專利名稱：固態(tài)攝像元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能改善感光效率的固態(tài)攝像元件及其制造方法。
在該結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成攝像部1i的多個感光象素所產(chǎn)生的信息電荷，在給定的期間保存在各感光象素中，響應垂直傳輸時鐘φv，依次以一行為單位傳輸給水平傳輸部1h。傳輸給水平傳輸部1h的信息電荷，響應水平傳輸時鐘φh，依次以一象素為單位傳輸給輸出部1d，并依次變換為電壓值，作為圖像信號Y(t)輸出。


圖11是表示攝像部1i的一部分結(jié)構(gòu)(圖10中的區(qū)域A)的俯視圖，圖12是圖11的X-X剖視圖。
在N型的硅襯底2的一個主面上形成了成為元件區(qū)域的P型的擴散層3。在該P型的擴散層的表面區(qū)域，彼此隔開一定距離，平行配置了多個注入了高濃度的P型雜質(zhì)的隔離區(qū)域4。在這些隔離區(qū)域4之間形成了N型的擴散層，形成了成為信息電荷的傳輸路線的多個溝道區(qū)域5。在多個溝道區(qū)域5之上隔著薄的由氧化硅構(gòu)成的柵絕緣膜6，平行配置了在與多個溝道區(qū)域5交叉的方向延伸的多晶硅的多個轉(zhuǎn)移電極7。在這些轉(zhuǎn)移電極7上，例如外加了三相的幀傳輸時鐘φf1～φf3，通過這些時鐘脈沖使溝道區(qū)域5的電位的狀態(tài)受到控制。在多個轉(zhuǎn)移電極7之上形成了與柵絕緣膜為同一材料的層間絕緣膜，在這些層間絕緣膜上，覆蓋隔離區(qū)域5地配置了例如由鋁構(gòu)成的多條電力供給線8。這些電力供給線8，在隔離區(qū)域5和轉(zhuǎn)移電極7的交點，通過在層間絕緣膜上以給定的間隔形成的接觸孔11，與轉(zhuǎn)移電極7連接。例如當為三相驅(qū)動時，每隔兩個轉(zhuǎn)移電極7，就設置了接觸孔11，各電力供給線8每隔兩個就連接了轉(zhuǎn)移電極7，進一步形成了層間絕緣膜9而覆蓋這些電力供給線8，再在該層間絕緣膜9之上形成了由氮化硅構(gòu)成的表面保護膜10。
在上述的固態(tài)攝像元件中，在感光區(qū)域中，形成了覆蓋隔離區(qū)域4的多條電力供給線8。這些電力供給線8中使用的鋁材料一般具有反射光的特性。因此，一樣入射到感光區(qū)域中的光中，入射到電力供給線8上的光由電力供給線8的表面反射。因此，入射到電力供給線8上的光無法導入溝道區(qū)域5，而造成無法取得信息電荷的問題。
本發(fā)明是鑒于所述課題而提出的，其特征在于具有半導體襯底；該半導體襯底的一個主面上彼此隔開一定的間隔平行排列的多個溝道區(qū)域；配置在多個溝道區(qū)域的間隙中的多個隔離區(qū)域；在所述半導體襯底上，在與所述多個溝道區(qū)域交叉的方向上延伸配置的多個轉(zhuǎn)移電極；在所述多個轉(zhuǎn)移電極上，沿著所述多個隔離區(qū)域配置的多條電力供給線；在所述多個轉(zhuǎn)移電極上，覆蓋所述多條電力供給線而層疊的透光性的絕緣膜；以及具有比所述絕緣膜的折射率高、且層疊在所述絕緣膜上的透光性的保護膜；所述透光性的保護膜在所述溝道區(qū)域上的所述隔離區(qū)域一側(cè)，向著所述隔離區(qū)域，膜厚連續(xù)地變厚。
另外，作為它的制造方法，其特征在于具有在半導體襯底的一個主面上彼此隔開一定的距離平行配置多個溝道區(qū)域，并且在所述多個溝道區(qū)域的間隙形成多個隔離區(qū)域的第一步驟；在所述半導體襯底上，在與所述多個溝道區(qū)域交叉的方向延伸形成多個轉(zhuǎn)移電極，并且在所述多個轉(zhuǎn)移電極之上，覆蓋所述隔離區(qū)域而形成多條電力供給線的第二步驟；以給定的膜厚在所述多個轉(zhuǎn)移電極上層疊透光性的絕緣膜的第三步驟；覆蓋所述多條電力供給線，在所述絕緣膜上形成沿著所述多個溝道區(qū)域延伸的掩模圖案的第四步驟；沿著所述掩模圖案，對所述絕緣膜進行各向異性蝕刻，使所述絕緣膜的膜厚沿著所述多個溝道區(qū)域變薄的第五步驟；對實施了所述各向異性蝕刻的所述絕緣膜進行各向同性蝕刻，在所述溝道區(qū)域上的所述隔離區(qū)域一側(cè)，使所述絕緣膜的膜厚向著所述隔離區(qū)域連續(xù)地變厚的第六步驟；在所述半導體襯底上殘留的所述絕緣膜上層疊比所述絕緣膜的折射率高的透光性的保護膜的第七步驟。
根據(jù)本發(fā)明，保護膜和絕緣膜的界面實現(xiàn)了與棱鏡同樣的功能，能把入射到電力供給線上的光向溝道區(qū)域引導。據(jù)此，能高效地把照射在感光區(qū)域的光變換為信息電荷。
圖2是表示采用了本發(fā)明的構(gòu)造時的光線跟蹤仿真的圖。
圖3是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第一步驟的剖視圖。
圖4是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第二步驟的剖視圖。
圖5是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第三步驟的剖視圖。
圖6是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第四步驟的剖視圖。
圖7是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第五步驟的剖視圖。
圖8是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第六步驟的剖視圖。
圖9是說明本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的第七步驟的剖視圖。
圖10是表示以往的幀傳輸方式的固態(tài)攝像元件概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖11是說明攝像部的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
圖12是說明攝像部的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖中1、21-固態(tài)攝像元件；2-N型硅襯底；3-P型擴散層；4-隔離區(qū)域；5-溝道區(qū)域；6-柵絕緣膜；7-轉(zhuǎn)移電極；8-電力供給線；9-絕緣膜；10-表面保護膜；11-接觸孔；22-絕緣膜；23-保護膜；31-抗蝕劑層。
絕緣膜22由具有光學透明性的絕緣材料構(gòu)成，例如由折射率1.4～1.5左右的氧化硅和BPSG(Boron Phosphorous Silicate Glass)膜構(gòu)成。該絕緣膜22至少由二層構(gòu)造構(gòu)成，包含形成在轉(zhuǎn)移電極7之上，用于形成多條電力供給線8的第一層的氧化硅；在第一層上形成了電力供給線8后，層疊在電力供給線8之上的第二層的BPSG膜。絕緣膜22在溝道區(qū)域5上的隔離區(qū)域4一側(cè)具有膜厚向著隔離區(qū)域4連續(xù)變厚的形狀。在本實施例中，與保護膜23的界面從隔離區(qū)域4上的中心附近到溝道區(qū)域5上的一部分形成平緩的曲面形狀，從該曲面形狀的一端向著溝道區(qū)域5上的中心形成平面形狀。須指出的是，當隔離區(qū)域4(電力供給線8)的寬度十分寬時，可以是只在隔離區(qū)域4上形成了曲面形狀，在溝道區(qū)域4上只形成了平面形狀的構(gòu)造。
保護膜23由具有光學透明性的絕緣材料構(gòu)成，由折射率比絕緣膜22高的，例如折射率為2左右的氮化硅構(gòu)成。該保護膜23覆蓋絕緣膜22的表面全體而形成，它的表面平坦地形成。
這樣，通過在具有透光性，并且它的膜厚從溝道區(qū)域5向著隔離區(qū)域3的中心連續(xù)變厚的絕緣膜22之上，層疊比絕緣膜22的折射率還高的透光性的保護膜23，絕緣膜22在電力供給線8上作為棱鏡而起作用，能把入射到電力供給線8的光向溝道區(qū)域4引導。
另外，關(guān)于絕緣膜22，與保護膜23的界面在隔離區(qū)域5和溝道區(qū)域4的邊界附近形成曲面形狀，特別是絕緣膜22和保護膜23的界面與N型硅襯底1的表面所成角度設定為越靠近電力供給線8的中心部，變得越大。據(jù)此，對于N型硅襯底1的表面入射的光越靠近電力供給線8的中心部，折射就越大，能把更多的光高效地導入溝道區(qū)域4內(nèi)。
此外，作為保護膜23的材料，舉例表示了氮化硅膜，但是本發(fā)明并不局限于此。即如果是比絕緣膜22的折射率高，并且具有透光性的材料就可以了。而且，通過配置該材料的折射率調(diào)節(jié)曲面形狀的角度，就能取得與本實施例同等的作用。
圖2是表示采用了本實施例時的光線跟蹤的仿真結(jié)果的圖。根據(jù)圖2，能確認入射到電力供給線8上的光高效地匯聚到溝道區(qū)域4一側(cè)。
圖3～圖9是表示本發(fā)明的固態(tài)攝像元件的制造方法的各步驟的剖視圖。須指出的是，在該圖中，表示了與圖1所示的部分相同的部分。
第一步驟圖3在N型硅襯底2的表面區(qū)域擴散硼等的P型雜質(zhì)，形成成為元件區(qū)域的P型擴散層3。在該P型擴散層3內(nèi)有選擇地注入P型雜質(zhì)，形成隔離區(qū)域4，在這些隔離區(qū)域4的間隙注入磷等的N型雜質(zhì)，形成成為溝道區(qū)域5的N型擴散層。
第二步驟圖4把形成了隔離區(qū)域4和溝道區(qū)域5的N型硅襯底2的表面熱氧化，形成由氧化硅構(gòu)成的柵絕緣膜6。在該柵絕緣膜6之上，使用CVD法(Chemical Vapor Deposition化學氣相沉積法)，形成多晶硅膜。然后，把該多晶硅膜形成與溝道區(qū)域5交叉的給定的形狀，形成轉(zhuǎn)移電極7。
第三步驟圖5通過CVD法在轉(zhuǎn)移電極7上層疊氧化硅，形成第一層的絕緣膜。對于該第一層的絕緣膜，在成為隔離區(qū)域4的位置形成接觸孔11。然后，在第一層的絕緣膜上層疊鋁，圖案形成為給定的形狀，形成電力供給線8。
第四步驟圖6在形成了電力供給線8的第一層的絕緣膜上，使用CVD法層疊BPSG膜，形成與第一層的絕緣膜匹配的絕緣膜22。須指出的是，該BPSG膜在以后的步驟中被蝕刻處理，所以在該步驟4中，形成比加工后的最大膜厚還厚的厚度，該膜厚設定為足以形成曲面形狀的膜厚。然后，對該BPSG膜的表面實施熱處理，使絕緣膜22的表面平坦化。
第五步驟圖7在絕緣膜22上層疊抗蝕劑層31，沿著電力供給線8對抗蝕劑層31進行圖案形成，形成覆蓋電力供給線8的掩模圖案32。然后，以掩模圖案32為掩模，對絕緣膜22進行各向異性的蝕刻處理(例如干蝕刻處理)，使絕緣膜22的膜厚沿著溝道區(qū)域5變薄。
第六步驟圖8除去殘留在絕緣膜22上的掩模圖案32，對于進行了各向異性的蝕刻處理的絕緣膜22實施各向同性的蝕刻處理(例如，濕蝕刻處理)。通過該各向同性的蝕刻處理，在絕緣膜22中，能形成在溝道區(qū)域5上，在隔離區(qū)域4一側(cè)，膜厚向著隔離區(qū)域4連續(xù)變厚的形狀。這樣，通過使用首先實施了各向異性的蝕刻處理后，實施各向同性的蝕刻處理的方法，即使是具有例如圖1所示的曲面形狀的形狀，也能容易地形成。即在各向異性的蝕刻處理的處理時間，能自由地設定透鏡部分的膜厚，并且在各向同性的蝕刻處理的時間，能自由地設定曲面部分的角度。通過適當調(diào)節(jié)這兩個蝕刻處理，即使象幀傳輸方式的固態(tài)攝像元件那樣的隔離區(qū)域4的寬度極端窄的類型，也能在電力供給線8上的給定位置正確地形成所需的形狀。
第七步驟圖9在形成了絕緣膜22的硅襯底1上，通過等離子體CVD法層疊氮化硅，覆蓋絕緣膜22表面的全體而形成保護膜23。然后，通過蝕刻處理或CMP法(Chemical Mechanical Polish機械化學研磨法)，使保護膜23的表面平坦化。
根據(jù)以上的制造方法，能取得具有圖1所示的絕緣膜22和保護膜23的固態(tài)攝像元件。
根據(jù)本發(fā)明，通過在具有透光性，并且它的膜厚從溝道區(qū)域上的隔離區(qū)域一側(cè)向著隔離區(qū)域連續(xù)變厚的絕緣膜之上，層疊比絕緣膜的折射率還高的透光性的保護膜，絕緣膜在電力供給線上作為棱鏡而起作用，能把入射到電力供給線的光向溝道區(qū)域引導。據(jù)此，能高效地對照射到半導體襯底的光進行光電變換，能提高感光靈敏度。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)攝像元件，其特征在于具有半導體襯底；在半導體襯底的一個主面上彼此隔開一定的間隔平行排列的多個溝道區(qū)域；配置在多個溝道區(qū)域的間隙中的多個隔離區(qū)域；在所述半導體襯底上，在與所述多個溝道區(qū)域交叉的方向上延伸配置的多個轉(zhuǎn)移電極；在所述多個轉(zhuǎn)移電極上，沿著所述多個隔離區(qū)域配置的多條電力供給線；在所述多個轉(zhuǎn)移電極上，覆蓋所述多條電力供給線而層疊的透光性的絕緣膜；以及具有比所述絕緣膜的折射率高、且層疊在所述絕緣膜上的透光性的保護膜，所述透光性的絕緣膜在所述溝道區(qū)域上的所述隔離區(qū)域一側(cè)，向著所述隔離區(qū)域，膜厚連續(xù)地變厚。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)攝像元件，其特征在于所述透光性的絕緣膜在所述隔離區(qū)域上，向著所述溝道區(qū)域，膜厚連續(xù)地變薄。
3.一種固態(tài)攝像元件的制造方法，其特征在于具有在半導體襯底的一個主面上彼此隔開一定的距離平行配置多個溝道區(qū)域，并且在所述多個溝道區(qū)域的間隙中形成多個隔離區(qū)域的第一步驟；在所述半導體襯底上，在與所述多個溝道區(qū)域交叉的方向延伸形成多個轉(zhuǎn)移電極，并且在所述多個轉(zhuǎn)移電極之上，覆蓋所述隔離區(qū)域地形成多條電力供給線的第二步驟；以給定的膜厚在所述多個轉(zhuǎn)移電極上層疊透光性的絕緣膜的第三步驟；覆蓋所述多條電力供給線，在所述絕緣膜上形成沿著所述多個溝道區(qū)域延伸的掩模圖案的第四步驟；沿著所述掩模圖案對所述絕緣膜進行各向異性蝕刻，使所述絕緣膜的膜厚沿著所述多個溝道區(qū)域變薄的第五步驟；對實施了所述各向異性蝕刻的所述絕緣膜進行各向同性蝕刻，在所述溝道區(qū)域上的所述隔離區(qū)域一側(cè)，使所述絕緣膜的膜厚向著所述隔離區(qū)域連續(xù)地變厚的第六步驟；以及在所述半導體襯底上殘留的所述絕緣膜上層疊比所述絕緣膜的折射率高的透光性的保護膜的第七步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的固態(tài)攝像元件的制造方法，其特征在于所述第六步驟在所述隔離區(qū)域上，使所述絕緣膜的膜厚向著所述溝道區(qū)域連續(xù)地變薄。
全文摘要
一種固態(tài)攝像元件及其制造方法，其中，絕緣膜(22)由具有光學透明性的絕緣材料構(gòu)成，例如由折射率1.4～1.5的氧化硅構(gòu)成。該絕緣膜(22)形成在轉(zhuǎn)移電極(7)之上，在溝道區(qū)域(5)上的隔離區(qū)域(4)一側(cè)，具有膜厚向著隔離區(qū)域(4)連續(xù)地變厚的形狀。保護膜(23)由具有光學透明性的材料構(gòu)成，由折射率比絕緣膜(22)高的例如高出2左右的氮化硅構(gòu)成。該保護膜(23)覆蓋絕緣膜(22)的表面全體而形成，它的表面平坦地形成。從而可以提高固態(tài)攝像元件的感光靈敏度。
文檔編號H04N5/335GK1444287SQ0310682
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月8日
發(fā)明者小西稔 申請人:三洋電機株式會社