiconductor substrate is provided between the pixel portion between the photodiode portion of the pixel portion and the charge transfer portion of the pixel portion adjacent to the pixel portion, and the groove for blocking oblique incident light. A solid-state imaging device in which a light-shielding film is provided so as to open the photodiode portion and cover at least the charge transfer portion.
入射光を光電変換する画素部毎のフォトダイオード部、該フォトダイオード部から信号電荷を読み出し可能とするトランスファゲート部および、該トランスファゲート部を介して読み出された信号電荷を転送可能とする電荷転送部を形成する素子部形成工程と、
該トランスファゲート部および該電荷転送部上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
該ゲート電極上および、該溝内を埋め込むように遮光膜を成膜して、該フォトダイオード部上の遮光膜を開口する遮光膜形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 Forming a groove having a predetermined depth between regions to be each pixel portion of the semiconductor substrate, and forming a channel stop portion at the bottom of the groove and a channel stop portion forming step;
Photodiode unit for each pixel unit that photoelectrically converts incident light, a transfer gate unit that can read signal charges from the photodiode unit, and a charge that can transfer signal charges read through the transfer gate unit An element part forming step for forming a transfer part;
Forming a gate electrode on the transfer gate portion and the charge transfer portion via a gate insulating film; and
A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: forming a light shielding film on the gate electrode and filling the groove, and forming a light shielding film on the photodiode portion.
前記トランスファゲート部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するトランスファゲート部形成工程と、
隣合う溝の一方と該トランスファゲート部間に前記電荷転送部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成する電荷転送部形成工程と、
隣合う溝の他方と該トランスファゲート部間に前記フォトダイオード部を所定パターンのマスクを用いてイオン注入により形成するフォトダイオード部形成工程とをこの順にまたは順不同に行う請求項11に記載の固体撮像素子の製造方法。 The element part forming step includes
A transfer gate portion forming step of forming the transfer gate portion by ion implantation using a mask of a predetermined pattern;
A charge transfer portion forming step of forming the charge transfer portion by ion implantation using a mask of a predetermined pattern between one of adjacent grooves and the transfer gate portion;
The solid-state imaging according to claim 11, wherein a photodiode part forming step of forming the photodiode part by ion implantation using a mask having a predetermined pattern between the other of the adjacent grooves and the transfer gate part is performed in this order or in any order. Device manufacturing method.
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