(57)【要約】【課題】電荷保持領域の遮光特性を改善して、電荷保持領域に入射する光による信号電荷量の変動を低減すると共に、配線層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善した固体撮像装置を提供する。【解決手段】この固体撮像装置は、半導体基板に配置された受光素子、電荷保持領域、及び、浮遊拡散領域と、半導体基板における受光素子と電荷保持領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第１の転送ゲートと、半導体基板における電荷保持領域と浮遊拡散領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第２の転送ゲートと、半導体基板上に複数の層間絶縁膜を介して配置された配線を含む配線層と、配線層よりも半導体基板側に配置されて、電荷保持領域を遮光する遮光膜とを備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に配置された受光素子、電荷保持領域、及び、浮遊拡散領域と、
前記半導体基板における前記受光素子と前記電荷保持領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第１の転送ゲートと、
前記半導体基板における前記電荷保持領域と前記浮遊拡散領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第２の転送ゲートと、
前記半導体基板上に複数の層間絶縁膜を介して配置された配線を含む配線層と、
前記配線層よりも前記半導体基板側に配置されて、前記電荷保持領域を遮光する遮光膜と、
を備える固体撮像装置。
【請求項２】
前記遮光膜が、前記第１の転送ゲートの前記ゲート電極に電気的に接続されている、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光膜が、前記第２の転送ゲートの前記ゲート電極に電気的に接続されている、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光膜が、低電位側の電源電位が供給される配線に電気的に接続されている、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
１列に配置された４つの受光素子と、
前記４つの受光素子に対応して配置された４つの電荷保持領域、４つの浮遊拡散領域、４つの第１の転送ゲート、及び、４つの第２の転送ゲートと、
前記４つの電荷保持領域を遮光する遮光層と、
を備え、前記４つの浮遊拡散領域が、１つのバッファートランジスターのゲート電極に電気的に接続されている、請求項１〜４のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
ロジック回路が配置された領域において、前記遮光膜と同じ高さに配置された配線をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記遮光膜が、ロジック回路が配置された領域における配線層から独立した層に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記遮光膜が、アルミニウム又は銅を含む第１の層と、前記第１の層の前記半導体基板側に配置され、窒化チタンを含む第２の層とを有する、請求項１〜７のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２の層の膜厚が、５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内である、請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記遮光膜が、前記第２の層の前記半導体基板側に配置され、チタンを含む第３の層をさらに有する、請求項８又は９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項記載の固体撮像装置を備える電子機器。
【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、それを用いた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来は、固体撮像装置としてＣＣＤが主流であったが、近年においては、低電圧で駆動でき、且つ、周辺回路も混載できるＣＭＯＳセンサーの発展が著しい。ＣＭＯＳセンサーは、完全転送技術や暗電流防止構造等の製造プロセスによる対策や、ＣＤＳ（correlated double sampling：相関２重サンプリング）等の回路による対策等がなされ、今や、ＣＣＤを質量共に凌ぐデバイスに成長している。ＣＭＯＳセンサーの飛躍の要因は、画質が大きく改善されたことであるが、その内の１つに、電荷転送技術の改善がある。
【０００３】
関連する技術として、特許文献１には、信号電荷の完全転送を実現可能な半導体素子を画素として複数個配列して、高い空間解像度を有する固体撮像装置が開示されている。この半導体素子は、第１導電型の半導体領域と、半導体領域の上部に埋め込まれ、光を入射する第２導電型の受光用表面埋込領域と、半導体領域の上部に埋め込まれ、受光用表面埋込領域によって生成された信号電荷を蓄積する第２導電型の電荷蓄積領域と、電荷蓄積領域に蓄積された信号電荷を受け入れる電荷読み出し領域と、受光用表面埋込領域から電荷蓄積領域に信号電荷を転送する第１の電位制御手段と、電荷蓄積領域から電荷読み出し領域に信号電荷を転送する第２の電位制御手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３６４７号公報（段落０００６−０００７、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の図３には、多層配線構造をなす複数の層間絶縁膜の内のいずれかの上部に設けられたアルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜で構成された遮光膜４１が示されている。遮光膜４１の開口部４２は、フォトダイオードＤ１を構成している受光カソード領域１１ａの直下の半導体基板１で光電荷が生じるように選択的に設けられている。
【０００６】
しかしながら、遮光膜４１と半導体基板１との間の距離によっては、受光カソード領域１１ａの隣に位置する電荷蓄積領域１２ａの遮光特性が十分に得られず、電荷蓄積領域１２ａにも光が入射して、電荷読み出し領域１３に転送される信号電荷の量が変動するおそれがある。
【０００７】
また、電荷蓄積領域（以下においては、電荷保持領域ともいう）と配線層の配線との間の容量結合によって、配線層の信号配線又は制御配線の電位変化が電荷保持領域の電位に影響を及ぼしてポテンシャル分布が乱れ、画素間における転送特性のばらつきが生じるおそれもある。
【０００８】
本発明の幾つかの態様は、電荷保持領域の遮光特性を改善して、電荷保持領域に入射する光による信号電荷量の変動を低減すると共に、電荷保持領域と配線層の配線との間の容量結合を低減して、配線層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善した固体撮像装置を提供することに関連している。さらに、本発明の幾つかの態様は、そのような固体撮像装置を用いた電子機器等を提供することに関連している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、半導体基板に配置された受光素子、電荷保持領域、及び、浮遊拡散領域と、半導体基板における受光素子と電荷保持領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第１の転送ゲートと、半導体基板における電荷保持領域と浮遊拡散領域との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極を有する第２の転送ゲートと、半導体基板上に複数の層間絶縁膜を介して配置された配線を含む配線層と、配線層よりも半導体基板側に配置されて、電荷保持領域を遮光する遮光膜とを備える。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、配線層よりも半導体基板側に遮光膜を配置することにより、電荷保持領域の遮光特性を改善して、電荷保持領域に入射する光による信号電荷量の変動を低減することができる。また、電荷保持領域と配線層の配線との間の容量結合を低減して、配線層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善することができる。
【００１１】
ここで、遮光膜が、第１の転送ゲートのゲート電極に電気的に接続されていても良い。その場合には、例えば、第１の転送ゲートのゲート電極にハイレベルの制御信号が供給されて第１の転送ゲートがオン状態となる際に、遮光膜が形成する電界の影響によって電荷保持領域のポテンシャルが高くなるので、負の電荷を有する電子が受光素子から電荷保持領域に転送され易くなる。
【００１２】
あるいは、遮光膜が、第２の転送ゲートのゲート電極に電気的に接続されていても良い。その場合には、例えば、第１の転送ゲートのゲート電極にハイレベルの制御信号が供給されて第１の転送ゲートがオン状態となる際に、第２の転送ゲートのゲート電極にローレベルの制御信号が供給される。従って、遮光膜の上層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響を低減して、電荷保持領域のポテンシャル分布を安定させることができる。
【００１３】
あるいは、遮光膜が、低電位側の電源電位が供給される配線に電気的に接続されていても良い。その場合には、遮光膜の電位が常に一定となるので、遮光膜の上層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響を低減して、電荷保持領域のポテンシャル分布を安定させることができる。
【００１４】
以上において、固体撮像装置が、１列に配置された４つの受光素子と、４つの受光素子に対応して配置された４つの電荷保持領域、４つの浮遊拡散領域、４つの第１の転送ゲート、及び、４つの第２の転送ゲートと、４つの電荷保持領域を遮光する遮光層とを備え、４つの浮遊拡散領域が、１つのバッファートランジスターのゲート電極に電気的に接続されていても良い。その場合には、１つの遮光層で４つの電荷保持領域を遮光することができる。
【００１５】
また、固体撮像装置が、ロジック回路が配置された領域において、遮光膜と同じ高さに配置された配線をさらに備えるようにしても良い。その場合には、遮光膜とロジック回路の配線とを同時に形成することにより、固体撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１６】
あるいは、遮光膜が、ロジック回路が配置された領域における配線層から独立した層に配置されていても良い。その場合には、例えば、ロジック回路の配線よりも低い位置に遮光膜を配置することにより、電荷保持領域の遮光特性をさらに改善し、又は、電荷保持領域と配線層の配線との間の容量結合をさらに低減することができる。
【００１７】
さらに、遮光膜が、アルミニウム又は銅を含む第１の層と、第１の層の半導体基板側に配置され、窒化チタンを含む第２の層とを有するようにしても良い。窒化チタンは、アルミニウム、銅、又は、それらの合金よりも光を反射し難い性質を有している。従って、窒化チタンを含む第２の層を第１の層の半導体基板側に配置することにより、半導体基板の主面で反射した後に遮光膜の下面で再度反射して電荷保持領域に入射する光の量を低減することができる。
【００１８】
ここで、第２の層の膜厚が、５０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲内であることが望ましい。それにより、第２の層が、光を反射し難い窒化チタンの性質を発揮するために必要かつ十分な膜厚を有することになる。また、遮光膜が、第２の層の半導体基板側に配置され、チタンを含む第３の層をさらに有しても良い。その場合には、窒化チタンを含む第２の層の下地層に対する接合性を、チタンを含む第３の層によって改善することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様に係る電子機器は、上記いずれかの固体撮像装置を備える。本発明の第２の態様によれば、電荷保持領域に入射する光による信号電荷量の変動を低減すると共に、配線層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善した固体撮像装置を用いることにより、被写体を撮像して得られる画像データの画質が改善された電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＣＩＳモジュールの構成例を示す斜視図。
【図２】ＣＩＳモジュールを用いたスキャナー装置の構成例を示すブロック図。
【図３】イメージセンサーチップの構成例を示すブロック図。
【図４】１画素分の画素部及び読み出し回路部の等価回路を示す回路図。
【図５】ラインセンサーにおける単位ブロックの例を示す回路図。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図７】図６に示すVII−VIIにおける断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図１１】複数の単位ブロックに亘って連続的に配置された遮光膜を示す平面図。
【図１２】本発明の第２の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図１３】本発明の第３の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図１５】図１４に示すXV−XVにおける断面図。
【図１６】本発明の第４の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の断面図。
【図１８】遮光膜の例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
＜電子機器＞
以下においては、本発明の一実施形態に係る電子機器として、本発明のいずれかの実施形態に係る固体撮像装置（イメージセンサーチップ）を含むコンタクトイメージセンサー（ＣＩＳ）モジュールを用いたＣＩＳ方式のスキャナー装置について説明する。
【００２２】
図１は、ＣＩＳモジュールの構成例を示す斜視図であり、図２は、図１に示すＣＩＳモジュールを用いたスキャナー装置の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、ＣＩＳモジュール１０は、原稿１に光を照射するライトガイド１１と、原稿１からの反射光を結像させるレンズアレイ１２と、結像位置に配置されるフォトダイオード等の受光素子を有するイメージセンサー１３とを含んでいる。
【００２３】
図１及び図２を参照すると、ＣＩＳモジュール１０は、ライトガイド１１の端部に入射する光を生成する光源１４を含んでいる。カラースキャナーの場合には、光源１４が、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び、青色（Ｂ）のＬＥＤを含んでいる。３色のＬＥＤは、時分割でパルス点灯される。ライトガイド１１は、光源１４によって生成される光が主走査方向Ａに沿った原稿１の領域に照射されるように光を案内する。
【００２４】
レンズアレイ１２は、例えば、ロッドレンズアレイ等で構成される。イメージセンサー１３は、主走査方向Ａに沿って複数の画素を有しており、ライトガイド１１及びレンズアレイ１２と共に、副走査方向Ｂに移動する。
【００２５】
図２に示すように、イメージセンサー１３は、複数のイメージセンサーチップ２０を直列接続して構成されても良い。副走査方向Ｂに移動可能なＣＩＳモジュール１０は、フレキシブル配線１５を介して、スキャナー装置に固定されたメイン基板１６に接続されている。メイン基板１６には、システムオンチップ（ＳｏＣ）１７と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１８と、電源回路１９とが搭載されている。
【００２６】
システムオンチップ１７は、ＣＩＳモジュール１０に制御信号及びクロック信号等を供給する。ＣＩＳモジュール１０によって生成される画素信号は、アナログフロントエンド１８に供給される。アナログフロントエンド１８は、アナログの画素信号をアナログ／デジタル変換し、デジタルの画素データをシステムオンチップ１７に出力する。
【００２７】
電源回路１９は、システムオンチップ１７及びアナログフロントエンド１８に電源電圧を供給すると共に、ＣＩＳモジュール１０に電源電圧及び基準電圧等を供給する。なお、アナログフロントエンド１８、電源回路１９の一部、又は、光源ドライバー等を、ＣＩＳモジュール１０に搭載しても良い。
【００２８】
＜固体撮像装置＞
図３は、本発明のいずれかの実施形態に係る固体撮像装置であるイメージセンサーチップの構成例を示すブロック図である。図３に示すように、イメージセンサーチップ２０は、画素部３０と、読み出し回路部４０と、制御回路部５０とを含み、さらに、キャパシター６１〜６４を含んでも良い。
【００２９】
画素部３０において、複数の画素にそれぞれの受光素子（例えば、フォトダイオード）が配置されている。読み出し回路部４０は、画素部３０から出力される信号電荷を信号電圧に変換して画素情報を読み出す。制御回路部５０は、読み出し回路部４０の出力電圧に基づいて画素信号を生成するための制御を行う。例えば、制御回路部５０は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ：correlated double sampling）回路５１と、出力回路５２と、ロジック回路５３とを含んでいる。
【００３０】
相関二重サンプリング回路５１は、読み出し回路部４０の出力電圧を相関二重サンプリング処理する。即ち、相関二重サンプリング回路５１は、リセット直後の電圧と露光後の電圧とをサンプリングし、それらの差分処理を行うことにより、リセット雑音をキャンセルして、光の強度に応じた出力電圧を生成する。出力回路５２は、相関二重サンプリング回路５１の出力電圧に基づいて画素信号を生成して出力する。ロジック回路５３には、図２に示すシステムオンチップ１７から制御信号及びクロック信号等が供給される。
【００３１】
キャパシター６１は、イメージセンサーチップ２０の第１の領域ＡＲ１に配置された高電位側の電源電位の配線と低電位側の電源電位の配線との間に接続されて、電源電圧を安定化する。また、キャパシター６２〜６４は、イメージセンサーチップ２０の第２の領域ＡＲ２に配置された高電位側の電源電位の配線と低電位側の電源電位の配線との間に接続されて、電源電圧を安定化する。
【００３２】
＜画素部及び読み出し回路部＞
図４は、１画素分の画素部及び読み出し回路部の等価回路を示す回路図である。図３に示す画素部３０の１つの画素には、光電変換機能を有する受光素子として、例えば、フォトダイオードＰＤが配置されている。フォトダイオードＰＤは、入射した光の強度に応じた信号電荷を生成して蓄積する。
【００３３】
フォトダイオードＰＤから信号電荷を読み出すために、図３に示す読み出し回路部４０は、第１の転送ゲートである前段転送ゲートＴＧ１と、電荷保持容量Ｃ１と、第２の転送ゲートである後段転送ゲートＴＧ２と、電荷保持容量Ｃ２とを含んでいる。さらに、読み出し回路部４０は、読み出し用バッファーアンプを構成するトランジスター（本願においては、バッファートランジスターともいう）ＱＮ１と、リセットトランジスターＱＮ２と、選択トランジスターＱＮ３とを含んでいる。なお、ラインセンサーにおいて、読み出し回路部４０の最終段にアナログシフトレジスターが設けられる場合には、選択トランジスターＱＮ３をアナログシフトレジスターに含めることができる。
【００３４】
ここで、前段転送ゲートＴＧ１は、フォトダイオードＰＤのカソードとストレージダイオードのカソード（電荷保持領域ＣＨ）とをソース及びドレインとするＮチャネルＭＯＳトランジスターの一部を構成している。また、ストレージダイオードは、電荷保持容量Ｃ１を構成している。
【００３５】
さらに、後段転送ゲートＴＧ２は、電荷保持領域ＣＨとＰ型の半導体層に配置されたＮ型の浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）ＦＤとをソース及びドレインとするＮチャネルＭＯＳトランジスターの一部を構成している。また、Ｐ型の半導体層及びＮ型の浮遊拡散領域ＦＤは、電荷保持容量Ｃ２を構成している。なお、本願において、半導体層とは、半導体基板、半導体基板に形成されたウェル、又は、半導体基板上に形成されたエピタキシャル層のことをいう。
【００３６】
フォトダイオードＰＤ、前段転送ゲートＴＧ１、及び、後段転送ゲートＴＧ２は、低電位側の電源電位ＶＳＳの配線とバッファートランジスターＱＮ１のゲート電極との間に直列に接続されている。また、バッファートランジスターＱＮ１のドレインは、高電位側の電源電位ＶＤＤの配線に接続されている。以下においては、電源電位ＶＳＳが接地電位０Ｖであるものとする。
【００３７】
リセットトランジスターＱＮ２は、電源電位ＶＤＤの配線に接続されたドレインと、バッファートランジスターＱＮ１のゲート電極に接続されたソースと、リセット信号ＲＳＴが供給されるゲート電極とを有している。また、選択トランジスターＱＮ３は、バッファートランジスターＱＮ１のソースに接続されたドレインと、読み出し回路部４０の出力端子に接続されたソースと、画素選択信号ＳＥＬが供給されるゲート電極とを有している。
【００３８】
前段転送ゲートＴＧ１は、制御信号Ｔｘ１がハイレベルに活性化されたときに、フォトダイオードＰＤに蓄積された信号電荷を電荷保持容量Ｃ１に転送する。電荷保持容量Ｃ１は、前段転送ゲートＴＧ１によって転送された信号電荷を保持する。制御信号Ｔｘ１がローレベルに非活性化された後に、制御信号Ｔｘ２がハイレベルに活性化される。後段転送ゲートＴＧ２は、制御信号Ｔｘ２がハイレベルに活性化されたときに、電荷保持容量Ｃ１に保持された信号電荷を電荷保持容量Ｃ２に転送する。電荷保持容量Ｃ２は、後段転送ゲートＴＧ２によって転送された信号電荷を保持し、信号電荷を信号電圧に変換する。
【００３９】
リセットトランジスターＱＮ２は、リセット信号ＲＳＴがハイレベルに活性化されたときに、バッファートランジスターＱＮ１のゲート電位を初期状態の電位（例えば、電源電位ＶＤＤ）にリセットする。リセットが解除されると、バッファートランジスターＱＮ１は、電荷保持容量Ｃ２の両端間の信号電圧に応じた出力電圧をソースから出力する。
【００４０】
選択トランジスターＱＮ３は、画素選択信号ＳＥＬがハイレベルに活性化されたときに、バッファートランジスターＱＮ１の出力電圧を選択する。それにより、バッファートランジスターＱＮ１の出力電圧が、選択トランジスターＱＮ３を介して読み出し回路部４０の出力端子に出力されて出力電圧Ｖｓとなる。
【００４１】
＜画素部及び読み出し回路部の単位ブロック＞
図５は、ラインセンサーにおける画素部及び読み出し回路部の単位ブロックの例を示す回路図である。図５に示すように、主走査方向Ａにおいて連続する４つのフォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄと、それらのフォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄから転送される信号電荷を信号電圧に変換して画素情報を読み出す読み出し回路部とが、１つの単位ブロック４０Ａを構成している。例えば、１つのラインセンサーに設けられる単位ブロック４０Ａの数は、２１６個である。
【００４２】
単位ブロック４０Ａの読み出し回路部は、４つの前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄと、４つの後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄと、１つのバッファートランジスターＱＮ１と、１つのリセットトランジスターＱＮ２とを含んでいる。即ち、１つのバッファートランジスターＱＮ１及び１つのリセットトランジスターＱＮ２が、４つのフォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄで共用される。
【００４３】
ここで、解像度のモードに拘わらず、４つの前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄは、同時にオン状態に制御される。一方、４つのフォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄの各々が１画素を構成するので、４つの後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄは、異なるタイミングでオン状態に制御される。それにより、４つのフォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄの信号電荷にそれぞれ応じた４つの出力電圧が、単位ブロック４０Ａから時分割で出力される。
【００４４】
図５には、４つの前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄに共通に供給される制御信号Ｔｘ１と、４つの後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄにそれぞれ供給される４つの制御信号Ｔｘ２ａ〜Ｔｘ２ｄとが示されている。上述した通り、４つの前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄが同時にオンするために、共通の制御信号Ｔｘ１が供給される。
【００４５】
ここで、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄに供給される制御信号Ｔｘ１と、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄにそれぞれ供給される制御信号Ｔｘ２ａ〜Ｔｘ２ｄとにおいて、ハイレベルの電位が相違しても良い。例えば、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄに供給される制御信号Ｔｘ１のハイレベルは、電源電位ＶＤＤよりも高い電位を有している。
【００４６】
即ち、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄに電源電位ＶＤＤよりも高い電位を有する制御信号Ｔｘ１を供給すれば、オン時の前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄは、規定値以下の露光強度では電荷転送能力が飽和することがなく、あるいは、飽和レベルを向上させることができる。従って、フォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄに蓄積された信号電荷を高い転送能力で転送して、コントラストの高い画像を形成することができる。
【００４７】
一方、制御信号Ｔｘ２ａ〜Ｔｘ２ｄは、図５に示すように、ＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄから後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄにそれぞれ供給される。ＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄは、単位ブロック４０Ａを選択するためのブロック選択信号Ｔｘ２及びＴｘ２ｒに従ってオン状態となり、タイミング信号Ｔｘ２ａ１〜Ｔｘ２ｄ１を制御信号Ｔｘ２ａ〜Ｔｘ２ｄとして単位ブロック４０Ａに供給する。その際に、電圧降下を生じることなく制御信号Ｔｘ２ａ〜Ｔｘ２ｄが生成されるので、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄの転送能力を高めることができる。
【００４８】
図５においては、ＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄとして、ＰチャネルＭＯＳトランジスター及びＮチャネルＭＯＳトランジスターで構成されるアナログスイッチ（トランスミッションゲート）が用いられているが、ＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄの構成は、これに限定されない。例えば、ＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄとして、クロックドＣＭＯＳ論理回路やアンドゲート回路等、電圧降下を生じない回路を用いることができる。
【００４９】
＜第１の実施形態＞
図６は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の一部の平面図であり、図７は、図６に示すVII−VIIにおける断面図である。第１の実施形態に係る固体撮像装置は、複数の画素が１列に配置されたラインセンサーである。図６には、図５に示す画素部及び読み出し回路部の単位ブロックの構成が示されている。
【００５０】
図６及び図７に示すように、この固体撮像装置は、Ｎ型の半導体基板（Ｎｓｕｂ）１００と、半導体基板１００内に形成されたＰウェル（Ｐ−−）１１０と、Ｐウェル１１０内に形成されたＮ型の不純物領域（Ｎ−）１２１、電荷保持領域（ＣＨ）１２２、及び、浮遊拡散領域（ＦＤ）１２３とを備えている。電荷保持領域１２２及び浮遊拡散領域１２３は、高濃度のＮ型の不純物領域（Ｎ＋）である。
【００５１】
半導体基板１００としては、例えば、燐（Ｐ）若しくは砒素（Ａｓ）等のＮ型の不純物を含むシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。また、Ｐウェル１１０は、例えば、半導体基板１００にボロン（Ｂ）等のＰ型の不純物イオンを注入し、熱処理を施すことによって不純物を熱拡散して形成される。
【００５２】
フォトダイオードＰＤａは、Ｐウェル１１０で構成されたアノードと、Ｎ型の不純物領域１２１で構成されたカソードとを有している。Ｎ型の不純物領域１２１又は電荷保持領域１２２の上部には、高濃度のＰ型の不純物領域（ピニング層）が配置されても良い。ピニング層を設ける場合には、Ｎ型の不純物領域１２１又は電荷保持領域１２２において発生する暗電流を低減することができる。
【００５３】
このように、固体撮像装置は、半導体基板１００に配置された受光素子（フォトダイオードＰＤａ）、電荷保持領域１２２、及び、浮遊拡散領域１２３を備えている。また、固体撮像装置は、半導体基板１００における受光素子と電荷保持領域１２２との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極１４１を有する前段転送ゲートＴＧ１ａと、半導体基板１００における電荷保持領域１２２と浮遊拡散領域１２３との間の領域上にゲート絶縁膜を介して配置されたゲート電極１４２を有する後段転送ゲートＴＧ２ａとを備えている。
【００５４】
ゲート電極１４１及び１４２は、例えば、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン等で構成される。また、図６には、バッファートランジスターＱＮ１及びリセットトランジスターＱＮ２も示されている。
【００５５】
さらに、固体撮像装置は、半導体基板１００上に複数の層間絶縁膜を介して配置された配線（信号配線又は制御配線）を含む配線層と、配線層よりも半導体基板１００側に配置されて、電荷保持領域１２２を遮光する遮光膜とを備えている。即ち、遮光膜は、配線層の配線と半導体基板１００との間に配置されている。ここで、層間絶縁膜は、２層でも良いし、３層以上でも良い。
【００５６】
図７には、一例として、半導体基板１００上に配置された層間絶縁膜１５０と、層間絶縁膜１５０上に配置された遮光膜１６１を含む遮光層と、層間絶縁膜１５０及び遮光層上に配置された層間絶縁膜１７０と、層間絶縁膜１７０上に配置された配線（信号配線又は制御配線）１８１〜１８４を含む配線層とが示されている。遮光膜１６１は、配線層よりも半導体基板１００側に配置されて、電荷保持領域１２２を遮光している。
【００５７】
層間絶縁膜１５０及び１７０は、例えば、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass）又はシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等で構成される。また、遮光膜１６１及び配線１８１〜１８４は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等を含んでいる。
【００５８】
上記の構成によれば、配線層よりも半導体基板１００側に遮光膜１６１を配置することにより、電荷保持領域１２２の遮光特性を改善して、電荷保持領域１２２に入射する光による信号電荷量の変動を低減することができる。また、電荷保持領域１２２と配線層の配線１８１〜１８４との間の容量結合を低減して、配線層の配線の電位変化が電荷保持領域の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善することができる。
【００５９】
また、図６に示すフォトダイオードＰＤｂ〜ＰＤｄ等の構成は、図７に示すフォトダイオードＰＤａ等の構成と同一である。従って、固体撮像装置は、図６に示す単位ブロックにおいて、１列に配置された４つの受光素子（フォトダイオードＰＤａ〜ＰＤｄ）と、４つの受光素子に対応して配置された４つの電荷保持領域１２２、４つの浮遊拡散領域１２３、４つの前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄ、及び、４つの後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄとを備えている。
【００６０】
４つの浮遊拡散領域１２３は、１つのバッファートランジスターＱＮ１のゲート電極に電気的に接続されている。さらに、固体撮像装置は、４つの電荷保持領域１２２を遮光する遮光層を備えている。その場合には、１つの遮光層で４つの電荷保持領域１２２を遮光することができる。例えば、遮光層は、４つの電荷保持領域１２２をそれぞれ遮光する４つの遮光膜１６１を含んでいる。
【００６１】
層間絶縁膜１５０に形成されたコンタクトホール内には、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は、銅（Ｃｕ）等を含む複数のコンタクトプラグ１５１及び１５２が配置されている。
【００６２】
第１の実施形態においては、遮光膜１６１が、コンタクトプラグ１５１を介して、前段転送ゲートＴＧ１ａのゲート電極１４１に電気的に接続されている。その場合には、前段転送ゲートＴＧ１ａのゲート電極１４１にハイレベルの制御信号が供給されて前段転送ゲートＴＧ１ａがオン状態となる際に、遮光膜１６１が形成する電界の影響によって電荷保持領域１２２のポテンシャルが高くなるので、負の電荷を有する電子が受光素子（例えば、フォトダイオードＰＤａ）から電荷保持領域１２２に転送され易くなる。
【００６３】
なお、遮光層には、信号配線１６２が配置されても良い。信号配線１６２は、コンタクトプラグ１５２を介して浮遊拡散領域１２３とバッファートランジスターＱＮ１（図６）のゲート電極とを電気的に接続している。
【００６４】
＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図である。第２の実施形態においては、遮光膜１６１が、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１５３を介して、後段転送ゲートＴＧ２ａのゲート電極１４２に電気的に接続されている。その他の点に関しては、第２の実施形態は、第１の実施形態と同様でも良い。
【００６５】
その場合には、前段転送ゲートＴＧ１ａのゲート電極１４１にハイレベルの制御信号が供給されて前段転送ゲートＴＧ１ａがオン状態となる際に、後段転送ゲートＴＧ２ａのゲート電極１４２にローレベルの制御信号が供給される。従って、遮光膜１６１の上層の配線１８１〜１８４の電位変化が電荷保持領域１２２の電位に及ぼす影響を低減して、電荷保持領域１２２のポテンシャル分布を安定させることができる。
【００６６】
＜第３の実施形態＞
図９は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の一部の断面図である。第３の実施形態においては、遮光膜１６１が、遮光層又は配線層において、低電位側の電源電位ＶＳＳが供給される配線に電気的に接続されている。その他の点に関しては、第３の実施形態は、第１の実施形態と同様でも良い。
【００６７】
その場合には、遮光膜１６１の電位が常に一定となるので、遮光膜１６１の上層の配線１８１〜１８４の電位変化が電荷保持領域１２２の電位に及ぼす影響を低減して、電荷保持領域１２２のポテンシャル分布を安定させることができる。
【００６８】
＜第１の実施形態の変形例＞
図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図である。図１０には、図６に示す構成要素に加えて、遮光膜１６１及び配線１８１〜１８４の具体的な配置例が示されている。その他の点に関しては、第１の実施形態の変形例は、第１の実施形態と同様でも良い。
【００６９】
層間絶縁膜１５０（図７）上の遮光層に配置された遮光膜１６１は、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１５１ａ〜１５１ｄを介して、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄのゲート電極１４１に電気的に接続されている。それにより、１つの遮光膜１６１で複数の電荷保持領域１２２を遮光することができる。
【００７０】
さらに、図１１に示すように、複数の単位ブロック４０Ａに亘って遮光膜１６１が連続的に配置されるようにしても良い。それにより、１つの遮光膜１６１で複数の単位ブロック４０Ａの電荷保持領域１２２を遮光することができる。その場合に、遮光膜１６１は、複数の単位ブロック４０Ａにおいて、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄのゲート電極１４１に共通に接続されることになる。
【００７１】
また、層間絶縁膜１７０（図７）上の配線層に配置された配線１８１〜１８４は、層間絶縁膜１７０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１７１ａ〜１７１ｄ及び層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置された４つのコンタクトプラグ（図示せず）を介して、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄのゲート電極１４２にそれぞれ電気的に接続されている。それにより、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄを個別に制御することができる。
【００７２】
＜第２の実施形態の変形例＞
図１２は、本発明の第２の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図である。図１２には、図６に示す構成要素に加えて、遮光膜１６１ａ〜１６１ｄ及び配線１８０〜１８４の具体的な配置例が示されている。その他の点に関しては、第２の実施形態の変形例は、第２の実施形態と同様でも良い。
【００７３】
層間絶縁膜１７０（図８）上の配線層に配置された配線１８０は、層間絶縁膜１７０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１７０ａ〜１７０ｄ及び層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置された４つのコンタクトプラグ（図示せず）を介して、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄのゲート電極１４１に電気的に接続されている。
【００７４】
層間絶縁膜１７０上の配線層に配置された配線１８１〜１８４は、層間絶縁膜１７０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１７１ａ〜１７１ｄを介して、層間絶縁膜１５０（図８）上の遮光層に配置された遮光膜１６１ａ〜１６１ｄにそれぞれ電気的に接続されている。
【００７５】
さらに、遮光膜１６１ａ〜１６１ｄは、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置された４つのコンタクトプラグ（図示せず）を介して、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄのゲート電極１４２にそれぞれ電気的に接続されている。それにより、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄを個別に制御することができる。
【００７６】
＜第３の実施形態の変形例＞
図１３は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図である。図１３には、図６に示す構成要素に加えて、遮光膜１６１及び配線１８０〜１８４の具体的な配置例が示されている。その他の点に関しては、第３の実施形態の変形例は、第３の実施形態と同様でも良い。
【００７７】
層間絶縁膜１７０（図９）上の配線層に配置された配線１８０は、層間絶縁膜１７０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１７０ａ〜１７０ｄ及び層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置された４つのコンタクトプラグ（図示せず）を介して、前段転送ゲートＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄのゲート電極１４１に電気的に接続されている。
【００７８】
層間絶縁膜１５０（図９）上の遮光層に配置された遮光膜１６１は、遮光層又は配線層において、低電位側の電源電位ＶＳＳが供給される配線に電気的に接続されている（図９参照）。それにより、１つの遮光膜１６１で複数の電荷保持領域１２２を遮光することができる。
【００７９】
さらに、図１１に示すように、複数の単位ブロック４０Ａに亘って遮光膜１６１が連続的に配置されるようにしても良い。それにより、１つの遮光膜１６１で複数の単位ブロック４０Ａの電荷保持領域１２２を遮光することができる。その場合に、遮光膜１６１は、複数の単位ブロック４０Ａにおいて、低電位側の電源電位が供給される配線に共通に接続されることになる。
【００８０】
また、層間絶縁膜１７０上の配線層に配置された配線１８１〜１８４は、層間絶縁膜１７０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１７１ａ〜１７１ｄ及び層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置された４つのコンタクトプラグ（図示せず）を介して、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄのゲート電極１４２にそれぞれ電気的に接続されている。それにより、後段転送ゲートＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄを個別に制御することができる。
【００８１】
＜第４の実施形態＞
図１４は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の一部の平面図であり、図１５は、図１４に示すXV−XVにおける断面図である。第４の実施形態に係る固体撮像装置は、複数の画素が２次元マトリクス状に配置されたエリアセンサーである。図１４には、１画素分の画素部及び読み出し回路部の構成が示されており、その等価回路は、図４に示す等価回路と同様である。
【００８２】
エリアセンサーは、複数のラインに配置された画素部及び読み出し回路部を有しており、それらのラインの受光素子からそれぞれの電荷保持領域ＣＨ（以下、図４を参照）に、同時に信号電荷が転送される。この機能は、グローバルシャッター（電子シャッター）と呼ばれている。
【００８３】
その後、順次選択されたラインの電荷保持領域ＣＨに保持されている信号電荷が浮遊拡散領域ＦＤに転送され、選択トランジスターＱＮ３がオン状態となって、バッファートランジスターＱＮ１の出力電圧が、選択トランジスターＱＮ３を介して読み出し回路部の出力端子に出力される。
【００８４】
図１４及び図１５に示すように、この固体撮像装置は、Ｎ型の半導体基板（Ｎｓｕｂ）１００と、半導体基板１００内に形成されたＰウェル（Ｐ−−）１１０と、Ｐウェル１１０内に形成されたＮ型の不純物領域１２１及び１２４〜１２６、電荷保持領域（ＣＨ）１２２、及び、浮遊拡散領域（ＦＤ）１２３とを備えている。フォトダイオードＰＤは、Ｐウェル１１０で構成されたアノードと、Ｎ型の不純物領域（Ｎ−）１２１で構成されたカソードとを有している。
【００８５】
図１４に示す浮遊拡散領域１２３は、リセットトランジスターＱＮ２のソースを構成する。また、Ｎ型の不純物領域１２４は、リセットトランジスターＱＮ２のドレインを構成すると共に、バッファートランジスターＱＮ１のドレインを構成する。Ｎ型の不純物領域１２５は、バッファートランジスターＱＮ１のソースを構成すると共に、選択トランジスターＱＮ３のドレインを構成する。Ｎ型の不純物領域１２６は、選択トランジスターＱＮ３のソースを構成する。
【００８６】
Ｐウェル１１０が形成された半導体基板１００におけるＮ型の不純物領域１２１と電荷保持領域１２２との間の領域上には、ゲート絶縁膜を介して、前段転送ゲートＴＧ１のゲート電極１４１が配置されている。半導体基板１００における電荷保持領域１２２と浮遊拡散領域１２３との間の領域上には、ゲート絶縁膜を介して、後段転送ゲートＴＧ２のゲート電極１４２が配置されている。
【００８７】
同様に、浮遊拡散領域１２３とＮ型の不純物領域１２４との間の領域上には、ゲート絶縁膜を介して、リセットトランジスターＱＮ２のゲート電極１４３が配置されている。Ｎ型の不純物領域１２４とＮ型の不純物領域１２５との間の領域上には、ゲート絶縁膜を介して、バッファートランジスターＱＮ１のゲート電極１４４が配置されている。Ｎ型の不純物領域１２５とＮ型の不純物領域１２６との間の領域上には、ゲート絶縁膜を介して、選択トランジスターＱＮ３のゲート電極１４５が配置されている。ゲート電極１４１〜１４５は、例えば、不純物がドープされて導電性を有するポリシリコン等で構成される。
【００８８】
さらに、固体撮像装置は、例えば、図１５に示すように、半導体基板１００上に配置された層間絶縁膜１５０と、層間絶縁膜１５０上に配置された遮光膜１６１を含む遮光層と、層間絶縁膜１５０及び遮光層上に配置された層間絶縁膜１７０と、層間絶縁膜１７０上に配置された配線１８１〜１８４を含む配線層とを備えている。遮光膜１６１は、配線層よりも半導体基板１００側に配置されて、電荷保持領域１２２を遮光する。
【００８９】
図１５においては、第１の実施形態と同様に、遮光膜１６１が、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１５１を介して前段転送ゲートＴＧ１のゲート電極１４１に電気的に接続されている。あるいは、遮光膜１６１は、第２の実施形態と同様に、後段転送ゲートＴＧ２のゲート電極１４２に電気的に接続されても良いし、第３の実施形態と同様に、低電位側の電源電位が供給される配線に電気的に接続されても良い。
【００９０】
＜第４の実施形態の変形例＞
図１６は、本発明の第４の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一部の平面図である。図１６には、図１４に示す構成要素に加えて、遮光膜１６１の具体的な配置例が示されており、ゲート電極１４１及び１４２のレイアウトが変更されている。その他の点に関しては、第４の実施形態の変形例は、第４の実施形態と同様でも良い。
【００９１】
図１６に示す例においては、層間絶縁膜１５０（図１５）上の遮光層に配置された遮光膜１６１が、平面視で電荷保持領域１２２を完全に覆うように配置されて電荷保持領域１２２を遮光する。なお、本願において、「平面視」とは、半導体基板１００の主面（図１５における上面）に垂直な方向から各部を透視することをいう。
【００９２】
そのために、遮光膜１６１が前段転送ゲートＴＧ１（図１５）のゲート電極１４１又は低電位側の電源電位が供給される配線に電気的に接続される場合には、後段転送ゲートＴＧ２（図１５）のゲート電極１４２が平面視で遮光膜１６１の外側に突出するように配置される。それにより、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１５３を介して、ゲート電極１４２を上層の配線に電気的に接続することができる。
【００９３】
一方、遮光膜１６１が後段転送ゲートＴＧ２（図１５）のゲート電極１４２又は低電位側の電源電位が供給される配線に電気的に接続される場合には、前段転送ゲートＴＧ１（図１５）のゲート電極１４１が、平面視で遮光膜１６１の外側に突出するように配置される。それにより、層間絶縁膜１５０のコンタクトホール内に配置されたコンタクトプラグ１５１を介して、ゲート電極１４１を上層の配線に電気的に接続することができる。
【００９４】
＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。固体撮像装置は、ラインセンサーであっても良いし、エリアセンサーであっても良いが、以下においては、一例として、ラインセンサーの場合について説明する。
【００９５】
図１７には、画素部及び読み出し回路部が配置される第１の領域ＡＲ１と、ロジック回路が配置される第２の領域ＡＲ２とが示されている。図１７に示す第１の領域ＡＲ１における画素部及び読み出し回路部の構成は、図７に示す画素部及び読み出し回路部の構成と同様である。第２の領域ＡＲ２には、ロジック回路において用いられるＰチャネルＭＯＳトランジスターＱＰ４及びＮチャネルＭＯＳトランジスターＱＮ４が設けられている。例えば、トランジスターＱＰ４及びＱＮ４は、図５に示すＣＭＯＳ論理回路７０ａ〜７０ｄの内のいずれかを構成する。
【００９６】
第２の領域ＡＲ２において、半導体基板１００内にＮウェル１１１及びＰウェル１１２が形成されている。Ｎウェル１１１内には、トランジスターＱＰ４のソース及びドレインを構成するＰ型の不純物領域（Ｐ＋）１３１及び１３２が形成されており、Ｐウェル１１２内には、トランジスターＱＮ４のソース及びドレインを構成するＮ型の不純物領域（Ｎ＋）１２７及び１２８が形成されている。
【００９７】
また、第２の領域ＡＲ２において、層間絶縁膜１５０上には、配線１６３〜１６６を含む第１の配線層が配置されており、層間絶縁膜１７０上には、配線１８５〜１８８を含む第２の配線層が配置されている。配線１６３〜１６６及び１８５〜１８８は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）等を含んでいる。
【００９８】
このように、固体撮像装置は、ロジック回路が配置された第２の領域ＡＲ２において、遮光膜１６１と同じ高さに配置された配線１６３〜１６６をさらに備えている。その場合には、遮光膜１６１とロジック回路の配線１６３〜１６６とを同時に形成することにより、固体撮像装置の製造工程を簡略化することができる。なお、本願において「高さ」とは、半導体基板１００の主面（図中の上面）からの高さを意味する。
【００９９】
一方、遮光膜１６１は、ロジック回路が配置された第２の領域ＡＲ２における配線層から独立した層に配置されても良い。その場合には、例えば、ロジック回路の配線よりも低い位置に遮光膜１６１を配置することにより、電荷保持領域１２２の遮光特性をさらに改善し、又は、電荷保持領域１２２と配線層の配線１８１〜１８４との間の容量結合をさらに低減することができる。
【０１００】
＜遮光膜の例＞
次に、本発明の第１〜第５の実施形態において使用される遮光膜の例について、図７及び図１８を参照しながら説明する。図１８は、遮光膜の例を示す断面図である。本発明の第１〜第５の実施形態において、図１８に示すような遮光膜１６１を使用しても良い。
【０１０１】
図１８に示す遮光膜１６１は、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）を含む第１の層１９１と、第１の層１９１の半導体基板１００側に配置され、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第２の層１９２とを有している。窒化チタン（ＴｉＮ）は、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、又は、それらの合金よりも光を反射し難い性質を有している。
【０１０２】
従って、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第２の層１９２を第１の層１９１の半導体基板１００側に配置することにより、層間絶縁膜１７０及び１５０を通過して半導体基板１００の主面で反射した後に遮光膜１６１の下面で再度反射して電荷保持領域１２２に入射する光の量を低減することができる。第２の層１９２の膜厚は、５００Å〜８００Å（５０ｎｍ〜８０ｎｍ）の範囲内であることが望ましい。それにより、第２の層１９２が、光を反射し難い窒化チタン（ＴｉＮ）の性質を発揮するために必要かつ十分な膜厚を有することになる。
【０１０３】
また、遮光膜１６１は、第２の層１９２の半導体基板１００側に配置され、チタン（Ｔｉ）を含む第３の層１９３をさらに有しても良い。その場合には、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第２の層１９２の下地層に対する接合性を、チタン（Ｔｉ）を含む第３の層１９３によって改善することができる。第３の層１９３の膜厚は、１００Å〜２５０Å（１０ｎｍ〜２５ｎｍ）の範囲内であることが望ましい。それにより、第３の層１９３は、第２の層１９２の下地層に対する接合性を改善すると共に、光の反射特性に殆ど影響を及ぼさない。
【０１０４】
さらに、遮光膜１６１は、第１の層１９１の半導体基板１００と反対側に配置され、窒化チタン（ＴｉＮ）を含む第４の層１９４をさらに有しても良い。第４の層１９４を設けることにより、固体撮像装置の製造におけるフォトリソグラフィー工程において、フォトレジストを露光する際の反射光を低減することができる。第４の層１９４の膜厚は、第２の層１９２の膜厚と同様に、５００Å〜８００Å（５０ｎｍ〜８０ｎｍ）の範囲内であることが望ましい。なお、遮光膜１６１と同じ高さに配置される配線（例えば、図１７に示す配線１６２〜１６６）を、遮光膜１６１と同じ構成としても良い。
【０１０５】
第１〜第５の実施形態において説明したように、電荷保持領域１２２に入射する光による信号電荷量の変動を低減すると共に、配線層の配線１８１〜１８４の電位変化が電荷保持領域１２２の電位に及ぼす影響による転送特性のばらつきを改善した固体撮像装置を用いることにより、被写体を撮像して得られる画像データの画質が改善された電子機器を提供することができる。
【０１０６】
また、第１〜第５の実施形態に係る固体撮像装置は、スキャナー装置以外にも、例えば、ドライブレコーダー、デジタルムービー、デジタルスチルカメラ、携帯電話機等の移動端末、テレビ電話、防犯用テレビモニター、測定機器、及び、医療機器等のように、被写体を撮像して画像データを生成する電子機器に適用することができる。
【０１０７】
上記の実施形態においては、Ｐ型の半導体層にＮ型の不純物領域等を形成する場合について説明したが、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、Ｎ型の半導体層にＰ型の不純物領域等を形成する場合に適用することも可能である。このように、当該技術分野において通常の知識を有する者に従って、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…原稿、１０…ＣＩＳモジュール、１１…ライトガイド、１２…レンズアレイ、１３…イメージセンサー、１４…光源、１５…フレキシブル配線、１６…メイン基板、１７…システムオンチップ、１８…アナログフロントエンド、１９…電源回路、２０…イメージセンサーチップ、３０…画素部、４０…読み出し回路部、４０Ａ…単位ブロック、５０…制御回路部、５１…相関二重サンプリング回路、５２…出力回路、５３…ロジック回路、６１〜６４…キャパシター、７０ａ〜７０ｄ…ＣＭＯＳ論理回路、１００…半導体基板、１１０、１１２…Ｐウェル、１１１…Ｎウェル、１２１、１２４〜１２８…Ｎ型の不純物領域、１２２、ＣＨ…電荷保持領域、１２３、ＦＤ…浮遊拡散領域、１３１〜１３２…Ｐ型の不純物領域、１４１〜１４５…ゲート電極、１５０、１７０…層間絶縁膜、１５１、１５１ａ〜１５１ｄ、１５２、１５３、１７０ａ〜１７０ｄ、１７１ａ〜１７１ｄ…コンタクトプラグ、１６１、１６１ａ〜１６１ｄ…遮光膜、１６２…信号配線、１６３〜１６６、１８０〜１８８…配線、１９１〜１９４…遮光膜の第１〜第４の層、ＰＤ…フォトダイオード、ＴＧ１、ＴＧ１ａ〜ＴＧ１ｄ…前段転送ゲート、ＴＧ２、ＴＧ２ａ〜ＴＧ２ｄ…後段転送ゲート、ＱＮ１…バッファートランジスター、ＱＮ２…リセットトランジスター、ＱＮ３…選択トランジスター、ＱＮ４…ＮチャネルＭＯＳトランジスター、ＱＰ４…ＰチャネルＭＯＳトランジスター、Ｃ１、Ｃ２…電荷保持容量
【図１】
2018050028.tif 000003
【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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