JP2016027663A - Solid-state imaging apparatus, imaging system using the same, and method of manufacturing solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像装置の遮光膜に関する発明である。 The present invention relates to a light shielding film of a solid-state imaging device.
CMOSイメージセンサに代表されるアクティブピクセル型の固体撮像装置においては、グローバル電子シャッター機能を有する構成や、焦点検出用の画素を有する構成が提案されている。 In an active pixel type solid-state imaging device represented by a CMOS image sensor, a configuration having a global electronic shutter function and a configuration having a focus detection pixel have been proposed.
グローバル電子シャッター機能とは、行列状に配された複数の画素の光電荷蓄積の開始時刻と終了時刻とを全画素で同時に行う機能である。グローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置は、画素に光電変換部と光電変換された電荷を一定時間保持しておく電荷保持部とを有する。グローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置の電荷保持部では、光電荷の蓄積終了後から読み出しまでの期間、電荷を保持する。この時、光電変換部以外で発生した電荷が電荷保持部に混入するとノイズ信号となり画質が劣化する可能性がある。特許文献1には、画素に光電変換部と電荷保持部とを有し、電荷保持部上に遮光膜を設けた構成が開示されている。
The global electronic shutter function is a function that simultaneously performs the start time and the end time of photocharge accumulation of a plurality of pixels arranged in a matrix in all pixels. A solid-state imaging device having a global electronic shutter function includes a photoelectric conversion unit and a charge holding unit that holds photoelectrically converted charges for a certain period of time. In the charge holding unit of the solid-state imaging device having the global electronic shutter function, the charge is held for a period from the end of the accumulation of photocharges to the reading. At this time, if charges generated in other than the photoelectric conversion unit are mixed in the charge holding unit, a noise signal may be generated and the image quality may be deteriorated.
また、特許文献2には、焦点検出用の画素を有する構成において、焦点検出用の画素に設けられたスリットを有する遮光膜の記載がある。 Further, Patent Document 2 describes a light shielding film having a slit provided in a focus detection pixel in a configuration having a focus detection pixel.
特許文献1には、遮光膜の記載はあるものの詳細に検討がなされていない。遮光膜の構成によっては、斜め光が電荷保持部に入射し易く、斜め光によって生じた電荷が電荷保持部で保持している電荷に混入してしまう場合がある。
また、特許文献2に記載の固体撮像装置においてもスリットを有する遮光膜について詳細に検討がなされておらず、同様の課題が生じうる。 Further, in the solid-state imaging device described in Patent Document 2, the light shielding film having the slit has not been studied in detail, and the same problem can occur.
そこで、本発明においては、高い遮光性能を有する遮光膜を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a light-shielding film having high light-shielding performance, and a method for manufacturing the same.
本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部にて生じた電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部の電荷に基づく信号を出力するための複数のトランジスタと、を含む画素を有し、前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとの上部に配される第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜の開口に配され、前記複数のトランジスタのソースあるいはドレインに配置された導電体と、を有する固体撮像装置において、前記第1の絶縁膜に配され、前記電荷保持部の上に配された遮光膜を有することを特徴とする。 The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion unit, a charge holding unit that holds charges generated in the photoelectric conversion unit, and a plurality of transistors that output signals based on the charges of the charge holding unit. A first insulating film disposed on top of the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the plurality of transistors, and the plurality of the plurality of transistors. A solid-state imaging device including a conductor disposed at a source or a drain of the transistor having a light-shielding film disposed on the first insulating film and disposed on the charge holding portion. .
また、固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部にて生じた電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部の電荷に基づく信号を出力するためのトランジスタを含む複数のトランジスタと、を有する固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとを覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、前記電荷保持部の上の前記第1の絶縁膜の一部を除去する工程と、前記第1の絶縁膜の一部が除去された部分に遮光膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。 The solid-state imaging device manufacturing method includes a photoelectric conversion unit, a charge holding unit for holding charges generated in the photoelectric conversion unit, and a plurality of transistors for outputting a signal based on the charge of the charge holding unit. A step of forming a first insulating film that covers the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the plurality of transistors, and a method for manufacturing the solid-state imaging device. A step of removing a part of the first insulating film, and a step of forming a light-shielding film on a portion from which a part of the first insulating film has been removed.
本発明の構成によって、高い遮光性能を有する遮光膜を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供することが可能となる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device having a light-shielding film having high light-shielding performance and a method for manufacturing the same.
本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、複数のトランジスタと、それらの上部に配される絶縁膜と、絶縁膜の開口に配され、複数のトランジスタのソースあるいはドレインに配置された導電体とを有する。そして、導電体が配された絶縁膜に配された遮光膜を有する。なお、遮光膜は、例えばグローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置の電荷保持部の上部や、焦点検出用の画素を有する固体撮像装置の光電変換部の上部など、遮光したい構造の上部の絶縁膜に配されている。このような構成によって、遮光膜の遮光性能を高めることが可能となる。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit, a plurality of transistors, an insulating film disposed above them, and an electric conductor disposed at the source or drain of the plurality of transistors. And have. And it has the light shielding film distribute | arranged to the insulating film in which the conductor was distribute | arranged. The light shielding film is, for example, an upper insulating film having a structure to be shielded from light such as an upper part of a charge holding unit of a solid-state imaging device having a global electronic shutter function or a photoelectric conversion unit of a solid-state imaging device having a focus detection pixel. It is arranged in. With such a configuration, the light shielding performance of the light shielding film can be enhanced.
ここで、半導体基板の表面から半導体基板の内部へ向かう方向を下方向とし、その反対の方向を上方向とする。また、以下の実施例においては、信号電荷が電子である場合を例に説明を行う。 Here, the direction from the surface of the semiconductor substrate toward the inside of the semiconductor substrate is defined as the downward direction, and the opposite direction is defined as the upward direction. In the following embodiments, the case where the signal charge is an electron will be described as an example.
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
まず、図8は本実施例の固体撮像装置の4画素分の回路図を示している。図8において、画素800は2行2列で配列されている。画素800は、光電変換部801と、電荷保持部802と、第1の転送用トランジスタ804と、第2の転送用トランジスタ805と、増幅用トランジスタ806と、選択用トランジスタ807と、リセット用トランジスタ808と、を含む。更に、画素800は、不要電荷排出用のオーバーフロードレイン(以下OFD)のための第3の転送用トランジスタ809を含む。画素800において、803は浮遊拡散部(フローティングディフュージョン部、以下FD部)を含むノードである。電源線810及び電源線811は所定の電圧を供給する配線である。電源線810はOFD用のトランジスタ809の主電極領域と接続している。電源線811は、リセット用トランジスタ及び選択用トランジスタの主電極領域と接続している。RES、TX1、TX2、SEL、TX3は各トランジスタのゲート電極にパルスを供給する制御線であり、垂直走査回路(不図示)からパルスが供給される。RESはリセット用トランジスタ808、TX1は第1の転送用トランジスタ804、TX2は第2の転送用トランジスタ805のゲート電極にパルスを供給する制御線である。SELは選択用トランジスタ807、TX3は第3の転送用トランジスタ809のゲート電極にパルスを供給する制御線である。OUTは信号線である。図8に示されているnやmは自然数であり、ある行nとその隣の行n+1、ある列mとその隣の列m+1とを示している。信号線OUTから出力された信号は読み出し回路(不図示)に保持され、増幅や加算等の処理がなされ、固体撮像装置の外部へ信号が出力される。この時、信号の加算等の処理や外部への信号出力を制御する制御信号が水平走査回路(不図示)から供給されうる。また、信号線OUTには増幅用トランジスタとソースフォロア回路を構成する定電流源が設けられうる。図8において、画素800とは、1つの光電変換部801を含む構成であり、固体撮像装置の構成における最小の繰り返し単位である。なお、画素800は本構成に限定されるものではなく、増幅用トランジスタを複数の画素で共有化するような構成であってもよい。
Example 1
First, FIG. 8 shows a circuit diagram for four pixels of the solid-state imaging device of the present embodiment. In FIG. 8, the
図8の画素800における、グローバルシャッターの動作は次のようになる。ある蓄積期間が経過した後に、光電変換部801にて生じた電荷は、第1の転送用トランジスタ804を介して、電荷保持部802へと転送される。電荷保持部802にてある蓄積期間の信号電荷を保持している間、光電変換部801では再び信号電荷の蓄積が始まる。電荷保持部802の信号電荷は第2の転送用トランジスタ805を介してFD部を含むノード803へと転送され、増幅用トランジスタ806から信号として出力される。また、電荷保持部802にて信号電荷を保持している間に光電変換部801にて生じた電荷が電荷保持部802へ混入しないように、第3の転送用トランジスタ809によって光電変換部801の電荷を排出させる場合もある。リセット用トランジスタ808は、電荷保持部802から信号電荷が転送される前にFD部を含むノード803を所定の電位に設定する(リセット動作)。この時のFD部を含むノード803の電位をノイズ信号として増幅用トランジスタ806を介して信号線OUTへ出力することで、後に出力される信号電荷に基づく信号との差分をとることで、ノイズ信号を除去することが可能となる。
The operation of the global shutter in the
このようなグローバルシャッター動作が可能な電荷保持部を有する固体撮像装置における電荷保持部の遮光の構成を図1(A)に示す。図1(A)は、図8における光電変換部と、電荷保持部と、FD部を構成する浮遊拡散部と、電荷保持部上に配置された遮光膜とに着目した断面模式図である。遮光膜よりも上部の構造については省略した。遮光膜よりも上部には、配線構造、保護膜、カラーフィルタ、層内レンズ、マイクロレンズなどが適宜配置可能である。図1(A)において、図8と同一の構成については同一の符号を付し説明を省略する。 FIG. 1A shows a light-shielding configuration of the charge holding unit in the solid-state imaging device having the charge holding unit capable of such a global shutter operation. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view focusing on the photoelectric conversion portion, the charge holding portion, the floating diffusion portion constituting the FD portion, and the light shielding film disposed on the charge holding portion in FIG. The structure above the light shielding film is omitted. A wiring structure, a protective film, a color filter, an in-layer lens, a microlens, and the like can be appropriately disposed above the light shielding film. In FIG. 1A, the same components as those in FIG.
図1(A)において、半導体基板101は、例えばシリコン半導体基板であり、半導体基板の表面100を有し、半導体基板に形成されたP型の半導体領域102を有する。素子分離部103は半導体基板101に配され、STI(Shallow Trench Isolation)法にて形成されている。光電変換部801は、電荷蓄積部として機能するN型の半導体領域105と、その上部に配置されたP型の半導体領域104を含む。N型の半導体領域106は電荷保持部802を構成し、N型の半導体領域107はFD部803を構成する浮遊拡散部を構成する。第1の転送用トランジスタ804を構成するゲート電極108は、半導体基板の表面100上に配されたゲート絶縁膜109の上に配され、N型の半導体領域105とN型の半導体領域106との間に配置されている。第2の転送用トランジスタ805を構成するゲート電極110は、半導体基板の表面100上に配されたゲート絶縁膜111の上に配され、N型の半導体領域106とN型の半導体領域107との間に配置されている。ここで、ゲート電極110の下以外の表面100の上にもゲート絶縁膜111と一体の絶縁膜、あるいは別体の絶縁膜が設けられていてもよい。
In FIG. 1A, a
図1(A)において、光電変換部801と、ゲート電極108と、ゲート電極110などを覆うように絶縁膜112(第2の絶縁膜)が配置されている。そして、絶縁膜112の上部に絶縁膜113(第1の絶縁膜)が配置されている。絶縁膜113は例えばシリコン酸化膜であり、層間絶縁膜として機能しうる。また、絶縁膜113は、ゲート電極等で生じた凹凸を平坦にする平坦化膜として機能しうる。絶縁膜112は例えばシリコン窒化膜であり、光電変換部801の表面の保護膜として機能しうる。また、絶縁膜112は絶縁膜113よりも高い屈折率を有し、絶縁膜112は光電変換部801の表面での反射を低減させる反射防止膜として機能しうる。導絶縁膜112はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などの積層膜であってもよい。
In FIG. 1A, an insulating film 112 (second insulating film) is disposed so as to cover the
図1(A)において、絶縁膜112及び絶縁膜113の開口に配置された導電体115は、コンタクトのプラグとして機能しうる。導電体115は、例えばタングステンからなる。導電体115の上には金属配線(不図示)が配置される。N型の半導体領域114はコンタクトのプラグである導電体115と半導体領域107とがオーミック接続を可能とするために設けられており、半導体領域107よりも高い不純物濃度を有する。ここで、遮光膜116が、電荷保持部802のN型の半導体領域106を覆うように、絶縁膜113に配されている。遮光膜116は例えばタングステンからなる。
In FIG. 1A, the
このように、コンタクトのプラグである導電体115が配置された絶縁膜113、すなわち金属配線よりも半導体基板の表面側に遮光膜116が配置されていることで、より電荷保持部802のN型の半導体領域106の近傍で遮光をすることが可能となる。よって、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。
As described above, the insulating
また、遮光膜106は、第2の転送用トランジスタ805のゲート電極110上から、電荷保持部802、第1の転送用トランジスタ804のゲート電極108を覆って、光電変換部801の上部まで延在している。図1(A)の紙面奥行き方向においても同様である。このように、電荷保持部よりも広範囲を遮光することによって電荷保持部への光の混入を抑制することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。
The
次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図2を用いて説明する。図2において、図1(A)と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。 Next, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the same components as those in FIG.
まず、図2(A)では、半導体基板101にP型の半導体領域102、素子分離部103、N型の半導体領域105、P型の半導体領域104、N型の半導体領域106、N型の半導体領域107を形成する。素子分離部103はSTI法によって形成され、各半導体領域は、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入技術によって形成されうる。また、ゲート電極108とゲート電極110とをポリシリコンからフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により形成し、同時にゲート絶縁膜109及びゲート絶縁膜111が形成される。これらの形成方法については、一般の半導体技術によって形成可能であり、詳細な形成方法については省略する。なお、これらの形成順番についても任意である。
First, in FIG. 2A, a P-
そして、図2(A)に示すように、半導体基板の表面100及びゲート電極108及び111を覆うようにシリコン窒化膜である絶縁膜201を低圧CVD(LPCVD)によって形成する。そして、絶縁膜201を覆ってシリコン酸化膜の絶縁膜202を形成する。ここで、絶縁膜201はゲート電極などの凹凸を踏襲した表面を有し、絶縁膜202はゲート電極などの凹凸を埋めて平坦な表面を有する。
Then, as shown in FIG. 2A, an insulating
次に、図2(B)に示すように絶縁膜202の上にフォトレジストパターン203を形成する。フォトレジストパターン203は絶縁膜202にコンタクトホールを形成するためのマスクであり、コンタクトホールのための開口を有する。そして、フォトレジストパターン203をマスクとして絶縁膜202及び絶縁膜201に対してエッチングを行い、絶縁膜202及び絶縁膜201の一部を除去し、絶縁膜202及び絶縁膜201にコンタクトホール204を形成する。ここで、絶縁膜201は、コンタクトホール形成のためのエッチングにおけるエッチングストッパーとしても機能しうる。
Next, as shown in FIG. 2B, a
コンタクトホール204が形成された後には、コンタクトホール204にN型の不純物をイオン注入し、N型の半導体領域114(図2(C))を形成する。そして、フォトレジストパターン203を除去し、導電体膜204を形成する(図2(C))。導電体膜204は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。
After the
導電体膜204に対してエッチングあるいはCMPを行うことで、余分な導電体膜204を除去し、コンタクトホールに導電体115を形成する(図2(D))。
Etching or CMP is performed on the
次に、導電体115及び絶縁膜202の上部にフォトレジストパターン205を形成する。フォトレジストパターン205は絶縁膜202に遮光膜を設けるためのマスクであり、遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン205をマスクとして絶縁膜202に対してエッチングを行い、絶縁膜202の一部を除去し、絶縁膜202に遮光膜のための溝206を形成する。ここで、溝206の底面はゲート電極108及び111よりも上部に存在する。
Next, a
そして、フォトレジストパターン205を除去し、導電体膜207を形成する(図2(F))。導電体膜207は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。この導電体膜207に対してエッチングあるいはCMPを行うことで、余分な導電体膜207を除去し、絶縁膜113の一部が除去された部分である溝206に遮光膜116が形成される。ここで、絶縁膜202は絶縁膜113となる(図2(G))。このような方法によって、コンタクトの導電体115が配された絶縁膜113に遮光膜116が形成可能となる。
Then, the
また、図1(B)に本実施例の固体撮像装置の変形例を示す。図1(B)において、図1(A)と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。図1(B)において、図1(A)と異なる点は遮光膜の配置である。図1(A)における遮光膜106は、第2の転送用トランジスタ805のゲート電極110上から、電荷保持部802、第1の転送用トランジスタ804のゲート電極108を覆って、光電変換部801の上部まで延在している。一方、図1(B)の遮光膜117は、第2の転送用トランジスタ805のゲート電極110上から、電荷保持部802を覆って、第1の転送用トランジスタ804のゲート電極108の上部まで延在している。すなわち、絶縁膜113に配された遮光膜が、少なくとも電荷保持部802のN型の半導体領域106の上部に配されている。このような構成を有することで、電荷保持部802の近傍に遮光膜が配置されるため、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となる。
FIG. 1B shows a modification of the solid-state imaging device of this embodiment. 1B, the same components as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. 1B is different from FIG. 1A in the arrangement of a light shielding film. The
次に、図3を用いて本実施例の固体撮像装置の配線の構成について説明する。図3は固体撮像装置の断面模式図であり、図1(A)と対応した図面である。図3において、図1(A)と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。 Next, the wiring configuration of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device, and corresponds to FIG. 3, the same components as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図3(A)は、図1(A)における絶縁膜113、遮光膜116、導電体115の上に、更に配線構造を有する。配線構造は、例えば、絶縁膜301、絶縁膜302、第1の配線層303、ビア層304、第2の配線層305である。第1の配線層303は、絶縁膜301に配され、配線303a及び配線303bを有する。ビア層304は、絶縁膜301に配され、ビア304a及びビア304bを有する。第2の配線層305は、絶縁膜302に配され、配線305a及び配線305bを有する。ここで、各配線はアルミニウムを主成分とする合金からなる金属配線である。金属配線は、他に、アルミニウム、銅、銅を主成分とする合金からなる配線であってもよい。
3A has a wiring structure over the insulating
遮光膜116の上に配線303a、ビア304a、配線305aが上に向かってこの順に配置され、互いに電気的に接続している。導電体115の上には、配線303b、ビア304b、配線305bが上に向かってこの順に配置され,互いに電気的に接続している。ここで、図8の回路上示されていないが、遮光膜116には電圧が供給されうる。例えば、グランド、電源電圧、および電荷の転送動作に合わせた駆動のための電圧である。
A
また、図3(B)は、図3(A)の変形例を示している。図3(B)において図3(A)と同じ構成については説明を省略する。図3(B)は、図3(A)と同様に図1(A)における絶縁膜113、遮光膜116、導電体115の上に、更に配線構造を有する。配線構造は、例えば、絶縁膜306、絶縁膜307、第1の配線層309、ビア層308である。ビア層308は、絶縁膜306に配され、ビア308a及びビア308bを有する。第1の配線層309は、絶縁膜307に配され、配線309a及び配線309bを有する。遮光膜116の上に、ビア308a、配線309aが上に向かってこの順に配置され、互いに電気的に接続している。導電体115の上には、ビア308b、配線309bが上に向かってこの順に配置され,互いに電気的に接続している。導電体115とビア308bとは直接接続するスタックコンタクト構造を有している。ここでも、図3(A)と同様に遮光膜116にも電圧が供給されうる。
FIG. 3B shows a modification of FIG. In FIG. 3B, description of the same structure as that in FIG. 3B has a wiring structure over the insulating
以上述べてきたように、コンタクトのプラグである導電体115が配置された絶縁膜113に遮光膜116が配置されていることで、より電荷保持部802のN型の半導体領域106の近傍で遮光をすることが可能となる。よって、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。
As described above, since the
(実施例2)
本実施例の固体撮像装置について、図4及び図5を用いて説明する。まず、図4(A)は図1(A)に対応する固体撮像装置の断面模式図である。図4(A)において、図1(A)と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Example 2)
The solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. First, FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device corresponding to FIG. 4A, the same components as those in FIG. 1A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図4(A)において、図1(A)と異なる構成は、遮光膜401である。図1(A)の遮光膜116は絶縁膜113の溝に配置されているが、図4(A)の遮光膜401は絶縁膜113の溝ではなく開口に配置されている。遮光膜401は電荷保持部802のN型の半導体領域106の上に絶縁膜112を介して積層されており、ゲート電極110及びゲート電極108との間を埋めるように配置されている。このような構成によって、より電荷保持部802の遮光性能を向上させることが可能となる。
In FIG. 4A, a structure different from that in FIG. 1A is arranged in the groove of the insulating
また、図4(A)において、遮光膜401は、ゲート電極110の上部から光電変換部801の上部まで配置されている。このような構成によって、光電変換部801、すなわちゲート電極108のN型の半導体領域105側からN型の半導体領域106への光の入射を低減することが可能となる。更に、光電変換部801においては、半導体基板の表面100の上に絶縁膜112を介して遮光膜401が配置されているため、ゲート電極108の端部における光の入射をも抑制することが可能となる。
In FIG. 4A, the light-shielding
また、遮光膜401が配置される範囲はゲート電極110の上部までであるため、半導体領域107に配される導電体115と距離を取ることが可能となる。このような構成によって、導電体115と遮光膜401とのショートを抑制することが可能となる。
In addition, since the
更に、遮光膜401はテーパー形状を有し、遮光膜401の側面402は半導体基板の表面100に対して傾いている。具体的には、遮光膜401の側面402は半導体基板の表面100に垂直な方向から半導体基板の表面に向かって角度を有している。このような形状によって、光電変換部801の受光面において入射光の反射が生じても、反射光が遮光膜401の側面402に当たることによって、光電変換部801に反射光を入射させることが可能となる。
Further, the
次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図5を用いて説明する。図5において、図4(A)と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。また、実施例1(図2)と同様の製造工程については説明を省略する。 Next, the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG. Further, the description of the manufacturing process similar to that of the first embodiment (FIG. 2) is omitted.
まず、図5(A)では、図2(A)と同様に半導体基板101に、素子分離部103と、各半導体領域と、ゲート電極を形成する。これらの形成方法については、一般の半導体技術によって形成可能であり、詳細な形成方法については省略する。そして、図2(A)と同様に、半導体基板の表面100及びゲート電極108及び111を覆うようにシリコン窒化膜である絶縁膜501を低圧CVD(LPCVD)によって形成する。そして、絶縁膜501を覆ってシリコン酸化膜の絶縁膜502を形成する。ここで、絶縁膜501はゲート電極などの凹凸を踏襲した表面を有し、絶縁膜502はゲート電極などの凹凸を埋めて平坦な表面を有する。
First, in FIG. 5A, the
次に、図5(B)に示すように絶縁膜502の上にフォトレジストパターン503を形成する。フォトレジストパターン503は絶縁膜502にコンタクトホールと遮光膜を形成するためのマスクであり、コンタクトホールのための開口と遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン503をマスクとして絶縁膜502に対してエッチングを行い、絶縁膜502の一部を除去し、絶縁膜502にコンタクトホール504と遮光膜のための開口505を形成する。ここで、絶縁膜501は、このエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能しうる。
Next, as illustrated in FIG. 5B, a
コンタクトホール504及び開口505が形成された後に、フォトレジストパターン503を除去する。そして、新たなフォトレジストパターン506を形成する。新たなフォトレジストパターン506はコンタクトホール504が露出するような開口を有し、他の領域を覆う。このフォトレジストパターン506をマスクとして、露出している絶縁膜501の一部をエッチングにて除去する。そして、コンタクトホール504にN型の不純物をイオン注入し、N型の半導体領域114を形成する(図5(C))。
After the
そして、フォトレジストパターン506を除去した後、導電体膜507を形成する(図2(D))。導電体膜507は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。導電体膜507に対してエッチングあるいはCMPを行うことで、余分な導電体膜507を除去する。そして、コンタクトホールに導電体115、絶縁膜の一部を除去した部分である遮光膜用の開口に遮光膜401が形成され、図4(A)の構成が得られる。ここで、絶縁膜501は絶縁膜112に、絶縁膜502は絶縁膜113となる。
Then, after removing the
このような方法によって、コンタクトの導電体115が配された絶縁膜113に遮光膜401が形成可能となる。また、コンタクトの導電体115と同一工程で遮光膜401が形成可能となる。具体的には、コンタクトホール及び開口の形成、導電体膜の形成及び除去の工程をそれぞれ同一とすることが可能となる。これらの形成は別の工程で行っても良いが、同一工程で行うことで製造工程の削減が可能となる。
By such a method, the
次に、図4(B)を用いて図4(A)の変形例を示す。図4(B)において図4(A)と同じ構成については説明を省略する。まず、図4(B)において、遮光膜403は、N型の半導体領域107の上部から光電変換部801の上部まで配置され、ゲート電極110及びゲート電極108を覆って配置されている。このような構成によって、更に、ゲート電極110のN型の半導体領域107側からN型の半導体領域106への光の入射も低減することが可能となる。
Next, a modification of FIG. 4A will be described with reference to FIG. In FIG. 4B, description of the same structure as in FIG. 4A is omitted. First, in FIG. 4B, the light-shielding
また、図4(A)と図4(B)において、遮光膜の側面の傾斜が互い異なる。図4(B)の遮光膜の側面404は半導体基板の表面100に対して垂直であり、図4(A)では遮光膜の側面402は傾きを有している。このような形状は任意に選択可能である。遮光膜のための絶縁膜113の開口を形成する際のフォトレジストパターンあるいはエッチングの条件を制御することによって作り分けることが可能である。
Further, in FIGS. 4A and 4B, the inclination of the side surface of the light shielding film is different from each other. The
本実施例では実施例1のような配線構造が適用可能である。また、図4(A)の遮光膜の配置を図4(B)の遮光膜の配置と同様にするなど、各構成の組み合わせも適宜行うことが可能である。 In the present embodiment, the wiring structure as in the first embodiment is applicable. 4A can be combined as appropriate, for example, the arrangement of the light shielding film in FIG. 4A is the same as the arrangement of the light shielding film in FIG. 4B.
(実施例3)
本実施例の固体撮像装置について、図6を用いて説明する。まず、図6(F)は図4(A)に対応する固体撮像装置の断面模式図である。図6(F)において、図4(A)と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
(Example 3)
The solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIG. First, FIG. 6F is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device corresponding to FIG. 6F, the same components as those in FIG. 4A are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
図6(F)において、図4(A)と異なる構成は、絶縁膜601(第3の絶縁膜)である。絶縁膜601は例えばシリコン酸化膜であり、絶縁膜113の開口に配され、遮光膜602と絶縁膜113との間に配される。このような構成によって、遮光膜602と半導体基板との間、あるいは遮光膜602とゲート電極との間の絶縁性を高めることが可能となる。
In FIG. 6F, a structure different from that in FIG. 4A is an insulating film 601 (third insulating film). The insulating
次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図2及び図6(A)〜図6(E)を用いて説明する。図6(A)〜図6(E)において、図6(F)と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。また、実施例1(図2)と同様の製造工程については説明を省略する。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 6A to 6E. 6A to 6E, the same components as those in FIG. 6F are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, the description of the manufacturing process similar to that of the first embodiment (FIG. 2) is omitted.
まず、図6(A)は図2(D)と同一の構成である。図6(A)では、図2(D)における絶縁膜112及び絶縁膜202を絶縁膜603及び絶縁膜604とする。図6(A)の構成は、図2(A)〜図2(C)の工程を経ることによって得られる。
First, FIG. 6A has the same structure as FIG. 6A, the insulating
次に、図6(B)に示すように絶縁膜604の上にフォトレジストパターン605を形成する。フォトレジストパターン605は、絶縁膜604に遮光膜を形成するためのマスクであり、遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン605をマスクとして絶縁膜604に対してエッチングを行い、絶縁膜604に遮光膜のための開口606を形成する。ここで、絶縁膜603は、このエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能しうる。開口606が形成された後に、フォトレジストパターン605を除去する(図6(C))。
Next, as shown in FIG. 6B, a
次に、図6(D)に示すように、絶縁膜604と、導電体115と、開口606によって露出した絶縁膜603とを覆って絶縁膜607を形成する。絶縁膜607は、例えばシリコン酸化膜である。絶縁膜607はゲート電極や開口の側壁など形状を覆って形成される。
Next, as illustrated in FIG. 6D, an insulating
そして、絶縁膜607を覆って、遮光膜となる導電体膜608を形成する(図6(D))。導電体膜608は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。これまでと同様に、導電体膜608に対してエッチングあるいはCMPを行うことで、余分な導電体膜608を除去する。そして、導電体115の上面が露出するように絶縁膜604上に配されている余分な絶縁膜607も除去する。そして、遮光膜用の開口に遮光膜602と絶縁膜601が形成され、図6(F)の構成が得られる。ここで、絶縁膜604は絶縁膜113となる。
Then, a
このような方法によって、コンタクトの導電体115が配された絶縁膜113に遮光膜602が形成可能となる。また、遮光膜602の絶縁性を高めるための絶縁膜601を形成可能である。なお、本実施例の製造方法はこれに限らず、実施例2に示したような製造方法も適用可能であり、例えば導電体115のためのコンタクトホールと遮光膜のための開口とを同一工程で形成することも可能である。
By such a method, the
(実施例4)
本実施例の固体撮像装置について、図7を用いて説明する。本実施例の固体撮像装置は、撮像用の画素と焦点検出用の画素とを有する固体撮像装置である。実施例1〜3の固体撮像装置に比べて電荷保持部及び第2の転送用トランジスタを有していない構成となっている。図7において図1等と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
Example 4
The solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIG. The solid-state imaging device according to the present embodiment is a solid-state imaging device having imaging pixels and focus detection pixels. Compared to the solid-state imaging devices according to the first to third embodiments, the charge holding unit and the second transfer transistor are not provided. In FIG. 7, the same components as those in FIG.
図7(A)は焦点検出用の画素700の光電変換部と、FD部を構成する浮遊拡散部と、焦点検出用に設けられた遮光膜とに着目した断面模式図である。図7(A)において、光電変換部801を構成するN型の半導体領域105の上部に配された絶縁膜113’に、導電体115、及びスリット702を有する遮光膜701が配されている。遮光膜701の上部には、図3と同様の絶縁膜301と、絶縁膜301上に配された絶縁膜302とが配されている。そして、絶縁膜301には第1の配線層303の配線303bとビア層304のビア304bとが配され、絶縁膜302には第2の配線層305の配線305bとが配されている。図7(B)は、図7(A)の第2の配線層305と、遮光膜701と、光電変換部801の半導体領域105と、第1の転送用トランジスタ804のゲート電極108との配置関係を示したものである。
FIG. 7A is a schematic cross-sectional view focusing on the photoelectric conversion portion of the
ここで、遮光膜701のスリット702は光電変換部801の重心からオフセットされており、ここでは図7(A)の右方向にオフセットされて配置されている。このような構成の画素によって、例えば図7(A)の左方向にオフセットされて配置されたスリットを有する遮光膜が配された画素(不図示)とともにデータを取得することで、焦点検出が可能となる。
Here, the
また、遮光膜701は、実施例1〜3と同様に導電体115とともに絶縁膜113’に配されている。このような構成によって、より光電変換部801のN型の半導体領域105の近傍で焦点検出用の光を分離することが可能となるため、焦点検出の精度が向上する。また、FD部803を構成する半導体領域107への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。
Further, the
なお、本実施例の焦点検出用の画素として、図8に記載の電荷保持部を有する構成を適用することも可能である。 Note that the structure having the charge holding portion shown in FIG. 8 can be applied as the focus detection pixel of this embodiment.
以下、上記の各実施例に係る固体撮像装置の応用例として、固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。撮像システムには、撮影を主目的とするカメラなどの装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も含まれる。例えば、カメラは、本発明に係る固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。この処理部とは、例えば、デジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。 Hereinafter, as an application example of the solid-state imaging device according to each of the above embodiments, an imaging system in which the solid-state imaging device is incorporated will be exemplarily described. The imaging system includes not only a device such as a camera whose main purpose is photographing but also a device (for example, a personal computer or a portable terminal) that is supplementarily provided with a photographing function. For example, the camera includes a solid-state imaging device according to the present invention and a processing unit that processes a signal output from the solid-state imaging device. The processing unit can include, for example, a processor that processes digital data.
なお、本発明の説明において、固体撮像装置の遮光膜よりも上部の構造については省略した。遮光膜よりも上部には、配線構造、保護膜、カラーフィルタ、層内レンズ、マイクロレンズなどが適宜配置されている。また、各実施例の形態はあくまで1例であり適宜変更が可能であり、各実施例は適宜組み合わせ可能である。さらに、本遮光膜の構成は、グローバル電子シャッター機能や、焦点検出機能を有する構成に限らず、ダイナミックレンジを拡大する機能といった他の機能を有する固体撮像装置においても適用可能である。 In the description of the present invention, the structure above the light shielding film of the solid-state imaging device is omitted. A wiring structure, a protective film, a color filter, an in-layer lens, a microlens, and the like are appropriately disposed above the light shielding film. Moreover, the form of each Example is an example to the last, can be changed suitably, and each Example can be combined suitably. Furthermore, the configuration of the light shielding film is not limited to a configuration having a global electronic shutter function and a focus detection function, but can be applied to a solid-state imaging device having other functions such as a function of expanding a dynamic range.
101 半導体基板
102 P型の半導体領域
105 N型の半導体領域
106 N型の半導体領域
107 N型の半導体領域
108 第1の転送用トランジスタのゲート電極
110 第2の転送用トランジスタのゲート電極
113 絶縁膜
115 コンタクトを構成する導電体
116 遮光膜
101 Semiconductor substrate 102 P-type semiconductor region 105 N-type semiconductor region 106 N-type semiconductor region 107 N-
Claims (14)
前記光電変換部にて生じた電荷を保持する電荷保持部と、
前記電荷保持部の電荷に基づく信号を出力するための複数のトランジスタと、を含む画素を有し、
前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとの上部に配される第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の開口に配され、前記複数のトランジスタのソースあるいはドレインに配置された導電体と、を有する固体撮像装置において、
前記第1の絶縁膜に配され、前記電荷保持部の上に配された遮光膜を有することを特徴とする固体撮像装置。 A photoelectric conversion unit;
A charge holding unit for holding charges generated in the photoelectric conversion unit;
A plurality of transistors for outputting a signal based on the charge of the charge holding unit, and a pixel,
A first insulating film disposed on top of the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the plurality of transistors;
A solid-state imaging device including a conductor disposed in an opening of the first insulating film and disposed at a source or drain of the plurality of transistors;
A solid-state imaging device comprising: a light shielding film disposed on the first insulating film and disposed on the charge holding portion.
前記遮光膜の底面が前記第2の絶縁膜と接することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。 A second insulating film having a refractive index higher than that of the first insulating film and disposed between the photoelectric conversion unit and the insulating film;
The solid-state imaging device according to claim 3, wherein a bottom surface of the light shielding film is in contact with the second insulating film.
前記遮光膜は前記光電変換部の上部から、前記第1の転送用トランジスタのゲート電極を覆って、前記第2の転送用トランジスタのゲート電極の上部まで配置されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The plurality of transistors include a first transfer transistor for transferring the charge of the photoelectric conversion unit to the charge holding unit, and a second transfer transistor for transferring the charge of the charge holding unit to the floating diffusion unit. A transistor and an amplifying transistor that outputs a signal based on the potential of the floating diffusion portion;
The light shielding film is disposed from an upper part of the photoelectric conversion portion to an upper part of the gate electrode of the second transfer transistor so as to cover the gate electrode of the first transfer transistor. The solid-state imaging device according to any one of 1 to 5.
前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、を有する撮像システム。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 7,
A processing unit that processes a signal from the solid-state imaging device.
前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとを覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記電荷保持部の上の前記第1の絶縁膜の一部を除去する工程と、
前記第1の絶縁膜の一部が除去された部分に遮光膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit, a charge holding unit for holding charges generated in the photoelectric conversion unit, and a plurality of transistors including a transistor for outputting a signal based on the charge of the charge holding unit In the manufacturing method,
Forming a first insulating film that covers the photoelectric conversion unit, the charge holding unit, and the plurality of transistors;
Removing a part of the first insulating film on the charge holding portion;
Forming a light shielding film on a portion from which a part of the first insulating film is removed;
A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記コンタクトホールに導電体を形成する工程と、を更に有し、
前記第1の絶縁膜に開口を形成する工程と、前記コンタクトホールを形成する工程と、を同一工程で行うことを特徴とする請求項11に記載の固体撮像装置の製造方法。 Forming a contact hole in the first insulating film;
Further forming a conductor in the contact hole,
12. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 11, wherein the step of forming an opening in the first insulating film and the step of forming the contact hole are performed in the same step.
前記コンタクトホールに導電体を形成する工程と、を更に有し、
前記遮光膜を形成する工程と、前記コンタクトホールに導電体を形成する工程と、を同一工程で行うことを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 Forming a contact hole in the first insulating film;
Further forming a conductor in the contact hole,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 9, wherein the step of forming the light shielding film and the step of forming a conductor in the contact hole are performed in the same step. .
前記コンタクトホールに導電体を形成する工程と、を更に有し、
前記第1の絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記コンタクトホールに導電体を形成する工程を行った後、前記第1の絶縁膜の一部を除去する工程を行うことを特徴とする請求項9乃至13のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 Forming a contact hole in the first insulating film;
Further forming a conductor in the contact hole,
A step of forming a contact hole in the first insulating film and a step of forming a conductor in the contact hole are performed, and then a step of removing a part of the first insulating film is performed. The manufacturing method of the solid-state imaging device of any one of Claims 9 thru | or 13.
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