JP2007234883A - Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and camera - Google Patents
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Abstract
【課題】転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができ、特性を向上させた固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供する。
【解決手段】基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、受光部に蓄積された信号電荷を転送する第1転送チャネル14と、第1転送チャネル14により転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルと、受光部、第1、第2転送チャネルの周囲における基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域17と、第1、第2転送チャネルおよびチャネルストップ領域17上に形成されたゲート絶縁膜18と、ゲート絶縁膜18上に形成された転送電極20とを有し、ゲート絶縁膜18に膜厚差が設けられている。
【選択図】図4
A solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera capable of locally controlling a potential distribution of a substrate region under a transfer electrode and having improved characteristics are provided.
A light receiving unit that is formed on a substrate and generates a signal charge corresponding to the amount of incident light, a first transfer channel that transfers the signal charge accumulated in the light receiving unit, and transfer by the first transfer channel. A second transfer channel for transferring the signal charge to the output unit, and a channel stop region 17 formed on the substrate around the light receiving unit and the first and second transfer channels to prevent the signal charge from flowing in and out The gate insulating film 18 formed on the first and second transfer channels and the channel stop region 17 and the transfer electrode 20 formed on the gate insulating film 18 have a film thickness difference. Is provided.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、特に、CCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラに関する。 The present invention particularly relates to a CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and a camera.
CCD固体撮像装置においては、各画素が微細化の傾向にある。各画素が微細化されると、垂直CCD、チャネルストップ領域も微細化される。垂直CCDの微細化は、垂直CCDの取り扱い電荷量の減少に繋がる。チャネルストップ領域の微細化は、チャネルストップの空乏化に繋がる。チャネルストップ領域が空乏化すると、界面準位から暗電流が発生し、この暗電流が垂直CCDに流れ込むことによるノイズが増加する。 In a CCD solid-state imaging device, each pixel tends to be miniaturized. When each pixel is miniaturized, the vertical CCD and the channel stop region are also miniaturized. The miniaturization of the vertical CCD leads to a reduction in the amount of charge handled by the vertical CCD. Refinement of the channel stop region leads to depletion of the channel stop. When the channel stop region is depleted, a dark current is generated from the interface state, and noise due to the dark current flowing into the vertical CCD increases.
垂直CCDの取り扱い電荷量を増やす技術として、垂直CCDの中央部にのみ局所的に例えばボロンをイオン注入することで、中央部のみ局所的にポテンシャルを浅くし、垂直CCDにおいて平坦なポテンシャルを形成する技術がある。あるいは、垂直CCDの両脇部のみ局所的にn型不純物をイオン注入する技術も知られている(例えば、非特許文献1参照)。しかしながら、活性化のための熱処理により不純物が拡散することから、垂直CCDの幅が狭くなると、垂直CCDの中央部あるいは両脇部のみに局所的に不純物を注入することが困難となる。特にボロンは、熱拡散しやすいため、上記の問題が顕著になる。
As a technique for increasing the amount of charge handled by the vertical CCD, for example, boron is ion-implanted locally only in the central portion of the vertical CCD, so that the potential is locally shallow only in the central portion, and a flat potential is formed in the vertical CCD. There is technology. Alternatively, a technique is also known in which n-type impurities are ion-implanted locally only on both sides of a vertical CCD (see Non-Patent
チャネルストップ領域の空乏化を防止するためには、クロック電圧を負側にする(例えば、−1V/−8.5V)にすることで対応できるが、新たな負電源を用意する必要があり、コストの増加を招いてしまう。 In order to prevent depletion of the channel stop region, it can be dealt with by setting the clock voltage to the negative side (for example, -1V / -8.5V), but it is necessary to prepare a new negative power source, This will increase the cost.
垂直CCDに比べると、水平CCDの寸法は大きいため、水平CCDには取り扱い電荷量の減少といった問題は少ない。しかしながら、垂直CCDから転送された信号電荷が少ない場合に、転送効率が悪いという問題がある。
以上のように、不純物の拡散以外の手法で、基板の電位分布を制御することにより、固体撮像装置の各部の最適化を図ることが望まれている。 As described above, it is desired to optimize each part of the solid-state imaging device by controlling the potential distribution of the substrate by a method other than impurity diffusion.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができ、特性を向上させた固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to locally control the potential distribution of the substrate region under the transfer electrode, and to improve the characteristics of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof. And providing a camera.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルと、前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルと、前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された転送電極とを有し、前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device of the present invention is formed on a substrate and generates a signal charge corresponding to the amount of incident light, and transfers the signal charge accumulated in the light receiving unit. A first transfer channel; a second transfer channel that transfers signal charges transferred by the first transfer channel toward an output unit; and the light receiving unit and the substrate around the first and second transfer channels. A channel stop region formed to prevent inflow and outflow of signal charges, the first and second transfer channels, a gate insulating film formed on the channel stop region, and a transfer electrode formed on the gate insulating film The gate insulating film has a film thickness difference.
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部を基板に形成する工程と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルを前記基板に形成する工程と、前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルを前記基板に形成する工程と、前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域を形成する工程と、前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜上に転送電極を形成する工程とを有し、前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜に膜厚差を設ける。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a light receiving unit that generates a signal charge in an amount corresponding to an incident light amount on a substrate, and the signal accumulated in the light receiving unit Forming a first transfer channel on the substrate for transferring charges; forming a second transfer channel on the substrate for transferring signal charges transferred by the first transfer channel toward an output unit; Forming a channel stop region for preventing inflow and outflow of signal charges on the substrate around the light receiving portion and the first and second transfer channels; and on the first and second transfer channels and the channel stop region. A step of forming a gate insulating film, and a step of forming a transfer electrode on the gate insulating film. In the step of forming the gate insulating film, a film thickness difference is formed between the gate insulating film and the gate insulating film. Provided.
上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、基板に形成され、入射光量に応じた量の信号電荷を生成する受光部と、前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルと、前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルと、前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成された転送電極とを有し、前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている。 In order to achieve the above object, a camera of the present invention is formed on a substrate and generates a signal charge of an amount corresponding to the amount of incident light, and a first transfer of the signal charge accumulated in the light receiving unit. A transfer channel; a second transfer channel that transfers the signal charges transferred by the first transfer channel toward an output unit; and the substrate around the light receiving unit and the first and second transfer channels. A channel stop region that prevents signal charge from flowing in and out, a gate insulating film formed on the first and second transfer channels and the channel stop region, and a transfer electrode formed on the gate insulating film. And a thickness difference is provided in the gate insulating film.
上記の本発明では、ゲート絶縁膜に膜厚差を設けることにより、転送電極下における第1、第2転送チャネルあるいはチャネルストップ領域の電位を制御する。これにより、転送電極下における第1、第2転送チャネルあるいはチャネルストップ領域の電位分布が局所的に制御される。 In the present invention, the potential of the first or second transfer channel or channel stop region under the transfer electrode is controlled by providing the gate insulating film with a film thickness difference. Thereby, the potential distribution of the first or second transfer channel or channel stop region under the transfer electrode is locally controlled.
本発明によれば、転送電極下における基板領域の電位分布を局所的に制御することができる。これにより、特性を向上させた固体撮像装置およびカメラを実現することができる。 According to the present invention, the potential distribution in the substrate region under the transfer electrode can be locally controlled. Thereby, a solid-state imaging device and a camera with improved characteristics can be realized.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のCCD(Charge Coupled Device)型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same components are denoted by the same reference numerals. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to an interline transfer type CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device will be described. However, there is no particular limitation on the transfer method.
(第1実施形態)
図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置1は、撮像部2と、水平転送部3と、出力部4とを有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging apparatus according to the present embodiment. The solid-
撮像部2には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部5と、受光部5の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部7と、受光部5と垂直転送部7との間に配置された読み出しゲート部6とを有する。
The
受光部5は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光(入射光)をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部6は、受光部5に蓄積された信号電荷を垂直転送部7に読み出す。
The
垂直転送部7は、4相のクロック信号φV1,φV2,φV3,φV4によって駆動され、受光部5から読み出された信号電荷を垂直方向(図中、下方向)に転送する。なお、クロック信号としては、4相に限定されるものではない。クロック信号φV1〜φV4は、例えば0Vあるいは−8.5Vである。
The
水平転送部3は、2相のクロック信号φH1,φH2によって駆動され、垂直転送部7から垂直転送された信号電荷を、水平方向(図中、左方向)に転送する。
The
垂直転送部7および水平転送部3は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
The
出力部4は、例えば、フローティングディフュージョンにて構成された電荷−電圧変換部4aを有し、水平転送部3により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して、アナログ画像信号として出力する。
The output unit 4 includes, for example, a charge-
図2は、撮像部2における要部平面図である。
FIG. 2 is a plan view of the main part of the
マトリックス状に配置された受光部5に隣接して、転送方向に伸びる転送チャネル(第1転送チャネル)14が形成されている。転送チャネル14上には、絶縁膜を介在させた状態で、第1転送電極21と第2転送電極22が転送方向に交互に繰り返し並んでいる。第1転送電極21および第2転送電極22を区別する必要がない場合には、単に転送電極20と称する。転送チャネル14と、転送電極20により垂直転送部7が構成される。転送方向に並んだ第1転送電極21および第2転送電極22は、端部が互いに重なるように配置されている。
A transfer channel (first transfer channel) 14 extending in the transfer direction is formed adjacent to the
水平方向における第1転送電極21および第2転送電極22は、互いに接続されている。第1転送電極21は1層目のポリシリコン層により形成され、第2転送電極22は2層目のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、2層構造の転送電極の例について説明するが、単層構造であっても、3層以上の構造であってもよい。
The
第1転送電極21および第2転送電極22に電圧を印加すると、転送チャネル14に電位井戸が形成される。この電位井戸を形成するためのクロック信号φV1,V2,V3,V4が、転送方向に並べられた第1転送電極21および第2転送電極22に対して位相をずらして印加されることで、電位井戸の分布が順次変化し、電位井戸内の電荷が転送方向に沿って転送される。
When a voltage is applied to the
図3は、本実施形態に係る固体撮像装置の1画素の断面図である。図3は、図2のA−A’線における断面図に相当する。 FIG. 3 is a cross-sectional view of one pixel of the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 3 corresponds to a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 2.
例えば、n型のシリコン基板(以下、基板10という)に、p型ウェル11が形成されている。p型ウェル11は、オーバーフローバリアを形成する。
For example, a p-
受光部5は、p型ウェル11に形成されたn型の信号電荷蓄積領域12と、信号電荷蓄積領域12の表層に形成されたp+型の正孔蓄積領域13を有する。正孔蓄積領域13は、信号電荷蓄積領域12の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。
The
受光部5には、信号電荷蓄積領域12、p型ウェル11および基板10により、npn構造が形成されている。このnpn構造は、受光部5に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がp型ウェル11により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板10側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
In the
また、上記の受光部5は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板10に供給される基板電位を高レベル(例えば+12V)にすることにより、p型ウェル11の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域12に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板10に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。
Further, the
垂直転送部7は、信号電荷蓄積領域12と所定間隔を隔ててp型ウェル11に形成されたn型の転送チャネル14と、転送チャネル14上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜18を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極20により構成されている。転送チャネル14の下には、比較的高濃度のp型領域15が形成されている。p型領域15は、転送チャネル14の下に電位障壁を形成する。このため、基板10の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル14へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。
The
読み出しゲート部6は、信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間のp型の読み出しゲート領域16と、読み出しゲート領域16上にゲート絶縁膜18を介して形成された転送電極20により構成されている。読み出しゲート領域16は、n型の信号電荷蓄積領域12と転送チャネル14との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極に正の読み出し電圧(例えば15V)が印加されて、読み出しゲート領域16の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域12から転送チャネル14へと移される。
The read
信号電荷蓄積領域12に対して読み出し側とは反対側には、p型のチャネルストップ領域17が形成されている。チャネルストップ領域17は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。
A p-type
転送電極20上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜23を介して、転送電極20を被覆する遮光膜24が形成されている。遮光膜24は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜24には、受光部5に光を入射させるための開口部が形成されている。
A
遮光膜24上には、例えばBPSG(Boron Phosphorous Silicate glass)からなる第1層間絶縁膜25が形成されている。第1層間絶縁膜25には、下地の表面段差に起因する凹凸が形成されている。第1層間絶縁膜25上には、第1層間絶縁膜25よりも高屈折率材料からなる第2層間絶縁膜26が形成されている。第2層間絶縁膜26は例えば窒化シリコンからなる。第2層間絶縁膜26の表面は、平坦化されている。第1層間絶縁膜25と第2層間絶縁膜26の界面により層内レンズが形成されている。
On the
第2層間絶縁膜26上には、カラーフィルタ30が形成されている。カラーフィルタ30は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ31と、ブルーカラーフィルタ32と、レッドカラーフィルタ33とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ30はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。
A
カラーフィルタ30上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜40が形成されている。平坦化膜40上には、マイクロレンズ50が形成されている。
On the
本実施形態では、転送電極20下のゲート絶縁膜18に膜厚差が設けられていることを特徴とする。図4は、転送電極20とその下のゲート絶縁膜18の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
The present embodiment is characterized in that a difference in film thickness is provided in the
本実施形態では、転送チャネル14上の一部のゲート絶縁膜18の膜厚が、他の部分に比べて薄く形成されている。本例では、転送チャネル14の中央部の部位におけるゲート絶縁膜18の膜厚が、他の領域に比べて薄い。例えば転送チャネル14の中央部の1/3程度の領域が他の領域に比べて薄くなっている。ゲート絶縁膜18の膜厚は、転送チャネル14の電位にもよるが、例えば転送チャネル14の中央部におけるゲート絶縁膜18の膜厚を他の領域に比べて10%〜50%薄くする。
In the present embodiment, a part of the
転送電極20下のゲート絶縁膜18の膜厚が均一な場合には、狭チャネル効果の影響を受けて、E1’のような電位分布になる。すなわち、転送チャネル14の両脇の電位が低くなる(浅くなる)。転送チャネル14の中央部において電位が深いと、取り扱い電荷量が減少する。
When the thickness of the
これに対して、本実施形態では、転送チャネル14の中央部の部位におけるゲート絶縁膜18の膜厚が他の領域に比べて薄くなっていることから、転送チャネル14の中央部の部位の電位は、他の領域に比べて転送電極20の電位の影響をより受ける。その結果、転送チャネル14の中央部の電位のみ局所的に電位が浅くなり、転送チャネル14の電位分布が平坦となる。転送チャネル14の電位分布が平坦となることから、転送チャネル14の取り扱い電荷量を増大させることができる。
On the other hand, in the present embodiment, since the thickness of the
図5は、転送電極20とその下のゲート絶縁膜18の要部断面および電位分布の他の例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of a cross-section of the main part and potential distribution of the
本実施形態では、転送チャネル14上の両脇のゲート絶縁膜18の膜厚が、他の部分に比べて厚く形成されている。ゲート絶縁膜18の膜厚は、転送チャネル14の電位にもよるが、例えば転送チャネル14の両脇におけるゲート絶縁膜18の膜厚を他の領域に比べて10%〜50%厚くする。
In this embodiment, the
転送電極20下のゲート絶縁膜18の膜厚が均一な場合には、狭チャネル効果の影響を受けて、E2’のような電位分布になる。すなわち、転送チャネル14の両脇の電位が低くなる(浅くなる)。転送チャネル14の中央部において電位が深いと、取り扱い電荷量が減少する。
When the thickness of the
これに対して、本実施形態では、転送チャネル14の両脇におけるゲート絶縁膜18の膜厚が他の領域に比べて厚くなっていることから、転送チャネル14の両脇の部位は、他の領域に比べて転送電極20の電位の影響を受けにくい。その結果、転送チャネル14の両脇の電位のみ局所的に電位が深くなり、転送チャネル14の電位分布が平坦となる。転送チャネル14の電位分布が平坦となることから、転送チャネル14の取り扱い電荷量を増大させることができる。
On the other hand, in this embodiment, since the film thickness of the
次に、ゲート絶縁膜18に膜厚差を設ける方法の一例について、図6を参照して説明する。
Next, an example of a method for providing a difference in film thickness in the
図6(a)に示すように、基板10上に、熱酸化法により酸化シリコンからなる第1絶縁膜18aを形成する。
As shown in FIG. 6A, a first
次に、図6(b)に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域における第1絶縁膜18aを除去する。除去する領域は、ゲート絶縁膜18を薄膜化する領域である。
Next, as shown in FIG. 6B, the first insulating
次に、図6(c)に示すように、例えば、熱酸化法あるいはCVD法により、基板10および第1絶縁膜18a上に酸化シリコンからなる第2絶縁膜18bを形成する。これにより、第1絶縁膜18aおよび第2絶縁膜18bからなるゲート絶縁膜18が形成される。
Next, as shown in FIG. 6C, a second
最後に、ゲート絶縁膜18上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極20を形成する。
Finally, the
上記したゲート絶縁膜18の形成方法の利点について説明する。第1絶縁膜18aの開口部の幅をW1(図6(b)参照)とする。第1絶縁膜18aの開口部の幅W1はリソグラフィの解像限界により決まる。これに対して、最終的な薄膜化領域の幅W2(図6(c)参照)は、幅W1よりも第2絶縁膜18bの膜厚の2倍分だけ狭くなる。その結果、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化することが可能となり、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
The advantages of the method for forming the
ゲート絶縁膜18に膜厚差を設ける方法の他の例について、図7を参照して説明する。
Another example of a method of providing a thickness difference in the
図7(a)に示すように、基板10上に、熱酸化法により酸化シリコンからなるゲート絶縁膜18を形成する。
As shown in FIG. 7A, a
次に、図7(b)に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域におけるゲート絶縁膜18を途中の深さまで除去する。このとき、ゲート絶縁膜18の残膜が所望の膜厚となるようにエッチングする。除去する領域は、ゲート絶縁膜18を薄膜化する領域である。
Next, as shown in FIG. 7B, the
最後に、図7(c)に示すように、ゲート絶縁膜18上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極20を形成する。
Finally, as shown in FIG. 7C, the
上記したゲート絶縁膜18の形成方法によれば、リソグラフィの解像限界で定まる微細な領域を薄膜化することができる。その結果、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
According to the method for forming the
ゲート絶縁膜18に膜厚差を設ける方法の他の例について、図8を参照して説明する。本実施形態では、ゲート絶縁膜18が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の3層構造からなる例について説明する。
Another example of a method for providing a difference in film thickness in the
図8(a)に示すように、基板10上に、熱酸化法により酸化シリコンからなる第1絶縁膜18aを形成する。続いて、第1絶縁膜18a上に、CVD法によって窒化シリコンからなる第2絶縁膜18bを形成する。
As shown in FIG. 8A, a first
次に、図8(b)に示すように、レジストマスクを用いたエッチングにより、所望の領域における第2絶縁膜18bを除去する。除去する領域は、ゲート絶縁膜18を薄膜化する領域である。
Next, as shown in FIG. 8B, the second
次に、図8(c)に示すように、例えば、熱酸化法あるいはCVD法により、第1絶縁膜18aおよび第2絶縁膜18b上に酸化シリコンからなる第3絶縁膜18cを形成する。これにより、第1絶縁膜18a、第2絶縁膜18bおよび第3絶縁膜18cからなるゲート絶縁膜18が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, a third
最後に、図8(d)に示すように、ゲート絶縁膜18上であって、薄膜化領域およびその周辺領域上に転送電極20を形成する。
Finally, as shown in FIG. 8D, the
上記したゲート絶縁膜18の形成方法によれば、リソグラフィの解像限界で定まる微細な領域を薄膜化することができる。その結果、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
According to the method for forming the
上記したゲート絶縁膜18の形成方法の利点について説明する。ゲート絶縁膜18としてONO膜(酸化シリコン膜/窒化シリコン膜/酸化シリコン膜の積層膜)を採用する場合においては、この層構成を利用して膜厚差を形成することができるため、製造工程の増加を抑えることができる。
The advantages of the method for forming the
また、第2絶縁膜18bの開口部の幅をW1(図8(b)参照)とする。第2絶縁膜18bの開口部の幅W1はリソグラフィの解像限界により決まる。これに対して、最終的な薄膜化領域の幅W2(図8(c)参照)は、幅W1よりも第2絶縁膜18bの膜厚の2倍分だけ狭くなる。その結果、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化することが可能となり、微細領域の電位を局所的に制御することができる。
The width of the opening of the second
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図9〜図11を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the above-described embodiment will be described with reference to FIGS.
図9(a)に示すように、n型のシリコンからなる基板10に、イオン注入法により、p型ウェル11、n型の信号電荷蓄積領域12、n型の転送チャネル14、p型領域15、p型の読み出しゲート領域16、p型のチャネルストップ領域17を形成する。続いて、基板10上に、図6〜図8に示した方法により膜厚差をもつゲート絶縁膜18を形成する。なお、図面の簡略化のため、図9〜図11では、ゲート絶縁膜18の膜厚差については図解していない。
As shown in FIG. 9A, a p-
次に、図9(b)に示すように、ゲート絶縁膜18上に転送電極20を形成する。転送電極20は、ポリシリコンを堆積した後に、レジストを用いてポリシリコンをエッチングすることにより形成する。転送電極20が2層構造の場合には、1層目と2層目の転送電極間には絶縁膜を形成する。転送電極20を形成した後に、例えばCVD法により転送電極20を被覆する酸化シリコンからなる絶縁膜23を形成する。続いて、転送電極20をマスクとしたイオン注入により、信号電荷蓄積領域12の表層にp型の正孔蓄積領域13を形成する。これにより、基板10に受光部5、読み出しゲート部6および垂直転送部7が形成される。
Next, as shown in FIG. 9B, the
次に、図10(a)に示すように、受光部5の位置に開口部24aをもち、転送電極20を被覆する遮光膜24を形成する。遮光膜24は、例えば基板10上にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。
Next, as shown in FIG. 10A, a
次に、図10(b)に示すように、基板10上に、例えばBPSGを堆積させて、リフロー処理を行うことにより第1層間絶縁膜25を形成する。続いて、第1層間絶縁膜25上に、プラズマCVD法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することにより第2層間絶縁膜26を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 10B, for example, BPSG is deposited on the
次に、図11(a)に示すように、第2層間絶縁膜26上にカラーフィルタ30を形成する。カラーフィルタ30は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えば第2層間絶縁膜26上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ31のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ32およびレッドカラーフィルタ33を形成する。なお、カラーフィルタ30の形成順序に限定はない。
Next, as shown in FIG. 11A, the
次に、図11(b)に示すように、カラーフィルタ30の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ30上に透明な平坦化膜40を形成する。平坦化膜40としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。
Next, as shown in FIG. 11B, a
最後に、平坦化膜40上に、マイクロレンズ50を形成することにより、固体撮像装置1が完成する。
Finally, the solid-
上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。 The solid-state imaging device is used for a camera such as a video camera, a digital still camera, or an electronic endoscope camera, for example.
図12は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。 FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a camera in which the above-described solid-state imaging device is used.
カメラ100は、上記した固体撮像装置1と、光学系102と、駆動回路103と、信号処理回路104とを有する。
The
光学系102は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置1の各受光部5において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部5の信号電荷蓄積領域12において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。
The
駆動回路103は、上述した4相のクロック信号φV1,φV2,φV3,φV4および2相のクロック信号φH1,φH2などの各種のタイミング信号を固体撮像装置1に与える。これにより、固体撮像装置1の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置1の出力部4からアナログ画像信号が出力される。
The
信号処理回路104は、固体撮像装置1から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去を行ったり、ディジタル信号に変換するといった各種の信号処理を行う。信号処理回路104による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。
The
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について説明する。 Next, the solid-state imaging device according to the present embodiment, the manufacturing method thereof, and the effects of the camera will be described.
本実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル14上のゲート絶縁膜に膜厚差を設けることにより、転送チャネル14の電位を平坦にしている。この結果、転送チャネル14の取り扱い電荷量を増大させることができる。取り扱い電荷量を向上させた固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
In the solid-state imaging device according to this embodiment, the potential of the
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化したゲート絶縁膜18を形成することができる。この結果、不純物を導入して基板電位を制御するのに比べて、微細な画素に適用することができる。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the
(第2実施形態)
図13は、第2実施形態に係る固体撮像装置において、転送電極20とその下のゲート絶縁膜18の要部断面および電位分布の一例を示す図である。
(Second Embodiment)
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a cross-section of a main part and a potential distribution of the
本実施形態では、チャネルストップ領域17上のゲート絶縁膜18の膜厚が、他の部分に比べて薄く形成されている。ゲート絶縁膜18の膜厚は、転送チャネル14の電位にもよるが、例えばチャネルストップ領域17におけるゲート絶縁膜18の膜厚を他の領域に比べて10%〜50%薄くする。ゲート絶縁膜18に膜厚差を設ける方法については、図6〜図8を参照して説明した通りである。
In the present embodiment, the thickness of the
チャネルストップ領域17上のゲート絶縁膜18の膜厚が厚い場合には、E3’のような電位分布になる。すなわち、チャネルストップ領域17の微細化の影響を受けて、チャネルストップ領域17が空乏化する。チャネルストップ領域17が空乏化すると、暗電流が発生し、それが転送チャネル14に流れ込むことによるノイズが発生する。
When the
これに対して、本実施形態では、チャネルストップ領域17上のゲート絶縁膜18の膜厚が他の領域に比べて薄くなっていることから、チャネルストップ領域17の電位は、他の領域に比べて転送電極20の電位の影響をより受ける。その結果、チャネルストップ領域17の電位のみ局所的に電位が浅くなり、チャネルストップ領域17を0Vに近づけることができる(図中、電位分布E3参照)。従って、チャネルストップ領域17を0Vに近づけることにより、チャネルストップ領域17の空乏化を抑制できることから、暗電流の発生を抑制することができる。
On the other hand, in this embodiment, since the film thickness of the
以上のように、第2実施形態に係る固体撮像装置では、転送チャネル14上に比べて、チャネルストップ領域17上のゲート絶縁膜を薄膜化することにより、チャネルストップ領域17の空乏化を抑制している。この結果、クロック電圧を変更することなく、暗電流の発生を抑制することができる。暗電流を抑制した固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the second embodiment, depletion of the
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、リソグラフィの解像限界よりも微細な領域を薄膜化したゲート絶縁膜18を形成することができる。この結果、不純物を導入して基板電位を制御するのに比べて、微細な画素に適用することができる。
In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the
(第3実施形態)
図14は、第3実施形態に係る固体撮像装置を説明するための図であり、(a)は水平転送部の要部平面図、(b)は水平転送部の要部断面および電位分布の一例を示す図である。図14(b)は、図14(a)のB−B’線に沿った断面に相当する。
(Third embodiment)
14A and 14B are diagrams for explaining the solid-state imaging device according to the third embodiment. FIG. 14A is a plan view of the main part of the horizontal transfer unit, and FIG. 14B is a cross-sectional view of the main part of the horizontal transfer unit and the potential distribution. It is a figure which shows an example. FIG. 14B corresponds to a cross section taken along line BB ′ in FIG.
図14(a)に示すように、水平転送部3の転送チャネル(第2転送チャネル)70が水平方向に伸びている。転送チャネル70の一端は、出力部4に接続されている。転送チャネル70は、転送チャネル14と同時形成しても別々に形成してもよい。図14(a)には図示はしないが、転送チャネル70上には、ゲート絶縁膜71を介して複数の転送電極72が形成されている。ゲート絶縁膜71は、ゲート絶縁膜18と同時形成しても別々に形成してもよい。転送電極72は、転送電極20と同時形成しても別々に形成してもよい。
As shown in FIG. 14A, the transfer channel (second transfer channel) 70 of the
本実施形態では、転送チャネル70上のゲート絶縁膜71に膜厚差が設けられている。例えば、転送チャネル70中の一部の領域70aにおいて、ゲート絶縁膜71を厚膜化している。ゲート絶縁膜71に膜厚差を設ける方法については、図6〜図8を参照して説明した通りである。
In this embodiment, the gate insulating film 71 on the
本実施形態では、水平転送部3の転送チャネル70上の一部の領域70aのゲート絶縁膜71の膜厚が他の領域に比べて厚くなっていることから、領域70aの電位は、他の転送チャネル70の領域に比べて転送電極72の電位の影響を受けにくくなる。その結果、領域70aのみ局所的に電位が深くなる(図中、電位分布E4参照)。従って、部分的に電位の深い領域70aを形成することにより、転送電荷が少ない場合にはこの領域70aに電荷が集まる。この結果、電荷の反発効果により転送効率を向上することができる。
In the present embodiment, since the gate insulating film 71 in a part of the
水平転送部3は、垂直転送部7に比べて大きい。このため、不純物を選択的に注入することによっても同様の電位分布の形成は可能である。しかし、ゲート絶縁膜18に膜厚差を設けて所望の電位分布を得ることにより、不純物散乱起因の電荷の移動度の低下を抑制することができる。
The
以上のように、第3実施形態に係る固体撮像装置では、水平転送部3において、転送チャネル70の一部の領域70a上のゲート絶縁膜71を厚膜化することにより、部分的に電位の深い領域70aを形成している。この結果、特に電荷が少ない場合における転送効率を向上させることができる。転送効率を向上させた固体撮像装置を用いることにより、カメラの特性を向上させることができる。
As described above, in the solid-state imaging device according to the third embodiment, in the
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、ゲート絶縁膜18に膜厚差を設けることに加えて、不純物を注入することにより、基板の電位を制御してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
The present invention is not limited to the description of the above embodiment.
The present invention can be applied to a solid-state imaging device of a frame transfer system or a frame interline transfer system in addition to the interline transfer system. In addition to providing the
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1…固体撮像装置、2…撮像部、3…水平転送部、4…出力部、4a…電荷―電圧変換部、5…受光部、6…読み出しゲート部、7…垂直転送部、10…基板、11…p型ウェル、12…信号電荷蓄積領域、13…正孔蓄積領域、14…転送チャネル、15…p型領域、16…読み出しゲート領域、17…チャネルストップ領域、18…ゲート絶縁膜、18a…第1絶縁膜、18b…第2絶縁膜、18c…第3絶縁膜、20…転送電極、21…第1転送電極、22…第2転送電極、23…絶縁膜、24…遮光膜、24a…開口部、25…第1層間絶縁膜、26…第2層間絶縁膜、30…カラーフィルタ、31…グリーンカラーフィルタ、32…ブルーカラーフィルタ、33…レッドカラーフィルタ、40…平坦化膜、50…マイクロレンズ、60…透明保護膜、70…転送チャネル、71…ゲート絶縁膜、72…転送電極、100…カメラ、102…光学系、103…駆動回路、104…信号処理回路
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルと、
前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルと、
前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、
前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された転送電極と
を有し、
前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている
固体撮像装置。 A light receiving portion that is formed on the substrate and generates an amount of signal charge corresponding to the amount of incident light;
A first transfer channel for transferring the signal charge accumulated in the light receiving unit;
A second transfer channel for transferring the signal charge transferred by the first transfer channel toward the output unit;
A channel stop region formed on the substrate around the light receiving portion and the first and second transfer channels to prevent inflow and outflow of signal charges;
A gate insulating film formed on the first and second transfer channels and the channel stop region;
A transfer electrode formed on the gate insulating film,
A solid-state imaging device in which a thickness difference is provided in the gate insulating film.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a part of the gate insulating film on the first transfer channel is thinner than another region.
請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein a film thickness of the gate insulating film at a central portion of the first transfer channel is thinner than other regions.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a film thickness of the gate insulating film on the channel stop region is thinner than other regions.
請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a part of the gate insulating film on the second transfer channel is thicker than other regions.
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルを前記基板に形成する工程と、
前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルを前記基板に形成する工程と、
前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域を形成する工程と、
前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に、ゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に転送電極を形成する工程と
を有し、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程において、前記ゲート絶縁膜に膜厚差を設ける
固体撮像装置の製造方法。 Forming a light receiving portion on the substrate for generating an amount of signal charge corresponding to the amount of incident light;
Forming a first transfer channel in the substrate for transferring the signal charge accumulated in the light receiving portion;
Forming a second transfer channel on the substrate for transferring the signal charges transferred by the first transfer channel toward an output unit;
Forming a channel stop region for preventing inflow and outflow of signal charges on the substrate around the light receiving portion and the first and second transfer channels;
Forming a gate insulating film on the first and second transfer channels and the channel stop region;
Forming a transfer electrode on the gate insulating film,
In the step of forming the gate insulating film, a thickness difference is provided in the gate insulating film.
前記受光部に蓄積された前記信号電荷を転送する第1転送チャネルと、
前記第1転送チャネルにより転送された信号電荷を、出力部へ向けて転送する第2転送チャネルと、
前記受光部、前記第1、第2転送チャネルの周囲における前記基板に形成され、信号電荷の流出入を防止するチャネルストップ領域と、
前記第1、第2転送チャネルおよび前記チャネルストップ領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成された転送電極と
を有し、
前記ゲート絶縁膜に膜厚差が設けられている
カメラ。
A light receiving portion that is formed on the substrate and generates an amount of signal charge corresponding to the amount of incident light;
A first transfer channel for transferring the signal charge accumulated in the light receiving unit;
A second transfer channel for transferring the signal charge transferred by the first transfer channel toward the output unit;
A channel stop region formed on the substrate around the light receiving portion and the first and second transfer channels to prevent inflow and outflow of signal charges;
A gate insulating film formed on the first and second transfer channels and the channel stop region;
A transfer electrode formed on the gate insulating film,
A camera in which a film thickness difference is provided in the gate insulating film.
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|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102263130A (en) * | 2011-06-16 | 2011-11-30 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | CCD Cell Structure for Reducing CCD Dark Current |
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-
2006
- 2006-03-01 JP JP2006055142A patent/JP2007234883A/en active Pending
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