JPH10112532A - 撮像素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高感度化に伴うスミアの悪化や暗電流の増加
を軽減した、撮像素子の提供が望まれている。 【解決手段】 シリコン基板２表層部に形成された光電
変換部３と、光電変換部３から電荷を受けてこれを転送
する電荷転送部４と、シリコン基板２表面に形成された
絶縁膜５と、電荷転送部４の直上位置に形成されたレジ
スタ電極６と、レジスタ電極６を覆い、かつ光電変換部
３の直上位置の一部を開口した状態で形成された遮光膜
８と、遮光膜８を覆って絶縁膜５上に形成されたパッシ
ベーション膜２１とを備えた撮像素子２０である。パッ
シベーション膜２１がプラズマＳｉＮより屈折率が低
く、かつ透光性で絶縁性の材質に形成されている。パッ
シベーション膜２１と遮光膜８との間、及び遮光膜８と
レジスタ電極６との間のいずれか一方あるいは両方に、
水素を多く含有する材料からなる層間膜２２が形成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ（Charge-C
oupled Device ）型の撮像素子に係り、詳しくはパッシ
ベーション膜を低屈折率の材料で形成した撮像素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤ型の撮像素子（以下、ＣＣ
Ｄ撮像素子と称する）としては、例えば図４に示す構造
のものが知られている。図４において符号１は撮像素子
であり、この撮像素子１は、シリコン基板２の表層部に
オーバーフローバリア（図示略）を形成し、これの上に
光電変換部３を形成し、さらにこの光電変換部３の上に
ホール蓄積部（図示略）を形成したものである。光電変
換部３の一方の側方には読み出し部（図示略）を介して
Ｖレジスタ電荷転送部（以下、電荷転送部と略称する）
４が形成配置されている。また、光電変換部３の他方の
側方にはチャネルストップ（図示略）が配設され、該チ
ャネルストップの側方には別の電荷転送部４が配設され
ている。

【０００３】シリコン基板２の表面には絶縁膜５が形成
され、この絶縁膜５の上には、前記電荷転送部４の直上
位置を覆ってＶレジスタ電極６が形成されている。ま
た、前記絶縁膜５の上には、Ｖレジスタ電極６を覆った
状態で層間絶縁膜７が形成されている。この層間絶縁膜
７の上には、前記Ｖレジスタ電極６を覆いかつ前記光電
変換部３の直上位置の一部を開口した状態で遮光膜８が
形成されている。また、この遮光膜８を覆い、かつ前記
前記層間絶縁膜７を覆った状態でパッシベーション膜９
が形成され、さらにこのパッシベーション膜９を覆って
平坦化膜１０が形成されている。なお、遮光膜８の、光
電変換部３の直上位置を開口した部分が、入射光を受け
る受光部１１となっている。

【０００４】そして、このような構成により撮像素子１
は、平坦化膜１０、パッシベーション膜９を透過してき
た入射光を光電変換部３で受け、光電変換を行って電荷
とする。すると、得られた電荷は読み出し部を経て電荷
転送部４に送られ、さらにＶレジスタ電極６の駆動によ
って電荷転送部４中を移動し、Ｈレジスタ電荷転送部
（図示略）を経て信号として出力される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年ではこ
のような撮像素子１においてその縮小化が進み、これに
伴って各画素における前記受光部１１のサイズも縮小化
している。しかして、このように受光部１１のサイズ縮
小化が進むと、撮像素子の基本特性である感度が低下
し、さらに、この感度低下に起因してＳ／Ｎ比の低下が
起こり、画質が劣化するといった課題を生じている。こ
のような課題を解決すべく感度を向上させるため、従来
では、遮光膜８の開口部を拡げることによって受光部１
１のサイズを大きくするといった手法が一部に試みられ
ている。しかしながら、この手法では、受光部１１の拡
大に伴って電荷転送部４に入射する光が増加してしま
い、スミアが悪化するという不都合が生じてしまうこと
から、その拡大には限界があり、根本的な解決には至っ
ていない。

【０００６】また、感度の向上を図るため、パッシベー
ション膜９として、通常使用されているプラズマＳｉＮ
などよりも屈折率の低い材質、例えばプラズマＳｉＯな
どを用いる手法も一部に試みられている。すなわち、パ
ッシベーション膜９を例えばプラズマＳｉＮで形成した
場合には、図４中矢印Ａで示すように、受光部１１に入
射した光のうちの一部が反射によって光電変換部３にま
で到達せず、また、図４中矢印Ｂで示すように、受光部
１１の端部のパッシベーション膜９に入射した光の一部
が屈折により遮光膜８のほうに曲げられて光電変換部３
にまで到達せず、これらに起因して感度ロスを生じてい
る。一方、パッシベーション膜９を屈折率の低いプラズ
マＳｉＯで形成した場合には、これら反射や屈折に起因
する感度ロスが低減し、感度が向上するからである。

【０００７】また、パッシベーション膜９をプラズマＳ
ｉＮで形成した場合には、図４中矢印Ｃで示すように、
受光部１１の端部のパッシベーション膜９に入射した光
の一部が屈折により遮光膜８の方に曲げられ、結果的に
電荷転送部４に入射してスミアが生じてしまう。一方、
屈折率の低いプラズマＳｉＯで形成した場合には、パッ
シベーション膜９による屈折の度合いが少なくなること
から電荷転送部４に入射する光が少なくなり、結果とし
てスミアも低減するのである。

【０００８】ところが、パッシベーション膜９を低屈折
率のプラズマＳｉＯで形成した場合には、前述のような
利点はあるものの以下に述べる不都合がある。プラズマ
ＳｉＯはプラズマＳｉＮと異なり水素をほとんど含有し
ていないため、素子製造工程の最終段にて通常行われる
３５０℃から４００℃程度の熱処理時に、プラズマＳｉ
Ｎを用いた場合のごとくパッシベーション膜９中の水素
が、Ｖレジスタ電荷転送部４の直上位置や受光部１１の
直下位置などにおける、絶縁膜５とシリコン基板２との
界面に存在するＳｉ未結合手に供給され、これにより界
面準位が低められるといったことがなく、したがって暗
電流の増加を招いてしまう。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、高感度化に伴うスミアの
悪化や暗電流の増加を軽減した、撮像素子を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像素子では、
シリコン基板表層部に形成されて光電変換をなす光電変
換部と、光電変換部から電荷を受けてこれを転送する電
荷転送部と、前記シリコン基板表面に形成された絶縁膜
と、該絶縁膜上にて前記電荷転送部の直上位置に形成配
置されたレジスタ電極と、該レジスタ電極を覆い、かつ
前記光電変換部の直上位置の一部を開口した状態で形成
された遮光膜と、該遮光膜を覆って前記絶縁膜上に形成
されたパッシベーション膜とを備えてなり、前記パッシ
ベーション膜がプラズマＳｉＮより屈折率が低く、かつ
透光性で絶縁性の材質に形成されてなり、該パッシベー
ション膜と前記遮光膜との間、および遮光膜と前記レジ
スタ電極との間のいずれか一方あるいは両方に、水素を
多く含有する材料からなる層間膜が形成されてなること
を前記課題の解決手段とした。

【００１１】この撮像素子によれば、パッシベーション
膜をプラズマＳｉＮより屈折率が低い材質に形成してい
るので、入射光が反射することや屈折により遮光膜の端
部に曲げられることなどに起因する感度ロスが低減し、
かつ入射光が屈折により電荷転送部に入射してしまうこ
とに起因するスミアも低減する。また、パッシベーショ
ン膜と遮光膜との間、および遮光膜と前記レジスタ電極
との間のいずれか一方あるいは両方に、水素を多く含有
する材料からなる層間膜を形成したので、素子製造工程
の最終段にて通常行われる３５０℃から４００℃程度の
熱処理時に、該層間膜中の水素が電荷転送部の直上位置
や遮光部が開口した位置の直下などにおける絶縁膜とシ
リコン基板との界面に存在するＳｉ未結合手に供給さ
れ、これにより界面準位が低められて暗電流の発生が防
止されたものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の撮像素子を実施形
態例により詳しく説明する。図１は本発明の撮像素子の
第１実施形態例を示す図であり、図１中符号２０は撮像
素子である。この撮像素子２０が図４に示した従来の撮
像素子１と主に異なるところは、パッシベーション膜２
１と遮光膜８との間に層間膜２２が形成されている点で
ある。

【００１３】層間膜２２は、水素を多く含有する材質の
膜、具体的にはプラズマＳｉＮやＢＰＳＧ（ホウ素リン
シリケートガラス）、ＰＳＧ（リンシリケートガラス）
によって形成されるもので、本実施形態例ではプラズマ
ＳｉＮによって形成されている。ここで、プラズマＳｉ
Ｎとは、公知のプラズマＣＶＤ法によって例えばＳｉＨ
₄ とＮＨ₃ とを原料とし、生成温度３００℃程度で堆積
形成されたものであり、純粋なＳｉ₃ Ｎ₄ ではないこと
から、通常このように表記されるものである。なお、プ
ラズマＳｉＮが水素を多く含有するのは、その原料とし
て水素を多く含むＳｉＨ₄ とＮＨ₃ とを用いているから
であり、また、ＢＰＳＧ、ＰＳＧが水素を多く含有する
のは、これらが高い吸湿性を有することによって水素も
含有し易くなっているからである。

【００１４】また、この撮像素子２０にあっては、その
パッシベーション膜２１がプラズマＳｉＮより屈折率が
低く、かつ透光性で絶縁性の材質に形成されている。こ
のような材質のものとして具体的には、プラズマＳｉＯ
や常圧ＣＶＤ法によるＳｉＯ ₂ 、ＳＯＧ（スピンオング
ラス）、ＴＥＯＳ法（テトラエトキシシランを原料とす
るＣＶＤ法）によるＳｉＯ₂ などが挙げられ、本実施形
態例ではプラズマＳｉＯが採用される。ここで、これら
プラズマＳｉＯなどの材質のものは、基本的にＳｉＯ₂
あるいはこれに近い組成のものからなっており、その屈
折率は１．４６〜１．４８である。一方、プラズマＳｉ
Ｎはその屈折率が約２である。したがって、前記プラズ
マＳｉＯ等はプラズマＳｉＮに比べ屈折率が十分に低い
ものとなっているのである。なお、このプラズマＳｉＯ
は、公知のプラズマＣＶＤ法によって例えばＳｉＨ₄ と
Ｎ₂ Ｏとを原料とし、生成温度３００〜４００℃程度で
堆積形成されたものであり、純粋なＳｉＯ₂ ではないこ
とから、通常このように表記されるものである。

【００１５】このような構成からなる撮像素子２０を製
造するには、図４に示した従来の撮像素子１の製造と同
様にして層間絶縁膜７までを形成する。次いで、遮光膜
８となるＡｌ等の膜と層間膜２２となるプラズマＳｉＮ
膜とをこの順に堆積し、続いて遮光膜８のパターニング
（受光部１１の形成）のために用いるマスクを用いて公
知のリソグラフィー技術、エッチング技術によりプラズ
マＳｉＮ膜、Ａｌ等の膜を順次パターニングし、層間膜
２２、遮光膜８を形成する。その後、従来のものと同様
の処理工程を重ね、特に層間膜２２の形成後、あるいは
これに続くパッシベーション膜２１の形成の後、窒素や
アルゴンなどの不活性ガス、あるいはフォーミングガス
の雰囲気にて３５０℃から４００℃程度の熱処理を行
い、本例の撮像素子２０を得る。

【００１６】このようにして熱処理を行うと、水素を多
く含有するプラズマＳｉＮによって層間膜２２を形成し
ていることから、この熱処理時に層間膜２２中の水素が
拡散し、拡散した水素がＶレジスタ電荷転送部４の直上
位置および受光部１１の直下位置などにおける、絶縁膜
５とシリコン基板２との界面に存在するＳｉ未結合手に
供給され、これによりその界面準位が低くなる。

【００１７】このようにして得られた撮像素子２０にあ
っては、パッシベーション膜２１が低屈折率のプラズマ
ＳｉＯによって形成されているので、図１中矢印Ｄに示
すような、受光部１１に入射してパッシベーション膜２
１の上下で反射する成分が図４に示した従来の撮像素子
１より少なくなり、光電変換部３に入射する成分が増
え、感度が向上する。

【００１８】また、従来の撮像素子１では、受光部１１
の端部のパッシベーション膜９に入射した光の一部が屈
折により遮光膜８のほうに曲げられて光電変換部３にま
で到達せず、感度ロスを生じていたが、本例の撮像素子
２０では低屈折率のパッシベーション膜２１を形成して
いることから、図１中矢印Ｅで示すように受光部１１の
端部に入射した光も屈折による曲がりが小さくなり、光
電変換部３に入射する成分が増えることによって感度ロ
スが抑えられる。

【００１９】さらに、従来の撮像素子１では、受光部１
１の端部のパッシベーション膜９に入射した光の一部が
屈折により遮光膜８の方に曲げられ、結果的に電荷転送
部４に入射してスミアを生じてしまっていたが、本例の
撮像素子２０では、低屈折率のパッシベーション膜２１
を形成していることから、図１中矢印Ｆで示すようにパ
ッシベーション膜２１による屈折の度合いが少なくなる
ことによって電荷転送部４に入射する光が少なくなり、
結果としてスミアも低減する。

【００２０】また、本例の撮像素子２０にあっては、層
間膜２２が水素を多く含有するプラズマＳｉＮによって
形成されているので、製造時においてその最終段におけ
る熱処理の際、層間膜２２が、図１中×印で示した絶縁
膜５とシリコン基板２の間の界面に水素を供給するため
の供給源として機能し、これによりその界面準位が低く
なって暗電流の発生が防止されたものとなる。

【００２１】図２は本発明の撮像素子の第２実施形態例
を示す図であり、図１中符号３０は撮像素子である。こ
の撮像素子３０が図１に示した従来の撮像素子２０と異
なるところは、層間膜３１がパッシベーション膜２１と
遮光膜８との間でなく、遮光膜８と層間絶縁膜７との間
に形成されている点である。また、図３は本発明の撮像
素子の第３実施形態例を示す図であり、図１中符号４０
は撮像素子である。この撮像素子４０が図１に示した従
来の撮像素子２０と異なるところは、パッシベーション
膜２１と遮光膜８との間に層間膜２２を形成しただけで
なく、前記第２の実施形態例の撮像素子３０のごとく、
遮光膜８と層間絶縁膜７との間にも層間膜３１を形成し
ている点である。

【００２２】これら撮像素子３０、４０にあっても、パ
ッシベーション膜２１が低屈折率のプラズマＳｉＯによ
って形成されているので、感度ロスを低減することがき
るとともにスミアをも低減することができる。また、撮
像素子３０では、遮光膜８と層間絶縁膜７との間に水素
を多く含有するプラズマＳｉＮからなる層間膜３１を形
成しているので、図１に示した撮像素子２０と同様に、
製造時における熱処理の際、層間膜３１が絶縁膜５とシ
リコン基板２の間の界面に水素を供給するための供給源
として機能し、これによりその界面準位が低くなって暗
電流が発生するのを防止することができる。また、撮像
素子４０では、パッシベーション膜２１と遮光膜８との
間に層間膜２２を形成するとともに、遮光膜８と層間絶
縁膜７との間にも層間膜３１を形成しているので、水素
供給源として機能する層間膜（２２、３１）が二層設け
られていることにより、絶縁膜５とシリコン基板２の間
の界面に水素を確実に供給することができ、これにより
暗電流の発生をより確実に防止することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明の撮像素子
は、パッシベーション膜をプラズマＳｉＮより屈折率が
低い材質に形成されたものであるから、入射光が反射や
屈折により遮光膜の端部に曲げられることなどに起因す
る感度ロスを低減することができ、さらに、入射光が屈
折により電荷転送部に入射してしまうことに起因するス
ミアも低減することができる。また、パッシベーション
膜と遮光膜との間、および遮光膜と前記レジスタ電極と
の間のいずれか一方あるいは両方に、水素を多く含有す
る材料からなる層間膜が形成されたものであるから、素
子製造工程にて通常行われる熱処理時に、該層間膜中の
水素を電荷転送部の直上位置や遮光部が開口した位置の
直下などにおける絶縁膜とシリコン基板との界面に存在
するＳｉ未結合手に供給することができ、これにより界
面準位を低めて暗電流の発生を防止することができる。
したがって、本発明の撮像素子にあっては、従来のもの
に比べ性能が向上し、Ｓ／Ｎ比が改善されたことによ
り、ノイズの少ない良質の画面を映し出すことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像素子の、第１実施形態例の概略構
成を示す要部側断面図である。

【図２】本発明の撮像素子の、第２実施形態例の概略構
成を示す要部側断面図である。

【図３】本発明の撮像素子の、第３実施形態例の概略構
成を示す要部側断面図である。

【図４】従来の撮像素子の一例の概略構成を示す要部側
断面図である。

【符号の説明】

２ シリコン基板 ３ 光電変換部 ４ Ｖレジス
タ電荷転送分 ５ 絶縁膜 ６ Ｖレジスタ電極 ８ 遮光膜 ２０、３０、４０ 撮像素子 ２１ パッシベーショ
ン膜 ２２、３１ 層間膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン基板表層部に形成されて光電変
   換をなす光電変換部と、光電変換部から電荷を受けてこ
   れを転送する電荷転送部と、前記シリコン基板表面に形
   成された絶縁膜と、該絶縁膜上にて前記電荷転送部の直
   上位置に形成配置されたレジスタ電極と、該レジスタ電
   極を覆い、かつ前記光電変換部の直上位置の一部を開口
   した状態で形成された遮光膜と、該遮光膜を覆って前記
   絶縁膜上に形成されたパッシベーション膜と、を備えた
   撮像素子において、 前記パッシベーション膜がプラズマＳｉＮより屈折率が
   低く、かつ透光性で絶縁性の材質に形成されてなり、 該パッシベーション膜と前記遮光膜との間、および遮光
   膜と前記レジスタ電極との間のいずれか一方あるいは両
   方に、水素を多く含有する材料からなる層間膜が形成さ
   れてなることを特徴とする撮像素子。