JPH03237757A

JPH03237757A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH03237757A
Application number: JP9032390A
Authority: JP
Inventors: Tatsuji Oda; 小田　達治
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-02-15
Filing date: 1990-02-15
Publication date: 1991-10-23

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】〔発明の概要〕本発明は、半導体基板に形成された電荷転送領域上に絶
縁膜に被覆された電極層がその上部を覆う遮光層と共に
形成された固体撮像素子において、その電極層の側壁に
上記絶縁膜より高屈折率の屈折層を形成し、その屈折層
の表面を、入射光が側壁界面で略全反射され得るような
側壁との角度に形成することにより、低スメア特性等を
得るものである。

〔従来の技術〕

ＣＣＤイメージヤ如き固体撮像素子においては、半導体
基板上に電荷を転送するためのレジスタ部が形成され、
そのレジスタ部上に転送電極が形成され、その転送電極
はアルミニウム等からなる遮光層に覆われている。

第７図は従来のＣＣＤイメージ中の画素部分の断面図で
ある。シリコン基板１０１の表面に、不純物拡散された
センサ一部１０２と、信号電荷を転送するためのチャン
ネル層１０３が形成され、そのセンサ一部１０２とチャ
ンネル層１０３の間の領域が読み出し部１０４とされて
いる。チャンネル層１０３と読み出し部１０４上には、
酸化膜１０５を介して転送電極１０６が形成されており
、その転送電極１０６上には酸化膜１０７を介してアル
ミニウムからなる遮光層１０８が形成されている。この
遮光層１０８は、その開口部１０９によって入射光をセ
ンサ一部１０２だけに導くためのものであり、チャンネ
ル層１０３や読み出し部１０４等のレジスタ部へ光が入
射するのを防止する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、第７図の構造のＣＣＤイメージ中では、レジ
スタ部への光の漏れ込みを十分に阻止することかできず
、低スメア化を図ることが困難である。

すなわち、この構造のＣＣＤイメージ中では、遮光特性
は、遮光層１０Ｂの下部の酸化膜１０７の膜厚ｔ、と、
遮光層１０８が張り出している距離ｄ、に依存し、膜厚
ｔ０が薄いほど、或いは距Ｎｄ０が長いほど遮光特性は
向上する。しかし、膜厚Ｌｏについては、現状のアルミ
ニウムのバターニング加工時の選択比がｌＯ対１程度で
あるために、あまり膜厚ｔ、を薄くすることが困難であ
り、同様に膜厚ｔ、を薄くした場合では、電極層の段差
が大きくなり、遮光層の加工やその後の製造工程での加
工が困難になる。また、距＃ｄ、については、合わせ精
度の問題から、それ程小さくすることができないでいる
。

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、低スメア
等を実現するような固体撮像素子の提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の固体撮像素子は、半導体基板に形成された電荷
転送領域上に絶縁膜に被覆された電荷転送用の電極層が
形成され、少なくとも上記電極層上を覆う遮光層が形成
されている。上記絶縁膜は一般的にはシリコン酸化膜で
ある。そして、上記電極層の上記絶縁膜を介した側壁に
該絶縁膜よりも屈折率の高い屈折層が形成される。この
屈折層としては、例えばシリコン窒化膜、ポリシリコン
層、アモルファスシリコン層等の材料が選ばれる。

その屈折層の表面は上記側壁に対して、その表面から当
該屈折層へ入射した光が上記側壁との界面で略全反射さ
れるような角度を以て形成される。

−例として、屈折層の表面は、基板の主面と平行な面と
され、或いは上記条件を満足するような傾斜を有した面
であっても良い、また、上記屈折層は、いわゆるＬＤＤ
　（ライトリイ・ドープト・ドレイン）のサイドウオー
ルの形成技術を利用して、全面に被着された後にエツチ
ングされて上記側壁に残存した層であっても良い。

〔作用〕

光は屈折率の異なる媒体の界面で屈折して進み、第５図
に示すように、良く知られたスネルの法則からは、全反
射条件（ｎｏ　／ｎ＋　）ｓｉｎΦｉ≧１が導かれる。

ここで、（ｎ、／ｎ、）を高い値とすることで、広い角
度の入射角Φｉで全反射が得られることになる０例えば
第５図の媒体Ｉをポリシリコン層とすると、ｎｏ＝３．
４２となり、媒体■をシリコン酸化物とすると、ｎ＋＝
１．４となって、入射角Φｉが２４．２　”以上で全反
射する。

第６図はプリズム中の光路を示した図である。

スネルの法則等より、ｎｏｓｉｎΦｊ　＝　ｎ　Ｉ　ＮｆｌΦ、■Φ１＋α＝
Φ。

および、全反射条件（ｎｔ　／ｎｏ　）ｓｉｎΦ、≧１
から、ｓｉｒα（（ｎ＋／ｎｏ）”−５ｉｎΦｉ）　””−ｃ
ｏｓ　ａ：ｓｌｎΦｉ≧１が得られる。

例えば、αが９０＠であり、ｎｏ　＝１．４　（Ｓ　ｉ
Ｏｘ　）、　　ｎ、＝２．０　（Ｓ　ｉＮ）であれば、
（ｎ１／ｎ　ｏ）　Ｘは２．０４であり、入射角Φｉに
よらず、必ず全反射する。従って、界面と屈折層の表面
の角度を、絶縁膜と屈折層の両方の屈折率を考慮しなが
ら、プリズムにおける全反射の条件に基づき設定するこ
とで、レジスタ等への光の漏れ込みが抑えられることに
なる。

このような界面と屈折層の表面の角度αと、全反射の生
ずる臨界入射角ΦＣの関係をシミュレーションした結果
が、第４図である。なお、各パラメーターは、第３図の
ように設定され、Ｎｏはシリコン酸化膜に対応した１、
４５．Ｎｓはシリコン窒化膜に対応した２、００或いは
ポリシリコン膜に対応した３、４２が選ばれてシミュレ
ーションされた結果が第４図に示されている。

第４図では、Ｎｓをシリコン窒化膜とした例を丸印で示
しており、Ｎｓをポリシリコン膜とした例はＸ印で示し
ている。特に、ポリシリコン膜の例では、プリズムの頂
角に相当する界面と屈折層の表面の角度αが４０°以上
であれば、あらゆる角度で入射した光が界面で全反射さ
れることになり、低スメア等が実現される。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

第１の実施例本実施例は、インターライン転送型のＣＣＤイメージ中
の例であり、屈折層としてシリコン窒化層がそのセンサ
一部を覆うように形成される例である。

その要部の断面構造を第１図に示す、シリコン基板ｌの
表面には、センサ一部２と、電荷転送部３が形成されて
いる。その電荷転送部３の上部には、シリコン酸化膜４
を介して転送電極５が形成されている。シリコン酸化膜
４は膜厚ｔ、で形成され、転送電極５は例えばポリシリ
コン層からなる。この転送電極５のセンサー側の側壁５
ｓは、基板の主面に対して略垂直に切断された面を有し
ており、その側壁５ｓにはシリコン酸化Ｍ７が被覆して
いる。転送電極５の上部にも、同様に膜厚１、のシリコ
ン酸化膜８が形成されており、そのシリコン酸化＃８上
にアルよニウム層からなる遮光層９が形成されている。

シリコン酸化膜７に覆われた側壁５ｓには、屈折層であ
るシリコン窒化層６が形成されている。このシリコン窒
化層６の表面６ａは、基板主面と平行な面を有している
。

従って、この屈折層であるシリコン窒化層６とシリコン
酸化膜７の界面６ｂと、シリコン窒化層６の表面６ａの
なす角度は略９０６とされる。

このような構造のＣＣＤイメージヤでは、シリコン窒化
層６とシリコン酸化膜７の界面が全反射面として機能す
る。すなわち、前述の〔作用〕で説明したように、本実
施例はプリズムの頂角αが９０’の場合に相当し、シリ
コン窒化層６とシリコン酸化膜７の屈折率の違いから、
どのような角度で光が入射しても、界面６ｂで全て光は
反射される。従って、低スメア化を図ることができる。

また、本実施例のＣＣＤイメージ中では、屈折層として
のシリコン窒化層６を埋め込んで形成することができ、
その表面６ａが平坦化される。このため遮光層９は、平
坦な領域上のバターニングにより形成されるため、精度
良く加工されることになる。従って、遮光層９がシリコ
ン窒化層６と重なる距Ｍｄは、界面６ｂで光が全反射さ
れることと合わせて、十分に短くできる。その結果、セ
ンサ一部上の開口率を高くできる。さらに、屈折層であ
るシリコン窒化層６は、絶縁膜であるために、シリコン
酸化膜４の膜厚りやシリコン酸化１１Ｉ８の膜厚ｔ２を
薄くすることもできる。シリコン酸化膜８の膜厚ｔ、を
薄くした場合では、距離ｄをさらに短くすることも可能
となる。

なお、上述の実施例では、屈折層としての材料をシリコ
ン窒化物としたが、ポリシリコン等の材料であっても良
い。

第２の実施例本実施例は、第１の実施例と同様なインターライン転送
型のＣＣＤイメージヤの例であり、転送電極の側壁にポ
リシリコン層をエツチングして残存させる例である。

その要部の断面構造を第２図に示す０本実施例のＣＣＤ
イメージヤは、シリコン基板１１の表面にセンサ一部１
２と、電荷転送部１３が形成されている。その電荷転送
部１３の上部には、シリコン酸化膜１４を介してポリシ
リコン層からなる転送電極１５が形成される。

この転送電極１５のセンサー側の側部には、シリコン酸
化膜１７が形成される。また、転送電極１５の上部もシ
リコン酸化膜１８に覆われる。シリコン酸化膜１７のさ
らにセンサー側の側部には、エツチングによって形成さ
れた所謂サイドウオールの形状のポリシリコン層１６が
屈折層として存在する。このポリシリコン層１６は、全
面に被着された後に、エッチバックされ、転送電極１５
の側壁の段差部のみに残存したものである。このポリシ
リコン層１６は、その表面１６ａが曲率を以て形成され
、その接線が屈折層の表面からの角度の基準となる０例
えば、ポリシリコン層１６の表面１６ａのある点から入
射した光が、当該ポリシリコン層１６とシリコン酸化膜
１７の界面１６ｂに突き当たる時の点における接線と、
入射した点の接線のなす角を頂角αとするプリズムを考
えれば、ポリシリコン層の屈折率はすでに判っているた
めに、界面１６ｂで全反射するか否かが判り、逆に、第
４図のシミュレーシッン結果からも明らかなように、頂
角αが大きくなるような形状でポリシリコン層１６を残
存させれば、確実に界面１６ｂでの全反射が行われ、ま
た、それに近い頂角αであれば実用上問題のない範囲で
の低スメア化が図られる。

転送電極１５の上部を覆うシリコン酸化膜１８上と、上
記ポリシリコン層１６の表面１６ａ上には、薄いシリコ
ン酸化ｌｌ１１９が形成される。そして、転送電極１５
上からポリシリコン層１６の上端部にかけて遮光するよ
うに遮光層２０が形成される。この遮光層２０とポリシ
リコン層１６の重なり合う距離は、第１の実施例と同様
に、ポリシリコン層１６の界面１６ｂの全反射の機能に
よって遮光がなされるために短くて良い、従って、開口
率が高くなる。また、サイドウオールの形状から、遮光
層２０の加工も凹凸に小さい領域で行うことが可能であ
り、微細加工に有利である。

なお、上述の実施例では、単一のポリシリコン層を屈折
層として形成したが、複数の層を重ねて屈折を生じさせ
るような構造にすることも可能である。

〔発明の効果〕

本発明の固体撮像素子では、電極層の絶縁膜を介した側
壁に屈折層が形成され、その屈折層と絶縁膜との界面で
入射した光が略全反射される。このため電荷転送領域へ
の光の漏れ込みが防止されて、低スメア化が実現される
。また、遮光層が覆うべき領域も少なくて済むことにな
り、センサー部上の開口率が高くなる。さらに、屈折層
が設けられた分だけ、凹凸が小さくなり、微細加工に有
利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の固体撮像素子の一例の要部断面図、第
２図は本発明の固体撮像素子の他の一例の要部断面図、
第３図は本発明の固体撮像素子に用いられる屈折層のモ
デルを示す図、第４図は屈折率の異なる材料における臨
界入射角と頂角の関係をシミュレーシッンした結果を示
す図、第５図は屈折の原理を説明するための図、第６図
はプリズムにおける屈折を説明するための図、第７図は
従来の固体撮像素子の一例の要部断面図である。１．１１・・・シリコン基板４．７，８，１４．１？、１８．１９・・・シリコン酸
化膜６・・・シリコン窒化層１６・・・ポリシリコン層６ａ、１６ａ・・・表面６ｂ、１６ｂ・・・界面９．２０・・・遮光層６ｂ本発明ηＣＣＤイＸ−ジャの一佇１」第１図未発百雷６すｃｃｏイ　Ｘ　−”、ｖｔｙ＞ｅｔｙ＞　
−＃ｌＪ第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体基板に形成された電荷転送領域上に絶縁膜
に被覆された電荷転送用の電極層が形成され、少なくと
も上記電極層上を覆う遮光層が形成され、上記電極層の
上記絶縁膜を介した側壁に該絶縁膜よりも屈折率の高い
屈折層が形成され、その屈折層の表面は上記側壁に対し
て、その表面から当該屈折層へ入射した光が上記側壁と
の界面で略全反射されるような角度を以て形成されてな
ることを特徴とする固体撮像素子。
（２）上記屈折層は、全面に被着された後にエッチング
され、上記側壁に残存した層であることを特徴とする請
求項（１）記載の固体撮像素子。