JP5659707B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及び固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器に関する。

固体撮像装置（イメージセンサ）として、ＣＣＤ固体撮像装置あるいはＣＭＯＳ固体撮像装置等が知られている。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらにカメラ付き携帯電話などの各種携帯端末機器等に用いられている。

ＣＣＤ固体撮像装置は、２次元的に配列され複数の受光部となるフォトダイオード（光電変換部）と、各受光部列に配置されたＣＣＤ構造の垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタ端に配置されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタを有する。さらに、水平転送レジスタ端に出力部を接続して構成される。

ＣＭＯＳ固体撮像装置は、受光部となるフォトダイオード（光電変換部）と複数の画素トランジスタにより単位画素を形成し、複数の画素を２次元的に配列して構成される。複数の画素トランジスタは、通常、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタの４トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した３トランジスタで構成される。あるいはこれらの画素トランジスタは、複数のフォトダイオードで共有することもできる。これらの複数の画素トランジスタに所望のパルス電圧を印加し、信号電流を読み出すために、画素トランジスタの各端子は、多層配線で接続される。

固体撮像装置では、光電変換を行うフォトダイオードの受光面に、光反射率を小さくするための反射防止膜を形成するようにしている。反射防止膜としては、受光面の反射を低減させるために、膜厚、膜種、膜構成などを最適化する必要がある。

特許文献１には、従来技術に係る反射防止膜の一例が示されている。特許文献１における反射防止膜は、ＣＣＤ固体撮像装置に適用されており、受光部上にゲート絶縁膜を介して第１の高屈折率膜、第１の低屈折率膜、第２の高屈折率膜及び第１２の低屈折率膜を積層した多層膜構造を有している。第２の低屈折率膜は、低屈折率膜と層間絶縁膜の積層膜で形成されている。第１の高屈折率膜はシリコン窒化膜、第１の低屈折率膜はシリコン酸化膜、第２の高屈折率膜はシリコン窒化膜でそれぞれ形成されている。また、第２の低屈折率膜の一部はシリコン酸化膜で形成されている。受光面を除いて転送電極上を覆う金属の遮光膜は、第２の低屈折率膜の一部である層間絶縁膜上に形成されている。

特開２０００―１９６０５１号公報

上述の遮光膜は、スミア特性を確保するために設けられている。ＣＣＤ固体撮像装置では、光が遮光膜の開口を通して受光面に入射されるが、入射光の一部が遮光膜端部と半導体基板間の隙間内を多重反射して半導体基板内に入射し、スミアを発生している。このスミア成分を低減するには、遮光膜端部と半導体基板間の間隔（距離）を出来るだけ小さくなるように、設計している。しかし、例えば引用文献１において、遮光膜端部と半導体基板間の間隔を小さくするために、さらに選択エッチングにより局部的に遮光膜端と半導体基板間の絶縁膜の膜厚を制御することは、極めて難しい。すなわち、遮光膜端部と半導体基板間に形成される層間絶縁膜及びゲート絶縁膜は、共にシリコン酸化膜で形成されるので、選択エッチングでの膜厚制御が難しい。このため、半導体ウェハ内での膜厚均一性の確保が得にくく、さらにロット間で膜厚がばらつくことで、スミア特性が大きくばらつく。また、遮光膜端部と半導体基板との間隔が小さくなり過ぎて一部遮光膜端部が半導体基板面に接触するようなときには、白点悪化等のノイズ発生の起因となる。これらの要因で、歩留やスミア特性値が不安定になる。

安定して遮光させるためには、遮光膜を精度よく形成する必要がある。しかし、画素の微細化に伴うにつれ、さらに受光面及び遮光膜の形成プロセスが複雑化かつ困難になっている。

一方、引用文献１の反射防止膜は、トータル３００ｎｍ以上と厚い構成となっており、光の波長に対しフィルタ効果が強く、光透過性に劣る。

本発明は、上述の点に鑑み、スミア特性の安定化を図り、反射防止効果と光透過性向上の両立を図った固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器を提供するものである。

本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板に形成された光電変換部と、光電変換部の信号電荷を読み出す読み出し手段と、読み出し手段を構成するゲート絶縁膜及びその上の電極を有する。さらに、電極を覆う遮光膜と、光電変換部上に形成された４層以上の膜による反射防止膜を有する。そして、反射防止膜のうちの下層の膜がパターニングの際のストッパー膜を兼ねており、反射防止膜のうちの下層の複数膜を挟んで規定される遮光膜端部と半導体基板との間の間隔が、ゲート絶縁膜の膜厚より小さく設定される。

本発明の固体撮像装置では、光電変換部上に薄膜による４層以上の反射防止膜を有するので、反射防止膜の反射防止効果が得られ、光透過率が向上する。パターニングの際のストッパー膜を兼ねた下層の膜を有するので、遮光膜端部と半導体基板との間の間隔が安定にかつ精度よく設定できる。前記間隔は、ゲート絶縁膜より小さい膜厚の膜で規定され、スミア、白点が抑制される。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次の工程を有する。半導体基板に光電変換部及び該光電変換部の信号電荷を読み出す読み出し手段を形成する工程と、光電変換部上を除いて選択的に前記読み出し手段を構成するゲート絶縁膜及びその上の電極を形成する工程を有する。次に、光電変換部上及び電極上を覆って反射防止膜となる４層以上の膜を成膜する工程と、４層以上の膜のうち下層の膜をストッパー膜として、光電変換部の周辺部を含む電極上の、４層以上の膜のうちのストッパー膜より上層の膜を選択的に除去する工程を有する。その後、光電変換部の周辺部に遮光膜端部が位置し、遮光膜端部と半導体基板との間の間隔がゲート絶縁膜の膜厚より小さい膜厚で規定されるように、ストッパー膜を含む下層の複数膜を介して電極を覆う遮光膜を形成する工程を有する。これにより、光電変換部上に４層以上の膜による反射防止膜を形成する。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、反射防止膜となる４層以上の膜のうち下層の膜をストッパー膜として、その上の膜をパターニングするので、遮光膜端部と半導体基板との間の間隔が安定にかつ精度よく設定できる。前記間隔は、ゲート絶縁膜より小さい膜厚の膜で規定され、スミア、白点が抑制される。光電変換部の主要領域上には４層以上の薄膜による反射防止膜を形成するので、反射防止膜の反射防止効果が得られ、光透過率が向上する。

本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備える。固体撮像装置は、半導体基板に形成された光電変換部と、光電変換部の信号電荷を読み出す読み出し手段と、読み出し手段を構成するゲート絶縁膜及びその上の電極を有する。さらに、電極を覆う遮光膜と、光電変換部上に形成された４層以上の膜による反射防止膜を有する。そして、反射防止膜のうちの下層の膜がパターニングの際のストッパー膜を兼ねており、反射防止膜のうちの下層の複数膜を挟んで規定される遮光膜端部と半導体基板との間の間隔が、ゲート絶縁膜の膜厚より小さく設定される。

本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によれば、スミア特性の安定化を図り、反射防止効果と光透過性向上の両立を図った固体撮像装置を提供することができる。

本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、スミア特性の安定化、及び反射防止効果と光透過性向上の両立が図られ、高画質の電子機器を提供することがでる。

本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す概略構成図である。 Ａ〜Ｃ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。 Ｄ〜Ｆ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。 Ｇ〜Ｈ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その３）である。 本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の概略構成図である。 本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す概略構成図である。 本発明の説明に供する遮光膜端部と半導体基板間の距離（間隔）とスミア改善率の関係を示すグラフである。 本発明の第４実施の形態に係る電子機器の概略構成図である。

以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
２．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
３．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
４．第４実施の形態（電子機器の構成例）

＜１．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態は、ＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合である。図１は、受光部となる光電変換部（フォトダイオード）と、垂直転送レジスタを含む要部の概略断面構造を示す。第１実施の形態の固体撮像装置１は、例えばシリコンの半導体基板２に、複数の受光部となるフォトダイオードＰＤが２次元的に配列され、各受光部列に対応してフォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出すＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が形成されて成る。

画素５は、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの信号電荷読み出す手段、すなわち電荷読み出し部４を含んで垂直転送レジスタ３のフォトダイオードＰＤに対応した転送部とから構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板２に形成した第１導電型、例えばｐ型の第１半導体ウェル領域６に、第２導電型、例えばｎ型の半導体領域１１とその表面側の暗電流抑制を兼ねるｐ型半導体領域１２とを有して形成される。ｐ型第１半導体ウェル領域６には、各受光部列に対応するｎ型の埋め込みチャネル領域７、埋め込みチャネル領域７直下のｐ型第２半導体ウェル領域８及び画素５を分離するｐ型のチャネルストップ領域９が形成される。フォトダイオードＰＤと垂直転送レジスタ３との間に上記電荷読み出し部４が形成される。

埋め込みチャネル領域７上を含んでゲート絶縁膜１３が形成され、ゲート絶縁膜１３上に転送電極１４が形成される。転送電極１４は、埋め込みチャネル領域７、電荷読み出し部４及びチャネルストップ領域９にわたる幅を有して転送方向に沿って配列される。垂直転送レジスタ３は、埋め込みチャネル領域７、ゲート絶縁膜１３及び転送電極１４により形成される。

さらに、半導体基板２の上方に、後述の本実施の形態の特徴である反射防止膜１６及び遮光膜１７を介して、絶縁膜による平坦化膜１８、カラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２１が順次に形成される。

そして、本実施の形態では、フォトダイオードＰＤ上に４層膜による反射防止膜１６が形成され、フォトダイオードＰＤの主要領域を除いて、転送電極１４を覆いフォトダイオード周端に至る遮光膜１７が形成される。４層膜による反射防止膜１６は、フォトダイオードＰＤの受光面から順に第１シリコン酸化膜２３、第１シリコン窒化膜２４、第２シリコン酸化膜２５、第２シリコン窒化膜２６が積層される。ゲート絶縁膜１３は、転送電極１４の直下のみに形成され、フォトダイオードＰＤの表面上には形成されない。

第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４は、フォトダイオードＰＤから転送電極１４を覆う全面にわたって形成される。第１シリコン酸化膜２３と第１シリコン窒化膜２４の合計の膜厚ｔ１は、転送電極１４下のゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２より小さく設定される。反射防止膜１６のうち下層の第１シリコン窒化膜２４は、後述の製法で明らかなように、上層の第２シリコン酸化膜２５をパターニングの際のストッパー膜、すなわちエッチングストッパー膜を兼ねる。

第２シリコン酸化膜２５及び第２窒化膜２６の上層膜は、フォトダイオードの周端上を除く主要領域上に形成される。従って、４層膜による反射防止膜１６は、フォトダイオードＰＤの主要領域上にのみ形成される。

一方、遮光膜１７は、例えばタングステン（Ｗ）などの金属膜で形成される。遮光膜１７は、第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜上に、転送電極１４を覆いフォトダイオード周端に至る領域に形成される。遮光膜１７の端部は、フォトダイオードの周端上に対応する第１シリコン窒化膜２４に接している。

第１シリコン酸化膜２３の膜厚は１０ｎｍ以下とし、第１シリコン窒化膜２４の膜厚は３０ｎｍ以下とすることが望ましく、この２層の総厚がゲート絶縁膜１３の膜厚未満に設定される。４層膜による反射防止膜の反射防止効果を考慮して、第２シリコン酸化膜２５の膜厚は５ｎｍ〜３５ｎｍ程度、第２シリコン窒化膜２６の膜厚は１５ｎｍ〜４５ｎｍ程度とする。ゲート絶縁膜１３の膜厚は、例えば４０ｎｍ程度である。反射防止膜１６の各膜厚は、所望の光の波長領域で反射防止効果が得られるように、最適化される。

第１実施の形態に係る固体撮像装置１によれば、フォトダイオードＰＤ上に４層膜による反射防止膜１６が形成されるので、必要な光の波長領域、つまり可視光領域での光反射を低減することができる。総厚が薄い反射防止膜１６であるので、光透過性に優れる。従って、反射防止効果と光透過性向上の両立を図ることができる。さらに、遮光膜１７の端部と半導体基板表面との間の間隔（距離）が、反射防止膜１６の構成膜である第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の合計の膜厚ｔ１で規定され、ゲート絶縁膜１３の膜厚より小さい。これにより、遮光膜端部と半導体基板間を通る光が抑制され、この光によるスミア発生や白点発生等が低減する。

反射防止膜１６のうちの下層の第１シリコン窒化膜２４が、上層の第２シリコン酸化膜２５のパターニングの際のエッチングストッパーとなるので、遮光膜端部と半導体基板間の絶縁膜の膜厚を安定かつ精度よく設定できる。従って、単位画素サイズが微細化されても、スミア、白点等の特性値のばらつきや、不良を抑えることができ、安定した固体撮像装置を提供することができる。

［固体撮像装置の製造方法例］
図２〜図４に、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法を示す。先ず、図２Ａに示すように、半導体基板２に第１半導体ウェル領域６を形成し、第１半導体ウェル領域６にフォトダイオードＰＤ、埋め込みチャネル領域７，第２半導体ウェル領域８、チャネルストップ領域９等を形成する。フォトダイオードＰＤは、第２導電型のｎ型の半導体領域１１とその表面側の第１導電型のｐ型半導体１２を有して形成する。次いで、半導体基板２の表面全面にゲート絶縁膜１３を形成し、このゲート絶縁膜１３上に垂直転送レジスタを構成する転送電極１４を形成する。転送電極１４は、例えばポリシリコン膜で形成することができる。

次に、図２Ｂに示すように、転送電極１４をマスクにして、転送電極１４直下以外のゲート絶縁膜１３をエッチング除去する。

次に、図２Ｃに示すように、フォトダイオードＰＤを含む半導体基板２上及び転送電極１４上の全面にわたり、４層膜の反射防止膜１６を成膜する。すなわち、半導体基板表面から上に向かって順に、第１シリコン酸化膜２３、第１シリコン窒化膜２４、第２シリコン酸化膜２５、第２シリコン窒化膜２６を成膜して反射防止膜１６を形成する。次いで、反射防止膜１６上のフォトダイオードＰＤの主要領域に対応する位置に、レジストマスク３１を形成する。

次に、図３Ｄに示すように、レジストマスク３１を介して、第２シリコン窒化膜２６を選択的にエッチング除去する。第２シリコン窒化膜２６は、フォトダイオードＰＤの主要領域上にのみ残る。

次に、図３Ｅに示すように、全面にシリコン酸化膜による保護膜３２を形成する。この保護膜３２は、後工程において他部を保護するために必要とさる膜である。

次に、図３Ｆに示すように、シリコン酸化膜による保護膜３２と共に、第２シリコン酸化膜２５をエッチング除去する。このエッチング工程では、フォトダイオードＰＤの主要領域に残った第２シリコン窒化膜２６をマスクに第２シリコン酸化膜２５が選択的にエッチング除去される。同時に、下層である２層目の第１シリコン窒化膜２４がエッチングストッパー膜となり、エッチングが第１シリコン窒化膜２４の表面で終了する。この工程で、フォトダイオードＰＤの主要領域上にのみ、第２シリコン酸化膜２５及び第２シリコン窒化膜２６が残る。またフォトダイオードＰＤの周端上から転送電極１４上にかけて第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜が残る。つまり、フォトダイオードＰＤの周端上に所望の膜厚、すなわちゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２より小さい膜厚ｔ１の絶縁膜（２層の膜２３，２４）が安定かつ精度よく形成される。

次に、全面に金属の遮光膜１７を形成した後、パターニングして、フォトダイオードＰＤの主要領域を除いて転送電極１４を覆う遮光膜１７のみを残す。これにより、図４Ｇに示すように、フォトダイオードＰＤの主要領域上には４層の膜２３〜２６が積層された反射防止膜１６が形成される。また、遮光膜１７の端部と半導体基板２間の間隔が、第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜の膜厚ｔ１で規定される。

次に、図４Ｈに示すように、絶縁膜による平坦化膜１８を形成し、その上にカラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２１を順に形成して、目的の固体撮像装置１を得る。

本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法によれば、４層膜による反射防止膜１６を成膜した後、図３Ｆの工程で、２層目の第１シリコン窒化膜２４をエッチングストッパー膜として、第２シリコン酸化膜２５をエッチング除去している。これにより、合計の膜厚ｔ１がゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２より小さい、第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４による２層膜が残り、この２層膜により遮光膜端部と半導体基板間の間隔を安定に且つ精度良く規定することができる。フォトダイオードＰＤの主要領域には４層膜の反射防止膜が精度良く形成される。

従って、遮光すべき領域が微細化されても簡易なプロセスで、安定かつ精度よく目的の固体撮像装置１を製造することができる。つまり、単位画素サイズが微細化されても、スミアや白点等の特性値ばらつきや、不良率を抑えて、安定した歩留まりで製造することができる。

図７に、遮光膜端部と半導体基板間の間隔（距離）ｔ１（ｎｍ）とスミア改善率（％）の関係を示す。間隔ｔ１が小さくなる程、スミア改善率が向上している。

表１に、一具体例として、光の波長５５０ｎｍでの、薄膜２層の反射防止膜（参考例）と、薄膜４層の反射防止膜（実施例）の反射防止効果を示す。参考例は、シリコン基板上に膜厚５ｎｍの第１シリコン酸化膜と、膜厚１０ｎｍの第１シリコン窒化膜とを積層した反射防止膜を示す。実施例は、シリコン基板上に膜厚５ｎｍの第１シリコン酸化膜と、膜厚１０ｎｍの第１シリコン窒化膜と、膜厚２０ｎｍの第２シリコン酸化膜と、膜厚３０ｎｍの第２シリコン窒化膜とを積層した反射防止膜を示す。

表１から、４層膜構造の反射防止膜は、２層膜構造の反射防止膜よりも反射防止効果が向上している。

＜２．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図５に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態は、ＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合である。図５は、受光部となる光電変換部（フォトダイオード）と、垂直転送レジスタを含む部分の断面構造を示す。第２実施の形態の固体撮像装置３３は、前述と同様にフォトダイオードＰＤ上及び転送電極１４上を含む全面に第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜が形成される。さらに、フォトダイオードＰＤの主要領域の第１シリコン窒化膜２４上に第２シリコン酸化膜２５及び第２シリコン窒化膜２６が形成される。

そして、本実施の形態では、全面に更に薄い第３シリコン酸化膜２７を形成し、フォトダイオードＰＤの主要領域上に５層膜による反射防止膜３５を形成し、その状態で転送電極１４を覆う遮光膜１７を形成して構成される。遮光膜１４の端部と半導体基板２間には、第１シリコン酸化膜２３と、第１シリコン窒化膜２４と、第３シリコン酸化膜２７とからなる３層膜が形成される。従って、遮光膜１４の端部と半導体基板２間の間隔（距離）は、この３層膜の膜厚ｔ３で規定される。膜厚ｔ３は、ゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２より小さく設定される。

その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、説明及び図示を省略する。図５において、図１と対応する部分には同一符号を付す。

［固体撮像装置の製造方法例］
第２実施の形態の固体撮像装置３３の製造方法は、第１実施の形態における図２Ａ〜図３Ｆの工程を有し、図３Ｆの工程の後に、第３シリコン酸化膜２７を全面に形成する工程を有する。それ以後は、図４Ｇ及び図４Ｈで示す遮光膜１７の形成、平坦化膜１８、カラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２１を形成して、固体撮像装置３３を得る。

第２実施の形態に係る固体撮像装置３３及びその製造方法によれば、反射防止膜３５が５層膜であるも薄膜構成であるので、前述の第１実施の形態と同様に、反射防止効果と光透過性向上の両立を図ることができる。さらに、遮光膜１７の端部と半導体基板２間の間隔（距離）がゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２より小さい膜厚ｔ３の３層絶縁膜（２３、２４、２７）で規定される。従って、単位画素サイズが微細化されても、スミア、白点等の特性値のばらつきや、不良率を抑えて、安定した歩留まりで固体撮像装置を製造することができる。

＜３．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図６に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態は、グローバルシャッタ機能を有するＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。図６は、光電変換部（フォトダイオード）と転送トランジスタ及び電荷保持部を含む部分の断面構造を示す。

第３実施の形態のＣＭＯＳ固体撮像装置３７は、詳細説明は省略するも、通常のように、光電変換部となるフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる複数の画素が配列された撮像領域と、周辺回路部とを有して構成される。画素としては、１つの光電変換部と複数の画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）からなる単位画素を適用することができる。また、画素としては、複数の光電変換部が転送トランジスタ、フローティングディフージョン部を除く他の画素トランジスタを共有したいわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタの４トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した３トランジスタなどで構成することができる。

本実施の形態では、図６に示すように、例えばシリコンの半導体基板３８に受光部となるフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出す手段４１を有して構成される。この読み出し手段４１は、フォトダイオードＰＤに隣接する電荷保持部（いわゆるメモリ部）４２と、画素を構成する転送トランジスタＴｒ１とで構成される。これらフォトダイオードＰＤ及び読み出し手段４１は、第２導電型、例えばｎ型の半導体基板３８に形成した第１導電型、例えばｐ型の半導体ウェル領域３９に形成される。

転送トランジスタＴｒ１は、ｎ型のフローティングディフュージョン部ＦＤとゲート絶縁膜４３を介して形成した転送ゲート電極４４とを有して形成される。電荷保持部４２は、フォトダイオードＰＤと転送トランジスタＴｒ１との間に形成され、ｎ型半導体領域４５とその上にゲート絶縁膜４４を介して形成したゲート電極４６とを有して形成される。電荷保持部４２は、フォトダイオードＰＤからの信号電荷を一旦保持する領域である。信号電荷は、電荷保持部４２のゲート電極をオンしてｎ型半導体領域４５に保持された後、転送トランジスタＴｒ１のフローティングディフュージョン部ＦＤに読み出される。

画素領域上には、層間絶縁膜４７を介して複数層の配線４８が配列された多層配線層四九が形成され、その上にカラーフィルタ５１及びオンチップレンズ５２が形成される。

そして、本実施の形態においては、フォトダイオードＰＤ上から電荷保持部４２のゲート電極４６及び転送トランジスタＴｒ１の転送ゲート電極４４上の全面に反射防止膜の構成膜である第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４が形成される。さらに、フォトダイオードＰＤの主要領域上の第１シリコン窒化膜２４上に第２シリコン酸化膜２５及び第２シリコン窒化膜２６が形成される。従って、フォトダイオードＰＤの主要領域上に、第１シリコン酸化膜２３、第１シリコン窒化膜２４、第２シリコン酸化膜２５及び第２シリコン窒化膜２６の４層膜による反射防止膜１６が形成される。転送ゲート電極４４及びゲート電極４６を覆うように、第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜上に、金属、例えばタングステン（Ｗ）の遮光膜１７が形成される。

画素を構成する他の画素トランジスタも信号電荷の読み出し手段に含むときは、他の画素トランジスタのゲート電極を覆う遮光膜も、第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４の２層膜上に形成する。

［固体撮像装置の製造方法例］
本実施の形態の固体撮像装置３７の製造方法、特にフォトダイオードＰＤ上４層膜による反射防止膜１６、及び遮光膜１７下の第１シリコン酸化膜２３及び第１シリコン窒化膜２４による２層膜は、前述の図２Ｃ〜図４Ｇの工程を利用して形成することができる。

第３実施の形態に係る固体撮像装置３７及びその製造方法によれば、前述と同様に、フォトダイオードＰＤの主要領域上に４層膜による反射防止膜３５が形成されるので、反射防止効果と光透過性向上の両立を図ることができる。さらに、遮光膜１７の端部と半導体基板３８間の間隔（距離）がゲート絶縁膜４３の膜厚ｔ２より小さい膜厚ｔ１の２層絶縁膜（２３、２４）で規定される。従って、単位画素サイズが微細化されても、スミア、白点等の特性値のばらつきや、不良率を抑えて、安定した歩留まりで固体撮像装置を製造することができる。

なお、電荷保持部４２を有しないで、フォトダイオードＰＤに隣接して転送トランジスタＴｒ１が配置されるＣＭＯＳ固体撮像装置においても、上記の反射防止膜を構成する４層の膜を適用することができる。
ＣＭＯＳ固体撮像装置においても、前述したように、図５の５層膜による反射防止膜、を適用することができる。

上例では反射防止膜を４層膜、５層膜としたが、それ以上の膜構成とすることも可能である。但し、その際でも、反射防止膜は、反射防止効果と光透過率向上を両立するトータル膜厚とし、且つ遮光膜端部と半導体基板間の膜厚も、ゲート絶縁膜１３の膜厚ｔ２未満とする。

上述の各実施の形態に係る固体撮像装置では、信号電荷を電子とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として構成したが、信号電荷を正孔とする固体撮像装置にも適用できる。この場合ｎ型が第２導電型，ｐ型が第１導電型となる。

＜４．第４実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。

図８に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第４実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ５１は、固体撮像装置５２と、固体撮像装置５２の受光センサ部に入射光を導く光学系５３と、シャッタ装置５４と、固体撮像装置５２を駆動する駆動回路５５と、固体撮像装置５２の出力信号を処理する信号処理回路５６とを有する。

固体撮像装置５２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）５３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置５２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置５２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系５３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置５４は、固体撮像装置５２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路５５は、固体撮像装置５２の転送動作及びシャッタ装置５４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路５５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置５２の信号転送を行う。信号処理回路５６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。

第４実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、反射防止膜の反射防止効果と光透過性向上の両立を図ることができる。さらに、単位画素サイズが微細化されても、スミア、白点等の特性値のばらつきや、不良率を抑えることができる。従って、高画質の電子機器を提供することがでる。例えば、画質を向上したカメラなどを提供することができる。

１・・固体撮像装置、２・・半導体基板、ＰＤ・・光電変換部（フォトダイオード）、３・・垂直転送レジスタ、４・・電荷読み出し部、５・・画素、６・・半導体ウェル領域、７・・埋め込みチャネル領域、８・・半導体ウェル領域、９・・チャネルストップ領域、１３・・ゲート絶縁膜、１４・・ゲート電極、１６・・反射防止膜、２３・・第１シリコン酸化膜、２４・・第１シリコン窒化膜、２５・・第２シリコン酸化膜、２６・・第２シリコン窒化膜、２７・・第３シリコン酸化膜、３７・・固体撮像装置、３８・・半導体基板、３９・・半導体ウェル領域、４１・・読み出し手段、４２・・電荷保持部、ＦＤ・・フローティングディフージョン部、Ｔｒ１・・転送トランジスタ、４４・・転送ゲート絶縁膜、４５・・ｎ型半導体領域、４６・・ゲート電極

Claims (11)

1. 半導体基板に形成された光電変換部と、
   前記光電変換部の信号電荷を読み出す読み出し手段と、
   前記読み出し手段を構成するゲート絶縁膜及びその上の電極と、
   前記電極を覆う遮光膜と、
   前記光電変換部上に形成された４層以上の膜による反射防止膜と
   を有し、
   前記４層以上の膜は、前記ゲート絶縁膜および前記電極を覆って当該半導体基板上の全面に設けられた下層側の膜と、前記光電変換部の周端上を除く当該光電変換部の主要部において当該下層側の膜の上部に設けられた上層側の膜とで構成され、
   前記下層側の膜は、前記上層側の膜のパターニングの際のストッパー膜を兼ねており、
   前記遮光膜は、前記下層側の膜の上部において前記電極上から前記光電変換部の周端上に至る範囲を覆って設けられ、
   前記下層側の膜の膜厚は、前記ゲート絶縁膜の膜厚より小さい
   固体撮像装置。
2. 前記反射防止膜が４層膜で形成され、
   前記下層側の膜は、前記反射防止膜のうちの下層の２層膜である
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記反射防止膜がシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を交互に積層して形成され、
   前記反射防止膜のうちの前記半導体基板側から２層目の膜がストッパー膜を兼ねたシリコン窒化膜である
   請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記読み出し手段が、垂直転送レジスタであり、
   前記電極が、前記垂直転送レジスタの転送電極である
   請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記読み出し手段が、画素を構成する転送トランジスタ及び電荷保持部であり、
   前記電極が、前記転送トランジスタの転送ゲート電極及び前記電荷保持部のゲート電極である
   請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 半導体基板に光電変換部及び該光電変換部の信号電荷を読み出す読み出し手段を形成する工程と、
   光電変換部上を除いて選択的に前記読み出し手段を構成するゲート絶縁膜及びその上の電極を形成する工程と、
   前記光電変換部上及び前記電極上を覆って反射防止膜となる４層以上の膜を成膜する工程と、
   前記４層以上の膜のうちの前記ゲート絶縁膜よりも膜厚が薄い下層側の膜を上層側の膜のストッパー膜として、前記電極上から前記光電変換部の周端上に至るまで当該上層側の膜を選択的に除去する工程と、
   その後、前記電極上から前記光電変換部の周端上に至るように、前記下層側の膜の上部に遮光膜を形成する工程を有し、
   前記光電変換部上に４層以上の膜による反射防止膜を形成する
   固体撮像装置の製造方法。
7. 前記反射防止膜を４層膜で形成し、
   前記反射防止膜のうちの下層の２層膜を前記下層側の膜とする
   請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記反射防止膜をシリコン酸化膜とシリコン窒化膜を交互に積層して形成し、
   前記反射防止膜のうち前記半導体基板側から２層目の膜を、ストッパー膜を兼ねたシリコン窒化膜で形成する
   請求項６又は７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記読み出し手段が、垂直転送レジスタであり、
   前記電極が、垂直転送レジスタの転送電極である
   請求項６乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記読み出し手段が、画素を構成する転送トランジスタ及び電荷保持部であり、
    前記電極が、前記転送トランジスタの転送ゲート電極及び前記電荷保持部のゲート電極である
    請求項６乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
    前記固体撮像装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
    電子機器。
    
    

Images