JP2871831B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は固体撮像装置の構造に関し、特に光を効果的
に遮断する手段を具備した装置に関する。
〔従来の技術〕
CCDイメージセンサ等の固体撮像装置は、一次元ある
いは二次元に配列した複数の光電変換素子の上に像を投
影し、その像の明るさに比例した電気信号を各光電変換
素子からの出力として検出することで撮像を行う。
第4図に、従来の一般的なCCDイメージセンサを構成
する1光電変換素子と、ここで発生した電荷を転送する
ための垂直転送CCDの断面構造を示す。基板となるP型
の半導体基板1の表面にn型の不純物領域からなる光電
変換部2が形成され、この両者で光電変換素子であるpn
フォトダイオードが構成される。更に、基板表面にP型
の不純物の高濃度拡散を行った素子分離領域3およびn
型の不純物拡散層から成るCCDの転送チャネル4が形成
される。更にこの転送チャネル4の上には、層間絶縁膜
7を介してCCDの転送電極5が設けてある。この転送電
極5は、光電変換部2で蓄積した電荷を転送チャネル4
に読み出すためのシフト動作を行うシフト電極も兼ねて
いる。なお、光電変換部2の右側にある転送チャネル
4′および転送電極5′は、隣りの列のCCDを構成する
もので素子分離領域3により分離されている。
光8により誘起された信号電荷は光電変換部2内に蓄
積され、シフト電極によるシフト動作で転送チャネル4
に読み出される。続いて、図面垂直方向に並ぶCCDの転
送電極5により転送チャネル内を転送される。ここで転
送チャネル4,4′と基板1との関係について考えると、
転送チャネル4,4′と基板1とはpn接合となっているの
でこれらの部分に光が入射すると光電変換を起こし、不
必要な電荷を発生する。この不必要な電荷が光電変換部
2から読み出された信号電荷に混入すると、正確な画像
信号が得られなくなる。
このような弊害を防ぐため、転送電極5の上に層間絶
縁膜7を介してアルミニウム等でできた遮光膜6が設け
られている。この遮光膜6には、光電変換部2の上方に
だけ窓があけられており、光電変換部2以外に光8を入
射させられない機能を果たす。
第5図は従来の別なCCDイメージセンサの断面構造図
である。ここで第4図に示す装置と同一構成要素につい
ては同一符号を付して示す。第4図に示す装置との差
は、光電変換部2の上の層間絶縁膜7を薄く形成し、遮
光膜6が転送電極5,5′の側面まで被う形状となってい
る点である。このため光電変換部2以外の部分に入射す
る光を遮断することが出来る。
〔発明が解決しようとする課題〕
第4図に示す従来装置では、アルミニウム膜を遮光膜
6として用いているが、実際には開口部に対して斜めに
入射する光もある。例えば第6図(a)に示すような経
路で転送チャネル4,4′に漏れ込む光8′,8″がある。
また、第6図(b)に示すように光が基板表面と転送電
極5,5′および遮光膜6との間で反射を繰返し転送チャ
ネル4,4′に漏れ込む光8′,8″もある。
従来の装置では、こうした斜め入射光が横方向深く漏
れ込む現像を完全に防止することは出来ず、こうして漏
れ込んだ光により発生した電荷は、例えばインターライ
ン転送方式をとるCCDイメージセンサの場合白い縦すじ
として画面上に現われてしまう。この現像はスミアと呼
ばれ、画質低下の一因となっている。
第5図に示す従来装置では第6図(a)に示すような
光の漏れ込みが無くなりスミアは大幅に低減できる。し
かし、第7図(a),(b)に示す光路8′の如く、第
6図(b)に示す光路での漏れこみを完全に防ぐことは
出来ない。さらに遮光膜6が光電変換部2の部分で段差
が出来ることから、第7図(a),(b)の外光8″に
示す如き経路で光が横方向に漏れこむこともある。特
に、アルミニウム膜は光の反射率が100%に近いため、
横方向に侵入する光は容易には減衰しない。従って、横
方向への侵入光をより完全に防止するには、遮光膜6を
受光面上にかなりせり出させる必要がある。しかし、こ
の結果光電変換部2の受光面積に比べ遮光膜開口の面積
が非常に小さくなり、感度の著しい低下を招く。
本発明は、不要な光をより効果的に防ぐことが出来、
しかも光電変換の感度をほとんど低下させない固体撮像
装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
スミア現像を低減するには、入射光の横方向への侵入
を防止することである。しかし、遮光膜として従来用い
られるアルミニウム膜は光の反射率が100%に近いた
め、シリコン基板とアルミニウム膜との間で生ずる反射
を全く無くすることは不可能である。しかし、遮光膜と
して反射率の低い材料を用いれば、横方向への光の侵入
量、即ち侵入深さを低減できるものである。
第8図は、アルミニウムの反射率を100%とした時の
各種材料における光の反射率を示す。W,Mo等の高融点メ
タルあるいはシリサイド材料は、反射率がアルミニウム
の半分以下である。反射率を半分に出来れば、n回の反
射を繰返した場合光量は1/2nになるため、横方向への光
の侵入深さを著しく低減できる。
かかる点を鑑みつ、たとえば1989年ISSCC90〜91頁の
報告ではWSiが遮光膜として使用されている。しかし、
シリサイド材料は第9図に示すように金属材料膜に比べ
光を遮断する効果が劣る。これは充分な遮光性能を得る
のに膜厚を厚くすることが必要となり、フォトダイオー
ド上の遮光膜の開口寸法の精度を劣化させる。あるいは
装置表面の凹凸が増大するなど装置製造上好ましい事で
はない。さらに、シリサイド材料は第10図に示す如く、
600℃以上で熱処理を行うと膜の透過率が高くなり、従
って遮光性能が劣化するという欠点がある。X線回折の
結果によれば熱処理後は結晶性が著しく進むことから、
遮光性能劣化の原因はシリサイド材料中に含まれるSiが
シリサイド結晶の粒界に析出し光を透過させるためと推
測される。従って、シリサイド材料は固体撮像装置の遮
光膜としては適してはおらず、遮光膜としてはSiを含ま
ない材料膜であることが望まれる。本願発明の固体撮像
装置は、光電変換素子の受光面の回りをおおう遮光膜
が、波長が0.4〜0.7μmの可視光に対して反射率が50%
以下、かつ透過率が0.1%以下のW、Ta、Pt、Cu、Ti、T
iW、TiN、WNのうち少なくとも1つを含む低反射率材料
膜とAl膜との積層構造で構成されることを特徴とする。
また、他の本願発明の固体撮像装置は、この遮光膜とし
て第1の低反射率材料膜とAl膜と第2の低反射率材料膜
とが順次積層された積層構造膜、あるいは、Al膜の表面
と側面を低反射率材料膜で完全に覆った積層構造膜、あ
るいは、遮光膜が、第1の低反射率材料膜とAl膜と第2
の低反射率材料膜との積層構造でかつ、この第1の低反
射率材料膜とAl膜の側面がが第2の前記低反射率材料膜
でおおわれた構造であることを特徴とする。以下、本発
明を実施例を用いて詳細に説明する。
〔実施例〕
第1図は、本発明になる固体撮像装置の一実施例を説
明する断面図である。第4図・第5図に示す装置と同一
構成要素については同一符号を付して示す。図に於て、
61は低反射率材料からなる遮光膜を示す。第4図・第5
図に示す装置との差は遮光膜6が従来のアルミニウムの
代りに反射率の低い材料を適用した点である。かかる材
料としては、W,Mo,Ti,Pt,Cu,Ta等の金属、あるいはTiW
等の合金、あるいはTiN,WN等の窒化物があげられる。こ
の遮光膜61は、光を遮蔽する目的に加えて膜表面んでの
光の反射を低減する効果を持たせたものであることか
ら、固体撮像装置のイメージセンサ部にのみ設ければ良
く、周辺部駆動回路の金属配線電極は従来のアルミニウ
ムを用いても良い。しかし製造工程の簡略化のため、周
辺部駆動回路の金属配線電極を遮光膜と同じ材質・構造
の膜を用いても良く、その選択は自由である。
さらに、第1図では示されていないが遮光膜61の上に
絶縁膜を介してアルミニウム膜を設け、このアルミニウ
ム膜も遮光膜として利用しても良い。この場合にはアル
ミニウム膜で遮光性は充分に確保されているため、遮光
膜61は外光の横方向への侵入を低減できれば良い。従っ
て、膜厚を1000〜1500Åと薄く形成すれば良いことか
ら、表面段差の少いセンサー構造を実現できる利点があ
る。
第2図は、本発明の他の実施例を説明する図であり、
この図では遮光電極の構造のみを示している。図に於
て、60はアルミニウム膜、61,62は反射率の低い材料膜
である。第2図(a)は遮光膜の構造がアルミニウム膜
と反射率の低い材料膜とを積層した構造をとっている。
膜61は第1図で説明した反射率の低い材料を用いる。こ
の構造膜は、第7図で説明いた光8″による光の横方向
侵入を防止するものである。
第2図(b)は遮光膜の構造が、反射率の低い第1の
材料膜62とアルミニウム膜と反射率の低い第2の材料膜
61との積層構造膜である。膜61,62は第1図で説明した
反射率の低い材料を用いる。なお、膜61と62は同じ材料
であっても、あるいは異る材料であっても良くその選択
は自由である。当該例では、第7図で説明した光8′と
8″の両者に対して横方向への光の侵入を低減する効果
を持つ。
第3図は、本発明の更に他の実施例を説明する図であ
り、遮光電極の構造のみを示している。図に於て、60は
アルミニウム膜、61,62は反射率の低い材料膜である。
第3図(a)は遮光膜の構造が、アルミニウム膜60と、
これを覆うべく設けられた反射率の低い材料膜61とから
構成されている。かかる膜構造を実現する手法として
は、アルミニウム膜60のパターンを形成した後に、当該
膜表面にのみ選択的気相成長法により反射率の低い材料
膜(例えばW膜)を設けることにより形成できる。形成
する膜厚としては500〜1500Å程度が好ましい。
第3図(b)は、遮光膜の構造が反射率の低い第1の
材料膜62とアルミニウム膜60との積層膜上に反射率の低
い第2の材料膜61が設けられている。かかる膜構造を実
現する手法としては、膜62と60の積層構造膜パターンを
形成した後に、選択的気相成長法により膜61を形成する
ことで実現できる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は反射率の低い材料を遮
光膜を用いることにより、受光部に入射する外光の横方
向への侵入を著しく低減できる効果がある。さらに、本
発明になる遮光膜を用いれば、後工程でカラーフィルタ
ーを設ける際の露光工程で下地表面からの光の反射が少
ないため、微細な精度の高いパターンを形成できる利点
も有する。また、固体撮像装置をカメラに組込んだ時に
も、固体素子表面とカバーガラスやレンズ形との間で生
ずる乱反射(ゴースト)が低減できるため、良質の画像
が得られる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す断面図、第2図(a)
および(b)は本発明の他の実施例の遮光膜の2つの例
を示す断面図、第3図(a)および(b)は本発明の更
に他の実施例の遮光膜の2つの例を示す断面図、第4図
〜第7図は従来例を説明するための断面図、第8図は反
射率のデータを示す図、第9図・第10図は光透過率のデ
ータを示す図である。 1……半導体基板、2……光電変換部、3……素子分離
領域、4……CCDの転送チャネル領域、f……CCDの転送
電極、6……遮光膜、7……絶縁膜、8……光。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−75562(JP,A) 特開 昭61−14749(JP,A) 特開 昭57−148366(JP,A) 特開 昭60−128677(JP,A) 特開 昭61−84860(JP,A) 特開 昭63−237465(JP,A) 特開 昭55−19885(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光電変換素子の受光面の回りを覆う遮光膜
    が、WおよびMoのうち少なくとも1つからなる低反射率
    材料膜とAl膜との積層構造を有することを特徴とする固
    体撮像装置。
  2. 【請求項2】前記遮光膜が、第1の前記低反射率材料膜
    と前記Al膜と第2の前記低反射率材料膜とが順次積層さ
    れた積層構造膜を備えることを特徴とする請求項1記載
    の固体撮像装置。
  3. 【請求項3】前記Al膜の側面が前記低反射率材料膜で覆
    われていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装
    置。
  4. 【請求項4】前記第1の前記低反射率材料膜および前記
    Al膜の側面が前記第2の前記低反射率材料膜で覆われて
    いることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。
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