JP2008147378A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遮光膜で発生した電界によるフォトダイオード部への影響を小さくして、不必要な縦縞による撮像画像の画質の低下を抑制し得る固体撮像装置を提供する。
【解決手段】複数のフォトダイオード部１と、信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部２と、導電性を有する複数の遮光膜５と、遮光膜５を介して転送パルスを供給するバスライン部とを備える固体撮像装置を用いる。垂直電荷転送部２は、転送チャネル１３と、転送電極３とを備えている。遮光膜５は、それと転送電極３との間を絶縁する絶縁層２１を介して、対応する垂直電荷転送部２の上層に形成されている。絶縁層２１は、遮光膜５に重なる部分における、垂直電荷転送部２が読出し対象としているフォトダイオード部１側に、厚肉部８を有している。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置、特にはＣＣＤ（charge coupled device）型の固体撮像装置に関する。

近年、デジタルカメラやデジタルムービーカメラ、更にはカメラ付携帯電話の急速な普及により、固体撮像装置の需要が急速に伸びている。特に最近では、多画素化や動画対応の求めにより、固体撮像装置の高速駆動化が求められている。その一つの解決策として、遮光膜が垂直ＣＣＤの転送電極への転送パルスの供給も兼ねるシャント配線構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ここで、図２４〜図２８を用いて、シャント配線構造を有するＣＣＤ型固体撮像装置について説明する。最初に、固体撮像装置の全体構成について説明する。図２４は、従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の全体構成を概略的に示す構成図である。図２４に示すように、固体撮像装置は、複数の画素１０４が設けられた半導体基板１０１を備えている。画素１０４は、マトリクス状に配置されており、画素１０４が配置されている領域は、結像領域１０１ａとなる。本例では、半導体基板１０１として、ｎ型のシリコン基板が用いられている（図２６参照）。

各画素１０４は、垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ（charge coupled device））１０２とフォトダイオード（Photo diode）部１１１とを備えている。また、半導体基板１０１には、垂直ＣＣＤ１０２の転送方向側に、水平方向に沿って水平電荷転送部（水平ＣＣＤ）１０３が形成されている。水平ＣＣＤ１０３の出力端には出力アンプ１０３ｂが設けられている。図２４中の矢印は電荷の転送方向を示している。

図２４では図示していないが、垂直ＣＣＤ１０２及び水平ＣＣＤ１０３それぞれは、半導体基板１０１に形成された転送チャネルと、転送チャネル上に配置された第１転送電極及び第２転送電極とを備えている。なお、本明細書においては、垂直ＣＣＤの転送電極を「垂直転送電極」と称し、水平ＣＣＤの転送電極を「水平転送電極」と称する。

結像領域１０１ａの周辺領域には、結像領域１０１ａの外縁に沿って垂直バスライン部１１６が設けられている。垂直バスライン部１１６は、垂直バスライン配線１１６ａ〜１１６ｄを備えている。垂直バスライン配線１１６ａ〜１１６ｄそれぞれには、異なる転送パルスΦＶ１〜ΦＶ４が外部から供給される。

更に、水平ＣＣＤ１０３に沿って、水平バスライン部１１７が設けられている。水平バスライン部１１７は、水平バスライン配線１１７ａ及び１１７ｂを備えている。水平バスライン配線１１７ａ及び１１７ｂそれぞれにも、異なる転送パルスΦＨ１及びΦＨ２が外部から供給される。

また、垂直ＣＣＤ１０２に光が入射しないようにするため、垂直ＣＣＤ１０２毎に、垂直ＣＣＤ１０２を覆うストライプ状の遮光膜１１３が形成されている。遮光膜１１３は金属材料で形成されており、垂直バスライン配線１１６ａ〜１１６ｄのいずれかと接続されている。また、遮光膜１１３は、コンタクトホール１１４によって垂直転送電極に接続される。このため、遮光膜１１３は、垂直ＣＣＤ１０２の垂直転送電極へ転送パルスを供給するシャント配線として機能する。なお、図２４においては、遮光膜１１３の一部を省略している。

次に、図２４に示す固体撮像装置の画素の構成について図２５〜図２８を用いて具体的に説明する。図２５は、図２４に示した固体撮像装置の画素及びその周辺の構成を示す平面図である。図２６は、図２５中の切断線Ｘ−Ｘ´に沿って得られた断面図である。図２７は、図２５中の切断線Ｙ−Ｙ´に沿って得られた断面図である。図２８は、図２５中の切断線Ｚ−Ｚ´に沿って得られた断面図である。なお、図５において遮光膜１１３は破線で示している。図２６〜図２８においては、導電性の部材（半導体基板を除く）にのみハッチングを施している。

図２５及び図２６に示すように、垂直ＣＣＤ１０２は、転送チャネル１０２ａと、第１垂直転送電極１０６及び第２垂直転送電極１０９とを備えている。転送チャネル１０２ａは、半導体基板１０１の表層に、複数のフォトダイオード部１１１の垂直方向の列に沿って、この列毎に、複数条形成されている。

図２５に示すように、第１垂直転送電極１０６及び第２垂直転送電極１０９は、複数条の転送チャネル１０２ａを横切るようにして、又ゲート絶縁膜１０５（図２６〜図２８参照）を介して、これらの上層に形成されている。遮光膜１１３は、垂直ＣＣＤ１０２を覆うようにして、又ストライプ状に形成されている。遮光膜１１３は、コンタクトホール１１４ａによって第１垂直転送電極１０６に接続される（図２７参照）。また、遮光膜１１３は、コンタクトホール１１４ｂによって第２垂直転送電極１０９に接続される。

図２６に示すように、フォトダイオード部１１１は、ｎ型の拡散領域で形成された光電変換領域１１１ａと、その上層に形成された反転層１１１ｄとを備えている。また、フォトダイオード部１１１とそれに対応する垂直ＣＣＤ１０２との間には、読み出し領域１１１ｂが形成されている。光電変換領域１１１ａで形成された信号電荷は、読み出し領域１１１ｂを介して、転送チャネル１０２ａに読み出される。読み出し領域１１１ｂは、ｐ型の拡散領域である。また、フォトダイオード部１１１と、別のフォトダイオード部１１１に対応する垂直ＣＣＤ１０２との間には、これらを分離するために、画素分離領域１１１ｃが形成されている。画素分離領域１１１ｃは、読み出し領域１１１ｂよりも不純物濃度の高いｐ型の拡散領域である。

また、図２７に示すように、転送チャネル１０２ａの上層では、第１垂直転送電極１０６及び第２垂直転送電極１０９は、電荷を転送できるようにするため隣り合うように配置されている。また、第２垂直転送電極１０９は、その端部が第１垂直転送電極１０６の端部と重なるように形成されている。一方、図２８に示すように、転送チャネル１０２ａが形成されていない領域上では、第２垂直転送電極１０９は、第１垂直転送電極１０６の上に配置されている。

また、図２７及び図２８において、１０８は、熱酸化法によって第１垂直転送電極１０６の上面及び側面に形成された絶縁膜である。１１２は、熱酸化法によって第２垂直転送電極１０９の上面及び側面に形成された絶縁膜である。１１５は、第１垂直転送電極１０６と第２垂直転送電極１０９とを遮光膜１１３から絶縁するための絶縁層（遮光膜絶縁層）である。また、図２７に示すように、遮光膜１１３と第１垂直転送電極１０６とを接続するコンタクトホール１１４ａは、絶縁膜１０８及び遮光膜絶縁層１１５を貫通するようにして形成されている。

更に、遮光膜１１３を含む半導体基板１０１の上面全体を被覆するように、絶縁層１１８が形成されている。図示していないが、図２４に示した垂直バスライン部１１６は、絶縁層１１８の上に形成されている。

ここで、図２４〜図２８に示した固体撮像装置の動作について説明する。以下の説明においては適宜図２４〜図２８を参酌する。先ず、半導体基板１０１の結像領域１０１ａに光学像が結像されると、各フォトダイオード部１１１の光電変換領域１１１ａは、光電変換を行い、入射光の強さと入射時間とに応じて信号電荷を蓄積する。

この状態において、第２垂直転送電極１０９に、垂直バスライン部１１６及び遮光膜１１３を通じてハイレベル電圧ＶＨ（１０Ｖ〜１５Ｖ）が印加されると、第２垂直転送電極１０９の直下のポテンシャルが高くなる。これにより、各フォトダイオード部１１１の光電変換領域１１１ａに蓄積された信号電荷は、読み出し領域１１１ｂを通って、垂直ＣＣＤ１０２の転送チャネル１０２ａに転送される。

例えば、図２５に示す例では、図中の中央の第２垂直転送電極１０９は、図中右側の遮光膜１１３に、コンタクトホール１１４ｂを介して接続されている。よって、図中右側の遮光膜１１３に、ハイレベルの電圧ＶＨが供給されると、中央の第２垂直転送電極１０９にはハイレベルの電圧ＶＨが印加される。この結果、図２６に示された全ての光電変換領域１１１ａにおいて、蓄積された信号電荷の読み出しが開始される。

次に、第１垂直転送電極１０６および第２垂直転送電極１０９に、ミドルレベルの電圧ＶＭ（０Ｖ）とローレベルの電圧ＶＬ（−５Ｖ〜−１０Ｖ）とが交互に印加される。これにより、信号電荷は、垂直方向に順次転送され、水平ＣＣＤ１０３に到達する。

その後、水平ＣＣＤ１０３の第１水平転送電極（図示せず）及び第２水平転送電極（図示せず）に、水平バスライン部１１７を介してハイレベルの電圧（２Ｖ〜５Ｖ）とローレベル電圧（０Ｖ）とが交互に印加される。これにより、信号電荷は、水平ＣＣＤ１０３から出力アンプ１０３ｂへと転送される。

出力アンプ１０３ｂは、信号電荷を電圧に変換し、外部に信号電圧を出力する。このように、光電変換領域１１１ａに蓄積された信号電荷は、垂直ＣＣＤ１０２によって垂直方向に転送され、水平ＣＣＤ１０３によって水平方向に転送された後、外部に出力される。
特開平３−２５６３５９号公報

ところで、シャント配線構造を備えた固体撮像装置では、遮光膜１１３に電圧が印加されると、これから電界が発生する。そして、フォトダイオード部１１１は、読出し側に位置する遮光膜１１３が発生させる電界の影響を受ける。具体的には、この電界は、遮光膜１１３に印加されている電圧が高くなるほど強くなる。そして、電界が強くなると、フォトダイオード部１１１から垂直ＣＣＤ１０２までの読出し経路が界面に近くなる。その結果、読み出しの際に界面準位にトラップされる電子数が増加して、このフォトダイオード部からの出力値が低下する。

例えば、図２６においては、図中右側の遮光膜１１３には電圧ＶＨが供給されているため、図中右側の遮光膜１１３は強い電界を発生させる。よって、図２６に示すように、図中右側の遮光膜１１３が読出し側に位置している図中右側のフォトダイオード部１１１では、読出し経路が界面に近くなり、界面準位で多くの電子がトラップされる。

一方、図２６において、図中左側の遮光膜１１３には電圧ＶＬが印加されているため、図中左側の遮光膜１１３が発生させる電界は、図中右側の遮光膜１１３が発生させる電界とは極性が逆となる。よって、図２６に示すように、図中中央のフォトダイオード部１１１の読出し経路は、図中右側のフォトダイオード部１１１よりも深いところに位置し、界面準位でトラップされる電子の数も少なくなる。

この結果、図中中央のフォトダイオード部１１１からの出力値は、図中右側のフォトダイオード部１１１からの出力値よりも大きくなり、画面上に不必要な縦縞を表示させ、撮像画像の画質を低下させてしまう。

本発明の目的は、上記問題を解消し、遮光膜で発生した電界によるフォトダイオード部への影響を小さくして、不必要な縦縞による撮像画像の画質の低下を抑制し得る固体撮像装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数のフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、導電性を有し、且つ前記入射光から前記垂直電荷転送部を遮光する複数の遮光膜と、前記遮光膜を介して前記垂直電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とを備える固体撮像装置であって、前記複数のフォトダイオード部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、前記複数の遮光膜は、それぞれ、前記垂直電荷転送部毎に、前記遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁層を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に形成され、前記絶縁層は、前記複数の遮光膜のいずれかに重なる部分における、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部側に、厚肉部を有し、前記複数のフォトダイオード部の上層には、前記複数のフォトダイオード部それぞれ毎に、又は前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列毎に、下層に向けて凸状となったレンズ素子が設けられていることを特徴とする。

以上のように本発明における固体撮像装置では、絶縁層の厚肉部により、フォトダイオード部の読出し側の領域において、遮光膜と転送電極との距離、及び遮光膜と半導体基板との距離は、他の領域よりも大きくなっている。このため、遮光膜が発生させた電界によるフォトダイオード部への影響を小さくでき、遮光膜に印加されている電圧の大きさによって読出し経路が変わるのを抑制できる。よって、本発明における固体撮像装置によれば、撮像画像に不必要な縦縞が発生するのを抑制でき、この結果、撮像画像の画質の低下も抑制される。

本発明における固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数のフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、導電性を有し、且つ前記入射光から前記垂直電荷転送部を遮光する複数の遮光膜と、前記遮光膜を介して前記垂直電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とを備える固体撮像装置であって、前記複数のフォトダイオード部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、前記複数の遮光膜は、それぞれ、前記垂直電荷転送部毎に、前記遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁層を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に形成され、前記絶縁層は、前記複数の遮光膜のいずれかに重なる部分における、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部側に、厚肉部を有し、前記複数のフォトダイオード部の上層には、前記複数のフォトダイオード部それぞれ毎に、又は前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列毎に、下層に向けて凸状となったレンズ素子が設けられていることを特徴とする。

上記本発明における固体撮像装置は、前記絶縁層が、第１の部分と、前記第１の部分よりも厚みが大きい第２の部分とを有する単一の絶縁膜を備え、前記第２の部分が前記厚肉部となっている態様（第１の態様）とすることができる。第１の態様によれば、製造工程の増加が最小限に抑えられるため、製造コストの増加も最小限に抑えられる。

上記本発明における固体撮像装置は、前記絶縁層が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを備え、前記第１の絶縁膜は、前記複数の遮光膜のいずれかに重なる領域における、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部側に形成され、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜を被覆するように形成され、前記第１の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜における前記第１の絶縁膜に重なる部分とが、前記厚肉部となっている態様（第２の態様）とすることもできる。第２の態様によれば、厚肉部の膜厚のバラツキを抑制できるため、一層の撮像画像の画質の向上が図られる。

第２の態様においては、本発明における固体撮像装置は、前記第１の絶縁膜が、シリコン窒化膜であり、更に、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部の受光領域を被覆するように形成されている態様（第３の態様）であるのが好ましい。第３の態様では、第１の絶縁膜が光電変換部の反射防止膜として機能する。よって、固体撮像装置における感度の向上が図られる。更に、第３の態様では、前記第１の絶縁膜が、それによって受光領域が被覆された前記フォトダイオード部における画素分離側の領域にも形成されていても良い。これにより、受光領域の全域で光の反射が抑制され、フォトダイオード部の感度が一層向上し、撮像画像の画質の更なる向上が図られる。

また、第３の態様において、第１の絶縁膜を反射防止膜として機能させる場合は、前記第１の絶縁膜が、前記厚肉部を前記半導体基板の上方から見たときに前記厚肉部の外形が垂直方向に延びる短冊状を呈するように形成され、且つ、垂直方向において隣接するフォトダイオード部間の領域を被覆しているのが好ましい。

例えば、遮光膜をエッチングによって形成すると、垂直方向において隣接する光電変換部間の領域に、転送電極の段差により、遮光膜の構成材料のエッチング残りが発生する可能性がある。このエッチング残りは、転送電極間の短絡の原因となり、正常な転送パルスの供給が出来なくし、信号電荷の転送不良を引き起こす可能性がある。しかしながら、上記のようにすることで、このエッチング残りの発生を抑制できる。また、この結果、撮像画像の画質の低下も抑制できる。

更に、上記の場合においては、前記厚肉部の外形が、周縁に切り欠きを有する短冊状を呈しているのが好ましい。これにより、水素シンター（熱処理）による界面準位への水素供給が容易なものとなるため、暗電流の抑制を促進することができる。

また、上記本発明における固体撮像装置は、前記複数の遮光膜を含む前記半導体基板の上面を被覆する下地絶縁層と、前記下地絶縁層の上層に形成されたレンズ形成層とを更に備え、前記下地絶縁層は、前記複数のフォトダイオード部に重なる位置に複数の凹曲面部を備え、前記レンズ形成層は、前記複数の凹曲面部に整合する凸部を備え、前記凸部が前記レンズ素子として機能する態様であるのが良い。

上記態様においては、前記下地絶縁層上の前記遮光膜と重なる領域に、段差調整膜が形成され、更に、段差調整膜を被覆するように中間層が形成され、前記レンズ形成層が、前記中間層の上に形成されているのであっても良い。これにより、段差調整膜の大きさや形状の変更によって、レンズ素子の仕様の設定を簡単に行うことができ、最適なレンズ形状が得やすくなる。また、上記態様においては、前記下地絶縁層は、前記複数の遮光膜を含む前記半導体基板の上面を被覆する絶縁層を形成した後、当該絶縁層にエッチング処理を施すことによって形成されていても良い。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における固体撮像装置及びその製造工程について、図１〜図５を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態１における固体撮像装置の具体的構成について図１〜図３を用いて説明する。

図１は、本発明の実施の形態１の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られた断面図である。図３は、本発明の実施の形態１の固体撮像装置の他の例における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。

図１及び図３において、遮光膜５は破線で示され、厚肉部８の形成領域にはハッチングが施されている。また、図１及び図３では、厚肉部８を除き、絶縁性の部材の記載は省略されている。更に、図２において、半導体基板１０の内部と、遮光膜５の上層についてはハッチングが省略されている。

図１及び図２に示すように、本実施の形態１における固体撮像装置は、背景技術において図２４〜図２８に示した従来の固体撮像装置（以下「従来例」という。）と同様に、複数のフォトダイオード部１と、複数の垂直電荷転送部２とを備えている。

フォトダイオード部１は、半導体基板１０（図２参照）に設けられており、入射光を信号電荷に変換する。また、複数のフォトダイオード１は、マトリクス状に配置されている。垂直電荷転送部２は、フォトダイオード部１の垂直方向の列に沿って形成されており、対応するフォトダイオード部１から信号電荷を読み出し、これを垂直方向に転送する。本実施の形態１において、半導体基板１０は、ｎ型のシリコン基板である。また、半導体基板１０には、ｐ型ウェル１６が形成されている。

具体的には、図２に示すように、フォトダイオード部１は、従来例と同様に、ｎ型の拡散領域で形成された光電変換領域１１と、その上層に形成された反転層１２とを備えている。また、フォトダイオード部１とそれに対応する垂直電荷転送部２との間には、読み出し領域１４が形成されている。

光電変換領域１１で形成された信号電荷は、読み出し領域１４を介して、垂直電荷転送部２の転送チャネル１３に読み出される。読み出し領域１４は、ｐ型の拡散領域である。また、図２に示すように、反転層１２と読み出し領域１４との間には、界面からの暗電流抑制と読み出し易さとを両立させるために、反転層１２よりも不純物濃度が低いｐ型の拡散領域１７が形成されている。

更に、フォトダイオード１と、別のフォトダイオード１に対応する垂直電荷転送部２との間には、これらを分離するため、画素分離領域１５が形成されている。画素分離領域１５は、読み出し領域１４よりも不純物濃度の高いｐ型の拡散領域である。

また、図２に示すように、垂直電荷転送部２は、従来例と同様に、転送チャネル１３と、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１参照）とを備えている。転送チャネル１３は、フォトダイオード部１の垂直方向の列に沿って、列毎に、半導体基板１０の表層に設けられている。また、第２の垂直転送電極３及び第１の垂直転送電極４は、従来例と同様に構成されており、半導体基板１０上にゲート絶縁膜１９を介して、転送チャネル１３を横切るようにして設けられている。

本実施の形態１では、転送チャネル１３は、ｎ型の拡散領域である。また、図２に示すように、転送チャネル１３の下層には、転送チャネル１３と半導体基板１０を電気的に分離するために、ｐ型の拡散領域１８が形成されている。

図１及び図２には図示されていないが、本実施の形態１における固体撮像装置は、従来例と同様に、水平電荷転送部も備えている（図２４参照）。垂直電荷転送部によって転送された信号電荷は、水平電荷転送部に到達すると、水平電荷転送部によって水平方向に転送され、その後、出力アンプ（図２４参照）を介して外部に出力される。

また、図１及び図２に示すように、本実施の形態１における固体撮像装置は、従来例と同様に、垂直電荷転送部２毎に、入射光から垂直電荷転送部２を遮光する複数の遮光膜５を備えている。遮光膜５は導電性を有し、図２４に示した従来例と同様にバスライン部に接続されている。更に、遮光膜５は、コンタクトホール７を介して第２垂直転送電極３に接続され、コンタクトホール６を介して第１垂直転送電極４に接続されている。また、隣接する二つの遮光膜５の間であって、水平方向に並ぶ二組の転送電極３及び４によって挟まれた領域が、フォトダイオード部１の受光領域９となる。

このように、本実施の形態１においても、遮光膜５は、シャント配線として機能しており、バスライン部（図示せず）からの転送パルスは、遮光膜５を介して、垂直電荷転送部２に供給される。よって、本実施の形態１においても、従来例と同様に、遮光膜５から電界が発生するが、本実施の形態１においては、フォトダイオード部１が受ける電界の影響が抑制されている。この点について以下に説明する。

従来例と同様に、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、絶縁膜（シリコン酸化膜）２０が形成されており（図２参照）、また第１の垂直転送電極４の上面及び側面にも、絶縁膜（図示せず）が形成されている。更に、従来例と同様に、遮光膜５は、遮光膜５と第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４とを絶縁する絶縁層２１を介して、対応する垂直電荷転送部２の上層に形成されている。

但し、本実施の形態１においては、絶縁層２１は、遮光膜５に重なる部分であって、この遮光膜５が遮光する垂直電荷転送部２が読出し対象としているフォトダイオード部１側に、厚肉部８を有している。具体的には、絶縁層２１は、単層であり、第１の部分２１ａと、第１の部分２１ａよりも厚みが大きい第２の部分２１ｂとを有する絶縁膜によって構成され、第２の部分２１ｂが厚肉部８となっている。

このように、本実施の形態１では厚肉部８が形成されているため、遮光膜５が発生させた電界は弱められ、フォトダイオード部１が読出し側から受ける電界の影響は小さくなる。よって、本実施の形態１においては、遮光膜５に印加されている電圧の大きさによって読み出し経路が変更されるのが抑制されるので、撮像画像における不必要な縦縞の表示も抑制される。

また、本実施の形態１においては、不必要な縦縞の表示を確実に抑制する点からは、第１の部分２１ａの厚みをｔ１、第２の部分２１ｂの厚みをｔ２とすると、ｔ２は、１．５×ｔ１〜３×ｔ１に設定するのが好ましい。具体的には、例えば、第１の部分２１ａの厚みｔ１が５０ｎｍに設定されている場合、第２の部分２１ｂの厚みｔ２は１００ｎｍに設定される。更に、厚肉部８の水平方向の幅は、プロセスばらつきによって水平方向の位置ずれが起こっても、厚肉部８がコンタクトホール６及び７とは重ならないが、遮光膜５の読み出し側の端部とは重なるように設定するのが好ましい。

更に、本実施の形態１において、厚肉部８のパターン形状、即ち、厚肉部８を半導体基板１の上方から見たときの厚肉部８の外形は、特に限定されるものではない。図３に示すように、厚肉部８のパターン形状は、垂直方向に延びるストライプ状であっても良い。

また、図２に示すように、本実施の形態１における固体撮像装置は、複数のフォトダイオード部１の上層に、フォトダイオード部１毎に、下層に向けて凸状となったレンズ素子３３を備えている。

具体的には、固体撮像装置は、複数の遮光膜５を含む半導体基板１０の上面を被覆する下地絶縁層３０と、その上層に形成されたレンズ形成層３１とを備えている。下地絶縁層３０は、フォトダイオード部１毎に、それに重なる位置に、半球状の凹曲面部３２を備えている。レンズ形成層３１は、各凹曲面部３２に整合する凸部３１ａと、平坦化された上面３１ｂとを備えている。

この構成により、凸部３１ａは、下に凸のレンズ素子３３となり、入射光をフォトダイオード部１に集光する。なお、レンズ素子３３は、複数のフォトダイオード部１の垂直方向の列毎に形成されていても良い。この場合、レンズ素子３３の形状は半球状ではなく、かまぼこ状となる。また、図２において、３４はカラーフィルタ、３５はマイクロレンズである。

次に、本実施の形態１における固体撮像装置の製造工程について図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。図５（ａ）〜図５（ｂ）は、図４（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。

先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０に、種々のイオン注入を行って、各種の半導体領域が形成され、更に、ポリシリコン膜によって第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図４において図示せず）も形成される。更に、熱酸化法によって、第１垂直転送電極４の上面及び側面を覆う絶縁膜（図４において図示せず）と、第２垂直転送電極３の上面及び側面を覆う絶縁膜（シリコン酸化膜）２０も形成される。

次に、図４（ｂ）に示すように、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２２が成膜される。具体的には、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法を利用して、シリコン酸化膜が成膜されている。このとき、絶縁膜２２の厚みは、例えば２０ｎｍ〜２００ｎｍに設定される。その後、厚肉部８の形成領域を被覆するレジストパターン２３が形成される。

次に、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン２３で被覆されていない部分の厚みが設定された値ｔ１になるまで、エッチングが実施される。具体的には、予想されるエッチング速度と、目標エッチング量とから、エッチング時間を求め、求めたエッチング時間の間、エッチングが行われる。これにより、第１の部分２１ａと、第２の部分２１ｂとを有する絶縁層２１が得られる。また、図１（又は図３）に示す外形を持った厚肉部８が形成される。

このように、本実施の形態１においては、一回のエッチング工程によって厚肉部８を形成することができる。よって、固体撮像装置の製造工程の増加を抑制でき、製造コストの上昇を最小限に抑えることができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、導電性を備えた遮光膜５が形成される。具体的には、遮光膜５の形成は、ＣＶＤ法やスパッタ法等による導電膜の成膜、及び遮光膜の形成領域が被覆されたレジストパターン（図示せず）の形成を行った後、エッチングを実施することによって行われる。

次に、図５（ａ）に示すように、下地絶縁層３０（図２参照）となる絶縁膜２４が成膜される。具体的には、ＣＶＤ法によってＢＰＳＧ（Boron Phosphorous silicate Glass）膜が成膜される。次に、絶縁膜２４に対して熱処理によるリフローが行われ、受光領域９に重なる領域には、滑らかな曲面を持った凹部２４ａが形成される。次いで、絶縁膜２４の厚みと、凹部２４ａの頂部と絶縁層２１との距離とが、設定された値になるまで、エッチング（図５（ａ）の矢印で表示）が実施される。これにより、レンズ素子３３を形作る凹曲面部３２が形成され、下地絶縁層３０が完成する。

なお、図５（ａ）に示した工程では、レンズ素子３３を形作る凹曲面部３２（凹部２４ａ）の形状及び大きさは、リフローとエッチングとによって制御されるが、本実施の形態１はこれに限定されるものではない。例えば、絶縁膜２４を構成するＢＰＳＧ膜のボロン（Boron）の濃度や、リン（Phosphorous）の濃度、更には、熱処理時間、絶縁膜２４の膜厚等を調整することによっても制御できる。このようにして得られたレンズ素子３３であっても、リフローとエッチングとによって得られたレンズ素子３３と同様に、集光効率の向上を図ることができる。但し、リフローとエッチングとによれば、レンズ素子３３の頂点と絶縁層２１との距離を簡単に小さくできる。また、レンズ素子３３の頂点は絶縁層２１に接した状態であっても良い。

その後、図５（ｂ）に示すように、凹曲面部３２（凹部２４ａ）を埋める絶縁膜が成膜され、この絶縁膜に対して平坦化処理が行われ、レンズ形成層３１及びレンズ素子３３が完成する。具体的には、例えば、ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜が成膜された後、ＣＭＰやレジスト成膜後のエッチバックにより平坦化が実施されるそして、レンズ形成層３１の上に、カラーフィルタ３４、マイクロレンズ３５が順に形成され、本実施の形態１における固体撮像装置が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置及びその製造工程について、図６〜図８を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態２における固体撮像装置の具体的構成について図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態２の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。図６において、半導体基板１０の内部と、遮光膜５の上層についてはハッチングが省略されている。

本実施の形態２における固体撮像装置は、厚肉部８及びレンズ素子３３の構成の点で、実施の形態１における固体撮像装置と異なっている。それ以外の点については、本実施の形態２における固体撮像装置は、実施の形態１における固体撮像装置と同様に構成されている。以下に、実施の形態１との相違点について説明する。

図６に示すように、本実施の形態２においては、実施の形態１と異なり、遮光膜５に重なる部分であって、この遮光膜５が遮光する垂直電荷転送部２が読出し対象としているフォトダイオード部１側に、部分絶縁膜２５が形成されている。更に、部分絶縁膜２５を被覆するように、遮光膜５と第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１参照）との間を絶縁する絶縁膜２６が形成されている。

本実施の形態２では、この部分絶縁膜２５と、絶縁膜２６における部分絶縁膜２５に重なる部分とが、厚肉部８となる。なお、部分絶縁膜２５の厚み及び幅は、実施の形態１における第２の部分と同様に設定すれば良い。また、部分絶縁膜２５は、絶縁膜２５ａと２５ｂとの積層膜であるが、この点については後述する。

また、図６に示すように、本実施の形態２においては、実施の形態１と異なり、遮光膜５を被覆する下地絶縁層３６の上に、段差調整膜３８、及び中間層３７が順に形成され、その上に、レンズ素子３３を形成するレンズ形成層３１が形成されている。本実施の形態２では、レンズ素子３３を形作る凹曲面部３２は中間層３７に形成されている。

ここで、図７及び図８を用いて、本実施の形態２における固体撮像装置の製造工程について説明する。図７及び図８は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図７（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。

先ず、図７（ａ）に示すように、実施の形態１において図４（ａ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、各種の半導体領域、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図７において図示せず）が形成される。また、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、熱酸化法によって絶縁膜（シリコン酸化膜）２０が形成される。第１垂直転送電極４の上面及び側面にも絶縁膜（図７において図示せず）が形成される。

次に、図７（ｂ）に示すように、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２７が成膜される。具体的には、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法を利用して、シリコン酸化膜が成膜されている。このとき、絶縁膜２７の厚みは、図４（ｂ）に示した絶縁膜２２の厚みよりも小さい値であって、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内で設定される。その後、図４（ｂ）においても示したレジストパターン２３が形成される。レジストパターン２３は、厚肉部８の形成領域を被覆している。

次に、図７（ｃ）に示すように、絶縁膜２０及び絶縁膜２７に対して、これらのレジストパターン２３で被覆されていない部分が完全に除去されるまでエッチングを行う。この結果、絶縁膜２０の一部と絶縁膜２７の一部とが残り、それぞれ、図６に示した絶縁膜２５ａと２５ｂとになり、部分絶縁膜２５が形成される。

次に、図７（ｄ）に示すように、再度、減圧ＣＶＤ法が実施され、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２６が成膜される。絶縁膜２６の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。

本実施の形態２においては、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示す工程の実施によって厚肉部８が形成される。このため、厚肉部８の膜厚は、絶縁膜２７、及び絶縁膜２６を成膜するときのこれらの膜厚によって決定される。本実施の形態２によれば、実施の形態１に比べて、厚肉部８の膜厚のバラツキを抑制でき、撮像画像の画質を安定して向上させることができる。

次いで、図８（ａ）に示すように、遮光膜５が形成される。図８（ａ）に示す工程は、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程と同様の工程である。次に、図８（ｂ）に示すように、下地絶縁層３６が形成され、その上に、金属材料によって段差調整膜３８が形成される。

具体的には、下地絶縁層３６の形成は、図５（ａ）に示した下地絶縁層３０の形成と同様に、ＣＶＤ法によってＢＰＳＧ膜を成膜した後、熱処理によるリフローを実施することによって行われる。これにより、下地絶縁層３６の受光領域９（図１参照）に重なる領域に滑らかな曲面を持った凹部が形成される。この凹部が滑らかな曲面を持つため、次に示すようにエッチングによって段差調整膜３８を形成する際において、エッチング残りの発生が抑制される。

この段差調整膜３８は、例えば、薄膜の形成、レジストパターンの形成、レジストパターンをマスクとしたエッチング、及びレジストパターンの除去を順次実施することによって形成される。本実施の形態２において、段差調整膜３８の形成材料は特に限定するものではない。但し、遮光性能の更なる向上によるスミア発生の抑制の点からは、段差調整膜３８は、遮光性に優れた金属材料、例えばタングステン等によって形成されているのが好ましい。

次に、図８（ｃ）に示すように、段差調整膜３８が被覆されるまで、再度、ＣＶＤ法によるＢＰＳＧ膜の成膜と熱処理によるリフローとが行われ、中間層３７が形成される。その後、実施の形態１において図５（ｂ）に示した工程と同様の工程が実施され、レンズ形成層３１、カラーフィルタ３４、マイクロレンズ３５が順に形成され、本実施の形態２における固体撮像装置が得られる。

このように、本実施の形態２においては、上述したように、レンズ素子３３を形作る凹曲面部３２は中間層３７に形成され、レンズ素子３３の形状は中間層３７の凹曲面部３２の形状によって決定される。更に、凹曲面部３２の曲率は、ＢＰＳＧ膜の形成条件だけでなく、段差調整膜３８の厚みや大きさによっても調整することができる。よって、本実施の形態２によれば、ＢＰＳＧ膜の形成条件に加えて、段差調整膜３８の厚みや大きさを適宜設定することによって、レンズ素子３３の曲率を一層自由に設定することができる。そのため、レンズ素子３３の曲率の最適化が行いやすく、更なる感度向上が図られる。更に、レンズ素子３３の曲率のバラツキの発生を抑制できるので、撮像画像の画質の向上も図られる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における固体撮像装置及びその製造工程について、図９〜図１１を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態３における固体撮像装置の具体的構成について図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。図９において、半導体基板１０の内部と、遮光膜５の上層についてはハッチングが省略されている。

本実施の形態３における固体撮像装置は、厚肉部８の構成の点で、実施の形態１における固体撮像装置と異なっている。それ以外の点については、本実施の形態３における固体撮像装置は、実施の形態１における固体撮像装置と同様に構成されている。以下に、実施の形態１との相違点について説明する。

図９に示すように、本実施の形態３においては、遮光膜５に重なる部分であって、この遮光膜５が遮光する垂直電荷転送部２が読出し対象としているフォトダイオード部１側に、部分絶縁膜２８が形成されている。また、部分絶縁膜２８はシリコン窒化膜によって形成されている。更に、実施の形態２と同様に、部分絶縁膜２８を被覆するように、遮光膜５と第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１参照）との間を絶縁する絶縁膜２６が形成されている。

本実施の形態３では、この部分絶縁膜２８と、絶縁膜２６における部分絶縁膜２８に重なる部分とが、厚肉部８となる。なお、部分絶縁膜２８の厚み及び幅は、実施の形態１における第２の部分と同様に設定すれば良い。本実施の形態３においても、実施の形態１と同様に、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、熱酸化法によって、絶縁膜（シリコン酸化膜）２０が形成されている。また、本実施の形態３においては、実施の形態２と異なり、部分絶縁膜２８は、単層の絶縁膜によって形成されている。この点については後述する。

ここで、図１０及び図１１を用いて、本実施の形態３における固体撮像装置の製造工程について説明する。図１０及び図１１は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。

先ず、図１０（ａ）に示すように、実施の形態１において図４（ａ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、各種の半導体領域、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１０において図示せず）が形成される。また、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、熱酸化法によって絶縁膜２０が形成される。第１垂直転送電極４の上面及び側面にも絶縁膜（図１０において図示せず）が形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法等によって、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆するシリコン窒化膜２９が成膜される。このとき、シリコン窒化膜２９の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。その後、図４（ｂ）においても示したレジストパターン２３が形成される。レジストパターン２３は、厚肉部８の形成領域を被覆している。

次に、図１０（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜２９に対して、レジストパターン２３で被覆されていない部分が完全に除去されるまでエッチングが行われる。具体的には、例えば、リン酸を用いたウエットエッチングが実行される。このエッチングはシリコン酸化膜に対する選択性が高く、また、ゲート絶縁膜１９及び絶縁膜２０はシリコン酸化膜であることから、シリコン窒化膜２９のレジストパターン２３で被覆されていない部分のみが完全に除去される。このとき、絶縁膜２０のエッチングによる膜厚の目減りは抑制されている。

次に、図１０（ｄ）に示すように、レジストパターン２３が除去された後、減圧ＣＶＤ法が実施され、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１０において図示せず）を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２６が成膜される。絶縁膜２６は、シリコン酸化膜である。また、絶縁膜２６の厚みは、例えば１０ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。

本実施の形態３においては、図１０（ｂ）〜図１０（ｄ）に示す工程の実施によって厚肉部８が形成される。これらの工程によって、絶縁膜２０、シリコン窒化膜２９、及び絶縁膜２６の膜厚が目減りすることはない。このため、実施の形態２と同様に、厚肉部８の膜厚は、シリコン窒化膜２９、及び絶縁膜２６を成膜するときのこれらの膜厚によって決定される。本実施の形態３においても、実施の形態１に比べて、厚肉部８の膜厚のバラツキが抑制され、安定して撮像画像の画質の向上が図られる。

次に、図１１（ａ）に示すように、遮光膜５が形成される。図１１（ａ）に示す工程は、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程と同様の工程である。次に、図１１（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜の成膜と熱処理によるリフローとによって、下地絶縁層３０となる絶縁膜２４が成膜され、そしてエッチングが実施されて下地絶縁層３０が完成する（図１１（ｃ）参照）。その後、図１１（ｃ）に示すように、レンズ形成層３１、カラーフィルタ３４、及びマイクロレンズ３５が順に形成され、本実施の形態３における固体撮像装置が得られる。

なお、図１１（ｂ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ａ）に示した工程と同様の工程である。また、図１１（ｃ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ｂ）に示した工程と同様の工程である。

また、本実施の形態３において、レンズ素子３３の構造は、実施の形態２と同様のものとすることができる。図２９は、本発明の実施の形態３の固体撮像装置の他の例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。

図２９に示すように、本実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、遮光膜５を被覆する下地絶縁層３６の上に、段差調整膜３８、及び中間層３７を形成できる。凹曲面部３２は中間層３７に形成される。そして、中間層３７の上にレンズ形成層３１が形成され、レンズ素子３３が得られる。

図２９に示した態様とした場合は、本実施の形態３においても、ＢＰＳＧ膜の形成条件に加えて、段差調整膜３８の厚みや大きさを適宜設定することによって、レンズ素子３３の曲率を一層自由に設定することができる。そのため、レンズ素子３３の曲率の最適化が行いやすく、更なる感度向上が図られる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４における固体撮像装置及びその製造工程について、図１２〜図１８を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態４における固体撮像装置の具体的構成について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、本発明の実施の形態４の第１例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。図１３は、図１２中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って得られた断面図である。

図１２において、遮光膜５は破線で示され、厚肉部８及び部分絶縁膜４０の形成領域にはハッチングが施されている。また、図１２では、部分絶縁膜４０を除き、絶縁性の部材の記載は省略されている。更に、図１３において、半導体基板１０の内部と、遮光膜５の上層についてはハッチングが省略されている。

図１２及び図１３に示すように、本実施の形態４においても、実施の形態３と同様に、遮光膜５に重なる部分であって、この遮光膜５が遮光する垂直電荷転送部２が読出し対象としているフォトダイオード部１側に、部分絶縁膜４０が形成されている。部分絶縁膜４０も、実施の形態３において図９に示した部分絶縁膜２８と同様に、シリコン窒化膜によって形成されている。

但し、本実施の形態４においては、部分絶縁膜４０は、フォトダイオード部１の受光領域９がそれによって被覆されるように形成されている。本実施の形態４における固体撮像装置は、この点で実施の形態３における固体撮像装置と異なっている。この点以外については、本実施の形態４における固体撮像装置は、実施の形態３における固体撮像装置と同様に構成されている。また、受光領域９が被覆されたフォトダイオード部１は、部分絶縁膜４０が設けられた垂直電荷転送部２の読出し対象となっているフォトダイオード部１である。

このように、本実施の形態４においては、部分絶縁膜４０が各フォトダイオード部１の受光領域９にまで広がっており、部分絶縁膜４０を通過した光がフォトダイオード部１に入射する。このとき、部分絶縁膜４０を構成しているシリコン窒化膜の光学特性により、部分絶縁膜４０は、界面での反射を抑制する反射防止膜として機能する。よって、本実施の形態４における固体撮像装置によれば、実施の形態１〜３における固体撮像装置に比べて感度の向上を図ることができる。なお、部分絶縁膜４０の厚みは、界面での反射を低減できるように設定すれば良い。例えば、部分絶縁膜４０の厚みは、１０ｎｍ〜１００ｎｍに設定される。

ここで、図１４及び図１５を用いて、本実施の形態４における固体撮像装置の製造工程について説明する。図１４及び図１５は、本発明の実施の形態４の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、図１４（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。

先ず、図１４（ａ）に示すように、実施の形態１において図４（ａ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、各種の半導体領域、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図１４において図示せず）が形成される。また、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、熱酸化法によって絶縁膜（シリコン酸化膜）２０が形成される。第１垂直転送電極４の上面及び側面にも絶縁膜（図１４において図示せず）が形成される。

次に、図１４（ｂ）に示すように、実施の形態３において図１０（ｂ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆するシリコン窒化膜２９が成膜される。

その後、図１４（ｂ）に示すように、レジストパターン４１が形成されるが、レジストパターン４１のパターン形状は、図１０（ｂ）に示したレジストパターン２３のパターン形状と異なっている。レジストパターン４１は、遮光膜５の形成領域の一部と受光領域９（図１３参照）とを覆うように形成される。

次に、図１４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜２９に対して、レジストパターン４１で被覆されていない部分が完全に除去されるまでエッチングが行われる。この場合のエッチングも、実施の形態３において図１０（ｃ）に示した工程と同様に、リン酸を用いたウエットエッチングである。本工程においても、絶縁膜２０のエッチングによる膜厚の目減りは抑制されている。

次に、図１４（ｄ）に示すように、レジストパターン４１が除去された後、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２６が成膜される。本工程は、実施の形態３において図１０（ｄ）に示した工程と同様の工程であり、絶縁膜２６は、シリコン酸化膜である。

本実施の形態４においては、図１４（ｂ）〜図１４（ｄ）に示す工程の実施によって厚肉部８が形成される。本実施の形態４においても、実施の形態３と同様に、厚肉部８の膜厚のバラツキは抑制され、安定して撮像画像の画質の向上が図られる。

次に、図１５（ａ）に示すように、遮光膜５が形成される。図１５（ａ）に示す工程は、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程と同様の工程である。次に、図１５（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜の成膜と熱処理によるリフローとによって、下地絶縁層３０となる絶縁層２４が成膜され、そしてエッチングが実施されて下地絶縁層３０が完成する（図１５（ｃ）参照）。その後、図１５（ｃ）に示すように、レンズ形成層３１、カラーフィルタ３４、及びマイクロレンズ３５が順に形成され、本実施の形態４における固体撮像装置が得られる。

なお、図１５（ｂ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ａ）に示した工程と同様の工程である。また、図１５（ｃ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ｂ）に示した工程と同様の工程である。

次に、本実施の形態４の第２例及び第３例の固体撮像装置について図１６〜図１８を用いて説明する。図１６は、本発明の実施の形態４の第２例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。図１７は、図１６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って得られた断面図である。図１８は、本発明の実施の形態４の第３例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。

図１６に示すように、第２例においては、部分絶縁膜４０は、厚肉部８を半導体基板１０（図１３参照）の上方から見たときに厚肉部８の外形が垂直方向に延びる短冊状を呈するように形成されている。部分絶縁膜４０は、垂直方向において隣接するフォトダイオード部１間の領域を被覆している。具体的には、図１７に示すように、第２垂直転送電極３と第１垂直転送電極４とが上下方向に重ねあわされているところでは、部分絶縁膜４０は、これらの積層体を被覆している。

ここで、図１７に示す断面図と、背景技術において図２８に示した断面図とを比較する。図１７及び図２８に示すように、転送チャネルが存在しない領域においては、第２垂直転送電極と第１垂直転送電極とは、積層された状態で配置される。図１７において、４２は、熱酸化法によって、第１の垂直転送電極４の表面に形成された絶縁膜（シリコン酸化膜）である。

図２８に示すように、従来例においては、第１垂直転送電極１０６と第２垂直転送電極１０９との積層体全体を被覆しているのは、遮光膜絶縁層１１５のみである。よって、最外にある遮光膜絶縁層１１５で作られた壁面と平面との境界には、角が形成され易くなっており、場合によっては、壁面がオーバーハングして壁面と平面とのなす角が鋭角となる。

このため、従来例では、遮光膜５を形成するために導電膜をエッチングしたときに、導電膜の一部（図２８に示すエッチング残り１１９）が、遮光膜５の形成領域でない領域で、壁面と平面との境界に残存してしまう場合がある。エッチング残り１１９が発生すると、これによって転送電極間の短絡が生じ、正常な転送パルスの供給が出来なくなるため、信号電荷の転送不良が引き起こされる場合がある。

一方、本実施の形態４においては、図１７に示すように、第２垂直転送電極３と第１垂直転送電極４との積層体全体は、部分絶縁膜４０と絶縁膜２６との二層の絶縁膜で被覆される。よって、最外にある絶縁膜２６で作られた壁面と平面との境界（図１７中の破線で囲まれた部分Ｌ）には、角ではなく、なだらかな斜面が形成される。このことから、本実施の形態４によれば、エッチング残り１１９の発生を抑制でき、撮像画像の画質の低下が抑制できる。

また、図１６に示した第２例では、部分絶縁膜４０は、厚肉部８が短冊状を呈するように形成されているが、本実施の形態４は、これに限定されるものではない。図１８に示す第３例のように、部分絶縁膜４０は、厚肉部８の外形が、周縁に切り欠き４０ａを有する短冊状を呈するように形成されていても良い。

図１８に示す第３例とした場合は、形成工程（図１４（ｂ）参照）におけるマスクの位置ズレによって、部分絶縁膜４０の位置ズレが垂直方向及び水平方向のいずれに生じた場合でも、水素シンター（熱処理）の際に水素を導入するための窓が確保される。第３例によれば、水素シンターを確実に行えるため、安定して暗電流の抑制を促進することができる。

また、本実施の形態４において、レンズ素子３３の構造は、実施の形態２と同様と同様のものとすることができる。図３０は、本発明の実施の形態４の固体撮像装置の第４例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。

図３０に示すように、本実施の形態４においても、実施の形態２と同様に、遮光膜５を被覆する下地絶縁層３６の上に、段差調整膜３８、及び中間層３７を形成できる。凹曲面部３２は中間層３７に形成される。そして、中間層３７の上にレンズ形成層３１が形成され、レンズ素子３３が得られる。

図３０に示した態様とした場合は、本実施の形態４においても、ＢＰＳＧ膜の形成条件に加えて、段差調整膜３８の厚みや大きさを適宜設定することによって、レンズ素子３３の曲率を一層自由に設定することができる。そのため、レンズ素子３３の曲率の最適化が行いやすく、更なる感度向上が図られる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５における固体撮像装置及びその製造工程について、図１９〜図２３を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態５における固体撮像装置の具体的構成について図１９及び図２０を用いて説明する。図１９は、本発明の実施の形態５の第１例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。図２０は、図１９中の切断線Ｄ−Ｄ´に沿って得られた断面図である。

図１９において、遮光膜５は破線で示され、厚肉部８及び部分絶縁膜４３の形成領域にはハッチングが施されている。また、図１９では、部分絶縁膜４３を除き、絶縁性の部材の記載は省略されている。更に、図２０において、半導体基板１０の内部と、遮光膜５の上層についてはハッチングが省略されている。

図１９及び図２０に示すように、本実施の形態５においても、実施の形態４と同様に、部分絶縁膜４３は、遮光膜５に重なる部分に加え、フォトダイオード部１の受光領域９に重なる部分にも形成されている。

但し、本実施の形態５では、部分絶縁膜４３は、受光領域９から更に広がり、受光領域９が被覆されたフォトダイオード部１の画素分離側の領域にまで広がっている。本実施の形態５における固体撮像装置は、この点で実施の形態４における固体撮像装置と異なっている。この点以外については、本実施の形態５における固体撮像装置は、実施の形態４における固体撮像装置と同様に構成されている。

このように、本実施の形態５においては、部分絶縁膜４３となるシリコン窒化膜が、フォトダイオード部１の画素分離側にまで形成されている。よって、各フォトダイオード部１の水平方向における感度のバラツキを抑制することができる。なお、部分絶縁膜４３の厚みは、実施の形態４における部分絶縁膜４０と同様に設定すれば良い。

ここで、図２１及び図２２を用いて、本実施の形態５における固体撮像装置の製造工程について説明する。図２１及び図２２は、本発明の実施の形態５の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、図２１（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。

先ず、図２１（ａ）に示すように、実施の形態１において図４（ａ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、各種の半導体領域、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４（図２１において図示せず）が形成される。また、第２垂直転送電極３の上面及び側面には、熱酸化法によって絶縁膜（シリコン酸化膜）２０が形成される。第１垂直転送電極４の上面及び側面にも絶縁膜（図２１において図示せず）が形成される。

次に、図２１（ｂ）に示すように、実施の形態３において図１０（ｂ）に示した工程と同様の工程が実施される。これにより、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆するシリコン窒化膜２９が成膜される。

そして、図２１（ｂ）に示すように、レジストパターン４４が形成されるが、レジストパターン４４のパターン形状は、図１０（ｂ）や図１４（ｂ）に示したレジストパターンのパターン形状と異なっている。レジストパターン４４は、受光領域９（図１９参照）と、その両側の領域とを覆うように形成される。

次に、図２１（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜２９に対して、レジストパターン４４で被覆されていない部分が完全に除去されるまでエッチングが行われる。この場合のエッチングも、実施の形態３において図１０（ｃ）に示した工程と同様に、リン酸を用いたウエットエッチングである。本工程においても、絶縁膜２０のエッチングによる膜厚の目減りは抑制されている。

次に、図２１（ｄ）に示すように、レジストパターン４４が除去された後、第２垂直転送電極３及び第１垂直転送電極４を含む半導体基板１０の上面全体を被覆する絶縁膜２６が成膜される。本工程は、実施の形態３において図１０（ｄ）に示した工程と同様の工程であり、絶縁膜２６は、シリコン酸化膜である。

本実施の形態５においては、図２１（ｂ）〜図２１（ｄ）に示す工程の実施によって厚肉部８が形成される。本実施の形態５においても、実施の形態３及び４と同様に、厚肉部８の膜厚のバラツキは抑制され、安定して撮像画像の画質の向上が図られる。

次に、図２２（ａ）に示すように、遮光膜５が形成される。図２２（ａ）に示す工程は、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程と同様の工程である。次に、図２２（ｂ）に示すように、ＢＰＳＧ膜の成膜と熱処理によるリフローとによって、下地絶縁層３０となる絶縁層２４が成膜され、そしてエッチングが実施されて下地絶縁層３０が完成する（図２２（ｃ）参照）。が形成される。その後、図２２（ｃ）に示すように、レンズ形成層３１、カラーフィルタ３４、及びマイクロレンズ３５が順に形成され、本実施の形態５における固体撮像装置が得られる。

なお、図２２（ｂ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ａ）に示した工程と同様の工程である。また、図２２（ｃ）に示す工程は、実施の形態１において図５（ｂ）に示した工程と同様の工程である。

次に、本実施の形態５の第２例の固体撮像装置について図２３を用いて説明する。図２３は、本発明の実施の形態５の第２例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。

図２３に示すように、第２例においては、部分絶縁膜４３は、厚肉部８を半導体基板１０（図１３参照）の上方から見たときに厚肉部８の外形が垂直方向に延びる短冊状を呈するように形成されている。また、部分絶縁膜４３は、垂直方向において隣接するフォトダイオード部１間の領域を被覆している。

よって、第２例とした場合は、実施の形態４における第２例と同様に、第２垂直転送電極３と第１垂直転送電極４とが上下方向に重ね合わされている領域において、これらの積層体の最外にある絶縁膜２６で作られた壁面と平面との境界に、エッチング残り１１９（図２８参照）が発生するのが抑制される。

また、図２３に示すように、第２例においては、実施の形態４における第３例と同様に、部分絶縁膜４３は、厚肉部８の外形が、周縁に切り欠き４３ａ及び４３ｂを有するように形成されている。よって、この場合も、形成工程（図２１（ｂ）参照）におけるマスクの位置ズレによって、部分絶縁膜４３の位置ズレが垂直方向及び水平方向のいずれに生じたとしても、水素シンター（熱処理）の際に水素を導入するための窓が確保される。本実施の形態５における第２例を用いた場合も、実施の形態４における第３例と同様に、水素シンターを確実に行えるため、安定して暗電流の抑制を促進することができる。

また、本実施の形態５においても、レンズ素子３３の構造は、実施の形態２と同様のものとすることができる。図３１は、本発明の実施の形態５の固体撮像装置の第３例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。

図３１に示すように、本実施の形態５においても、実施の形態２と同様に、遮光膜５を被覆する下地絶縁層３６の上に、段差調整膜３８、及び中間層３７を形成できる。凹曲面部３２は中間層３７に形成される。そして、中間層３７の上にレンズ形成層３１が形成され、レンズ素子３３が得られる。

図３１に示した態様とした場合は、本実施の形態５においても、ＢＰＳＧ膜の形成条件に加えて、段差調整膜３８の厚みや大きさを適宜設定することによって、レンズ素子３３の曲率を一層自由に設定することができる。そのため、レンズ素子３３の曲率の最適化が行いやすく、更なる感度向上が図られる。

本発明における固体撮像装置によれば、従来に比べて撮像画像の画質の向上を図ることができる。本発明における固体撮像装置は、産業上の利用可能性を有するものである。

図１は、本発明の実施の形態１の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られた断面図である。 図３は、本発明の実施の形態１の固体撮像装置の他の例における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図４は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。 図５は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）〜図５（ｂ）は、図４（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。 図６は、本発明の実施の形態２の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。 図８は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図７（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。 図９は、本発明の実施の形態３の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。 図１１は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、図１０（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。 図１２は、本発明の実施の形態４の第１例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図１３は、図１２中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って得られた断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態４の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。 図１５は、本発明の実施の形態４の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１５（ａ）〜図１５（ｃ）は、図１４（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。 図１６は、本発明の実施の形態４の第２例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図１７は、図１６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って得られた断面図である。 図１８は、本発明の実施の形態４の第３例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図１９は、本発明の実施の形態５の第１例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図２０は、図１９中の切断線Ｄ−Ｄ´に沿って得られた断面図である。 図２１は、本発明の実施の形態５の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は、それぞれ、一連の主な製造工程を示している。 図２２は、本発明の実施の形態５の第１例の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図２２（ａ）〜図２２（ｃ）は、図２１（ｄ）に示した工程の実行後に行われる、一連の主な製造工程を示している。 図２３は、本発明の実施の形態５の第２例の固体撮像装置における画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図２４は、従来からのシャント配線構造を有する固体撮像装置の全体構成を概略的に示す構成図である。 図２５は、図２４に示した固体撮像装置の画素及びその周辺の構成を示す平面図である。 図２６は、図２５中の切断線Ｘ−Ｘ´に沿って得られた断面図である。 図２７は、図２５中の切断線Ｙ−Ｙ´に沿って得られた断面図である。 図２８は、図２５中の切断線Ｚ−Ｚ´に沿って得られた断面図である。 図２９は、本発明の実施の形態３の固体撮像装置の他の例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。 図３０は、本発明の実施の形態４の固体撮像装置の第４例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。 図３１は、本発明の実施の形態５の固体撮像装置の第３例における画素及びその周辺の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ フォトダイオード部
２ 垂直電荷転送部（ＣＣＤ）
３ 第２垂直転送電極
４ 第１垂直転送電極
５ 遮光膜
６、７ コンタクトホール
８ 厚肉部
９ フォトダイオード部の受光領域
１０ 半導体基板
１１ 光電変換領域
１２ 反転層
１３ 転送チャネル
１４ 読み出し領域
１５ 画素分離領域
１６ ｐ型ウェル
１７、１８ ｐ型拡散領域
１９ ゲート絶縁膜
２０ 絶縁膜（熱酸化によって第２垂直転送電極に形成されたシリコン酸化膜）
２１、２６ 転送電極と遮光膜とを絶縁する絶縁膜
２１ａ 第１の部分
２１ｂ 第２の部分
２２ 絶縁膜（シリコン酸化膜）
２３、４１、４４ レジストパターン
２４ 下地絶縁層となる絶縁膜
２４ａ 凹部
２５、２８、４０、４３ 部分絶縁膜
２５ａ、２５ｂ 部分絶縁膜を構成する絶縁膜
２７ 部分絶縁膜を形成するための絶縁膜（シリコン酸化膜）
２９ シリコン窒化膜
３０、３６ 下地絶縁層
３１ レンズ形成層
３１ａ 凸部
３１ｂ レンズ形成層の上面
３２ 凹曲面部
３３ レンズ素子
３４ カラーフィルタ
３５ マイクロレンズ
３７ 中間層
３８ 段差調整膜
４０ａ、４３ａ、４３ｂ 切り欠き
４２ 絶縁膜（熱酸化によって第２垂直転送電極に形成されたシリコン酸化膜）

Claims (10)

1. 入射光を信号電荷に変換する複数のフォトダイオード部と、前記フォトダイオード部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、導電性を有し、且つ前記入射光から前記垂直電荷転送部を遮光する複数の遮光膜と、前記遮光膜を介して前記垂直電荷転送部に転送パルスを供給するバスライン部とを備える固体撮像装置であって、
   前記複数のフォトダイオード部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、
   前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、
   前記複数の遮光膜は、それぞれ、前記垂直電荷転送部毎に、前記遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁層を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に形成され、
   前記絶縁層は、前記複数の遮光膜のいずれかに重なる部分における、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部側に、厚肉部を有し、
   前記複数のフォトダイオード部の上層には、前記複数のフォトダイオード部それぞれ毎に、又は前記複数のフォトダイオード部の垂直方向の列毎に、下層に向けて凸状となったレンズ素子が設けられていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記絶縁層が、第１の部分と、前記第１の部分よりも厚みが大きい第２の部分とを有する単一の絶縁膜を備え、前記第２の部分が前記厚肉部となっている請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記絶縁層が、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とを備え、
   前記第１の絶縁膜は、前記複数の遮光膜のいずれかに重なる領域における、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部側に形成され、
   前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜を被覆するように形成され、
   前記第１の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜における前記第１の絶縁膜に重なる部分とが、前記厚肉部となっている請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１の絶縁膜が、シリコン窒化膜であり、更に、当該遮光膜が遮光する前記垂直電荷転送部が読出し対象としている前記フォトダイオード部の受光領域を被覆するように形成されている請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記第１の絶縁膜が、それによって受光領域が被覆された前記フォトダイオード部における画素分離側の領域にも形成されている請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記第１の絶縁膜が、前記厚肉部を前記半導体基板の上方から見たときに前記厚肉部の外形が垂直方向に延びる短冊状を呈するように形成され、且つ、垂直方向において隣接するフォトダイオード部間の領域を被覆している請求項４に記載の固体撮像装置。
7. 前記厚肉部の外形が、周縁に切り欠きを有する短冊状を呈している請求項６に記載の固体撮像装置。
8. 前記複数の遮光膜を含む前記半導体基板の上面を被覆する下地絶縁層と、前記下地絶縁層の上層に形成されたレンズ形成層とを更に備え、
   前記下地絶縁層は、前記複数のフォトダイオード部に重なる位置に複数の凹曲面部を備え、
   前記レンズ形成層は、前記複数の凹曲面部に整合する凸部を備え、前記凸部が前記レンズ素子として機能する請求項１に記載の固体撮像装置。
9. 前記下地絶縁層上の前記遮光膜と重なる領域に、段差調整膜が形成され、
   更に、段差調整膜を被覆するように中間層が形成され、
   前記レンズ形成層が、前記中間層の上に形成されている請求項８に記載の固体撮像装置。
10. 前記下地絶縁層が、前記複数の遮光膜を含む前記半導体基板の上面を被覆する絶縁層を形成した後、当該絶縁層にエッチング処理を施すことによって形成されている請求項８に記載の固体撮像装置。

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