(57)【要約】【課題】  複数の画素列に対して１つの電荷転送路が形成された固体撮像装置において、電荷転送路が間に形成されていない光電変換素子間で生じる混色を防止することが可能な固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】  Ｘ方向に隣接する画素列１６Ｖの間には、垂直転送レジスタ１８が配置されている。垂直転送レジスタ１８は、Ｙ方向にのびており、複数列の画素列１６Ｖに対して１本ずつ配置されている。電極構造体２２−１及び２２−２の一部は、フォトダイオード１６の間の領域に列方向にのびている。電極構造体２２−１及び２２−２のうち、垂直転送レジスタ１８が間に形成された画素列１６Ｖ間にのびた部分は転送電極２４となり、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列１６Ｖ間にのびた部分は画素間構造体２６となる。画素間構造体２６は、隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを通った光の混入を防止する障壁として機能する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に、行方向及び列方向に沿って２次元に配置された複数の光電変換素子と、
前記半導体基板の表面の前記列方向に並ぶ前記光電変換素子の画素列の間に形成され、前記画素列に沿ってのびる電荷転送路であって、複数本の画素列に対して１本ずつ配置された電荷転送路と、
前記半導体基板の表面に、前記光電変換素子よりも高い位置に形成されており、前記電荷転送路に対して駆動パルスを印加するための転送電極と、
前記半導体基板の表面の前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間に、前記光電変換素子よりも高い位置に形成された画素間構造体と、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記画素間構造体の幅が前記転送電極の前記画素列の間に形成された部分の幅よりも狭い、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間の距離が前記電荷転送路が間に形成された画素列の間の距離よりも短い、請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素間構造体の前記半導体基板の表面からの高さが前記転送電極の前記半導体基板の表面からの高さと略等しい、請求項１から３のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素間構造体の断面形状が、前記半導体基板の表面から遠い方の辺の長さが前記半導体基板の表面に近い方の辺の長さよりも狭い形状である、請求項１から４のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素間構造体が前記転送電極と一体形成される、請求項１から５のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素間構造体が前記転送電極と絶縁されている、請求項１から５のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換素子に対応して形成され、前記対応する光電変換素子の表面に被写体光を集光する集光光学系を更に備え、
前記画素間構造体が前記集光光学系よりも屈折率が低い材質からなる、請求項１から７のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換素子に対応して形成され、前記対応する光電変換素子の表面に被写体光を集光する集光光学系と、
前記画素間構造体の表面に形成され、前記集光光学系よりも屈折率が低い材質からなる反射防止膜と、
を更に備える請求項１から７のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記画素間構造体の表面に形成された絶縁膜を更に備え、
前記画素間構造体が前記絶縁膜よりも屈折率が低い材質からなる、請求項１から９のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記画素間構造体の表面に形成された絶縁膜と、
前記画素間構造体の表面に形成され、前記絶縁膜よりも屈折率が低い材質からなる反射防止膜と、
を更に備える請求項１から９のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
（ａ）半導体基板の表面に列方向に並ぶ光電変換素子の画素列の間に、前記画素列に沿ってのびる電荷転送路を、複数本の画素列に対して１本ずつ形成するステップと、
（ｂ）前記半導体基板の表面に、前記光電変換素子よりも高い位置に、前記電荷転送路に対して駆動パルスを印加するための転送電極を形成するステップと、
（ｃ）前記半導体基板の表面の前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間に、前記光電変換素子よりも高い位置に画素間構造体を形成するステップと、
を備える固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記画素間構造体を前記転送電極と一体形成する、請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記ステップ（ｃ）が、
前記画素間構造体を前記転送電極とは別の部材により形成するステップと、
前記画素間構造体と前記転送電極とを絶縁するステップと、
を備える請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に係り、特に電子カメラ用のイメージセンサとして使用される固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インターライン・トランスファー型固体撮像装置（Interline Transfer - Charge Coupled Device; IT-CCD）は、光電変換素子の列（画素列）ごとに垂直転送路（ＶＣＣＤ）が設けられていた。このため、画素数及び画素列の数が増加するほど垂直転送路の数も増えるので、チップサイズが大きくなるという問題があった。
【０００３】
上記の問題を解決するための技術として、例えば、特許文献１には、行方向の感光画素Ｎ個（Ｎ：２以上の整数）ごとに列転送レジスタを配列することにより、感光画素のピッチを小さくした電荷転送形撮像デバイスが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、２列の光電変換素子列に１本ずつ電荷転送チャネル（垂直転送ＣＣＤ）を形成したことにより、垂直転送ＣＣＤの数を従来の半分にし、水平転送ＣＣＤにおける電荷転送段の段数及び転送電極の総数を従来の半分にした固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１６０４７７号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２は、複数の画素列に対して１つの電荷転送路（垂直転送路）を設けた固体撮像装置の例を示している。行方向（Ｘ方向）に隣り合い、電荷転送路（垂直転送レジスタ）２１８が間に形成されていないフォトダイオードを２１６ｎ、２１６ｎ＋１とする。図１２に示すように、フォトダイオード２１６ｎと２１６ｎ＋１との間の距離は、垂直転送レジスタ２１８及び転送電極２２４が間に形成されているフォトダイオード２１６ｎ−１と２１６ｎあるいは２１６ｎ＋１と２１６ｎ＋２との間の距離と比較して小さくすることが可能である。しかしながら、フォトダイオード２１６ｎと２１６ｎ＋１との間の距離を小さくすると、フォトダイオード２１６ｎ＋１に対応するカラーフィルタＣＦｎ＋１を通して入射する光Ｌが、フォトダイオード２１６ｎに混入する混色が起こりやすいという問題がある。
【０００７】
特許文献１及び２には、電荷転送路が間に形成されない画素列の間で生じる混色については記載されていない。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数の画素列に対して１つの電荷転送路が形成された固体撮像装置において、電荷転送路が間に形成されていない光電変換素子間で生じる混色を防止することが可能な固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、半導体基板の表面に、行方向及び列方向に沿って２次元に配置された複数の光電変換素子と、前記半導体基板の表面の前記列方向に並ぶ前記光電変換素子の画素列の間に形成され、前記画素列に沿ってのびる電荷転送路であって、複数本の画素列に対して１本ずつ配置された電荷転送路と、前記半導体基板の表面に、前記光電変換素子よりも高い位置に形成されており、前記電荷転送路に対して駆動パルスを印加するための転送電極と、前記半導体基板の表面の前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間に、前記光電変換素子よりも高い位置に形成された画素間構造体とを備える。
【００１０】
上記第１の態様によれば、電荷転送路（垂直転送レジスタ）が間に設けられない画素列の間に画素間構造体を配置することにより、近隣の光電変換素子に対応する光が各光電変換素子に入射する混色を防止することができる。
【００１１】
本発明の第２の態様に係る固体撮像装置は、上記第１の態様において、前記画素間構造体の幅を前記転送電極の前記画素列の間に形成された部分の幅よりも狭くしたものである。
【００１２】
上記第２の態様によれば、画素間構造体の幅を転送電極よりも狭くしたことにより、径が大きい集光光学系（例えば、ボトムインナーレンズ）を容易に形成することができるので、固体撮像装置の光電変換素子に光を集光する集光性能を高めることができる。更に、上記第２の態様によれば、画素間構造体によって反射される光量を減らし、感度を高めることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様に係るは、上記第１又は第２の態様において、前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間の距離を前記電荷転送路が間に形成された画素列の間の距離よりも短くしたものである。
【００１４】
上記第３の態様によれば、固体撮像装置の単位面積当たりの光電変換素子数を増やすことができる。
【００１５】
本発明の第４の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第３の態様において、前記画素間構造体の前記半導体基板の表面からの高さを前記転送電極の前記半導体基板の表面からの高さと略等しくしたものである。
【００１６】
上記第４の態様によれば、転送電極による混入光の遮光量と、画素間構造体による混入光の遮光量とを同等にすることができる。
【００１７】
本発明の第５の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第４の態様において、前記画素間構造体の断面形状を、前記半導体基板の表面から遠い方の辺の長さが前記半導体基板の表面に近い方の辺の長さよりも狭い形状にしたものである。
【００１８】
上記第５の態様によれば、各光電変換素子に対応する集光光学系の径を大きくすることができ、集光性能を高めることができる。
【００１９】
本発明の第６の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第５の態様において、前記画素間構造体が前記転送電極と一体形成されるようにしたものである。
【００２０】
上記第６の態様によれば、画素間構造体を転送電極と同時に形成することにより、製造プロセスを効率化できる。
【００２１】
本発明の第７の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第５の態様において、前記画素間構造体が前記転送電極と絶縁されるようにしたものである。
【００２２】
上記第７の態様によれば、固体撮像装置に読み出し駆動パルスが印加されたときに、隣り合う光電変換素子の間、及び光電変換素子と電荷転送路との間で電荷のクロストークが起きるのを防止することができる。
【００２３】
本発明の第８の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第７の態様において、前記光電変換素子に対応して形成され、前記対応する光電変換素子の表面に被写体光を集光する集光光学系を更に備え、前記画素間構造体が前記集光光学系よりも屈折率が低い材質からなるようにしたものである。
【００２４】
本発明の第９の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第７の態様において、前記光電変換素子に対応して形成され、前記対応する光電変換素子の表面に被写体光を集光する集光光学系と、前記画素間構造体の表面に形成され、前記集光光学系よりも屈折率が低い材質からなる反射防止膜とを更に備えるものである。
【００２５】
本発明の第１０の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第９の態様において、前記画素間構造体の表面に形成された絶縁膜を更に備え、前記画素間構造体が前記絶縁膜よりも屈折率が低い材質からなるようにしたものである。
【００２６】
本発明の第１１の態様に係る固体撮像装置は、上記第１から第９の態様において、前記画素間構造体の表面に形成された絶縁膜と、前記画素間構造体の表面に形成され、前記絶縁膜よりも屈折率が低い材質からなる反射防止膜とを更に備えるものである。
【００２７】
上記第８から第１１の態様によれば、画素間構造体による光の反射量を減らすことができる、固体撮像装置の感度を高めることができる。
【００２８】
本発明の第１２の態様に係る固体撮像装置の製造方法は、（ａ）半導体基板の表面に列方向に並ぶ光電変換素子の画素列の間に、前記画素列に沿ってのびる電荷転送路を、複数本の画素列に対して１本ずつ形成するステップと、（ｂ）前記半導体基板の表面に、前記光電変換素子よりも高い位置に、前記電荷転送路に対して駆動パルスを印加するための転送電極を形成するステップと、（ｃ）前記半導体基板の表面の前記電荷転送路が間に形成されていない画素列の間に、前記光電変換素子よりも高い位置に画素間構造体を形成するステップとを備える。
【００２９】
本発明の第１３の態様に係る固体撮像装置の製造方法は、上記第１２の態様において、前記画素間構造体を前記転送電極と一体形成するようにしたものである。
【００３０】
本発明の第１４の態様に係る固体撮像装置の製造方法は、上記第１２の態様において、前記ステップ（ｃ）が、前記画素間構造体を前記転送電極とは別の部材により形成するステップと、前記画素間構造体と前記転送電極とを絶縁するステップとを備える。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、電荷転送路（垂直転送レジスタ）が間に設けられない画素列の間に画素間構造体を配置することにより、近隣の光電変換素子に対応する光が入射する混色を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の駆動部を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置において集光光学系の径を拡げた例を示す断面図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す図
【図６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す図
【図７】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す図（図６の続き）
【図８】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置を示す図
【図９】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置を示す図
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す図
【図１１】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置を示す図
【図１２】固体撮像装置の混色を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について説明する。
【００３４】
［第１の実施形態］
本実施形態に係る固体撮像装置１０は、複数の画素列１６Ｖに対して１本の垂直転送レジスタ１８を設け、垂直転送レジスタ１８が間に設けられていない画素列１６Ｖの間に、転送電極２４と電気的に接続され、転送電極２４よりも幅が狭い画素間構造体２６を設けて、入射光に対する障壁とすることにより、混色を防止するようにしたものである。
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図１（ａ）は固体撮像装置の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の１ｂ−１ｂ断面図である。
【００３６】
本実施形態に係る固体撮像装置１０は、電子蓄積転送型のＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子である。図１（ａ）に示すように、固体撮像装置１０は、Ｎ導電型半導体基板（シリコン基板）１２の表面に光電変換素子（フォトダイオード）１６が２次元アレイ状に複数配置されて構成されている。なお、以下の説明では、固体撮像装置１０の画素配列をいわゆるベイヤー配列とする。
【００３７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、Ｘ方向（水平方向）に隣接するフォトダイオード１６の列（画素列１６Ｖ）の間には、垂直転送レジスタ（ＶＣＣＤ）１８が配置されている。垂直転送レジスタ１８は、図１（ａ）のＹ方向（垂直方向）にのびており、２列の画素列１６Ｖに対して１本ずつ配置されている。なお、２以上の画素列に対して１本の垂直転送レジスタ１８を配置するようにしてもよい。
【００３８】
図１（ｂ）に示すように、Ｎ導電型半導体基板（N-sub）１２の表面（図中上面）には、Ｐ導電型のＰウェル層（P-Well）１４が形成されている。Ｐウェル層１４は、例えば、Ｎ導電型半導体基板１２の表面にＰ導電型の不純物原子（ドーピング原子）を導入（例えば、イオン注入）することにより形成される。
【００３９】
Ｐウェル層１４には、島状のフォトダイオード１６が複数形成されている。フォトダイオード１６は、Ｎ導電型光電変換領域と、Ｎ導電型光電変換領域よりも浅い側（−Ｚ側）に形成されたＰ＋型拡散層とを含んでいる。Ｎ型光電変換領域は、例えば、Ｐウェル層１４にＮ導電型の原子（例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ））を選択的に導入（例えば、イオン注入）することにより形成される。Ｐ＋型拡散層は、Ｎ型光電変換領域の表面側にＰ導電型の原子を導入することで形成される。Ｐ＋型拡散層は、Ｐウェル層１４よりも不純物原子の濃度が高い領域であり、Ｐウェル層１４の表面に露出している。なお、以下の説明では、Ｐ導電型の層について、不純物原子の含有量（濃度）が高い順に、Ｐ＋型、Ｐ型と記載する。
【００４０】
Ｐウェル層１４及びフォトダイオード１６の表面（Ｐ＋型拡散層の表面）にはゲート膜（絶縁膜）２０が形成されている。ゲート膜２０は、光を透過する絶縁材料からなる。
【００４１】
図１（ｂ）に示すように、Ｐウェル層１４には、垂直転送レジスタ１８が形成されている。垂直転送レジスタ１８とフォトダイオード１６との間にはＰ＋型拡散層からなる素子分離領域が形成される。
【００４２】
図１（ａ）に示すように、ゲート膜２０の表面には電極構造体２２が形成されている。電極構造体２２は、フォトダイオード１６の行（画素行１６Ｈ）の間の領域に形成されており、行方向（Ｘ方向）にのびている。電極構造体２２は、フォトダイオード１６の画素行１６Ｈの上下にそれぞれ１本ずつ配置されている。電極構造体２２は、例えば、ポリシリコンからなる導電性の部材であり、フォトダイオード１６の上下の電極構造体２２−１及び２２−２は、例えば、それぞれの表面に形成された熱酸化膜によって互いに絶縁されている。
【００４３】
図１（ａ）に示すように、上下１対の電極構造体２２−１及び２２−２は、フォトダイオード１６を取り囲むように形成される。電極構造体２２−１及び２２−２の一部は、フォトダイオード１６の間の領域に列方向（それぞれ＋Ｙ方向、−Ｙ方向）にのびている。電極構造体２２−１及び２２−２のうち、垂直転送レジスタ１８が間に形成された画素列１６Ｖ間にのびた部分は転送電極２４となり、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列１６Ｖ間にのびた部分は画素間構造体２６となる。図１（ａ）に示すように、転送電極２４及び画素間構造体２６の平面形状は、それぞれＹ軸に平行な中心線に対して線対称である。また、図１（ｂ）に示すように、転送電極２４及び画素間構造体２６の断面形状は、それぞれＺ軸に平行な中心線に対して線対称である。
【００４４】
電極構造体２２−１、２２−２は垂直駆動回路１０６に接続されており、垂直駆動回路１０６から供給された垂直転送パルスが転送電極２４を介して垂直転送レジスタ１８に印加されるようになっている。
【００４５】
垂直転送レジスタ１８の幅Ｗ１８をおよそ０．３μｍ、画素間構造体２６の幅Ｗ２６をおよそ０．３μｍ以下とし、垂直転送レジスタ１８とフォトダイオード１６の間及びフォトダイオード１６の間に形成される素子分離領域の幅をおよそ０．３μｍとする。すると、垂直転送レジスタ１８が間に形成された画素列の間隔Ｗ１は、垂直転送レジスタ１８とフォトダイオード１６との間の素子分離領域と、垂直転送レジスタ１８の幅Ｗ１８の幅との和であり、およそ０．９μｍとなる。一方、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列の間隔Ｗ２は、素子分離領域の幅であり、およそ０．３μｍとなる。
【００４６】
上記のように、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列の間隔Ｗ２は、垂直転送レジスタ１８が間に形成された画素列の間隔Ｗ１よりも狭いため、隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを通った光が混入しやすくなっている。画素間構造体２６は、上記混入光を遮る障壁として機能する。なお、上記の混入光の遮光量を同等にするため、転送電極２４及び画素間構造体２６の遮光膜２８が成膜された場合の高さが略等しくなるようにすることが好ましい。例えば、転送電極２４の高さＨ２４と画素間構造体２６の高さＨ２６とを略等しくすることが好ましい。
【００４７】
電極構造体２２−１及び２２−２は、不図示の絶縁膜で覆われており、この絶縁膜の上には、垂直転送レジスタ１８、転送電極２４及び画素間構造体２６に入射する光を遮るための遮光膜２８が形成されている。この遮光膜２８のフォトダイオード１６に対向する位置には開口部が形成されている。この遮光膜２８の表面には、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる層間絶縁膜３０が形成されている。
【００４８】
上記層間絶縁膜３０の表面には、ボトムインナーレンズ３２及びトップインナーレンズ３４が形成されている。トップインナーレンズ３４の上層には、不図示の中間層を介してカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層の上層には、不図示の中間層（平坦化層）を介してトップマイクロレンズ３６が形成されている。
【００４９】
カラーフィルタ層は、各フォトダイオード１６に対向するように配置された、所定の色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ））のカラーフィルタを含んでいる。各カラーフィルタは、各フォトダイオード１６に入射する光の所定の色成分のみを透過させる。
【００５０】
ボトムインナーレンズ３２、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６は、各フォトダイオード１６に対向するように配置されている。ボトムインナーレンズ３２、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６は、各フォトダイオード１６に入射する光の焦点が当該フォトダイオード１６の受光面に一致するように形状が調整されている。
【００５１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０の駆動部を示すブロック図である。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態に係る駆動部１００は、同期信号発生器１０２、タイミング発生器１０４、垂直駆動回路１０６及び水平駆動回路１０８を含んでいる。
【００５３】
同期信号発生器１０２は、垂直同期パルス及び水平同期パルス等の信号処理に必要な各種のパルスを出力する。
【００５４】
タイミング発生器１０４は、垂直転送レジスタ１８を駆動するための垂直転送パルス、フォトダイオード１６から信号電荷を読み出すためのフィールドシフトパルス、及び水平転送レジスタ３８を駆動するための水平転送パルスを生成するためのタイミング信号を出力する。
【００５５】
垂直駆動回路１０６は、タイミング発生器１０４から出力されたタイミング信号に基づいて垂直転送パルスを生成し、パルス供給用端子４２を介して転送電極２４に印加する。
【００５６】
水平駆動回路１０８は、タイミング発生器１０４から出力されたタイミング信号に基づいて水平転送パルスを生成し、パルス供給用端子４４を介して水平転送レジスタ３８に印加する。
【００５７】
フォトダイオード１６に入射した被写体光は、フォトダイオード１６のＮ型光電変換領域において光電変換される。Ｎ型光電変換領域の電位は、Ｐウェル層１４及びフォトダイオード１６のＰ＋型拡散層よりも高くなっており、ポテンシャル井戸を形成する。光電変換により得られた電子は、このポテンシャル井戸に蓄積される。また、光電変換により発生した正孔（ホール）は、Ｐウェル層１４及びフォトダイオード１６のＰ＋型拡散層に吸収される。
【００５８】
固体撮像装置１０に読み出し駆動パルスが印加されると、フォトダイオード１６のＮ型光電変換領域に蓄積された電子（信号電荷）がトランスファーゲートを介して垂直転送レジスタ１８に送られる。なお、トランスファーゲートは、転送電極２４の一部を兼用することが可能である。
【００５９】
図２に示すように、フォトダイオード１６が配置された画素領域の下端部には、水平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）３８が配置されている。各垂直転送レジスタ１８の端部は水平転送レジスタ３８と連結している。水平転送レジスタ３８の端部には、出力アンプ４０が接続されている。
【００６０】
垂直転送レジスタ１８に送られた信号電荷は、転送電極２４から供給される垂直転送パルスに従って水平転送レジスタ３８に順次転送された後、水平転送レジスタ３８上を転送され、出力アンプ４０を通って電気信号（画像信号）として読み出される。上記のようにして読み出された画像信号は、処理回路（例えば、電子カメラの処理回路）に送られて、所定の信号処理が施された後、所定の形式の画像データに変換される。
【００６１】
本実施形態によれば、垂直転送レジスタ１８が間に設けられない画素列の間に画素間構造体２６を配置することにより、近隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを透過した光が入射する混色を防止することができる。また、画素間構造体２６の幅を転送電極２４よりも狭くしたことにより、径が大きいボトムインナーレンズ３２を容易に形成することができるので、固体撮像装置１０の各フォトダイオード１６に光を集光する集光性能を高めることができる。更に、本実施形態によれば、画素間構造体２６の幅を転送電極２４の幅よりも狭くしたことで、画素間構造体２６によって反射される光量を減らし、感度を高めることができる。
【００６２】
また、本実施形態によれば、図３に示すように、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６を含む集光光学系の径を拡げて、互いに隣り合うトップインナーレンズ３４の間と、トップマイクロレンズ３６の間とをほぼギャップレスにすることができる。これにより、転送電極２４及び画素間構造体２６によって反射される光量を減らし、固体撮像装置１０の各フォトダイオード１６に集められる光量を増やすことができる。これにより、混色の防止と、集光効率及び感度の向上を同時に実現することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていないフォトダイオード１６の間で電子のクロストークが発生するのを防止するため、垂直転送レジスタ１８が間に形成されない画素列の間の領域Ａ１に導入されるＰ導電性の不純物原子の濃度を高くすることが好ましい。
【００６４】
［第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法］
次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図４を参照して説明する。
【００６５】
まず、Ｎ型エピ層（Nepi層）を成長させて作成されたＮ導電型半導体基板（シリコン基板）１２の表面に、Ｐ導電型の不純物原子が導入されて、Ｐ導電型のＰウェル層１４が形成される。
【００６６】
次に、図４（ａ１）及び図４（ｂ１）に示すように、Ｐウェル層１４にＮ導電型の原子（例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ））が選択的に導入（例えば、イオン注入）されて、列方向（Ｙ方向）にのびる垂直転送レジスタ１８が形成される。
【００６７】
また、図４（ａ１）及び図４（ｂ１）に示すように、Ｐウェル層１４に島状のフォトダイオード１６が形成される。フォトダイオード１６は、Ｐウェル層１４にＮ導電型の原子（例えば、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ））が選択的に導入（例えば、イオン注入）されて形成されたＮ型光電変換領域と、Ｎ型光電変換領域の表面側にＰ導電型の原子が導入（例えば、イオン注入）されて形成されたＰ＋型拡散層とからなる。
【００６８】
次に、Ｐウェル層１４の表面に、ゲート膜２０が形成される。ゲート膜２０の材料としては、例えば、ＯＮＯ膜（酸化膜−窒化膜−酸化膜）構造の絶縁膜が用いられる。
【００６９】
次に、ゲート膜２０の表面に、デポジション法により不純物含有非晶質シリコン（Doped Amorphous Silicon; DASI）層が形成される。そして、上記ＤＡＳＩ層の表面にフォトレジストが塗布される。次に、電極構造体２２（転送電極２４及び画素間構造体２６を含む）のパターンがフォトレジストに焼き付けられる。そして、フォトレジストの一部が除去されて、電極構造体２２に対応するレジストパターンが形成される。
【００７０】
次に、上記フォトレジストをマスクとしてＤＡＳＩ層がドライエッチング（反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching; RIE））され、ＤＡＳＩ層の一部が除去される。そして、例えば、アッシャー処理及びＳＨ処理によってＤＡＳＩ層の表面のフォトレジストが剥離される。これにより、図４（ａ２）及び図４（ｂ２）に示すように、に示すように、行方向（Ｘ方向）にのびており、転送電極２４と画素間構造体２６とを含む電極構造体２２が形成される。電極構造体２２は、各画素行１６Ｈの上下に１対ずつ形成され、上下１対の電極構造体２２−１及び２２−２によりフォトダイオード１６を取り囲むように形成される。
【００７１】
次に、電極構造体２２の表面が熱酸化されて、電極構造体２２の表面に熱酸化膜（絶縁膜）が形成される。
【００７２】
次に、図４（ａ３）及び図４（ｂ３）に示すように、に示すように、電極構造体２２（転送電極２４及び画素間構造体２６）の表面に遮光膜２８が形成される。遮光膜２８は、例えば、タングステン（Ｗ）又はタングステンを含む積層構造（例えば、Ｗ／ＴｉＮ積層構造、Ｗ／ＴｉＮ／Ｔｉ積層構造）からなる膜であり、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）又はＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理的蒸着法）により上記材料を電極構造体２２の表面に堆積することにより形成される。なお、遮光膜２８の材料は上記に限定されるものではない。そして、上記遮光膜２８に対してパターニング／エッチングが行われ、遮光膜２８の各フォトダイオード１６に対応する位置に開口部が形成される。
【００７３】
次に、電極構造体２２（転送電極２４及び画素間構造体２６）の熱酸化膜の表面に層間絶縁膜３０が形成される。層間絶縁膜３０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。層間絶縁膜３０は、例えば、熱ＣＶＤ−ＨＴＯ（High Temperature Oxide）又は熱ＴＥＯＳ−ＣＶＤ（TetraEthOxySilane - CVD）等により形成される。
【００７４】
次に、図４（ａ３）に示すように、層間絶縁膜３０の上層に下に凸形状のボトムインナーレンズ３２が形成される。ボトムインナーレンズ３２は、層間絶縁膜３０の表面に形成された中間層の表面に、レンズ材層（例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ））と樹脂材（レジスト）層を形成し、フォトダイオード１６に対応するボトムインナーレンズ３２に対応するレンズパターンをレジストパターンで形成する。次に、リフロー処理によりレジスト層を軟化・溶融させてレンズ形状とした後、エッチング処理によるエッチバックでレンズ材層にレンズ形状を転写する。これにより、各フォトダイオード１６に対応するボトムインナーレンズ３２が形成される。
【００７５】
次に、ボトムインナーレンズ３２の上層に上に凸形状のトップインナーレンズ３４が形成される。そして、トップインナーレンズ３４の上層に不図示の中間層を介してカラーフィルタ層が形成される。更に、上記カラーフィルタ層の上層には、不図示の中間層（平坦化層）を介してトップマイクロレンズ３６が形成される。トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６は、上記ボトムインナーレンズ３２と同様にして形成される。
【００７６】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００７７】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図５（ａ）は固体撮像装置の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の５ｂ−５ｂ断面図である。
【００７８】
図５に示すように、本実施形態に係る画素間構造体５０は、電極構造体２２−１及び２２−２から電気的に分離されている。画素間構造体５０は、例えば、ポリシリコンにより形成されている。画素間構造体５０の表面には絶縁膜（例えば、熱酸化膜）が形成されており、この絶縁膜により電極構造体２２と絶縁されている。
【００７９】
電極構造体２２及び画素間構造体５０の表面の絶縁膜の表面には遮光膜２８が形成される。画素間構造体５０は、隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを通った光が混入するのを遮る障壁として機能する。上記の混入光の遮光量を同等にするため、転送電極２４及び画素間構造体５０の遮光膜２８が成膜された場合の高さが略等しくなるようにすることが好ましい。例えば、転送電極２４の高さＨ２４と画素間構造体５０の高さＨ５０とを略等しくすることが好ましい。
【００８０】
本実施形態によれば、固体撮像装置１０に読み出し駆動パルスが印加されたときに、隣り合うフォトダイオード１６の間、及びフォトダイオード１６と垂直転送レジスタ１８との間で電荷のクロストークが起きるのを防止することができる。これにより、設計自由度が向上する。更に、本実施形態によれば、上記第１の実施形態と比較して、電極構造体２２の面積を小さくすることができるので、電極構造体２２とＮ導電型半導体基板１２の間の寄生容量を減らすことができる。これにより、垂直転送パルスの波形がなまって、転送効率が低下するのを防止することができる。また、フォトダイオード１６の空乏化電圧を下げることができる。
【００８１】
［第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法］
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図６及び図７を参照して説明する。
【００８２】
まず、図６（ａ１）及び図６（ｂ１）に示すように、Ｎ導電型半導体基板１２の表面にＰ導電型のＰウェル層１４が形成され、このＰウェル層１４に、垂直転送レジスタ１８及びフォトダイオード１６が形成される。そして、Ｐウェル層１４の表面に、ゲート膜２０が形成される。
【００８３】
次に、ゲート膜２０の表面に、デポジション法により第１の不純物含有非晶質シリコン（ＤＡＳＩ）層が形成され、上記第１のＤＡＳＩ層の表面にフォトレジストが塗布される。次に、電極構造体２２（転送電極２４を含む）のパターンがフォトレジストに焼き付けられる。そして、フォトレジストの一部が除去されて、電極構造体２２に対応するレジストパターンが形成される。
【００８４】
次に、上記フォトレジストをマスクとして第１のＤＡＳＩ層がドライエッチング（ＲＩＥ）され、第１のＤＡＳＩ層の一部が除去される。そして、例えば、アッシャー処理及びＳＨ処理によって電極構造体２２の表面のフォトレジストが剥離される。これにより、図６（ａ２）及び図６（ｂ２）に示すように、行方向（Ｘ方向）にのびる電極構造体２２が形成される。電極構造体２２は、垂直転送レジスタ１８が間に形成された画素列１６Ｖの間にのびる転送電極２４を含んでいる。
【００８５】
次に、電極構造体２２の表面が熱酸化されて、電極構造体２２の表面に熱酸化膜（絶縁膜）が形成される。
【００８６】
次に、ゲート膜２０の表面に、デポジション法により第２のＤＡＳＩ層が形成され、上記第２のＤＡＳＩ層の表面にフォトレジストが塗布される。次に、画素間構造体５０のパターンがフォトレジストに焼き付けられる。そして、フォトレジストの一部が除去されて、画素間構造体５０に対応するレジストパターンが形成される。
【００８７】
次に、上記フォトレジストをマスクとして第２のＤＡＳＩ層がドライエッチング（ＲＩＥ）され、第２のＤＡＳＩ層の一部が除去される。そして、例えば、アッシャー処理及びＳＨ処理によって第２のＤＡＳＩ層の表面のフォトレジストが剥離される。これにより、図７（ａ３）及び図７（ｂ３）に示すように、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列１６Ｖ間に画素間構造体５０が形成される。
【００８８】
次に、画素間構造体５０の表面が熱酸化されて、画素間構造体５０の表面に熱酸化膜（絶縁膜）が形成される。
【００８９】
次に、図７（ａ４）及び図７（ｂ４）に示すように、電極構造体２２及び画素間構造体５０の表面に遮光膜２８が形成される。遮光膜２８の形成方法及び遮光膜２８のパターニング／エッチングについては上記第１の実施形態と同様である。
【００９０】
次に、電極構造体２２及び画素間構造体５０の熱酸化膜の表面に層間絶縁膜３０が形成され、ボトムインナーレンズ３２、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６が順次形成される。
【００９１】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００９２】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図８（ａ）は固体撮像装置の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の８ｂ−８ｂ断面図である。
【００９３】
図８（ｂ）に示すように、本実施形態に係る画素間構造体６０の断面形状は、図中上面が下面よりも短く、Ｚ軸に平行な中心線に対して線対称の台形である。画素間構造体６０は、例えば、ポリシリコンにより形成されている。本実施形態に係る画素間構造体６０は、上記第２の実施形態と同様、ドライエッチングによって形成される。画素間構造体６０の表面には絶縁膜（例えば、熱酸化膜）が形成されており、この絶縁膜により電極構造体２２と絶縁されている。
【００９４】
電極構造体２２及び画素間構造体６０の表面の絶縁膜の表面には遮光膜２８が形成される。画素間構造体６０は、隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを通った光が混入するのを遮る障壁として機能する。上記の混入光の遮光量を同等にするため、転送電極２４及び画素間構造体６０の遮光膜２８が成膜された場合の高さが略等しくなるようにすることが好ましい。例えば、転送電極２４の高さＨ２４と画素間構造体６０の高さＨ６０とを略等しくすることが好ましい。
【００９５】
本実施形態によれば、画素間構造体６０の上面を下面よりも短くすることで、ボトムインナーレンズ３２、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６の径を大きくすることができる。これにより、固体撮像装置１０の各フォトダイオード１６に光を集光する集光性能を高めることができる。
【００９６】
なお、上記第１の実施形態においても、画素間構造体２６の断面形状を台形形状にすることが可能である。また、転送電極２４も断面を台形形状にしてもよい。これにより、集光光学系の径を更に大きくすることができる。
【００９７】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【００９８】
図９は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図９（ａ）は固体撮像装置の平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の９ｂ−９ｂ断面図である。
【００９９】
本実施形態に係る画素間構造体７０は、例えば、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）、フルオロケイ酸塩ガラス（Fluorosilicate Glass; FSG）又はタングステン（Ｗ）からなる。画素間構造体７０は、電極構造体２２と絶縁されている。
【０１００】
なお、画素間構造体７０の材料としては、上記に列挙したもののほか、集光光学系（窒化シリコン（ＳｉＮ））又は層間絶縁膜３０（酸化シリコン（ＳｉＯ２））よりも屈折率が低い任意の物質を用いることが可能である。また、画素間構造体７０の表面に上記に列挙した物質からなる反射防止膜を形成するようにしてもよい。
【０１０１】
図９（ｂ）に示すように、本実施形態に係る画素間構造体７０の断面形状は、図中上面が下面よりも短く、Ｚ軸に平行な中心線に対して線対称の台形である。
【０１０２】
画素間構造体７０は、隣のフォトダイオード１６に対応するカラーフィルタを通った光が混入するのを遮る障壁として機能する。上記の混入光の遮光量を同等にするため、画素間構造体７０の高さＨ７０は、遮光膜２８が成膜された場合の転送電極２４の高さと略等しくなるようにすることが好ましい。
【０１０３】
本実施形態によれば、隣り合うフォトダイオード１６の間、及びフォトダイオード１６と垂直転送レジスタ１８との間の電荷のクロストークを防止することができ、設計自由度が向上する。更に、本実施形態によれば、電極構造体２２の面積を小さくすることができるので、電極構造体２２とＮ導電型半導体基板１２の間の寄生容量を減らすことができる。
【０１０４】
［第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法］
次に、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図１０等を参照して説明する。
【０１０５】
まず、Ｎ導電型半導体基板１２の表面にＰ導電型のＰウェル層１４が形成され、このＰウェル層１４に、垂直転送レジスタ１８及びフォトダイオード１６が形成される。そして、Ｐウェル層１４の表面に、ゲート膜２０が形成される。
【０１０６】
次に、ゲート膜２０の表面に、行方向（Ｘ方向）にのびる電極構造体２２が形成される。電極構造体２２は、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列１６Ｖの間にのびる転送電極２４を含んでいる。そして、電極構造体２２の表面が熱酸化されて、電極構造体２２の表面に熱酸化膜（絶縁膜）が形成される（図６参照）。
【０１０７】
次に、ゲート膜２０の表面に、フッ素添加シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）の膜が形成される。次に、上記ＳｉＯＦ膜の表面にフォトレジストが塗布され、画素間構造体７０のパターンがフォトレジストに焼き付けられる。そして、フォトレジストの一部が除去されて、画素間構造体７０に対応するレジストパターンが形成される。
【０１０８】
次に、上記フォトレジストをマスクとしてＳｉＯＦ膜がエッチングされ、ＳｉＯＦ膜の一部が除去される。そして、例えば、アッシャー処理及びＳＨ処理によってＳｉＯＦ膜の表面のフォトレジストが剥離される。これにより、図１０（ａ３）及び図１０（ｂ３）に示すように、垂直転送レジスタ１８が間に形成されていない画素列１６Ｖ間に画素間構造体７０が形成される。
【０１０９】
次に、図１０（ａ４）及び図１０（ｂ４）に示すように、電極構造体２２の表面に遮光膜２８が形成される。そして、パターニング／エッチングにより、遮光膜２８のフォトダイオード１６に対応する位置に開口部が形成される。
【０１１０】
次に、電極構造体２２及び画素間構造体５０の熱酸化膜の表面に層間絶縁膜３０が形成され、ボトムインナーレンズ３２、トップインナーレンズ３４及びトップマイクロレンズ３６が順次形成される。
【０１１１】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、上記第１の実施形態と同様の構成については説明を省略する。
【０１１２】
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置を示す図である。図１１（ａ）は固体撮像装置の平面図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の１１ｂ−１１ｂ断面図である。
【０１１３】
図１１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、上記第４の実施形態において、ボトムインナーレンズ３２を除いたものである。
【０１１４】
本実施形態においても、上記実施形態と同様に混色を防止することが可能である。なお、上記第１から第３の実施形態についてもボトムインナーレンズ３２を除いた構成とすることが可能である。
【０１１５】
なお、上記の各実施形態では、本発明を電子蓄積転送型のＣＣＤに適用した例について説明したが、ホール蓄積転送型ＣＣＤにも本発明を適用することができる。ホール蓄積転送型ＣＣＤの場合には、上記Ｎ型、Ｐ型の表記をすべて逆導電型に読み替える。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…固体撮像装置、１２…Ｎ導電型半導体基板、１４…Ｐウェル層、１６…光電変換素子（フォトダイオード）、１８…垂直転送レジスタ（ＶＣＣＤ）、２０…ゲート膜、２２…電極構造体、２４…転送電極、２６…画素間構造体、２８…遮光膜、３０…層間絶縁膜、３２…ボトムインナーレンズ、３４…トップインナーレンズ、３６…トップマイクロレンズ、３８…水平転送レジスタ（ＨＣＣＤ）、４０…出力アンプ、４２、４４…パルス供給用端子、５０、６０、７０…画素間構造体、１００…駆動部、１０２…同期信号発生器、１０４…タイミング発生器、１０６…垂直駆動回路、１０８…水平駆動回路
【図１】
2010283030.tif 000003
【図２】
2010283030.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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