JP5943577B2 - 光電変換装置および撮像システム - Google Patents
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Description
図3(a)、図3(b)に示す様に、光電変換部110および第1保護膜220を覆う第2保護膜230が設けられている。その結果、第1保護膜220は、第2保護膜230と光電変換部110との間に位置する。第2保護膜230は、光電変換部110を覆うとともに、転送ゲート120の転送ゲート電極121の光電変換部110側の側面、すなわち、第1側面1211に沿って延在して転送ゲート電極121の上面1210を覆っている。第2保護膜230は、第1保護膜220の屈折率及び前記光電変換部110の屈折率よりも低い屈折率を有することが好ましい。第2保護膜230は、第1保護膜220と界面を成している。第2保護膜230は、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなることが好ましく、酸化シリコンからなることがより好ましい。
図3(a)には第1導電型の周辺トランジスタ170を示しているが、導電型が反対になる以外は、第2導電型の周辺トランジスタ180も同様の構造を有する。転送ゲート電極121は、第1導電型のポリシリコンからなることが好ましく、第1導電型の周辺トランジスタ170のゲート電極(以下、第1周辺ゲート電極171と呼ぶ)は、第1導電型のポリシリコンからなることが好ましい。第2導電型の周辺トランジスタのゲート電極(以下、第2周辺ゲート電極181と呼ぶ)は、第2導電型のポリシリコンからなることが好ましい。そして、第1周辺ゲート電極171の第1導電型の不純物濃度が、転送ゲート電極121の第1導電型の不純物濃度よりも高いことが好ましい。第1導電型の周辺トランジスタ170のゲート絶縁膜172の物理膜厚が転送ゲート120の転送ゲート絶縁膜122の物理膜厚よりも薄いことが好ましい。
第1領域11の物理膜厚D1は第1中間膜210の物理膜厚d12に一致する。
低屈折率膜430は、層内レンズ450の屈折率よりも低い屈折率を有する。これにより、層内レンズ450から低屈折率膜430に斜めに入射した光を低屈折率膜430内での屈折により、導光部材420に向けて集光することができる。典型的な低屈折率膜430は酸化シリコン層を含む。低屈折率膜は、酸化シリコン層と導光部材420の間に、酸化シリコン層と導光部材420との間の屈折率を有する中間屈折率層を有することが好ましい。低屈折率膜420は、酸化シリコン層と層内レンズとの間に、酸化シリコン層と層内レンズ450の間の屈折率を有する中間屈折率層を有することが好ましい。これら低屈折率膜420の中間屈折率層は、酸化シリコン層と導光部材420あるいは酸化シリコン層と層内レンズ450との間の反射を抑制することができる。導光部材420や層内レンズ450が窒化シリコンからなる場合、中間屈折率層は酸窒化シリコンからなることが好ましい。中間屈折率層は酸化シリコン層よりも薄いことが好ましい。
半導体基板1上に、ポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜上に第1の酸化シリコン膜を形成する。第1の酸化シリコン膜上にフォトレジスト膜を塗布して、フォトレジスト膜を各ゲート電極の形状にパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして第1の酸化シリコン膜をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜上にハードマスクが形成される。ハードマスクを用いてポリシリコン膜をパターニングすることにより、転送ゲート電極121を含む、各ゲート電極を形成する。転送ゲート電極の上に設けられたハードマスクが中間部材200となる。その後、光電変換部110を形成する。半導体基板1の略全面を覆うように第2の酸化シリコン膜を形成する。第2の酸化シリコン膜の略全面を覆うように第1の窒化シリコン膜を形成する。この第2の酸化シリコン膜が光電変換領域101における第1中間膜210となり、第1の窒化シリコン膜が第1保護膜220となる。周辺回路領域103において、第1の窒化シリコン膜と第2の酸化シリコン膜を順次エッチングすることにより、第1の窒化シリコン膜がサイドウォールスペーサ173の第1誘電体層1731となり、第2の酸化シリコン膜がサイドウォールスペーサ173の第2誘電体層1732となる。半導体基板1の略全面を覆うように第3の酸化シリコン膜を形成する。この第2の酸化シリコン膜が光電変換領域101における第2保護膜230となる。周辺回路領域103において第3の酸化シリコン膜をエッチングして除去する。サイドウォールスペーサ173を形成する過程及び/又は第3の酸化シリコン膜をエッチングした後で、周辺回路領域103に設けられたハードマスクを除去する。これにより、周辺トランジスタのソースとドレイン、周辺ゲート電極171の上面1210を露出させる。半導体基板1の略全面を覆う、コバルト等のシリサイド化する金属膜を形成する。光電変換領域101に残された第3の酸化シリコン膜をマスクとして、周辺回路領域103に露出するソース/ドレインと転送ゲート電極121とを、金属膜と反応させて、これらの表面をシリサイド化する。その後、半導体基板1の略全面を覆う、第4の酸化シリコン膜を形成して第2中間膜240とする。半導体基板1の略全面を覆う、第2の窒化シリコン膜を形成し、光電変換領域101において、第2の窒化シリコン膜を除去する。周辺回路領域103に残った第2の窒化シリコン膜を第3保護膜250とする。その後、第1層間絶縁層311を形成する。第3保護膜250をセルフアラインコンタクト用のエッチングストップ膜として用いて、周辺回路領域103にコンタクトプラグを形成することができる。以降は、周知の多層配線技術や、カラーフィルタ形成技術、マイクロレンズ形成技術を用いて、光電変換装置100を製造することが出来る。
1 半導体基板
110 光電変換部
140 信号生成部
120 転送ゲート
121 転送ゲート電極
122 転送ゲート絶縁膜
200 中間部材
210 第1中間膜
220 第1保護膜
11 第1領域
22 第2領域
Claims (15)
- 半導体基板に設けられた光電変換部と、
前記光電変換部で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部と、
前記信号電荷を前記光電変換部から前記信号生成部へ転送する転送ゲートと、を備える光電変換装置であって、
前記光電変換部を覆うとともに、前記転送ゲートのゲート電極の上面を覆う連続膜を備え、
前記連続膜と前記光電変換部との間に、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有する第1領域が設けられ、
前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に、前記ゲート電極の屈折率及び前記連続膜の屈折率よりも低い屈折率を有する第2領域が設けられており、
前記第1領域は、前記連続膜との間で形成された境界と、前記半導体基板との間で形成された境界を有し、
前記第2領域は、前記連続膜との間で形成された境界と、前記ゲート電極の上面との間で形成された境界を有し、
前記第1領域の光学膜厚をT1、前記第2領域の光学膜厚をT2、前記光電変換部へ入射する光の波長をλとして、T1<T2<λ/2−T1を満たすことを特徴とする光電変換装置。 - 前記連続膜と前記ゲート電極の前記光電変換部側の側面との間に延在せずに、前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に設けられた、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有する中間部材を有し、
前記第2領域は、前記中間部材を含むことを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 - 前記半導体基板と前記連続膜との間に設けられ、前記光電変換部を覆うとともに、前記ゲート電極の上面を覆う、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有する中間膜を有し、
前記第1領域は、前記中間膜の、前記連続膜と前記光電変換部との間に位置する部分を含み、
前記第2領域は、前記中間膜の、前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換装置。 - 下記の要件(a)、(b)および(c)の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光電変換装置。
(a)T1≦λ/8、かつ、λ/8≦T2≦3λ/8
(b)T2≦λ/4
(c)T2≧2×T1 - 前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記連続膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光電変換装置。 - 前記中間部材は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなることを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記中間膜は、酸化シリコンまたは酸窒化シリコンからなることを特徴とする請求項3に記載の光電変換装置。
- 前記光電変換部の上にカラーフィルタを備え、
前記λは、前記カラーフィルタを透過して前記光電変換部へ入射する光の波長であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光電変換装置。 - 前記第1領域は、前記転送ゲートのゲート絶縁膜の、前記ゲート電極と前記基板との間から延在して前記光電変換部を覆う部分を含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 前記中間部材の光学膜厚が、前記第1領域の光学膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記中間部材の下面が前記ゲート電極の前記上面と接しており、前記中間部材の前記下面の前記転送ゲートの転送方向における長さが、前記ゲート電極の前記上面の前記転送方向における長さと等しく、かつ、前記中間部材の物理膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。
- 前記基板を覆う絶縁膜に囲まれた、前記絶縁膜の屈折率よりも高い屈折率を有する導光部材が前記光電変換部の上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 前記信号生成部で生成された前記電気信号を処理する信号処理部を備え、
前記信号処理部のトランジスタが下記の要件(i)、(ii)、(iii)、(iv)および(v)の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか一項に記載の光電変換装置。
(i)前記トランジスタのドレインがシリサイド層で覆われている。
(ii)前記トランジスタのゲート電極の上面がシリサイド層で覆われている。
(iii)前記トランジスタがサイドウォールスペーサを有しており、前記サイドウォールスペーサは、第1誘電体層と、前記第1誘電体層と前記トランジスタのゲート電極との間に設けられた、前記第1誘電体層よりも低い誘電率を有する第2誘電体層と、を含む。
(iv)前記トランジスタのゲート電極と前記転送ゲートの前記ゲート電極とが同一導電型のポリシリコンからなり、前記トランジスタの前記ゲート電極の不純物濃度が前記転送ゲートの前記ゲート電極の不純物濃度よりも高い。
(v)前記トランジスタのゲート絶縁膜の物理膜厚が、前記転送ゲートのゲート絶縁膜の物理膜厚よりも小さい。 - 400nm≦λ≦800nmを満たすことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか一項に記載の光電変換装置。
- 請求項1乃至14のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
前記電気信号に基づく画像を処理する画像処理部および前記電気信号に基づく画像を表示する画像表示部の少なくとも一方を備えることを特徴とする撮像システム。
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