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JP2004055669A - Solid-state imaging element and method manufacturing the same - Google Patents

Solid-state imaging element and method manufacturing the same Download PDF

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JP2004055669A
JP2004055669A JP2002208507A JP2002208507A JP2004055669A JP 2004055669 A JP2004055669 A JP 2004055669A JP 2002208507 A JP2002208507 A JP 2002208507A JP 2002208507 A JP2002208507 A JP 2002208507A JP 2004055669 A JP2004055669 A JP 2004055669A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide film
solid
state imaging
field oxide
forming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002208507A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Aida
會田 勉
Maki Saito
斉藤 牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Microdevices Co Ltd, Fuji Photo Film Co Ltd filed Critical Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority to JP2002208507A priority Critical patent/JP2004055669A/en
Publication of JP2004055669A publication Critical patent/JP2004055669A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Local Oxidation Of Silicon (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Element Separation (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging element which can reduce deterioration of image quality, particularly deterioration of the image quality at the edge portion of substrate and assure high accuracy read images. <P>SOLUTION: A frame type field oxide film 4 is formed to a concave area R to surround the effective imaging region 1A of the solid-state imaging element. Accordingly, this surface is located so as to be at approximately the same level as the surface level of a photosensor 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特に固体撮像素子の微細化構造およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高集積化・高密度化に伴い、固体撮像装置においても、撮像画素数の増加が進んでいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、すなわち高速駆動への要求から、素子の微細化が進んでいる。
【0003】
固体撮像素子は、図6にその断面の一例を示すように、周辺部等に、300〜600nm程度の厚いCVD酸化膜からなるフィールド酸化膜14を形成し、このフィールド酸化膜14で囲まれた素子領域内は有効撮像領域11Aとして、光電変換素子と電荷転送素子とが配列される。一方フィールド酸化膜14上およびその外側は非撮像領域11Bとなり、この非撮像領域11Bには、信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタや固体撮像素子に対して、信号処理回路などを分離する素子分離領域(フィールド酸化膜)が形成され、その上層には配線層17が形成されている。
【0004】
すなわち、図6に示すように、シリコン基板11内には、フィールド酸化膜14で囲まれた有効撮像領域11A内にフォトダイオード12および電荷転送素子13が形成され、その上層は絶縁膜15で被覆されている。
【0005】
そしてこのフィールド酸化膜14上には配線電極17が形成され、更にその上層は平坦化膜16で被覆されている。そして、さらにカラーフィルタ18、マイクロレンズ19が設けられる。
このような構造を有する固体撮像素子においては、図6に示すように、有効撮像領域11Aと非撮像領域11Bとの境界部分に大きな段差が形成される。
【0006】
また、基板と配線間の容量を小さくするために、フィールド酸化を用いる場合はある程度の酸化膜厚が必要となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の固体撮像素子では、チップの中心部の有効撮像領域11Aと、これを囲む非撮像領域11Bとの間で大きな段差を生じる。従って図7に示すように、有効撮像領域11Aの近傍から外側は画質が劣化する画質劣化部21となっている。
【0008】
すなわち、周囲に大きな段差があるため、平坦化膜16を形成しても、図8に示すように、中央部で薄くなり、なだらかな段差の形成は免れ得ない。このため、この平坦化膜16の上層に形成されるカラーフィルタ18およびマイクロレンズ19も周縁部では斜めに形成される。従って、有効撮像領域11Aの周辺部では、オンチップレンズにより集光された光がフォトセンサの中央に入射しなくなることがある。これにより、撮像画面の周辺部で感度や色の不均一が生じ、この周辺領域は、画質劣化部21として問題となっている。
【0009】
このように、基板周縁部の枠状のフィールド酸化膜のパターンによる段差に起因して、撮像画面の周辺部で感度や色の不均一が生じ、画質が低下するという問題があった。
【0010】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、画質の低下特に、基板周縁部の画質劣化を低減し、高精度の読み取り画像を提供することのできる固体撮像素子を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、固体撮像素子の有効撮像領域を囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜の表面が、フォトセンサの表面レベルと同程度に位置していることを特徴とする。
【0012】
かかる構成によれば、固体撮像素子の有効撮像領域を囲むように枠状に形成されるフィールド酸化膜の表面がフォトセンサの表面レベルと同程度となるように形成されているため、有効撮像領域全体が平坦に維持される。従ってチップ表面に形成されるレンズはチップ周辺部においても、光軸が基板表面と平行となるように維持され、フォトセンサの中央に効率よく入射せしめられる。従って撮像画面の周辺部においても感度や色の不均一が生じることなく、画質劣化部が低減され、有効撮像領域全体にわたって高精度に撮像画像を得ることが可能となる。
また、配線容量を十分にとるべく厚いフィールド酸化膜を形成する場合にも、基板表面の段差を低減することが可能となる。
【0013】
また望ましくは、前記フィールド酸化膜を、選択酸化によって形成することにより、膜質の良好な酸化膜を形成でき、より確実な絶縁分離が可能となる。
【0014】
さらに望ましくは、前記フィールド酸化膜は、枠状に形成された凹部内に形成されている。かかる構成によれば、平坦でかつ膜質の良好な酸化膜を形成することが可能となる。
【0015】
また本発明では、半導体基板表面に固体撮像素子を形成する方法であって、 固体撮像素子形成領域を囲むようにフィールド酸化膜を形成する工程が、固体撮像素子の有効撮像領域を囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜の表面が、フォトセンサの表面レベルと同程度に位置するように、フィールド酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【0016】
かかる構成によれば、厚いフィールド酸化膜を形成し、配線容量を十分に小さくしつつ、基板表面の段差を低減することが可能となる。
【0017】
望ましくは、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、前記半導体基板表面の少なくとも固体撮像素子形成領域を囲む領域に凹部を形成する工程と、前記凹部内に、酸化シリコン膜を形成する工程とを含む。
【0018】
かかる構成によれば、あらかじめ凹部を形成した後、この凹部に酸化シリコン膜を形成するようにしているため、効率よく表面の平坦化をはかることが可能となる。
【0019】
望ましくは、この酸化シリコン膜は、選択酸化によって形成すれば、膜質の良好な絶縁膜となるため、リークのおそれもなく、確実な素子分離を行うことが可能となる。
【0020】
また望ましくは、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化によって酸化シリコンを形成する工程と、CMPにより、前記酸化シリコン膜の突出部を除去し平坦化する工程とを含む。
【0021】
かかる構成によれば、さらなるリソグラフィ工程を必要とすることなく、歪の少ない素子分離領域を形成することが可能となる。
【0022】
また、ここでフィールド酸化膜は選択酸化に限定されることなく、化学的気相成長(CVD)法で形成してもよい。さらにまたあらかじめ枠状の凹部を形成しておくようにし、この凹部内に塗布法によって絶縁膜を形成するようにしてもよい。さらにまたCVD法や熱酸化による酸化シリコン膜に限定されることなく、BPSG膜やPSG膜のように不純物ドープしたシリコン酸化膜や塗布法によって形成された膜も適用可能である。
【0023】
また、CVD法による酸化シリコン膜と選択酸化による酸化シリコン膜とを併用し、素子分離を重視するアンプ付近ではCVD法による酸化シリコン膜を用い、フォトダイオード形成領域の周辺など平坦性を重視する部分では選択酸化を用いるというように1枚の基板内で使い分けるようにしてもよい。
【0024】
加えて、基板表面の平坦性が向上するため、フォトリソ工程やエッチング工程の加工マージンが広がり、微細化にも有効なものとなっている。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(第1の実施の形態)
【0026】
本実施形態の半導体装置は、図1に示すように、固体撮像素子の有効撮像領域1Aを囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜4の表面が、フォトセンサ2の表面レベルと同程度に位置するように構成したことを特徴とする。
他の部分については、図6に示した従来例の固体撮像素子と同様に形成されている。
【0027】
すなわち、図1に示すようにフィールド酸化膜4が基板1の表面に形成された凹部R内に形成され、基板1の表面レベルからの突出高さが低くなるように形成されていることを特徴とする。
【0028】
シリコン基板1表面に形成された凹部R内に、選択酸化によるフィールド酸化膜4が形成されており、非撮像領域1Bと有効撮像領域1Aとの界面での段差はほとんど皆無となっている。そしてシリコン基板1内にフォトダイオード2が形成されると共に、このフォトダイオード2による光電電流を電荷転送素子3の電荷転送電極を介して読み出すように構成されている。
【0029】
ここでは、シリコン基板1の周辺部に、枠状をなすように形成された、深さ600nm程度の凹部R内に選択酸化による厚さ800nmの酸化シリコン膜4が形成されている。そしてこの酸化シリコン膜4で囲まれた素子領域内は有効撮像領域1Aとして、フォトダイオード2と電荷転送素子3とが配列される。一方フィールド酸化膜4およびその外側は非撮像領域1Bとなり、この非撮像領域1Bには、信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタや固体撮像素子に対して、信号処理回路などを分離するフィールド酸化膜としての酸化シリコン膜4が形成され、その上層には配線層17が形成されている。
【0030】
すなわち、図1に示すように、シリコン基板1内には、フィールド酸化膜4で囲まれた有効撮像領域1A内にフォトダイオード2および電荷転送素子3が形成され、その上層は絶縁膜5で被覆されている。
【0031】
そしてフィールド酸化膜4上には配線電極7が形成され、更にその上層は平坦化膜6で被覆されている。そして、さらにカラーフィルタ8、マイクロレンズ9が設けられている。
【0032】
かかる構成によれば、図1に示すように、有効撮像領域1Aでは、その周囲の非撮像領域1Bとの間の境界まで良好な撮像特性を得ることができ、画質劣化部21は非撮像領域とほぼ一致することになる。
【0033】
次に本実施形態の固体撮像素子の製造工程について図3(a)乃至(c)を参照しつつ説明する。
【0034】
まず、図3(a)に示すように、n型のシリコン基板1を用意する。
そして、バッファ用の酸化シリコン膜10および窒化シリコン膜11を形成しフォトリソグラフィによりこれらをパターニングし、2層構造のマスクパターンを形成する。
次いで図3(b)に示すように、このマスクパターンをマスクとして基板表面をエッチング除去し、表面に凹部Rを形成する。
【0035】
この状態で、900℃の酸化性雰囲気中で加熱し、図3(c)に示すように、膜厚400から600nm程度の酸化シリコン膜からなるフィールド酸化膜4を形成する。そしてこの窒化シリコン膜11を除去し、通常の方法で、ゲート酸化膜を形成し、フォトダイオード2および電荷転送素子3、配線層7などを形成する。
このようにして図1に示した、固体撮像素子が形成される。
【0036】
この構造では、400〜600nmと厚いフィールド酸化膜が形成されているものの、凹部Rに形成されているため、段差は小さく、従ってフィールド酸化膜の周辺でも表面は平坦であり、上層に形成されるマイクロレンズ9による集光も精度よくなされ、画質の劣化をもたらすこともない。
【0037】
またこの固体撮像素子によれば、フィールド酸化膜による段差が小さいため、フォトリソグラフィにおけるフォーカスマージンが広がり、微細パターンの加工を行うことが可能となる。
【0038】
また製造に際しても、凹部を形成して、その凹部内に酸化シリコン膜を充填するようにすればよいため、製造も容易である。
【0039】
なお、前記実施の形態では、選択酸化による酸化シリコン膜を選択的に除去することにより形成した凹部を用いたが、基板をエッチングすることによって凹部を形成しても良い。
【0040】
また、前記実施の形態では、凹部内で選択酸化を行うことにより、酸化シリコン膜を形成したが、CVD法により酸化シリコン膜を形成し、これをフィールド酸化膜として用いるようにしてもよい。
【0041】
また、BPSG膜やPSG膜のような不純物ドープ膜などを塗布法によって凹部内に充填するようにしてもよいことはいうまでもない。
【0042】
(第2の実施の形態)
前記第1の実施の形態では、凹部に酸化シリコン膜を形成することにより、基板表面の段差を低減するようにしたが、この例では、選択酸化により酸化シリコン膜を形成した後、この酸化シリコン膜をCMPにより選択的に除去することにより表面の平坦化をはかるようにしてもよい。
【0043】
すなわち本実施形態の半導体装置は、図4に示すように、固体撮像素子の有効撮像領域1Aを囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜4の表面が、CMPにより平坦化されて、フォトセンサ2の表面レベルと同程度に位置するように構成されている。
【0044】
他の部分については、図1および2に示した本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子と同様に形成されている。
【0045】
すなわち、図4に示すようにフィールド酸化膜4が平坦化され、基板1の表面レベルからの突出高さが低くなるように形成されていることを特徴とする。
【0046】
この例では、シリコン基板1表面に、選択酸化によるフィールド酸化膜4が形成されており、このフィールド酸化膜4の表面がエッチングおよび研磨により除去されているため、非撮像領域1Bと有効撮像領域1Aとの界面での段差はほとんど皆無となっている。そしてシリコン基板1内にフォトダイオード2が形成されると共に、このフォトダイオード2による光電電流を電荷転送素子3の電荷転送電極を介して読み出すように構成されている。上部の絶縁膜5、平坦化膜6、配線層7についても前記第1の実施の形態と同様に形成されている。
【0047】
ここでは、シリコン基板1の周辺部に、枠状をなすように形成された、厚さ800nmの酸化シリコン膜4が表面研磨により、厚さ400nm程度のみ残留せしめられ、ほぼ平坦な表面を構成するようになっている。
【0048】
かかる構成によれば、前記第1の実施の形態と同様に、有効撮像領域1Aでは、その周囲の非撮像領域1Bとの間の境界まで良好な撮像特性を得ることができ、画質劣化部21は非撮像領域とほぼ一致することになる。
【0049】
次に本実施形態の固体撮像素子の製造工程について図5(a)乃至(c)を参照しつつ説明する。
まず、図5(a)に示すように、n型のシリコン基板1を用意する。
そして、図5(b)に示すように、(図示しない)窒化シリコンなどの非酸化性膜からなるマスクパターンを形成して、900℃の酸化性雰囲気中で加熱し、膜厚800nm程度の酸化シリコン膜からなるフィールド酸化膜4を形成する。
【0050】
この後、図5(c)に示すように、基板表面に突出しているフィールド酸化膜4を除去し、CMPにより表面の平坦化をはかる。
【0051】
そして、通常の方法で、ゲート酸化膜を形成し、フォトダイオード2および電荷転送素子3、配線層7などを形成する。
このようにして図4に示した、固体撮像素子が形成される。
【0052】
かかる構成によっても前記第1の実施の形態と同様、基板表面が平坦であるため、撮像特性が良好で画質劣化をもたらす領域と非撮像領域とがほぼ一致するようになり、最大限に有効な撮像領域を得ることが可能となる。
【0053】
また、本発明は、CCDエリアセンサに、特に有効であるが、この他ラインセンサやCMOSセンサ、など他の撮像デバイスにも適用可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、有効撮像領域と非撮像領域との境界部分において素子分離膜(フィールド酸化膜)による段差を低減することができるため、表面に形成される色分解フィルタやオンチップレンズを平坦な状態で配置することができる。この結果有効撮像領域の周辺部における感度や色の不均一性等を改善することができ、画質の低下を防止することが可能となる。
【0055】
また基板表面の平坦性が向上するためフォトリソ工程やエッチング工程の加工マージンが広がり、素子の微細化をはかることが可能となる。
【0056】
さらにまた、段差を大きくすることなくフィールド酸化膜の膜厚を十分に大きくとることができ、基板と配線との間の容量を十分に小さくすることが可能となる。
【0057】
加えて、何ら大きなプロセス変更なしに、基板の平坦化をはかることができ、製造も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の平面図を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図6】従来例の固体撮像素子を示す図である。
【図7】従来例の固体撮像素子の平面図を示す説明図である。
【図8】従来例の固体撮像素子の断面説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 フォトダイオード
3 電荷転送素子
4 フィールド酸化膜
5 絶縁膜
6 平坦化膜
7 配線
8 カラーフィルタ
9 マイクロロッドレンズ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a miniaturized structure of a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
With the high integration and high density of semiconductor devices, the number of imaging pixels is also increasing in solid-state imaging devices, but due to the demand for high-speed signal charge transfer, that is, high-speed driving with the increase in the number of pixels, Device miniaturization is progressing.
[0003]
As shown in an example of the cross section in FIG. 6, the solid-state imaging element is formed by forming a field oxide film 14 made of a thick CVD oxide film of about 300 to 600 nm on the periphery and the like and surrounded by the field oxide film 14. In the element area, photoelectric conversion elements and charge transfer elements are arranged as an effective imaging area 11A. On the other hand, on and outside the field oxide film 14 is a non-imaging region 11B. In this non-imaging region 11B, a signal processing circuit and the like are separated from a horizontal transfer register or a solid-state imaging device that transfers signal charges in the horizontal direction. An element isolation region (field oxide film) is formed, and a wiring layer 17 is formed thereon.
[0004]
That is, as shown in FIG. 6, the photodiode 12 and the charge transfer element 13 are formed in the effective imaging region 11 </ b> A surrounded by the field oxide film 14 in the silicon substrate 11, and the upper layer is covered with the insulating film 15. Has been.
[0005]
A wiring electrode 17 is formed on the field oxide film 14, and the upper layer is covered with a planarizing film 16. Further, a color filter 18 and a microlens 19 are provided.
In the solid-state imaging device having such a structure, as shown in FIG. 6, a large step is formed at the boundary between the effective imaging region 11A and the non-imaging region 11B.
[0006]
Further, when field oxidation is used to reduce the capacitance between the substrate and the wiring, a certain amount of oxide film thickness is required.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional solid-state imaging device, a large step is generated between the effective imaging region 11A at the center of the chip and the non-imaging region 11B surrounding the effective imaging region 11A. Therefore, as shown in FIG. 7, an image quality deterioration portion 21 in which the image quality deteriorates from the vicinity of the effective imaging region 11A to the outside.
[0008]
That is, since there is a large step in the periphery, even if the planarizing film 16 is formed, as shown in FIG. 8, it becomes thinner at the center portion, and the formation of a gentle step cannot be avoided. For this reason, the color filter 18 and the microlens 19 formed in the upper layer of the planarizing film 16 are also formed obliquely at the periphery. Therefore, in the periphery of the effective imaging region 11A, the light condensed by the on-chip lens may not enter the center of the photosensor. As a result, sensitivity and color non-uniformity occur in the peripheral portion of the imaging screen, and this peripheral region becomes a problem as the image quality deterioration portion 21.
[0009]
As described above, due to the step due to the frame-shaped field oxide film pattern at the peripheral edge of the substrate, there is a problem that sensitivity and color non-uniformity occur in the peripheral portion of the imaging screen, and the image quality deteriorates.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of providing a high-accuracy read image by reducing image quality deterioration, in particular, image quality degradation at the periphery of the substrate. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device of the present invention is characterized in that the surface of the field oxide film formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region of the solid-state imaging device is positioned at the same level as the surface level of the photosensor.
[0012]
According to such a configuration, since the surface of the field oxide film formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region of the solid-state imaging device is formed to be approximately the same as the surface level of the photosensor, the effective imaging region The whole is kept flat. Therefore, the lens formed on the chip surface is maintained so that the optical axis is parallel to the substrate surface even at the periphery of the chip, and can be efficiently incident on the center of the photosensor. Therefore, the image quality degradation portion is reduced without causing sensitivity and color non-uniformity in the peripheral portion of the imaging screen, and a captured image can be obtained with high accuracy over the entire effective imaging region.
Further, even when a thick field oxide film is formed so as to obtain a sufficient wiring capacity, the step on the substrate surface can be reduced.
[0013]
Desirably, the field oxide film is formed by selective oxidation, whereby an oxide film with good film quality can be formed, and more reliable insulation separation can be achieved.
[0014]
More preferably, the field oxide film is formed in a recess formed in a frame shape. According to this configuration, it is possible to form an oxide film that is flat and has good film quality.
[0015]
The present invention is also a method for forming a solid-state imaging device on the surface of a semiconductor substrate, wherein the step of forming a field oxide film so as to surround the solid-state imaging device formation region is a frame so as to surround the effective imaging region of the solid-state imaging device. And a step of forming the field oxide film so that the surface of the field oxide film formed in the shape is positioned at the same level as the surface level of the photosensor.
[0016]
According to such a configuration, it is possible to form a thick field oxide film and reduce the step on the substrate surface while sufficiently reducing the wiring capacitance.
[0017]
Preferably, the step of forming the field oxide film includes a step of forming a recess in a region surrounding at least a solid-state imaging device formation region on the surface of the semiconductor substrate, and a step of forming a silicon oxide film in the recess. .
[0018]
According to this configuration, since the silicon oxide film is formed in the recess after the recess is formed in advance, the surface can be efficiently planarized.
[0019]
Desirably, if this silicon oxide film is formed by selective oxidation, it becomes an insulating film with good film quality, and therefore, it is possible to perform reliable element isolation without fear of leakage.
[0020]
Preferably, the step of forming the field oxide film includes a step of forming silicon oxide by selective oxidation, and a step of removing and planarizing the protruding portion of the silicon oxide film by CMP.
[0021]
According to such a configuration, it is possible to form an element isolation region with less distortion without requiring a further lithography process.
[0022]
Here, the field oxide film is not limited to selective oxidation, but may be formed by chemical vapor deposition (CVD). Further, a frame-shaped recess may be formed in advance, and an insulating film may be formed in the recess by a coating method. Furthermore, the present invention is not limited to a silicon oxide film formed by CVD or thermal oxidation, and a silicon oxide film doped with impurities, such as a BPSG film or a PSG film, or a film formed by a coating method is also applicable.
[0023]
In addition, a silicon oxide film formed by CVD and a silicon oxide film formed by selective oxidation are used in combination, and a silicon oxide film formed by CVD is used in the vicinity of an amplifier that places importance on element isolation. Then, you may make it use properly in one board | substrate like using selective oxidation.
[0024]
In addition, since the flatness of the substrate surface is improved, the processing margin of the photolithography process and the etching process is widened, which is effective for miniaturization.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
[0026]
In the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 1, the surface of the field oxide film 4 formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region 1 </ b> A of the solid-state imaging device is approximately the same as the surface level of the photosensor 2. It is characterized by being configured to be located at.
Other portions are formed in the same manner as the conventional solid-state imaging device shown in FIG.
[0027]
That is, as shown in FIG. 1, the field oxide film 4 is formed in the recess R formed on the surface of the substrate 1, and the protruding height from the surface level of the substrate 1 is reduced. And
[0028]
A field oxide film 4 by selective oxidation is formed in the recess R formed on the surface of the silicon substrate 1, and there is almost no step at the interface between the non-imaging region 1B and the effective imaging region 1A. A photodiode 2 is formed in the silicon substrate 1, and a photoelectric current generated by the photodiode 2 is read out through the charge transfer electrode of the charge transfer element 3.
[0029]
Here, a silicon oxide film 4 having a thickness of 800 nm by selective oxidation is formed in a recess R having a depth of about 600 nm formed in a peripheral shape of the silicon substrate 1. In the element region surrounded by the silicon oxide film 4, the photodiode 2 and the charge transfer element 3 are arranged as an effective imaging region 1A. On the other hand, the field oxide film 4 and the outside thereof become a non-imaging region 1B. In the non-imaging region 1B, a field for separating a signal processing circuit and the like from a horizontal transfer register or a solid-state imaging device for transferring signal charges in the horizontal direction. A silicon oxide film 4 as an oxide film is formed, and a wiring layer 17 is formed thereon.
[0030]
That is, as shown in FIG. 1, a photodiode 2 and a charge transfer device 3 are formed in an effective imaging region 1A surrounded by a field oxide film 4 in a silicon substrate 1, and an upper layer thereof is covered with an insulating film 5. Has been.
[0031]
A wiring electrode 7 is formed on the field oxide film 4, and the upper layer is covered with a planarizing film 6. Further, a color filter 8 and a microlens 9 are provided.
[0032]
According to such a configuration, as shown in FIG. 1, in the effective imaging area 1A, good imaging characteristics can be obtained up to the boundary with the surrounding non-imaging area 1B. Will almost match.
[0033]
Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0034]
First, as shown in FIG. 3A, an n-type silicon substrate 1 is prepared.
Then, a buffer silicon oxide film 10 and a silicon nitride film 11 are formed and patterned by photolithography to form a two-layer mask pattern.
Next, as shown in FIG. 3B, the substrate surface is removed by etching using this mask pattern as a mask to form a recess R on the surface.
[0035]
In this state, heating is performed in an oxidizing atmosphere at 900 ° C. to form a field oxide film 4 made of a silicon oxide film having a thickness of about 400 to 600 nm, as shown in FIG. Then, the silicon nitride film 11 is removed, a gate oxide film is formed by a normal method, and the photodiode 2, the charge transfer element 3, the wiring layer 7, and the like are formed.
In this way, the solid-state imaging device shown in FIG. 1 is formed.
[0036]
In this structure, a thick field oxide film of 400 to 600 nm is formed, but since it is formed in the recess R, the level difference is small, so the surface is flat even around the field oxide film, and is formed in the upper layer. Condensation by the microlens 9 is also performed with high accuracy, and image quality is not deteriorated.
[0037]
Further, according to this solid-state imaging device, since a step due to the field oxide film is small, a focus margin in photolithography is widened, and a fine pattern can be processed.
[0038]
Also, in manufacturing, a recess is formed, and the silicon oxide film is filled in the recess, so that the manufacturing is easy.
[0039]
In the above embodiment, the concave portion formed by selectively removing the silicon oxide film by selective oxidation is used. However, the concave portion may be formed by etching the substrate.
[0040]
In the above embodiment, the silicon oxide film is formed by performing selective oxidation in the recess. However, a silicon oxide film may be formed by a CVD method and used as a field oxide film.
[0041]
Needless to say, an impurity doped film such as a BPSG film or a PSG film may be filled in the recess by a coating method.
[0042]
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the step of the substrate surface is reduced by forming the silicon oxide film in the recess, but in this example, after the silicon oxide film is formed by selective oxidation, the silicon oxide film is formed. The surface may be planarized by selectively removing the film by CMP.
[0043]
That is, in the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 4, the surface of the field oxide film 4 formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region 1A of the solid-state imaging device is planarized by CMP, The sensor 2 is configured to be located at the same level as the surface level.
[0044]
Other portions are formed in the same manner as the solid-state imaging device of the first embodiment of the present invention shown in FIGS.
[0045]
That is, as shown in FIG. 4, the field oxide film 4 is planarized and formed so that the protruding height from the surface level of the substrate 1 is lowered.
[0046]
In this example, the field oxide film 4 by selective oxidation is formed on the surface of the silicon substrate 1, and the surface of the field oxide film 4 is removed by etching and polishing. Therefore, the non-imaging area 1B and the effective imaging area 1A are removed. There are almost no steps at the interface. A photodiode 2 is formed in the silicon substrate 1, and a photoelectric current generated by the photodiode 2 is read out through the charge transfer electrode of the charge transfer element 3. The upper insulating film 5, the planarizing film 6, and the wiring layer 7 are also formed in the same manner as in the first embodiment.
[0047]
Here, a silicon oxide film 4 having a thickness of 800 nm formed in a frame shape on the periphery of the silicon substrate 1 is left only by a thickness of about 400 nm by surface polishing, thereby forming a substantially flat surface. It is like that.
[0048]
According to such a configuration, as in the first embodiment, in the effective imaging region 1A, good imaging characteristics can be obtained up to the boundary with the surrounding non-imaging region 1B, and the image quality degradation unit 21 Substantially coincides with the non-imaging area.
[0049]
Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 5A, an n-type silicon substrate 1 is prepared.
Then, as shown in FIG. 5B, a mask pattern made of a non-oxidizing film such as silicon nitride (not shown) is formed and heated in an oxidizing atmosphere at 900 ° C. to oxidize with a thickness of about 800 nm. A field oxide film 4 made of a silicon film is formed.
[0050]
Thereafter, as shown in FIG. 5C, the field oxide film 4 protruding from the substrate surface is removed, and the surface is flattened by CMP.
[0051]
Then, a gate oxide film is formed by a normal method, and the photodiode 2, the charge transfer element 3, the wiring layer 7, and the like are formed.
In this way, the solid-state imaging device shown in FIG. 4 is formed.
[0052]
Even in such a configuration, as in the first embodiment, since the substrate surface is flat, the area where the imaging characteristics are good and the image quality is deteriorated almost coincides with the non-imaging area, which is maximally effective. An imaging region can be obtained.
[0053]
The present invention is particularly effective for a CCD area sensor, but can also be applied to other imaging devices such as other line sensors and CMOS sensors.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the step due to the element isolation film (field oxide film) can be reduced at the boundary portion between the effective imaging region and the non-imaging region. The color separation filter and the on-chip lens to be used can be arranged in a flat state. As a result, it is possible to improve sensitivity, color non-uniformity, and the like in the periphery of the effective imaging region, and to prevent deterioration in image quality.
[0055]
Further, since the flatness of the substrate surface is improved, the processing margin of the photolithography process and the etching process is widened, and the element can be miniaturized.
[0056]
Furthermore, the thickness of the field oxide film can be made sufficiently large without increasing the level difference, and the capacitance between the substrate and the wiring can be made sufficiently small.
[0057]
In addition, the substrate can be planarized without any significant process changes, and manufacturing is also easy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a solid-state imaging element according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional solid-state imaging device.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a plan view of a conventional solid-state imaging device.
FIG. 8 is a cross-sectional explanatory diagram of a conventional solid-state image sensor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Photodiode 3 Charge transfer element 4 Field oxide film 5 Insulating film 6 Flattening film 7 Wiring 8 Color filter 9 Microrod lens

Claims (7)

固体撮像素子の有効撮像領域を囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜の表面が、フォトセンサの表面レベルと同程度に位置していることを特徴とする固体撮像素子。A solid-state imaging device, characterized in that a surface of a field oxide film formed in a frame shape so as to surround an effective imaging region of the solid-state imaging device is located at the same level as the surface level of a photosensor. 前記フィールド酸化膜は、選択酸化(LOCOS)によって形成された膜であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the field oxide film is a film formed by selective oxidation (LOCOS). 前記フィールド酸化膜は、枠状に形成された凹部内に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the field oxide film is formed in a recess formed in a frame shape. 半導体基板表面に固体撮像素子を形成する方法であって、
固体撮像素子形成領域を囲むようにフィールド酸化膜を形成する工程が、
固体撮像素子の有効撮像領域を囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜の表面が、フォトセンサの表面レベルと同程度に位置するように、フィールド酸化膜を形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A method of forming a solid-state imaging device on a semiconductor substrate surface,
The step of forming a field oxide film so as to surround the solid-state imaging element formation region,
Including a step of forming a field oxide film so that the surface of the field oxide film formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region of the solid-state imaging device is positioned at the same level as the surface level of the photosensor. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記フィールド酸化膜を形成する工程は、
前記半導体基板表面の少なくとも固体撮像素子形成領域を囲む領域に凹部を形成する工程と、
前記凹部内に、酸化シリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の形成方法。
The step of forming the field oxide film includes:
Forming a recess in a region surrounding at least a solid-state image sensor forming region on the surface of the semiconductor substrate;
The method for forming a solid-state imaging element according to claim 4, further comprising: forming a silicon oxide film in the recess.
前記酸化シリコン膜を形成する工程は、選択酸化によって形成される工程であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置の製造方法。6. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the step of forming the silicon oxide film is a step of forming by selective oxidation. 前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化によって酸化シリコンを形成する工程と、
CMPにより、前記酸化シリコン膜の突出部を除去し平坦化する工程とを含むことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the field oxide film includes the step of forming silicon oxide by selective oxidation,
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 4, further comprising a step of removing and planarizing the protruding portion of the silicon oxide film by CMP.
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