JP2014060424A - Back-illuminated solid-state image sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a back-illuminated solid-state image sensor which is capable of improving image quality by suppressing image deterioration due to an etalon phenomenon.SOLUTION: The back-illuminated solid-state image sensor includes a semiconductor substrate 4 having a light incident surface on the back side and a plurality of charge transfer electrodes 2 provided on a light detection surface opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate 4. A plurality of openings OP for light transmission are formed between adjacent charge transfer electrodes 2. The openings OP are arranged in a staggered manner along a charge transfer direction.

Description

本発明は、裏面入射型固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a back-illuminated solid-state imaging device.

BT(Back−illuminated Thinning)−CCDは、基板の光入射面側を薄膜化した裏面入射型固体撮像素子として知られている。非特許文献1によれば、BT−CCDに入射する被検出光と、入射した被検出光がBT−CCDの検出側の面で反射した光との間で干渉(エタロン現象)が発生し、近赤外域の検出特性に影響する。このエタロン現象を抑制するため、同文献では、光感応領域の厚さを大きくし、更に、反射防止膜を光感応領域に設けることとしている。   BT (Back-illuminated Thinning) -CCD is known as a back-illuminated solid-state imaging device in which a light incident surface side of a substrate is thinned. According to Non-Patent Document 1, interference (etalon phenomenon) occurs between the detected light incident on the BT-CCD and the light reflected by the detection-side surface of the BT-CCD, It affects the detection characteristics in the near infrared region. In order to suppress this etalon phenomenon, in this document, the thickness of the photosensitive region is increased, and an antireflection film is further provided in the photosensitive region.

「Etaloning in Back-IlluminatedCCDs」, ROPER SCIENTIFIC TECHINICAL NOTE(ロパー・サイエンティフィック・テクニカルノート)、ROPER SCIENTIFIC(ロパー・サイエンティフィック社)発行、2000年、No.7"Etaloning in Back-Illuminated CCDs", published by ROPER SCIENTIFIC TECHINICAL NOTE (ROPER SCIENTIFIC Technical Note), ROPER SCIENTIFIC (2000). 7

しかしながら、従来のBT−CCDの解決手法は、薄膜化による検出感度の向上というBT−CCD本来の利点を犠牲にしており、画像品質の本質的な向上には至っていない。   However, the conventional BT-CCD solution sacrifices the inherent advantage of BT-CCD, which is to improve detection sensitivity by thinning the film, and has not led to an essential improvement in image quality.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、エタロン現象による画像劣化を抑制し、画像品質を向上可能な裏面入射型固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a back-illuminated solid-state imaging device capable of suppressing image deterioration due to an etalon phenomenon and improving image quality.

第1の発明に係る裏面入射型固体撮像素子は、裏面入射型固体撮像素子において、半導体基板と、前記半導体基板上に隣接して設けられ、隣接するもの同士の間に形成される開口部が、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置された電荷転送電極と、を備えることを特徴とする。   A back-illuminated solid-state image sensor according to a first aspect of the present invention is the back-illuminated solid-state image sensor. The back-illuminated solid-state image sensor includes a semiconductor substrate and an opening formed between the adjacent semiconductor substrates. And charge transfer electrodes arranged in a staggered pattern along the charge transfer direction.

第2の発明に係る裏面入射型固体撮像素子は、裏面側に光入射面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記光入射面とは反対側の光検出面に設けられた複数の電荷転送電極と、を備えた裏面入射型固体撮像素子において、前記電荷転送電極の隣接するもの同士の間に、光透過用の複数の開口部が形成されており、前記開口部は、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする。   A back-illuminated solid-state imaging device according to a second aspect of the present invention is a semiconductor substrate having a light incident surface on the back surface side, and a plurality of charge transfers provided on the light detection surface of the semiconductor substrate opposite to the light incident surface. In a back-illuminated solid-state imaging device having electrodes, a plurality of light transmission openings are formed between adjacent ones of the charge transfer electrodes, and the openings are arranged in the charge transfer direction. It is arranged in a staggered pattern along.

第3の発明に係る裏面入射型固体撮像素子は、前記半導体基板が、第1導電型の半導体基板と、前記第1導電型の半導体基板上に形成された第2導電型の半導体領域と、を備え、前記半導体領域上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された前記電荷転送電極と、前記電荷転送電極上に形成された保護膜と、を備えることを特徴とする。   In a back-illuminated solid-state imaging device according to a third aspect of the invention, the semiconductor substrate has a first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type semiconductor region formed on the first conductivity type semiconductor substrate, And an insulating layer formed on the semiconductor region, the charge transfer electrode formed on the insulating layer, and a protective film formed on the charge transfer electrode.

第4の発明に係る裏面入射型固体撮像素子においては、隣接する前記電荷転送電極の一部分は、スペーサとなる前記絶縁層を介して、重複しており、隣接する前記電荷転送電極は、それぞれが台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、隣接する前記電荷転送電極の前記切り欠き部が対向することで、前記開口部が画成されている、ことを特徴とする。   In the back-illuminated solid-state imaging device according to the fourth aspect of the invention, a part of the adjacent charge transfer electrode overlaps with the insulating layer serving as a spacer, and each of the adjacent charge transfer electrodes is It has a notch part recessed in a trapezoidal shape, and the opening part is defined by the notch parts of the adjacent charge transfer electrodes facing each other.

本発明の裏面入射型固体撮像素子によれば、高品質な画像を取得することができる。   According to the back-illuminated solid-state imaging device of the present invention, a high-quality image can be acquired.

実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子100の斜視図である。1 is a perspective view of a back-illuminated solid-state image sensor 100 according to an embodiment. 裏面入射型固体撮像素子100を光入射方向とは逆側から見た底面図である。It is the bottom view which looked at the back incidence type solid imaging device 100 from the opposite side to the light incidence direction. 表面側(光入射面(裏面)とは逆側)に形成された撮像領域10と水平シフトレジスタ20を示す図である。It is a figure which shows the imaging area | region 10 and the horizontal shift register 20 which were formed in the surface side (a light incident surface (reverse side) reverse side). 1つの画素をXZ平面に沿って切った当該画素の縦断面図である。It is the longitudinal cross-sectional view of the said pixel which cut one pixel along XZ plane. 比較例の電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図である。It is a top view of the imaging region for demonstrating the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1-mp + 17 ...) of a comparative example. 図5に示した画素におけるB−B矢印断面図である。It is BB arrow sectional drawing in the pixel shown in FIG. 実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図である。It is a top view of the imaging region for demonstrating the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1-mp + 17 ...) which concerns on embodiment. 図7に示した画素におけるB−B矢印断面図である。It is BB arrow sectional drawing in the pixel shown in FIG. 実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図である。It is a top view of the imaging region for demonstrating the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1-mp + 17 ...) which concerns on embodiment. 図9に示した画素におけるB1−B1矢印断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view taken along arrow B1-B1 in the pixel shown in FIG. 9. 図9に示した画素におけるB2−B2矢印断面図である。FIG. 10 is a B2-B2 arrow sectional view of the pixel shown in FIG. 9. 実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図である。It is a top view of the imaging region for demonstrating the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1-mp + 17 ...) which concerns on embodiment. 実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図である。It is a top view of the imaging region for demonstrating the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1-mp + 17 ...) which concerns on embodiment.

以下、実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子100について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。   Hereinafter, the back-illuminated solid-state imaging device 100 according to the embodiment will be described. Note that the same reference numerals are used for the same elements, and redundant description is omitted.

図1は、実施の形態に係る裏面入射型固体撮像素子100の斜視図である。なお、同図には、説明の便宜上、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸からなる三次元直交座標系が示されている。   FIG. 1 is a perspective view of a back-illuminated solid-state imaging device 100 according to an embodiment. In the figure, for convenience of explanation, a three-dimensional orthogonal coordinate system including an X axis, a Y axis, and a Z axis orthogonal to each other is shown.

裏面入射型固体撮像素子100は、半導体基板の裏面側をKOH水溶液などでエッチングして薄膜化したBT−CCD(電荷結合素子)であり、エッチングされた中央領域には凹部TDが形成され、凹部TDの周囲には厚い枠部が存在している。凹部TDの側面102a,102b,102c,102dは、底面101に対して鈍角を成して傾斜している。なお、この枠部は、エッチングによって除去し、全領域が薄膜化された裏面入射型固体撮像素子とすることも可能である。   The back-illuminated solid-state imaging device 100 is a BT-CCD (charge coupled device) in which the back side of a semiconductor substrate is thinned by etching with a KOH aqueous solution or the like, and a recessed portion TD is formed in the etched central region. There is a thick frame around the TD. Side surfaces 102 a, 102 b, 102 c, 102 d of the recess TD are inclined with an obtuse angle with respect to the bottom surface 101. Note that the frame portion may be removed by etching to form a back-illuminated solid-state imaging device in which the entire region is thinned.

半導体基板の薄膜化された中央領域は光感応領域(撮像領域)であり、この光感応領域に対象物からの光像Lが、Z軸の負方向に沿って入射する。半導体基板の凹部TDの底面101は、光入射面を構成している。光感応領域には複数の垂直シフトレジスタからなる撮像用のCCDが画素として形成されている。   A thinned central region of the semiconductor substrate is a light sensitive region (imaging region), and a light image L from an object enters the light sensitive region along the negative direction of the Z axis. The bottom surface 101 of the recess TD of the semiconductor substrate constitutes a light incident surface. In the photosensitive region, an imaging CCD composed of a plurality of vertical shift registers is formed as a pixel.

図2は、裏面入射型固体撮像素子100を光入射方向とは逆側から見た底面図である。薄膜化された半導体基板の底面101に対応する領域には、撮像領域10が形成されている。撮像領域10に入射した光像は、二次元電荷像に変換され、この電荷はY軸の負方向に沿って転送される。撮像領域10の電荷転送方向の終端には、水平シフトレジスタ20が設けられており、垂直方向に転送されてきた各画素の電荷は、X軸方向に沿って順次転送される。裏面入射型固体撮像素子100の枠部には複数の電極パッドが設けられている。   FIG. 2 is a bottom view of the back-illuminated solid-state imaging device 100 as viewed from the side opposite to the light incident direction. An imaging region 10 is formed in a region corresponding to the bottom surface 101 of the thinned semiconductor substrate. The light image incident on the imaging region 10 is converted into a two-dimensional charge image, and this charge is transferred along the negative direction of the Y axis. A horizontal shift register 20 is provided at the end of the imaging region 10 in the charge transfer direction, and the charges of each pixel transferred in the vertical direction are sequentially transferred along the X-axis direction. A plurality of electrode pads are provided on the frame portion of the back-illuminated solid-state imaging device 100.

主な電極パッドは、二相の転送電圧を電荷転送電極に印加するための電極パッドP1V,P2V、二相の転送電圧を電荷転送電極に印加するための電極パッドP1H,P2H、半導体基板をグランドに接続するための電極パッドSS、水平方向に転送された電荷を読み出すための電極パッドSG,OG,OD,RG,RDであり、出力は電極パッドOSから取り出すことができる。   The main electrode pads are electrode pads P1V and P2V for applying a two-phase transfer voltage to the charge transfer electrode, electrode pads P1H and P2H for applying a two-phase transfer voltage to the charge transfer electrode, and the semiconductor substrate to ground. The electrode pad SS for connecting to the electrode pad, the electrode pad SG, OG, OD, RG, RD for reading out the charges transferred in the horizontal direction, and the output can be taken out from the electrode pad OS.

その他の電極パッドは、仕様に応じて適宜設ければよいが、本例では、水平シフトレジスタ20への電荷転送ゲートを機能させるための電極パッドTG、テスト用信号を入力するための電極パッドISV,ISH、これらのテスト用信号の電荷転送ゲートを機能させるための電極パッド1G1V,1G2V,1G1H,1G2Hを備えている。CCDの電荷転送方式としては、フレームトランスファー方式、インターライントランスファー方式、フル・フレームトランスファー方式などが知られている。このようなCCDの構造は数多く知られており、特に限定されないが、一例として、フル・フレームトランスファー方式のCCDについて説明する。   Other electrode pads may be provided as appropriate according to specifications. In this example, the electrode pad TG for functioning the charge transfer gate to the horizontal shift register 20 and the electrode pad ISV for inputting a test signal are used. , ISH, and electrode pads 1G1V, 1G2V, 1G1H, 1G2H for functioning the charge transfer gates of these test signals. Known CCD charge transfer methods include a frame transfer method, an interline transfer method, and a full frame transfer method. Many such CCD structures are known and are not particularly limited. As an example, a full frame transfer CCD will be described.

図3は、表面側(光入射面(裏面)とは逆側)に形成された撮像領域10と水平シフトレジスタ20を示す図である。なお、同図は模式的な図であり、X軸方向に延びる各転送電極の形状は長方形であって、これらの間に隙間が存在するように記載されているが、実際には、これらの一部又は全部が重なり、その形状は後述のように、光透過用の開口部を有するように設定されている。   FIG. 3 is a diagram illustrating the imaging region 10 and the horizontal shift register 20 formed on the front surface side (the side opposite to the light incident surface (back surface)). This figure is a schematic diagram, and the shape of each transfer electrode extending in the X-axis direction is a rectangle, and there is a gap between them. A part or all of them are overlapped, and the shape thereof is set so as to have an opening for light transmission as will be described later.

撮像領域10は、複数の垂直シフトレジスタn〜n(Nは2以上の整数)、すなわち垂直電荷転送用CCDが整列してなる。なお、実際の撮像領域は、撮像領域10の中央領域であり、周辺の画素は必要に応じて遮光が行われている。垂直方向の画素はY軸に沿って並んでおり、電荷転送電極m〜m(Mは2以上の整数)のぞれぞれはX軸に沿って延びている。電荷転送電極m〜mには、電極パッドP1V,P2Vから二相の転送電圧が印加され、電荷転送電極m〜m直下の半導体領域に蓄積された電荷を垂直方向(Y軸負方向)に転送する。なお、各垂直シフトレジスタn〜nを構成する垂直CCDチャネル(半導体電荷転送領域)の間には、このCCDチャネルを流れる電荷とは反対の導電型のアイソレーション領域が形成されており、アイソレーション領域は異なる画素列からの電荷の相互混合を抑制している。 The imaging region 10 is formed by arranging a plurality of vertical shift registers n 1 to n N (N is an integer of 2 or more), that is, vertical charge transfer CCDs. Note that the actual imaging area is the central area of the imaging area 10, and surrounding pixels are shielded from light as necessary. The pixels in the vertical direction are arranged along the Y axis, and each of the charge transfer electrodes m 1 to m M (M is an integer of 2 or more) extends along the X axis. The charge transfer electrodes m 1 ~m M, the electrode pads P1V, transfer voltage of two phases is applied from the P2V, charge transfer electrodes m 1 ~m M charges accumulated in the semiconductor region directly below the vertical direction (Y-axis negative Direction). In addition, between the vertical CCD channels (semiconductor charge transfer regions) constituting the vertical shift registers n 1 to n N , an isolation region having a conductivity type opposite to the charge flowing through the CCD channel is formed. The isolation region suppresses mutual mixing of charges from different pixel columns.

垂直方向の電荷転送の最終位置には転送ゲート電極mが設けられており、電極パッドTGからの電圧に依存して、撮像領域10から転送ゲート電極mの直下のポテンシャルを経て水平シフトレジスタ20内に電荷が流れ込むことになる。水平シフトレジスタ20は、水平方向(X軸正方向)に電荷を転送する水平電荷転送用CCDがX軸に沿って整列したものであり、X軸方向に延びた半導体電荷転送領域HSRの上に、電荷転送電極h〜h(Kは2以上の整数)が設けられ、これらの電荷転送電極がX軸方向に沿って並んでいる。 The final position of the vertical charge transfer is provided with the transfer gate electrodes m T, depending on the voltage from the electrode pad TG, horizontal shift register via the potential immediately under the transfer gate electrodes m T from the imaging region 10 Charges will flow into 20. In the horizontal shift register 20, horizontal charge transfer CCDs that transfer charges in the horizontal direction (X-axis positive direction) are aligned along the X-axis, and are disposed on the semiconductor charge transfer region HSR extending in the X-axis direction. , Charge transfer electrodes h 1 to h K (K is an integer of 2 or more) are provided, and these charge transfer electrodes are arranged along the X-axis direction.

電荷転送電極h〜hには、電極パッドP1H,P2Hから二相の転送電圧が印加され、電荷転送電極h〜hの直下の半導体領域に蓄積された電荷を水平方向(X軸方向)に転送する。X軸の電荷転送の最終位置には、電荷読出回路が設けられている。電荷読出回路は、電極パッドSGに接続された水平シフトレジスタの終端に位置する信号ゲート領域を備えている。この信号ゲート領域の隣には、MOS−FET構造のトランジスタQを介してフローティング・ディフュージョン領域FDが設けられている。フローティング・ディフュージョン領域FDは、リセットトランジスタQを介してリセットドレイン電極パッドRDに接続され、また、出力トランジスタQのゲート電極に接続されている。出力トランジスタQの一方の端子は、オーバーフロードレイン電極パッドODに接続され、他方は出力端子OSを構成している。出力端子OSには、負荷抵抗Rが接続される。トランジスタQのゲート電極にはリセットゲート電極パッドRGが接続されている。 The charge transfer electrodes h 1 to h K, the electrode pads P1H, transfer voltage of two phases is applied from the P2H, the horizontal direction (X-axis charges accumulated in the semiconductor region directly below the charge transfer electrodes h 1 to h K Direction). A charge readout circuit is provided at the final position of the X-axis charge transfer. The charge readout circuit includes a signal gate region located at the end of a horizontal shift register connected to the electrode pad SG. Next to this signal the gate region, the floating diffusion region FD is provided via a transistor to Q 1 MOS-FET structure. Floating diffusion region FD is connected to the reset drain electrode pads RD via the reset transistor Q 2, also connected to the gate electrode of the output transistor Q 3. One terminal of the output transistor Q 3 are connected to the overflow drain electrode pads OD, other constitutes an output terminal OS. A load resistor R is connected to the output terminal OS. The gate electrode of the transistor Q 2 is connected to the reset gate electrode pad RG.

電極パッドOG,OD,RDには終始適当なハイレベルの電位が印加される。信号読み出し時においては、電極パッドSG及び電極パッドRGをハイレベルとし、フローティング・ディフュージョン領域FDの電位をリセット用の電極パッドRDのリセット電位とした後、電極パッドRGをローレベルとすることで、出力信号がフローティングレベルとなる。次に、電極パッドSGをローレベルとすることで、信号ゲート領域に一時的に蓄積されていた信号電荷が、フローティング・ディフュージョン領域FD内に流れ込み、電極パッドOSから取り出される出力信号が蓄積電荷量に応じた信号レベルとなる。   An appropriate high level potential is applied to the electrode pads OG, OD, and RD throughout. At the time of signal reading, the electrode pad SG and the electrode pad RG are set to high level, the potential of the floating diffusion region FD is set to the reset potential of the reset electrode pad RD, and then the electrode pad RG is set to low level. The output signal becomes a floating level. Next, by setting the electrode pad SG to a low level, the signal charge temporarily stored in the signal gate region flows into the floating diffusion region FD, and the output signal taken out from the electrode pad OS is stored in the amount of stored charge. The signal level according to.

残りの構成は、テスト動作を行うためのものであり、電極パッドISV,ISHからテスト信号を入力し、電極パッドIG1V,IG2V,IG1H,IG2Hに、適当な電位を与えて、テスト動作を行う。電極パッドISVは、半導体基板に電気的に接続された電極mに接続され、電極パッドIG1V,IG2Vは、CCDチャネル上に絶縁膜を介して設けられたゲート電極mG1,mG2に接続されている。これらに適当な信号を入力して、正常である場合とは異なる出力が得られた場合には、異常であると判定する。 The remaining configuration is for performing a test operation. A test signal is input from the electrode pads ISV and ISH, and an appropriate potential is applied to the electrode pads IG1V, IG2V, IG1H, and IG2H, and the test operation is performed. Electrode pads ISV is connected to the electrode m V which is electrically connected to the semiconductor substrate, the electrode pads IG1V, IG2V is connected to the gate electrode m G1, m G2 provided via an insulating film on a CCD channel ing. If an appropriate signal is input to these signals and an output different from the normal signal is obtained, it is determined that the signal is abnormal.

なお、図3における各CCDチャネルnと数本の転送電極mとの交差領域が、各画素を構成している(図7の画素PIXEL参照)。 Note that the intersection region between the transfer electrodes m M of each CCD channel n N and this number in FIG. 3, constituting each pixel (reference pixel PIXEL in Figure 7).

図4は、1つの画素をXZ平面に沿って切った当該画素の縦断面図である。   FIG. 4 is a vertical cross-sectional view of a pixel obtained by cutting one pixel along the XZ plane.

入射光Lは、半導体基板の裏面(光入射面)から入射する。すなわち、半導体基板は光入射面を有している。この画素は、基板表面側から順番に保護膜1、電荷転送電極2(=図3に示した各電荷転送電極m〜m)、絶縁層3、Siからなる半導体基板4、反射防止膜5を備えている。半導体基板4は、P型半導体基板4Cと、P型半導体基板4C上に形成されたN型半導体領域(層)4Aと、P型半導体基板4Cの裏面側に形成されたアキュムレーション層4Dと、CCDチャネルの両側に形成されたアイソレーション領域4Bとを備えている。P型半導体基板4CとN型半導体領域4Aとは接触してPN接合を形成しており、埋め込みチャネル型CCDが構成されている。なお、N型半導体領域4A(PN接合)は省略することもでき、この場合には、当該CCDは表面チャネル型CCDとして機能する。 Incident light L enters from the back surface (light incident surface) of the semiconductor substrate. That is, the semiconductor substrate has a light incident surface. This pixel includes a protective film 1, a charge transfer electrode 2 (= charge transfer electrodes m 1 to m M shown in FIG. 3), an insulating layer 3, a semiconductor substrate 4 made of Si, and an antireflection film in order from the substrate surface side. 5 is provided. The semiconductor substrate 4 includes a P-type semiconductor substrate 4C, an N-type semiconductor region (layer) 4A formed on the P-type semiconductor substrate 4C, an accumulation layer 4D formed on the back side of the P-type semiconductor substrate 4C, and a CCD. And isolation regions 4B formed on both sides of the channel. The P-type semiconductor substrate 4C and the N-type semiconductor region 4A are in contact with each other to form a PN junction, thereby forming a buried channel CCD. The N-type semiconductor region 4A (PN junction) can be omitted. In this case, the CCD functions as a surface channel CCD.

本例では、保護膜1は、BPSG(Boro-Phospho SilicateGlass)からなり、電荷転送電極2はポリシリコンからなり、絶縁層3はSiOからなり、アイソレーション領域4B及びアキュムレーション層4Dは、共に高濃度のP型不純物が添加されたSiからなる。なお、画素においては、半導体における導電型は、P型とN型(第1導電型・第2導電型)を入れ替えても機能する。高濃度とは不純物濃度がP型半導体基板4Cの不純物濃度よりも高いことを意味し、好適には1×19cm以上の濃度である。 In this example, the protective film 1 is made of BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass), the charge transfer electrode 2 is made of polysilicon, the insulating layer 3 is made of SiO 2 , and the isolation region 4B and the accumulation layer 4D are both high. It is made of Si to which a P-type impurity having a concentration is added. In the pixel, the conductivity type in the semiconductor functions even if the P-type and the N-type (first conductivity type / second conductivity type) are interchanged. The high concentration means that the impurity concentration is higher than the impurity concentration of the P-type semiconductor substrate 4C, and is preferably a concentration of 1 × 19 cm 3 or more.

ここで、上記構造の固体撮像素子の製造方法について説明する。   Here, a manufacturing method of the solid-state imaging device having the above structure will be described.

まず、図4に示すように、P型の半導体基板4Cを用意する。この半導体基板4Cは薄膜化されている。次に、画素に相当する領域にマスクをパターニング形成し、基板表面にP型不純物をイオン注入法又は拡散法を用いて添加してアイソレーション領域4Bを形成し、しかる後、熱酸化を行うことで、アイソレーション領域4B上に絶縁層3を形成する。次に、マスクを除去し、更に熱酸化を行うと、SiOからなる絶縁層3はシリコンの光検出面上にも形成される。 First, as shown in FIG. 4, a P-type semiconductor substrate 4C is prepared. The semiconductor substrate 4C is thinned. Next, a mask is formed by patterning in a region corresponding to a pixel, and a P-type impurity is added to the substrate surface using an ion implantation method or a diffusion method to form an isolation region 4B, and then thermal oxidation is performed. Thus, the insulating layer 3 is formed on the isolation region 4B. Next, when the mask is removed and thermal oxidation is performed, the insulating layer 3 made of SiO 2 is also formed on the photodetecting surface of silicon.

この絶縁層3を介して半導体基板内部にN型の不純物をイオン注入し、絶縁層3の直下領域にN型半導体領域4Aを形成する。当初の半導体基板はP型半導体基板4Cであるため、これらの間にPN接合が形成される。次に絶縁層3上にAlなどの金属又はポリシリコンからなる電荷転送電極2を形成し、その上にBPSGからなる保護膜1を形成する。   N-type impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate through the insulating layer 3 to form an N-type semiconductor region 4A immediately below the insulating layer 3. Since the initial semiconductor substrate is a P-type semiconductor substrate 4C, a PN junction is formed between them. Next, a charge transfer electrode 2 made of a metal such as Al or polysilicon is formed on the insulating layer 3, and a protective film 1 made of BPSG is formed thereon.

次に、図4に示したように、半導体基板4の裏面側に、高濃度のP型不純物を添加してアキュムレーション層4Dを形成し、続いて、アキュムレーション層4D上に反射防止膜5を形成する。反射防止膜5は、誘電体多層膜からなり、例えばSi及びGeの酸化物を積層してなる。以上の工程により、上述の裏面入射型固体撮像素子は完成するが、実際には、隣接する電荷転送電極2が重複している構造であるため、下層の電荷転送電極2の形成後、SiOからなりスペーサとなる絶縁層を当初の絶縁層3に連続するように形成し、このスペーサを介して、上層の電荷転送電極2を形成する。これらの形成工程は異なっているので、下層(奇数行目)の電荷転送電極2を形成するためのマスクと、上層(偶数行目)の電荷転送電極2を形成するためのマスクの合わせ精度が要求される。 Next, as shown in FIG. 4, a high concentration P-type impurity is added to the back side of the semiconductor substrate 4 to form an accumulation layer 4D, and subsequently, an antireflection film 5 is formed on the accumulation layer 4D. To do. The antireflection film 5 is made of a dielectric multilayer film, and is formed, for example, by laminating Si and Ge oxides. Although the above-described back-illuminated solid-state imaging device is completed through the above steps, in reality, since the adjacent charge transfer electrodes 2 overlap each other, SiO 2 is formed after the formation of the lower charge transfer electrode 2. An insulating layer serving as a spacer is formed so as to be continuous with the original insulating layer 3, and an upper charge transfer electrode 2 is formed through the spacer. Since these forming processes are different, the alignment accuracy of the mask for forming the lower-layer (odd-numbered row) charge transfer electrode 2 and the mask for forming the upper-layer (even-numbered row) charge transfer electrode 2 is high. Required.

次に、電荷転送電極の構造について説明する。まず、比較例となる従来の電極構造について説明する。   Next, the structure of the charge transfer electrode will be described. First, a conventional electrode structure as a comparative example will be described.

図5は、比較例の電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、X軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Y軸方向に延びたCCDチャネルn(nk+1〜nk+4)が示されている(但しp,kは整数)。同図の点線PIXELで囲まれた領域が1つの画素に相当する。この画素におけるA−A矢印断面図は、図4に示したものと同一である。 FIG. 5 is a plan view of an imaging region for explaining the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1 to mp + 17...) Of the comparative example, and a plurality of charge transfer electrodes extending in the X-axis direction and in the Y-axis direction. An extended CCD channel n N (nk + 1 to nk + 4) is shown (where p and k are integers). A region surrounded by a dotted line PIXEL in the figure corresponds to one pixel. The cross-sectional view along the line AA in this pixel is the same as that shown in FIG.

また、この画素におけるB−B矢印断面図は、図6に示されている。上層の電極mp+6、mp+8、mp+10の直下には、低濃度のN型半導体領域4A’が形成されている。低濃度とは、N型半導体領域4Aよりも低い不純物濃度を意味する。N型半導体領域4A及び低濃度のN型半導体領域(層)4A’は、P型半導体基板4Cの表層を形成しており、隣接するN型半導体領域4Aの間に、低濃度のN型半導体領域4A’が位置している。この低濃度のN型半導体領域4A’は、N型半導体領域4Aよりも不純物濃度が低くなるように形成される。不純物濃度の制御手法としては、これらの形成時期と不純物添加量を異ならせる方法や、絶縁層3の厚みを低濃度側で厚くしておき、これを介してイオン注入を行う方法などがある。   Further, a cross-sectional view taken along the line BB in this pixel is shown in FIG. A low-concentration N-type semiconductor region 4A ′ is formed immediately below the upper-layer electrodes mp + 6, mp + 8, and mp + 10. Low concentration means an impurity concentration lower than that of the N-type semiconductor region 4A. The N-type semiconductor region 4A and the low-concentration N-type semiconductor region (layer) 4A ′ form a surface layer of the P-type semiconductor substrate 4C, and the low-concentration N-type semiconductor is interposed between the adjacent N-type semiconductor regions 4A. Region 4A 'is located. This low-concentration N-type semiconductor region 4A 'is formed so as to have an impurity concentration lower than that of the N-type semiconductor region 4A. As a method for controlling the impurity concentration, there are a method in which the formation time and the amount of impurities added are different, a method in which the thickness of the insulating layer 3 is increased on the low concentration side, and ion implantation is performed through this.

次に、上記実施形態に係る電荷転送電極の構造について説明する。この電荷転送電極の構造は、比較例のものから一部分を切り欠いて除いたものであり、所謂オープンゲート構造を構成している。   Next, the structure of the charge transfer electrode according to the embodiment will be described. The structure of this charge transfer electrode is a part of the comparative example that is cut away and constitutes a so-called open gate structure.

図7は、上記実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、X軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Y軸方向に延びたCCDチャネルn(nk+1〜nk+4)が示されている(但しp,kは整数)。同図の点線PIXELで囲まれた領域が1つの画素に相当する。この画素におけるA−A矢印断面図は、図4に示したものと同一である。 FIG. 7 is a plan view of the imaging region for explaining the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1 to mp + 17...) According to the embodiment, and a plurality of charge transfer electrodes extending in the X-axis direction and the Y-axis CCD channels n N (nk + 1 to nk + 4) extending in the direction are shown (where p and k are integers). A region surrounded by a dotted line PIXEL in the figure corresponds to one pixel. The cross-sectional view along the line AA in this pixel is the same as that shown in FIG.

また、この画素におけるB−B矢印断面図は、図8に示されている。上層の電極mp+6、mp+8、mp+10の直下には、低濃度のN型半導体領域4A’が形成されている。この低濃度のN型半導体領域4A’は、N型半導体領域4Aよりも不純物濃度が低くなるように形成される。不純物濃度の制御手法は、上述の通りである。   Further, a cross-sectional view taken along the line BB in this pixel is shown in FIG. A low-concentration N-type semiconductor region 4A ′ is formed immediately below the upper-layer electrodes mp + 6, mp + 8, and mp + 10. This low-concentration N-type semiconductor region 4A 'is formed so as to have an impurity concentration lower than that of the N-type semiconductor region 4A. The method for controlling the impurity concentration is as described above.

電荷転送方向(Y軸)に沿って隣接する電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の一部分は重複しており、その形成にあたっては、下層の電荷転送電極mp+7、mp+9、mp+11・・・の形成後、スペーサとなる絶縁層3を介して上層の電荷転送電極mp+6、mp+8、mp+10・・・を形成する。   A part of the charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) Adjacent to each other along the charge transfer direction (Y axis) overlaps, and in forming the charge transfer electrodes mp + 7, mp + 9, mp + 11. After the formation, upper charge transfer electrodes mp + 6, mp + 8, mp + 10... Are formed through the insulating layer 3 serving as a spacer.

ここで、図7に示すように、電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)のY軸方向に沿って隣接するもの同士の間には、光透過用の複数の開口部OPが形成されている。以下、電荷転送電極の構造について詳細に説明する。なお、以下の電荷転送電極の説明において、言及しない辺はX軸に平行な直線である。電荷転送電極mp+7の一辺はY軸正方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、これに隣接する電荷転送電極mp+8の一辺はY軸負方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、双方の切り欠き部が対向することで開口部OPが画成されている。   Here, as shown in FIG. 7, a plurality of light transmission openings OP are formed between adjacent ones of the charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) Along the Y-axis direction. Yes. Hereinafter, the structure of the charge transfer electrode will be described in detail. In the following description of the charge transfer electrode, the side not mentioned is a straight line parallel to the X axis. One side of the charge transfer electrode mp + 7 has a notch that is periodically recessed in a trapezoidal shape in the positive direction of the Y axis, and one side of the charge transfer electrode mp + 8 adjacent thereto has a period in the negative direction of the Y axis. In particular, it has a notch that is recessed in a trapezoidal shape, and the opening OP is defined by the two notches facing each other.

これと同様の関係で、隣接する電荷転送電極mp+9と電荷転送電極mp+10の切り欠き部の間に開口部OPが形成されている。これらの4つの電荷転送電極mp+7〜mp+10は同一の画素PIXEL内に含まれている。開口部OPの直下の領域には、図8に示すように、高濃度のP型半導体領域4C’が形成されている。したがって、かかる領域においては、PN接合は形成されておらず、キャリアが蓄積されない。   In the same relationship as this, an opening OP is formed between notches of the adjacent charge transfer electrode mp + 9 and charge transfer electrode mp + 10. These four charge transfer electrodes mp + 7 to mp + 10 are included in the same pixel PIXEL. As shown in FIG. 8, a high-concentration P-type semiconductor region 4C ′ is formed in a region immediately below the opening OP. Therefore, in such a region, no PN junction is formed and carriers are not accumulated.

裏面入射した光Lは、光検出面側において検出されるが、本実施形態の固体撮像素子においては、光検出に供する光の一部を、開口部OPを介して外部に透過させている。これにより、開口部OPにおいては電荷転送電極がないため、入射光の反射が抑制され、入射光と反射光の干渉が抑制される。したがって、エタロン現象による画像劣化が抑制され、画像品質が向上する。   The light L incident on the back surface is detected on the light detection surface side, but in the solid-state imaging device of the present embodiment, part of the light used for light detection is transmitted to the outside through the opening OP. Thereby, since there is no charge transfer electrode in the opening OP, reflection of incident light is suppressed, and interference between incident light and reflected light is suppressed. Therefore, image degradation due to the etalon phenomenon is suppressed, and image quality is improved.

また、図7に示すように、複数の開口部OPは、電荷転送方向(Y軸方向)に沿って整列して配置されている。このように、隣接する電荷転送電極の間に形成された開口部OPが整列している場合、その構成が簡易である。しかしながら、この構造の場合、下層及び上層の電荷転送電極の製造時の合わせ精度が要求され、合わせ精度が低い場合には各列毎の画素における開口部OPの面積が異なることとなり、画素毎の特性がばらつく等の更に改良すべき余地がある。エタロン特性、ダーク特性などに若干の固定ノイズパターンが生じる虞もある。   Further, as shown in FIG. 7, the plurality of openings OP are arranged in alignment along the charge transfer direction (Y-axis direction). Thus, when the openings OP formed between the adjacent charge transfer electrodes are aligned, the configuration is simple. However, in this structure, alignment accuracy at the time of manufacturing the lower and upper charge transfer electrodes is required, and when the alignment accuracy is low, the area of the opening OP in the pixel for each column is different. There is room for further improvement such as variations in characteristics. There may be some fixed noise patterns in the etalon characteristics and dark characteristics.

そこで、開口部OPの配列を更に改良した実施形態について、次に説明する。   Therefore, an embodiment in which the arrangement of the openings OP is further improved will be described next.

図9は、この実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、X軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Y軸方向に延びたCCDチャネルn(nk+1〜nk+4)が示されている(但しp,kは整数)。同図の点線PIXELで囲まれた領域が1つの画素に相当する。この画素におけるA−A矢印断面図は、図4に示したものと同一である。 FIG. 9 is a plan view of an imaging region for explaining the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1 to mp + 17...) According to this embodiment, and a plurality of charge transfer electrodes extending in the X-axis direction and the Y-axis CCD channels n N (nk + 1 to nk + 4) extending in the direction are shown (where p and k are integers). A region surrounded by a dotted line PIXEL in the figure corresponds to one pixel. The cross-sectional view along the line AA in this pixel is the same as that shown in FIG.

また、この画素におけるB1−B1矢印断面図は図10に示されており、B2−B2矢印断面図は図11に示されている。上層の電極mp+6、mp+8、mp+10の直下には、低濃度のN型半導体領域4A’が形成されている。この低濃度のN型半導体領域4A’は、N型半導体領域4Aよりも不純物濃度が低くなるように形成される。不純物濃度の制御手法は、上述の通りである。   Further, a B1-B1 arrow sectional view of this pixel is shown in FIG. 10, and a B2-B2 arrow sectional view is shown in FIG. A low-concentration N-type semiconductor region 4A ′ is formed immediately below the upper-layer electrodes mp + 6, mp + 8, and mp + 10. This low-concentration N-type semiconductor region 4A 'is formed so as to have an impurity concentration lower than that of the N-type semiconductor region 4A. The method for controlling the impurity concentration is as described above.

電荷転送方向(Y軸)に沿って隣接する電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の一部分は重複しており、その形成にあたっては、下層の電荷転送電極mp+7、mp+9、mp+11・・・の形成後、スペーサとなる絶縁層3を介して上層の電荷転送電極mp+6、mp+8、mp+10・・・を形成する。   A part of the charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) Adjacent to each other along the charge transfer direction (Y axis) overlaps, and in forming the charge transfer electrodes mp + 7, mp + 9, mp + 11. After the formation, upper charge transfer electrodes mp + 6, mp + 8, mp + 10... Are formed through the insulating layer 3 serving as a spacer.

図7に示したものと同様に、図9の構造においても、電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)のY軸方向に沿って隣接するもの同士の間には、光透過用の複数の開口部OPが形成されている。電荷転送電極mp+7の一辺はY軸正方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、これに隣接する電荷転送電極mp+8の一辺はY軸負方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、双方の切り欠き部が対向することで開口部OPが画成されている。これらの切り欠き部の形成位置のX軸方向に沿った周期は同一である。   As in the structure shown in FIG. 7, in the structure of FIG. 9, a plurality of light transmission electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) Adjacent to each other along the Y-axis direction are arranged. An opening OP is formed. One side of the charge transfer electrode mp + 7 has a notch that is periodically recessed in a trapezoidal shape in the positive direction of the Y axis, and one side of the charge transfer electrode mp + 8 adjacent thereto has a period in the negative direction of the Y axis. In particular, it has a notch that is recessed in a trapezoidal shape, and the opening OP is defined by the two notches facing each other. The period along the X-axis direction of the formation position of these notches is the same.

これと同様の関係で、隣接する電荷転送電極mp+9と電荷転送電極mp+10の切り欠き部の間に開口部OPが形成されている。これらの切り欠き部の形成位置のX軸方向に沿った周期は同一であるが、電荷転送電極mp+7、mp+8の切り欠き部の形成位置とは、言うなればX軸方向に沿った形成位置の位相が反転した関係を有している。これらの4つの電荷転送電極mp+7〜mp+10は同一の画素PIXEL内に含まれている。開口部OPの直下の領域には、図10に示すように、高濃度のP型半導体領域4C’が形成されている。したがって、かかる領域においては、PN接合は形成されておらず、キャリアが蓄積されない。   In the same relationship as this, an opening OP is formed between notches of the adjacent charge transfer electrode mp + 9 and charge transfer electrode mp + 10. Although the period along the X-axis direction of the formation position of these notches is the same, the formation position of the notches of the charge transfer electrodes mp + 7 and mp + 8 is, in other words, the formation position along the X-axis direction. The phase is inverted. These four charge transfer electrodes mp + 7 to mp + 10 are included in the same pixel PIXEL. As shown in FIG. 10, a high-concentration P-type semiconductor region 4C ′ is formed in the region immediately below the opening OP. Therefore, in such a region, no PN junction is formed and carriers are not accumulated.

ここで、図9に示すように、開口部OPは、電荷転送方向(Y軸方向)に沿って千鳥状に配置されている。すなわち、開口部OPは、互い違いに配置されている。上述のように、下層に位置する奇数行目の電荷転送電極(mp+1、mp+3、mp+5、mp+7・・・)は同時に形成され、上層に位置する偶数行目(mp+2、mp+4、mp+6、mp+8・・・)の電荷転送電極は、下層の電極の形成後において同時に形成される。したがって、本実施形態のような千鳥状の開口部配置を採用する場合、偶数行目の電荷転送電極が製造時に横方向にずれて、例えば、電荷転送電極mp+7と電荷転送電極mp+8の間の開口部OPの面積が増加した場合、電荷転送電極mp+9と電荷転送電極mp+10の間の開口部OPの面積は減少する。すなわち、この構造は合わせ精度のトレランスが高く、画素毎の透過光量は等しくなり、特性が均一化するという利点を有し、固定ノイズパターンの発生も抑制される。   Here, as shown in FIG. 9, the openings OP are arranged in a staggered manner along the charge transfer direction (Y-axis direction). That is, the openings OP are arranged alternately. As described above, the odd-numbered charge transfer electrodes (mp + 1, mp + 3, mp + 5, mp + 7...) Located in the lower layer are simultaneously formed, and the even-numbered rows (mp + 2, mp + 4, mp + 6, mp + 8,. The charge transfer electrode (1) is formed at the same time after the formation of the lower electrode. Therefore, when the staggered opening arrangement as in the present embodiment is adopted, the charge transfer electrodes in the even-numbered rows are shifted in the horizontal direction during manufacturing, for example, an opening between the charge transfer electrode mp + 7 and the charge transfer electrode mp + 8. When the area of the part OP increases, the area of the opening OP between the charge transfer electrode mp + 9 and the charge transfer electrode mp + 10 decreases. In other words, this structure has a high tolerance of alignment accuracy, and the amount of transmitted light for each pixel is equal, and has the advantage of uniform characteristics, and the occurrence of fixed noise patterns is also suppressed.

次に、上記電荷転送電極の構造を更に変形した実施形態について説明する。   Next, an embodiment in which the structure of the charge transfer electrode is further modified will be described.

図12は、この実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、X軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Y軸方向に延びたCCDチャネルn(nk+1〜nk+4)が示されている(但しp,kは整数)。同図の点線PIXELで囲まれた領域が1つの画素に相当する。上記実施形態との相違点は、電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の形状と配置のみである。その他の構成は、開口部OPの直下においてP型の不純物が添加され、図8、図10又は図11に示されるように、P型半導体領域4C’が形成されている点を除いて、上述の実施形態と同一である。また、電荷転送方向(Y軸)に垂直であって開口部を通らない平面で切った画素の断面構造は図4に示したものと同一である。 FIG. 12 is a plan view of an imaging region for explaining the structure of the charge transfer electrode 2 (mp + 1 to mp + 17...) According to this embodiment, and a plurality of charge transfer electrodes extending in the X-axis direction and the Y-axis CCD channels n N (nk + 1 to nk + 4) extending in the direction are shown (where p and k are integers). A region surrounded by a dotted line PIXEL in the figure corresponds to one pixel. The only difference from the above embodiment is the shape and arrangement of the charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...). Other configurations are the same as those described above except that a P-type impurity is added immediately below the opening OP to form a P-type semiconductor region 4C ′ as shown in FIG. 8, FIG. 10, or FIG. This is the same as the embodiment. Further, the cross-sectional structure of the pixel cut along a plane perpendicular to the charge transfer direction (Y axis) and not passing through the opening is the same as that shown in FIG.

電荷転送電極mp+7は第1形状を有し、電荷転送電極mp+8は第2形状を有し、電荷転送電極mp+9は第3形状を有し、電荷転送電極p+4は第4形状を有している。これらの第1乃至第4形状は互いに全て異なっており、これらの4つの形状が画素毎に電荷転送方向に沿って繰り返されている。   The charge transfer electrode mp + 7 has a first shape, the charge transfer electrode mp + 8 has a second shape, the charge transfer electrode mp + 9 has a third shape, and the charge transfer electrode p + 4 has a fourth shape. These first to fourth shapes are all different from each other, and these four shapes are repeated along the charge transfer direction for each pixel.

電荷転送電極mp+7の有する第1形状は、その一辺がY軸正方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有している。   The first shape of the charge transfer electrode mp + 7 has a cutout portion in which one side is periodically recessed in a trapezoidal shape in the positive direction of the Y-axis.

電荷転送電極mp+8の有する第2形状は、その一辺がY軸負方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しているが、その周期は電荷転送電極mp+7と同一であって、切り欠き部の最奥部の辺の長さが電荷転送電極mp+7とは異なる。電荷転送電極mp+7と電荷転送電極mp+8の切り欠き部は対向して第1パターンの開口部OPを形成している。   The second shape of the charge transfer electrode mp + 8 has a cutout portion with one side periodically recessed in a trapezoidal shape in the negative Y-axis direction, but the cycle is the same as that of the charge transfer electrode mp + 7. Thus, the length of the innermost side of the notch is different from that of the charge transfer electrode mp + 7. The cutout portions of the charge transfer electrode mp + 7 and the charge transfer electrode mp + 8 face each other to form an opening OP of the first pattern.

電荷転送電極mp+9の有する第3形状は、その一辺がY軸正方向に向かって周期的に台形状又は三角形状に凹んだ切り欠き部を有している。電荷転送電極mp+9においては、X軸方向の単位長当たりの切り欠き部の数は、電荷転送電極mp+7、mp+8の切り欠き部の数よりも多い。なお、台形状の切り欠き部と三角形状の切り欠き部はX軸に沿って交互に形成されている。   The third shape of the charge transfer electrode mp + 9 has a cutout portion whose one side is periodically recessed in a trapezoidal shape or a triangular shape in the positive direction of the Y-axis. In the charge transfer electrode mp + 9, the number of notches per unit length in the X-axis direction is larger than the number of notches in the charge transfer electrodes mp + 7 and mp + 8. The trapezoidal cutouts and the triangular cutouts are alternately formed along the X axis.

電荷転送電極mp+10の有する第4形状は、その一辺がY軸負方向に向かって周期的に台形状に凹んだ切り欠き部を有しているが、その周期は電荷転送電極mp+9と同一であって、切り欠き部の最奥部の辺の長さが、電荷転送電極mp+9における台形状の切り欠き部の最奥部の辺の長さよりも長い。これらの電荷転送電極mp+9と電荷転送電極mp+10の切り欠き部は対向して第2パターンの開口部OPを形成している。また、開口部OPの第1パターン及び第2パターンは互いに異なっている。   The fourth shape of the charge transfer electrode mp + 10 has a cutout portion with one side periodically recessed in a trapezoidal shape in the negative Y-axis direction, but the cycle is the same as that of the charge transfer electrode mp + 9. Thus, the length of the innermost side of the notch is longer than the length of the innermost side of the trapezoidal notch in the charge transfer electrode mp + 9. The cutout portions of the charge transfer electrode mp + 9 and the charge transfer electrode mp + 10 face each other to form the opening OP of the second pattern. Further, the first pattern and the second pattern of the opening OP are different from each other.

このような構造の場合、電荷転送電極の形状や開口部のパターンが異なっているため、開口部OPのランダム性が高く、例えば、電荷転送電極mp+8とmp+10が横方向にずれた場合においても、開口部面積の変動を抑制することができる。   In such a structure, since the shape of the charge transfer electrode and the pattern of the opening are different, the randomness of the opening OP is high. For example, even when the charge transfer electrodes mp + 8 and mp + 10 are laterally displaced, Variations in the opening area can be suppressed.

なお、上記電荷転送電極の一般形状は、pを0以上の整数とした場合、p+1行目の電荷転送電極は第1形状を有し、p+2行目の電荷転送電極は第2形状を有し、p+3行目の電荷転送電極は第3形状を有し、p+4行目の電荷転送電極は第4形状を有していると表現することができる。   The general shape of the charge transfer electrode is such that when p is an integer greater than or equal to 0, the charge transfer electrode in the (p + 1) th row has the first shape, and the charge transfer electrode in the (p + 2) th row has the second shape. , The charge transfer electrode in the (p + 3) th row has a third shape, and the charge transfer electrode in the (p + 4) th row has a fourth shape.

図13は、別の実施形態に係る電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)の構造を説明するための撮像領域の平面図であり、X軸方向に延びた複数の電荷転送電極と、Y軸方向に延びたCCDチャネルn(nk+1〜nk+4)が示されている(但しp,kは整数)。同図の点線PIXELで囲まれた領域が1つの画素に相当する。上記比較例との相違点は、X軸に沿って直線的に延びた電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)が、それぞれ複数の開口部OPを有している点であり、開口部OPの直下には、P型の不純物が添加され、図8、図10又は図11に示されるようなP型半導体領域4C’が開口部OPの直下に形成されている。その他の構成は上述の比較例と同一である。また、電荷転送方向(Y軸)に垂直であって開口部を通らない平面で切った画素の断面構造は図4に示したものと同一である。なお、各画素内の開口部OPの数及び配列は互いに同一である。 FIG. 13 is a plan view of an imaging region for explaining the structure of charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) According to another embodiment, and a plurality of charge transfer electrodes extending in the X-axis direction, and Y A CCD channel n N (nk + 1 to nk + 4) extending in the axial direction is shown (where p and k are integers). A region surrounded by a dotted line PIXEL in the figure corresponds to one pixel. The difference from the comparative example is that the charge transfer electrodes 2 (mp + 1 to mp + 17...) Linearly extending along the X axis each have a plurality of openings OP. A P-type impurity is added immediately below, and a P-type semiconductor region 4C ′ as shown in FIG. 8, FIG. 10, or FIG. 11 is formed immediately below the opening OP. Other configurations are the same as those of the above-described comparative example. Further, the cross-sectional structure of the pixel cut along a plane perpendicular to the charge transfer direction (Y axis) and not passing through the opening is the same as that shown in FIG. Note that the number and arrangement of the openings OP in each pixel are the same.

このように、本実施形態の固体撮像素子では、各電荷転送電極2(mp+1〜mp+17・・)内に、光透過用の複数の開口部OPが形成されており、光検出に供する光の一部を、開口部OPを介して外部に透過させている。これにより、開口部OPにおいては電荷転送電極がないため、入射光の反射が抑制され、入射光と反射光の干渉が抑制される。したがって、エタロン現象による画像劣化が抑制され、画像品質が向上する。   As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, a plurality of light transmission openings OP are formed in each charge transfer electrode 2 (mp + 1 to mp + 17...). The portion is transmitted to the outside through the opening OP. Thereby, since there is no charge transfer electrode in the opening OP, reflection of incident light is suppressed, and interference between incident light and reflected light is suppressed. Therefore, image degradation due to the etalon phenomenon is suppressed, and image quality is improved.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、半導体材料としてはGaAsやGaNなどの化合物半導体を用いることも可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, it is also possible to use compound semiconductors, such as GaAs and GaN, as a semiconductor material.

以上、説明したように、上述の裏面入射型固体撮像素子は、裏面側に光入射面を有する半導体基板と、半導体基板の光入射面とは反対側の光検出面に設けられた複数の電荷転送電極とを備えた裏面入射型固体撮像素子において、電荷転送電極の隣接するもの同士の間に、光透過用の複数の開口部が形成されていることを特徴とする。   As described above, the above-described back-illuminated solid-state imaging device includes a semiconductor substrate having a light incident surface on the back surface side, and a plurality of charges provided on the light detection surface opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate. A back-illuminated solid-state imaging device including a transfer electrode is characterized in that a plurality of light transmission openings are formed between adjacent charge transfer electrodes.

裏面入射した光は、光検出面側において検出されるが、本発明の固体撮像素子では、本来、光検出に供する光の一部を、開口部を介して外部に透過させている。これにより、開口部においては電荷転送電極がないため、反射が抑制され、入射光と反射光の干渉が抑制される。したがって、エタロン現象による画像劣化が抑制され、画像品質が向上する。   The light incident on the back surface is detected on the light detection surface side. However, in the solid-state imaging device of the present invention, a part of the light used for light detection is originally transmitted to the outside through the opening. Thereby, since there is no charge transfer electrode in the opening, reflection is suppressed, and interference between incident light and reflected light is suppressed. Therefore, image degradation due to the etalon phenomenon is suppressed, and image quality is improved.

また、上記開口部は、電荷転送方向に沿って整列して配置されていることが好ましい。このように、隣接する電荷転送電極の間に形成された開口部が整列している場合、その構成が簡易であるにも拘らず、反射光が抑制される。しかしながら、この構造の場合、電荷転送電極の製造時の合わせ精度が要求され、合わせ精度が低い場合には各列毎の画素における開口部の面積が異なることとなり、画素毎の特性がばらつく等の更に改良すべき余地がある。   The openings are preferably arranged in alignment along the charge transfer direction. As described above, when the openings formed between the adjacent charge transfer electrodes are aligned, the reflected light is suppressed although the configuration is simple. However, in this structure, alignment accuracy at the time of manufacturing the charge transfer electrode is required, and when the alignment accuracy is low, the area of the opening in the pixel for each column is different, and the characteristics of each pixel vary. There is room for further improvement.

そこで、上記開口部は、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置されていることが好ましい。すなわち、開口部は、互い違いに配置されている。このような千鳥状の開口部配置を採用する場合、奇数行目(p+1行目とp+3行目(pを0以上の整数とする))の電荷転送電極は同時に形成され、偶数行目(p+2行目とp+4行目)の電荷転送電極が別途同時に形成されるとすると、偶数行目の電荷転送電極が製造時に横方向にずれてp+1行目とp+2行目の電荷転送電極の間の開口部面積が増加した場合、p+3行目とp+4行目の電荷転送電極の間の開口部面積は減少する。すなわち、この構造は合わせ精度のトレランスが高く、画素毎の透過光量は等しくなり、特性が均一化する。   Therefore, the openings are preferably arranged in a staggered manner along the charge transfer direction. That is, the openings are arranged alternately. When such a staggered opening arrangement is employed, the charge transfer electrodes in the odd-numbered rows (p + 1 row and p + 3 row (p is an integer of 0 or more)) are formed at the same time, and the even-numbered rows (p + 2). If the charge transfer electrodes of the (row) and (p + 4) rows are formed separately at the same time, the charge transfer electrodes of the even-numbered rows are shifted laterally during manufacturing, and an opening between the charge transfer electrodes of the (p + 1) th and p + 2th rows is formed. When the partial area increases, the opening area between the charge transfer electrodes in the p + 3 and p + 4 rows decreases. That is, this structure has a high tolerance of alignment accuracy, and the amount of transmitted light for each pixel becomes equal, and the characteristics become uniform.

また、電荷転送電極の形状及び配置に関し、p+1行目の電荷転送電極は第1形状を有し、p+2行目の電荷転送電極は第2形状を有し、p+3行目の電荷転送電極は第3形状を有し、p+4行目の電荷転送電極は第4形状を有し、第1乃至第4形状は互いに全て異なり、p+1行目とp+2行目の電荷転送電極との間には第1パターンの開口部が形成され、p+3行目とp+4行目の電荷転送電極との間には第2パターンの開口部が形成され、第1及び第2パターンは互いに異なっていることが好ましい。   Regarding the shape and arrangement of the charge transfer electrode, the charge transfer electrode in the (p + 1) th row has the first shape, the charge transfer electrode in the (p + 2) th row has the second shape, and the charge transfer electrode in the (p + 3) th row has the first shape. The charge transfer electrodes in the p + 4th row have a fourth shape, the first to fourth shapes are all different from each other, and the first to fourth charge transfer electrodes are between the p + 1th row and the p + 2th row. A pattern opening is formed, and a second pattern opening is formed between the charge transfer electrodes in the p + 3 and p + 4 rows, and the first and second patterns are preferably different from each other.

このような構造の場合、電荷転送電極の形状や開口部のパターンが異なっているため、開口部のランダム性が高く、例えば、p+2行目とp+4行目の電荷転送電極が横方向にずれた場合においても、開口部面積の変動を抑制することができる。   In such a structure, since the shape of the charge transfer electrode and the pattern of the opening are different, the randomness of the opening is high. For example, the charge transfer electrodes in the p + 2 and p + 4 rows are laterally displaced. Even in this case, fluctuations in the opening area can be suppressed.

また、上述の裏面入射型固体撮像素子は、裏面側に光入射面を有する半導体基板と、半導体基板の光入射面とは反対側の光検出面に設けられた複数の電荷転送電極とを備えた裏面入射型固体撮像素子において、各電荷転送電極内に、光透過用の複数の開口部が形成されていることを特徴とする。   The back-illuminated solid-state imaging device includes a semiconductor substrate having a light incident surface on the back surface side, and a plurality of charge transfer electrodes provided on a light detection surface opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate. The back-illuminated solid-state imaging device is characterized in that a plurality of light transmission openings are formed in each charge transfer electrode.

この構造の場合においても、光検出に供する光の一部を、開口部を介して外部に透過させている。これにより、開口部においては電荷転送電極がないため、反射が抑制され、入射光と反射光の干渉が抑制される。したがって、エタロン現象による画像劣化が抑制され、画像品質が向上する。   Even in the case of this structure, a part of light used for light detection is transmitted to the outside through the opening. Thereby, since there is no charge transfer electrode in the opening, reflection is suppressed, and interference between incident light and reflected light is suppressed. Therefore, image degradation due to the etalon phenomenon is suppressed, and image quality is improved.

100…裏面入射型固体撮像素子、L…入射光、1…保護膜、2…電荷転送電極、3…絶縁層、4…半導体基板、5…反射防止膜、4A…N型半導体領域(層)、4B…アイソレーション領域、4C…P型半導体基板、4D…アキュムレーション層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Back-illuminated solid-state image sensor, L ... Incident light, 1 ... Protective film, 2 ... Charge transfer electrode, 3 ... Insulating layer, 4 ... Semiconductor substrate, 5 ... Antireflection film, 4A ... N type semiconductor region (layer) 4B: Isolation region, 4C: P-type semiconductor substrate, 4D: Accumulation layer.

Claims (4)

裏面入射型固体撮像素子において、
半導体基板と、
前記半導体基板上に隣接して設けられ、隣接するもの同士の間に形成される開口部が、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置された電荷転送電極と、
を備えることを特徴とする裏面入射型固体撮像素子。
In the back-illuminated solid-state image sensor,
A semiconductor substrate;
Charge transfer electrodes provided adjacent to each other on the semiconductor substrate and formed between adjacent ones are arranged in a staggered manner along the charge transfer direction; and
A back-illuminated solid-state imaging device.
裏面側に光入射面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記光入射面とは反対側の光検出面に設けられた複数の電荷転送電極と、
を備えた裏面入射型固体撮像素子において、
前記電荷転送電極の隣接するもの同士の間に、光透過用の複数の開口部が形成されており、
前記開口部は、電荷転送方向に沿って千鳥状に配置されていることを特徴とする裏面入射型固体撮像素子。
A semiconductor substrate having a light incident surface on the back side;
A plurality of charge transfer electrodes provided on a light detection surface opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate;
In a back-illuminated solid-state imaging device comprising:
A plurality of light transmission openings are formed between adjacent ones of the charge transfer electrodes,
The back-illuminated solid-state imaging device, wherein the openings are arranged in a staggered manner along the charge transfer direction.
前記半導体基板は、
第1導電型の半導体基板と、
前記第1導電型の半導体基板上に形成された第2導電型の半導体領域と、
を備え、
前記半導体領域上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上に形成された前記電荷転送電極と、
前記電荷転送電極上に形成された保護膜と、
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の裏面入射型固体撮像素子。
The semiconductor substrate is
A first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type semiconductor region formed on the first conductivity type semiconductor substrate;
With
An insulating layer formed on the semiconductor region;
The charge transfer electrode formed on the insulating layer;
A protective film formed on the charge transfer electrode;
The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 1, further comprising:
隣接する前記電荷転送電極の一部分は、スペーサとなる前記絶縁層を介して、重複しており、
隣接する前記電荷転送電極は、それぞれが台形状に凹んだ切り欠き部を有しており、隣接する前記電荷転送電極の前記切り欠き部が対向することで、前記開口部が画成されている、
ことを特徴とする請求項3に記載の裏面入射型固体撮像素子。
A portion of the adjacent charge transfer electrode overlaps with the insulating layer serving as a spacer,
Each of the adjacent charge transfer electrodes has a notch recessed in a trapezoidal shape, and the notch of the adjacent charge transfer electrode is opposed to define the opening. ,
The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 3.
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