JPH065827A

JPH065827A - 固体撮像素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH065827A
Application number: JP4163027A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Itoo; 剛糸尾; Shiyouichi Ishibe; 祥一石辺
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-06-22
Filing date: 1992-06-22
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】変換効率を向上させるようにする。【構成】受光部２の受光面にＶ溝２ａが形成されてい
るので、Ｖ溝２ａに入射した光（イ）はＶ溝２ａ内で反
射されて、再度Ｖ溝２ａに入射することを繰り返す。こ
のため、入射光（イ）の電荷変換が複数回行われ、よっ
て変換効率が向上することとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビデオカメラ等に用い
られる固体撮像素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述したビデオカメラは、近年、小型化
や高解像度化が要望され、カメラ本体及び光学レンズの
小型化が図られていると同時に、ビデオカメラに用いら
れる固体撮像素子も小型化や高解像度化が望まれてい
る。

【０００３】そのためには、ビデオカメラにおける光学
レンズの小型化、固体撮像素子における画素数の増加化
等の手段を施す必要がある。しかし、そのような手段を
搭載すると、結果として固体撮像素子の１画素当りの受
光面積が小さくなり、相対的に感度特性等の劣化が生じ
る。そこで、これらの対策として、固体撮像素子の光入
射側にマイクロレンズを形成して入射光を集光させ、こ
れにより固体撮像素子の受光部の実効開口率を増加させ
ている。

【０００４】

【解決すべき課題】しかしながら、従来の一般的な固体
撮像素子に備わったフォトダイオードからなる受光部
は、光軸に対して垂直な平坦構造であり、単に入射する
光を受けるだけである。マイクロレンズ等によって光を
収束させれば、実効開口率を増加させる効果はあるが、
それでも受光部にＳｉ基板を使用した場合には、入射光
の７０％程度が表面で反射し、入射光の３０％程度しか
電荷変換に利用されず、変換効率が低いという問題があ
る。

【０００５】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、変換効率を向上させるこ
とができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、光電変換用の受光部が受光側表面にＶ溝を有してお
り、そのことにより上記目的が達成される。

【０００７】また、本発明の固体撮像素子の製造方法
は、受光部が少なくとも形成された基板上に保護膜を形
成する工程と、該保護膜の一部を除去して該受光部を露
出する工程と、該保護膜から露出した受光部にＶ溝を形
成する工程と、を含むので、そのことにより上記目的が
達成される。

【０００８】

【作用】本発明にあっては、受光部の受光面にＶ溝が形
成されているので、Ｖ溝に入射した光は、Ｖ溝内で反射
されて再度Ｖ溝に入射することを繰り返す。このため、
入射光の電荷変換が複数回行われ、よって変換効率が向
上することとなる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例について詳細に説明す
る。

【００１０】図３及び図４に本発明を適用したインター
ライン転送型の固体撮像素子を示す。図４は平面図、図
３は正面断面図である。この固体撮像素子は、Ｓｉ基板
１の上に複数列に配設され、かつ各列に多数設けられた
フォトダイオードからなる受光部２・・・と、この受光
部２の各列の間に設けられた垂直レジスタ部３・・・
と、各垂直レジスタ部３の一旦を接続した水平レジスタ
部分４と、水平レジスタ部分４の近傍に設けた出力部５
とを備える。

【００１１】各受光部２は、上側の受光面側のほぼ全体
にＶ溝２ａが形成されており、各受光部２の近傍には図
３に示すように転送部６が形成されている。この転送部
６は、Ｓｉ基板１の上層部に形成されたｎ^-層６ａと、
その上方に設けられた上下方向に対向する前記垂直レジ
スタ部３に相当する２つのポリシリコン電極６ｂ、６ｃ
とからなる。これら２つのポリシリコン電極６ｂ、６ｃ
は、基板１上に形成した酸化シリコン絶縁膜７に内蔵さ
れている。このように構成した転送部６は、入射光量に
応じて光電変換する受光部２からの電気信号を転送する
ためのものであり、酸化シリコン絶縁膜７の上表面には
転送部６の上方部分に遮光メタル８が形成されている。
この遮光メタル８としては、例えば高純度のアルミニウ
ムからなるアルミ配線を使用している。このアルミ配線
に代えて、アルミニウムにシリコンを数％添加したも
の、あるいはアルミニウムにシリコンと銅を添加したア
ルミ配線を使用してもよい。

【００１２】上記遮光メタル８を有する酸化シリコン絶
縁膜７の上には、カラーフィルター９が形成され、更に
そのカラーフィルター９の上には前記受光部２へ光を集
中させて入射させるべく、例えば透明樹脂等からなるマ
イクロレンズ１０が形成されている。

【００１３】次に、かかる構成の固体撮像素子の製造方
法について説明する。例えば、Ｓｉ基板１に、Ｓｉの結
晶軸が〈１００〉のウェハーを使用した場合について説
明する。このＳｉ基板１上に上述した受光部２、垂直レ
ジスタ部３、水平レジスタ部４及び出力部５を形成す
る。

【００１４】次に、かかるＳｉ基板１の上に、全面にわ
たりＳｉＯ₂等からなる保護膜を被覆し、続いてＶ溝２
ａを形成する受光部２の上にある保護膜を除去して、Ｖ
溝構造が不要な部分、つまり転送部６、出力部５等の上
にのみ保護膜を残す。この保護膜を除去する方法として
は、デバイス構造によって使い分ければ良く、例えば、
酸系水溶液で選択的に除去する方法や物理的に除去する
方法を使えば良い。

【００１５】次に、保護膜を有するＳｉ基板１を、例え
ば８０℃前後に温度を調節したヒドラジン（Ｎ₂Ｈ₂）の
溶液中に浸漬し、保護膜をマスクとしてエッチングを行
う。これにより、受光部２には前記Ｓｉの結晶軸に沿っ
てＶ溝２ａが形状される。このとき、エッチングが結晶
軸（１１１）面が露出した時点で止まるため、Ｖ溝２ａ
の溝底を挟む角度が約６０°となる。なお、エッチング
用の溶液としては、上記ヒドラジンの他に、水酸化カリ
ウム（ＫＯＨ）等の使用が可能である。

【００１６】次に、上述した酸系水溶液で選択的に除去
する方法や物理的に除去する方法を使用して、上記保護
膜の全部を除去する。

【００１７】次に、Ｖ溝２ａが形成された受光部２を有
するＳｉ基板１の上に、酸化シリコン絶縁膜７に内蔵さ
れた状態でポリシリコン電極６ｂ、６ｃを形成し、その
酸化シリコン絶縁膜７の上に遮光メタル８を形成する。

【００１８】次に、上記遮光メタル８が形成されたＳｉ
基板１の上に、カラーフィルター９及びマイクロレンズ
１０を、順次形成する。これにより図３及び図４に示す
固体撮像素子が製造される。

【００１９】尚、本実施例の製造方法においては、ポリ
シリコン電極６ｂ、６ｃを形成する以前にエッチングに
よりＶ溝２ａを形成しているが、ポリシリコン電極６
ｂ、６ｃを形成した後にＶ溝２ａを形成してもよい。但
し、その場合には保護膜でポリシリコン電極６ｂ、６ｃ
も保護する必要がある。

【００２０】以下に、このようにして製造された固体撮
像素子の光電変換に関する動作内容について説明する。
この固体撮像素子は、約６０°のＶ溝２ａを有している
ので、このＶ溝２ａが形成された受光面に光が入射する
と反射を繰り返すこととなる。例えば、図１に示すよう
に、受光面に光（イ）が垂直に入射する場合は、入射光
（イ）が照射されたＶ溝２ａの側面２ｂで入射光（イ）
の３０％程度が電荷に変換され、残り７０％程度は側面
２ｃに向かう反射光（ロ）となる。

【００２１】反射光（ロ）が照射された側面２ｃで反射
光（ロ）の３０％程度が電荷に変換され、残り７０％程
度は側面２ｂに向かう反射光（ハ）となる。ここで、側
面２ｃにおける反射光（ロ）の光電変換ついては、最初
の入射光（イ）の２１％程度が電荷変換されることにな
る。

【００２２】更に、側面２ｂに達した反射光（ハ）は、
側面２ｂでも３０％程度が電荷に変換され、残り７０％
は外部に放射される。ここで、側面２ｂにおける反射光
（ハ）の光電変換ついては、最初の入射光（イ）の１
４．７％が電荷に変換されることになる。

【００２３】この場合には、上述したように多重反射に
よって、受光部２に最初に入射した光の６５．７％程度
が電荷に変換されることになり、従来の構造で変換され
る光の２倍以上の光電変換効率となる。

【００２４】また、図２（ａ）及び（ｂ）に示すよう
に、受光部２に斜めに入射する場合も、同様にして多重
反射が起こり変換効率が向上する。具体的には、図２
（ａ）の場合は、入射光（ニ）が照射された側面２ｂで
入射光（ニ）の３０％程度が電荷に変換され、残り７０
％程度は側面２ｃに向かう反射光（ホ）となる。反射光
（ホ）が照射された側面２ｃで反射光（ニ）の３０％程
度が電荷に変換され、残り７０％程度は側面２ｂに向か
う反射光（ヘ）となる。更に、側面２ｂに達した反射光
（ヘ）は、側面２ｂでも３０％程度が電荷に変換され、
残り７０％は外部に放射される光（ト）となる。

【００２５】一方、図２（ｂ）の場合は、入射光（チ）
が照射された側面２ｃで入射光（チ）の３０％程度が電
荷に変換され、残り７０％程度は側面２ｂに向かう反射
光（リ）となる。反射光（リ）が照射された側面２ｂで
反射光（ニ）の３０％程度が電荷に変換され、残り７０
％程度は外部に放射される光（ヌ）となる。

【００２６】ところで、斜めに入射する光の入射角度に
よって、いろんな場合が想定されるが、少なくとも２回
又は３回の多重反射が想定され、多重反射が２回の場合
は５１％程度、３回の場合は６５．７％程度が電荷に変
換されることになる。

【００２７】上記実施例では受光部２のほぼ全体にわた
りＶ溝２ａを１つ形成しているが、本発明はこれに限ら
ず、多重反射が起こる状態であれば受光部２のほぼ全体
にわたりＶ溝２ａを２つ以上形成してもよく、或は受光
部２の少しの範囲にわたりＶ溝２ａを形成してもよい。

【００２８】また、上記実施例ではＶ溝２ａの溝底を挟
む角度を約６０°となるようにしているが、本発明はこ
れに限らず、２回以上の多重反射が起こる角度であれば
よく、６０°に限定するものではない。

【００２９】更に、上記実施例ではインターライン転送
形に適用しているが、本発明はこれに限らず、フレーム
トランスファ方式の固体撮像素子等にも適用可能であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明による場合
は、受光部において入射光が２回以上の多重反射が起こ
るので、入射光を有効に利用することが可能となり光電
変換効率を向上でき、これにより感度特性の高性能化や
安定化を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例において受光部に垂直に光が入射する
場合を示す正面図。

【図２】本実施例において受光部に斜めに光が入射する
場合を示す正面図。

【図３】本実施例の固体撮像素子を示す正面断面図。

【図４】本実施例の固体像素子を示す平面図。

【符号の説明】

１Ｓｉ基板２受光部２ａＶ溝３垂直レジスタ部４水平レジスタ部５出力部６転送部７酸化シリコン絶縁膜８遮光メタル９カラーフィルター１０マイクロレンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換用の受光部が受光側表面にＶ溝
を有する固体撮像素子。
【請求項２】受光部が少なくとも形成された基板上に
保護膜を形成する工程と、該保護膜の一部を除去して該受光部を露出する工程と、該保護膜から露出した受光部にＶ溝を形成する工程と、を含む固体撮像素子の製造方法。