JP2008153500A - Solid-state imaging apparatus and camera - Google Patents
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Description
本発明は固体撮像装置及びカメラに関し、特に、受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置及び当該固体撮像装置を備えたカメラに関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a camera, and more particularly to a solid-state imaging device in which pixels having photodiodes on a light receiving surface are arranged in a matrix and a camera including the solid-state imaging device.
例えば、CCD素子あるいはCMOSセンサなどを用いた固体撮像装置では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード(光電変換部)に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。 For example, in a solid-state imaging device using a CCD element or a CMOS sensor, light is incident on a photodiode (photoelectric conversion unit) formed on the surface of a semiconductor substrate, and a video signal is obtained by signal charges generated by the photodiode. It has a configuration.
CCD素子では、例えば、受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられ、受光時に各フォトダイオードに発生し、蓄積される信号電荷をCCD垂直転送路及び水平転送路により転送して読み取る構成となっている。 In the CCD element, for example, a photodiode is provided for each pixel arranged in a two-dimensional matrix on the light receiving surface, and signal charges generated and accumulated in each photodiode at the time of light reception are transmitted by a CCD vertical transfer path and a horizontal transfer path. It is configured to transfer and read.
また、CMOSセンサでは、例えば、CCDセンサと同様に受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられ、受光時に各フォトダイオードに発生し、蓄積される信号電荷をCMOS回路の駆動でフローティングディフュージョンと称せられる不純物拡散層に転送し、信号電荷を信号電圧に変換して読み取る構成となっている。 In the CMOS sensor, for example, a photodiode is provided for each pixel arranged in a two-dimensional matrix on the light receiving surface in the same manner as the CCD sensor, and the signal charge generated and accumulated in each photodiode during light reception is stored in the CMOS circuit. Is transferred to an impurity diffusion layer called floating diffusion, and the signal charge is converted into a signal voltage and read.
図10は従来例に係る固体撮像装置の受光面におけるフォトダイオードの配置を示す模式的な平面図である。
例えば、受光面RLRのフォトダイオード領域RPDにおいて、半導体基板のpウェル領域に画素ごとにn型電荷蓄積層とその表層のp+型表面層が形成され、pn接合によりフォトダイオードが構成されている。
フォトダイオード領域RPD以外の領域は遮光領域RSDとして光の入射を遮光する遮光膜が形成されており、その下層においては、例えば各画素を区分する素子分離膜の他、CCD素子ではCCD転送路などが、CMOSセンサではCMOS回路などがそれぞれ設けられている。
FIG. 10 is a schematic plan view showing the arrangement of photodiodes on the light receiving surface of a solid-state imaging device according to a conventional example.
For example, in the photodiode region R PD of the light receiving surface R LR, n-type charge accumulation layer and its surface layer of the p + -type surface layer is formed for each pixel on the p-well region of the semiconductor substrate, a photodiode is formed by pn junction ing.
Regions other than the photodiode region R PD is formed light-shielding film that blocks incident light as a light shielding region R SD is, in its lower, for example, other isolation layer partitioning the pixels, CCD transfer in the CCD A CMOS circuit or the like is provided in each CMOS sensor.
また、フォトダイオードに入射された光がシリコン基板表面において反射されることを防止するために、各フォトダイオード領域RPDにおいてフォトダイオードを被覆して反射防止膜が形成されている。
反射防止膜の材料としては、例えばシリコンよりも屈折率が低く、その上部に形成される層間絶縁膜である酸化シリコン膜より屈折率が高い、窒化シリコン膜などが用いられている。
上記のような固体撮像装置において、最大の光反射防止効果を得るためには、光電変換に寄与するフォトダイオード領域PPD全面に渡って反射防止膜を形成することである。
Further, in order to prevent light incident on the photodiode from being reflected on the surface of the silicon substrate, an antireflection film is formed so as to cover the photodiode in each photodiode region RPD .
As a material for the antireflection film, for example, a silicon nitride film having a refractive index lower than that of silicon and higher than that of a silicon oxide film that is an interlayer insulating film formed thereon is used.
In the solid-state imaging device described above, in order to obtain the maximum antireflection effect is to form an antireflection film over the contributing photodiode region P PD entire photoelectric conversion.
一方で、固体撮像装置の重要な特性の1つである暗電流は、例えば水素処理(シンタリング)によりシリコンのダングリングボンドを終端化することにより低減できることが知られている。
ここで、上記のようにフォトダイオード領域PPD全面に渡って反射防止膜を形成した場合、暗電流の原因となっているシリコン領域への水素の供給が阻害されてしまい、暗電流が増大してしまうことになる。
On the other hand, it is known that dark current, which is one of important characteristics of a solid-state imaging device, can be reduced by terminating a dangling bond of silicon by, for example, hydrogen treatment (sintering).
Here, when the antireflection film is formed over the entire surface of the photodiode region PPD as described above, the supply of hydrogen to the silicon region causing the dark current is hindered, and the dark current increases. It will end up.
上記の問題に対応して、特許文献1は、CCD素子のCCDの転送ゲートの下部において窒化シリコン膜に除去領域を設けて水素の供給を図る技術が開示されている。 In response to the above problem, Patent Document 1 discloses a technique for providing hydrogen by providing a removal region in a silicon nitride film below a CCD transfer gate of a CCD element.
特許文献2は、CMOSセンサなどにおいてエッチングストッパとして用いている窒化シリコン膜に対して受光部に除去領域を設けて暗電流を低減する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique for reducing dark current by providing a removal region in a light receiving portion of a silicon nitride film used as an etching stopper in a CMOS sensor or the like.
特許文献3は、CCD素子のフォトダイオード領域において、窒化シリコン膜に除去領域を設けて暗電流を低減する技術が開示されている。フォトダイオード領域に除去領域を設けることにより、暗電流に大きく寄与すると考えられるフォトダイオード領域のダングリングボンドの終端化処理が促進され、暗電流をさらに低減できる。 Patent Document 3 discloses a technique for reducing dark current by providing a removal region in a silicon nitride film in a photodiode region of a CCD element. By providing the removal region in the photodiode region, termination processing of dangling bonds in the photodiode region, which is considered to contribute greatly to the dark current, is promoted, and the dark current can be further reduced.
上記のように窒化シリコン膜の除去領域をフォトダイオード領域に配置する場合、一般的にはフォトダイオード領域にシンメトリーな形状で配置していた。即ち、受光面の場所によらず、全ての画素で均一な形状の除去領域、例えば図10に示す例では各フォトダイオード領域RPDの左右端部に一対のストライプ状の除去領域RHを設けていた。
しかしながら、特許文献3のように窒化シリコン膜の除去領域をフォトダイオード領域に配置する場合に、例えば各フォトダイオード領域RPDの左右端部に一対のストライプ状の除去領域RHを設けたレイアウトの場合、受光面の中央部の画素では光の照射領域RLTはフォトダイオード領域RPDのほぼ中央部に位置するものの、受光面の端の画素では、その画素が受光面の中心から離れている方向に光の照射領域RLTがフォトダイオード領域RPDの中心からずれてくることに起因して、実際に集光される光の照射領域RLTが除去領域RHにかかってしまう割合が受光面の端の画素ほど高くなってしまい、受光面の端に近い画素ほど反射防止効率が低下して感度が低くなってしまうという問題があった。 However, when arranging a removal region of the silicon nitride film as described in Patent Document 3 in the photodiode region, for example of the layout in which a pair of stripe-shaped removal region R H on the left and right ends of the photodiode region R PD In this case, in the pixel at the center of the light receiving surface, the light irradiation region R LT is positioned at the substantially central portion of the photodiode region R PD , but at the pixel at the end of the light receiving surface, the pixel is separated from the center of the light receiving surface. due to the irradiation region R LT of light in the direction coming off the center of the photodiode region R PD, actually proportions irradiation region R LT of focused light being it takes the removal region R H is received There is a problem that the pixel at the end of the surface becomes higher and the pixel closer to the end of the light receiving surface has a lower antireflection efficiency and lowers sensitivity.
解決しようとする問題点は、固体撮像装置において受光面の端に近い画素で反射防止効率が低下して感度が下がってしまうという点である。 The problem to be solved is that in the solid-state imaging device, the antireflection efficiency is lowered and the sensitivity is lowered at a pixel near the end of the light receiving surface.
本発明の固体撮像装置は、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置であって、前記受光面となる半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成及び蓄積された信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と、前記フォトダイオードの領域を被覆して形成された反射防止膜とを有し、各フォトダイオード領域内において、前記反射防止膜が除去された除去領域が設けられており、前記フォトダイオード領域内における前記除去領域の配置が前記画素によって異なっていることを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light-receiving surface, the photodiode formed by being divided for each of the pixels on a semiconductor substrate serving as the light-receiving surface, and the semiconductor A signal reading unit formed on a substrate for reading a signal charge generated and accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge; and an antireflection film formed so as to cover a region of the photodiode. In each photodiode region, a removal region from which the antireflection film is removed is provided, and the arrangement of the removal region in the photodiode region differs depending on the pixel.
上記の本発明の固体撮像装置は、受光面に複数の画素が集積されており、受光面となる半導体基板に画素ごとに区分してフォトダイオードが形成され、さらに、フォトダイオードに生成及び蓄積された信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が形成されている。ここで、フォトダイオードの領域を被覆して反射防止膜が形成されており、各フォトダイオード領域内において除去領域が設けられて反射防止膜が除去されており、フォトダイオード領域内における上記のような除去領域の配置が画素によって異なっている構成である。 In the solid-state imaging device of the present invention, a plurality of pixels are integrated on the light receiving surface, and a photodiode is formed for each pixel on a semiconductor substrate serving as the light receiving surface, and further generated and stored in the photodiode. A signal reading unit for reading the signal charge or a voltage corresponding to the signal charge is formed. Here, an antireflection film is formed so as to cover the photodiode region, a removal region is provided in each photodiode region, and the antireflection film is removed. The arrangement of the removal region is different depending on the pixel.
本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、前記受光面となる半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成及び蓄積された信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と、前記フォトダイオードの領域を被覆して形成された反射防止膜とを有し、各フォトダイオード領域内において、前記反射防止膜が除去された除去領域が設けられており、前記フォトダイオード領域内における前記除去領域の配置が前記画素によって異なっていることを特徴とする。 The camera according to the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light-receiving surface, an optical system that guides incident light to an imaging unit of the solid-state imaging device, and signal processing that processes an output signal of the solid-state imaging device The solid-state imaging device includes a photodiode formed on the semiconductor substrate serving as the light-receiving surface for each pixel, and formed on the semiconductor substrate and generated and accumulated in the photodiode. A signal reading unit that reads a signal charge or a voltage corresponding to the signal charge; and an antireflection film formed so as to cover the region of the photodiode, and the antireflection film is removed in each photodiode region. The removed region is provided, and the arrangement of the removed region in the photodiode region differs depending on the pixel.
上記の本発明のカメラは、受光面に複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を有しており、固体撮像装置は、上記のような構成である。 The camera according to the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light receiving surface, an optical system that guides incident light to an imaging unit of the solid-state imaging device, and signal processing that processes an output signal of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device has a circuit as described above.
本発明の固体撮像装置では、受光面を複数の領域に区分し、各領域において、受光面の中心から端にいったときにフォトダイオード領域内における光の照射領域がずれていく方向とは例えば逆の方向にずらして反射防止膜の除去領域を設定しておくことで、受光面の中心から端の領域まで、光の照射領域が除去領域にかかってしまうのを防止でき、これによって固体撮像装置において受光面の端に近い画素での反射防止効率の低下による感度低下を抑制することができる。 In the solid-state imaging device of the present invention, the light receiving surface is divided into a plurality of regions, and in each region, the light irradiation region in the photodiode region shifts from the center to the end of the light receiving surface. By setting the removal area of the antireflection film by shifting in the opposite direction, it is possible to prevent the light irradiation area from being applied to the removal area from the center to the edge area of the light receiving surface. In the apparatus, it is possible to suppress a decrease in sensitivity due to a decrease in antireflection efficiency at a pixel near the end of the light receiving surface.
本発明のカメラは、これに搭載される固体撮像装置において、固体撮像装置において受光面の端に近い画素での反射防止効率の低下による感度低下を抑制することができる。 The camera of the present invention can suppress a decrease in sensitivity due to a decrease in the antireflection efficiency at a pixel near the end of the light receiving surface in the solid-state imaging device mounted on the camera.
以下に、本発明に係る固体撮像装置及び当該固体撮像装置を備えたカメラの実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention and a camera including the solid-state imaging device will be described with reference to the drawings.
第1実施形態
図1は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるCCD撮像装置の受光面の模式平面図である。
例えば、受光面RLRのフォトダイオード領域RPDにおいて、半導体基板のpウェル領域に画素ごとにn型電荷蓄積層とその表層のp+型表面層が形成され、pn接合によりフォトダイオードが構成されている。
フォトダイオード領域RPD以外の領域は遮光領域RSDとして光の入射を遮光する遮光膜が形成されており、その下層においては、例えば各画素を区分する素子分離膜の他、CCD素子ではCCD転送路などが、CMOSセンサではCMOS回路などがそれぞれ設けられている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic plan view of a light receiving surface of a CCD image pickup device, which is a solid-state image pickup device according to this embodiment, in which a plurality of pixels are integrated.
For example, in the photodiode region R PD of the light receiving surface R LR, n-type charge accumulation layer and its surface layer of the p + -type surface layer is formed for each pixel on the p-well region of the semiconductor substrate, a photodiode is formed by pn junction ing.
Regions other than the photodiode region R PD is formed light-shielding film that blocks incident light as a light shielding region R SD is, in its lower, for example, other isolation layer partitioning the pixels, CCD transfer in the CCD A CMOS circuit or the like is provided in each CMOS sensor.
また、フォトダイオードに入射された光がシリコン基板表面において反射されることを防止するために、各フォトダイオード領域RPDにおいてフォトダイオードを被覆し、さらに遮光領域RSDにおいても全面に、例えばシリコンよりも屈折率が低く、その上部に形成される層間絶縁膜である酸化シリコン膜より屈折率が高い、窒化シリコン膜などからなる反射防止膜が形成されている。 Further, in order to prevent light incident on the photodiode from being reflected on the surface of the silicon substrate, the photodiode is covered in each photodiode region RPD , and the light shielding region RSD is entirely covered with, for example, silicon. In addition, an antireflection film made of a silicon nitride film or the like having a low refractive index and a refractive index higher than that of a silicon oxide film that is an interlayer insulating film formed thereon is formed.
上記の反射防止膜には、暗電流低減のための水素処理(シンタリング)における水素の供給路となる除去領域19aが設けられている。
本実施形態においては、フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの配置が画素によって異なっており、例えば、受光面RLRが複数の領域(図面上は4つの領域A11,A12,A21,A22))に区分されており、当該区分された領域(A11,A12,A21,A22)ごとに、フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの位置が異なっている。
The antireflection film is provided with a
In the present embodiment, the arrangement of the
さらに詳しくは、フォトダイオード領域内における除去領域の位置が、フォトダイオード領域内における受光面の中心に近い位置に設定されており、具体的には、図面上受光面の中心CPからみて左上の領域A11内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心に近い位置である、右下部分に除去領域19aが形成されている。
More specifically, the position of the removal region in the photodiode region is set to a position close to the center of the light receiving surface in the photodiode region. Specifically, the region on the upper left as viewed from the center CP of the light receiving surface in the drawing. in the photodiode in the A11 is located close to the center of the light receiving surface of the photodiode region R PD, removed
同様に、図面上受光面の中心CPからみて右上の領域A12内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心に近い位置である左下部分に、左下の領域A21内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心に近い位置である右上部分に、右下の領域A22内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心に近い位置である、左上部分に除去領域19aが形成されている。
Similarly, in the photodiode when viewed from the center CP of the drawings on the light receiving surface in the upper right of the region A12, the lower left portion is located closer to the center of the light receiving surface of the photodiode region R PD, photo in the lower left region A21 in the diode, to the upper right portion is located closer to the center of the light receiving surface of the photodiode region R PD, the photodiodes in the area A22 of the lower right position near the center of the light receiving surface of the photodiode region R PD
図2は、本実施形態に係る固体撮像装置の模式断面図であり、特にCCD素子についての断面を示している。
例えば、半導体基板のpウェル領域10に、各画素を区分するp+型分離領域11が形成されており、各画素領域においてn型電荷蓄積層12とその表層のp+型表面層13が形成され、pn接合によりフォトダイオードが構成されている。
また、例えば、上記のフォトダイオードに隣接する領域において、半導体基板のpウェル領域10に、p型半導体領域14とn型半導体領域15によってCCD垂直転送路が形成されている。
例えば、CCD垂直転送路の領域においては、基板上に酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜16を介してポリシリコンなどからなる転送ゲート電極17が形成されており、転送ゲート電極17に所定のクロックの電圧を印加することよりCCD垂直転送路にポテンシャルを生成し、フォトダイオードで生成された信号電荷を垂直CCD部である電荷蓄積層12に転送し、また、CCD垂直転送部内において垂直転送を行うことができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device according to the present embodiment, and particularly shows a cross-section of a CCD element.
For example, ap +
Further, for example, in a region adjacent to the photodiode, a CCD vertical transfer path is formed by the p-
For example, in the CCD vertical transfer path region, a
また、例えば、上記のフォトダイオード領域とCCD垂直転送路において全面に酸化シリコンからなる表面保護膜18が形成され、さらにその上層に窒化シリコンからなる反射防止膜19が形成されている。
ここで、反射防止膜19はその屈折率や膜厚などによりフォトダイオード領域への光の反射を低減する機能を有するものであり、あるいはその下層に設けられている酸化シリコンからなる表面保護膜18も反射防止機能に寄与しうる膜となっている。
In addition, for example, a surface
Here, the
本実施形態においては、例えば、各フォトダイオード領域において反射防止膜19に除去領域19aが設けられており、フォトダイオード領域内における除去領域19aの配置は、上記のように画素によって異なっている。
さらに、例えば、上記のように受光面が複数の領域に区分されており、当該区分された領域ごとに、フォトダイオード領域内における除去領域19aの位置が異なり、除去領域の位置がフォトダイオード領域内における受光面の中心に近い位置に設定されている。
In the present embodiment, for example, the
Further, for example, as described above, the light receiving surface is divided into a plurality of regions, and the position of the
また、例えば、フォトダイオード領域を除き、転送ゲート電極17の領域を被覆して、反射防止膜19の上層に金属からなる遮光膜20が形成されている。
また、例えば、遮光膜20及びフォトダイオード領域を被覆して全面に、酸化シリコンなどからなり、表面が平坦化された平坦化絶縁膜21が形成され、その上面に、緑色(G)、赤色(R)、または青色(B)の3色のカラーフィルタ(22a,22b,22c)が画素ごとに区分して形成されている。
さらに、例えば、カラーフィルタ(22a,22b,22c)の上層に、画素ごとにマイクロレンズ23が形成されている。
Further, for example, a
Further, for example, a
Further, for example, a
図3は、本実施形態に係る固体撮像装置において、各画素のフォトダイオードに光が入射したときの照射領域RLTを示した受光面の模式平面図を示す。
図3に示すように、受光面RLRの中央部の画素では光の照射領域RLTはフォトダイオード領域RPDのほぼ中央部に位置するものの、受光面RLRの端の画素では、その画素が受光面の中心CPから離れている方向に光の照射領域RLTがフォトダイオード領域RPDの中心からずれてくる。
FIG. 3 is a schematic plan view of a light receiving surface showing an irradiation region R LT when light enters the photodiode of each pixel in the solid-state imaging device according to the present embodiment.
As shown in FIG. 3, in the pixel at the center of the light receiving surface R LR , the light irradiation region R LT is located at the substantially center of the photodiode region R PD , but at the pixel at the end of the light receiving surface R LR , the pixel In the direction away from the center CP of the light receiving surface, the light irradiation region RLT is shifted from the center of the photodiode region RPD .
本実施形態の固体撮像装置においては、反射防止膜19の除去領域19aの配置が上記のように画素によって異なっており、特に受光面RLRが複数の領域(A11,A12,A21,A22)に区分されており、当該区分された領域ごとに、フォトダイオード領域内における除去領域19aの位置が異なり、除去領域19aの位置がフォトダイオード領域RPD内における受光面の中心CPに近い位置に設定されているので、上記のように受光面RLRの端の画素において光の照射領域RLTがフォトダイオード領域RPDの中心からずれてきても、照射領域RLTが反射防止膜19の除去領域19aにかかってしまうのを防止でき、これによって固体撮像装置において受光面RLRの端に近い画素での反射防止効率の低下による感度低下を抑制することができる。
In the solid-state imaging device of the present embodiment, the arrangement of the
本実施形態の固体撮像装置において、除去領域19aは光の照射領域RLTにおける光エネルギー強度が十分に小さい位置に十分小さく、かつ、暗電流を低減するために水素供給が十分になされるサイズとし、除去領域19aの面積は、例えば、フォトダイオードRPDの面積の5〜10%程度である。
In the solid-state imaging device of the present embodiment, the
上記の本実施形態の固体撮像装置において、反射防止膜を構成する窒化シリコン膜がフォトダイオード領域内に設けられた除去領域以外は全面に形成されており、即ち、遮光領域においては全面に窒化シリコン膜が残されているので、耐圧特性を向上させることができる効果がある。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the silicon nitride film constituting the antireflection film is formed on the entire surface except for the removal region provided in the photodiode region, that is, the silicon nitride film is entirely formed in the light shielding region. Since the film is left, there is an effect that the breakdown voltage characteristic can be improved.
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図面を参照して説明する。
まず、図4(a)に示すように、例えば、半導体基板のpウェル領域10に、各画素を区分するp+型分離領域11を形成する。
次に、例えば、各画素のフォトダイオード領域RPDにおいてn型電荷蓄積層12とその表層のp+型表面層13を形成してpn接合を有するフォトダイオードを形成し、さらに、上記のフォトダイオードに隣接する転送路領域RTRにおいて、半導体基板のpウェル領域10に、p型半導体領域14とn型半導体領域15を形成してCCD垂直転送路とする。
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
First, as shown in FIG. 4A, for example, ap +
Next, for example, in the photodiode region RPD of each pixel, the n-type
次に、例えば、CVD(化学気相成長)法あるいは熱酸化法などにより、基板上に酸化シリコン膜を形成し、その上層にCVD法などによりポリシリコンなどの導電層を堆積して、リソグラフィ工程により転送ゲート電極のパターンに加工することで、CCD垂直転送路の領域においてゲート絶縁膜16及び転送ゲート電極17を形成する。
次に、例えばCVD法により、上記のフォトダイオード領域とCCD垂直転送路において転送ゲート電極17の上層に全面に酸化シリコンを堆積させ、表面保護膜18を形成する。
Next, for example, a silicon oxide film is formed on the substrate by a CVD (chemical vapor deposition) method or a thermal oxidation method, and a conductive layer such as polysilicon is deposited on the upper layer by a CVD method. Thus, the
Next, silicon oxide is deposited on the entire surface of the
次に、図4(b)に示すように、例えばCVD法により、上記のフォトダイオード領域とCCD垂直転送路において表面保護膜18の上層に全面に窒化シリコンを堆積させ、反射防止膜19を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, an
次に、図5(a)に示すように、例えばスパッタリング法によりアルミニウムなどの金属を堆積させ、フォトリソグラフィ工程によりフォトダイオード領域に堆積した部分を除去し、遮光膜20を形成する。
次に、例えばフォトリソグラフィ工程により、フォトダイオード領域内の所定の位置において、反射防止膜19の除去領域19aをエッチング除去する。
除去領域19aのp位置は受光面内の画素の配置に応じて決定し、例えば、受光面RLRを複数の領域(A11,A12,A21,A22)に区分して、当該区分された領域ごとに異なる位置とし、例えば、フォトダイオード領域RPD内において受光面の中心CPに近い位置に設定して行う。
Next, as shown in FIG. 5A, a metal such as aluminum is deposited by, for example, a sputtering method, and a portion deposited in the photodiode region by a photolithography process is removed to form a
Next, the
The p position of the
次に、図5(b)に示すように、CVD法などにより全面にBPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)などの酸化シリコンを堆積させ、リフローやCMP(化学機械研磨)法などの平坦化処理を行って、平坦化絶縁膜21を形成する。
例えば、上記の平坦化工程の後で、水素あるいは水素と窒素の混合ガスを用いた水素処理(シンタリング)を行い、シリコン界面のダングリングボンドの水素終端化させる。水素処理は、もっと早い段階あるいは遅い段階で行うことも可能である。
Next, as shown in FIG. 5 (b), silicon oxide such as BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass) is deposited on the entire surface by CVD or the like, and planarization treatment such as reflow or CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed. To form the
For example, after the above planarization step, hydrogen treatment (sintering) using hydrogen or a mixed gas of hydrogen and nitrogen is performed to terminate the dangling bonds at the silicon interface with hydrogen. The hydrogen treatment can be performed at an earlier stage or a later stage.
次に、例えば、平坦化絶縁膜21の上面に、緑色(G)、赤色(R)、または青色(B)の3色のカラーフィルタ(22a,22b,22c)を画素ごとに区分して形成し、さらに、カラーフィルタ(22a,22b,22c)の上層に、画素ごとにマイクロレンズ23を形成して、図1及び2に示す本実施形態に係る固体撮像装置を製造することができる。
Next, for example, three color filters (22a, 22b, and 22c) of green (G), red (R), and blue (B) are formed on the upper surface of the
本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、受光面を複数の領域に区分し、各領域において、受光面の中心から端にいったときにフォトダイオード領域内における光の照射領域がずれていく方向とは例えば逆の方向にずらして反射防止膜の除去領域を形成することで、受光面の中心から端の領域まで、光の照射領域が除去領域にかかってしまうのを防止でき、これによって固体撮像装置において受光面の端に近い画素での反射防止効率の低下による感度低下を抑制できる固体撮像装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present embodiment, the light receiving surface is divided into a plurality of regions, and in each region, the light irradiation region in the photodiode region shifts from the center to the end of the light receiving surface. For example, by forming the removal region of the antireflection film by shifting it in the direction opposite to the direction of travel, it is possible to prevent the light irradiation region from being applied to the removal region from the center to the end region of the light receiving surface, As a result, it is possible to manufacture a solid-state imaging device that can suppress a decrease in sensitivity due to a decrease in antireflection efficiency at pixels near the end of the light receiving surface in the solid-state imaging device.
第2実施形態
図6は、本実施形態に係る固体撮像装置の受光面の模式平面図である。
本実施形態においては受光面RLRが2つの領域(A1,A2)に区分されており、当該区分された領域(A1,A2)ごとに、フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの位置が異なっている。
例えば、フォトダイオード領域内における除去領域の位置が、フォトダイオード領域内における受光面の中心CPに近い位置に設定されており、具体的には、図面上受光面の中心CPからみて上の領域A1内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心CPに近い位置である、下方に除去領域19aが形成され、一方、図面上受光面の中心CPからみて下の領域A2内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心CPに近い位置である上方に除去領域19aが形成されている。
Second Embodiment FIG. 6 is a schematic plan view of a light receiving surface of a solid-state imaging device according to this embodiment.
In the present embodiment, the light receiving surface RLR is divided into two regions (A1, A2), and the position of the
For example, the position of the removal region in the photodiode region is set to a position close to the center CP of the light receiving surface in the photodiode region, and specifically, the region A1 above the center CP of the light receiving surface in the drawing. in the photodiode of the inner photodiodes are located close to the center CP of the light receiving surface in the region R PD,
図7は、本実施形態に係る固体撮像装置の受光面の模式平面図である。
フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの配置が画素によって異なっており、例えば、受光面RLRが3×3=9の領域に区分されており、当該区分された領域(A11,A12,A13,A21,A22,A23,A31,A32,A33)ごとに、フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの位置が異なっている。
FIG. 7 is a schematic plan view of the light receiving surface of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
Placement of the
例えば、フォトダイオード領域内における除去領域の位置が、フォトダイオード領域内における受光面の中心に近い位置に設定されており、具体的には、図面上受光面の中心CPからみて左上の領域A11内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心CPに近い位置である、右下部分に除去領域19aが形成されている。
For example, the position of the removal region in the photodiode region is set to a position close to the center of the light receiving surface in the photodiode region, and specifically, in the upper left region A11 when viewed from the center CP of the light receiving surface in the drawing. photo in diode, is located close to the center CP of the light receiving surface of the photodiode region R PD, removed
上記と同様に、図面上受光面の中心CPからみて中央上の領域A12内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心に近い位置である中央下部分に形成され、図面上受光面の中心CPからみて右上の領域A13内におけるフォトダイオードにおいては、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心CPに近い位置である左下部分に形成される。以下、領域(A21,A23,A31,A32,A33)については同様にして、フォトダイオード領域RPD内の受光面の中心CPに近い位置に除去領域19aが配置される。
Similar to the above, in the photodiode when viewed from the center CP of the drawings on the light receiving surface in the area A12 on the central, formed in a central lower portion which is located close to the center of the light receiving surface of the photodiode region R PD, drawings The photodiode in the upper right region A13 when viewed from the center CP of the upper light receiving surface is formed in the lower left part, which is a position close to the center CP of the light receiving surface in the photodiode region RPD . Thereafter, in the same manner for the region (A21, A23, A31, A32 , A33), located in the
一方、受光面の中心CPを含むような領域A22においては、フォトダイオード領域内における光の照射領域はフォトダイオード領域の中央に位置していることから、従来例のようにフォトダイオード領域内に2分割されてシンメトリーな配置で除去領域(19a1,19a2)を設けることができる。
あるいは、受光面の中心CPを含むような領域A22について、受光面の中心CPを含むような境界で複数の領域にさらに区分し、それぞれの領域において、フォトダイオード領域内において受光面の中心CPに近い位置に除去領域を設けるようにしてもよい。
On the other hand, in the region A22 including the center CP of the light receiving surface, the light irradiation region in the photodiode region is located at the center of the photodiode region. The removal regions (19a 1 , 19a 2 ) can be provided in a divided and symmetrical arrangement.
Alternatively, the region A22 including the center CP of the light receiving surface is further divided into a plurality of regions at the boundary including the center CP of the light receiving surface, and in each region, the region A22 is defined as the center CP of the light receiving surface in the photodiode region. You may make it provide a removal area | region in the near position.
本実施形態の固体撮像装置においては、反射防止膜19の除去領域19aの配置が上記のように画素によって異なっており、特に受光面RLRが複数の領域に区分されており、当該区分された領域ごとに、フォトダイオード領域内における除去領域19aの位置が異なり、除去領域19aの位置がフォトダイオード領域RPD内における受光面の中心CPに近い位置に設定されているので、受光面RLRの端の画素において光の照射領域RLTがフォトダイオード領域RPDの中心からずれてきても、照射領域RLTが反射防止膜19の除去領域19aにかかってしまうのを防止でき、これによって固体撮像装置において受光面RLRの端に近い画素での反射防止効率の低下による感度低下を抑制することができる。
In the solid-state imaging device of the present embodiment, the arrangement of the
第3実施形態
図8は、本実施形態に係る固体撮像装置の受光面の一部の模式平面図である。
本実施形態においては、フォトダイオード領域RPD内における除去領域19aの位置が、当該フォトダイオードが受光面中心CPからより遠い画素のフォトダイオードほど、フォトダイオード領域RPD内における受光面の中心CPにより近い位置に設定されている。
画素ごとに、徐々に除去領域19aがずれていくようなパターンとすることで、受光面RLRの端の画素において光の照射領域がフォトダイオード領域RPDの中心からずれてきても、照射領域RLTが反射防止膜19の除去領域19aにかかってしまうのを効果的に防止できる。
Third Embodiment FIG. 8 is a schematic plan view of a part of a light receiving surface of a solid-state imaging device according to the present embodiment.
In the present embodiment, the position of the
For each pixel, by a pattern as it will shift gradually removed
第4実施形態
図9は、本実施形態に係るカメラの概略構成図である。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置50、光学系51、信号処理回路53を備えている。
本実施形態において、上記の固体撮像装置50は、上記の第1実施形態〜第3実施形態のいずれかに係る固体撮像装置が組み込まれてなる。
Fourth Embodiment FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a camera according to the present embodiment.
A solid-
In the present embodiment, the solid-
光学系51は被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置50の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置50の撮像面上の各画素を構成するフォトダイオードにおいて入射光量に応じて信号電荷に変換され、一定期間、該当する信号電荷が蓄積される。
蓄積された信号電荷は、例えばCCD電荷転送路を経て、出力信号Voutとして取り出される。
信号処理回路53は、固体撮像装置50の出力信号Voutに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
上記の本実施形態に係るカメラによれば、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善でき、さらにマイクロレンズを簡便な方法、工程で形成することが可能である。
The
The accumulated signal charge is taken out as an output signal Vout through, for example, a CCD charge transfer path.
The
According to the camera of the present embodiment, color shading characteristics and spectral characteristics can be improved without causing a decrease in light collection rate and sensitivity of oblique incident light, and a microlens is formed by a simple method and process. It is possible.
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはCCD固体撮像装置について説明しているが、これに限らず、CMOSセンサなどのその他の固体撮像装置にも適用可能であり、この場合には電荷を読み取るための構成がCMOSトランジスタなどからなる。
尚、上記の各実施形態において、除去領域は矩形形状の領域で示しているがこれに限らず、円形形状やその他の形状としてよい。特に画素の微細化が進むにつれて、除去領域の形状はつぶれて丸い形状となってくる。
また、シリコン界面のダングリングリングボンドの水素終端化のための水素あるいは水素と窒素の混合ガスを用いた水素処理(シンタリング)は、上記のように平坦化絶縁膜の形成後に行うほか、その他のタイミングでも実施可能であり、窒化シリコンの反射防止膜形成工程の後のいずれのタイミングで行ってもよく、もっと早い段階あるいは遅い段階で行うことも可能である。但し、リフロー工程を含むプロセスの場合には、その後に行ったほうが好ましい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the above description.
For example, although the CCD solid-state imaging device has been described in the embodiment, the present invention is not limited to this, but can be applied to other solid-state imaging devices such as a CMOS sensor. In this case, the configuration for reading charges is a CMOS. It consists of transistors.
In each of the above embodiments, the removal area is shown as a rectangular area, but the present invention is not limited to this and may be a circular shape or other shapes. In particular, as the pixels become finer, the shape of the removal region is crushed and becomes a round shape.
Also, hydrogen treatment (sintering) using hydrogen or a mixed gas of hydrogen and nitrogen for hydrogen termination of dangling ring bonds at the silicon interface is performed after the planarization insulating film is formed as described above. This timing can be implemented at any timing after the step of forming the silicon nitride antireflection film, or at an earlier stage or later stage. However, in the case of a process including a reflow process, it is preferable to perform the process after that.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の固体撮像装置は、CCDカメラあるいはCMOSカメラに搭載される固体撮像装置に適用できる。
本発明のカメラは、CCDカメラあるいはCMOSカメラなどの固体撮像装置を搭載したカメラに適用できる。
The solid-state imaging device of the present invention can be applied to a solid-state imaging device mounted on a CCD camera or a CMOS camera.
The camera of the present invention can be applied to a camera equipped with a solid-state imaging device such as a CCD camera or a CMOS camera.
10…pウェル領域、11…p+型分離領域、12…n型電荷蓄積層、13…p+型表面層、14…p型半導体領域、15…n型半導体領域、16…ゲート絶縁膜、17…転送ゲート電極、18…表面保護膜、19…反射防止膜、19a,19a1,19a2…除去領域、20…遮光膜、21…平坦化絶縁膜、22a,22b,22c…カラーフィルタ、23……マイクロレンズ、50…固体撮像装置、51…光学系、53…信号処理回路、RLR…受光面、RPD…フォトダイオード領域、RSD…遮光領域、RLT…光の照射領域、RTR…転送路領域、CP…受光面の中心
10 ... p well region, 11 ... p + type isolation region, 12 ... n type charge storage layer, 13 ... p + type surface layer, 14 ... p type semiconductor region, 15 ... n type semiconductor region, 16 ... gate insulating film, 17 ... transfer gate electrode, 18 ... surface protection layer, 19 ... antireflection film, 19a, 19a 1, 19a 2 ... removal region, 20 ... light shielding film, 21 ... flattening insulating film, 22a, 22b, 22c ... color filter, 23 ......
Claims (6)
前記受光面となる半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成及び蓄積された信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と、
前記フォトダイオードの領域を被覆して形成された反射防止膜と
を有し、
各フォトダイオード領域内において、前記反射防止膜が除去された除去領域が設けられており、前記フォトダイオード領域内における前記除去領域の配置が前記画素によって異なっている
ことを特徴とする固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light receiving surface,
A photodiode formed by dividing the pixel on the semiconductor substrate to be the light-receiving surface;
A signal reading unit that reads a signal charge formed on the semiconductor substrate and generated and accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge;
An antireflective film formed to cover the region of the photodiode,
A solid-state imaging device, wherein a removal region from which the antireflection film is removed is provided in each photodiode region, and the arrangement of the removal region in the photodiode region differs depending on the pixel.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light receiving surface is divided into a plurality of regions, and the position of the removal region in the photodiode region is different for each of the divided regions.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a position of the removal region in the photodiode region is set to a position close to a center of the light receiving surface in the photodiode region.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The position of the removal region in the photodiode region is set to a position closer to the center of the light receiving surface in the photodiode region as the photodiode of the pixel where the photodiode is farther from the center of the light receiving surface. Item 2. The solid-state imaging device according to Item 1.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the antireflection film includes silicon nitride.
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
前記受光面となる半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成及び蓄積された信号電荷または前記信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部と、
前記フォトダイオードの領域を被覆して形成された反射防止膜と
を有し、
各フォトダイオード領域内において、前記反射防止膜が除去された除去領域が設けられており、前記フォトダイオード領域内における前記除去領域の配置が前記画素によって異なっている
ことを特徴とするカメラ。 A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are integrated on a light receiving surface;
An optical system for guiding incident light to the imaging unit of the solid-state imaging device;
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device,
The solid-state imaging device
A photodiode formed by dividing the pixel on the semiconductor substrate to be the light-receiving surface;
A signal reading unit that reads a signal charge formed on the semiconductor substrate and generated and accumulated in the photodiode or a voltage corresponding to the signal charge;
An antireflective film formed to cover the region of the photodiode,
A camera, wherein a removal region from which the antireflection film is removed is provided in each photodiode region, and the arrangement of the removal region in the photodiode region differs depending on the pixel.
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