(57)【要約】【課題】  画素開口部サイズを縮小することなくスミアの発生を抑制することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】  受光部２、読み出しゲート３、垂直電荷転送部４、水平電荷転送部、チャネルストップ領域５が形成されたシリコン基板１と、垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成された転送電極６と、転送電極の上層にＳｉＯ２層７を介して形成された受光部領域に開口部８が設けられた遮光膜９を備えるＣＣＤ固体撮像素子において、シリコン基板に垂直電荷転送部と並設する溝部１０を垂直電荷転送部の両側に形成すると共に、溝部領域の全領域を遮光膜で覆う。【選択図】    図１
2006108222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部と、
該受光部に併設し、受光部から電荷が転送される電荷転送部と、
前記受光部と前記電荷転送部の間に設けられる読み出しゲート部と、
前記電荷転送部にクロック信号を印加する転送電極と、
前記転送電極の上層に形成されると共に、前記受光部領域に開口部が形成された遮光膜とを備える固体撮像素子において、
前記受光部と前記電荷転送部との間に溝部が形成された
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記遮光膜は、少なくとも一部が前記溝部に埋設された
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記溝部は、前記読み出しゲート部と前記受光部の間に設けられた
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記溝部は、前記電荷転送部の両側に併設された
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
受光部と、該受光部に併設し、受光部から電荷が転送される電荷転送部と、前記受光部と前記電荷転送部の間に設けられる読み出しゲート部と、前記電荷転送部にクロック信号を印加する転送電極とを備える固体撮像素子の製造方法において、
前記読み出しゲート部の形成領域と前記受光部の形成領域との間に溝部を形成する工程と、
前記受光部、前記電荷転送部、前記読み出しゲート部及び前記転送電極を形成する工程と、
前記転送電極の上層に、少なくとも一部が前記溝部に埋設されると共に、前記受光部領域に開口部を設けた遮光膜を形成する工程とを備える
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、遮光膜端から電荷転送部までの実効的な距離を長くしてスミアの発生を抑制しようとした固体撮像素子及びこうした固体撮像素子の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
図６及び図７は従来のＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子を説明するための模式的な平面図及び断面図である。
従来のＣＣＤ固体撮像素子は、シリコン基板１００内に、マトリクス状に配列された複数の受光部１０１、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ電荷を読み出す読み出しゲート１０２、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部１０３、垂直電荷転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部１０４及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域１０６が形成されている。
【０００３】
また、垂直電荷転送部に転送パルスを印加したり、読み出しゲートに読み出しパルスを印加したりする転送電極１０７が垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成され、転送電極の上層には受光部領域に開口部１０８が形成された遮光膜１０９が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４４９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、通常のＣＣＤ固体撮像素子では、連続露光動作時に、例えば太陽のような非常に強い光を放つものが被写体の中にあったとすると、その撮像画面中の強い光を中心としていわゆるスミアが発生する。
【０００６】
以下、図８を参照して２つのスミアの発生メカニズムについて説明する。
（１）１つの原因は、シリコン基板１００の奥深くで光電変換された電荷が、フォトダイオード（受光部）１０１に全て集まらず、ある割合で垂直電荷転送部１０３に吸収される。このため、垂直電荷転送部が転送している間、このようなスミア電荷が定常的に垂直電荷転送部に漏れ込むこととなる。すると、強い光が当たっている近くの垂直電荷転送部からは信号電荷に加えて常に一定のスミア電荷が重畳され、結果としてスミアが発生する（図８中符号ａで示す入射光参照。）。
（２）もう１つの原因は、垂直電荷転送部及び転送電極１０７を遮光している遮光膜１０９とシリコン基板の間から入射光が乱反射して、直接垂直電荷転送部に飛び込み、そこで光電変換がなされ、結果としてスミアが発生する（図８中符号ｂで示す入射光参照。）。
【０００７】
上記の様なメカニズムでスミアが発生するのであるが、現在主流となっている小型デジタルスチルカメラ向けＣＣＤ固体撮像素子では、画素ピッチが小さく、物理的制約によってスミアに不利なことが多い。なお、スミアを低減するために、画素開口部サイズを縮小する等の対策を採っているが、画素開口部サイズを縮小すると感度が低下する等の不利益が生じてしまう。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みて創案されたものであって、スミアの発生を抑制することができる固体撮像素子及びこうした固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子は、受光部と、該受光部に併設し、受光部から電荷が転送される電荷転送部と、前記受光部と前記電荷転送部の間に設けられる読み出しゲート部と、前記電荷転送部にクロック信号を印加する転送電極と、前記転送電極の上層に形成されると共に、前記受光部領域に開口部が形成された遮光膜とを備える固体撮像素子において、前記受光部と前記電荷転送部との間に溝部が形成されている。
【００１０】
ここで、受光部と電荷転送部との間に溝部が形成されたことによって、遮光膜端から電荷転送部までの実効的な距離を長くすることができる。
【００１１】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、受光部と、該受光部に併設し、受光部から電荷が転送される電荷転送部と、前記受光部と前記電荷転送部の間に設けられる読み出しゲート部と、前記電荷転送部にクロック信号を印加する転送電極とを備える固体撮像素子の製造方法において、前記読み出しゲート部の形成領域と前記受光部の形成領域との間に溝部を形成する工程と、前記受光部、前記電荷転送部、前記読み出しゲート部及び前記転送電極を形成する工程と、前記転送電極の上層に、少なくとも一部が前記溝部に埋設されると共に、前記受光部領域に開口部を設けた遮光膜を形成する工程とを備える。
【００１２】
ここで、読み出しゲート部の形成領域と受光部の形成領域との間に溝部を形成し、転送電極の上層に、少なくとも一部が溝部に埋設されると共に、受光部領域に開口部を設けた遮光膜を形成することによって、遮光膜端から電荷転送部までの実効的な距離を長くすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記した本発明を適用した固体撮像素子及び本発明を適用した固体撮像素子の製造方法で得られる固体撮像素子では、遮光膜端から電荷転送部までの実効的な距離が長いために、半導体基板内部で吸収され、光電変換によって発生した電子が電荷転送部に到達する確率を減少させることができ、また、遮光膜と半導体基板の間からの入射光についても、溝部の端部領域で入射光の反射方向が変わるため、反射光が電荷転送部へ進む確率を減少させることができ、遮光膜の開口幅を変えることなくスミアの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、遮光膜の転送電極に対する張り出し部分を溝部に落とし込むことができるために、斜め光の集光率の向上を通じ、斜め光成分の感度向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子の一例を説明するための模式的な断面図であり、ここで示すＣＣＤ固体撮像素子は、従来のＣＣＤ固体撮像素子と同様に、シリコン基板１内に、マトリクス状に配列された複数の受光部２、この受光部に隣接して設けられ、受光部で取り込んだ電荷の読み出しを行なう読み出しゲート３、読み出しゲートに隣接して設けられ、読み出しゲートによって読み出された電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部４、垂直電荷転送部により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部（図示せず）及び受光部の読み出しゲートとは逆側に設けられ、混色を抑制するチャネルストップ領域５が形成されている。
【００１６】
また、垂直電荷転送部に転送パルスを印加したり、読み出しゲートに読み出しパルスを印加したりする転送電極６が垂直電荷転送部及び読み出しゲートの上層に形成され、転送電極の上層にはＳｉＯ２層７を介して受光部領域に開口部８が形成された遮光膜９が形成されている。
【００１７】
更に、シリコン基板の表面には、垂直電荷転送部の両側に溝部１０が並設されており、遮光膜は、この溝部が形成された領域（以下、溝部領域という）の全領域を覆うように形成されている。
【００１８】
ここで、本実施例では、垂直電荷転送部の両側、即ち、垂直電荷転送部の読み出しゲート側及びチャネルストップ領域側の双方に溝部を形成して、受光部から入射した光に起因するスミア電荷が読み出しゲート方向（図１中符号Ａで示す方向）に移動することによる垂直電荷転送部４Ａへの流れ込み及びスミア電荷がチャネルストップ領域方向（図１中符号Ｂで示す方向）に移動することによる垂直電荷転送部４Ｂへの流れ込みの双方を低減すると共に、受光部から入射した光の乱反射成分が読み出しゲート方向に進入することによる垂直電荷転送部４Ａへの飛び込み及び乱反射成分がチャネルストップ領域方向に進入することによる垂直電荷転送部４Ｂへの飛び込みの双方を低減することによって、スミアの発生を抑制しているが、垂直電荷転送部の片側、即ち、垂直電荷転送部の読み出しゲート側若しくはチャネルストップ領域側に溝部を形成することによって、充分にスミアを抑制することができるのであれば、必ずしも垂直電荷転送部の両側に溝部を形成する必要は無い。但し、より一層充分にスミアの発生を抑制するためには、垂直電荷転送部の両側に溝部を形成した方が好ましい。
【００１９】
また、本実施例では、垂直電荷転送部に並設された溝部領域の全領域を覆う様に遮光膜が形成されているが、図２で示す様に、溝部領域の一部の領域を覆う様に遮光膜が形成されたとしても、遮光膜端から垂直電荷転送部までの実効的な距離を長くすることができると共に、溝部の端部を遮光膜で覆うことにより入射光の反射方向を変えることができるために必ずしも溝部領域の全領域を覆う様に遮光膜が形成される必要は無い。但し、より一層遮光膜端から垂直電荷転送部までの実効的な距離を長くすると共に、入射光の反射方向を変えるべく、溝部領域の全領域を覆う様に遮光膜が形成される方が好ましい。
【００２０】
なお、シリコン基板に溝部を形成した場合には、この溝部の表面または内部に格子欠陥等ができやすく、特に図１中符号Ｃで示す溝部端部の斜め部分からの暗電流の発生が懸念されるが、溝部端部の斜め部分を遮光膜で覆う構造とし、遮光膜に電圧を印加することによるピンニング強化により暗電流の発生を抑制することができる。従って、暗電流を抑制するという観点からも溝部領域の全領域を覆う様に遮光膜が形成される方が好ましい。
【００２１】
以下、上記の様に構成されたＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像素子の製造方法の一例について説明する。
【００２２】
上記したＣＣＤ固体撮像素子の製造方法では、先ず、図３（ａ）で示す様に、シリコン基板１表面を熱酸化してパッド酸化膜１１（ＳｉＯ２膜）を成長させ、パッド酸化膜の上層にアンモニア（ＮＨ３）とシラン（ＳｉＨ４）を反応させてシリコン窒化膜１２（Ｓｉ３Ｎ４）を堆積する。
【００２３】
次に、図３（ｂ）で示す様に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術によって、後述する不純物の注入工程によって垂直電荷転送部を形成する領域１４（以下、垂直電荷転送部形成領域）の両側のシリコン窒化膜及びパッド酸化膜を除去する。
【００２４】
続いて、図３（ｃ）で示す様に、耐酸化性を有するシリコン窒化膜をマスクとして、熱酸化法によりシリコン窒化膜に覆われていない領域のシリコン基板表面上に厚いＳｉＯ２膜１３を成長させた後に、図４（ｄ）で示す様に、シリコン窒化膜を熱リン酸で、パッド酸化膜をフッ酸で除去する。
【００２５】
次に、図４（ｅ）で示す様に、垂直電荷転送部形成領域に不純物注入を行なって垂直電荷転送部４を形成し、更に不純物注入を行なってマトリクス状の受光部２を形成する。また、受光部に隣接した領域に不純物注入を行なって読み出しゲート３を形成すると共に、チャネルストップ領域５及び水平電荷転送部（図示せず）も形成する。
【００２６】
その後、垂直電荷転送部及び読み出しゲートを覆う様に転送電極６を形成し、転送電極の上層にＳｉＯ２層７を介して転送電極及び溝部領域の全領域を覆うと共に、受光部領域に開口部８を有する遮光膜９を形成することによって、図４（ｆ）で示す様なＣＣＤ固体撮像素子を得ることができる。
【００２７】
なお、本実施例では、ＬＯＣＯＳ酸化を用いて溝部を形成する方法を例に挙げて説明を行ったが、溝部の形成方法はＬＯＣＯＳ酸化に限定されるものではなく、どの様な方法で溝部を形成しても良い。
【００２８】
上記した本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子では、従来のＣＣＤ固体撮像素子と比較するとスミアの発生を抑制することができる。即ち、図５（ａ）中符号ｄ'で示す従来のＣＣＤ固体撮像素子における遮光膜端から垂直電荷転送部までの実効的な距離と比べて、図５（ｂ）中符号ｄで示す本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子における遮光膜端から垂直電荷転送部までの実効的な距離が長く、シリコン基板内部で光電変換によって発生した電子が垂直電荷転送部に到達する確率が減ると共に、溝部端部の斜め部分で入射光の反射方向が変化して反射光が垂直電荷転送部方向へ進む確率が減ることによって、従来構造のＣＣＤ固体撮像素子と比較するとスミアの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子では、斜め光成分の感度上昇が期待できる。即ち、従来のＣＣＤ固体撮像素子では転送電極の断面が横長の方形状をしていることから、ＳｉＯ２層を介して積層された遮光膜の形状も転送電極の形状を反映して、その側壁がほぼ垂直に切り立っており、図７中符号φ１で示す受光部の任意の点から見た仰角が、切り立った遮光膜の側壁頂部によって決められ、受光部に対し斜めに入射する光量が限られたものになっていた。これに対して、本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子では遮光膜の転送電極に対する張り出し部分を溝部に落とし込むことができるために、図１中符号φ２で示す受光部の任意の点から見た仰角が従来の構造と比較して大きくなり、その分だけ受光部に対し斜めに入射する光量が増加し、斜め光の集光率が向上し、斜め光成分の感度向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子の一例を説明するための模式的な断面図である。
【図２】本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子の変形例を説明するための模式的な断面図である。
【図３】本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子の製造方法を説明するための模式的な断面図（１）である。
【図４】本発明を適用したＣＣＤ固体撮像素子の製造方法を説明するための模式的な断面図（２）である。
【図５】遮光膜端から垂直電荷転送部までの実効的な距離を説明するための模式的な断面図である。
【図６】従来のＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な平面図である。
【図７】従来のＣＣＤ固体撮像素子を説明するための模式的な断面図である。
【図８】スミアの発生メカニズムを説明するための模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    シリコン基板
２    受光部
３    読み出しゲート
４    垂直電荷転送部
５    チャネルストップ領域
６    転送電極
７    ＳｉＯ２層
８    開口部
９    遮光膜
１０    溝部
１１    パッド酸化膜
１２    シリコン窒化膜
１３    ＳｉＯ２膜
１４    垂直電荷転送部形成領域
【図１】
2006108222.tif 000003
【図２】
2006108222.tif 000004
【図３】
2006108222.tif 000005
【図４】
2006108222.tif 000006
【図５】
2006108222.tif 000007
【図６】
2006108222.tif 000008
【図７】
2006108222.tif 000009
【図８】
2006108222.tif 000010