JPH03174771A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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〕

ＣＯＤイメージセンサ等の固体撮像装置は、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ＣＯＤイメージセンザを構成
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ＣＯＤの転送チャネル４
が形威される。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ＣＯＤの転送電極５が設けである。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ＣＯＤ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ＣＯＤ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ＣＯＤ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を薄く形威し、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ＣＯＤイメージセンザの場合白い縦すじ
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二６ ラ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１／２”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ｌ５ＳＣ０９０
〜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。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、６
１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
メージセンザ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は外光の横力向への侵入を低減できれば良い。従
って、膜厚を１０００〜１５００人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０ 対重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、尚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
〜１５００人程度が好ましい。

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
膜に用いることにより、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。 ｌ・・・・・・半導体基板、２・・・・・・光電変換部
、３・・・・・・素子分離領域、４・・・・・・ＣＯＤ
の転送チャネル領域、ｆ・・・・・・ＣＯＤの転送電極
、 ６・・・・・・遮光膜、 ７・・・・・・ 絶縁膜、 ８・・・・・・光。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電変換素子の受光面の回りをおおう遮光膜が、
   光の反射率が５０％以下である低反射率材料で形成され
   ることを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）前記遮光膜がＡｌ膜と低反射率材料膜との積層構
   造膜であることを特徴とした請求項１記載の固体撮像装
   置。
3. （３）前記遮光膜が、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膜であることを特徴
   とした請求項１記載の固体撮像装置。
4. （４）遮光膜が表面を低反射率材料膜でおおわれたＡｌ
   膜であることを特徴とした請求項１記載の固体撮像装置
   。
5. （５）遮光膜が、第１の低反射率材料膜とＡｌ膜との積
   層構造でかつ、表面が第２の低反射率材料膜でおおわれ
   た構造であることを特徴とした請求項１記載の固体撮像
   装置。
6. （６）低反射率材料膜が、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｃｕ
   、ＴｉＷ、ＴｉＮ、ＷＮのいずれかであることを特徴と
   する請求項１、２、３、４もしくは５記載の固体撮像装
   置。