(57)【要約】【課題】基板コンタクトの最適配置を実施することにより、シェーディングの発生を抑制することができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の固体撮像装置は、第１の画素１０ｒおよび第２の画素１０ｇと、第１の画素１０ｒの上部に形成された第１のカラーフィルタと、第２の画素１０ｇの上部に形成された第２のカラーフィルタ１３ｇと、半導体基板１１の第２の面１１ｂ側に形成された積層配線層１６と、第２の面１１ｂに接続された基板コンタクト１５と、を備え、第１のカラーフィルタは主に第１の光を透過し、第２のカラーフィルタ１３ｇは主に第２の光を透過し、第２の光の波長は第１の光の波長よりも短く、基板コンタクト１５は、第１の画素１０ｒ内には配置せず、第２の画素１０ｇ内に配置された構成としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の内部に形成されたフォトダイオードを含む第１の画素および第２の画素と、
前記半導体基板の第１の面側であって、前記第１の画素の上部に形成された第１のカラーフィルタと、
前記半導体基板の第１の面側であって、前記第２の画素の上部に形成された第２のカラーフィルタと、
前記半導体基板の前記第１の面とは反対側の第２の面側に形成された積層配線層と、
前記半導体基板の前記第２の面に接続された基板コンタクトと、を備え、
前記第１のカラーフィルタは主に第１の光を透過し、前記第２のカラーフィルタは主に第２の光を透過し、
前記第２の光の波長は前記第１の光の波長よりも短く、
前記基板コンタクトは、前記第１の画素内には配置せず、前記第２の画素内に配置されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板の内部に形成されたフォトダイオードを含む第３の画素をさらに備え、
前記半導体基板の前記第１の面側であって、前記第３の画素の上部に形成された第３のカラーフィルタをさらに備え、
前記第３のカラーフィルタは主に第３の光を透過し、
前記第３の光の波長は前記第２の光の波長よりも短く、
前記基板コンタクトは、前記第３の画素内にさらに配置されたことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記基板コンタクトは、前記第２の画素と前記第３の画素との境界にまたがって配置されていることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記基板コンタクトは、前記第２の画素のフォトダイオードと前記第３の画素のフォトダイオードとの間に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記基板コンタクトは、前記第２の画素のフォトダイオードと前記第３の画素のフォトダイオードとの間であって、前記第３の画素のフォトダイオード寄りに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の光は主に赤色光であり、前記第２の光は主に緑色光であり、前記第３の光は主に青色光であり、
前記第１の画素、前記第２の画素および前記第３の画素はベイヤー配列されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基板の内部に前記半導体基板の第１の面から入射する第１の光および第２の光を検出する、第１の画素および第２の画素を構成するフォトダイオードを形成する工程と、
前記半導体基板の第２の面側に、前記第２の面に接続された基板コンタクトと積層配線層とを形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の面側であって、前記第１の画素の上部に第１のカラーフィルタを形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の面側であって、前記第２の画素の上部に第２のカラーフィルタを形成する工程と、を備え、
前記第１のカラーフィルタは主に前記第１の光を透過し、前記第２のカラーフィルタは主に前記第２の光を透過し、
前記第２の光の波長は前記第１の光の波長よりも短く、
前記基板コンタクトは、前記第１の画素内には形成されず、前記第２の画素内に形成されることを特徴とする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、センサ部の構造に特長がある裏面照射タイプのＭＯＳ型の固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話などの撮像デバイスとして用いられるＭＯＳ型の固体撮像装置は、複数の画素セルが二次元配置されてなるセンサ部を備えている。このセンサ部の構造について、図９および図１０を用いて説明する。
【０００３】
図９は従来のＭＯＳ型の固体撮像装置２００の回路ブロックを示す概略構成図で、（ａ）は固体撮像装置２００の回路ブロックを構成する画素アレイ２０１とその周辺の回路を示す図、（ｂ）は画素アレイ２０１を構成する画素セル２０２の回路構成を示す図である。図１０は従来の固体撮像装置２００の画素部の断面図を示している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図９および図１０に示すようにＭＯＳ型の固体撮像装置２００において、ある特定の波長帯域の光２１５のみを通す数種類のカラーフィルタ２０４と各カラーフィルタ２０４の下に配置されたフォトダイオード２０７とを含む画素セル２０２が縦と横にアレイ状に配置されて画素アレイ２０１は構成されている（図９（ａ））。
【０００５】
図９（ａ）に示すように固体撮像装置２００の回路ブロックは、上述の画素アレイ２０１と、画素セル２０２を水平方向に選択する垂直操作回路２０５と、画素セル２０２からのデータを読み出す信号線２０３と、画素セル２０２からの信号を読み出す読出し回路２０６とを含んで構成されている。
【０００６】
ここで図９（ｂ）に示すように画素セル２０２は、カラーフィルタ（図示せず）と、フォトダイオード２０７と、４つのトランジスタとを有している。この４つのトランジスタは具体的には図９（ｂ）のような回路構成の構成要素として配置された転送トランジスタ２０８、増幅トランジスタ２０９、リセットトランジスタ２１０および選択トランジスタ２１１である。この４つのトランジスタを高速かつ安定に動作させてウェル電位を安定化させるために図９（ａ）に示すように画素セル２０２間に基板コンタクト２１２を配置している。
【０００７】
次にこの回路構成の動作について簡単に説明する。
【０００８】
図９（ｂ）に示すようにフォトダイオード２０７は、カラーフィルタを通して受光した光をその強度に応じた量の電荷に変換して蓄積する素子部であって、その一端が転送トランジスタ２０８のソースに接続されている。転送トランジスタ２０８のドレイン側は、リセットトランジスタ２１０のソースと増幅トランジスタ２０９のゲートとに接続されている。また、リセットトランジスタ２１０と増幅トランジスタ２０９のドレインは、例えば３．３Ｖの電位をもつ電源線に接続されており、増幅トランジスタ２０９のソースは選択トランジスタ２１１を挟んでデータを読み出すための信号線２０３に接続されている。なお、選択トランジスタ２１１は省略することも可能である。このようにして、外部からの光を画素アレイ２０１の中に取り込み、電気信号に変えて増幅したのち画像データとして転送している。
【０００９】
図１０の従来の固体撮像装置の画素部２２０の断面図において、画素部２２０は、Ｎ型シリコン基板２２１の上にＰウェル領域２２２を設け、ここにフォトダイオード２０７が設けられている。また、Ｎ型シリコン基板２２１のフォトダイオード２０７が形成された反対側の上層絶縁層２２３には、ポリシリコン転送電極（図示せず）と、その上層に銅などの材料で形成された配線層２２４が設けられている。また、配線層２２４と反対側のＮ型シリコン基板２２１上には、オンチップカラーフィルタ２０４およびオンチップマイクロレンズ２２５が設けられている。つまり、配線層２２４が形成されていない裏面側がフォトダイオード２０７の受光面となっている。これにより、開口率が大きく、また配線層２２４により光が反射および散乱されて跳ねられることがないため、光電感度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−２７３３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記で説明した従来の技術においては、固体撮像装置の画素数が多くなるに従い、出力信号に大きなシェーディングが現われるようになるという課題が生じている。特に、可視光の中でも波長の長い、例えば赤色光のみを透過するカラーフィルタの下に配置されたフォトダイオードからの出力信号に大きなシェーディングが現われるようになるという課題が生じている。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであって、各カラーフィルタに応じた基板コンタクトの位置によりシェーディングの発生の状態が異なるので基板コンタクトの最適配置を実施することにより、シェーディングの発生を抑制することができる固体撮像装置およびそ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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板の内部に形成されたフォトダイオードを含む第１の画素および第２の画素と、上記半導体基板の第１の面側であって、上記第１の画素の上部に形成された第１のカラーフィルタと、上記半導体基板の第１の面側であって、上記第２の画素の上部に形成された第２のカラーフィルタと、上記半導体基板の上記第１の面とは反対側の第２の面側に形成された積層配線層と、上記半導体基板の上記第２の面に接続された基板コンタクトと、を備え、上記第１のカラーフィルタは主に第１の光を透過し、上記第２のカラーフィルタは主に第２の光を透過し、上記第２の光の波長は上記第１の光の波長よりも短く、上記基板コンタクトは、上記第１の画素内には配置せず、上記第２の画素内に配置された構成からなる。
【００１４】
このような構成とすることにより、基板コンタクトの配置による空乏層の形状が変形することを防止し画素間での長波長の可視光の感度ばらつきを抑えることができるので、シェーディングの発生を抑制することができる。このことにより、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【００１５】
また、半導体基板の内部に形成されたフォトダイオードを含む第３の画素をさらに備え、半導体基板の第１の面側であって、第３の画素の上部に形成された第３のカラーフィルタをさらに備え、第３のカラーフィルタは主に第３の光を透過し、第３の光の波長は第２の光の波長よりも短く、基板コンタクトは、第３の画素内にさらに配置された構成としてもよい。
【００１６】
このような構成とすることにより、シェーディングの発生を抑制することができるだけでなく、基板コンタクトによる基板電位をさらに安定化させ画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００１７】
また、基板コンタクトは、第２の画素と第３の画素との境界にまたがって配置されている構成としてもよい。
【００１８】
このような構成とすることにより、基板コンタクトを画素間に配置して共有化して基板コンタクトの数を減らすことができるので画素を微細化して固体撮像装置の低コスト化および集積化を進めることができる。
【００１９】
また、基板コンタクトは、第２の画素のフォトダイオードと第３の画素のフォトダイオードとの間に形成されている構成としてもよい。
【００２０】
このような構成とすることにより、長波長の可視光を検出する画素から最も遠ざけることができ、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【００２１】
また、基板コンタクトは、第２の画素のフォトダイオードと第３の画素のフォトダイオードとの間であって、第３の画素のフォトダイオード寄りに形成されている構成としてもよい。
【００２２】
このような構成とすることにより、基板コンタクトを最も短波長の可視光を検出する第３の画素に寄せて形成して第２の画素間で生じるわずかな感度のばらつきも抑えることができる。このことにより、画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００２３】
また、第１の光は主に赤色光であり、第２の光は主に緑色光であり、第３の光は主に青色光であり、第１の画素、第２の画素および第３の画素はベイヤー配列されている構成としてもよい。
【００２４】
このような構成とすることにより、ＲＧＢの各色に対応する光に対する感度のばらつきを抑え、シェーディングの発生をさらに抑制することができる。このことにより、画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００２５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の内部に半導体基板の第１の面から入射する第１の光および第２の光を検出する、第１の画素および第２の画素を構成するフォトダイオードを形成する工程と、半導体基板の第２の面側に、第２の面に接続された基板コンタクトと積層配線層とを形成する工程と、半導体基板の第１の面側であって、第１の画素の上部に第１のカラーフィルタを形成する工程と、半導体基板の第１の面側であって、第２の画素の上部に第２のカラーフィルタを形成する工程と、を備え、第１のカラーフィルタは主に第１の光を透過し、第２のカラーフィルタは主に第２の光を透過し、第２の光の波長は第１の光の波長よりも短く、基板コンタクトは、第１の画素内には形成されず、第２の画素内に形成される方法からなる。
【００２６】
このような方法とすることにより、基板コンタクトの配置による空乏層の形状が変形することを防止し画素間での長波長の可視光の感度ばらつきを抑えることができるので、シェーディングの発生を抑制することができる。このことにより、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の固体撮像装置およびその製造方法によれば、基板コンタクトは長波長の可視光を検出する画素内には配置せず、短波長の可視光を検出する画素内に配置されるのでシェーディングの発生を抑制することができる。このことにより、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の画素アレイ部の構成を模式的に示す図で、（ａ）は画素アレイ部の平面図、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線から見た断面図
【図２】光の波長に対する吸収係数および貫通深さの変化を示す図
【図３】本発明の実施の形態１にかかる基板コンタクトを隣接する画素の間に配置した固体撮像装置の画素アレイ部の構成を模式的に示す図で、（ａ）は画素アレイ部の平面図、（ｂ）は（ａ）の３Ｂ−３Ｂ線から見た断面図
【図４】本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の構成を模式的に示す図で、図１（ａ）の４Ａ−４Ａ線から見た断面図
【図５】本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の電気的な動作を説明するタイミングチャート
【図６】本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の製造方法を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２にかかる固体撮像装置の画素アレイ部の構成を模式的に示す平面図
【図８】本発明の実施の形態２の固体撮像装置の回路ブロックを示す概略構成図で、画素アレイ部を構成する単位セルの回路構成を示す図
【図９】従来のＭＯＳ型の固体撮像装置の回路ブロックを示す概略構成図で、（ａ）は固体撮像装置の回路ブロックを構成する画素アレイとその周辺の回路を示す図、（ｂ）は画素アレイを構成する画素セルの回路構成を示す図
【図１０】従来の固体撮像装置の画素部の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。また、図面は、理解しやすくするためにそれぞれの構成要素を主体に模式的に示している。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の画素アレイ部１０の構成を模式的に示す図で、（ａ）は画素アレイ部１０の平面図、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線から見た断面図を示す。ただし、図１（ｂ）の画素アレイ部１０の断面図は半導体基板１１の第１の面１１ａを上部に第２の面１１ｂを下部にして示している。なお、本実施の形態１の固体撮像装置の画素アレイ部１０以外の構成に関しては図９（ａ）および（ｂ）に示した従来の構成と同様である。
【００３１】
図１（ａ）に示すように画素アレイ部１０は、画素セルとしてＲＧＢの３つの色の光をそれぞれ検出する第１の画素１０ｒ、第２の画素１０ｇおよび第３の画素１０ｂを基本的な構成として含んでいる。第１の画素１０ｒ、第２の画素１０ｇおよび第３の画素１０ｂは、図１（ｂ）に示すようにフォトダイオード１２、カラーフィルタ１３、マイクロレンズ１４および回路部（図示せず）を有している。ここで回路部は、例えば図９（ｂ）に示すような転送トランジスタ２０８、増幅トランジスタ２０９、リセットトランジスタ２１０および選択トランジスタ２１１を含んだ回路構成からなる。
【００３２】
また、隣接するフォトダイオード１２の間には、それぞれウェル電位を安定化させる基板コンタクト１５が配置されており、この基板コンタクト１５には基準電圧、例えば０Ｖが与えられている。
【００３３】
本実施の形態１に示す固体撮像装置は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように半導体基板１１の内部に形成されたフォトダイオード１２を含む第１の画素１０ｒおよび第２の画素１０ｇと、半導体基板１１の第１の面１１ａ側であって、第１の画素１０ｒの上部に形成された第１のカラーフィルタ（図示せず）と、半導体基板１１の第１の面１１ａ側であって、第２の画素１０ｇの上部に形成された第２のカラーフィルタ１３ｇと、半導体基板１１の第１の面１１ａとは反対側の第２の面１１ｂ側に形成された積層配線層１６と、半導体基板１１の第２の面１１ｂに接続された基板コンタクト１５と、を備えている。
【００３４】
そして第１のカラーフィルタは主に第１の光（赤色光）を透過し、第２のカラーフィルタ１３ｇは主に第２の光（緑色光）を透過し、第２の光の波長は第１の光の波長よりも短く、基板コンタクト１５は、第１の画素１０ｒ内には配置せず、第２の画素１０ｇ内に配置された構成としている。
【００３５】
このような構成とすることにより、後述するように基板コンタクト１５の配置による空乏層１７の形状が変形することを防止し第１の画素１０ｒ間での長波長の可視光の感度ばらつきを抑えることができる。したがって、シェーディングの発生を抑制することができ、第１の画素１０ｒ間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【００３６】
以上のように構成された固体撮像装置について具体的に説明する。
【００３７】
図１（ｂ）に示す固体撮像装置において、例えば第２の画素１０ｇのフォトダイオード１２に入射する光１８はマイクロレンズ１４で集光されて入射してくる。このときに第２のカラーフィルタ１３ｇを通過しているため、波長が主に４９０ｎｍ以上、５７５ｎｍ以下の光になり、例えばシリコン材料からなる半導体基板１１内の０．５μｍ以上、１．５μｍ以下の深さにおいて光電変換されてキャリアとしての電子１９を発生する。ここで、フォトダイオード１２の周辺に基板コンタクト１５が配置されているが、光電変換は基板コンタクト１５を配置することによる空乏層１７の分水嶺１７ａがほとんど変化しない深さ約０．５μｍ以上、１．５μｍ以下で行われる。このことにより、基板コンタクト１５を配置することによる感度変化の影響を受けない。
【００３８】
しかしながら、例えば第２の画素１０ｇの上部に第２のカラーフィルタ１３ｇが配置されずに波長が５７５ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の赤色光がフォトダイオード１２に入射した場合には空乏層１７の分水嶺１７ａが変化している深さが１．５μｍ以上、３．０μｍ以下のところで光電変換が行われる。このときには、光電変換されて生じた電子１９ａは空乏層１７の分水嶺１７ａの変化の影響を受け、基板コンタクト１５と離れる側に移動する。このことにより、赤色光がフォトダイオード１２周辺に到達すると電気信号として寄与するので感度が増加することになり、感度変化を生じることになる。
【００３９】
また、図１（ａ）および（ｂ）に示すように基板コンタクト１５は、第２の画素１０ｇのフォトダイオード１２ではなく隣接する第３の画素１０ｂのフォトダイオード１２寄りに配置されている。このことにより、基板コンタクト１５を配置することによる感度変化をさらに抑制できる。また、図１（ｂ）に示すように拡散層１２ａを隣接するフォトダイオード１２の中心を結んだ線をまたぐように配置することにより上下にレイアウト的な対象が増し、光１８が入射する方向による感度変化をさらに抑制できる。
【００４０】
なお、図１（ａ）において第１の画素１０ｒのフォトダイオード１２に入射する光は、第２の面１１ｂの反対側に位置する第１の面１１ａから入射するため、赤色光のみを透過する第１のカラーフィルタ１３ｒを通過する。そのため、入射する光は、主に波長が５７５ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の光になり、半導体基板１１内の深いところ（約１．５μｍ以上、３．０μｍ以下）で光電変換される。ここで、フォトダイオード１２の周辺には基板コンタクト１５は配置されていないため、どの方向から光が入射しても感度が変わることはない。
【００４１】
また、同様に図１（ａ）の下側に配置された３つの画素１０ｇ、１０ｒ、１０ｇのうち第１の画素１０ｒを挟んで隣接する第２の画素１０ｇのフォトダイオード１２に入射する光は緑色光のみを透過する第２のカラーフィルタ１３ｇを通過する。そのため、主に波長が４９０ｎｍ以上、５７５ｎｍ以下の光になり、半導体基板１１内の約０．５μｍ以上、１．５μｍ以下の深さのところで光電変換される。ここで、フォトダイオード１２の周辺には基板コンタクト１５は配置されていないため、どの方向から光が入射しても感度が変わることはない。
【００４２】
また、同様に図１（ａ）の上側に配置された３つの画素１０ｂ、１０ｇ、１０ｂのうち第２の画素１０ｇを挟んで隣接する第３の画素１０ｂのフォトダイオード１２に入射する光は青色光のみを透過する第３のカラーフィルタ１３ｂを通過する。そのため、主に波長が４００ｎｍ以上、４９０ｎｍ以下の光になり、半導体基板１１内の浅いところ（約０．２μｍ以上、０．５μｍ以下）で光電変換される。このように、電荷が発生する深さが浅いため、フォトダイオード１２周辺に基板コンタクト１５が配置されていても空乏層１７の分水嶺１７ａがほとんど変化しないので感度変化は生じない。
【００４３】
なお、光の波長に対する半導体基板１１、例えばシリコン基板における吸収係数および貫通深さは図２に示すグラフのように表されることは一般的によく知られている。すなわち、図２に示す可視光およびその近傍の波長においては波長が長くなると吸収係数は小さくなり、貫通深さは大きくなる。
【００４４】
すなわち、本実施の形態１の固体撮像装置は、半導体基板１１の内部に形成されたフォトダイオード１２を含む第３の画素１０ｂをさらに備え、半導体基板１１の第１の面１１ａ側であって、第３の画素１０ｂの上部に形成された第３のカラーフィルタ１３ｂをさらに備えている。この第３のカラーフィルタ１３ｂは主に第３の光（青色光）を透過し、第３の光の波長は第２の光の波長よりも短く、基板コンタクト１５は、第３の画素１０ｂ内にさらに配置された構成としている。
【００４５】
このような構成とすることにより、シェーディングの発生を抑制することができるだけでなく、基板コンタクト１５による基板電位をさらに安定化させ画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００４６】
また、基板コンタクト１５は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように第２の画素１０ｇと第３の画素１０ｂとの境界にまたがって配置されている構成としてもよい。
【００４７】
このような構成とすることにより、基板コンタクト１５を画素間に配置して共有化して基板コンタクト１５の数を減らすことができるので画素を微細化して固体撮像装置の低コスト化および集積化を進めることができる。
【００４８】
また、基板コンタクト１５は、図１（ａ）に示すように第２の画素１０ｇのフォトダイオード１２と第３の画素１０ｂのフォトダイオード１２との間に形成されている構成としてもよい。
【００４９】
このような構成とすることにより、長波長の可視光を検出する画素、例えば第１の画素１０ｒから最も遠ざけることができ、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【００５０】
また、基板コンタクト１５は、図１（ａ）に示すように第２の画素１０ｇのフォトダイオード１２と第３の画素１０ｂのフォトダイオード１２との間であって、第３の画素１０ｂのフォトダイオード１２寄りに形成されている構成としてもよい。
【００５１】
このような構成とすることにより、基板コンタクト１５を最も短波長の可視光を検出する第３の画素１０ｂに寄せて形成して第２の画素１０ｇ間で生じるわずかな感度のばらつきも抑えることができる。このことにより、画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００５２】
また、第１の光は主に赤色光であり、第２の光は主に緑色光であり、第３の光は主に青色光であり、第１の画素１０ｒ、第２の画素１０ｇおよび第３の画素１０ｂはベイヤー配列されている構成としてもよい。
【００５３】
このような構成とすることにより、ＲＧＢの各色に対応する光に対する感度のばらつきを抑え、シェーディングの発生をさらに抑制することができる。このことにより、画素間における感度をさらに均一にすることができる。
【００５４】
以上説明したように本実施の形態１の固体撮像装置では、基板コンタクト１５を第３の画素１０ｂの第３のカラーフィルタ１３ｂの下に配置されたフォトダイオード１２の周辺に主に配置している。このような構成とすることにより、トランジスタのウェル電位を安定に固定したまま、どんな波長の光に対しても感度変化を起こすことなく、シェーディングの発生を抑えることができる。
【００５５】
図３は、基板コンタクト１５を隣接する画素の間に配置した固体撮像装置の画素アレイ部２０の構成を模式的に示す図で、（ａ）は画素アレイ部２０の平面図、（ｂ）は（ａ）の３Ｂ−３Ｂ線から見た断面図を示す。ただし、図３（ｂ）の画素アレイ部２０の断面図は半導体基板１１の第１の面１１ａを上部に第２の面１１ｂを下部にして示している。なお、図３の固体撮像装置の画素アレイ部２０以外の構成に関しては図９（ａ）および（ｂ）に示した従来の構成と同様である。
【００５６】
図１（ａ）の画素アレイ部１０と異なり、画素アレイ部２０の下側の３つの画素２０ｇ、２０ｒ、２０ｇにおいて隣接する画素間の中央に基板コンタクト１５がそれぞれ配置されている。図１（ａ）において基板コンタクト１５は第２の画素１０ｇより第３の画素１０ｂの側に寄せて配置されていたが、図３（ａ）においては基板コンタクト１５が第２の画素２０ｇと第３の画素２０ｂとの間のほぼ中央に配置されている。したがって、図３（ｂ）に示すように基板コンタクト１５がフォトダイオード１２の位置により近いため空乏層１７の分水嶺１７ａがさらに拡散層１２ａの方に張り出している。このことにより、光１８が入射して深い位置で生成した電子１９ａに加えて中間の深さで生成した電子１９の一部もフォトダイオード１２周辺に到達すると電気信号として寄与するので感度が増加することになり、感度変化を生じることになる。したがって、第１の画素２０ｒ、第２の画素２０ｇおよび第３の画素２０ｂの間で同じ光量の光１８が入射しても感度にばらつきを生じることとなる。
【００５７】
したがって、裏面照射タイプの固体撮像装置の場合、フォトダイオード１２と基板コンタクト１５との中間部において、赤色光を通す第１のカラーフィルタ１３ｒを通った光１８が入射された場合、半導体基板１１の深い領域で光電変換により電子１９ａが発生する。このときに基板コンタクト１５が無い場合は空乏層１７の分水嶺１７ｂは破線に示す位置となるので、電子１９ａはフォトダイオード１２に吸収されない。しかしながら、基板コンタクト１５が有る場合は空乏層１７の分水嶺１７ａは実線に示す位置となるので、電子１９ａはフォトダイオード１２に吸収される。これにより、フォトダイオード１２の周辺に基板コンタクト１５を配置するかしないかで感度に差が生じる。そのため、光１８が上方向から入射される画素アレイ部２０の下部では感度が下がり、光１８が下方向から入射される画素アレイ部２０の上部では感度が上がり、画素アレイ部２０全体で見れば上部に行くほど感度が上がるシェーディングが発生する。この現象は画素セルが微細化するに伴い、基板コンタクト１５による感度変化の影響の割合が大きくなるため、顕著になってくる。
【００５８】
図４は本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の構成を模式的に示す図で、図１（ａ）の４Ａ−４Ａ線から見た断面図を示す。
【００５９】
図１（ａ）および図４に示すように図１（ａ）の下側の隣接する３つの画素１０ｇ、１０ｒ、１０ｇには基板コンタクト１５は配置されていない。したがって、光１８がマイクロレンズ１４を通過し第１のカラーフィルタ１３ｒまたは第２のカラーフィルタ１３ｇを通過して半導体基板１１に入射するときに、図１（ｂ）または図３（ｂ）と異なり、空乏層１７の分水嶺１７ａは半導体基板１１の深いところで拡散層１２ａの方に膨らんでいない。このことにより、光１８により生成した電子１９、１９ａは、図４に示すようにフォトダイオード１２に到達することなく拡散層１２ａに到達して電気信号として寄与しないので感度が増加することなく、感度変化を生じないことになる。
【００６０】
次に、以上のように構成された本実施の形態１の固体撮像装置の動作の概略について説明する。
【００６１】
図５は本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の電気的な動作を説明するタイミングチャートである。なお、以下の説明の回路構成は図９（ｂ）に示す回路構成を想定している。
【００６２】
図５に示すタイミングチャートに示すように、ある選択された１水平ライン上の画素のリセットトランジスタ２１０をオンするハイレベルの選択制御パルス信号φＲＳを与える。次いでリセットトランジスタ２１０をオフし、選択トランジスタ２１１をオンさせる制御パルス信号φＳＥＬを与える。このときの信号線ｓｉｇの電位を読出し回路内にメモリする。次に転送トランジスタ２０８にハイレベルの選択制御パルス信号φＴＧを与え、フォトダイオード１２から光電変換により蓄積された電荷を増幅トランジスタ２０９のゲート部に転送する。増幅トランジスタ２０９のゲート部に転送された電荷は寄生容量により電圧情報に変換され増幅トランジスタ２０９および選択トランジスタ２１１を通して信号線ｓｉｇに転送される。読出し回路ではこのときの信号線ｓｉｇのレベルと先にメモリした信号線ｓｉｇのレベルとの差分を出力することとなる。
【００６３】
次に本実施の形態１の固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００６４】
図６は本発明の実施の形態１にかかる固体撮像装置の製造方法を示すフローチャートである。
【００６５】
図６に示すように本実施の形態１の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードを形成する工程と、基板コンタクト１５と積層配線層１６とを形成する工程と、第１のカラーフィルタ１３ｒを形成する工程と、第２のカラーフィルタ１３ｇを形成する工程と、を備えている。そして本実施の形態１の固体撮像装置において第１のカラーフィルタ１３ｒは主に第１の光を透過し、第２のカラーフィルタ１３ｇは主に第２の光を透過し、第２の光の波長は第１の光の波長よりも短く、基板コンタクト１５は、第１の画素１０ｒ内には形成されず、第２の画素１０ｇ内に形成される方法としている。
【００６６】
ここで、フォトダイオード１２を形成する工程において、半導体基板１１の内部に半導体基板１１の第１の面１１ａから入射する第１の光（主に赤色光）および第２の光（主に緑色光）を検出する、第１の画素１０ｒおよび第２の画素１０ｇを構成するフォトダイオード１２が形成されている。また、基板コンタクト１５と積層配線層１６とを形成する工程において、半導体基板１１の第２の面１１ｂ側に、第２の面１１ｂに接続された基板コンタクト１５と積層配線層１６とが形成されている。また、第１のカラーフィルタ１３ｒを形成する工程において、半導体基板１１の第１の面１１ａ側であって、第１の画素１０ｒの上部に第１のカラーフィルタ１３ｒが形成されている。同様に第２のカラーフィルタ１３ｇを形成する工程において、半導体基板１１の第１の面１１ａ側であって、第２の画素１０ｇの上部に第２のカラーフィルタ１３ｇが形成されている。
【００６７】
このような方法とすることにより、基板コンタクト１５の配置による空乏層１７の形状が変形することを防止し画素間での長波長の可視光の感度ばらつきを抑えることができるので、シェーディングの発生を抑制することができる。このことにより、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができる。
【００６８】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２にかかる固体撮像装置の画素アレイ部３０の構成を模式的に示す平面図である。画素アレイ部３０は、図１に示す実施の形態１の画素アレイ部１０とは異なり、縦に隣接して配置された２つのフォトダイオードを含んだ単位セル３１、３２、３３がアレイ状に並べられている。このアレイ状に並べられた構成以外の構成は、画素アレイ部１０と同様である。なお、図７は２つのフォトダイオードの接続がわかりやすいように接続の配線のレイヤーから見た平面図を示している。
【００６９】
図８は、本発明の実施の形態２の固体撮像装置の回路ブロックを示す概略構成図で、画素アレイ部３０を構成する単位セル３１、３２、３３の回路構成を示す図である。
【００７０】
図７および図８に示すように各単位セル３１、３２、３３は２つの画素セルから構成される。本実施の形態２の固体撮像装置は、実施の形態１の固体撮像装置と同様に画素セルとしてＲＧＢの３つの色の光をそれぞれ検出する第１の画素３０ｒ、第２の画素３０ｇおよび第３の画素３０ｂを基本的な構成として含んでいる。第１の画素３０ｒ、第２の画素３０ｇおよび第３の画素３０ｂは、実施の形態１と同様に図１（ｂ）に示すフォトダイオード１２、カラーフィルタ１３、マイクロレンズ１４および回路部（図示せず）を有している。すなわち、単位セル３１は第２の画素３０ｇおよび第３の画素３０ｂ、単位セル３２は第１の画素３０ｒおよび第２の画素３０ｇ、単位セル３３は第２の画素３０ｇおよび第３の画素３０ｂにより構成されている。
【００７１】
回路構成は、例えば単位セル３１の場合には、図８に示すように２つのフォトダイオード１２と５つのトランジスタとを有している。この５つのトランジスタは、２つの転送トランジスタ２０８、増幅トランジスタ２０９、リセットトランジスタ２１０および選択トランジスタ２１１である。このうち、増幅トランジスタ２０９、リセットトランジスタ２１０および選択トランジスタ２１１は２つのフォトダイオード１２で検出した信号の処理に共用されている。
【００７２】
また、隣接するフォトダイオード１２の間、すなわち上部の３つの画素３０ｂ、３０ｇ、３０ｂの間には、それぞれウェル電位を安定化させる基板コンタクト１５が配置されており、この基板コンタクト１５には基準電圧、例えば０Ｖが与えられている。
【００７３】
以上のように構成された画素アレイ部３０について説明する。
【００７４】
画素アレイ部３０において転送トランジスタ２０８付近に基板コンタクト１５を配置すると、実施の形態１と同じ原理で感度が上がり、同一の単位セル３１、３２、３３の２つのフォトダイオード１２の間で感度が異なってくる。特に転送トランジスタ２０８付近はそのゲートの下には転送効率を上げるためのフォトダイオード１２を形成するＮ型の注入が入り込んでいるので、その影響を受けやすい。そのため、転送トランジスタ２０８と基板コンタクト１５との間に別の素子、例えばリセットトランジスタ２１０を配置することにより２つのフォトダイオード１２の感度差を抑制することができる。
【００７５】
図７に示すような画素アレイ部３０を有することにより固体撮像装置は、さらに小型化、高集積化および低コスト化をすることができる。
【００７６】
なお、本実施の形態２では、２画素１セルの構成を有する画素アレイ部３０を一例として適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、４画素１単位セルや６画素１単位セルなどのさらに多画素で１単位セルを構成するものを採用することもできる。
【００７７】
また、本実施の形態１および２では、画素アレイ部１０、３０における複数の画素１０ｒ、１０ｇ、１０ｂ、３０ｒ、３０ｇ、３０ｂがマトリクス状に配置された構成を採用したが、本発明はこのような配置に限定されるものではない。例えば、ハニカム形状の複数の画素により画素アレイ部を構成した構造を採用してもよい。
【００７８】
また、本実施の形態１および２ではカラーフィルタとして原色フィルタを用いたが、補色フィルタやその他のカラーフィルタを組み合わせた構造を採用することもできる。
【００７９】
また、本実施の形態１および２で説明した構成より簡単に構成して、例えばすべてのフォトダイオード間に基板コンタクトを取り、長い波長の光を通すカラーフィルタの下に配置されたフォトダイオード寄りに基板コンタクトを配置するだけでも、本発明の効果を十分に受けることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の固体撮像装置およびその製造方法は、基板コンタクトの配置による空乏層の形状が変形することを防止して画素間での長波長の可視光の感度ばらつきを抑えることができるので、シェーディングの発生を抑制することができる。このことにより、画素間における長波長の可視光の感度をさらに均一にすることができるので、デジタルスチルカメラなどの撮像デバイスとして用いられる、高い画質性能が要求される固体撮像装置を実現することができ有用である。
【符号の説明】
【００８１】
１０，２０，３０    画素アレイ部
１０ｒ，２０ｒ，３０ｒ    第１の画素
１０ｇ，２０ｇ，３０ｇ    第２の画素
１０ｂ，２０ｂ，３０ｂ    第３の画素
１１    半導体基板
１１ａ    第１の面
１１ｂ    第２の面
１２    フォトダイオード
１２ａ    拡散層
１３    カラーフィルタ
１３ｒ    第１のカラーフィルタ
１３ｇ    第２のカラーフィルタ
１３ｂ    第３のカラーフィルタ
１４    マイクロレンズ
１５    基板コンタクト
１６    積層配線層
１７    空乏層
１７ａ，１７ｂ    分水嶺
１８    光
１９，１９ａ    電子
３１，３２，３３    単位セル
【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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