JP2009206423A - Solid-state imaging element, manufacturing method of solid-state imaging element, and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および撮像装置に関し、特にCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサ等の固体撮像素子、当該固体撮像素子の製造方法および当該固体撮像素子を撮像素子として用いた撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a method for manufacturing a solid-state imaging device, and an imaging apparatus, and in particular, a solid-state imaging device such as a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type image sensor, a method for manufacturing the solid-state imaging device, and imaging the solid-state imaging device. The present invention relates to an imaging device used as an element.
近年、光電変換素子で光電変換した信号を、従来主流であったCCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)ではなく、MOSトランジスタによって読み出すCMOS型イメージセンサと呼ばれる固体撮像素子の研究開発が活発となってきている。 In recent years, research and development of a solid-state imaging device called a CMOS type image sensor that reads a signal photoelectrically converted by a photoelectric conversion device by a MOS transistor instead of a CCD (Charge Coupled Device) which has been the mainstream has been active. It is coming.
このCMOS型イメージセンサは、CMOSロジックLSIプロセスの転用が可能なこと、画素アレイ部と同じ半導体基板(チップ)への周辺回路部のオンチップ化が容易であること、CCDイメージセンサに比べて低電圧駆動が可能なこと、低消費電力であることなどの点から期待されている。 This CMOS image sensor is capable of diverting a CMOS logic LSI process, is easy to on-chip a peripheral circuit part on the same semiconductor substrate (chip) as the pixel array part, and is low in comparison with a CCD image sensor. It is expected from the standpoints that voltage drive is possible and low power consumption.
このCMOS型イメージセンサをデジタルカメラの撮像素子のような高画質が要求される応用分野に利用する場合、色むらに対する対策が必要である。色むらがあると、安定した画素特性が得られない。 When this CMOS image sensor is used in an application field that requires high image quality such as an image sensor of a digital camera, it is necessary to take measures against color unevenness. If there is uneven color, stable pixel characteristics cannot be obtained.
この色むらは、金属配線のパターンの配線ピッチが疎である画素アレイ部の領域と、金属配線のパターンの配線ピッチが蜜である周辺回路部の領域との半導体基板上の膜厚差に伴う両領域間の段差に起因していると考えられている。すなわち、上記膜厚差が生ずる画素アレイ部の周辺部分、即ちいわゆる額縁部分におけるプロセス起因の光学的なむらが色むらであり、額縁むらとも呼ばれている。 This uneven color is caused by the difference in film thickness on the semiconductor substrate between the region of the pixel array portion where the wiring pitch of the metal wiring pattern is sparse and the region of the peripheral circuit portion where the wiring pitch of the metal wiring pattern is niche. It is thought to be caused by the step between the two regions. That is, the optical unevenness due to the process in the peripheral portion of the pixel array portion where the film thickness difference occurs, that is, a so-called frame portion is color unevenness, which is also called frame unevenness.
画素アレイ部が形成される領域と周辺回路部が形成される領域との半導体基板上の膜厚差に伴う両領域間の段差を無くすために、CMP(Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨)などで層間膜の平坦化を行っているが、この平坦化処理を行っても上記膜厚差を完全に除去することはできず、画素アレイ部の周辺で色むらが顕著に現れてくる。 CMP (Chemical Mechanical Polishing), etc. to eliminate the step between the two regions due to the difference in film thickness on the semiconductor substrate between the region where the pixel array portion is formed and the region where the peripheral circuit portion is formed Although the interlayer film is flattened, the film thickness difference cannot be completely removed even if this flattening process is performed, and color unevenness appears remarkably around the pixel array portion.
このような色むらの問題を解決するために、従来は、画素アレイ部の領域と周辺回路部の領域との間に、ダミーの画素アレイ部をプロセスダミーとして配置し、画素アレイ部の領域と周辺回路部の領域との半導体基板上の膜厚変化を緩やかにして、色むらの発生を抑えるようにしている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such a problem of color unevenness, conventionally, a dummy pixel array unit is disposed as a process dummy between the pixel array unit region and the peripheral circuit unit region, and the pixel array unit region The film thickness change on the semiconductor substrate with respect to the peripheral circuit area is moderated to suppress the occurrence of color unevenness (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、色むらを除去する上でより大きな効果を得ようとした場合、プロセスダミーの画素領域を広く取る必要があるために、チップサイズが大きくなってしまい、一枚のウェハからのチップの取れ数を表す理収(理論的収率)の低下が懸念される。一方、チップサイズを小さく抑えようとすると、プロセスダミーの画素領域を狭くせざるを得ないために、画素アレイ部の周辺部での色むらを十分に除去できないことになる。 However, when trying to obtain a greater effect in removing color unevenness, it is necessary to increase the pixel area of the process dummy, resulting in an increase in chip size and chip removal from a single wafer. There is concern about a decline in the yield (theoretical yield) representing numbers. On the other hand, if the chip size is to be kept small, the pixel area of the process dummy must be narrowed, so that the color unevenness around the pixel array cannot be removed sufficiently.
そこで、本発明は、画素アレイ部が形成される領域と周辺回路部が形成される領域との間の段差を無くし、安定した画素特性と歩留まりを確保できるようにした固体撮像素子、当該固体撮像素子の製造方法および当該固体撮像素子を撮像素子として用いた撮像装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention eliminates a step between a region where the pixel array portion is formed and a region where the peripheral circuit portion is formed, and a solid-state imaging device capable of ensuring stable pixel characteristics and yield, and the solid-state imaging An object is to provide an element manufacturing method and an imaging apparatus using the solid-state imaging element as an imaging element.
上記目的を達成するために、本発明は、
半導体基板上に画素アレイ部とその周辺回路部が集積される固体撮像素子において、
前記半導体基板には、第1の素子形成領域と、前記第1の素子形成領域の周りに、当該第1の素子形成領域よりも低くなるように段差を持って形成された第2の素子形成領域とを設け、
前記第1の素子形成領域には前記画素アレイ部の構成素子を形成し、前記第2の素子形成領域には前記周辺回路部の回路素子を形成した
構成を採っている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
In a solid-state imaging device in which a pixel array unit and its peripheral circuit unit are integrated on a semiconductor substrate,
In the semiconductor substrate, a first element formation region and a second element formation formed with a step around the first element formation region so as to be lower than the first element formation region. An area and
In the first element forming region, the constituent elements of the pixel array portion are formed, and in the second element forming region, the circuit elements of the peripheral circuit portion are formed.
上記構成の固体撮像素子において、画素アレイ部とその周辺回路部とが集積される半導体基板を、画素アレイ部が形成される第1の素子形成領域に対して周辺回路部が形成される第2の素子形成領域が低いリセス構造とすることで、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との配線層において、両領域間に層間絶縁膜の膜厚差が生じたとしても、当該膜厚差に起因する第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間の段差を小さく抑えることができる。 In the solid-state imaging device having the above-described configuration, the semiconductor substrate on which the pixel array unit and the peripheral circuit unit thereof are integrated is formed on the second circuit unit in which the peripheral circuit unit is formed with respect to the first element formation region in which the pixel array unit is formed. By adopting a recess structure with a low element formation region, even if there is a difference in the thickness of the interlayer insulating film between the two regions in the wiring layer between the first element formation region and the second element formation region, A step difference between the first element formation region and the second element formation region due to the difference in film thickness can be suppressed.
本発明によれば、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間の膜厚差に起因する段差を小さく抑えることができることで、当該段差に起因する色むらの発生を抑えることができるために、安定した画素特性と歩留まりを確保できる。 According to the present invention, the level difference caused by the film thickness difference between the first element formation region and the second element formation region can be suppressed to be small, thereby suppressing the occurrence of color unevenness due to the level difference. Therefore, stable pixel characteristics and yield can be secured.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[システム構成]
図1は、本発明が適用される固体撮像素子、例えばCMOS型イメージセンサの一例を示すシステム構成図である。
[System configuration]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, for example, a CMOS image sensor.
図1に示すように、本適用例に係るCMOS型イメージセンサ10は、図示せぬ半導体基板(チップ)上に形成された画素アレイ部11と、当該画素アレイ部11と同じ半導体基板上に設けられた周辺回路とを有する構成となっている。画素アレイ部11の周辺回路としては、垂直駆動回路12、信号処理回路であるカラム回路13、水平駆動回路14、出力回路15およびタイミングジェネレータ(TG)16等が用いられる。
As shown in FIG. 1, a CMOS image sensor 10 according to this application example is provided with a pixel array unit 11 formed on a semiconductor substrate (chip) (not shown) and the same semiconductor substrate as the pixel array unit 11. And a peripheral circuit provided. As the peripheral circuits of the pixel array unit 11, a
画素アレイ部11には、入射する可視光をその光量に応じた電荷量に光電変換する光電変換素子を含む単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)20が行列状に2次元配置されている。単位画素20の具体的な構成については後述する。 The pixel array unit 11 includes 2 unit pixels (hereinafter simply referred to as “pixels”) 20 each including a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident visible light into a charge amount corresponding to the amount of light. Dimensionally arranged. A specific configuration of the unit pixel 20 will be described later.
画素アレイ部11にはさらに、単位画素20の行列状配列に対して画素行ごとに画素駆動線17が図の左右方向(画素行の画素の配列方向)に沿って形成され、画素列ごとに垂直信号線18が図の上下方向(画素列の画素の配列方向)に沿って形成されている。図1では、画素駆動線17について1本として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線17の一端は、垂直駆動回路12の各画素行に対応した出力端に接続されている。
The pixel array unit 11 further includes pixel drive lines 17 for each pixel row with respect to the matrix arrangement of the unit pixels 20 along the horizontal direction in the drawing (pixel arrangement direction of the pixel row). A vertical signal line 18 is formed along the vertical direction in the figure (pixel arrangement direction of the pixel column). In FIG. 1, one pixel drive line 17 is shown, but the number is not limited to one. One end of the pixel drive line 17 is connected to an output end corresponding to each pixel row of the
垂直駆動回路12は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、その具体的な構成については図示を省略するが、信号を読み出す画素20を行単位で順に選択走査を行うための読み出し走査系と、当該読み出し走査系によって読み出し走査が行われる読み出し行に対して、その読み出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して当該読み出し行の画素20の光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)掃き出し走査を行うための掃き出し走査系とを有する構成となっている。
The
この掃き出し走査系による不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨て、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。 A so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charge of the photoelectric conversion element is discarded and exposure is newly started (photocharge accumulation is started).
読み出し走査系による読み出し動作によって読み出される信号は、その直前の読み出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読み出し動作による読み出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃き出しタイミングから、今回の読み出し動作による読み出しタイミングまでの期間が、単位画素20における光電荷の蓄積時間(露光時間)となる。 The signal read by the reading operation by the reading scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding reading operation or electronic shutter operation. The period from the read timing by the immediately preceding read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation time (exposure time) in the unit pixel 20.
垂直駆動回路12による走査によって選択された画素行の各単位画素20から出力される信号は、垂直信号線18の各々を通してカラム回路13に供給される。カラム回路13は、画素アレイ部11の画素列ごとに、選択行の各画素20から出力される信号を画素列ごとに受けて、その信号に対して画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)や信号増幅や、AD変換などの信号処理を行う。
A signal output from each unit pixel 20 in the pixel row selected by scanning by the
なお、ここでは、カラム回路13を画素列に対して1対1の対応関係をもって配置した構成を採る場合を例に挙げて示しているが、この構成に限られるものではなく、例えば、複数の画素列(垂直信号線18)ごとにカラム回路13を1個ずつ配置し、これらカラム回路13を複数の画素列間で時分割にて共用する構成などを採ることも可能である。 Here, the case where a configuration in which the column circuit 13 is arranged with a one-to-one correspondence with the pixel column is shown as an example, but the configuration is not limited to this configuration. It is also possible to employ a configuration in which one column circuit 13 is arranged for each pixel column (vertical signal line 18), and these column circuits 13 are shared in time division among a plurality of pixel columns.
水平駆動回路14は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによってカラム回路13を順番に選択する。なお、図示を省略するが、カラム回路13の各出力段には、水平選択スイッチが水平信号線19との間に接続されて設けられている。水平駆動回路14から順次出力される水平走査パルスは、カラム回路13の各出力段に設けられた水平選択スイッチを順番にオンさせる。これら水平選択スイッチは、水平走査パルスに応答して順にオンすることで、画素列ごとにカラム回路13で処理された画素信号を水平信号線19に順番に出力させる。
The
出力回路15は、カラム回路13から水平信号線19を通して順に供給される画素信号に対して種々の信号処理を施して出力する。この出力回路15での具体的な信号処理としては、例えば、バッファリングだけする場合もあるし、あるいはバッファリングの前に黒レベル調整、列ごとのばらつきの補正、信号増幅、色関係処理などを行うこともある。 The output circuit 15 performs various signal processing on the pixel signals sequentially supplied from the column circuit 13 through the horizontal signal line 19 and outputs the result. As specific signal processing in the output circuit 15, for example, only buffering may be performed, or black level adjustment, correction of variation for each column, signal amplification, color-related processing, and the like are performed before buffering. Sometimes.
タイミングジェネレータ16は、各種のタイミング信号を生成し、これら各種のタイミング信号を基に垂直駆動回路12、カラム回路13および水平駆動回路14などの駆動制御を行う。
The timing generator 16 generates various timing signals, and controls driving of the
(単位画素の回路構成)
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21に加えて、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタを有する構成となっている。
(Circuit configuration of unit pixel)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the unit pixel 20. As shown in FIG. 2, the unit pixel 20 according to this circuit example includes, in addition to a photoelectric conversion element, for example, a
ここでは、これらトランジスタ22〜25として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。ただし、ここでの転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。
Here, as these
この単位画素20に対して、画素駆動線17として、例えば、転送線171、リセット線172および選択線173の3本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線171、リセット線172および選択線173の各一端は、垂直駆動回路12の各画素行に対応した出力端に、画素行単位で接続されている。
For the unit pixel 20, as the pixel drive line 17, for example, three drive wirings of a transfer line 171, a reset line 172, and a selection line 173 are provided in common for each pixel in the same pixel row. One end of each of the transfer line 171, the reset line 172, and the selection line 173 is connected to an output end corresponding to each pixel row of the
フォトダイオード21は、アノードが負側電源、例えばグランドに接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換する。フォトダイオード21のカソード電極は、転送トランジスタ22を介して増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に接続されている。この増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に繋がったノード26をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。
The
転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソード電極とFD部26との間に接続され、高レベル(例えば、Vddレベル)がアクティブ(以下、「Highアクティブ」と記述する)の転送パルスφTRFが転送線171を介してゲート電極に与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード21で光電変換された光電荷をFD部26に転送する。
The
リセットトランジスタ23は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部26にそれぞれ接続され、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線172を介してゲート電極に与えられることによってオン状態となり、フォトダイオード21からFD部26への信号電荷の転送に先立って、FD部26の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部26をリセットする。
The
増幅トランジスタ24は、ゲート電極がFD部26に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続され、リセットトランジスタ23によってリセットした後のFD部26の電位をリセットレベルとして出力し、さらに転送トランジスタ22によって信号電荷を転送した後のFD部26の電位を信号レベルとして出力する。
The
選択トランジスタ25は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ24のソースに、ソース電極が垂直信号線18にそれぞれ接続され、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線173を介してゲートに与えられることによってオン状態となり、単位画素20を選択状態として増幅トランジスタ24から出力される信号を垂直信号線18に中継する。
For example, the
なお、選択トランジスタ25については、画素電源Vddと増幅トランジスタ24のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。
Note that the
また、単位画素20としては、上記構成の4つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではなく、増幅トランジスタ24と選択トランジスタ25とを兼用した3つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。
Further, the unit pixel 20 is not limited to the pixel configuration including the four transistors having the above-described configuration, and may be a pixel configuration including three transistors that serve as the
(半導体基板上のレイアウト構成)
以上説明した本適用例に係るCMOS型イメージセンサ10のシステム構成では、画素アレイ部11の単位画素20は全て同じ構成の画素を前提として説明したが、実際には、図3に示すように、半導体基板30上に形成された画素アレイ部11は、画素の信号が撮像画像を生成するのに用いられる画素の集合からなる有効画素部11Aと、当該有効画素部11Aの周辺部に設けられたオプティカルブラック部(光学的黒画素部)11Bとからなる。
(Layout configuration on semiconductor substrate)
In the system configuration of the CMOS image sensor 10 according to the application example described above, the unit pixels 20 of the pixel array unit 11 have been described on the assumption that the pixels have the same configuration, but actually, as shown in FIG. The pixel array unit 11 formed on the
ここで、オプティカルブラック部11Bは、光学的に遮光された画素の集合からなる画素部である。オプティカルブラック部11Bを設けるのは次の理由による。すなわち、固体撮像素子では、光が入射しない状態でも、暗電流と呼ばれるノイズ成分が熱的に発生することから、このノイズ対策のためにオプティカルブラック部11Bが設けられている。具体的には、オプティカルブラック部11Bを設けて有効画素部11Aの画素の信号とオプティカルブラック部11Bの画素の信号との差分をとることで、暗電流等のノイズ成分を除去することができる。
Here, the optical
図3に示すように、半導体基板30上において、いわゆる額縁と呼ばれるオプティカルブラック部11Bの周辺部は、先述した垂直駆動回路12、カラム回路13、水平駆動回路14、出力回路15およびタイミングジェネレータ17等の周辺回路が設けられる周辺回路部31となっている。
As shown in FIG. 3, on the
[本実施形態の特徴部分]
上述したように、半導体基板30上に画素アレイ部11が形成され、その周りに周辺回路部31が形成されるレイアウト構成のCMOS型イメージセンサ10において、本実施形態では、半導体基板30を、画素アレイ部11が形成される第1の素子形成領域に対して周辺回路部31が形成される第2の素子形成領域の方が低くなるように段差を設けたリセス(ress)構造とした構成を採っている。
[Characteristics of this embodiment]
As described above, in the CMOS image sensor 10 having the layout configuration in which the pixel array unit 11 is formed on the
このように、画素アレイ部11と周辺回路部31とが集積される半導体基板30を、画素アレイ部11が形成される第1の素子形成領域に対して周辺回路部31が形成される第2の素子形成領域が低いリセス構造としたことにより、次のような作用効果を得ることができる。
As described above, the
画素アレイ部11が形成される第1の素子形成領域には、単位画素20の構成素子、即ちフォトダイオード21およびトランジスタ22〜25が画素単位で形成される。また、周辺回路部31が形成される第2の素子形成領域には、垂直駆動回路12、カラム回路13、水平駆動回路14、出力回路15およびタイミングジェネレータ17等の周辺回路を構成するトランジスタ等の回路素子が形成される。
In the first element formation region where the pixel array unit 11 is formed, the constituent elements of the unit pixel 20, that is, the
そして、その上に、図4に示すように、例えば3層構造にて、第1の素子形成領域には金属配線41,42,43が配線され、第2の素子形成領域には金属配線51,52,53が配線される。
Then, as shown in FIG. 4, for example, in a three-layer structure, metal wirings 41, 42, 43 are wired in the first element formation region, and
ここで、画素アレイ部11が形成される第1の素子形成領域では、単位画素20ごとに光を取り込む領域を確保する必要があることから、金属配線41,42,43のパターンの配線ピッチが疎になる。一方、周辺回路部31が形成される第2の素子形成領域では、半導体基板30の額縁である狭い領域に沢山の回路素子が集積されることから、金属配線51,52,53のパターンの配線ピッチが密になる。
Here, in the first element formation region in which the pixel array unit 11 is formed, it is necessary to secure a region for capturing light for each unit pixel 20, so that the wiring pitch of the patterns of the
このように、金属配線41,42,43のパターンの配線ピッチが疎である第1の素子形成領域と、金属配線51,52,53のパターンの配線ピッチが密である第2の素子形成領域では、同一平面上に層間絶縁膜60を介して金属配線41,42,43と金属配線51,52,53とを形成したときに、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間に層間絶縁膜60の膜厚差が生ずることは避けられない。
Thus, the 1st element formation area where the wiring pitch of the pattern of
これに対して、本実施形態のように、画素アレイ部11と周辺回路部31とが集積される半導体基板30を、画素アレイ部11が形成される第1の素子形成領域に対して周辺回路部31が形成される第2の素子形成領域が低いリセス構造とすることにより、図4に示すように、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との配線層において、両領域間に層間絶縁膜60の膜厚差が生じたとしても、当該膜厚差に起因する第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間の段差を小さく抑えることができる。
On the other hand, as in the present embodiment, the
ここで、画素アレイ部11および周辺回路部31の配線構造を例えば3層構造とした場合を例に挙げると、半導体基板30のリセス構造の段差を400nm程度に設定することで、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間の層間絶縁膜60の膜厚差に起因する両素子形成領域間の段差をほぼ無くすことができる。すなわち、リセス構造の段差は、第1,第2の素子形成領域の各配線構造、特に配線の層数に基づいて決定される。
Here, taking as an example a case where the wiring structure of the pixel array unit 11 and the
そして、第1の素子形成領域と第2の素子形成領域との間の膜厚差に起因する段差が無くなることで、画素アレイ部11、特に有効画素部11Aの周辺部分における段差に起因する光学的なむらである色むら(額縁むら)の発生を抑えることができる。すなわち、従来技術の場合のように、プロセスダミーの画素領域を設けなくても、色むらの発生を抑えることができるために、安定した画素特性と歩留まりを確保できる。
Further, since the step due to the film thickness difference between the first element formation region and the second element formation region is eliminated, the optical attribute due to the step in the peripheral portion of the pixel array portion 11, particularly the
(リセス構造を持つ半導体基板の製造方法)
続いて、リセス構造を持つ半導体基板30の製造方法について、図5の工程図を用いて説明する。
(Method of manufacturing a semiconductor substrate having a recess structure)
Next, a method for manufacturing the
先ず、半導体基板、例えばシリコン基板71の上に第1絶縁膜となるシリコン酸化膜72を成膜し、次いで、当該シリコン酸化膜72の上に第2絶縁膜となるシリコン窒化膜73を成膜する(工程1)。
First, a
次に、シリコン窒化膜73の上の第1の素子形成領域にフォトレジスト74を塗布し、このフォトレジスト74をエッチングマスクとして第2の素子形成領域のシリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73をエッチングにて除去する(工程2)。その結果、第1の素子形成領域にのみシリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73が残る。
Next, a photoresist 74 is applied to the first element formation region on the
先述したように、第1の素子形成領域は画素アレイ部11の有効画素部11Aが形成される領域であり、第2の素子形成領域は画素アレイ部11のオプティカルブラック部11Bおよび周辺回路部31が形成される領域である(図3参照)。
As described above, the first element formation region is a region where the
次に、第1の素子形成領域のシリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73をエッチングマスクとしてシリコン基板71をエッチングする(工程3)。シリコン基板71のエッチングには、等方性エッチングまたは異方性エッチングを用いる。
Next, the
最後に、エッチングによって第1の素子形成領域のシリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73を除去する(工程4)。その結果、リセス構造を持つシリコン基板71(半導体基板30)が形成される。
Finally, the
なお、絶縁膜であるシリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73の厚さは、シリコン基板71のエッチングにおけるシリコンと絶縁膜との選択比によって選択する。
The thicknesses of the
また、シリコン基板71のエッチングマスクとしては、シリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73の2層構造に限られるものではなく、シリコン酸化膜72およびシリコン窒化膜73のいずれか一方の1層構造であってもよい。
In addition, the etching mask for the
上述したように、半導体基板上に絶縁膜を形成し、次いで、例えばフォトレジスト法を用いて第2の素子形成領域の絶縁膜をエッチングにて除去し、次いで、第1の素子形成領域の絶縁膜をエッチングマスクとして半導体基板をエッチングし、しかる後、第1の素子形成領域の絶縁膜を除去することにより、リセス構造を持つ半導体基板を容易に製造することができる。 As described above, an insulating film is formed on the semiconductor substrate, and then the insulating film in the second element formation region is removed by etching using, for example, a photoresist method, and then the insulation in the first element formation region is performed. A semiconductor substrate having a recess structure can be easily manufactured by etching the semiconductor substrate using the film as an etching mask and then removing the insulating film in the first element formation region.
なお、本発明が適用されるCMOS型CCDイメージセンサ10は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。 The CMOS CCD image sensor 10 to which the present invention is applied may be formed as a single chip, or an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. It may be in a modular form.
また、本実施形態に係るCMOS型CCDイメージセンサ10は、撮像装置において、その撮像素子(画像入力部)として用いることができる。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。 In addition, the CMOS CCD image sensor 10 according to the present embodiment can be used as an imaging element (image input unit) in an imaging apparatus. Here, the imaging apparatus refers to a camera system such as a digital still camera or a video camera, or an electronic device having an imaging function such as a mobile phone. Note that the above-described module form mounted on an electronic device, that is, a camera module may be used as an imaging device.
[撮像装置]
図6は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
[Imaging device]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention.
図6に示すように、本発明に係る撮像装置100は、レンズ群101を含む光学系、撮像素子102、カメラ信号処理回路であるDSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108等を有し、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。
As shown in FIG. 6, an imaging apparatus 100 according to the present invention includes an optical system including a
レンズ群101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。撮像素子102は、レンズ群101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子102として、先述した実施形態に係るCMOS型イメージセンサ10が用いられる。
The
表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
The
操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106および操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
The
上述したように、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置において、その撮像素子102として先述した実施形態に係るCMOS型イメージセンサ10を用いることで、当該CMOS型イメージセンサ10では、画素アレイ部が形成される領域と周辺回路部が形成される領域との間の段差に起因する色むらを無くすことができるため、撮像画像の画質を向上できる。
As described above, in the imaging device such as a video camera, a digital still camera, and a camera module for a mobile device such as a mobile phone, by using the CMOS image sensor 10 according to the above-described embodiment as the
10…CMOS型イメージセンサ、11…画素アレイ部、11A…有効画素部、11B…オプティカルブラック部、12…垂直駆動回路、13…カラム回路、14…水平駆動回路、15…出力回路、16…タイミングジェネレータ(TG)、17…画素駆動線、18…垂直信号線、19…水平信号線、20…単位画素、21…フォトダイオード、22…転送トランジスタ、23…リセットトランジスタ、24…増幅トランジスタ、25…選択トランジスタ、30…半導体基板、31…周辺回路部、41,42,43,51,52,53…金属配線、60…層間絶縁膜、71…シリコン基板、72…シリコン酸化膜、73…シリコン窒化膜、74…フォトレジスト DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... CMOS type image sensor, 11 ... Pixel array part, 11A ... Effective pixel part, 11B ... Optical black part, 12 ... Vertical drive circuit, 13 ... Column circuit, 14 ... Horizontal drive circuit, 15 ... Output circuit, 16 ... Timing Generator (TG), 17 ... pixel drive line, 18 ... vertical signal line, 19 ... horizontal signal line, 20 ... unit pixel, 21 ... photodiode, 22 ... transfer transistor, 23 ... reset transistor, 24 ... amplification transistor, 25 ... Select transistor, 30 ... semiconductor substrate, 31 ... peripheral circuit part, 41, 42, 43, 51, 52, 53 ... metal wiring, 60 ... interlayer insulating film, 71 ... silicon substrate, 72 ... silicon oxide film, 73 ... silicon nitride Film, 74 ... Photoresist
Claims (4)
前記半導体基板には、第1の素子形成領域と、前記第1の素子形成領域の周りに、当該第1の素子形成領域よりも低くなるように段差を持って形成された第2の素子形成領域とが設けられており、
前記第1の素子形成領域には前記画素アレイ部の構成素子が形成され、前記第2の素子形成領域には前記周辺回路部の回路素子が形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state imaging device in which a pixel array unit and its peripheral circuit unit are integrated on a semiconductor substrate,
In the semiconductor substrate, a first element formation region and a second element formation formed with a step around the first element formation region so as to be lower than the first element formation region. An area is provided,
The solid-state imaging device, wherein the first element formation region includes a component element of the pixel array portion, and the second element formation region includes a circuit element of the peripheral circuit portion.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the step is determined based on each wiring structure of the first and second element formation regions.
前記段差を持つ前記半導体基板を製造するに当たり、
前記半導体基板上に絶縁膜を形成し、
次いで、前記第2の素子形成領域の絶縁膜を除去し、
次いで、前記第1の素子形成領域の絶縁膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、
しかる後、前記第1の素子形成領域の絶縁膜を除去する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 A pixel array portion and its peripheral circuit portion are integrated on a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate includes a first element formation region and a periphery of the first element formation region, the first element formation region. A method for manufacturing a solid-state imaging device provided with a second element formation region formed with a step so as to be lowered,
In manufacturing the semiconductor substrate having the step,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
Next, the insulating film in the second element formation region is removed,
Next, the semiconductor substrate is etched using the insulating film in the first element formation region as a mask,
Thereafter, the insulating film in the first element formation region is removed. A method for manufacturing a solid-state imaging element.
入射光を前記固体撮像素子の撮像面上に結像する光学系とを備えた撮像装置であって、
前記半導体基板には、第1の素子形成領域と、前記第1の素子形成領域の周りに、当該第1の素子形成領域よりも低くなるように段差を持って形成された第2の素子形成領域とが設けられており、
前記第1の素子形成領域には前記画素アレイ部の構成素子が形成され、前記第2の素子形成領域には前記周辺回路部の回路素子が形成されている
ことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device in which a pixel array unit and its peripheral circuit unit are integrated on a semiconductor substrate;
An imaging device including an optical system that forms an image of incident light on an imaging surface of the solid-state imaging device,
In the semiconductor substrate, a first element formation region and a second element formation formed with a step around the first element formation region so as to be lower than the first element formation region. An area is provided,
The imaging device, wherein a component element of the pixel array portion is formed in the first element formation region, and a circuit element of the peripheral circuit portion is formed in the second element formation region.
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