(57)【要約】【課題】  光導波路と電荷保持部とを有する画素を有する撮像装置において、ノイズを低減させることを目的とする。【解決手段】  光電変換部と、電荷蓄積部と、フローティングディフュージョンと、電荷蓄積部を覆い、前記光電変換部上が開口された遮光部と、平面視において遮光部が開口された部分に少なくとも一部が重なる導波路と、を含む画素が複数配された画素領域を有し、画素領域上に多層配線構造が配された撮像装置であって、前記光導波路の下部に配された絶縁膜を備え、  前記絶縁膜は層間絶縁膜より大きい屈折率を有し、前記絶縁膜は前記多層配線構造の配線層のうち最下層の配線層より光電変換部に近い位置に配され、前記絶縁膜は前記遮光部の上方に延在しており、前記絶縁膜は前記光導波路下部より平面視で面積が大きい。【選択図】  図２
2020080423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部の信号電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、
少なくとも前記電荷蓄積部の一部を覆い、前記光電変換部上が開口された遮光部と、
前記光電変換部上に配された光導波路と、を含む画素が複数配された画素領域を有し、前記画素領域上に多層配線構造が配された撮像装置であって、
前記光導波路の下部に配された絶縁膜を備え、
前記絶縁膜は、
前記多層配線構造の層間絶縁膜のうち前記電荷保持部上に配された部分よりも大きい屈折率を有し、前記多層配線構造の配線層のうち最下層の配線層より前記光電変換部に近い位置で前記光導波路の下部から前記遮光部の上部まで延在していることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置に関し、より詳細には光電変換部上に光導波路を有する構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
画素に、光電変換部に光を導くための光導波路と、光電変換部で生成した信号電荷を蓄積する電荷蓄積部とを有するＣＭＯＳセンサが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１の撮像装置においては、電荷蓄積部は、絶縁膜を介して電荷蓄積部の上部に配された遮光部（金属遮光膜）で覆われている。また遮光部の下面と、光導波路の下面及び電荷蓄積部の上部に配された絶縁膜の上面とが一致している。更に、遮光部の上面には反射防止膜が配されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１６８５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、以下の２点の課題が生じる。
【０００５】
まず１つ目の課題は、特許文献１の構成では光導波路に入射した光が、遮光部下部の絶縁膜を介して電荷蓄積部に入射する可能性がある。仮に電荷蓄積部に光が入射すると、電荷蓄積部に前の蓄積期間の信号に対してノイズとなる。
【０００６】
２つ目の課題は、特許文献１に開示されている撮像装置の製造方法に関するものである。特許文献１においては、層間絶縁膜をエッチングして開口を形成し、開口内に光導波路となるコア材を形成している。層間絶縁膜をエッチングする際に遮光部をエッチングストップ膜として用いて層間絶縁膜、反射防止膜をエッチングして開口を形成し、層間絶縁膜、反射防止膜の開口に対してセルフアラインで更に開口を形成している。しかしながらこのような製造方法を用いると、光電変換部にダメージが入りやすくノイズが増える恐れがある。
【０００７】
本発明は、これらの課題の少なくとも１つを解決するものであり、低ノイズの撮像位相値を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部の信号電荷が転送されるフローティングディフュージョンと、少なくとも前記電荷蓄積部を覆い、前記光電変換部上が開口された遮光部と、前記光電変換部上に配された光導波路と、を含む画素が複数配された画素領域を有し、前記画素領域上に多層配線構造が配された撮像装置であって、前記光導波路の下部に配された絶縁膜を備え、前記絶縁膜は、前記多層配線構造の層間絶縁膜より大きい屈折率を有し、前記多層配線構造の配線層のうち最下層の配線層より前記光電変換部に近い位置で前記光導波路の下部から前記遮光部の上部まで延在しており、平面視で、前記絶縁膜の面積は前記光導波路の出射面の面積より大きい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、画素に電荷保持部と光導波路を設けた撮像装置もしくはこの撮像装置の製造方法において、ノイズを低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画素の平面図
【図２】本発明の実施例１の断面図
【図３】画素の平面図の変形例
【図４】実施例１の製造方法を説明するための断面図
【図５】実施例１の製造方法を示す断面図
【図６】実施例１の製造方法を示す断面図
【図７】実施例２の撮像装置の断面図
【図８】実施例３の撮像装置の断面図
【図９】実施例４の撮像装置の断面図
【図１０】実施例５の撮像装置の断面図
【図１１】画素の等価回路図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、実施例を挙げて具体的に説明する。本発明は、ＣＭＯＳセンサに好適に適用することができる。もしくは複数の画素が配された画素領域上に多層配線構造が配される撮像装置に好適に適用することができる。本発明の撮像装置の１画素の等価回路図を図１１に示す。
【００１２】
画素は、光電変換部１０２、電荷蓄積部１０５、フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）３、信号線８及びオーバーフロードレイン部（ＯＦＤ部）１５を備える。画素はこれらの各部の接続／非接続の切替え又は信号増幅のための、第１転送トランジスタ４、第２転送トランジスタ５、選択トランジスタ７、リセットトランジスタ９、ソースフォロアトランジスタ１０及びＯＦＤトランジスタ１６をさらに備える。各トランジスタはＭＯＳＦＥＴ等により構成され、ドレイン−ソース間に制御電極として設けられたゲート電極を有する。
【００１３】
光電変換部１０２は入射された光量に応じた信号電荷を発生する素子である。光電変換部１０２にはフォトダイオードを用いることができる。電荷蓄積部１０５は、第１転送トランジスタ４を介して光電変換部１０２に接続される。電荷蓄積部１０５は接地容量として機能し、電荷蓄積部１０５は光電変換部１０２から転送された電荷を一時的に蓄積する。
【００１４】
ＦＤ部３は電荷蓄積部１０５から転送された電荷を電圧信号に変換する。ＦＤ部３は後述する半導体基板に配された半導体領域を含んで構成され、このノードに生じる寄生容量を含めた容量を指す。ＦＤ部３は第２転送トランジスタ５を介して電荷蓄積部１０５と接続される。また、ＦＤ部３はリセットトランジスタ９のソース端子及びソースフォロアトランジスタ１０のゲート端子とも接続される。リセットトランジスタ９のドレイン端子には電源電圧が供給される。リセットトランジスタ９をオンにすることでＦＤ部３の電圧は電源電圧にリセットされる。このとき、リセット信号電圧がソースフォロアトランジスタ１０のソース端子に出力される。
【００１５】
第２転送トランジスタ５がオンになり電荷蓄積部１０５からＦＤ１１１に電荷が転送されると、転送された電荷量に対応した画素信号電圧がソースフォロアトランジスタ１０のソース端子に出力される。
【００１６】
ソースフォロアトランジスタ１０のソース端子は選択トランジスタ７のドレイン端子に接続される。選択トランジスタ７のソース端子は垂直出力線８に接続される。選択トランジスタ７がオンになると、リセット信号又は画素信号が垂直出力線８に出力される。このようにして、画素からの信号の読み出しが行われる。
【００１７】
光電変換部１０２には、さらにＯＦＤトランジスタ１６を介してＯＦＤ部１５が接続される。ＯＦＤトランジスタ１６がオンになると、光電変換部１０２に蓄積されている電荷はＯＦＤ部１５に排出される。全画素に対し同時にＯＦＤ部１５へ電荷を排出し、その後蓄積された電荷を電荷蓄積部１０５に転送することにより、全画素に対し同時かつ一定の露光時間を設定する電子シャッタが実現される。これにより、各画素から順次電荷を読み出すために生じる露光タイミングのずれが抑制され、画像の歪みが低減される。
【００１８】
図１１で示した等価回路図は以下の全ての実施例に適用することができる。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本実施例の１画素の平面図である。なお、図１１、及び以下の各実施例における各図面を通じて同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００２０】
光電変換部１０２と電荷蓄積部１０５の間には第１転送トランジスタ４のゲート電極１０４が配されている。電荷蓄積部１０５とＦＤ１１１との間には第２転送トランジスタ５のゲート電極１０６が配されている。
【００２１】
更に、リセットトランジスタ９のゲート電極１０７がＦＤ１１１に隣り合って配置されている。ゲート電極１０７を挟んでＦＤ１１１とは反対側には、リセットトランジスタ９のドレイン領域が配されている。このドレイン領域はソースフォロアトランジスタ１０のドレイン領域と共通の領域となっている。そしてドレイン領域に隣接してソースフォロアトランジスタ１０のゲート電極１０８が配されている。ゲート電極１０８を挟んで反対側にはソースフォロアトランジスタ１０のソース領域が配されている。本図では選択トランジスタは不図示である。たとえば、リセットトランジスタ９のソースフォロアトランジスタ１０を挟んで反対側に配することができる。
【００２２】
光電変換部１０２に隣り合って、ＯＦＤトランジスタ１６のゲート電極１０１が配される。ゲート電極１１０は光電変換部１０２ゲート電極１０４が配された側とは異なる部分に配される。光電変換部１０２のゲート電極１０１を挟んで反対側にはＯＦＤ部１５の一部を構成する半導体領域が配される。この半導体領域はＯＦＤトランジスタ１６のドレイン領域となる。
【００２３】
光電変換部１０２の上には、光電変換部１０２と少なくとも一部が重なるように光導波路１０３が配される。本図では、平面視において光導波路１０３の全てが光電変換部１０２に包含されるように配されるが少なくとも一部が重なるように配されていればよい。
【００２４】
遮光部１０９は電荷蓄積部１０５を覆い、光電変換部１０２上が開口されている。絶縁膜１１０は光電変換部１０２の全体、電荷保持部１０５の一部、ゲート電極１０１、１０４の一部を覆うように配されている。絶縁膜１１０に関しては後述する。また実線で示された部分以外には絶縁体で形成された素子分離領域が配されている。絶縁膜１１０の一部は、素子分離領域に重なって配されている。
【００２５】
図２は、図１のＸ−Ｘ‘における断面図である。図２において、半導体基板２００内の光電変換部１０２は例えばｎ型半導体領域であり、光電変換部１０２の上部にｐ型半導体領域２０５を配し、埋め込み型のフォトダイオード構造としている。この構造により、半導体基板とその表面に配された絶縁膜との界面で発生するノイズを抑制することができる。電荷蓄積部１０５は例えばｎ型半導体領域であり、その上部にｐ型半導体領域２０６を配することで埋め込み型の構造としている。このような構造とすることでノイズを低減することが可能となる。
【００２６】
光電変換部１０２の上には反射防止膜２１１が配されている。反射防止膜２１１として、層間絶縁膜２１４と半導体基板２００との間の屈折率を有する膜を用いることができる。反射防止膜２１１には、屈折率約２．０のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）が用いられる。
【００２７】
遮光部１０９は光電変換部１０２の一部と平面視において重なるように配され、光電変換部１０２の他の一部と平面視において重なる部分が開口されている。遮光部１０９は、電荷蓄積部１０５、及び光電変換部から電荷蓄積部に電荷を転送するトランジスタのゲート電極１０４の少なくとも一部を覆うように配置されている。遮光部１０９の光電変換部１０２と重なる部分は、ゲート電極１０４上から延出した部分とゲート電極１０１の上から延出した部分とを有する。遮光部１０９は電荷蓄積部１０５への光の入射を抑制する、入射光によって電荷蓄積部１０５で電荷が生成されノイズが発生することを抑制する。
【００２８】
遮光部１０９は、例えばタングステン、タングステンシリサイド、タングステン酸化膜、アルミニウム又はそれらの合金膜等の可視光を透過しにくい材料を用いて形成するとよい。遮光部１０９の膜厚ｄは、例えば１００≦ｄ≦２００ｎｍとするのがよい。遮光部１０９は、ゲート電極の上とそれ以外の部分とに同時に形成されるので、ゲート電極の膜厚に起因する凹凸を有するように形成される。
【００２９】
半導体基板２００の上には、配線層２１６ａ〜２１６ｃ、コンタクト２１５、ビア２１９、２２３が配される。本図では配線層が３層の場合を例に説明するが更に多層の配線層を有していてもよいし、もしくは少なくともよい。また、以下では、配線層、層間絶縁膜、拡散防止膜はそれぞれ複数層で形成されているがこれらを区別する必要が無い場合には、アルファベットを付さずに総称として説明を行なう。拡散防止膜２１７は特に配線２１６の材料にＣｕを主成分とする際に用いられるものである。
【００３０】
各配線層２１６を構成する配線の材料としては、銅、アルミニウム、それらの合金膜を用いることができる。なお、遮光部１０９に電圧を印加するために、配線２１６と遮光部１０９をコンタクト２１５で接続してもよい。または、遮光部１０９と半導体基板２００間にコンタクト（不図示）を形成して接続してもよい。
【００３１】
配線２１６ａ〜２１６ｃの上部には、配線材料の拡散防止膜２１７ａ〜２１７ｃが設けられていてもよい。拡散防止膜２１７ａ〜２１７ｃとしては、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）や炭化シリコン（ＳｉＣ）が用いられる。
【００３２】
各画素は光電変換部１０２の直上に配置された光学系として、光導波路１０３、層内レンズ２３２をさらに備える。なお、光導波路１０３の平面形状は円形としているが、正方形、長方形、楕円、多角形等の形状であってもよい。また、層内レンズ２３２の上方に不図示のカラーフィルタやマイクロレンズを備えていても良い。
【００３３】
光導波路１０３は、入射光を光電変換部１０２に集光させる機能を有する。光導波路１０３により光電変換部１０２に入射される光量が増加するため、光導波路１０３が無い場合に比べ感度が向上する。特に、光電変換部１０２の面積が小さい場合又は、撮像装置をカメラに用いた際のカメラのレンズのＦナンバーが大きい場合、感度低下がおこる場合がある。これに対し、光導波路１０３を設けることによりこの影響を抑制することが可能となる。
【００３４】
各配線層間には層間絶縁膜２１４ａ〜２１４ｃが配される。層間絶縁膜２１４は光導波路１０３を構成する材料よりも屈折率の低い材料を用いることが好ましい。例えば、層間絶縁膜１０４には、屈折率約１．５のシリコン酸化膜（ＳｉＯ）を用い、光導波路１０３の材料には屈折率約１．８のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を用いることができる。光導波路１０３と各層間絶縁膜２１４ａ〜２１４ｃの界面に対し、所定の角度で斜めに入射された光は界面で全反射される。よって、光導波路１０３に入射した光は、層間絶縁膜２１４への漏出が抑制され、より多くの入射光が光電変換部１０２に到達する。なお、層間絶縁膜２１４と光導波路１０３の材料はシリコン酸化膜とシリコン酸窒化膜の組合せに限定されない。光導波路１０３の屈折率が層間絶縁膜の屈折率よりも高くなるように材料が組合せられていればよく、任意の材料を選択可能である。例えば、層間絶縁膜がシリコン酸化膜であり、光導波路１０３が屈折率約２．０のシリコン窒化膜（ＳｉＮ）であってもよい。また、有機膜材料及び有機膜材料に酸化チタン等の粒子を混入した材料を用いてもよい。層間絶縁膜が異なる材料からなる積層膜で形成されていてもよく、その場合は、光導波路１０３の屈折率がその周りの層間絶縁膜の屈折率よりも高くなるように構成すればよい。また光導波路１０３は、入射面の面積が出射面の面積よりも大きい順テーパー形状を有している。これにより、多くの入射光を光導波路１０３を介して光電変換部１０２に集光させることが可能となる。
【００３５】
光導波路１０３と層内レンズ２３２の間には、反射防止膜２２８、層間絶縁膜２２９、反射防止膜２３０が配される。反射防止膜２２８、２３０として例えば屈折率約１．６のシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）を、層間絶縁膜２２９として屈折率約１．５のシリコン酸化膜（ＳｉＯ）を用いることができる。層間絶縁膜２２９は、周辺回路領域の層間絶縁膜として用いることができる。
【００３６】
また、層内レンズ２３２の上方にさらに反射防止膜２３１を形成してもよい。このような反射防止構造を採ることにより、入射光の透過率を向上させ、ひいては感度を向上させることができる。
【００３７】
本実施例では、画素領域の半導体基板２００上に配線層２１６、層間絶縁膜２１４を含んで構成される多層配線構造が配されている。光導波路１０３は多層配線構造の各層間絶縁膜２１４を貫通して形成された開口に上述の高屈折率部材を埋め込んで形成するのがよい。
【００３８】
絶縁膜１１０は、光導波路１０３の下部から、遮光部１０９の上部にまで延在して配置されている。絶縁膜１１０は層間絶縁膜２１４よりも屈折率の高い材料を含んで構成されている。特に、層間絶縁膜２１４のうち電荷保持部の上に配された部分よりも高い屈折率を有しているのがよい。このような構造とすることにより、光導波路１０３から漏出した光が電荷蓄積部１０５に侵入することを抑制することができる。以下、この理由を説明する。
【００３９】
絶縁膜１１０が遮光部１０９の上まで延在しない場合、つまり、絶縁膜１１０の端部が遮光部１０９の端部と断面図においておおよそ同じ高さで向かい合っている場合を考える。光導波路１０３内に入射した入射光の一部は絶縁膜１１０中を伝搬し、絶縁膜１１０の端部においてその一部が、電荷保持部上の層間絶縁膜２１４中に漏出して迷光となる。この迷光は、遮光部１０９と半導体基板２００の間の絶縁膜を通して、電荷蓄積部１０５に侵入しノイズが発生しうる。一方で、図２のように絶縁膜１１０が遮光部１０９の上まで延在していれば、光導波路１０３から絶縁膜１１０へ伝搬した光が絶縁膜１１０に沿って遮光部１０９の上にまで到達する。この場合、絶縁膜１１０の端部から漏出した光は、遮光部１０９が存在するために電荷蓄積部１０５へ侵入するのが抑制される。平面視で、絶縁膜の面積は光導波路の出射面の面積より大きくするとさらによい。
【００４０】
また、絶縁膜１１０が遮光部１０９の上まで延在することにより、光導波路１０３から層間絶縁膜２１４へ漏出した光や、光導波路１０３の上部開口に入射しなかった光は、層間絶縁膜２１４より屈折率の高い絶縁膜１１０を通して光導波路１０３へ集光されうる。この場合においても、層間絶縁膜２１４中の迷光が抑制されるため、電荷蓄積部１０５への光の入射を抑制できる。絶縁膜１１０の平面視における形状は図１に示した形に限らず種々の形態をとることができる。
【００４１】
図３（ａ）に、本実施例の絶縁膜１１０の形状の第一の変形例を示す。図３（ａ）は、絶縁膜１１０が遮光部１０９を全て覆っている点で図１とは異なる。図１においては、電荷蓄積部１０５上で絶縁膜１１０と遮光部１０９が縦方向に積層されていない部分が存在するが、本変形例においては遮光部１０９の上方に全て絶縁膜１１０が存在する積層構造となっている。一般に、積層膜ではその界面で入射光の反射が発生するので、上方からの入射光の透過率が減少しうる。すなわち、本変形例では、図２の実施例と比較して、光導波路１０３の上部開口に入射せず層間絶縁膜２１４中に侵入した迷光の中で、遮光部１０９をも透過して電荷蓄積部１０５に到達する割合を減少させることができる。なお、図３−１では単位画素あたりの平面図を示しているが、遮光部１０９や絶縁膜１１０が隣接画素間で繋がっていても構わない。
【００４２】
図３（ｂ）に本実施例の絶縁膜１１０の第二の変形例を示す。図３（ｂ）では、ＯＦＤトランジスタ１６のゲート電極１０１上で遮光部１０９上に絶縁膜１１０が延在していない点が図１、図２の実施例と異なる。製造プロセス上の理由でコンタクトプラグ２１５が平面図において遮光部１０９や絶縁膜１１０と重ねない場合は本変形例が好適となる。本変形例においても、光導波路１０３と電荷蓄積部１０５の間では絶縁膜１１０が遮光部１０９の上方に延在するため、前記のメカニズムにより電荷蓄積部１０５への遮光性能を向上させることができる。
【００４３】
以上の変形例のように、画素内の少なくとも一部、望ましくは光導波路１０３と電荷蓄積部１０５の間において絶縁膜１１０が遮光部１０９の上方に延在していれば本実施例の効果が得られる。どの部分で絶縁膜１１０を遮光部１０９の上方に延在させるかは、画素レイアウトや所望の画素特性、製造プロセスを考慮して適宜設計することが可能である。
【００４４】
（実施例２）
図４〜図６は本実施例の撮像装置の製造方法を表す断面図である。
【００４５】
図４（ａ）において、半導体基板２００を準備したのち、ＯＦＤ部２０１、光電変換部１０２、電荷蓄積部１０５、ＦＤ１１１、各トランジスタのゲート電極１０１、１０４、１０６、１０７を形成する。
【００４６】
次に、光電変換部１０２、各トランジスタのゲート電極上及び各トランジスタのソース、ドレイン領域上に反射防止膜２１１を形成する。反射防止膜２１１はシリコン窒化膜を用いることができる。また反射防止膜２１１は不図示の、画素領域の外側にある周辺回路領域に配されるトランジスタのサイドスペーサを形成するための膜として用いることができる。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すように画素領域全体に絶縁膜３０１を形成する。そして、絶縁膜３０１上に、遮光部１０９となる遮光部材を、少なくとも光電変換部１０２、ゲート電極１０４、電荷蓄積部１０５を覆うように形成する。そして、遮光部材の、平面視において光電変換部１０２に重なる部分を除去し、光電変換部１０２の一部、電荷蓄積部１０５を覆う遮光部１０９を形成する。絶縁膜３０１の材料はシリコン酸化膜を用いることができる。遮光部材の除去はドライエッチングを用いることができる。なお遮光部１０９の開口部に絶縁膜３０１を一部残存させることが好ましい。これは、絶縁膜３０１を完全に除去すると、反射防止膜２１１の一部も除去され、反射防止効果が低減し感度が低下しうるためである。
【００４８】
次に、図４（ｃ）に示すように、画素領域に絶縁膜３０２を形成する。その後、光電変換部１０２上の、遮光部１０９の開口内及びゲート電極１０４、電荷蓄積部１０５の少なくとも一部の上に絶縁膜１１０を形成する。絶縁膜１１０の平面視における形状は後述する。
【００４９】
絶縁膜１１０のパターニングにはドライエッチングを用いることができる。なお絶縁膜１１０を除去する領域では、絶縁膜３０２を一部残存させることが好ましい。これは、絶縁膜３０２を完全に除去すると、その下部に遮光部１０９が配される領域においては遮光部１０９の一部も除去されてしまうためである。
【００５０】
次に、図５（ａ）に示すように、公知の方法により配線層２１６ａ〜２１６ｃ、コンタクトプラグ２１５、ビアプラグ２１９ａ、２１９ｂ、層間絶縁膜２１４ａ〜２１４ｄ、拡散防止膜２１７ａ〜２１７ｃを形成する。本図では配線層が３層の場合を例に説明するが更に多層の配線層を有していてもよいし、もしくは少なくともよい。また、以下では、配線層、層間絶縁膜、拡散防止膜はそれぞれ複数層で形成されているがこれらを区別する必要が無い場合には、アルファベットを付さずに総称として説明を行なう。拡散防止膜２１７は特に配線２１６の材料にＣｕを主成分とするものの際に用いられるものでなくてもよい。
【００５１】
その後、図５（ｂ）に示すように層間絶縁膜２１４と拡散防止膜２１７の、光導波路が形成されるべき場所に開口１０３を形成する。開口の形成方法としては、ドライエッチングを用いることができる。開口を形成する際、絶縁膜１１０はエッチングストップ膜として機能する。絶縁膜１１０でエッチングをストップすることにより、光電変換部１０２がエッチングダメージに曝されノイズが増加するのを抑制することができる。絶縁膜１１０によって完全にエッチングが停止する必要は無い。層間絶縁膜２１４のエッチングの際のエッチング条件に対し、層間絶縁膜２１４よりもエッチングされにくい材料であればよい。層間絶縁膜２１４がシリコン酸化膜、もしくはシリコン酸化物を主成分とするようなＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＮＳＧなどのガラス系の材料であれば、絶縁膜１１０にシリコン窒化膜、シリコン炭化膜を含む膜を用いることができる。
【００５２】
また絶縁膜１１０を更にエッチングにより一部もしくは全部を除去してもよい。
【００５３】
次に、図６（ａ）に示すように、開口１０３内に、層間絶縁膜２１４よりも屈折率の高い高屈折率材料を埋め込み、平坦化を行ない光導波路１０３を形成する。高屈折率材料を埋め込む方法としては、高密度プラズマＣＶＤ法や、有機材料のスピン塗布法を用いることができる。平坦化は、ＣＭＰ法やエッチバック法を用いて行うことができる。
【００５４】
次に、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜２２９とその上下に反射防止膜２２８、２３０を形成する。絶縁膜２２９にはシリコン酸化膜を用いることができ、反射防止膜２２８にはシリコン酸窒化膜を用いることができる。反射防止膜２２８は、絶縁膜２２９が光導波路１０３を構成する部材に接して設けられる構成に比べて、光電変換部１０２への入射光量を増加させることが可能となる。
【００５５】
反射防止膜２３０は後述の層内レンズ２３２と絶縁膜２２９とが接して設けられる構成に比べて、光電変換部１０２への入射光量を増加させることが可能となる。
【００５６】
そして反射防止膜２３０の上部に層内レンズ２３２を形成しその上部に反射防止膜２３１を形成する。
【００５７】
以上述べたように本実施例の製造方法においては、エッチングストップ膜として機能する絶縁膜１１０を、平面視で、前記光電変換部の少なくとも一部から、前記遮光部の少なくとも一部上まで連続して配されるように形成する。このような構成とすることで、絶縁膜１１０の横側面から染み出す光が、遮光部１０９下の半導体基板内に混入するのを抑制することが可能となり、電荷蓄積部１０５における遮光性能を向上させることが可能となる。
【００５８】
更に別の効果として、層間絶縁膜２１４に開口２１８を形成する際に、開口２１８を電荷蓄積部１０５側に広く形成することが可能となる。なぜならば、仮に開口２１８が、平面視において、遮光膜１０９と重なるように配されても、遮光膜１０９が開口２１８のエッチング時に絶縁膜１１０により保護されるためである。
【００５９】
（実施例３）
図７は、本実施例を表す撮像装置の断面図である。実施例１と同様の部分には同様の符号を付し詳細な説明は省略する。
【００６０】
本実施例と実施例１、２との違いは、絶縁膜１１０の平面形状である。本実施例では、遮光部１０９の開口された部分よりも光導波路１０３の端部が外側に位置する点で異なっている。本実施例では、実施例１、２に比べて光導波路１０３出射面および入射面を広く形成しているため、より多くの光を光電変換部１０２へ集光することが可能になる。
【００６１】
図７の構成においても、絶縁膜１１０が遮光部１０９の上方に延在することにより、層間絶縁膜２１４へ漏出した光や、光導波路１０３の入射面に入射しなかった光は、層間絶縁膜２１４より屈折率の高い絶縁膜１１０を通して光導波路１０３へ集光される。したがって、層間絶縁膜１１４中の迷光が抑制され、電荷蓄積部１０５で発生するノイズを抑制することができる。
【００６２】
（実施例４）
図８は本実施例を表す断面図である。本実施例は、実施例３と比較して、電荷蓄積部１０５の上方のｐ型半導体領域２０５が存在せず、代わりに、第１転送トランジスタのゲート電極１０４が電荷蓄積部１０５の上方に延在している。
【００６３】
本実施例では、電荷蓄積部１０５において半導体基板表面近傍で発生するノイズを、ゲート電極１０４へ印加する電圧を利用して抑制している。この場合、ｐ型半導体領域２０５をイオン注入で設ける場合と比較して、シリコン基板表面のｐ型半導体部分の体積を小さくできるため、結果として電荷蓄積部１０５に溜めることができる電子数を増加させることが可能である。
【００６４】
（実施例５）
図９は本実施例を表す断面図である。本実施例では、光導波路１０３の上部の開口領域Ａ４が、各配線層の開口領域Ａ１、Ａ２、Ａ３よりも大きい点で、実施例１と異なる。本発明の実施形態では、半導体基板２００内に、光電変換部１０２に加えて電荷蓄積部１０５も存在するため、光電変換部１０２が占める面積は相対的に小さくなる。本実施例のように、光導波路１０３の上部開口を大きく広げることで、相対的に面積の小さい光電変換部により多くの光を入射させることが可能になり、感度を向上させることができる。
【００６５】
（実施例６）
図１０は本実施例を表す断面図である。図１０では、実施例１と比較して、ＦＤ１１１およびソースフォロワトランジスタのゲート電極１０７へのコンタクト２１５が形成されるべき場所で反射防止膜２１１が開口している。そして、コンタクト２１５が形成されるべき場所に絶縁膜１１０が残されていることを特徴とする。絶縁膜１１０は、コンタクト２１５をドライエッチングで開口する際のエッチングストップ膜として機能させる。
【００６６】
反射防止膜２１１は、水素シンター工程にて水素が半導体基板２００内に拡散するのを抑制しうるが、本実施例においては反射防止膜２１１の開口部を通してより多くの水素を半導体基板に拡散させることができる。そのため、シリコン基板表面に存在するタングリングボンドを終端する効果が高まり、よりノイズを低減させることが可能となる。
【００６７】
なお、反射防止膜２１１の開口を形成する場所は、ＦＤ１１１とソースフォロアトランジスタのゲート電極１０７へのコンタクト２１５が形成されるべき場所に限定されない。その他のコンタクト（不図示）が形成されるべき場所に反射防止膜２１１の開口を設けても良いし、ＦＤ１１１やＳＦトランジスタのゲート電極１０７へのコンタクトでは反射防止膜２１１を残してエッチングストップ膜として利用しても良い。
【００６８】
以上本発明を実施例を挙げて説明したが、本発明は発明の思想を超えない範囲で適宜組み合わせ変更が可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１０２  光電変換部
１０３  光導波路
１０５  電荷蓄積部
１０９  遮光部
１１０  絶縁膜
２１４  層間絶縁膜
２１６  配線層
【図１】
2020080423.tif 000003
【図２】
2020080423.tif 000004
【図３】
2020080423.tif 000005
【図４】
2020080423.tif 000006
【図５】
2020080423.tif 000007
【図６】
2020080423.tif 000008
【図７】
2020080423.tif 000009
【図８】
2020080423.tif 000010
【図９】
2020080423.tif 000011
【図１０】
2020080423.tif 000012
【図１１】
2020080423.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年3月17日(2020.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
電荷蓄積部と、
フローティングディフュージョンと、
ドレイン部と、
前記光電変換部と前記ドレイン部との間に位置する第１ゲート電極と、
前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に位置する第２ゲート電極と、
前記電荷蓄積部と前記フローティングディフュージョンとの間に位置する第３ゲート電極と、を含む画素が複数配された半導体基板と、
前記半導体基板の上に配された複数の配線層と、を有する撮像装置であって、
前記光電変換部と前記第１ゲート電極と前記ドレイン部とは、前記光電変換部を起点として第１方向に沿ってこの順に並び、
前記光電変換部と前記第２ゲート電極と前記電荷蓄積部とは、前記光電変換部と起点として前記第１方向と交差する第２方向に沿ってこの順に並び、
前記光電変換部の上に配された光導波路と、
前記複数の配線層と前記半導体基板との間に位置し、前記第２ゲート電極の上と少なくとも前記電荷蓄積部の一部の上とに配され、前記光電変換部の上に開口を有する遮光部と、
前記光電変換部と前記光導波路との間に配された部分を含み、前記光電変換部の上から前記電荷蓄積部の上まで延在する絶縁膜と、を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記遮光部は、前記第１ゲート電極と前記第３ゲート電極の上に配され、
前記絶縁膜は、前記第１ゲート電極の上まで延在することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記絶縁膜は前記第３ゲート電極の上まで延在することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記電荷蓄積部と前記第３ゲート電極と前記フローティングディフュージョンとは、前記電荷蓄積部を起点として前記第２方向と異なる第３方向に沿ってこの順に並んでいることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フローティングディフュージョンをリセットするための第４ゲート電極を有し、
前記フローティングディフュージョンと前記第４ゲート電極は、前記第３方向に沿って並んでいることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第３ゲート電極と前記第４ゲート電極との間に位置し、前記第３方向に沿って配され、前記前記フローティングディフュージョンに電気的に接続する第１コンタクトプラグが設けられていることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第３方向に沿って配され、前記第４ゲート電極と電気的に接続する第２コンタクトプラグが設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記フローティングディフュージョンと電気的に接続する第５ゲート電極を有し、
前記第５ゲート電極は、前記第３方向に沿って配されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記第３方向に沿って配され、前記第５ゲート電極と電気的に接続する第３コンタクトプラグが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記第２方向は、前記第３方向と平行であることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
平面視において、前記第１ゲート電極と前記第２ゲート電極との間の部分と、前記第２ゲート電極と前記第３ゲート電極との間の部分との少なくともいずれかに前記絶縁膜と前記遮光部が配されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記光導波路は、前記開口を構成する前記遮光部の外縁と離間していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１３】
平面視において、前記絶縁膜は、前記電荷蓄積部の全体を覆っていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記画素は、前記絶縁膜と前記半導体基板との間に反射防止膜を有することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記遮光部の膜厚は、１００ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記遮光部は、タングステンを含むことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１７】
前記遮光部は、前記複数の配線層が有する配線あるいは前記半導体基板の一部と、電気的に接続していることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１８】
前記第２ゲート電極は、前記電荷蓄積部の上に延在していることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１９】
前記複数の配線層の間には、シリコン酸化物を主成分とする層間絶縁膜が配され、
前記絶縁膜は、シリコン窒化膜あるいはシリコン炭化膜を含むことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項２０】
前記絶縁膜のうち、前記光導波路と前記半導体基板の間に位置する部分は膜厚が薄いことを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の撮像装置は、光電変換部と、電荷蓄積部と、フローティングディフュージョンと、ドレイン部と、前記光電変換部と前記ドレイン部との間に位置する第１ゲート電極と、前記光電変換部と前記電荷蓄積部との間に位置する第２ゲート電極と、前記電荷蓄積部と前記フローティングディフュージョンとの間に位置する第３ゲート電極と、を含む画素が複数配された半導体基板と、前記半導体基板の上に配された複数の配線層と、を有する撮像装置であって、前記光電変換部と前記第１ゲート電極と前記ドレイン部とは、前記光電変換部を起点として第１方向に沿ってこの順に並び、前記光電変換部と前記第２ゲート電極と前記電荷蓄積部とは、前記光電変換部と起点として前記第１方向と交差する第２方向に沿ってこの順に並び、前記光電変換部の上に配された光導波路と、前記複数の配線層と前記半導体基板との間に位置し、前記第２ゲート電極の上と少なくとも前記電荷蓄積部の一部の上とに配され、前記光電変換部の上に開口を有する遮光部と、前記光電変換部と前記光導波路との間に配された部分を含み、前記光電変換部の上から前記電荷蓄積部の上まで延在する絶縁膜と、を有することを特徴とする。