JP2010040942A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現する。
【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１に形成され、光を信号電荷に変換するフォトダイオード２と、半導体基板１に形成され、フォトダイオード２により変換された信号電荷を転送する垂直転送チャネル３と、半導体基板１の表面に形成される絶縁膜４と、垂直転送チャネル３の上方に絶縁膜４を介して形成される電荷転送電極１５と、電荷転送電極１５上に形成される層間絶縁膜１６ａと、電荷転送電極１５の上方に層間絶縁膜１６ａを介して形成され、垂直転送チャネル３の転送方向に垂直な方向において、少なくとも一方の端部が、電荷転送電極１５が形成される領域上に形成される遮光膜１７と、電荷転送電極１５と、遮光膜１７とを接続するコンタクト１８と、入射光をフォトダイオード２に集光するマイクロレンズ８ｂとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、電荷転送電極と、電荷転送電極の上方に形成される遮光膜とを備える固体撮像装置に関する。

近年、固体撮像装置において、高解像度化及び多画素化の要求によりますますセルの小型化が進んで行いる。一方で、固体撮像装置の感度特性は従来と同レベルが要求されている。

以下、従来の固体撮像装置について説明する。
図７は、従来の固体撮像装置の構成を示す図である。

図７に示す固体撮像装置は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサであり、行列状に配置された複数のフォトダイオード２と、列毎に設けられた複数の垂直転送チャネル３と、水平転送チャネル１０とを備える。

複数のフォトダイオード２は、入射光を信号電荷に光電変換する。垂直転送チャネル３は、対応する列に配置される複数のフォトダイオード２により光電変換された信号電荷を垂直方向（列方向）に転送する。

水平転送チャネル１０は、複数の垂直転送チャネル３により転送された信号電荷を水平方向（行方向）に転送する。

図８は、図７に示す領域２０の拡大図である。また、図９は、図８のＸ２−Ｘ３面における断面図である。

図８及び図９に示すように、従来の固体撮像装置は、半導体基板１と、フォトダイオード２と、垂直転送チャネル３と、ゲート絶縁膜４と、電荷転送電極５と、層間絶縁膜６ａ及び６ｂと、反射防止膜６ｃと、遮光膜７と、カラーフィルタ層８ａと、マイクロレンズ８ｂとを備える。

マイクロレンズ８ｂを通過した光は、遮光膜７の開口部７ａを通過してフォトダイオード２に入射する。フォトダイオード２は、入射した光を信号電荷に変換する。

ここで、遮光膜７の開口部７ａの幅（以下、開口幅）Ｌ６が狭いと斜め入射光９ａ及び９ｂは遮光膜７で反射されフォトダイオード２に入らない。つまり固体撮像装置の感度特性を向上させるためには開口幅Ｌ６を大きくすることが必要となっている。

これに対して、特許文献１に、開口幅を大きくすることにより、入射光量を増大させる技術が開示されている。

特許文献１記載の固体撮像装置では、遮光膜７は、電荷転送電極５上のみに形成される。これにより、開口幅は、Ｌ６＋２×Ｌ７となる。つまり、開口幅を２×Ｌ７だけ大きくできる。

しかしながら、特許文献１記載の固体撮像装置では、遮光膜７と半導体基板１との間の距離がｔ６からｔ７と大きくなることにより、垂直転送チャネル３に入射する光が増加する。例えば、遮光膜７を電荷転送電極５の側面にも形成する構造では、図９に示す斜め入射光９ｃが、電荷転送電極５の側面に形成された遮光膜７により反射されることにより、斜め入射光９ｃは、垂直転送チャネル３には入射しない。一方、特許文献１記載の固体撮像装置では、斜め入射光９ｃは、遮光膜７の下を通過して直接垂直転送チャネル３に入射してしまう。これにより、スミアが発生する。

これに対して特許文献１では、スミア成分の増加に対して、フレーム・インターライン・トランスファ構造（以下ＦＩＴ構造と記す）を採用することを提案している。

図１０は、ＦＩＴ構造の固体撮像装置の構成を示す図である。図１０に示すようにＦＩＴ構造の固体撮像装置は、さらに、１画面分の信号電荷を蓄積する電荷蓄積領域１１を備える。このＦＩＴ構造の固体撮像装置では、フォトダイオード２で光電変換された信号電荷を、電荷蓄積領域１１に高速転送することにより、垂直転送の際に垂直転送チャネル３への光漏れを減少できる。これにより、スミアの発生を低減できる。

このＦＩＴ構造を用いることにより、特許文献１記載の固体撮像装置は、上述したスミア成分の増加を抑制できる。
特開２００４−３１１７７８号公報

しかしながら、ＦＩＴ構造を用いた場合、電荷蓄積領域１１を設ける必要がありチップ面積が増加するという別の問題が生じる。

つまり、従来の固体撮像装置は、チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現できないという課題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する受光部と、前記半導体基板に形成され、前記受光部により変換された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルと、前記半導体基板の表面に形成される絶縁膜と、前記電荷転送チャネル上方に前記絶縁膜を介して形成される電荷転送電極と、前記電荷転送電極上に形成される層間絶縁膜と、前記電荷転送電極上方に前記層間絶縁膜を介して形成され、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、少なくとも一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成される遮光膜と、前記電荷転送電極と前記遮光膜とを接続するコンタクトと、前記受光部上方に形成され、入射光を前記受光部に集光するレンズとを備える。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、遮光膜の少なくとも一方の端部が電荷転送電極上に形成される。つまり、遮光膜の少なくとも一方の端部は、電荷転送電極の側面を覆わない。これにより、遮光膜の開口幅が広くなるので、受光部への入射光量が増加される。よって、本発明に係る固体撮像装置は、チップ面積を増加させることなく高感度化を実現できる。

さらに、本発明に係る固体撮像装置は、電荷転送電極と遮光膜とを接続するコンタクトを備える。これにより、電荷転送電極に電荷転送パルスを印加する経路（配線）の抵抗値が低減されるので、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送速度を向上できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、ＦＩＴ構造等を用いなくても、遮光膜が電荷転送電極を覆わないことにより生じるスミアの増加を抑制できる。

このように、本発明に係る固体撮像装置は、チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現できる。

また、前記遮光膜の前記一方の端部下における、前記電荷転送電極下の前記絶縁膜と、前記電荷転送電極と、前記電荷転送電極上の層間絶縁膜との膜厚の総和は、１５０ｎｍ以下であってもよい。

この構成によれば、遮光膜の底面と半導体基板の表面との距離が短くなるので、電荷転送チャネルへの光漏れを低減できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、さらに、スミアを低減できる。

また、前記遮光膜は、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、両端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成されてもよい。

この構成によれば、遮光膜の両端部が電荷転送電極を覆わないことにより、遮光膜の開口幅をさらに広くできる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、受光部への入射光量をさらに増加でき、これにより高感度化を実現できる。

また、前記遮光膜は、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成され、他方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域外に形成されてもよい。

この構成によれば、遮光膜の他方の端部は、電荷転送電極の側面を覆って形成される。よって、本発明に係る固体撮像装置は、電荷転送チャネルへの光漏れを低減でき、これによりスミアを低減できる。

また、前記遮光膜と前記電荷転送電極とに挟まれる前記層間絶縁膜は、第１の膜厚を有する第１領域と、前記遮光膜の前記一方の端部下を含み、かつ前記第１の膜厚より薄い第２の膜厚を有する第２領域とを含んでもよい。

この構成によれば、遮光膜の端部下（第２領域）の層間絶縁膜の膜厚は、層間絶縁膜の中央部等（第１領域）の膜厚より薄い。このように遮光膜の端部下（第２領域）の層間絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、電荷転送チャネルへの光漏れが低減される。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、スミアを低減できる。

さらに、層間絶縁膜の中央部等を厚くすることにより、遮光膜と、当該遮光膜と裏打ちされていない（コンタクトを介して接続されていない）電荷転送電極との間の寄生容量を低減できる。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、遮光膜に印加される電荷転送パルスが、当該遮光膜と裏打ちされていない電荷転送電極に与える影響を低減できる。

また、前記遮光膜は金属膜であってもよい。
この構成によれば、遮光膜の抵抗値を低減できるので、電荷転送電極に電荷転送パルスを印加する経路（配線）の抵抗値を低減できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、垂直転送速度を向上でき、これによりスミアの増加を抑制できる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に、光を信号電荷に変換する受光部を形成する工程と、前記半導体基板に、前記受光部により変換された信号電荷を転送する電荷転送チャネルを形成する工程と、前記半導体基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記電荷転送チャネル上方に前記絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、前記電荷転送電極上方に前記層間絶縁膜を介して、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、少なくとも一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成される遮光膜を形成する工程と、前記電荷転送電極と前記遮光膜とを接続するコンタクトを形成する工程と、前記受光部上方に、入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する工程とを含む。

これによれば、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、遮光膜の少なくとも一方の端部が電荷転送電極上に形成される。つまり、遮光膜の少なくとも一方の端部は、電荷転送電極の側面を覆わない。これにより、遮光膜の開口幅が広くなるので、受光部への入射光量が増加される。よって、本発明に係る製造方法は、チップ面積を増加させることなく高感度化を実現できる固体撮像装置を製造できる。

さらに、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、電荷転送電極と遮光膜とを接続するコンタクトを備える。これにより、電荷転送電極に電荷転送パルスを印加する経路（配線）の抵抗値が低減されるので、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、垂直転送速度を向上できる。よって、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、ＦＩＴ構造等を用いなくても、遮光膜が電荷転送電極を覆わないことにより生じるスミアの増加を抑制できる。

このように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現できる固体撮像装置を製造できる。

また、前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、平坦に、前記層間絶縁膜の一部である第１層間絶縁膜を形成する工程と、前記電荷転送電極上であり、かつ前記電荷転送電極の前記一方の端部下を含まない第１領域の前記第１層間絶縁膜を残して、前記電荷転送電極上の前記第１領域以外の第２領域の前記第１層間絶縁膜を除去する工程と、前記第１領域の前記第１層間絶縁膜上、及び前記第２領域の前記電荷転送電極上に前記層間絶縁膜の一部である第２層間絶縁膜を形成する工程とを含んでもよい。

これによれば、遮光膜の端部下（第２領域）の層間絶縁膜の膜厚は、層間絶縁膜の中央部等（第１領域）の膜厚より薄い。このように遮光膜の端部下（第２領域）の層間絶縁膜の膜厚を薄くすることにより、電荷転送チャネルへの光漏れが低減される。これにより、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、スミアを低減できる。

さらに、層間絶縁膜の中央部等を厚くすることにより、遮光膜と、当該遮光膜と裏打ちされていない（コンタクトを介して接続されていない）電荷転送電極との間の寄生容量を低減できる。これにより、本発明に係る製造方法により製造された固体撮像装置は、遮光膜に印加される電荷転送パルスが、当該遮光膜と裏打ちされていない電荷転送電極に与える影響を低減できる。

以上より、本発明は、チップ面積及びスミアを増大させずに、高感度化を実現できる固体撮像装置及びその製造方法を提供できる。

以下に本発明の実施の形態に係る固体撮像装置ついて、図面を参照して具体的に説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、遮光膜１７を電荷転送電極１５上のみに形成する。これにより、遮光膜１７の開口幅を広くできるので、チップ面積を増加させることなく、フォトダイオード２への入射光量を増加できる。

さらに、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、遮光膜１７と電荷転送電極１５とを裏打ち構造とすることにより、電荷転送電極１５に印加される電荷転送パルスの経路の抵抗値を低減できるので、垂直転送速度を向上できる。これにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、スミアの増加を抑制できる。

さらに、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、遮光膜１７の底面と半導体基板１の表面との距離を短くすることにより、垂直転送チャネル３への光漏れを低減できる。これにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、スミアの増加を抑制できる。

なお、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の概略構成は、図７と同様であり、説明は省略する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図であり、図７の領域２０の拡大図である。図２は、図１のＸ０−Ｘ１面における断面図である。なお、図８及び図９と同様の要素には同一の符号を付している。

図１及び図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、半導体基板１と、フォトダイオード２と、垂直転送チャネル３と、ゲート絶縁膜４と、電荷転送電極１５と、層間絶縁膜１６ａ及び６ｂと、反射防止膜６ｃと、遮光膜１７と、カラーフィルタ層８ａと、マイクロレンズ８ｂと、コンタクト１８とを備える。

半導体基板１は、例えば、シリコン基板である。
フォトダイオード２は、半導体基板１内に形成される受光部であり、光を信号電荷に光電変換する。

垂直転送チャネル３は、フォトダイオード２により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送するための垂直電荷転送チャネルである。

絶縁膜４は、半導体基板１の表面上に形成され、例えば、シリコン酸化膜である。
電荷転送電極５は、垂直転送を行うための転送ゲート電極であり、絶縁膜４上に形成される。つまり、電荷転送電極５は、垂直転送チャネル３の上方に絶縁膜４を介して形成される。この電荷転送電極５は、例えば、多結晶シリコン（ポリシリコン）で形成される。

反射防止膜６は、絶縁膜４上に形成され、フォトダイオード２へ入射される光の反射を防止する。

層間絶縁膜１６ａは、電荷転送電極１５を覆うように、電荷転送電極１５上に形成される。例えば、層間絶縁膜１６ａは、シリコン酸化膜である。

遮光膜１７は、垂直転送チャネル３への光の入射を防止するための金属膜であり、電荷転送電極１５の上方のみに層間絶縁膜１６ａを介して形成される。また、遮光膜１７の水平方向の幅（図２の横方向の長さ）は、電荷転送電極１５の水平方向の幅（図２の横方向の長さ）より短い。つまり、水平方向（図２の横方向）において、遮光膜１７の両端部は、電荷転送電極１５が形成される領域上（電荷転送電極１５の両端部より内側）に形成され、電荷転送電極１５の側面を覆わない。

また、遮光膜１７には、電荷転送電極１５を駆動する電荷転送パルスが印加される。
コンタクト１８は、層間絶縁膜１６ａを貫通し、遮光膜１７と電荷転送電極１５とを電気的に接続する。なお、コンタクト１８は、対応する電荷転送パルスが印加される遮光膜１７と、電荷転送電極１５とを接続する。

例えば、４相の電荷転送パルスが用いられる場合には、各列の遮光膜１７には、４相の電荷転送パルスのうちいずれかが印加される。また、複数の電荷転送電極１５は、それぞれ４相の電荷転送パルスのいずれかに対応し、対応する電荷転送パルスが印加される遮光膜１７とコンタクト１８を介して接続される。つまり、各遮光膜１７には、四つの電荷転送電極１５ごとに一つのコンタクト１８が形成される。

層間絶縁膜６ｂは、層間絶縁膜１６ａ及び遮光膜１７上に形成され、上面が平坦化されている。

カラーフィルタ層８ａは、層間絶縁膜６ｂ上に形成され、所定の波長帯域の光を透過する。

マイクロレンズ８ｂは、フォトダイオード２の上方、かつカラーフィルタ層８ａ上に形成され、入射光をフォトダイオード２に集光する。

マイクロレンズ８ｂによって集光された入射光は、カラーフィルタ層８ａ及び遮光膜１７の開口部１７ａを通過してフォトダイオード２に入射される。

ここで、遮光膜１７は電荷転送電極１５の側壁を覆わない構造である。よって、遮光膜１７の開口幅Ｌ１と電荷転送電極１５の幅とは相互に依存しないで決定できるため、開口幅Ｌ１と電荷転送電極１５の幅とは各々の最適幅に設定が可能である。

また、図９に示す従来の構成と比べて電荷転送電極５の側壁を覆っている遮光膜７の張り出し部を省略することによって、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、同一セルサイズであれば開口面積を従来の構成と比べ約１．５倍に拡大できる。これにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、チップ面積を増加させることなく、従来の構成と比べて、感度特性を１．５倍にできる。

ここで、図９に示す従来の構成では、遮光膜７が電荷転送電極５上のみに形成された場合、遮光膜７と半導体基板１との間の距離が大きくなり遮光膜７の端部における斜め入射光漏れによるスミアの増加が課題となる。

一方、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、遮光膜１７の底面と半導体基板１の表面との間の距離ｔ１を図９に示す従来の構造と同等以下にすることにより、斜め入射光９ｄが垂直転送チャネル３に光漏れすることを防止できるので、スミア特性の低下を防止できる。

具体的には、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、遮光膜１７と半導体基板１との間の距離ｔ１は、従来と同等の１５０ｎｍ以下となるように設定している。

ここで、距離ｔ１は、電荷転送電極１５下の絶縁膜４（ゲート絶縁膜）と、電荷転送電極１５と、電荷転送電極１５上の層間絶縁膜１６ａとの膜厚の総和である。本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、ゲート絶縁膜４の膜厚は従来構造と同様であり約４０ｎｍである。

また、電荷転送電極１５上の層間絶縁膜１６ａの膜厚は、遮光膜１７と電荷転送電極１５との間の耐圧から決定される。具体的には、例えば、遮光膜１７及び電荷転送電極１５に最大で２１Ｖ印加される場合、遮光膜１７と電荷転送電極１５との間の耐圧は５ＭＶ／ｃｍ以上に確保する必要がある。このために、層間絶縁膜１６ａの膜厚は約４２ｎｍとすることが望ましい。

また、電荷転送電極１５の膜厚は、コンタクト１８を形成する際のマージンと、電荷転送電極１５の端部での反射防止効果を最大にするための条件により設定する。具体的には、電荷転送電極１５を構成する多結晶シリコン膜は屈折率が約３．０であるので、電荷転送電極１５を、λ／４の膜厚で構成することで反射防止膜としての効果をさらに高めることができる。

さらに具体的には、多結晶シリコン膜のλ＝４００ｎｍにおける屈折率は約５．６、λ＝７００ｎｍにおける屈折率は約３．４であるので、可視光領域４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいては、多結晶シリコン膜の場合のλ／４の膜厚は、１８ｎｍ〜５１ｎｍになる。ただし、反射防止膜の下地の絶縁膜４の厚み、及び上部の層間絶縁膜１６ａの厚みに応じて最適な多結晶シリコン膜の膜厚を調整する必要があるため、電荷転送電極１５の膜厚は、１５ｎｍ〜６０ｎｍに設定することが望ましい。なお、コンタクト１８を形成する際のマージンは１５ｎｍ〜６０ｎｍであれば十分問題ない。

以上より遮光膜１７の底面と半導体基板１の表面との距離ｔ１の最大値は４０＋４２＋５１＝１３３ｎｍとなり１５０ｎｍ以下を実現できている。

このように、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、遮光膜１７と半導体基板１との距離ｔ１を従来と同程度にすることにより、スミアの増加を抑制できる。これにより、スミアを低減のためのＦＩＴ構造を用いる必要がないので、ＦＩＴ構造を用いた特許文献１記載の固体撮像装置と比較して、チップサイズを約３／４にできる。

なお、特許文献１では、電荷転送電極５に傾斜を持たせて遮光膜７と半導体基板１との間の距離を小さくしているが、電荷転送電極５の形成時のエッチングばらつきにより抵抗が変動すると共に、遮光膜７と半導体基板１との間の距離が変動しスミア特性が変動するという問題が生じる。一方、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、電荷転送電極１５は成膜のみで形成されるため電荷転送電極１５の抵抗の均一性と、遮光膜１７と半導体基板１との間の距離ｔ１の均一性とを向上できる。

また、上述したように、電荷転送電極１５の膜厚を薄くした場合、電荷転送電極１５の抵抗値が増加することになる。これに対して、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、電荷転送電極１５と遮光膜１７とをコンタクト１８を用いた裏打ち構造にすることによって、電荷転送電極１５に至る配線の抵抗値を低減できる。

具体的には、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置では、電荷転送電極１５は多結晶シリコン膜で形成され、遮光膜１７は金属膜で形成されている。ここで、金属膜の抵抗は多結晶シリコンの１／１０以下であるため、電荷転送電極１５と遮光膜１７とをコンタクト１８を用いた裏打ち構造にすることによって、低抵抗配線を実現できる。

さらに、電荷転送電極１５に至る配線の抵抗値を低減することにより、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、垂直転送速度を向上できる。よって、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、ＦＩＴ構造等を用いなくても、遮光膜１７が電荷転送電極１５を覆わないことにより生じるスミアの増加を抑制できる。

次に、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法について、図面を参照して具体的に説明する。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、実施の形態１に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。

まず、半導体基板１内にフォトダイオード２を形成する。次に、半導体基板１上に絶縁膜４を形成し、絶縁膜４上に、電荷転送電極１５及び反射防止膜６ｃを形成する。以上により図３Ａに示す構造が形成される。

次に、電荷転送電極１５を覆うように層間絶縁膜１６ａを形成し、次に、電荷転送電極１５上にコンタクト１８及び遮光膜１７を順次形成する。以上により図３Ｂに示す構成が形成される。

次に、層間絶縁膜６ｂとなる平坦層を形成した後、カラーフィルタ層８ａ及びマイクロレンズ８ｂを順次形成する。以上により図３Ｃに示す構成が形成される。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置は、遮光膜２７の幅方向（水平方法）の一方の端部が、電荷転送電極１５の側面を覆う点が、実施の形態１に係る固体撮像装置と異なる。

図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、図２と同様の要素には、同一の符号を付しており、相違点のみを説明する。

遮光膜２７は、垂直転送チャネル３への光の入射を防止するための金属膜であり、電荷転送電極１５の上方に形成される。また、水平方向（図４の横方向）において、遮光膜１７の一方の端部は、電荷転送電極１５が形成される領域上（電荷転送電極１５の一方の端部より内側）に形成され、遮光膜１７の他方の端部は、電荷転送電極１５が形成される領域外（電荷転送電極１５の他方の端部より外側）に形成される。つまり、遮光膜２７の水平方向の一方の端部は電荷転送電極１５の一方の側面を覆い、遮光膜２７の水平方向の他方の端部は電荷転送電極１５の他方の側面を覆わない。

以上の構成により、遮光膜２７の底面と半導体基板１の表面との間の距離は、遮光膜２７が電荷転送電極１５を覆う側において、ｔ２となり、ｔ１と比較して電荷転送電極１５の厚さ分小さくなる。これにより、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置は、実施の形態１に係る固体撮像装置と比較して、スミアを低減できる。

なお、実施の形態２に係る固体撮像装置では、遮光膜２７の開口幅Ｌ２は、実施の形態１の遮光膜１７の開口幅Ｌ１より狭くなるが、図６に示す従来の固体撮像装置の開口幅Ｌ６よりは広くなる。

また、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置では、電荷転送電極１５の薄膜化により遮光膜２７の形成時の下地の段差が小さくできる。これにより、遮光膜２７の加工精度を向上できる。

また、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法は、遮光膜２７のパターンが異なる点以外は、実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法と同一であり、説明は省略する。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置は、電荷転送電極１５上の層間絶縁膜３６ａの膜厚が遮光膜１７の端部と中央部とで異なる点が、実施の形態１に係る固体撮像装置と異なる。

図５は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、図２と同様の要素には、同一の符号を付しており、相違点のみを説明する。

図５に示すように、層間絶縁膜３６ａは、遮光膜１７の端部に近い領域では、膜厚ｈ１を有し、遮光膜１７の中央部に近い領域では、膜厚ｈ１より厚い膜厚ｈ２を有する。ここで、遮光膜１７の端部に近い領域とは、少なくとも遮光膜１７の端部下を含む領域であり、遮光膜１７の中央部に近い領域とは、遮光膜１７下の領域のうち上記遮光膜１７の端部に近い領域以外の領域である。

例えば、膜厚ｈ１は約４２ｎｍであり、膜厚ｈ２は、約４２〜２００ｎｍである。なお、膜厚ｈ２は、従来の構成と同程度の１５０ｎｍに設定することが好ましい。

このように、層間絶縁膜３６ａの中央部に近い領域の膜厚ｈ２を厚くすることにより、遮光膜１７と電荷転送電極１５との間の配線容量を低減できる。これにより、遮光膜１７に印加される電荷転送パルスが、当該遮光膜１７と裏打ちされていない電荷転送電極１５に与える影響を低減できる。

さらに、遮光膜１７の端部下の層間絶縁膜３６ａの膜厚ｈ１は、実施の形態１に係る固体撮像装置と同じであるので、遮光膜１７の端部における遮光膜１７の底面と半導体基板１の表面との距離ｔ１は、実施の形態１と同様に１５０ｎｍ以下となる。

つまり、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置は、実施の形態１と同等のスミア低減効果を維持したまま、さらに、遮光膜１７と電荷転送電極１５との間の配線容量を低減できる。

次に、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図６Ａ〜図６Ｆは、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。

まず、実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法と同様に、半導体基板１内にフォトダイオード２を形成し、次に、半導体基板１上に絶縁膜４を形成し、次に、絶縁膜４上に、電荷転送電極１５及び反射防止膜６ｃを形成する。以上により図６Ａに示す構造が形成される。

次に、図６Ａに示す構造の表面に、上面が平坦な層間絶縁膜４０を形成する。次に、レジストパターン４１を用いて選択敵にドライエッチングを行うことにより、電荷転送電極１５上における中央部の領域の層間絶縁膜４０を残して、他の領域の層間絶縁膜４０を除去する。当該ドライエッチングでは、多結晶シリコン（電荷転送電極１５）の表面が露出した時点でエッチングをストップする。また、例えば、電荷転送電極１５上における中央部の領域の層間絶縁膜４０の膜厚は約１５０ｎｍである。以上により図６Ｂに示す構造が形成される。

次に、図６Ｂに示す構造の表面に、膜厚ｈ１に相当する約４２ｎｍの層間絶縁膜４２を形成する。つまり、層間絶縁膜４０上、及び露出した電荷転送電極１５上に層間絶縁膜４２を形成する。以上により図６Ｃに示す構造が形成される。ここで、層間絶縁膜４０及び層間絶縁膜４２は、層間絶縁膜３６ａの一部であり、層間絶縁膜４０と層間絶縁膜４２との膜厚の合計が、膜厚ｈ２に相当する。

次に、コンタクト１８を形成するためのコンタクトホール４３を形成することにより、図６Ｄに示す構造が形成される。

次に、コンタクト１８及び遮光膜１７を順次形成することにより、図６Ｅに示す構造が形成される。

次に、層間絶縁膜６ｂとなる平坦層を形成した後、カラーフィルタ層８ａ及びマイクロレンズ８ｂを順次形成する。以上により図６Ｆに示す構成が形成される。

なお、層間絶縁膜４０の形成時に多結晶シリコン（電荷転送電極１５）までエッチングせずに残膜を４２ｎｍ以上確保するようにエッチングストップすることにより、層間絶縁膜４２の形成を省略してもよい。

また、上記実施の形態３の説明では、実施の形態１と同様に、遮光膜１７が電荷転送電極１５上のみに形成される場合について述べたが、実施の形態２と同様に、遮光膜１７の一方の端部が電荷転送電極１５の側面を覆う場合に、適用してもよい。この場合、遮光膜１７と電荷転送電極１５とに挟まれる層間絶縁膜３６ａは、少なくとも電荷転送電極１５の端部を覆わない側の遮光膜１７の端部下を含む膜厚ｈ１の領域と、当該遮光膜１７の端部下を含む領域以外の膜厚ｈ２の領域とを含めばよい。

本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、ＣＣＤイメージセンサを備えるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、及び携帯電話機器等に適用できる。

本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 従来の固体撮像装置の構成を模式的に示す図である。 従来の固体撮像装置の平面図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。 従来のＦＩＴ構造の固体撮像装置の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ フォトダイオード
３ 垂直転送チャネル
４ 絶縁膜
５、１５ 電荷転送電極
６ａ、６ｂ、１６ａ、３６ａ、４０、４２ 層間絶縁膜
７、１７、２７ 遮光膜
７ａ、１７ａ 開口部
８ａ カラーフィルタ層
８ｂ マイクロレンズ
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 斜め入射光
１０ 水平転送チャネル
１１ 電荷蓄積領域
１８ コンタクト
４１ レジストパターン
４３ コンタクトホール

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する受光部と、
   前記半導体基板に形成され、前記受光部により変換された信号電荷を転送するための電荷転送チャネルと、
   前記半導体基板の表面に形成される絶縁膜と、
   前記電荷転送チャネル上方に前記絶縁膜を介して形成される電荷転送電極と、
   前記電荷転送電極上に形成される層間絶縁膜と、
   前記電荷転送電極上方に前記層間絶縁膜を介して形成され、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、少なくとも一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成される遮光膜と、
   前記電荷転送電極と前記遮光膜とを接続するコンタクトと、
   前記受光部上方に形成され、入射光を前記受光部に集光するレンズとを備える
   固体撮像装置。
2. 前記遮光膜の前記一方の端部下における、前記電荷転送電極下の前記絶縁膜と、前記電荷転送電極と、前記電荷転送電極上の層間絶縁膜との膜厚の総和は、１５０ｎｍ以下である
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記遮光膜は、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、両端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成される
   請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記遮光膜は、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成され、他方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域外に形成される
   請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
5. 前記遮光膜と前記電荷転送電極とに挟まれる前記層間絶縁膜は、第１の膜厚を有する第１領域と、前記遮光膜の前記一方の端部下を含み、かつ前記第１の膜厚より薄い第２の膜厚を有する第２領域とを含む
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記遮光膜は金属膜である
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 半導体基板に、光を信号電荷に変換する受光部を形成する工程と、
   前記半導体基板に、前記受光部により変換された信号電荷を転送する電荷転送チャネルを形成する工程と、
   前記半導体基板の表面に絶縁膜を形成する工程と、
   前記電荷転送チャネル上方に前記絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する工程と、
   前記電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記電荷転送電極上方に前記層間絶縁膜を介して、前記電荷転送チャネルの転送方向に垂直な方向において、少なくとも一方の端部が、前記電荷転送電極が形成される領域上に形成される遮光膜を形成する工程と、
   前記電荷転送電極と前記遮光膜とを接続するコンタクトを形成する工程と、
   前記受光部上方に、入射光を前記受光部に集光するレンズを形成する工程とを含む
   固体撮像装置の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜を形成する前記工程は、
   平坦に、前記層間絶縁膜の一部である第１層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記電荷転送電極上であり、かつ前記電荷転送電極の前記一方の端部下を含まない第１領域の前記第１層間絶縁膜を残して、前記電荷転送電極上の前記第１領域以外の第２領域の前記第１層間絶縁膜を除去する工程と、
   前記第１領域の前記第１層間絶縁膜上、及び前記第２領域の前記電荷転送電極上に前記層間絶縁膜の一部である第２層間絶縁膜を形成する工程とを含む
   請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。

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