JP2012114159A - Solid-state imaging apparatus, method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関し、特に光電変換膜を備える固体撮像装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device including a photoelectric conversion film and a manufacturing method thereof.
ディジタルスティルカメラや携帯電話機に画像入力部として、固体撮像装置が広く用いられている。従来の固体撮像装置では、半導体基板内にｐｎ接合により構成されたフォトダイオードが二次元配置されていた。 Solid-state imaging devices are widely used as image input units in digital still cameras and mobile phones. In a conventional solid-state imaging device, photodiodes configured by pn junctions are two-dimensionally arranged in a semiconductor substrate.
ところで、近年では、固体撮像装置の多画素化に伴い、画素部の微細化がすすめられている。このように画素部の微細化がすすめられる場合には、受光部であるフォトダイオードが占める面積が小さくなり、感度の低下や色再現性の劣化などといった問題が生じる。 By the way, in recent years, with the increase in the number of pixels of the solid-state imaging device, the pixel portion has been miniaturized. When the pixel portion is miniaturized as described above, the area occupied by the photodiode serving as the light receiving portion is reduced, causing problems such as a reduction in sensitivity and a deterioration in color reproducibility.
このような問題に対して、半導体基板の上方に光電変換膜を形成し、当該光電変換膜で光電変換をさせるという構成の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１）。この文献に提案されている固体撮像装置の概要を、図１６を用い説明する。 To solve such a problem, a solid-state imaging device having a configuration in which a photoelectric conversion film is formed above a semiconductor substrate and photoelectric conversion is performed using the photoelectric conversion film has been proposed (for example, Patent Document 1). The outline of the solid-state imaging device proposed in this document will be described with reference to FIG.
図１６に示すように、半導体基板９０１の表層部分には、単位画素に対応する領域毎に、接続部９０２、電荷蓄積部９０３、およびリセットドレイン９０４が形成されている。そして、半導体基板９０１上には、ゲート絶縁膜（図示を省略）を介して、ゲート電極９０５，９０６が形成され、さらにこれらを覆うように絶縁膜９０７が積層形成されている。絶縁膜９０７上には、単位画素に対応する領域毎に、下部電極９１０が形成され、その上に光電変換膜９１１、上部電極９１２、およびカラーフィルタ９１４が形成されている。各下部電極９１０は、絶縁膜９０７を挿通するコンタクト配線９０８により、対応する接続部９０２に接続されている。
As shown in FIG. 16, in the surface layer portion of the
Ｚ軸方向上方より入射した光は、カラーフィルタ９１４でフィルタリングされた波長の光成分が、透明導電膜からなる上部電極９１２を通過して光電変換膜９１１で電荷に変換され、変換された電荷は、コンタクト配線９０８を通り、接続部９０２および電荷蓄積部９０３へと送られて一時蓄積される。
In the light incident from above in the Z-axis direction, the light component of the wavelength filtered by the
このような構成の固体撮像装置では、入射した光束が画素部のサイズと同等であり、半導体基板内にフォトダイオードを形成したタイプの固体撮像装置に比べて、大きな受光部を備え、高効率に光電変換され得る。 In the solid-state imaging device having such a configuration, the incident light flux is equivalent to the size of the pixel unit, and has a large light receiving unit and higher efficiency than a solid-state imaging device of a type in which a photodiode is formed in a semiconductor substrate. It can be photoelectrically converted.
しかしながら、上記従来技術に係る固体撮像装置では、混色の発生が生じることがあり、これにより、色再現性の劣化を生じるという問題がある。即ち、図１６の破線で示すように、光が斜め入射した場合には、緑色（Ｇ）のフィルタ９１４を通過した光が、直接あるいは下部電極９１０に反射するなどして隣接する赤色（Ｒ）あるいは青色（Ｂ）の単位画素における各光電変換部９１１へと入射されてしまう。これにより、混色の問題を生じる。
However, in the solid-state imaging device according to the above-described prior art, there is a problem in that color mixing may occur, thereby causing deterioration in color reproducibility. That is, as shown by the broken line in FIG. 16, when light is incident obliquely, the light that has passed through the green (G)
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、高感度で、且つ、混色の発生を抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing the occurrence of color mixing with high sensitivity and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するために、本発明は、次の特徴を有する。
本発明に係る固体撮像装置は、基板と、基板上に形成された絶縁膜と、遮光性を有する導電性材料からなり、絶縁膜上において、二次元状であって、互いに間隔をあけた状態で配置された複数の下部電極と、少なくともその表面が絶縁性を有し、絶縁膜上において、隣接する下部電極間に立設された隔壁と、複数の下部電極上において、当該下部電極に接する状態で形成された光電変換膜と、光電変換膜上において、当該光電変換膜に接する状態で形成された上部電極と、上部電極上において、各下部電極に対応する透過波長を以って形成された複数のカラーフィルタとを備える。そして、本発明に係る固体撮像装置では、複数の下部電極の各々、その端縁部から隔壁の側面に沿った状態で着設された側壁部分が、絶縁膜上に形成された底壁部分と一体に形成されており、全体として凹断面形状を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
The solid-state imaging device according to the present invention is made of a substrate, an insulating film formed on the substrate, and a light-shielding conductive material, and is two-dimensional on the insulating film and spaced from each other A plurality of lower electrodes disposed on the insulating film, and at least a surface thereof is insulative, a partition wall provided between adjacent lower electrodes on the insulating film, and a plurality of lower electrodes in contact with the lower electrode A photoelectric conversion film formed in a state, an upper electrode formed in contact with the photoelectric conversion film on the photoelectric conversion film, and a transmission wavelength corresponding to each lower electrode on the upper electrode. And a plurality of color filters. In the solid-state imaging device according to the present invention, each of the plurality of lower electrodes includes a bottom wall portion formed on the insulating film and a side wall portion attached in a state along the side surface of the partition wall from the edge portion thereof. It is formed integrally and has a concave cross-sectional shape as a whole.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次の工程を備える。
（絶縁膜を形成する工程） 基板上に絶縁膜を形成する。
（隔壁を立設する工程） 絶縁膜上に、各々の底部に絶縁膜が露出し、二次元配置された複数の凹部を区画する隔壁を立設する。
Moreover, the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention includes the following steps.
(Step of Forming Insulating Film) An insulating film is formed on the substrate.
(Step of Erecting Partition Walls) On the insulating film, an insulating film is exposed at each bottom portion, and a partition wall that partitions a plurality of recesses arranged two-dimensionally is provided.
（下部電極を形成する工程） 遮光性を有する導電性材料を用い、隔壁により区画された各凹部内に下部電極を形成する。
（光電変換膜を形成する工程） 複数の下部電極上に、当該下部電極と接する状態で光電変換膜を形成する。
(Step of Forming Lower Electrode) Using a light-shielding conductive material, a lower electrode is formed in each recess defined by a partition wall.
(Step of Forming Photoelectric Conversion Film) A photoelectric conversion film is formed on the plurality of lower electrodes in a state in contact with the lower electrode.
（上部電極を形成する工程） 光電変換膜上に、当該光電変換膜と接する状態で上部電極を形成する。
（カラーフィルタを形成する工程） 上部電極上に、各下部電極に対応する透過波長の複数のカラーフィルタを形成する。
(Step of Forming Upper Electrode) An upper electrode is formed on the photoelectric conversion film in contact with the photoelectric conversion film.
(Step of Forming Color Filter) A plurality of color filters having transmission wavelengths corresponding to the respective lower electrodes are formed on the upper electrode.
上記工程を備える本発明に係る固体撮像装置の製造方法において、下部電極を形成する工程では、各端縁部から、隔壁の側面に沿った状態で側壁部分を着設し、下部電極では、絶縁膜に接する底壁部分と前記側壁部分とが一体となっていることを特徴とする。 In the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention including the above steps, in the step of forming the lower electrode, a side wall portion is attached from each edge portion along the side surface of the partition wall, and the lower electrode is insulated. The bottom wall portion in contact with the film and the side wall portion are integrated.
本発明に係る固体撮像装置では、隣接する下部電極間を区画するように、隔壁が立設されており、下部電極の側壁部分が、隔壁の側面に沿った状態で着設されている。このため、斜め入射された光は、カラーフィルタを通過した後、隣接する画素部の光電変換膜の方へ侵入しようとしても、隔壁の側面に沿って形成された下部電極の側壁部分で遮光されるので、隣接する画素部へと侵入することはない。 In the solid-state imaging device according to the present invention, a partition wall is erected so as to partition adjacent lower electrodes, and a side wall portion of the lower electrode is attached in a state along the side surface of the partition wall. For this reason, the obliquely incident light passes through the color filter and is then shielded by the side wall portion of the lower electrode formed along the side wall of the partition wall, even if trying to enter the photoelectric conversion film of the adjacent pixel portion. Therefore, it does not enter the adjacent pixel portion.
また、本発明に係る固体撮像装置では、基板の上方に光電変換膜を形成しているので、基板内に形成されたフォトダイオードを備える固体撮像装置に対して、高い開口率を実現することができ、高感度である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, since the photoelectric conversion film is formed above the substrate, a high aperture ratio can be realized with respect to the solid-state imaging device including the photodiode formed in the substrate. And high sensitivity.
従って、本発明に係る固体撮像装置では、高感度で、且つ、混色の発生を抑制できる。
なお、本発明において、「遮光」とは、光の吸収および反射の両方を含むものであって、隣接する画素部の光電変換膜への光の侵入が抑制あるいは防止できるというものである。
Therefore, in the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of color mixing with high sensitivity.
In the present invention, “light shielding” includes both absorption and reflection of light, and can prevent or prevent light from entering the photoelectric conversion film of the adjacent pixel portion.
本発明に係る固体撮像装置では、一例として次のようなバリエーションの構成を採用することができる。
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、光電変換膜が、各下部電極における側壁部分、および隔壁の頂部分にも沿った状態で形成され、複数の下部電極に亘って連続しているという構成を採用することができる。このような構成を採用することにより、光電変換を行う光電変換膜の面積を広くとることができ、感度の向上という観点から優れる。
In the solid-state imaging device according to the present invention, the following variations can be adopted as an example.
In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, the photoelectric conversion film is formed along the side wall portion of each lower electrode and the top portion of the partition wall, and is continuous over the plurality of lower electrodes. It is possible to adopt a configuration that By adopting such a configuration, it is possible to increase the area of the photoelectric conversion film that performs photoelectric conversion, which is excellent from the viewpoint of improving sensitivity.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、上部電極が、光電変換膜の全体を覆うように形成され、且つ、全体に連続した状態にあり、隣接する隔壁間の領域において、下部電極に沿って形成されることにより、凹断面形状を有するという構成を採用することができる。このような構成を採用することにより、凹断面形状である上部電極などの形状により、入射した光を高効率に画素部内の光電変換膜へと導くことができる。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, the upper electrode is formed so as to cover the entire photoelectric conversion film and is in a continuous state, and in the region between adjacent partition walls, the lower electrode By being formed along the electrodes, a configuration having a concave cross-sectional shape can be employed. By adopting such a configuration, the incident light can be guided to the photoelectric conversion film in the pixel portion with high efficiency by the shape of the upper electrode or the like having a concave cross-sectional shape.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、複数のカラーフィルタの各々が、隣接する隔壁間の領域における前記上部電極が構成する凹部内に形成されているという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、上部電極とカラーフィルタとの間に、例えば、平坦化膜などを介する場合に比べて、カラーフィルタの上面から光電変換膜までの距離を短くすることができ、高い感度特性を実現する上で有効である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above-described configuration, it is possible to employ a configuration in which each of the plurality of color filters is formed in a recess formed by the upper electrode in a region between adjacent partition walls. it can. When such a configuration is adopted, the distance from the upper surface of the color filter to the photoelectric conversion film can be shortened as compared with, for example, a planarization film between the upper electrode and the color filter. This is effective in realizing high sensitivity characteristics.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁において、高さとピッチとの比率が、０．５以上であるという構成を採用することができる。
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁が遮光性を有するという構成を採用することができる。このように隔壁についても遮光性を有することとすれば、下部電極における側壁部分と隔壁との両部位が遮光性を有することとなり、より確実に混色の防止を図ることができる。特に、下部電極に膜厚を薄くするような場合には、有効である。
In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, a configuration in which the ratio between the height and the pitch is 0.5 or more in the partition can be employed.
In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, a configuration in which the partition wall has a light shielding property can be adopted. As described above, if the partition wall also has light shielding properties, both the side wall portion and the partition wall of the lower electrode have light shielding properties, and color mixture can be prevented more reliably. This is particularly effective when the thickness of the lower electrode is reduced.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁が、金属材料からなる芯部と、絶縁性材料からなり、芯部の外周を被覆する絶縁皮膜部とで構成されているという構成を使用することができる。このような構成を採用する場合には、芯部の形成に際しての材料選択の自由度が大きくなり、製造におけるコストを低減する上で有効である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, the partition is configured by a core portion made of a metal material and an insulating film portion made of an insulating material and covering the outer periphery of the core portion. Can be used. When such a configuration is adopted, the degree of freedom in material selection when forming the core portion is increased, which is effective in reducing the manufacturing cost.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁の断面形状が、上辺が下辺よりも短い台形であるという構成を採用することができる。このような構成を採用することとする場合には、実質的に開口面積を大きくとることができ、感度の向上に有効である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, a configuration in which the cross-sectional shape of the partition wall is a trapezoid whose upper side is shorter than the lower side can be adopted. When such a configuration is adopted, the opening area can be substantially increased, which is effective in improving the sensitivity.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁の断面形状が、上辺が下辺よりも長い台形であるという構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、入射された光が下部電極で反射されてカラーフィルタ側へと漏れ出してしまうということが抑制できる。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, a configuration in which the cross-sectional shape of the partition wall is a trapezoid whose upper side is longer than the lower side may be employed. When such a configuration is employed, it is possible to prevent incident light from being reflected by the lower electrode and leaking to the color filter side.
本発明に係る固体撮像装置では、上記構成を前提として、隔壁の断面形状が、三角形であるという構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、上記のような上辺が下辺よりも短い台形の断面形状とする場合よりも、さらに開口率を大きくすることができるので、感度の向上という観点から更に有効である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above configuration, a configuration in which the cross-sectional shape of the partition wall is a triangle may be employed. When such a configuration is adopted, the aperture ratio can be further increased as compared with the case where the upper side has a trapezoidal cross-sectional shape shorter than the lower side as described above, which is more effective from the viewpoint of improving sensitivity. It is.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、下部電極を形成する工程において、隔壁の側面に沿った状態で側壁部分を着設形成するので、上記同様に、混色の発生が抑制された固体撮像装置を効率的に、且つ、確実に製造することができる。また、本発明に係る製造方法では、基板の上方に光電変換膜を形成するので、高い感度を有する固体撮像装置を製造することができる。 Further, in the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention, in the step of forming the lower electrode, since the side wall portion is attached and formed along the side surface of the partition wall, the occurrence of color mixing is suppressed as described above. A solid-state imaging device can be manufactured efficiently and reliably. In the manufacturing method according to the present invention, since the photoelectric conversion film is formed above the substrate, a solid-state imaging device having high sensitivity can be manufactured.
従って、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、高感度で、且つ、混色の発生を抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、次のようなバリエーション構成を一例として採用することができる。
Therefore, with the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to manufacture a solid-state imaging device with high sensitivity and capable of suppressing the occurrence of color mixing.
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the following variation configuration can be employed as an example.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記方法を前提に、光電変換膜を形成する工程において、各下部電極における側壁部分、および隔壁の頂部分にも沿った状態で、且つ、複数の下部電極に亘って連続した状態で、光電変換膜を形成し、上部電極を形成する工程において、光電変換膜の全体を覆う状態で、且つ、全体で連続する状態で上部電極を形成し、上部電極が、隣接する隔壁間の領域では、下部電極に沿って形成されることにより、凹断面形状を有するという構成を採用することができる。このような方法により製造した固体撮像装置では、光電変換膜の面積を大きくすることができ、高い感度特性を有する固体撮像装置を実現するうえで有効である。 In the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above method, in the step of forming the photoelectric conversion film, a plurality of the plurality of lower electrodes are in a state along the side wall portion and the top portion of the partition wall. In the process of forming the photoelectric conversion film in a state continuous over the lower electrode and forming the upper electrode, the upper electrode is formed in a state of covering the entire photoelectric conversion film and in a state of being continuous as a whole. In the region between the adjacent partition walls, the electrode can be formed along the lower electrode, thereby adopting a configuration in which the electrode has a concave cross-sectional shape. In the solid-state imaging device manufactured by such a method, the area of the photoelectric conversion film can be increased, which is effective in realizing a solid-state imaging device having high sensitivity characteristics.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記方法を前提に、カラーフィルタを形成する工程において、隣接する隔壁間の領域における上部電極が構成する凹部内に、複数のカラーフィルタの各々を形成するという構成を採用することができる。このような構成を採用する場合には、凹断面形状である上部電極などの形状により、入射した光を高効率に画素部内の光電変換膜へと導くことができ、高い感度と混色の防止を確実に図ることができる固体撮像装置を更に確実に製造することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, on the premise of the above method, in the step of forming a color filter, each of a plurality of color filters is formed in a recess formed by an upper electrode in a region between adjacent partition walls. It is possible to adopt a configuration that does. In the case of adopting such a configuration, the shape of the upper electrode or the like having a concave cross-sectional shape can guide incident light to the photoelectric conversion film in the pixel portion with high efficiency, preventing high sensitivity and color mixing. A solid-state imaging device that can be reliably achieved can be more reliably manufactured.
以下では、本発明を実施するための形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かり易く説明するために用いる例であって、本発明は、本質的な特徴部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. Each of the following embodiments is an example used for easily explaining the configuration of the present invention and the operations and effects produced therefrom, and the present invention is not limited to the following essential features. The form is not limited.
［実施の形態１］
１．固体撮像装置１の全体構成
実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。
[Embodiment 1]
1. Overall Configuration of Solid-
図１に示すように、実施の形態１に係る固体撮像装置１では、複数の画素部１００がＸ−Ｙ面方向にマトリクス状（行列状）に配列され、これより画素アレイ１０が構成されている。画素アレイ１０に対しては、パルス発生回路２１、垂直シフトレジスタ２２、および水平シフトレジスタ２３が接続されている。
As shown in FIG. 1, in the solid-
２．画素アレイ１０の構成
画素アレイ１０の構成について、図２および図３を用い説明する。図２は、画素アレイ１０における一部の画素部１００に相当する領域を抜き出して表した模式断面図である。
2. Configuration of
図２に示すように、固体撮像装置１の画素アレイ１０では、各画素部１００において、半導体基板１０１における表層部分に、Ｘ軸方向右側から順に、接続部１０２、電荷蓄積部１０３、およびリセットドレイン１０４が形成されている。また、半導体基板１０１の表面に対しては、ゲート絶縁膜（図示を省略。）を挟んで、ゲート電極１０５，１０６が形成されている。ゲート電極１０５は、接続部１０２と電荷蓄積部１０３との間に相当する領域に形成され、ゲート電極１０６は、電荷蓄積部１０３とリセットドレイン１０４との間に相当する領域に形成されている。
As shown in FIG. 2, in the
ゲート電極１０５，１０６などが形成された半導体基板１０１の上には、絶縁膜１０７を介して下部電極１１０が形成されている。また、隣接する画素部１００同士の間の境界領域には、Ｚ軸方向上向きに延びる隔壁１０９が立設されている。下部電極１１０は、半導体基板１０１内に形成された接続部１０２に対して、絶縁膜１０７を挿通するコンタクト配線１０８により接続されている。
A
図２に示すように、下部電極１１０は、絶縁膜１０７の表面上に形成された底壁部分と、隔壁１０９の側面に沿った状態で着設された側壁部分とが一体となっており、全体として凹断面形状（コの字断面形状）となっている。具体的には、図３に示すように、下部電極１１０は、絶縁膜１０７上に形成され、コンタクト配線と接続された底壁部分１１０ａと、隔壁１０９の側面に沿った状態で着設された側壁部分１１０ｂとが一体に形成されている。そして、下部電極１１０は、隔壁１０９により画素部１００毎に区画されている。
As shown in FIG. 2, in the
なお、隔壁１０９は、金属材料からなる金属芯体部と、その表面を覆い酸化金属からなる酸化皮膜部とから形成されている。具体的には、図３の二点鎖線で囲んだ部分に示すように、隔壁１０９は、金属材料からなる金属芯体部１０９１と、その周囲を覆い、金属芯体部１０９１の金属材料の酸化物からなる酸化皮膜部１０９２とから構成されており、酸化皮膜部１０９２により、隣接する画素部１００間における下部電極１１０同士の電気的絶縁が確保されている。酸化皮膜部１０９２は、金属芯体部１０９１の表面が酸化されたものに限らず、シリコン酸化膜などが金属芯体部１０９１とは別に形成されたものであってもよい。酸化皮膜部１０９２としてシリコン酸化膜を形成した場合には、絶縁性の確保のために必要となる所望の膜厚に、シリコンプロセスを用いて形成することができ、信頼性の向上を図ることができる。
このため、隔壁１０９は、少なくとも表面が絶縁性となっている。
The
For this reason, at least the surface of the
図２に示すように、下部電極１１０の表面上および隔壁１０９の頂部分上には、光電変換膜１１１が全体に亘った状態で形成されている。光電変換膜１１１の表面上には、透明導電材料からなる上部電極１１２が積層されている。ここで、下部電極１１０と光電変換膜１１１とは互いに接しており、また、光電変換膜１１１と上部電極１１２とも互いに接している。
As shown in FIG. 2, a
上部電極１１２についても、隣接する隔壁１０９間の領域では、凹形状となっており、当該凹部内を埋めるように、平坦化膜１１３が形成されている。平坦化膜１１３の平坦化された表面上に、カラーフィルタ１１４が形成されている。カラーフィルタ１１４は、各画素部１００に対応して透過する波長域が設定されており、例えば、図２に示すように、赤色（Ｒ）の波長域の光成分を透過する画素部１００、緑色（Ｇ）の波長域の光成分を透過する画素部１００、青色（Ｂ）の波長域の光成分を透過する画素部１００というように区分けされている。なお、図２においては、便宜上、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の順に画素部が配列された形態で図示をしているが、実際の配列順については、これと相違する場合もある。
The
ここで、固体撮像装置１における上記構成部位は、各々、次のような材料を用い形成されている。
下部電極１１０；Ｗ、Ｐｔ、Ａｌなどの金属材料（遮光性を有する材料が望ましい。）
上部電極１１２；可視域透明金属（Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｌ、Ｃｒなど）や、可視域透明無機導電性酸化物（Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＣｄＯ、ＣｄＩｎ２Ｏ４、Ｃｄ２ＳｎＯ２、Ｚｎ２ＳＯ４、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系など）や、可視域透明スピネル系化合物（ＭｇＩｎＯ４、ＣａＧａＯ４など）や、可視域透明窒化物（ＴｉＮ、ＺｒＮ、ＨｆＮなど）や、可視域透明ホウ化物（ＬａＢ６など）や、可視域透明導電性高分子材料
隔壁１０９；芯体部の材料として、透過性の低い金属（Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒなど）、その皮膜部の材料として、前記金属の酸化物
光電変換膜１１１；化合物半導体（非晶質シリコン（アモルファス・シリコン）、ガリウム砒素など）
２．各部位のサイズ
固体撮像装置１における画素アレイ１０が備える各部位のサイズについて、図２および図３を用い説明する。なお、以下のサイズは、画素部１００のサイズを、３［μｍ］と仮定した場合、各部位のサイズは、次の通りである。
Here, each of the constituent parts in the solid-
2. Size of Each Part The size of each part included in the
下部電極１１０の膜厚；０．１５［μｍ］程度
光電変換膜１１１の膜厚；０．５［μｍ］程度
上部電極１１２の膜厚；０．３［μｍ］程度
平坦化膜１１３の膜厚；０．３［μｍ］程度
カラーフィルタ１１４の膜厚；０．８［μｍ］程度
また、図３に示すように、隔壁１０９の高さｄは、１．５［μｍ］程度であり、幅は、０．３［μｍ］程度である。また、隔壁１０９の高さｄと単位画素ピッチｐとアスペクト比ｄ／ｐは、０．５以上、より望ましくは、１以上である。
Film thickness of the lower electrode 110: about 0.15 [μm] Film thickness of the photoelectric conversion film 111: about 0.5 [μm] Film thickness of the upper electrode 112: about 0.3 [μm] Film thickness of the
３．隔壁１０９の平面形状
隔壁１０９の平面形状について、図４を用い説明する。図４は、隔壁１０９の一部を抜き出して示す模式平面図である。
3. Planar Shape of
図４に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、画素アレイ１０における隔壁１０９は、格子状の形態を有し、各開口部１０９ａに下部電極１１０が形成されている。
As shown in FIG. 4, in the solid-
４．優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置１では、隣接する画素部１００の下部電極１１０同士の間を区画するように、隔壁１０９が立設されており、下部電極１１０の側壁部分１１０ｂが、隔壁１０９の側面に沿った状態で着設されている。このため、図２に示すように、斜め入射された光は、カラーフィルタ１１４を通過した後、隣接する画素部１００の光電変換膜１１１の方へ侵入しようとしても、隔壁１０９の側面に沿って形成された下部電極１１０の側壁部分１１０ａで遮光されるので、隣接する画素部１００へと侵入することはない。
4). Superiority In the solid-
なお、本実施の形態では、隔壁１０９についても、その金属芯体部１０９１を、上記のように、光透過性の低い金属（Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒなど）で形成しているので、隔壁１０９によっても混色防止が図られる。
In the present embodiment, since the metal
また、固体撮像装置１では、半導体基板１０１の上方に光電変換膜１１１を形成しているので、基板内に形成されたフォトダイオードを備える固体撮像装置に対して、高い開口率を実現することができる。さらに、従来の固体撮像装置の構成では、画素の光電変換膜に対して、斜め入射して光電変換に寄与することなく反射した光であっても、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、隔壁１０９の側部の光電変換膜に再入射することにより、光電変換に寄与することとなり、高感度である。
Moreover, in the solid-
従って、本発明に係る固体撮像装置では、高感度で、且つ、混色の発生抑制により高い色再現性を有する。
５．製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法、特に、画素アレイ１０の製造方法について、図５から図７を用い説明する。
Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention has high sensitivity and high color reproducibility by suppressing the occurrence of color mixing.
5. Manufacturing Method A manufacturing method of the solid-
図５（ａ）に示すように、半導体基板１０１の表層部分に対して、不純物をドープして、接続部１０２、電荷蓄積部１０３、およびリセットドレイン１０４を、それぞれの画素部１００毎に対応して形成する。そして、半導体基板１０１の表面にゲート絶縁膜（図示を省略。）を形成した後、その上に、ゲート電極１０５，１０６を形成する。そして、ゲート電極１０５，１０６およびゲート絶縁膜を覆うように、絶縁膜１０７を形成し、接続部１０２の上部に相当する各部分にコンタクト配線１０８を形成する。コンタクト配線１０８は、絶縁膜１０７の相当部分に対して、リソグラフィ技術およびＲＩＥに代表される異方性ドライエッチング技術を用い開口し、当該開口に対して、例えば、ブランケットＣＶＤ法などを用い、タングステン（Ｗ）メタルを埋め込むことにより形成できる。
As shown in FIG. 5A, the surface layer portion of the
絶縁膜１０７上に対して、隔壁１０９の材料となる金属（Ｗ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｒなど）を用いた隔壁準備膜１０９０を成膜する。隔壁準備膜１０９０は、スパッタリング法やＣＶＤ法などを用い、膜厚が１．５［μｍ］となるように成膜される。なお、隔壁準備膜１０９０の材料としてＷを使用する場合には、スパッタリング法を用い、シードを形成した後、ＣＶＤ法を用い膜成長させる方法を採ることができる。
On the insulating
次に、図５（ｂ）に示すように、隔壁準備膜１０９０上に、フォトレジスト５００を形成する。フォトレジスト５００は、隔壁１０９を形成しようとする箇所に、幅０．３［μｍ］で形成する。
Next, as shown in FIG. 5B, a
次に、図５（ｃ）に示すように、エッチングを行い、フォトレジスト５００を除去することにより、隔壁１０９が完成する。隣接する隔壁１０９間には、開口部１０９ａが形成されることになる。そして、隣接する隔壁１０９と絶縁膜１０７の表面とで構成される凹部の底部には、コンタクト配線１０８の頂部分１０８ａが露出する。
Next, as shown in FIG. 5C, etching is performed to remove the
なお、隔壁１０９は、図３に示すように、金属芯体部１０９１とその表面を覆う酸化皮膜部１０９２とから構成されるが、製造過程において、フォトレジスト５００を除去した後、その表面を自然酸化あるいは酸化処理すること、またはＣＶＤ法などによって酸化膜を形成することにより、表面を覆う酸化皮膜部１０９２が形成されることになる。ここで、自然酸化あるいは酸化処理を行った場合には、コンタクト配線１０８の頂部分にも酸化膜が形成されるが、この後に、コンタクト配線１０８の頂部分１０８ａが露出するように、部分的に形成された酸化膜を除去する。
As shown in FIG. 3, the
次に、図５（ｄ）に示すように、隔壁１０９の表面および絶縁膜１０７の表面を覆うように、電極準備膜１１００を成膜する。電極準備膜１１００は、下部電極１１０の構成材料を用い形成される。
Next, as illustrated in FIG. 5D, an
次に、図６（ａ）に示すように、電極準備膜１１００をエッチングするに際して、隔壁１０９の上部に相当する部分に開口を有するフォトレジスト５０１を形成する。そして、図６（ｂ）に示すように、エッチングの実行により、隔壁１０９の頂部分の電極準備膜１１００が除去され、下部電極１１０が完成する。
Next, as shown in FIG. 6A, when the
次に、図６（ｃ）に示すように、下部電極１１０上に、光電変換膜１１１を形成する。光電変換膜１１１は、上述のように、例えば、プラズマＣＶＤ法や有機気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などを用い、非晶質シリコン（アモルファス・シリコン）、ガリウム砒素などから形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 6C, the
次に、図７（ａ）に示すように、光電変換膜１１１の上に、上部電極１１２を形成する。上部電極１１２は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタ装置などを用い、ＩＴＯ膜などを成膜することで形成できる。
Next, as shown in FIG. 7A, the
次に、図７（ｂ）に示すように、上部電極１１２の上に、例えば、塗布法を用い、アクリル系樹脂材料から平坦化膜１１３を形成する。これにより、カラーフィルタ１１４を形成しようとする上面が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 7B, a
図７（ｃ）に示すように、平坦化膜１１３の上に、各画素部１００に対応した透過波長のカラーフィルタ１１４を形成して固体撮像装置１の画素アレイ１０が完成する。
なお、本実施の形態では、隔壁１０９の材料として、遮光性を有する金属を用いる一例を示したが、不透明樹脂などの絶縁材料を用いることも勿論可能である。不透明樹脂を用いる場合には、十分な遮光性を得るために、下部電極膜として遮光性に優れたＡｌやＰｔやＷなどを用いれば、０．１５［μｍ］程度の厚さがあれば、本発明の目的である画素部間での混色の防止を十分に図ることができる。また、上記のように、本実施の形態における金属芯体部１０９１の表面を覆う酸化皮膜部１０９２を形成した後の、コンタクト配線１０８の頂部分１０８ａが露出するように行った部分的な酸化膜の除去工程が不要となる。
As shown in FIG. 7C, a
Note that although an example in which a light-blocking metal is used as a material for the
［変形例１］
変形例１に係る隔壁２０９の形態について、図８（ａ）を用い説明する。
図８（ａ）に示すように、変形例１に係る隔壁２０９は、Ｘ軸方向に長い長方形状の開口部２０９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例１に係る隔壁２０９を備える固体撮像装置では、Ｙ軸方向に比べてＸ軸方向に長さが長い長方形の画素部を複数備えるものとなる。
[Modification 1]
The form of the
As shown in FIG. 8A, the
このような形態の隔壁２０９を備える場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
［変形例２］
変形例２に係る隔壁２１９の形態について、図８（ｂ）を用い説明する。
Even when the
[Modification 2]
The form of the
図８（ｂ）に示すように、変形例２に係る隔壁２１９は、略円形の開口部２１９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例２に係る隔壁２１９を備える固体撮像装置では、円形の平面形状を有する画素部を複数備えるものとなる。
As shown in FIG. 8B, the
このような形態の隔壁２１９を備える場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
［変形例３］
変形例３に係る隔壁２２９の形態について、図８（ｃ）を用い説明する。
Even when the
[Modification 3]
The form of the
図８（ｃ）に示すように、変形例３に係る隔壁２２９は、八角形の開口部２２９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例３に係る隔壁２２９を備える固体撮像装置では、八角形の平面形状を有する画素部を複数備えるものとなる。
As shown in FIG.8 (c), the
このような形態の隔壁２２９を備える場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
［変形例４］
変形例４に係る隔壁２３９の形態について、図８（ｄ）を用い説明する。
Even when the
[Modification 4]
The form of the
図８（ｄ）に示すように、変形例４に係る隔壁２３９は、楕円形あるいは長円形の開口部２３９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例４に係る隔壁２３９を備える固体撮像装置では、楕円形あるいは長円形の平面形状を有する画素部を複数備えるものとなる。
As shown in FIG. 8D, the
このような形態の隔壁２３９を備える場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
［実施の形態２］
実施の形態２に係る画素アレイの構成について、図９（ａ）を用い説明する。図９（ａ）においても、画素アレイの構成の内、一部の画素部３００に相当する領域を抜き出して示している。
Even when the
[Embodiment 2]
The configuration of the pixel array according to Embodiment 2 will be described with reference to FIG. Also in FIG. 9A, a region corresponding to a part of the
図９（ａ）に示すように、絶縁膜１０７の上には、隣接する画素部３００間の境界部分に、隔壁３０９が立設されており、下部電極３１０が、上記実施の形態１に係る下部電極１１０と同様に、絶縁膜１０７の表面および隔壁３０９の側面に沿って凹断面形状を有するよう形成されている。そして、その上の、光電変換膜３１１、上部電極３１２、平坦化膜３１３、およびカラーフィルタ３１４については、上記実施の形態１と同様である。
As shown in FIG. 9A, on the insulating
本実施の形態に係る画素アレイにおいては、隔壁３０９の断面形状において、上辺が下辺よりも幅狭の台形断面形状である点に特徴を有する。
例えば、製造において、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いたリソグラフィ法によれば、０．２［μｍ］程度の幅の狭い細線パターンを形成することができ、遮光壁としての隔壁をエッチングにより形成する場合に、フォトレジストを等方的にエッチングするようにすれば、隔壁３０９の断面における上辺の幅を０．１［μｍ］以下とすることが可能である。しかも、隔壁３０９の底辺の幅が０．２［μｍ］程度となるので、隔壁３０９が倒壊する不具合も回避することが可能となる。
The pixel array according to this embodiment is characterized in that the cross-sectional shape of the
For example, in manufacturing, according to a lithography method using KrF excimer laser light, a narrow line pattern with a width of about 0.2 [μm] can be formed, and a partition as a light shielding wall is formed by etching. If the photoresist is etched isotropically, the width of the upper side in the cross section of the
本実施の形態に係る隔壁３０９の構成を採用する場合には、光入射側（Ｚ軸方向上方）の隔壁３０９の幅を狭くすることができるので、画素部３００のサイズが小さな形態においても、感度向上を図ることができる。
When the structure of the
なお、本実施の形態に係る固体撮像装置の場合には、下部電極３１０を画素部３００毎に分離するために、隔壁３０９をエッチングする工程の代わりに、開口部にフォトレジストを埋め込み、レジストなどをエッチングすることにより隔壁３０９の頂部分だけを露出させることができ、リソグラフィ技術の解像度以下の微細な幅の上端を有する隔壁３０９を形成することができる。もちろん、酸化膜などを埋め込んでＣＭＰ法などにより平坦化することもできる。
Note that in the case of the solid-state imaging device according to this embodiment, in order to separate the
また、隔壁３０９の頂部分や各コーナー部分については、曲率をもたせることもできる。
［実施の形態３］
実施の形態３に係る画素アレイの構成について、図９（ｂ）を用い説明する。図９（ｂ）においても、画素アレイの構成の内、一部の画素部３５０に相当する領域を抜き出して示している。
Further, the top portion of each
[Embodiment 3]
The configuration of the pixel array according to Embodiment 3 will be described with reference to FIG. Also in FIG. 9B, a region corresponding to a part of the
図９（ｂ）に示すように、実施の形態３に係る固体撮像装置の画素アレイにおいては、絶縁膜１０７上に立設された隔壁３５９が、その上辺が下辺よりも幅広の台形断面形状である。下部電極３６０、光電変換膜３６１、および上部電極３６２は、絶縁膜１０７の表面および隔壁３５９の側面に沿って形成されている。また、平坦化膜３６３およびカラーフィルタ３６４がその上に形成されている。
As shown in FIG. 9B, in the pixel array of the solid-state imaging device according to the third embodiment, the
本実施の形態における固体撮像装置では、隔壁３５９が、上辺が下辺よりも幅広の台形断面形状を有する点に特徴がある。このような形態の隔壁３５９を採用する場合には、画素部に斜め入射して光電変換に寄与することなく光電変換膜３６１を通過した光が、下部電極３６０の表面で反射され、さらに光電変換に寄与することなく光電変換膜３６１を通過する光は、隔壁３５９の側壁に形成された光電変換膜３６１に再入射することで、もう一度光電変換に寄与することができる。さらに、下部電極３６０の側壁部分（隔壁３５９の側面に沿って着設された部分）あるいは隔壁３５９で反射された光が、Ｚ軸方向の下向きに照射され、光電変換膜３６１で電荷に変換される。このため、入射された光を高効率に電荷に変換することができ、高い感度特性を有する。なお、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果も得られる。
The solid-state imaging device according to this embodiment is characterized in that the
また、隔壁３５９の上面の距離を大きくすることができるので、画素部境界において、隣接する画素部のカラーフィルタを通過した光は、隔壁３５９の上面で反射または吸収され、色解像度を向上させる効果がある。
In addition, since the distance between the upper surfaces of the
［変形例５］
変形例５に係る隔壁３７９の形態について、図１０（ａ）を用い説明する。
図１０（ａ）に示すように、変形例５に係る隔壁３７９は、その断面において、上部コーナー部分が曲率加工されている（矢印Ａで示す部分）。
[Modification 5]
The form of the
As shown in FIG. 10A, the
このような形態の隔壁３７９を備える固体撮像装置では、隔壁３７９の上部（頂部分）にも積層される光電変換膜や上部電極が隔壁３７９の上部コーナー部分にも積層されるが、当該コーナー部分が曲率をもって形成されているので、光電変換膜や上部電極が段切れを生じたりすることが抑制される。なお、本変形例の場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
In the solid-state imaging device including the
［変形例６］
変形例６に係る隔壁３８９の形態について、図１０（ｂ）を用い説明する。
図１０（ｂ）に示すように、変形例６に係る隔壁３８９は、その断面において、裾野部分が曲率加工されている（矢印Ｂで示す部分）。
[Modification 6]
The form of the
As shown in FIG. 10 (b), the
このような形態の隔壁３８９を備える固体撮像装置では、隔壁３８９の裾野部分において、この上に積層される光電変換膜や上部電極が段切れを生じたりすることが抑制される。なお、本変形例の場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
In the solid-state imaging device including the
［変形例７］
変形例７に係る隔壁３９９の形態について、図１０（ｃ）を用い説明する。
図１０（ｃ）に示すように、変形例７に係る隔壁３９９は、その断面において、上部コーナー部分および裾野部分の双方が曲率加工されている（矢印Ｃおよび矢印Ｄで示す部分）。
[Modification 7]
The form of the
As shown in FIG. 10 (c), the
このような形態の隔壁３９９を備える固体撮像装置では、隔壁３９９の上部コーナー部分および裾野部分において、その上に積層される光電変換膜や上部電極が段切れを生じることが抑制される。なお、本変形例の場合においても、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の効果を奏することができる。
In the solid-state imaging device including the
［実施の形態４］
実施の形態４に係る固体撮像装置の画素アレイの構成について、図１１（ａ）を用い説明する。図１１（ａ）は、画素アレイにおける一部の画素部４００を抜き出して描く模式断面図である。
[Embodiment 4]
The configuration of the pixel array of the solid-state imaging device according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG. FIG. 11A is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the
図１１（ａ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置においても、絶縁膜１０７上において、隣接する画素部４００間の境界部分に隔壁１０９が立設され、これにより形成される凹部内側部分に下部電極１１０、光電変換膜１１１、および上部電極１１２が形成されている。ここまでの構成については、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様である。
As shown in FIG. 11A, also in the solid-state imaging device according to the present embodiment, a
本実施の形態に係る固体撮像装置では、隔壁１０９の立設により、隣接する隔壁１０９同士の間の領域に形成された領域において、上部電極１１２と接する状態に各カラーフィルタ４１４が埋め込み形成されている点に主な特徴を有する。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, each
本実施の形態に係る固体撮像装置では、上記構成を採用することにより、半導体基板１０１の表面からカラーフィルタ４１４の表面までの距離を短くすることができ、隣接する画素部４００への斜め入射光の侵入に伴う混色を防止するという観点からより優れている。このため、本実施の形態に係る固体撮像装置では、より強い斜め入射の光についても、所望の光電変換膜１１１へと伝播することができ、更に色解像度の優れたものとすることができる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, by adopting the above-described configuration, the distance from the surface of the
なお、本実施の形態の構成では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１に比べて、半導体基板１０１の表面からカラーフィルタ４１４の表面までの距離を、例えば、約０．７［μｍ］短くすることができる。
In the configuration of the present embodiment, the distance from the surface of the
［実施の形態５］
実施の形態５に係る固体撮像装置の画素アレイの構成について、図１１（ｂ）を用い説明する。図１１（ｂ）は、画素アレイにおける一部の画素部４５０を抜き出して描く模式断面図である。
[Embodiment 5]
The configuration of the pixel array of the solid-state imaging device according to Embodiment 5 will be described with reference to FIG. FIG. 11B is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the
図１１（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置の画素アレイでは、カラーフィルタ４６４の構成が上記実施の形態４に係る固体撮像装置と相違する。具体的には、本実施の形態に係る固体撮像装置では、隔壁１０９の頂部分に相当する箇所を含め、カラーフィルタ４６４が上部電極１１２の上を完全に覆っている。
As shown in FIG. 11B, in the pixel array of the solid-state imaging device according to the present embodiment, the configuration of the
このような構成を採用する本実施の形態に係る固体撮像装置では、入射された光が確実にカラーフィルタ４６４を透過してから光電変換膜１１１へと入射される。具体的には、図１１（ａ）に示す実施の形態４に係る固体撮像装置では、入射された光の一部が、直接、透明導電膜で構成されている上部電極１１２内を伝播して光電変換膜１１１へと入射することが可能性として考えられる。
In the solid-state imaging device according to this embodiment that employs such a configuration, incident light is reliably transmitted through the
これに対して、図１１（ｂ）に示す本実施の形態に係る固体撮像装置では、上部電極１１２の上の全体にカラーフィルタ４６４が形成されているので、入射された光は、確実にカラーフィルタ４６４を透過した後に光電変換膜１１１へと入射することになる。
On the other hand, in the solid-state imaging device according to the present embodiment shown in FIG. 11B, the
従って、本実施の形態に係る固体撮像措置では、上記実施の形態４の効果に加えて、さらに高い色再現性を実現可能である。
［実施の形態６］
実施の形態６に係る固体撮像装置の画素アレイの構成について、図１２を用い説明する。図１２は、画素アレイにおける一の画素部６００を抜き出して描く模式断面図である。
Therefore, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, in addition to the effects of the fourth embodiment, higher color reproducibility can be realized.
[Embodiment 6]
The configuration of the pixel array of the solid-state imaging device according to Embodiment 6 will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating one
図１２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置の画素アレイでは、一の画素部６００が、絶縁膜１０７上に立設された隔壁６０９によって、３つの領域Ｅ，Ｆ，Ｇに区画されている。各領域Ｅ，Ｆ，Ｇでは、下部電極１１０が互いに分離されており、それぞれに対応して、接続部１０２、電荷蓄積部１０３、およびリセットドレイン１０４などが設けられている。
As shown in FIG. 12, in the pixel array of the solid-state imaging device according to this embodiment, one
なお、カラーフィルタ６１４については、３つの領域Ｅ，Ｆ，Ｇを通して一色のフィルタ構成となっている。
ここで、本実施の形態に係る隔壁６０９は、画素部６００のサイズを６［μｍ］程度するとき、隔壁の幅は０．３［μｍ］、高さが２．５［μｍ］程度である。
The
Here, in the
本実施の形態に係る固体撮像装置では、一の画素部６００を隔壁６０９により３つの領域に分割しているので、各領域Ｅ，Ｆ，Ｇにおいて、斜め入射光が隔壁６０９あるいはその側面に着設された下部電極１１０の側壁部分で反射され、光電変換膜１１１に再入射することになる。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置では、高い光電変換効率を得ることができ、高い感度特性を得られる。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment, since one
［変形例８］
変形例８に係る隔壁６１９の形態について、図１３（ａ）を用い説明する。
図１３（ａ）に示すように、変形例８に係る隔壁６１９は、各々がＹ軸方向に長い長方形状の３つの開口部６１９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例８に係る固体撮像装置では、一の画素部がＸ軸方向に３つの領域（開口部６１９ａにそれぞれ対応）に分割されている。
[Modification 8]
The form of the
As shown in FIG. 13A, the
このような形態の隔壁６１９を備える場合においても、上記実施の形態６に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することができる。即ち、Ｘ軸方向に斜め入射する光に対して有効である。
Even when the
［変形例９］
変形例９に係る隔壁６２９の形態について、図１３（ｂ）を用い説明する。
図１３（ｂ）に示すように、変形例９に係る隔壁６２９は、各々がＸ軸方向に長い長方形状の３つの開口部６２９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例８に係る固体撮像装置では、一の画素部がＹ軸方向に３つの領域（開口部６２９ａにそれぞれ対応）に分割されている。
[Modification 9]
The form of the
As shown in FIG. 13B, the
このような形態の隔壁６２９を備える場合においても、上記実施の形態６に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することができる。即ち、Ｙ軸方向に斜め入射する光に対して有効である。
Even when the
［変形例１０］
変形例１０に係る隔壁６３９の形態について、図１３（ｃ）を用い説明する。
図１３（ｃ）に示すように、変形例１０に係る隔壁６３９は、マトリクス状に配列された９つの開口部６３９ａを区画する形態を有する。即ち、本変形例１０に係る固体撮像装置では、一の画素部がＸ軸方向およびＹ軸方向に９つの領域（開口部６３９ａにそれぞれ対応）に分割されている。
[Modification 10]
The form of the
As shown in FIG. 13C, the
このような形態の隔壁６３９を備える場合においても、上記実施の形態６に係る固体撮像装置と同様の効果を奏することができる。即ち、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の両方向から斜め入射する光に対して有効である。
Even when the
［変形例１１］
変形例１１に係る固体撮像装置の画素アレイ６０の構成について、図１４を用い説明する。図１４では、画素アレイ６０の構成の内、９つの画素部６００ａ〜６００ｉを抽出し、模式的に示している。
[Modification 11]
The configuration of the pixel array 60 of the solid-state imaging device according to Modification 11 will be described with reference to FIG. In FIG. 14, nine
図１４に示すように、画素アレイ６０の中心に配置される画素部６００ａは、画素部６００ａの内部を分割する隔壁は設けられていない。これにより、開口面積を広く確保することができる。また、画素アレイ６０の中心に配置されているので、斜め入射光の問題を生じ難い。
As shown in FIG. 14, the
次に、画素部６００ａに対して、Ｘ軸方向の左右両側の端縁部分に配置される画素部６００ｂ，６００ｃでは、各画素部６００ｂ，６００ｃが、隔壁（画素部６００ｂ，６００ｃ内の実線が隔壁）によりＸ軸方向に各々４つの領域に区画されている。これら画素部６００ｂ，６００ｃでは、Ｘ軸方向に斜め入射する光に対して、上述の通り、有効に光電変換が行われる。
Next, in the
また、画素部６００ａに対して、Ｙ軸方向の上下両側の端縁部分に配置される画素部６００ｄ，６００ｅでは、各画素部６００ｄ，６００ｅが、隔壁によりＹ軸方向に各々４つの領域に区画されている。これら画素部６００ｄ，６００ｅでは、Ｙ軸方向に斜め入射する光に対して、上述の通り、有効に光電変換が行われる。
In addition, in the
また、画素アレイ６０の４つのコーナー部分に配置される画素部６００ｆ，６００ｇ，６００ｈ，６００ｉでは、各画素部６００ｆ，６００ｇ，６００ｈ，６００ｉが隔壁により斜め方向に各々４つの領域に区画されている。これら画素部６００ｆ，６００ｇ，６００ｈ，６００ｉでは、Ｘ軸およびＹ軸の双方に対して斜めとなる方向に入射する光に対して上述の通り、有効に光電変換が行われる。
Further, in the
なお、本変形例では、画素アレイ６０の外縁部分に配される８つの画素部６００ｂ〜６００ｉについて、画素内への隔壁の形成により、上記構成を採用することとしたが、中心に配置される画素部６００ａと外縁部分に配置される画素部６００ｂ〜６００ｉとの各間の領域に配される画素部についても、適宜、隔壁による領域の分割を行う構成としてもよい。
In the present modification, the above-described configuration is adopted for the eight
［変形例１２］
変形例１２に係る隔壁７０９の形態について、図１５を用い説明する。
図１５に示すように、本変形例に係る隔壁７０９は、芯となる部分が金属から構成された金属芯体部７０９１であり、その周囲を被覆する酸化皮膜部７０９２との組み合わせを以って構成されている。本変形例に係る隔壁７０９では、金属芯体部７０９１については、上記実施の形態１に係る隔壁１０９の金属芯体部１０９１と同様の金属材料から構成されているが、この周囲を被覆する酸化皮膜部７０９２がシリコン酸化物〜構成されている。
[Modification 12]
The form of the
As shown in FIG. 15, the
本変形例に係る隔壁７０９についても、その表面が絶縁性を有し、隣接する下部電極同士の間の絶縁を図ることができるので、上記実施の形態１の固体撮像装置１と同様の効果を得ることができる。
The
なお、金属芯体部７０９１の周囲を被覆する部分については、シリコン窒化物から構成することも可能であり、その場合にも同様の効果を得ることができる。
［その他の事項］
上記実施の形態１〜６および上記変形例１〜１２では、画素アレイの画素部配列を一例としてマトリクス状としたが、本発明は、これに限定を受けるものではない。例えば、ハニカム状の配列とすることもできる。
Note that the portion covering the periphery of the
[Other matters]
In the first to sixth embodiments and the first to twelfth modifications, the pixel portion array of the pixel array is a matrix shape as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a honeycomb-like arrangement can be used.
また、上記で一例としたサイズなどは適宜変更することが可能である。
また、隔壁については、金属芯体部とその表面を覆う酸化皮膜部との二層構造とする必要は必ずしもなく、グラファイトやＳｉＯ、ＳｉＮ、あるいは黒レジストなどを用いることもできるし、また、必ずしも遮光性を有している必要もない。
The size as an example above can be changed as appropriate.
In addition, the partition wall does not necessarily have a two-layer structure of a metal core part and an oxide film part covering the surface, and graphite, SiO, SiN, black resist, or the like can be used. There is no need to have light shielding properties.
また、カラーフィルタの上に、さらにマイクロレンズを備えることにより、さらに感度の向上を図ることができる。 Further, by further providing a microlens on the color filter, the sensitivity can be further improved.
本発明は、ディジタルスティルカメラや携帯電話機などの画像入力部として、高い感度特性と高い色再現性とを有する固体撮像装置を実現するのに有用である。 The present invention is useful for realizing a solid-state imaging device having high sensitivity characteristics and high color reproducibility as an image input unit of a digital still camera, a cellular phone, or the like.
１．固体撮像装置
１０，６０．画素アレイ
２１．パルス発生回路
２２．垂直シフトレジスタ
２３．水平シフトレジスタ
１００，３００，３５０，４００，４５０，６００，６００ａ〜６００ｉ．画素部
１０１．基板
１０２．接続部
１０３．電荷蓄積部
１０４．リセットドレイン
１０５，１０６．ゲート電極
１０７．絶縁膜
１０８．コンタクト配線
１０９，２０９，２１９，２２９，２３９，３０９，３５９，３７９，３８９，３９９，６０９，６１９，６２９，６３９，７０９．隔壁
１１０，３１０，３６０．下部電極
１１１，３１１，３６１．光電変換膜
１１２，３１２，３６２．上部電極
１１３，３１３，３６３．平坦化膜
１１４，３１４，３６４，４１４，４６４，６１４．カラーフィルタ
５００，５０１．フォトレジスト
１０９０．隔壁準備膜
１０９１，７０９１．金属芯体部
１０９２，７０９２．酸化皮膜部
１１００．電極準備膜
1. Solid-
Claims (14)
前記基板上に形成された絶縁膜と、
遮光性を有する導電性材料からなり、前記絶縁膜上において、互いに間隔をあけた状態で二次元配置された複数の下部電極と、
少なくともその表面が絶縁性を有し、前記絶縁膜上において、隣接する前記下部電極間に立設された隔壁と、
前記複数の下部電極上において、当該下部電極に接する状態で形成された光電変換膜と、
前記光電変換膜上において、当該光電変換膜に接する状態で形成された上部電極と、
前記上部電極上において、各下部電極に対応する位置に形成された複数のカラーフィルタと、
を備え、
前記複数の下部電極の各々は、その端縁部から前記隔壁の側面に沿った状態で着設された側壁部分が、前記絶縁膜上に形成された底壁部分と一体に形成されており、全体として凹断面形状を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 A substrate,
An insulating film formed on the substrate;
A plurality of lower electrodes two-dimensionally arranged in a state of being spaced apart from each other, made of a conductive material having a light-shielding property,
At least the surface thereof has an insulating property, and on the insulating film, a partition wall is provided between the adjacent lower electrodes, and
On the plurality of lower electrodes, a photoelectric conversion film formed in contact with the lower electrodes;
On the photoelectric conversion film, an upper electrode formed in contact with the photoelectric conversion film,
On the upper electrode, a plurality of color filters formed at positions corresponding to each lower electrode,
With
Each of the plurality of lower electrodes is formed integrally with a bottom wall portion formed on the insulating film, and a side wall portion attached in a state along the side surface of the partition wall from an edge thereof. A solid-state imaging device characterized by having a concave cross-sectional shape as a whole.
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 The photoelectric conversion film is formed in a state along the side wall portion and the top portion of the partition wall in each of the lower electrodes, and is continuous over the plurality of lower electrodes. The solid-state imaging device described in 1.
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。 The upper electrode is formed so as to cover the whole of the photoelectric conversion film and is in a continuous state, and is formed along the lower electrode in a region between adjacent partition walls, thereby forming a concave. The solid-state imaging device according to claim 2, having a cross-sectional shape.
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。 4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein each of the plurality of color filters is formed in a recess formed by the upper electrode in a region between the adjacent partition walls.
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4, wherein the partition wall has a height to pitch ratio of 0.5 or more.
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein the partition wall has a light shielding property.
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, wherein at least a surface of the partition wall has light reflectivity.
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の固体撮像装置。 The said partition is comprised from the core part which consists of metal materials, and the insulation coating part which consists of an insulating material and coat | covers the outer periphery of the said core part. The any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. The solid-state imaging device described in 1.
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the partition wall has a trapezoidal cross-sectional shape whose upper side is shorter than the lower side.
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the partition wall has a trapezoidal cross-sectional shape whose upper side is longer than the lower side.
ことを特徴とする請求項１から請求項８の何れかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8, wherein the partition wall has a triangular cross-sectional shape.
前記絶縁膜上に、各々の底部に前記絶縁膜が露出し、二次元配置された複数の凹部を区画する隔壁を立設する工程と、
遮光性を有する導電性材料を用い、前記隔壁により区画された各凹部内に下部電極を形成する工程と、
前記複数の下部電極上に、当該下部電極と接する状態で光電変換膜を形成する工程と、
前記光電変換膜上に、当該光電変換膜と接する状態で上部電極を形成する工程と、
前記上部電極上に、前記複数の下部電極に各々対応する位置に複数のカラーフィルタを形成する工程と、
を備え、
前記下部電極を形成する工程では、各端縁部から、前記隔壁の側面に沿った状態で側壁部分を着設し、
前記下部電極では、前記絶縁膜に接する底壁部分と前記側壁部分とが一体となっている
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming an insulating film on the substrate;
On the insulating film, the insulating film is exposed at the bottom of each of the insulating films, and a partition wall that divides a plurality of two-dimensionally arranged recesses is erected,
Using a conductive material having a light shielding property, forming a lower electrode in each recess defined by the partition; and
Forming a photoelectric conversion film in contact with the lower electrode on the plurality of lower electrodes;
Forming an upper electrode on the photoelectric conversion film in contact with the photoelectric conversion film;
Forming a plurality of color filters on the upper electrode at positions respectively corresponding to the plurality of lower electrodes;
With
In the step of forming the lower electrode, from each edge, a side wall portion is attached in a state along the side surface of the partition wall,
In the lower electrode, the bottom wall portion in contact with the insulating film and the side wall portion are integrated.
前記上部電極を形成する工程では、前記光電変換膜の全体を覆う状態で、且つ、全体で連続する状態で前記上部電極を形成し、
前記上部電極は、隣接する前記隔壁間の領域では、前記下部電極に沿って形成されることにより、凹断面形状を有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the photoelectric conversion film, the photoelectric conversion is performed in a state along the side wall portion and the top portion of the partition wall in each lower electrode and in a state continuous over the plurality of lower electrodes. Forming a film,
In the step of forming the upper electrode, the upper electrode is formed in a state of covering the whole of the photoelectric conversion film and being continuous as a whole,
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 12, wherein the upper electrode has a concave cross-sectional shape by being formed along the lower electrode in a region between adjacent partition walls.
ことを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。 14. The solid-state imaging according to claim 13, wherein, in the step of forming the color filter, each of the plurality of color filters is formed in a recess formed by the upper electrode in a region between the adjacent partition walls. Device manufacturing method.
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