(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から読み出されて電荷転送手段により電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部を有する固体撮像素子において、
該電荷検出部に接続されたメタル層は、少なくとも３層で構成され、該メタル層の中間層は他の上層および下層に比べて線幅が細く形成され、該メタル層上に保護絶縁膜が形成されて、該中間層の側壁と該保護絶縁膜の間に空間層が形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記空間層の形成は、前記メタル層の中間層の側壁を前記上層および下層に比べて所定の後退量だけ後退させて形成している請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記後退量は５０〜３００ｎｍに設定する請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記後退量は１００〜２００ｎｍに設定する請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記空間層の形成は、前記電荷検出部とその周辺部のみに限定されている請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記３層のメタル層のうち、前記中間層は金属層で構成され、該中間層の上層および下層は高融点金属層で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記金属層はＡｌＣｕ膜であり、前記高融点金属層はチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜である請求項６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記中間層の厚さを３００〜６００ｎｍに設定し、前記上層および下層の厚さを５０〜１５０ｎｍに設定されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記信号電圧に基づいて増幅して出力信号を出力する出力手段を更に有する請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記複数の受光部からの各信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直電荷転送手段と、該垂直電荷転送手段により電荷転送されてきた信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送手段とを有し、該水平電荷転送手段により電荷転送されてきた信号電荷を前記電荷検出部により信号電圧に変換し、該信号電圧に基づいて前記出力手段により増幅して出力信号を出力する請求項９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から読み出されて電荷転送手段により電荷転送された信号電荷を電荷検出部により信号電圧に変換する固体撮像素子の製造方法において、
少なくとも３層で構成され該電荷検出部に接続されたメタル層の中間層を他の上層および下層に比べて線幅を細く形成して、該メタル層上に保護絶縁膜を形成することにより、該中間層の側壁と該保護絶縁膜の間に空間層を形成する空間層形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記空間層形成工程は、
前記メタル層上に、前記電荷検出部およびそ周辺部上方のみ開口するレジストパターンを形成する第１レジストパターン形成工程と、
該レジストパターンをマスクとして前記中間層の側壁のみをエッチングする際に、該中間層の側壁をその上層および下層に比べて所定の後退量だけ後退させる第１エッチング処理工程と、
該エッチング後の基板上に保護絶縁膜を形成する保護絶縁膜形成工程とを有する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１エッチング処理工程は、薬液として酢酸を主な成分とするメタルエッチング用薬液を用い、前記電荷検出部および前記メタル層が形成された基板を回転させて該薬液を該基板に吹き付けるスピンエッチング処理を行う請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記中間層の厚さを３００〜６００ｎｍに設定し、前記上層および下層の厚さを５０〜１５０ｎｍに設定する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記後退量は、５０〜３００ｎｍに設定する請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
前記後退量は、１００〜２００ｎｍに設定する請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
前記保護絶縁膜の成膜条件は、低温プラズマＣＶＤ装置において、温度摂氏３００〜４００度、圧力１.５〜３.０Ｔｏｒｒ、高周波ＲＦ電力５００〜１０００Ｗ、低周波ＲＦ電力１００〜７００Ｗ、ＳｉＨ４ガス流量１００〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量２００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量１００００〜１５０００ｓｃｃｍで膜厚２０〜５０ｎｍである請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
前記空間層形成工程の前工程として、
半導体基板の表面部に、前記電荷転送手段の電荷転送路を構成する不純物層と、前記電荷検出部を構成する不純物層と、リセットドレインを構成する不純物層とを形成する不純物層形成工程と、
各不純物層が形成された基板上に、該電荷転送手段の転送ゲート電極とリセットゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
該ゲート電極が形成された基板全面に形成された絶縁膜上に前記メタル層を含む配線用または遮光用の各種メタル層を形成するメタル層形成工程とを有する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記空間層形成工程の後工程として、
前記空間層が形成された基板上に透明有機層をスピンコートにより成膜する透明有機層成膜工程と、
該透明有機層上に表面反射防止膜を成膜する表面反射防止膜成膜工程と、
前記電荷検出部およびその周辺部上方を開口部で開口するエッチング用のレジストパターンを形成する第２レジストパターン形成工程と、
該レジストパターンをマスクとして、ドライエッチング処理を行って、該反射防止膜さらに透明有機層をエッチング除去して、該電荷検出部およびその周辺部上方の前記保護絶縁膜上を開口部で開口する第２エッチング処理工程とを有する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のＣＣＤ型固体撮像素子では、複数の受光部（フォトダイオード）で発生した信号電荷を垂直電荷転送部から水平電荷転送部で電荷転送を行い、電荷転送部（ＣＣＤ）の終端に設けられた電荷検出部により画素毎の信号電荷を信号電圧に変換して信号出力を行っている。通常、この電荷検出部による出力部はＦＤＡ（フローティング・ディフュージョン・アンプ）という構造が用いられている。このＦＤＡ構造による出力部は、図１３に示すように構成されている。
【０００３】
図１３は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部および信号出力部の構成例を示す縦断面図である。
【０００４】
図１３に示すように、ＣＣＤ型固体撮像素子１００において、ＯＧは電荷転送部（ＣＣＤ）で電荷転送されてきた信号電荷を電荷検出部１０１へと読み出す最終ＯＧゲート１０２（最終段のゲート電極）にゲート信号を入力するための入力端である。電荷検出部１０１は、この最終段のゲート電極から電荷転送されてきた画素毎の信号電荷を信号電圧に変換する。ＲＧは電荷検出部１０１で検出した電荷電圧を所定電圧にリセットするためのリセットゲート電極１０３にリセットゲート信号を入力するための入力端である。ＲＤはリセットドレイン１０４に駆動電圧（リセット電圧）を印加するための入力端である。電荷検出部１０１で変換された信号電圧に基づいて増幅する増幅トランジスタ１０５を通して信号線に出力電圧Ｖｏｕｔが信号出力される。
【０００５】
この平面視パターンを図１４および図１５に示しているが、図１４は、活性領域の分離パターン、ゲート電極パターン、Ｎ＋不純物層パターン、コンタクトパターンのみを模式的に示している。図１５は、活性領域の分離パターン、Ｎ＋不純物層パターン、メタルパターン１０６のみを示している。なお、水平転送部上のメタルパターン１０６については遮光の目的でレイアウトされているもので、電気的な配線層としては用いられていない。
【０００６】
ここで、電荷検出部１０１が持つ容量成分ＣＦＤは次式のように表される。
【０００７】
ＣＦＤ  ＝  Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３＋Ｃｄ＋Ｃｇ＋Ｃｆ
Ｃ１はＯＧと検出部不純物層（メタル配線）間の容量成分、Ｃ２はＲＧと検出部不純物層（メタル配線）間の容量成分、Ｃ３は検出部メタルとリセットドレイン配線間の容量成分、Ｃｄは検出部不純物領域内および検出部不純物領域と基板間の接合容量成分、Ｃｇは出力部トランジスタの容量成分、Ｃｆは電荷検出部１０１自体の浮遊容量成分であって、素子保護膜１０７（パッシベーション膜）によって生じる容量成分である。
【０００８】
増幅トランジスタ１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔは、最終ＯＧゲート１０２から電荷検出部１０１へ入力される信号電荷量をＱｓｉｇとすると、次式で表される。
【０００９】
Ｖｏｕｔ  ＝  Ｑｓｉｇ / ＣＦＤ
以上により、増幅トランジスタ１０５から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを大きくするためには、電荷検出部１０１の容量ＣＦＤを小さくする必要があることが分かる。要するに、同じレベルの信号電荷であれば、容量ＣＦＤが小さい方が大きい出力電圧Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００１０】
このことから、従来のＣＣＤ型固体撮像素子１００では、電荷検出部１０１上の誘電体膜を除去して電荷検出部１０１の容量成分をできるだけ小さくする対策が行われていた。この電荷検出部の容量成分を小さくする対策を用いた従来のＣＣＤ型固体撮像素子の電荷検出部およびその周辺構成およびその製造方法について、図１６〜図２１を用いて詳細に説明する。
【００１１】
図１６は、従来の固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の断面構造を示す縦断面図である。図１７〜図２１はそれぞれ、図１６の電荷検出部およびその付近のメタル層形成以降の製造工程を示す縦断面図である。なお、図１６と図１７〜図２１とは、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さ、形状などが多少相違するものの、構成上同一である。
【００１２】
図１６の従来のＣＣＤ型固体撮像素子５０における電荷検出部５５およびその付近の製造方法について説明する。
【００１３】
まず、図１７に示すように、シリコン基板５１上に、画素毎の信号電荷を電荷転送する電荷転送路（電荷転送部５２）となるＮ−不純物層、電荷検出部であるＮ＋不純物層５５、リセットドレインであるＮ＋不純物層５７、その電荷転送部５２上の２層のポリシリコンゲートからなるゲート電極（この最終ゲート電極が最終ＯＧゲート５２ａとなる）および、電荷検出部５５の信号電荷をリセットするためのリセットゲート電極５８が形成されている。さらに、この上全面に絶縁膜５３が形成され、この絶縁膜５３上に、遮光目的で形成されている電荷転送部５２上のメタル層５４、電荷検出部５５と電気的に接続され、電荷検出部５５の電位を出力トランジスタへ伝えるためのメタル配線層５６および、リセットドレインであるＮ＋不純物層５７に電気的に接続されたリセットドレインメタル配線層５９が形成されている。
【００１４】
次に、図１８に示すように、メタル層形成（電荷転送部５５上のメタル層５４、メタル配線層５６およびリセットドレインメタル配線層５９）までの下地構造上に、シリコン窒化膜などの素子保護膜６０を基板全面に形成する。この素子保護膜６０の成膜条件としては、低温プラズマＣＶＤ装置において、温度摂氏３００〜４００度、圧力１.５〜３.０Ｔｏｒｒ、高周波ＲＦ電力５００〜１０００Ｗ、低周波ＲＦ電力１００〜７００Ｗ、ＳｉＨ４ガス流量 １００〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量２００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量１００００〜１５０００ｓｃｃｍで膜厚２０〜５０ｎｍの条件である。
【００１５】
その後、図１９に示すように、この素子保護膜６０上にオンチップ層である透明有機膜６１を形成する。後のカラーフィルタ形成のための平坦化や、マイクロレンズによる集光の集光高さ位置調整のために形成、集光高さについては素子の画素数などにより異なるが、各受光部の開口からマイクロレンズ底部までで３.０〜７.０ μｍ程度になるように透明有機膜６１の膜厚を調整する。カラーフィルタ６２などの有機層をスピンコートにより形成する。その上に透明有機層６１を形成した後に、その上に、シリコン酸化膜などの材料による表面反射防止膜６３を、低温プラズマＣＶＤにより基板全面に形成する。その成膜条件は、温度摂氏２００〜２５０度、圧力１.５〜３.５Ｔｏｒｒ、ＲＦ電力１５０〜３００Ｗ、ＳｉＨ４・Ｎ２Ｏ・Ｎ２ガスを使用し、膜厚１０〜５０ｎｍの条件である。なお、電荷検出部５５上方のカラーフィルタ層６２については、残渣などが残って、ドライエッチング処理により完全に除去することが困難であるため、カラーフィルタ形成のフォト処理時に取り除いている。
【００１６】
これら全てのオンチップ工程（カラーフィルタやマイクロレンズの形成工程）が完了した後に、その上に、図２０に示すように、電荷検出部５５上方で開口した開口部Ｈ（図１４および図１５において破線で示す円形パターン）を持つエッチング用パターン６５を形成する。このエッチング用パターン６５をマスクとして、ドライエッチング処理により、反射防止膜であるシリコン酸化膜６３、有機材料層６１および保護膜であるシリコン窒化膜層６０を順次エッチング除去する。
【００１７】
このドライエッチング処理は、上層より、シリコン酸化膜６３、透明有機膜６１（アクリル膜）および、シリコン窒化膜などの素子保護膜６０のエッチングであるので、プラズマエッチング装置を用いて３ステップのエッチング処理（エッチング処理条件で３ステップに分かれる）となる。このドライエッチング処理の第１ステップのシリコン酸化膜６３のエッチング条件は、圧力５００〜２０００ｍｔｏｒｒ、ＲＦ電力７５０〜１５００Ｗ、使用ガス Ｏ２・ＣＨＦ３の条件によりエッチングを行う、第２ステップとして透明有機膜６１のアクリル膜を、圧力５００〜１５００ｍｔｏｒｒ、ＲＦ電力３００〜７５０Ｗ、使用ガスＯ２・ＣＨＦ３の条件で行う。さらに、第３ステップとしてシリコン窒化膜などの素子保護膜６０を、圧力１０００〜２０００ｍｔｏｒｒ、ＲＦ電力７５０〜１５００Ｗ、使用ガス Ｏ２・ＣＦ４の条件でエッチングを行う。なお、これらオンチップ工程層については、素子が外部との信号のやりとりを行う電極パッド部についても同時に除去されている（ここでは図示せず）。
【００１８】
以上説明したのように、電荷検出部上のメタル層とその上部との間の浮遊容量を抑制することが特許文献１に開示されている。また、特許文献１の技術とは異なるが、特許文献２，３には、電荷検出部−初段トランジスタ間のポリシリコン配線層と基板（ＧＮＤ電位）との間の容量を少なくするための技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平２−２６７５号公報
【特許文献２】特開平３−１１６８４０号公報
【特許文献３】特開平１１−２９７９８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところが、近年のＣＣＤ型固体撮像素子１００の用途として、車載による周辺モニタや事故前後の状況を記録するドライブレコーダ、および高温高湿の地域で用いられる監視カメラなど、過酷な環境での使用が増加してきている傾向にある。これらの過酷な環境下においては、ＣＣＤ型固体撮像素子１００自体が高温になるだけではなく、パッケージのガラス接着部分から水分（＋不純物）が浸入することで、図１６および図２１に示すように、電荷検出部５５上方で開口した開口部Ｈでメタル層５４、５６および５９上の全ての膜が取り除かれている従来のＣＣＤ型固体撮像素子１００では、電荷検出部５５上方のメタル層５４、５６および５９が、侵入してきた水分と高温で、腐食や変質を来たして動作不良を発生して機能しなくなったりノイズが乗ったりするなどの信頼性上の大問題を発生してしまうという問題を有していた。
【００２１】
そこで、これらの過酷な使用環境に対応するため、図２２および２３に示すように、電荷検出部５５上方の素子保護膜６０（シリコン窒化膜）を残してメタル層５４、５６および５９を保護するメタル層保護構造を採用するケースもある。この製造方法については、前述したように図１７〜図２０の工程は同様であるが、図２１のエッチング工程で、上記第３ステップの保護膜エッチングステップをなくして素子保護膜６０（シリコン窒化膜）を残している点が異なっている。なお、電極パッド部については、電気的な接続のために素子保護膜６０（シリコン窒化膜）を取り除く必要があるので、除去パターンや除去工程を二つに分けるなどにより工夫する必要がある。
【００２２】
以上のように、電荷検出部５５上方に素子保護膜６０（シリコン窒化膜）を残すことにより、外部から侵入した水分（＋不純物）とメタル層５４、５６および５９とが直接接触しなくなり、メタル層５４、５６および５９の変質や腐食を防ぐことができる。このために、動作不良などの問題をある程度防ぐことができる。しかしながら、前記したように、電荷検出部５５上のメタル層５６上に素子保護膜６０を残すことにより、電荷検出部５５の容量増加を招くことになり、同じ光量入射で約１割程度の出力低下を招くことになってしまう。
【００２３】
したがって、上記従来のＣＣＤ型固体撮像素子１００では、出力信号の増加のために電荷検出部５５上の誘電体膜を除去することと、メタル層５４、５６および５９の腐食などを防ぎ信頼性上強いデバイスを作製することとは互いに相反することである。したがって、両方を満足する素子を実現することは困難であった。
【００２４】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、非常に簡便かつ低コストな方法で、電荷検出部の変換率を低下させることなく、メタル層の腐食を防いで高い信頼性を実現できる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００２５】
本発明の固体撮像装置は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から読み出されて電荷転送手段により電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部を有する固体撮像素子において、該電荷検出部に接続されたメタル層は、少なくとも３層で構成され、該メタル層の中間層は他の上層および下層に比べて線幅が細く形成され、該メタル層上に保護絶縁膜が形成されて、該中間層の側壁と該保護絶縁膜の間に空間層が形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２６】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置における空間層の形成は、前記メタル層の中間層の側壁を前記上層および下層に比べて所定の後退量だけ後退させて形成している。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における後退量は５０〜３００ｎｍに設定する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における後退量は１００〜２００ｎｍに設定する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における空間層の形成は、前記電荷検出部とその周辺部のみに限定されている。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における３層のメタル層のうち、前記中間層は金属層で構成され、該中間層の上層および下層は高融点金属層で構成されている。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における金属層はＡｌＣｕ膜であり、前記高融点金属層はチタンナイトライド（ＴｉＮ）膜である。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における中間層の厚さを３００〜６００ｎｍに設定し、前記上層および下層の厚さを５０〜１５０ｎｍに設定されている。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置における信号電圧に基づいて増幅して出力信号を出力する出力手段を更に有する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置において、前記複数の受光部からの各信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直電荷転送手段と、該垂直電荷転送手段により電荷転送されてきた信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送手段とを有し、該水平電荷転送手段により電荷転送されてきた信号電荷を前記電荷検出部により信号電圧に変換し、該信号電圧に基づいて前記出力手段により増幅して出力信号を出力する。
【００３５】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から読み出されて電荷転送手段により電荷転送された信号電荷を電荷検出部により信号電圧に変換する固体撮像素子の製造方法において、少なくとも３層で構成され該電荷検出部に接続されたメタル層の中間層を他の上層および下層に比べて線幅を細く形成して、該メタル層上に保護絶縁膜を形成することにより、該中間層の側壁と該保護絶縁膜の間に空間層を形成する空間層形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３６】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における空間層形成工程は、前記メタル層上に、前記電荷検出部およびそ周辺部上方のみ開口するレジストパターンを形成する第１レジストパターン形成工程と、該レジストパターンをマスクとして前記中間層の側壁のみをエッチングする際に、該中間層の側壁をその上層および下層に比べて所定の後退量だけ後退させる第１エッチング処理工程と、該エッチング後の基板上に保護絶縁膜を形成する保護絶縁膜形成工程とを有する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における第１エッチング処理工程は、薬液として酢酸を主な成分とするメタルエッチング用薬液を用い、前記電荷検出部および前記メタル層が形成された基板を回転させて該薬液を該基板に吹き付けるスピンエッチング処理を行う。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における中間層の厚さを３００〜６００ｎｍに設定し、前記上層および下層の厚さを５０〜１５０ｎｍに設定する。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における後退量は、５０〜３００ｎｍに設定する。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における後退量は、１００〜２００ｎｍに設定する。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における保護絶縁膜の成膜条件は、低温プラズマＣＶＤ装置において、温度摂氏３００〜４００度、圧力１.５〜３.０Ｔｏｒｒ、高周波ＲＦ電力５００〜１０００Ｗ、低周波ＲＦ電力１００〜７００Ｗ、ＳｉＨ４ガス流量１００〜２００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガス流量２００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量１００００〜１５０００ｓｃｃｍで膜厚２０〜５０ｎｍである。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における空間層形成工程の前工程として、半導体基板の表面部に、前記電荷転送手段の電荷転送路を構成する不純物層と、前記電荷検出部を構成する不純物層と、リセットドレインを構成する不純物層とを形成する不純物層形成工程と、各不純物層が形成された基板上に、該電荷転送手段の転送ゲート電極とリセットゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、該ゲート電極が形成された基板全面に形成された絶縁膜上に前記メタル層を含む配線用または遮光用の各種メタル層を形成するメタル層形成工程とを有する。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における空間層形成工程の後工程として、前記空間層が形成された基板上に透明有機層をスピンコートにより成膜する透明有機層成膜工程と、該透明有機層上に表面反射防止膜を成膜する表面反射防止膜成膜工程と、前記電荷検出部およびその周辺部上方を開口部で開口するエッチング用のレジストパターンを形成する第２レジストパターン形成工程と、該レジストパターンをマスクとして、ドライエッチング処理を行って、該反射防止膜さらに透明有機層をエッチング除去して、該電荷検出部およびその周辺部上方の前記保護絶縁膜上を開口部で開口する第２エッチング処理工程とを有する。
【００４４】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００４６】
本発明においては、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部から読み出されて電荷転送手段により電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部を有する固体撮像素子において、該電荷検出部に接続されたメタル層は、少なくとも３層で構成され、該メタル層の中間層は他の上層および下層に比べて線幅が細く形成され、該メタル層上に保護絶縁膜が形成されて、該中間層の側壁と該保護絶縁膜の間に空間層が形成されている。
【００４７】
これによって、メタル層の中間層の側壁と保護絶縁膜の側壁との間に中空の空間層を形成するので、外部から侵入した水分などを防ぐために保護絶縁膜を形成し、その保護絶縁膜はメタル膜と直に接触していない構造となって、電荷検出部の変換率を低下させることなく、メタル層の腐食を防いで高い信頼性を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【００４８】
以上により、本発明によれば、メタル層の中間層の側壁と保護絶縁膜の側壁との間に中空の空間層を形成するため、外部から侵入した水分などを防ぐために保護絶縁膜を形成するが、その保護絶縁膜はメタル膜と直に接触していない構造とすることができて、電荷検出部の変換率を低下させることなく、メタル層の腐食を防いで高い信頼性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示すブロック図である。
【図２】図１の電荷検出部およびその周辺部の構成例を示す縦断面図である。
【図３】図２の水平電荷転送手段から電荷検出部およびリセット部、さらに信号出力部における活性領域の分離パターン、ゲート電極パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびコンタクトパターンを示す平面図である。
【図４】図２の水平電荷転送手段から電荷検出部およびリセット部、さらに信号出力部における活性領域の分離パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびメタル層パターンを示す平面図である。
【図５】図３および図４のＡ−Ａ’線縦断面図である。
【図６】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部およびその付近のメタル層形成までの製造工程を示す縦断面図である。
【図７】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の第１レジストパターン形成工程および第１エッチング処理工程を示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の保護絶縁膜形成工程を示す縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の透明有機層形成工程および第２レジストパターン形成工程を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の第２エッチング処理工程を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の効果（容量および電荷・電圧変換率の計算結果を示す表）と、図１０の電荷検出部に接続されるメタル層の中間層の後退量との間の関係を説明するための図であって、（ａ）は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図、（ｂ）は、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図であって、メタル層の中間層の後退量が０．１μｍ（５０〜１００ｎｍのメタル後退量）の場合を示す図、（ｃ）は、本実施形態１の変形例のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図であって、メタル層の中間層の後退量が０．２μｍの場合を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子からの撮像信号からカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１３】従来のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部および信号出力部の構成例を示す縦断面図である。
【図１４】図１３の電荷検出部および信号出力部における活性領域の分離パターン、ゲート電極パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびコンタクトパターンを示す平面図である。
【図１５】図１３の電荷検出部および信号出力部における活性領域の分離パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびメタル層パターンを示す平面図である。
【図１６】従来の固体撮像素子における電荷検出部およびその付近の断面構造を示す縦断面図である。
【図１７】図１６の電荷検出部およびその付近のメタル層形成までの製造工程を示す縦断面図である。
【図１８】図１６の電荷検出部およびその付近の素子保護膜形成工程を示す縦断面図である。
【図１９】図１６の電荷検出部およびその付近の透明有機膜形成工程を示す縦断面図である。
【図２０】図１６の電荷検出部およびその付近において、電荷検出部上方で開口した開口部を持つエッチング用パターンを形成するエッチング用パターン形成工程を示す縦断面図である。
【図２１】図１６の電荷検出部およびその付近において、エッチング用パターンをマスクとしたエッチング工程を示す縦断面図である。
【図２２】従来のＣＣＤ型固体撮像素子における電荷検出部および信号出力部の変形例を示す縦断面図である。
【図２３】図２１と同様の従来のＣＣＤ型固体撮像素子の電荷検出部および信号出力部の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下に、本発明のＣＣＤ型固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１および、このＣＣＤ型固体撮像素子の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００５１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子の要部構成例を示すブロック図である。
【００５２】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０は、被写体からの入射光を光電変換して撮像する行列方向にマトリクス状に配列された複数の受光部１（フォトダイオード）と、複数の受光部１からそれぞれ読み出された各信号電荷を垂直方向に電荷転送する複数列の垂直電荷転送手段２と、この複数列の垂直電荷転送手段２で垂直方向にそれぞれ電荷転送されてきた信号電荷を水平方向に電荷転送する水平電荷転送手段３と、この水平電荷転送手段３により電荷転送されてきた信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部４と、電荷検出部４で信号電荷が電圧変換された信号電圧に基づいて増幅して出力信号を出力する信号出力部５とを有している。
【００５３】
図２は、図１の電荷検出部４およびその周辺部の構成例を示す縦断面図である。図３は、図２の水平電荷転送手段３から電荷検出部４およびリセット部、さらに信号出力部５における各活性領域の分離パターン、ゲート電極パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびコンタクトパターンを示す平面図である。図４は、図２の水平電荷転送手段３から電荷検出部４およびリセット部、さらに信号出力部５における各活性領域の分離パターン、Ｎ＋不純物層パターンおよびメタル層パターンを示す平面図である。図５は、図３および図４のＡ−Ａ’線縦断面図である。
【００５４】
図２〜図５において、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０は、一導電型の半導体基板としてのシリコン基板６の表面部に、画素毎の信号電荷を電荷転送する水平電荷転送手段３の電荷転送路７のＮ−不純物層と、電荷転送路の終端側にある電荷検出部８としてのＮ＋不純物層と、リセット電圧が供給されるリセットドレイン９としてのＮ＋不純物層とが形成されている。各不純物層が形成された基板上に、この電荷転送路７上に形成された２層のポリシリコンゲートからなるゲート転送電極１０（この最終ゲート電極が最終ＯＧゲート１０ａとなる）と、電荷検出部８の信号電荷による信号電圧を所定リセット電圧にリセットするためのリセットゲート電極１１とが形成されている。さらに、この基板全面に絶縁膜１２が形成され、この絶縁膜１２上に、電荷転送路７およびゲート転送電極１０上方に形成された遮光目的のメタル遮光層であるメタル層１３と、電荷検出部８と電気的に接続され、電荷検出部８の電位を信号出力部５の出力トランジスタ５ａなどに伝えるためのゲート電極および配線ポリシリコン層２２と、電荷検出部８およびゲート電極および配線ポリシリコン層２２に接続された配線用のメタル配線層（またはメタル遮光層）であるメタル層１４と、リセットドレイン９としてのＮ＋不純物層に電気的に接続され、リセットドレイン９に所定リセット電圧を供給するためのリセットドレインメタル配線層であるメタル層１５とが形成されている。これらのメタル層１３〜１５および絶縁膜１２上に、水分を遮断して内部金属膜の腐食を防止するパッシベーション膜（素子保護膜）としての保護絶縁膜１６が形成されている。
【００５５】
この保護絶縁膜１６上にオンチップ層である透明有機膜１７を形成する。後のカラーフィルタ形成のための平坦化や、マイクロレンズによる集光の集光高さ位置調整のために形成され、集光高さについては素子の画素数などにより異なるが、各受光部１の開口からマイクロレンズ底部までで３.０〜７.０μｍ程度になるように透明有機膜１７の膜厚を調整する。その上にカラーフィルタ１８などの有機層をスピンコートにより形成する。さらにその上に透明有機層１７を形成した後に、その上に、シリコン酸化膜などの材料による表面反射防止膜１９を、低温プラズマＣＶＤにより基板全面に形成する。
【００５６】
この場合に、各機能部の配線と遮光の目的で各種のメタル層１３〜１５を形成するが、電荷検出部８に接続されるメタル層１４は、中間層と上下層の３層で構成されている。その中間層は他の上下層に比べて層厚は厚いが幅は細く形成されている。要するに、メタル層１４の断面において、上下層に対して中間層が奥に後退している。これによって、メタル層１４上に、メタル層１３〜１５を保護する保護絶縁膜１６が形成されて、その中間層の側壁と保護絶縁膜１６との間に中空の空間層１４ａを形成している。
【００５７】
さらに、電荷検出部８および信号出力部５、さらにそれらの周辺部の上方において、上側からシリコン酸化膜１９および有機材料層１７がエッチング除去されて開口した開口部Ｈ１（図３および図４において破線で示す正方形パターン）が形成されている。
【００５８】
ここで、さらに本発明の原理について説明する。即ち、メタル層１４の中間層の側壁と保護絶縁膜１６との間に中空の空間層１４ａを形成する理由について説明する。
【００５９】
課題で前述したように、信号出力部からの出力信号の増加のために電荷検出部８上の誘電体膜を除去することと、メタル層１３〜１５の腐食などを防ぎ信頼性上強いデバイスを作製することとは互いに相反する。このような互いに相反する問題を解決するためには、外部から侵入した水分などを防ぐために保護絶縁膜１６をメタル層１３〜１５上に形成するが、その保護絶縁膜１６はメタル膜１４と直に接触していない構造とすることにより、相反する両者を満足した構造を実現することができる。したがって、メタル層１４の中間層の側壁と保護絶縁膜１６との間に中空の空間層１４ａを形成することによって、保護絶縁膜１６はメタル膜１４と直に接触しておらず、電荷検出部８の変換率を低下させることなく、メタル層１３〜１５の腐食を保護絶縁膜１６により防いで高い信頼性を実現することができる。
【００６０】
通常、固体撮像素子の配線層（固体撮像素子においては一部で遮光用のみ）として使用されるメタル層は、３層以上の多層が使用されることが多い。配線層本体としての中間層のアルミ系の金属膜の下層と上層に高融点金属層を設けたものが一般的に多く使用されている。下層の高融点金属層については、中間層のアルミ系金属層と基板シリコンやゲート電極ポリシリコンとが後の熱処理などによって反応することを防ぐ為に設けられており、上層の高融点金属層についてはメタル配線パターンニング時（レジストの露光時）にアルミからの反射光によるパターン不良を防ぐために設けられている。本実施形態１では、下層に高融点金属層として５０〜１５０ｎｍの膜厚のＴｉＮ（チタンナイトライド）層、中間層のメタル本体層にアルミ系金属層として３００〜６００ ｎｍのＡｌ-Ｃｕ層（微量の銅を含んだアルミ膜）、上層膜に高融点金属層として１０〜５０ｎｍの膜厚のＴｉＮ（チタンナイトライド）層を形成してメタル層１３〜１５（メタル配線層やメタル遮光層）としている。
【００６１】
このメタル層１４は、以上のように少なくとも３層の構成となっており、電気的に最も寄与している中間層のアルミ系の金属層が電荷検出部８の容量にも大きく関与していることになる。つまり、中間層に対して上層および下層は高融点金属層であって、上層および下層が電荷検出部８上の誘電体層と接触していても、中間層の配線本体部が接触していない構造とすることにより、電荷検出部８の容量増加を大幅に抑えることができる。
【００６２】
このように、電荷検出部８の容量増加を大幅に抑えた上記構成のＣＣＤ型固体撮像素子２０における電荷検出部４および信号出力部５、さらにその周辺部の製造方法について説明する。
【００６３】
図６〜図１０はそれぞれ、本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０における電荷検出部８およびその周辺部のメタル層形成からの製造工程をそれぞれ示す縦断面図である。
【００６４】
まず、図６に示すように、シリコン基板６の表面部に、電荷転送路７を構成するＮ−不純物層と、電荷検出部８を構成するＮ＋不純物層と、リセットドレイン９を構成するＮ＋不純物層とを形成する。次に、各不純物層が形成された基板上に、ゲート転送電極１０と、リセットゲート電極１１とを形成する。さらに、各ゲートが形成された基板全面に絶縁膜１２を形成し、その上にメタル層１３〜１５を形成する。このメタル層１４は電荷検出部８にコンタクトを介して接続され、メタル層１５はリセットドレイン９にコンタクトを介して接続されている。
【００６５】
次に、図７に示すように、メタル層１３〜１５まで形成した基板下地構造上に、電荷検出部８の付近のみでメタル層１３〜１５の中間層を後退させるための部分エッチング用のレジストパターン３１を形成する。このレジストパターン３１のエッチングパターンについては、図３および図４の開口部Ｈ１で示すようなパターンで形成する。この開口部Ｈ１に対応したパターンは、図４に示すように、遮光用メタル（ＧＮＤ電位）であるメタル層１３の一部と、電荷検出部８上方のメタル層１４と、リセットドレイン配線メタルであるメタル層１５の一部と、出力トランジスタ５ａのソース/ドレインメタル配線であるメタル層２３の一部とを含むような開口パターンである。このレジストパターン３１をマスクとしてメタル層の中間層（ここではＡｌ-Ｃｕ膜）を薬液処理（エッチング）することにより、メタル層の中間層をその上下層に比べて所定量だけ後退させる。使用する薬液としては酢酸を主な成分とするメタルエッチング用薬液を使用し、回転させている素子ウェハに薬液を吹き付けるなどの方法によりエッチングを行う（スピンエッチング処理）。エッチング処理の量によりメタル中間層の後退量が決まる訳であるが、本実施形態１においては、５０〜１００ｎｍのメタル後退量となるようにエッチング処理を設定する。この後、中間層の後退量については多すぎると上層の高融点金属層が剥がれたり、折れ曲がったりすることになり、中間層の後退量が少なすぎると、後の保護絶縁膜１６がメタル層と接触して容量増加を招くことになるので、注意して設定する必要がある。
【００６６】
続いて、図８に示すように、図７のレジストパターン３１を除去して、シリコン窒化膜などの保護絶縁膜１６を基板全面に形成する。保護絶縁膜１６の成膜条件としては、低温プラズマＣＶＤ装置において、温度摂氏３００〜４００度、圧力１.５〜３.０Ｔｏｒｒ、高周波ＲＦ電力５００〜１０００Ｗ、低周波ＲＦ電力１００〜７００Ｗ、ＳｉＨ４ガス流量１００〜２００ｓｃｃｍＮＨ３ガス流量２００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量１００００〜１５０００ｓｃｃｍで膜厚２０〜５０ｎｍの条件である。
【００６７】
このようにして、メタル層１３〜１５の中間層のアルミ系金属膜のみを、その上下層に対して後退させることにより、その上に成膜する保護絶縁膜１６との間に隙間ができ（中空構造：Ａｉｒ）、中空の空間層１４ａ、１３ａおよび１５ａにより、周辺のメタル層１３，１５やメタル層１４の上層との間の容量増加もかなりの部分を抑えることができる。
【００６８】
この場合、配線用のメタル層１４、１５の中間層を後退させる箇所であるが、基本的には、素子のメタル層を大幅に後退させてもそれほど問題は無いが、特に、素子配線部などでは配線の導電性（抵抗）などの観点から配線の幅が決められている部分が多く有り、それらの箇所の為には求められる線幅に合うように、予めメタル層の線幅を、後退させる分だけ太く形成しておく必要がある。また、遮光目的でのメタル層１３の形成箇所についても、ある範囲内で遮光の目的があるため、メタル層１３を配置しているのであるから、それらの箇所についても最終的に必要な箇所が遮光できるように、予め太くメタル層１３を形成しておく必要がある。これらの事情により、素子上のメタル層１３〜１５のパターンレイアウトが配置（レイアウト）できない場合には、本実施形態１のメタル層の中間層を後退させる箇所は、レジストパターンニングにより、電荷検出部８の周辺のみに限定する必要がでてくる。
【００６９】
その後、図９に示すように、保護絶縁膜１６上にオンチップ層である透明有機層１７をスピンコートにより成膜する。さらに、カラーフィルタ１８をスピンコートにより成膜して所定形状に形成した後に、その上に透明有機層１７をスピンコートにより成膜する。透明有機層１７は、後のカラーフィルタ１８を形成するための平坦化や、マイクロレンズによる集光の集光高さ調整のために形成する。集光高さについては素子の画素数などにより異なるが、受光部１の開口からマイクロレンズ底部までで３.０〜７.０μｍ程度になるように有機材料層１７の膜厚で調整する。
【００７０】
続いて、この有機材料層１７上にシリコン酸化膜などの材料による表面反射防止膜１９を低温プラズマＣＶＤにより成膜する。この表面反射防止膜１９の成膜条件としては温度摂氏２００〜２５０度、圧力１.５〜３.５Ｔｏｒｒ、ＲＦ電力１５０〜３００Ｗ、ＳｉＨ４・Ｎ２Ｏ・Ｎ２ガスを使用し膜厚１０〜５０ｎｍの条件である。なお、電荷検出部８上方のカラーフィルタ１８は、後のドライエッチング処理で残渣などが残って完全に除去することが困難であるため、カラーフィルタ形成のフォト処理時に予め取り除いている。このため、開口部Ｈ１の形成時にはカラーフィルタ１８を取り除く必要がない。
【００７１】
さらに、図９に示すように、これら全てのオンチップ工程（カラーフィルタ１８やマイクロレンズの形成工程）が完了した後に、電荷検出部８およびその周辺部上方を開口部３２ａで開口するエッチング用のレジストパターン３２を形成する。開口部３２ａは、図３および図４の開口部Ｈ１を形成するためのレジストパターンである。
【００７２】
このレジストパターン３２をマスクとして、ドライエッチング処理を行うことにより、図１０に示すように、反射防止膜１９を構成するシリコン酸化膜さらに透明有機層１７をエッチング除去することにより、電荷検出部８およびその周辺部上方の保護絶縁膜１６上を開口部Ｈ１で開口する。
【００７３】
このドライエッチング処理は、上層よりシリコン酸化膜および透明有機層（アクリル膜）の２ステップのエッチング処理である。その第１ステップのシリコン酸化膜エッチング条件としては、圧力５００〜２０００ｍｔｏｒｒ、ＲＦ電力７５０〜１５００Ｗ、使用ガスＯ２・ＣＨＦ３の条件によりエッチングを行う。その第２ステップとしてアクリル膜を圧力５００〜１５００ｍｔｏｒｒ、ＲＦ電力３００〜７５０Ｗ、使用ガスＯ２・ＣＨＦ３ の条件でエッチングを行う。なお、これらオンチップ工程により成膜した有機層については、素子が外部との信号のやりとりを行う電極パッド部についても同時に除去されている。更に保護絶縁膜１６についても電極パッド部で除去する必要があるので、電荷検出部８とは別の工程などの工夫により取り除く必要がある。
【００７４】
以上のような製造方法により本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０を製造することができる。
【００７５】
即ち、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０の製造方法は、シリコン基板６の表面部に、電荷転送路７を構成するＮ−不純物層と、電荷検出部８を構成するＮ＋不純物層と、リセットドレイン９を構成するＮ＋不純物層とを形成する不純物拡散層形成工程と、各不純物層が形成された基板上に、ゲート転送電極１０とリセットゲート電極１１を形成するゲート電極形成工程と、基板全面に形成された絶縁膜１２上に各種のメタル層１３〜１５を形成するメタル層工程と、メタル層１３〜１５上に、電荷検出部８上方の付近のみ開口するエッチング用のレジストパターン３１を形成する第１レジストパターン形成工程と、このレジストパターン３１をマスクとしてメタル層の中間層（ここではＡｌ-Ｃｕ膜）をエッチングして、メタル層の中間層をその上下層に比べて所定量だけ後退させる第１エッチング処理工程と、シリコン窒化膜などの保護絶縁膜１６を基板全面に形成する保護絶縁膜形成工程と、保護絶縁膜１６上にオンチップ層である透明有機層１７をスピンコートにより成膜する第１透明有機層成膜工程と、カラーフィルタ１８の材料をスピンコートにより成膜してカラーフィルタ１８を所定形状に形成するカラーフィルタ形成工程と、カラーフィルタ１８上に透明有機層１７をスピンコートにより成膜する第２透明有機層成膜工程と、透明有機層１７上にシリコン酸化膜などの材料による表面反射防止膜１９を成膜する表面反射防止膜成膜工程と、電荷検出部８およびその周辺部上方を開口部３２ａで開口するエッチング用のレジストパターン３２を形成する第２レジストパターン形成工程と、このレジストパターン３２をマスクとして、ドライエッチング処理を行って、反射防止膜１９さらに透明有機層１７をエッチング除去して、電荷検出部８およびその周辺部上方の保護絶縁膜１６上を開口部Ｈ１で開口する第２エッチング処理工程とを有している。
【００７６】
以上により、本実施形態１によれば、電荷検出部８およびその近傍部分上方のメタル層１３〜１５のパターンニングまでを形成行った後に、メタル層１３〜１４（ＴｉＮ/ＡｌＣｕ/ＴｉＮ）のうちの中間層のＡｌＣｕのみをエッチング除去する薬液（例えば酢酸が主成分のアルミエッチャント）を使用して中間層のアルミニュウム・銅層の部分のみをウェットエッチングすることにより、中間層のアルミニュウム・銅層のサイドシフトが入った形状とし、この形状の上から保護絶縁膜１６の形成を行うことにより、メタル層１４の中間層側壁と保護絶縁膜１６との間に中空の空間層１４ａを形成することができる。これによって、非常に簡便な方法にて、メタル層１３〜１５上に保護絶縁膜１６を形成しても、電荷検出部８の容量が大幅に増加することもなく、信頼性上も良好なＣＣＤ型固体撮像素子２０を実現できる。
【００７７】
要するに、従来のＣＣＤ型固体撮像素子では、電荷電圧変換部（電荷検出部８）の容量を低減し、変換効率を良くするために、電荷検出部８上の有機膜層１７や保護絶縁膜１６を取り除いていたが、近年の車載用途などの過酷な使用環境においては、外部からの水分侵入などにより、この露出している電荷検出部８およびその周辺部分に起因する不具合が多く発生するため、特性面でも信頼性面でも良好な撮像素子を開発する必要があった。これに対して、電荷検出部８に接続されるメタル層１４の中間層側壁と保護絶縁膜１６との間に中空の空間層１４ａを形成することにより、電荷検出部８の容量増加による信号出力低下を防いで、更に従来の保護絶縁膜１６を残しただけの素子よりも更に信頼性を向上したＣＣＤ型固体撮像素子２０を非常に簡便な方法で実現することができる。
【００７８】
図１１は、本発明の効果（容量および電荷・電圧変換率の計算結果を示す表）と、図１０の電荷検出部８に接続されるメタル層１４の中間層の後退量との間の関係を説明するための図である。図１１（ａ）は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図である。図１１（ｂ）は、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図であって、メタル層の中間層の後退量が０．１μｍ（５０〜１００ｎｍのメタル後退量）の場合を示す図である。図１１（ｃ）は、本実施形態１の変形例のＣＣＤ型固体撮像素子におけるメタル層とその上の保護絶縁膜を示す要部縦断面図であって、メタル層の中間層の後退量が０．２μｍの場合を示す図である。
【００７９】
本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０において、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、メタル層（ＴｉＮ/ＡｌＣｕ/ＴｉＮ）の中間層ＡｌＣｕのみをエッチング除去するのであるが、中間層ＡｌＣｕの幅寸法を、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の幅寸法と同じになるように、予めエッチング除去する両側の後退量Ｘ１分だけ幅を広げて形成しておく。エッチング処理量によりメタル中間層ＡｌＣｕの後退量Ｘ１が決まる訳であるが、本実施形態１においては、５０〜１００ｎｍ（例えば図１１（ｂ）では０．１μｍ）のメタル後退量Ｘ１となるようにエッチング処理量を設定する。中間層ＡｌＣｕの後退量Ｘ１については、前述したように、後退量Ｘが多すぎると（例えば３００ｎｍよりも大きい場合）、上層の高融点金属層が剥がれたり、折れ曲がったりすることになり、中間層ＡｌＣｕの後退量Ｘ１が少なすぎると（例えば５０ｎｍよりも少ない場合）、後の保護絶縁膜１６がメタル層と接触して容量増加を招くことになってしまう。これをより確実に避けるためには、両側のメタル後退量Ｘはそれぞれ、５０〜３００ｎｍに設定できる。本実施形態１の変形例のＣＣＤ型固体撮像素子２０Ａにおいて、２００〜３００ｎｍ（例えば図１１（ｃ）では０．２μｍ）の両側のメタル後退量Ｘ２となるようにエッチング処理量を設定してもよい。この場合、メタル層（ＴｉＮ/ＡｌＣｕ/ＴｉＮ）の上層および下層（ＴｉＮ）の膜厚は１０〜５０ｎｍ、中間層（ＡｌＣｕ）の膜厚は３００〜６００ｎｍ、保護絶縁膜１６の膜厚は２０〜５０ｎｍである。
【００８０】
前述したように、中間層（ＡｌＣｕ）の幅寸法を、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の場合（図１１（ａ）でメタル後退量；０ｎｍ）、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０の場合（図１１（ｂ）でメタル後退量Ｘ１；１００ｎｍ）、および本実施形態１の変形例のＣＣＤ型固体撮像素子２０Ａの場合（図１１（ｃ）でメタル後退量Ｘ２；２００ｎｍ）において同等の幅寸法にして同条件とする。即ち、中間層（ＡｌＣｕ）のメタルサイズを小さくすると、それ自体で容量も小さくなるため、中間層（ＡｌＣｕ）の幅寸法（メタルサイズ）は同じで上層（ＴｉＮ）と下層（ＴｉＮ）の幅寸法のみ大きくして中空構造として容量および電荷・電圧変換率を計算している。これを図１１の表に示している。
【００８１】
浮遊容量Ｃｆは０．２６から０．１７に減少している。全体の容量Ｃｆｄで１．７９から１．７０に減少している。電荷・電圧変換率は、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の場合（図１１（ａ）でメタル後退量；０ｎｍ）に比べて、本実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子２０の場合（図１１（ｂ）でメタル後退量Ｘ１；１００ｎｍ）では約４パーセント減少し、従来のＣＣＤ型固体撮像素子の場合（図１１（ａ）でメタル後退量；０ｎｍ）に比べて、本実施形態１の変形例のＣＣＤ型固体撮像素子２０Ａの場合（図１１（ｃ）でメタル後退量Ｘ２；２００ｎｍ）では５．３パーセント減少している。
【００８２】
（実施形態２）
図１２は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１のＣＣＤ型固体撮像素子からの撮像信号からカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００８３】
図１２において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の固体撮像素子２０または２０Ａからの撮像信号から所定の各種信号処理（色補間処理やガンマ処理など）を施してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００８４】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８５】
したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００８６】
なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部１から読み出されて垂直電荷転送手段２および水平電荷転送手段３により電荷転送された信号電荷を信号電圧に変換する電荷検出部８に接続されたメタル層１４が、少なくとも３層で構成されメタル層１４の中間層は他の上層および下層に比べて線幅が細く形成され、メタル層１４上に保護絶縁膜１６が形成されて、中間層の側壁と保護絶縁膜１６の間に空間層１４ａが形成されている。これによって、非常に簡便かつ低コストな方法で、電荷検出部８の容量を抑制して、電荷検出部８の電圧変換率を低下させることなく、保護絶縁膜１６によりメタル層１４の腐食を防いで高い信頼性を実現することができる本発明の目的を達成することができる。また、本発明の電荷検出部８上のメタル層１４の空間層１４ａは、上記ＣＣＤ型固体撮像素子２０または２０Ａに適用する場合に限らず、ＣＭＯＳ型固体撮像素子の電荷検出部上のメタル層に適用することができる。
【００８７】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、メタル層の中間層の側壁と保護絶縁膜の側壁との間に中空の空間層を形成するため、外部から侵入した水分などを防ぐために保護絶縁膜を形成するが、その保護絶縁膜はメタル膜と直に接触していない構造とすることができて、電荷検出部の変換率を低下させることなく、メタル層の腐食を防いで高い信頼性を実現することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１  受光部（フォトダイオード；画素部）
２  垂直電荷転送手段
３  水平電荷転送手段
４、８  電荷検出部
５  信号出力部
５ａ  出力トランジスタ
６  シリコン基板（半導体基板）
７  電荷転送路
９  リセットドレイン
１０  ゲート転送電極
１０ａ  最終ＯＧゲート
１１  リセットゲート電極
１２  絶縁膜
１３  メタル遮光層（メタル層）
１３ａ、１４ａ、１５ａ  中空の空間層
１４  メタル配線層（メタル層）
１５  リセットドレインメタル配線層（メタル層）
１６  保護絶縁膜
１７  透明有機膜
１８  カラーフィルタ
１９  表面反射防止膜
２０，２０Ａ  ＣＣＤ型固体撮像素子
２１  素子分離層（シリコン酸化膜）
２２  初段出力トランジスタのゲート電極および配線ポリシリコン層
３１、３２  レジストパターン
３１ａ  開口部（レジスト開口）
Ｈ１  開口部
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
【図１】
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【図２】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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