JPH07335850A

JPH07335850A - 固体撮像素子

Info

Publication number: JPH07335850A
Application number: JP6122155A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Nishioka; 康隆西岡; Tadashi Shiraishi; 匡白石
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-06-03
Filing date: 1994-06-03
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】固体撮像素子フレアを防ぐ。【構成】光学部の非受光領域３０の上面のみに遮光膜
２８を被覆し、さらに透光性の保護膜３１を形成する。
保護膜３１の受光領域２９の全部を開孔し、あるいは保
護膜３１の受光領域２９と非受光領域３０との間に光遮
断溝を形成する。【効果】遮光膜２８から受光領域２９へ向かう光を保
護膜３１の孔壁面３３にて全反射させ、光の進入を防
ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換部と信号読出
回路を兼ね備えたＣＣＤ等の固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来例の固体撮像素子（ＣＣ
Ｄ）を示す断面模式図である。かかる従来例の固体撮像
素子は、光電変換部と信号読出回路を兼ね備えたもの
で、図１１の如く、シリコン等からなる半導体基板１の
中（上層部）に、光電変換部２（フォトダイオード）
と、転送部３と、分離部４と、光電変換部２より転送部
３への信号を読み出す読出チャネル部５とが形成されて
いる。また、半導体基板１の上面のうち転送部３の直上
域には、層間絶縁膜６を介して転送ゲート電極７が形成
され、転送ゲート電極７およびその周辺部の上面には、
層間絶縁膜６を介して遮光膜８が形成される。ここで、
遮光膜８は、光電変換部２の直上域で開孔されており、
かかる開孔部分が受光領域９とされる。図１１中の１１
は保護膜（パッシベーション膜）である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、遮光膜８は通
常アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜が用いられる。これ
は転送部３への光の入射を防ぐために必要なものである
が、この遮光膜８に当たった光Ｌ０は、図１２に示すよ
うに反射されるため、保護膜１１の膜中で多重反射を繰
り返し、一部が光電変換部２へ入射するとい不具合が生
じていた。このため、固体撮像素子の性能として重要な
解像度の劣化や、高輝度の被写体を撮像する場合に、フ
レアと呼ばれる像の輪郭ぼけが生じていた。

【０００４】本発明は、上記課題に鑑み、いわゆるフレ
アを防止し得る固体撮像素子等の固体撮像素子を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、受光領域および該受光領域に隣接され
た非受光領域を有する光学部と、該光学部の前記非受光
領域の上面のみを被覆する遮光膜と、少なくとも前記遮
光膜の上面を被覆する透光性の保護膜とを備え、前記保
護膜の前記受光領域と前記非受光領域との間に、該保護
膜内の光が前記受光領域側へ進入するのを防止する光進
入防止手段が設けられる。

【０００６】本発明の請求項２に係る課題解決手段は、
前記保護膜は前記受光領域において開孔され、前記光進
入防止手段は、所定の反射特性を有せしめられた前記保
護膜の開孔領域の孔壁面を含む。

【０００７】本発明の請求項３に係る課題解決手段は、
前記光進入防止手段は、前記保護膜の前記受光領域と前
記非受光領域とに分断する光遮断溝を含む。

【０００８】本発明の請求項４に係る課題解決手段は、
前記保護膜の開孔領域に、透光性でかつ屈折率が前記保
護膜より小さい低屈折率体が埋め込まれる。

【０００９】本発明の請求項５に係る課題解決手段は、
光遮断溝に、透光性でかつ屈折率が前記保護膜より小さ
い低屈折率体が埋め込まれる。

【００１０】本発明の請求項６に係る課題解決手段は、
光遮断溝に、遮光性材料からなる遮光体が埋め込まれ
る。

【００１１】

【作用】本発明請求項１に係る固体撮像素子において、
上方から照射された光のうち一部は、遮光膜に当たらず
光学部の受光領域に入射される。一方、光学部の非受光
領域に向かう他の光は、保護膜を通過した後に遮光膜に
当たって反射し、保護膜中で多重反射を繰り返す。そし
て、このうちの一部は受光領域側へ向かおうとする。こ
のとき、保護膜の受光領域と非受光領域との間に光進入
防止手段を設けているので、保護膜中で多重反射した光
が受光領域側へ進入するのを防止できる。したがって、
フレアと呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素
子の性能として重要な解像度を向上させることができ
る。

【００１２】本発明請求項２に係る固体撮像素子におい
て、保護膜中で受光領域側へ向かおうとする光は、保護
膜の開孔領域の孔壁面に当たる。このとき、孔壁面に所
定の反射特性を有せしめているので、光は所定の反射特
性にしたがって反射し、再び保護膜の内部での多重反射
が繰り返される。このように、保護膜中で多重反射した
光が受光領域側へ進入するのを防止でき、故にフレアと
呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素子の性能
として重要な解像度を向上させることができる。

【００１３】本発明請求項３に係る固体撮像素子におい
て、保護膜中で受光領域側へ向かおうとする光は、光遮
断溝によって遮断される。このように、保護膜中で多重
反射した光が受光領域側へ進入するのを防止でき、故に
フレアと呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素
子の性能として重要な解像度を向上させることができ
る。

【００１４】本発明請求項４に係る固体撮像素子では、
請求項２のように、保護膜内の光が受光領域側へ進入す
るのを開孔領域の孔壁面にて防止することが可能である
と同時に、保護膜の開孔領域を低屈折率体で埋め込みそ
の上面を周囲の保護膜の上面に揃えることで、固体撮像
素子表面の平坦性を確保できる。

【００１５】本発明請求項５に係る固体撮像素子におい
て、保護膜から受光領域側へ向かおうとする光は光遮断
溝に埋め込まれた低屈折率体との境界面に当たる。この
とき、低屈折率体の屈折率を保護膜の屈折率より小さく
設定しているので、当該境界の臨界角は小さくなり、故
に保護膜内の光の多くは全反射し、再び保護膜の内部で
の多重反射が繰り返される。このように、保護膜中で多
重反射した光が受光領域側へ進入するのを防止でき、故
にフレアと呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像
素子の性能として重要な解像度を向上させることができ
る。同時に、保護膜の開孔領域を低屈折率体で埋め込み
その上面を周囲の保護膜の上面に揃えることで、固体撮
像素子表面の平坦性を確保できる。

【００１６】本発明請求項６に係る固体撮像素子におい
て、保護膜から受光領域側へ向かおうとする光は光遮断
溝に埋め込まれた遮光体に当たり、受光領域側への進入
を阻止される。したがって、フレアと呼ばれる像の輪郭
ぼけを防止でき、固体撮像素子の性能として重要な解像
度を向上させることができる。同時に、保護膜の開孔領
域を遮光体で埋め込みその上面を周囲の保護膜の上面に
揃えることで、固体撮像素子表面の平坦性を確保でき
る。

【００１７】

【実施例】

｛第１の実施例｝＜構成＞図１は本発明の第１の実施例の固体撮像素子
（ＣＣＤ）を示す断面模式図である。該固体撮像素子
は、光電変換部と信号読出回路を兼ね備えたもので、図
１の如く、シリコン等からなる半導体基板２１の中（上
層部）に、光電変換部２２（フォトダイオード）と、転
送部２３と、分離部２４と、光電変換部２２より転送部
２３への信号を読み出す読出チャネル部２５とが形成さ
れている。また、半導体基板２１の上面のうち転送部２
３の直上域には、層間絶縁膜２６を介して転送ゲート電
極２７が形成され、転送ゲート電極２７およびその周辺
部（非受光領域３０）の上面には、層間絶縁膜２６を介
して遮光膜２８が形成され、さらに遮光膜２８の上面に
は保護膜３１が形成される。なお、前記半導体基板２
１、光電変換部２２、転送部２３、分離部２４、読出チ
ャネル部２５、層間絶縁膜２６および転送ゲート電極２
７から、撮像機能を有する光学部が構成される。

【００１８】そして、前記遮光膜２８および保護膜３１
は、光電変換部２２の直上域にて開孔されており、かか
る開孔部分で前記層間絶縁膜２６が露出されることで該
開孔部分が受光領域２９とされる。該受光領域２９の端
部、すなわち遮光膜２８の孔壁面３２と保護膜３１の孔
壁面３３は互いに同一面となるようほぼ合致して形成さ
れている。ここで、前記保護膜３１の孔壁面３３は、保
護膜３１内の光についての臨界角を小にして反射率を高
め得るよう略平滑に形成されており、光の界面反射を利
用することで前記保護膜３１内の光が前記受光領域２９
側へ進入するのを防止する光進入防止手段として機能す
る。

【００１９】＜製造方法＞上記構成の固体撮像素子の製
造方法を説明する。ただし、半導体基板２１、光電変換
部２２、転送部２３、分離部２４、読出チャネル部２５
および層間絶縁膜２６の形成工程は従来例と変わってな
いため、層間絶縁膜２６の形成工程以後のみを説明す
る。

【００２０】まず、図２の如く、ＳｉＯ₂等からなる層
間絶縁膜２６の上面全領域にポリシリコン等の半導体層
をＣＶＤ法等にて堆積させた後、転送部２３の直上部を
残してエッチング除去し、図３の如く、転送ゲート電極
２７を形成する。次に、図４の如く、転送ゲート電極２
７の上面および端部をＳｉＯ₂等を用いて層間絶縁膜２
６で覆った後、図５の如く、層間絶縁膜２６の上面全領
域にアルミニウム、タングステンシリサイドまたはメタ
ルタングステン等を用いて遮光膜２８を形成し、さらに
図６のようにＳｉＯ₂またはＳｉＮ等を用いて保護膜３
１を形成する。しかる後、光電変換部２２の直上領域に
ついて、遮光膜２８および保護膜３１をエッチング除去
して開孔し、層間絶縁膜２６を上方に露出させて受光領
域２９を形成して、図１に示した固体撮像素子が完成す
る。

【００２１】＜動作＞上記構成の固体撮像素子の動作を
説明する。図７の如く、まず、固体撮像素子の受光領域
２９に照射された光Ｌ１は、層間絶縁膜２６を通じて下
方の光電変換部２２に侵入する。そして、光電変換部２
２で光電変換されて電荷が発生し、ここで蓄積される。
しかる後、転送ゲート電極２７へ電圧が印加されると、
蓄積された電荷が読出チャネル部２５および転送部２３
に伝達され、その後、転送部２３にて外部へ転送され
る。

【００２２】一方、固体撮像素子の非受光領域３０（す
なわち、受光領域２９以外の領域）に照射された光Ｌ２
は、保護膜３１を一旦通過した後に遮光膜２８に当たっ
て反射する。ここで、反射した光は保護膜３１の膜中で
多重反射を繰り返し、一部が受光領域２９側へ向かう。
受光領域２９は開孔されているため、受光領域２９側へ
向かう光は保護膜３１の孔壁面３３に当たる。ここで、
保護膜３１の材料として用いたＳｉＯ₂やＳｉＮの屈折
率は１．４程度であり、外部空間（空気）の屈折率より
も大きい。このため、ＳｉＯ₂と外部空間との界面（孔
壁面３３）の臨界角は小となり、ＳｉＯ₂から外部空間
に向かって進む光は反射されやすくなって、光は孔壁面
３３にてほぼ全反射する。孔壁面３３で反射された光は
再び保護膜３１の内部での多重反射が繰り返される。こ
のように、非受光領域３０へ照射された光が受光領域２
９へ侵入するのを防止でき、したがって、フレアと呼ば
れる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素子の性能とし
て重要な解像度を向上させることができる。

【００２３】｛第２の実施例｝＜構成＞図８は本発明の第２の実施例の固体撮像素子を
示す断面模式図である。なお、第１の実施例と同様の機
能を有する部分・要素については同一符号を付してい
る。本実施例の固体撮像素子は、図８の如く、非受光領
域３０だけでなく受光領域２９にも保護膜３１ａ，３１
ｂが形成されている。該保護膜３１ａ，３１ｂはＳｉＯ
₂等からなる層間絶縁膜２６と同一材料を用いて形成さ
れ、特に受光領域２９内において光反射による減衰を防
止するため、層間絶縁膜２６および受光領域２９の保護
膜（受光域保護膜）３１ｂは図８のように一体的に形成
されている。

【００２４】そして、保護膜３１ａ，３１ｂの非受光領
域３０の端部（すなわち受光領域２９との境界部分付
近）に、光遮断溝４１が形成されている。該光遮断溝４
１は受光領域２９の全周囲にわたって形成（開孔）され
ており、その深さは前記遮光膜２８が上面に露出するま
での深さに設定されている。これにより、受光域保護膜
３１ｂと非受光領域３０の保護膜（非受光域保護膜）３
１ａは、前記光遮断溝４１の溝幅だけ離間して形成され
る。該光遮断溝４１の溝幅としては、特に制限はない
が、０．５μｍ乃至１．０μｍ程度で十分である。ま
た、光遮断溝４１の形成位置としては、図８では光遮断
溝４１の受光領域２９側の孔壁面３３ｂが遮光膜２８の
孔壁面（開孔端面）３２に近接する方が望ましいが、特
に制限を受けるものではなく、受光領域２９内に入り込
んでもよいし、０．３μｍ乃至０．５μｍ程度外側でも
実用上問題とならない。

【００２５】上記構成の固体撮像素子の製造時には、遮
光膜２８を全面に形成し、さらに保護膜３１を全面に形
成する工程（図６参照）までは第１の実施例と同様の手
順にて製造される。その後、保護膜３１の非受光領域３
０の端部（すなわち受光領域２９との境界部分付近）を
所定の幅だけ、かつ遮光膜２８が上面に露出するまでの
深さでエッチング除去して光遮断溝４１を形成する。こ
れにより、保護膜３１は、受光域保護膜３１ｂと非受光
域保護膜３１ａとに離間して分断される。

【００２６】本実施例によっても、非受光領域３０内の
非受光域保護膜３１ａの膜中で受光領域２９側へ向かう
光は非受光域保護膜３１ａの孔壁面３３ａに当たる。こ
こで、非受光域保護膜３１ａの材料として用いたＳｉＯ
₂等の屈折率は１．４程度であり、光遮断溝４１内の空
気の屈折率よりも大きい。このため、ＳｉＯ₂と光遮断
溝４１内の空気との界面（孔壁面３３ａ）の臨界角は小
となり、ＳｉＯ₂から光遮断溝４１内の空気に向かって
進む光は反射されやすくなって、光は孔壁面３３ａにて
ほぼ全反射する。孔壁面３３ａで反射された光は再び非
受光領域３０内の非受光域保護膜３１ａの内部での多重
反射が繰り返される。このように、非受光領域３０へ照
射された光が受光領域２９へ侵入するのを防止でき、し
たがって、フレアと呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、
固体撮像素子の性能として重要な解像度を向上させるこ
とができる。

【００２７】｛第３の実施例｝＜構成＞図９は本発明の第３の実施例の固体撮像素子を
示す断面模式図である。なお、第１の実施例と同様の機
能を有する部分・要素については同一符号を付してい
る。本実施例の固体撮像素子は、図１に示した第１の実
施例と同様の構成のものの受光領域２９に、さらに、図
９の如く、透光性の受光域保護膜４３（低屈折率体）を
埋め込んで形成したものである。該受光域保護膜４３の
屈折率は、周囲の非受光域保護膜３１の屈折率に比べて
小さく設定されている。具体的な材料としては、周囲の
非受光域保護膜３１としてＳｉ₃Ｎ₄等のシリコン窒化膜
であれば、受光域保護膜４３としてはＳｉＯ₂が有効で
ある。これにより、受光域保護膜４３と周囲の非受光域
保護膜３１との界面の臨界角を小にでき、第１の実施例
と同様の効果を奏し得る。また、本実施例において、受
光域保護膜４３と周囲の非受光域保護膜３１の上面をほ
ぼ同一面に揃えると、固体撮像素子表面の平坦性を向上
させ得る。このことから、固体撮像素子の表面にさらに
他の層を積層してカラーフィルター等を形成する場合に
も有利である。

【００２８】｛第４の実施例｝＜構成＞図１０は本発明の第４の実施例の固体撮像素子
を示す断面模式図である。なお、第１の実施例乃至第３
の実施例と同様の機能を有する部分・要素については同
一符号を付している。第３の実施例では、受光領域２９
のほぼ全領域を受光域保護膜４３にて埋め込んでいた
が、周囲の非受光域保護膜３１，３１ａ中の光を遮断す
るためだけであれば、受光領域２９を受光域保護膜４３
にて完全に埋め込む必要はなく、図１０の如く、少なく
とも周囲の非受光域保護膜３１ａと受光領域２９との境
界付近を全て覆うように形成されていれば、どのような
形状でも有効であることは明かである。すなわち、図８
に示した第２の実施例の構造のものの光遮断溝４１内
に、周囲の非受光域保護膜３１ａの屈折率より小さい屈
折率を有する受光域保護膜４３（低屈折率体）を埋め込
んだ構造とされている。かかる構成により、本実施例の
固体撮像素子は第１の実施例乃至第３の実施例と同様の
効果を奏し得る。

【００２９】｛変形例｝（１）図１に示した第１の実施例における孔壁面３３
に、アルミニウム等の金属製の反射膜を形成し、さらに
反射率を高める構成としてもよい。

【００３０】（２）図１０に示すように、第４の実施例
における受光域保護膜４３（低屈折率体）に代えて、顔
料等が混入された遮光性材料からなる遮光体を埋め込ん
でもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明請求項１によると、保護膜の受光
領域と非受光領域との間に光進入防止手段を設けている
ので、保護膜内の光の受光領域側への進入を、光進入防
止手段にて防止することができ、フレアと呼ばれる像の
輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素子の性能として重要な
解像度を向上させることができるという効果がある。

【００３２】本発明請求項２によると、孔壁面に所定の
反射特性を有せしめているので、保護膜中で受光領域側
へ向かおうとする光を所定の反射特性にしたがって保護
膜の内部へ反射させることができる。すなわち、保護膜
内の光が受光領域側へ進入するのを防止でき、故にフレ
アと呼ばれる像の輪郭ぼけを防止でき、固体撮像素子の
性能として重要な解像度を向上させることができるとい
う効果がある。

【００３３】本発明請求項３によると、保護膜中で受光
領域側へ向かおうとする光を、光遮断溝によって遮断す
ることができ、故にフレアと呼ばれる像の輪郭ぼけを防
止でき、固体撮像素子の性能として重要な解像度を向上
させることができるという効果がある。

【００３４】本発明請求項４によると、保護膜の開孔領
域に低屈折率体を埋め込んでいるので、請求項２のよう
に、保護膜内の光が受光領域側へ進入するのを開孔領域
の孔壁面にて防止することが可能であると同時に、低屈
折率体の上面を周囲の保護膜の上面に揃えることで、固
体撮像素子表面の平坦性を確保できる。このことから、
固体撮像素子の表面にさらにカラーフィルター等を積層
する場合に積層工程が容易になるという効果がある。

【００３５】本発明請求項５によると、光遮断溝に低屈
折率体を埋め込んでいるので、保護膜内の光が受光領域
側へ進入するのを光遮断溝および低屈折率体にて防止す
ることが可能であると同時に、保護膜の低屈折率体の上
面を周囲の保護膜の上面に揃えることで、固体撮像素子
表面の平坦性を確保できる。このことから、固体撮像素
子の表面にさらにカラーフィルター等を積層する場合に
積層工程が容易になるという効果がある。

【００３６】本発明請求項６によると、光遮断溝に遮光
体を埋め込んでいるので、保護膜内の光が受光領域側へ
進入するのを光遮断溝および遮光体にて防止することが
可能であると同時に、保護膜の遮光体の上面を周囲の保
護膜の上面に揃えることで、固体撮像素子表面の平坦性
を確保できる。このことから、固体撮像素子の表面にさ
らにカラーフィルター等を積層する場合に積層工程が容
易になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像素子を示す
断面模式図である。

【図２】本発明の第１の実施例の固体撮像素子の製造
工程を示す断面模式図である。

【図３】本発明の第１の実施例の固体撮像素子の製造
工程を示す断面模式図である。

【図４】本発明の第１の実施例の固体撮像素子の製造
工程を示す断面模式図である。

【図５】本発明の第１の実施例の固体撮像素子の製造
工程を示す断面模式図である。

【図６】本発明の第１の実施例において非受光領域へ
光が照射された状態を示す固体撮像素子の断面模式図で
ある。

【図７】本発明の第１の実施例において非受光領域へ
光が照射された状態を示す固体撮像素子の断面模式図で
ある。

【図８】本発明の第２の実施例の固体撮像素子を示す
断面模式図である。

【図９】本発明の第３の実施例の固体撮像素子を示す
断面模式図である。

【図１０】本発明の第４の実施例の固体撮像素子を示
す断面模式図である。

【図１１】従来例の固体撮像素子を示す断面模式図で
ある。

【図１２】従来例において非受光領域へ光が照射され
た状態を示す固体撮像素子の断面模式図である。

【符号の説明】

２１半導体基板、２２光電変換部、２３転送部、
２４分離部、２５読出チャネル部、２６層間絶縁
膜、２７転送ゲート電極、２８遮光膜、２９受光
領域、３０非受光領域、３１保護膜、３１ａ非受
光域保護膜、３１ｂ受光域保護膜、３２，３３，３３
ａ，３３ｂ孔壁面、４１光遮断溝、４３受光域保
護膜、Ｌ１，Ｌ２光。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】受光領域および該受光領域に隣接された
非受光領域を有する光学部と、該光学部の前記非受光領域の上面のみを被覆する遮光膜
と、少なくとも前記遮光膜の上面を被覆する透光性の保護膜
とを備え、前記保護膜の前記受光領域と前記非受光領域との間に、
該保護膜内の光が前記受光領域側へ進入するのを防止す
る光進入防止手段が設けられることを特徴とする固体撮
像素子。
【請求項２】前記保護膜は前記受光領域において開孔
され、前記光進入防止手段は、所定の反射特性を有せしめられ
た前記保護膜の開孔領域の孔壁面を含む、請求項１記載
の固体撮像素子。
【請求項３】前記光進入防止手段は、前記保護膜の前
記受光領域と前記非受光領域とに分断する光遮断溝を含
む、請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】前記保護膜の開孔領域に、透光性でかつ
屈折率が前記保護膜より小さい低屈折率体が埋め込まれ
る、請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項５】光遮断溝に、透光性でかつ屈折率が前記
保護膜より小さい低屈折率体が埋め込まれる、請求項３
記載の固体撮像素子。
【請求項６】光遮断溝に、遮光性材料からなる遮光体
が埋め込まれる、請求項３記載の固体撮像素子。