(57)【要約】【課題】遮光性能の確保と集光効率の向上とを両立することが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】基板１に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する光電変換領域２ａ及び黒レベルを検出するための光電変換領域２ｂを有するＣＣＤ型の固体撮像素子１００であって、光電変換領域２ａ，２ｂに対応して設けられるＣＣＤを構成する電荷転送電極３ａと、電荷転送電極３ａ及び光電変換領域２ｂを遮光する遮光膜８であって、光電変換領域２ａ上方に開口が形成された遮光膜８と、光電変換領域２ｂと遮光膜８との間の基板１上方に設けられた導電性部材５とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子であって、
前記第一の領域及び前記第二の領域に対応して設けられるＣＣＤを構成する電荷転送電極と、
前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口が形成された遮光膜と、
前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に設けられた導電性部材とを備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記導電性部材が、前記電荷転送電極と同一材料で構成され、かつ、前記電荷転送電極と同一層に形成されている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
さらに、前記電荷転送電極の上方に形成された配線であって前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を含み、
前記導電性部材が、前記配線と同一材料で構成され、かつ、前記配線と同一層に形成されている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
さらに、前記電荷転送電極の上方に形成された配線であって前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を含み、
前記導電性部材が、第一の部材と、前記第一の部材の上方に設けられた第二の部材とを含み、
前記第一の部材が、前記電荷転送電極と同一材料で構成され、かつ、前記電荷転送電極と同一層に形成されており、
前記第二の部材が、前記配線と同一材料で構成され、かつ、前記配線と同一層に形成されている固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子であって、
前記第一の部材と前記第二の部材の間にこれらを電気的に接続する部材を備える固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記導電性部材と前記遮光膜とを電気的に接続する接続部を備える固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像素子であって、
前記接続部が、遮光性のある材料で構成され、かつ、前記第二の領域を覆って形成されている固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記導電性部材が電気的に浮遊している固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第二の領域が配置される領域にある前記遮光膜が平坦になっている固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記第一の領域の上方と前記第二の領域の上方に層内レンズを備える固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１０記載の固体撮像素子であって、
前記層内レンズが下凸レンズである固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記導電性部材が、遮光性のある材料で構成されている固体撮像素子。
【請求項１３】
請求項１２記載の固体撮像素子であって、
前記遮光性のある材料が、金属又は金属シリサイドで構成されている固体撮像素子。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記導電性部材が、多結晶シリコン材料で構成されている固体撮像素子。
【請求項１５】
半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板上方に、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応するＣＣＤを構成する電荷転送電極を形成する工程と、
前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口を設けた遮光膜を形成する工程と、
前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に導電性部材を形成する工程とを備える固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性部材を、前記電荷転送電極と同一工程で形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
さらに、前記電荷転送電極の上方に前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を形成する工程を備え、
前記導電性部材を前記配線と同一工程で形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
さらに、前記電荷転送電極の上方に前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を形成する工程を備え、
前記導電性部材が、第一の部材と、前記第一部材の上方に設けられた第二の部材とを含み、
前記第一の部材を前記電荷転送電極と同一工程で形成し、
前記第二の部材を前記配線と同一工程で形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第一の部材と前記第二の部材の間にこれらを電気的に接続する部材を形成する工程を備える固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
請求項１５〜１９のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性部材と前記遮光膜とを電気的に接続する接続部を形成する工程を備える固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記接続部を、遮光性のある材料で構成し、かつ、前記第二の領域を覆って形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項１５〜２１のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送電極を覆う平坦な絶縁膜を形成する工程を備え、
前記遮光膜を形成する工程では、前記絶縁膜の上に遮光材料を成膜し、これをパターニングして前記第二の領域が配置される領域において平坦な前記遮光膜を形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜の形成後、前記第一の領域の上方と前記第二の領域の上方に層内レンズを形成する工程を備える固体撮像素子の製造方法。
【請求項２４】
請求項２３記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズが下凸レンズである固体撮像素子の製造方法。
【請求項２５】
請求項１５〜２４のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性部材を遮光性のある材料で形成する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光性のある材料が、金属又は金属シリサイドである固体撮像素子の製造方法。
【請求項２７】
請求項１５〜２６のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性部材を多結晶シリコン材料で形成する固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は、従来のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子の断面模式図である。図８に示す固体撮像素子は、半導体基板１０１内に形成された複数の光電変換素子（ＰＤ）１０２を備える。
【０００３】
光電変換素子１０２には、被写体からの光に応じた電荷を発生して蓄積するための有効光電変換素子（図中でＰＤを記した）と、光学的黒レベルを検出するためのＯＢ光電変換素子（図中でＯＢを記した）とが含まれる。有効光電変換素子１０２が配設された領域が有効領域１２０であり、ＯＢ光電変換素子１０２が配設された領域がＯＢ領域１３０である。
【０００４】
半導体基板１０１内の各光電変換素子１０２の左隣には、この光電変換素子１０２で発生して蓄積された電荷を転送する電荷転送チャネル１０３が形成されている。電荷転送チャネル１０３の上には、ゲート絶縁膜１１０を介して転送電極１０４が形成されており、電荷転送チャネル１０３と転送電極１０４によりＣＣＤが構成されている。
【０００５】
半導体基板１０１上方には、ＣＣＤ及びＯＢ光電変換素子１０２を遮光するための遮光膜１０５が形成されている。この遮光膜１０５には有効光電変換素子１０２に光が入射するように、有効光電変換素子１０２上方部分に開口が形成されている。ＯＢ光電変換素子１０２上方部分には、ＯＢ光電変換素子１０２に光が入射しないように開口は形成されていない。
【０００６】
遮光膜１０５上には層間絶縁膜１０６が形成され、その上には層内レンズ１０７が形成されている。層内レンズ１０７上には平坦化膜１０８が形成され、この上にカラーフィルタ１０９が形成されている。カラーフィルタ１０９上には図示しないマイクロレンズが形成される。
【０００７】
このような構成の固体撮像素子は、有効領域１２０においては、集光効率を上げるために、層内レンズ１０７の形状を最適化したり、カラーフィルタやマイクロレンズをできるだけ半導体基板１０１に近づけたりする必要があり、これらを達成するために遮光膜１０５をできるだけ薄くする必要がある。
【０００８】
一方、ＯＢ領域１３０においては、ＯＢ光電変換素子１０２に光が入射するのを確実に防止する必要があり、そのためには遮光膜１０５を厚くして遮光性能を上げる必要がある。このように、有効領域１２０とＯＢ領域１３０とで遮光膜１０５の膜厚に対する要求は相反するものとなっている。
【０００９】
ＯＢ光電変換素子１０２の遮光性能を上げるために、ＯＢ光電変換素子１０２上方の遮光膜１０５上に別の遮光膜を設ける方法も知られている。
【００１０】
しかし、この方法は、製造工程の増加となるばかりでなく、カラーフィルタやマイクロレンズをできるだけ半導体基板１０１に近づけたいという要求と相反することとなる。
【００１１】
また、特許文献１には、ＯＢ領域の遮光膜の膜厚を、有効領域の遮光膜の膜厚よりも厚くする構成が提案されている。しかし、この構成も、ＯＢ領域の遮光膜を２回に分けて形成する必要があるため、製造工程が増加してしまう。また、カラーフィルタやマイクロレンズをできるだけ半導体基板１０１に近づけたいという要求とも相反することとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−２７２７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、遮光性能の確保と集光効率の向上とを両立することが可能な固体撮像素子及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】
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子であって、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応して設けられるＣＣＤを構成する電荷転送電極と、前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口が形成された遮光膜と、前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に設けられた導電性部材とを備える。
【００１５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板上方に、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応するＣＣＤを構成する電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口を設けた遮光膜を形成する工程と、前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に導電性部材を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、遮光性能の確保と集光効率の向上とを両立することが可能な固体撮像素子及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図２】図１に示した固体撮像素子におけるＡ−Ａ線の断面模式図
【図３】図２に示した固体撮像素子において電荷転送電極３ａを金属シリサイドで構成した例を示した図
【図４】図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図
【図５】図４に示した固体撮像素子の電荷転送電極の形成工程の各工程における断面模式図
【図６】図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図
【図７】図１に示した固体撮像素子の第三の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図
【図８】従来のＣＣＤ型の固体撮像素子の断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図１に示す固体撮像素子１００は、複数の光電変換領域（光電変換領域２ａ、光電変換領域２ｂ）と、垂直電荷転送部３と、電荷読み出し領域４と、水平電荷転送部３０と、出力部４０とを備える。
【００２０】
光電変換領域２ａ及び光電変換領域２ｂは、それぞれ例えば半導体基板内に形成されたｐｎ接合フォトダイオードであり、光を受光したときに、その光量に応じた電荷を発生して蓄積する領域である。光電変換領域２ａ及び光電変換領域２ｂを含む複数の光電変換領域は、半導体基板の水平方向Ｘとこれに直交する垂直方向Ｙに二次元状（図の例では正方格子状）に配設されている。
【００２１】
光電変換領域２ａは、被写体からの光が入射できるようになっている光電変換領域である。光電変換領域２ｂは、黒レベルを検出するために光が入射しないようになっている光電変換領域である。図１では、光電変換領域２ｂには“ＯＢ”の文字を記してある。
【００２２】
光電変換領域２ａが配設された領域を有効領域５０と記述し、光電変換領域２ｂが配設された領域をＯＢ領域６０と記述する。図１では、ＯＢ領域６０を有効領域５０の片側にのみ設けているが、有効領域５０の両側あるいは周囲に設けてもよい。
【００２３】
垂直電荷転送部３は、垂直方向Ｙに並ぶ複数の光電変換領域からなる列に対応して設けられており、対応する列の各光電変換領域から電荷読み出し領域４を介して読み出した電荷を垂直方向Ｙに転送する。垂直電荷転送部３は、半導体基板内に形成された電荷転送チャネルと、この上方に設けられた電荷転送電極とで構成されている。
【００２４】
水平電荷転送部３０は、複数の垂直電荷転送部３を転送されてきた電荷を水平方向Ｘに転送する。
【００２５】
出力部４０は、水平電荷転送部３０を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する。
【００２６】
図２は、図１に示した固体撮像素子におけるＡ−Ａ線の断面模式図である。シリコン等の半導体基板１内には、光電変換領域２ａ，２ｂが形成され、各光電変換領域２ａ，２ｂの左隣には少し離間してこの光電変換領域２ａ，２ｂに対応する垂直電荷転送部３を構成する電荷転送チャネル３ｂが形成されている。
【００２７】
半導体基板１の上には酸化シリコン膜、ＯＮＯ膜等のゲート絶縁膜１３が形成され、この上に、電荷転送チャネル３ｂとともに垂直電荷転送部３を構成する電荷転送電極３ａが形成されている。電荷転送電極３ａは、電荷転送チャネル３ｂの上方に形成されており、ここに印加する電圧を制御することで、電荷転送チャネル３ａの電位を制御して電荷を垂直方向Ｙに転送できるようになっている。
【００２８】
図２に示す断面に示した電荷転送電極３ａは、平面視においては、水平方向Ｘに延びる同一の電極である。電荷転送電極３ａは水平方向Ｘに延びる長い電極であり、この長い電極が微小の隙間を持って垂直方向Ｙに並べられている。
【００２９】
光電変換領域２ｂの上のゲート絶縁膜１３上には、図８に示した従来構成では存在していない導電性部材５が形成されている。
【００３０】
導電性部材５は、電荷転送電極３ａと接触しないように、電荷転送電極３ａとは距離を空けて配置された島状の部材である。導電性部材５は、電荷転送電極３ａと同じ工程で形成されたものであり、電荷転送電極３ａと同一材料でかつ同一層に形成されている。ここで、同一層とは、下面と上面の高さが一致していることを言う。
【００３１】
有効領域５０にある電荷転送電極３ａの周囲と、ＯＢ領域６０にある電荷転送電極３ａ及び導電性部材５の周囲とには、酸化シリコン等の絶縁膜７が形成されている。絶縁膜７は、光電変換領域２ａの上方に開口が形成されている。一方、光電変換領域２ｂの上方の絶縁膜７には開口が形成されておらず、ＯＢ領域６０において絶縁膜７は平坦な形状となっている。
【００３２】
絶縁膜７の上及びゲート絶縁膜１３の上には、光電変換領域２ａ，２ｂの各々に対応するＣＣＤ及び光電変換領域２ｂを遮光するためのタングステン等からなる遮光膜８が形成されている。遮光膜８は、光電変換領域２ａの上方に開口が形成されており、この開口から光が光電変換領域２ａに入射できるようになっている。一方、光電変換領域２ｂの上方の遮光膜８には開口が形成されておらず、光電変換領域２ｂに光が入射できないようになっている。
【００３３】
有効領域５０においては、絶縁膜７同士の間に隙間があるため、遮光膜８は光電変換領域２ａ上方で基板１側に凹んだ形状となっている。一方、ＯＢ領域６０においては、絶縁膜７が平坦となっているため、遮光膜８も平坦になっている。
【００３４】
導電性部材５の電位を固定するために、導電性部材５と遮光膜８とはコンタクト部６によって電気的に接続されている。コンタクト部６は導電性材料で構成されており、導電性部材５の上の絶縁膜７に形成されたスルーホールに埋め込まれている。
【００３５】
遮光膜８の上にはＢＰＳＧ膜９が形成されている。ＢＰＳＧ膜９上には窒化膜等で構成された層内レンズ１０が形成されている。
【００３６】
層内レンズ１０は、光電変換領域２ａ，２ｂに対応してその上方に設けられており、対応する光電変換領域に効率的に光を導くためのものである。層内レンズ１０は、基板１側に凸形状の下凸レンズと、カラーフィルタ膜１２側（光入射側）に凸形状の上凸レンズとで構成されている。なお、ＯＢ領域６０では、導電性部材５を設けた関係上、層内レンズ１０の下凸レンズは実質的に存在しなくなっている。
【００３７】
層内レンズ１０上には平坦化膜１１が形成され、この上にカラーフィルタ膜１２が形成されている。カラーフィルタ膜１２の上には、図示しないマイクロレンズが形成されている。
【００３８】
次に、以上のように構成された固体撮像素子の製造方法を説明する。半導体基板１内の素子の製造方法は一般的に知られている方法を採用するため、以下では、電荷転送電極３ａの製造工程から説明する。
【００３９】
まず、ゲート絶縁膜１３上に導電性材料を成膜し、成膜した導電性材料の上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、電荷転送電極３ａを形成すべき領域だけでなく、導電性部材５を形成すべき領域にも材料が残るようなパターンとしておく。
【００４０】
次に、このレジストパターンをマスクにして導電性材料膜をエッチングして、電荷転送電極３ａと導電性部材５を形成する。これにより、電荷転送電極３ａと導電性部材５を同一材料及び同一層で形成することができる。
【００４１】
次に、基板１上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によって絶縁材料を成膜し、この絶縁材料の膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等で平坦化する。次に、平坦化した絶縁材料の膜の光電変換領域２ａ上方に開口を形成する。これにより、絶縁膜７を形成する。
【００４２】
次に、導電性部材５上の絶縁膜７にエッチングによってスルーホールを形成し、このスルーホールにポリシリコン、金属等の導電性材料を埋め込んでコンタクト部６を形成する。
【００４３】
次に、基板１上にタングステン等の遮光材料を成膜する。このとき、ＯＢ領域６０においては、絶縁膜７が平坦になっているため、遮光材料を均一な厚みで成膜することができる。
【００４４】
次に、遮光材料膜の光電変換領域２ａ上方にフォトリソグラフィによって開口を形成して遮光膜８を形成する。次に、遮光膜８上にＢＰＳＧを成膜し、これをリフローする。
【００４５】
次に、リフロー後のＢＰＳＧ膜の上に、よく知られている方法で下凸レンズを形成する。例えば、ＢＰＳＧ膜上に窒化シリコン膜を成膜することで下凸レンズを形成する。
【００４６】
このとき、光電変換領域２ｂの上方の遮光膜８には段差がないため、光電変換領域２ｂ上方には実質的に下凸レンズが形成されない。
【００４７】
次に、よく知られている方法で上凸レンズを形成し、この上に平坦化膜１１を形成する。次に、平坦化膜１１上にカラーフィルタ膜１２を形成し、カラーフィルタ膜１２上にマイクロレンズを形成する。
【００４８】
以上のように、この固体撮像素子１００によれば、半導体基板１上方の光電変換領域２ｂと遮光膜８との間に導電性部材５を設けているため、ＯＢ領域６０において遮光膜８を平坦な形状にすることができる。このため、ＯＢ領域６０における遮光膜８の遮光性能を向上させることができる。この結果、光電変換領域２ａでの集光効率を上げるために遮光膜８を薄くしても、遮光性能を維持することが可能となり、感度が高くノイズの少ない固体撮像素子を実現することができる。
【００４９】
なお、図２では、導電性部材５を電荷転送電極３ａと同一層に形成することで、ＯＢ領域６０の遮光膜８を完全に平坦にするものとしたが、この遮光膜８には多少の段差があってもよい。
【００５０】
例えば、導電性部材５の厚みを、電荷転送電極３ａよりも薄くし、遮光膜８が光電変換領域２ｂ上方において少し窪むように形成してもよい。このようにした場合でも、図８に示した構成と比べると、ＯＢ領域６０での遮光膜８の平坦性を向上させることができ、ＯＢ領域６０における遮光性能を向上させることは可能である。
【００５１】
なお、この場合には、導電性部材５を電荷転送電極３ａと同一工程ではなく、別工程で形成すればよい。また、この場合に限らず、導電性部材５は、電荷転送電極３ａと別工程で形成してもよい。別工程の場合には、導電性部材５の材料を電荷転送電極３ａと同じにする必要はない。電荷転送電極３ａと導電性部材５を同一工程で形成する場合には、製造工程を追加する必要がなくなり、コストの上昇を抑えることができる。
【００５２】
また、この固体撮像素子１００によれば、導電性部材５と遮光膜８とが電気的に接続されているため、遮光膜８の電位をグランド等の所定電位に固定することで、導電性部材５の電位も固定することができる。この結果、導電性部材５が基板からの電荷等によってチャージアップしてしまい、光電変換領域２ｂから読み出す信号にノイズが乗ってしまうのを防ぐことができる。
【００５３】
なお、導電性部材５は電気的に浮遊させてもよい。この場合には、コンタクト部６の形成が不要となるため、製造工程の増加を抑えることができる。
【００５４】
また、コンタクト部６を遮光性のある材料（例えばタングステン）で形成し、その大きさを光電変換領域２ｂを覆う大きさとしておくことで、光電変換領域２ｂの遮光性能を更に向上させることも可能となる。
【００５５】
コンタクト部６は、導電性部材５上の絶縁膜７にスルーホールを空けて形成したものであるため、遮光膜８の高さ自体は従来と同等にすることができる。このため、このコンタクト部６を遮光膜として兼用することで、遮光膜８を高くすることなく遮光性能を上げることができ、更なる遮光膜８の薄型化を図って、光電変換領域２ａにおける集光効率を向上させることができる。
【００５６】
また、この固体撮像素子１００によれば、ＯＢ領域６０において遮光膜８が平坦になっているため、あるいは、段差が非常に少なくなっているため、光電変換領域２ｂ上方の層内レンズの集光効率を、光電変換領域２ａ上方の層内レンズよりも大幅に下げることができる。この結果、遮光膜８の平坦性向上による遮光性能の向上に加えて、光電変換領域２ｂ上方の層内レンズの集光効率低下による遮光性能の向上という効果も得ることができる。
【００５７】
また、この固体撮像素子１００では、各光電変換領域の上方に層内レンズ１０を設けているため、層内レンズ１０を設けない場合と比較して光電変換領域２ａにおける集光効率を向上させることができる。
【００５８】
層内レンズ１０を設けた構成では、光電変換領域２ａでの集光効率を上げようとして遮光膜８を薄くしてしまうと、光電変換領域２ｂ上方に設けた層内レンズ１０による集光効果によって光電変換領域２ｂでの遮光性能が低下する恐れがある。
【００５９】
しかし、この固体撮像素子１００では、導電性部材５を設けたことで光電変換領域２ｂにおける遮光性能の向上が図られているため、遮光膜８を薄くした場合でも、光電変換領域２ｂの遮光性能を必要最低限は確保することができる。したがって、層内レンズ１０を設けない構成と比較して、集光効率を向上させながらも、遮光性能を維持することが可能となる。
【００６０】
なお、以上の説明では光電変換領域２ｂを光電変換領域２ａと同じ構成にするものとしたが、これに限らない。例えば、ＯＢ領域６０の光電変換領域２ａに相当する部分（光電変換領域２ｂを形成している部分）には何も設けず、半導体基板１だけとしてもよい。この場合は、この領域から信号を読み出すのではなく、この領域に隣接する電荷転送チャネル３ｂに溜まった電荷に応じた信号を、黒レベルの信号として読み出せばよい。この構成の場合でも、ＯＢ領域６０にある電荷転送チャネル３ｂに光が入ってしまうと、黒レベルを正確に検出することができなくなる。このため、上述した構成によって遮光性能を向上させることが有効となる。
【００６１】
また、以上の説明では、層内レンズ１０を下凸レンズと上凸レンズの２つで構成するものとしたが、光電変換領域２ｂの層内レンズの集光効率低下による遮光性能の向上という効果を得る目的であれば、上凸レンズは必須ではない。
【００６２】
また、以上の説明では、電荷転送電極３ａ及び導電性部材５の材料を特定していないが、この材料としては、多結晶シリコン、タングステン等の金属、及びタングステンシリサイド等の金属シリサイド等を用いることができる。
【００６３】
多結晶シリコンは、ＣＣＤイメージセンサにおいて一般的に用いられている電極材料であるため、汎用の製造ラインで製造できるというメリットがある。
【００６４】
金属及び金属シリサイドは、それ自体が遮光性を持つため、光電変換領域２ｂの遮光性能をより向上させることができるという利点が得られる。また、金属及び金属シリサイドを用いることで、電荷転送電極３ａの低抵抗化を図ることができる。
【００６５】
図３は、図２に示した固体撮像素子において電荷転送電極３ａを金属シリサイドと多結晶シリコンの２層で構成した例を示した図である。図３は、電荷転送電極３ａを、多結晶シリコン１４ａと金属シリサイド１４ｂの２層構造にし、導電性部材５を多結晶シリコン５ａと金属シリサイド５ｂの２層構造にした以外は図２に示した構成と同じである。このような構成にすることで、遮光膜８を図２の構成よりも薄くすることが可能となり、固体撮像領域２ａにおける集光効率をより向上させることができる。
【００６６】
次に、固体撮像素子１００の変形例について説明する。
【００６７】
（第一の変形例）
ＣＣＤ型の固体撮像素子においては、各電荷転送電極の端部において、外部からパルスを供給する端子を接続する構成が採用される。電荷転送電極は水平方向に細長い形状であるため、端部からパルスを供給するだけでは、電極の中央においてパルスがなまってしまい、転送特性に影響が出てしまう。
【００６８】
そこで、電荷転送電極の上に、これに沿うように低抵抗の導電性材料（シャント配線）を形成し、１本の電荷転送電極の水平方向の複数箇所において、このシャント配線と電荷転送電極との電気的接続を取る方法が採用されている。第一の変形例は、このシャント配線を設けた構成において、このシャント配線の一部を光電変換領域２ｂ上方に残した構成である。
【００６９】
図４は、図１に示した固体撮像素子の第一の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図である。図４に示す固体撮像素子は、絶縁膜７と遮光膜８の間にシャント配線１５と絶縁膜７ｂを追加し、ＯＢ領域６０の光電変換領域２ｂの上方に、導電性部材５に換えて導電性部材１６を設けた以外は、図２に示した構成と同じである。
【００７０】
シャント配線１５は、電荷転送電極３ａ上方の絶縁膜７上に設けられ、電荷転送電極３ａに沿って敷設されている。１本の電荷転送電極３ａの水平方向の複数箇所には、コンタクト部１７が形成され、このコンタクト部１７により、電荷転送電極３ａとシャント配線１５とが電気的に接続されている。
【００７１】
導電性部材１６は、シャント配線１５と接触しないように、シャント配線１５とは距離を空けて、光電変換領域２ｂ上方に配置された島状の部材である。導電性部材１６は、シャント配線１５と同じ工程で形成されたものであり、シャント配線１５と同一材料でかつ同一層に形成されている。ここで、同一層とは、下面と上面の高さがほぼ一致していることを言う。図４では、図２に示した導電性部材５が存在していた部分を絶縁材料で埋めることで、ＯＢ領域６０において絶縁膜７を平坦な形状としている。このため、導電性部材１６とシャント配線１５とを同一層で形成することが可能となっている。
【００７２】
有効領域５０におけるシャント配線１５の周囲と、ＯＢ領域６０におけるシャント配線１５及び導電性部材１６の周囲とには、絶縁膜７ｂが形成されている。絶縁膜７ｂは、光電変換領域２ａの上方に開口が形成されている。一方、光電変換領域２ｂの上方の絶縁膜７ｂには開口が形成されておらず、ＯＢ領域６０において絶縁膜７ｂは平坦な形状となっている。
【００７３】
導電性部材１６の電位を固定するために、導電性部材１６と遮光膜８とはコンタクト部１８によって電気的に接続されている。コンタクト部１８は導電性材料で構成されており、導電性部材１６の上の絶縁膜７ｂに形成されたスルーホールに埋め込まれている。
【００７４】
次に、図４に示した固体撮像素子の製造方法を説明する。半導体基板１内の素子の製造方法は一般的に知られている方法を採用するため、以下では、電荷転送電極の製造工程から説明する。
【００７５】
図５は、図４に示した固体撮像素子の電荷転送電極の形成工程の各工程における断面模式図である。図５では半導体基板１内の素子については図示を省略している。
【００７６】
まず、ゲート絶縁膜１３上に電荷転送電極３ａの材料となるポリシリコン等の導電性材料を成膜する。次に、成膜した導電性材料の上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、電荷転送電極３ａを形成すべき領域に材料が残るようなパターンとしておく。
【００７７】
次に、このパターンをマスクにして導電性材料膜をエッチングして、電荷転送電極３ａを形成する。
【００７８】
次に、基板１上に絶縁材料を成膜し、これをＣＭＰ等で平坦化して絶縁膜７’を形成する（ＦＩＧ５Ａ）。
【００７９】
次に、電荷転送電極３ａの一部の上にある絶縁膜７’にスルーホールを形成し、ここに高融点金属であるタングステン等の導電性材料を埋めてコンタクト部１７を形成する（ＦＩＧ５Ｂ）。なお、電荷転送電極３ａと高融点金属の導電性材料で形成されるコンタクト部１７間に、コンタクト抵抗の上昇を防止するため、窒化チタン（ＴｉＮ）、或いは窒化タングステン（ＷＮ）等のバリアメタル層を設けてもよい。
【００８０】
次に、絶縁膜７’上にシャント配線１５の材料（例えばタングステン）を成膜する。その際、コンタクト部１７とシャント配線１５間に、コンタクト抵抗の上昇を防止するため、窒化チタン（ＴｉＮ）、或いは窒化タングステン（ＷＮ）等のバリアメタル層を設けてもよい。次に、成膜した材料の上にレジストパターンを形成する。このレジストパターンは、シャント配線１５及び導電性部材１６を形成すべき領域に材料が残るようなパターンとしておく。
【００８１】
次に、このパターンをマスクにして材料膜をエッチングして、シャント配線１５及び導電性部材１６を形成する。
【００８２】
次に、絶縁膜７’、シャント配線１５、及び導電性部材１６上に絶縁材料を成膜し、これをＣＭＰ等で平坦化して絶縁膜７ｂ’を形成する（ＦＩＧ５Ｃ）。次に、絶縁膜７’，７ｂ’の光電変換領域２ａ上方の部分に開口を形成して、絶縁膜７，７ｂを形成する（ＦＩＧ５Ｄ）。
【００８３】
この後は、導電性部材１６上の絶縁膜７ｂにスルーホールを形成し、ここに導電性材料を埋めてコンタクト部１８を形成する。そして、この上に遮光膜８を形成し、それよりも上の膜を形成して、図４に示した固体撮像素子を得る。
【００８４】
以上のように、図４に示した固体撮像素子によれば、導電性部材１６を設けたことにより、ＯＢ領域６０における遮光膜８の平坦性を改善することができるため、図２に示した固体撮像素子で述べたのと同じ効果を得ることができる。特に、シャント配線１５は、低抵抗の金属材料を用いるため、導電性部材１６に遮光性能を持たせることができ、光電変換領域２ｂの遮光性能を向上させることが可能である。
【００８５】
なお、図４の構成においても、コンタクト部１８を遮光性のある材料（タングステン等）で構成し、その面積を大きくすることで、遮光性能を更に向上させることができる。
【００８６】
また、図４の構成において、導電性部材１６は、シャント配線１５と別工程で形成してもよい。別工程の場合には、材料もシャント配線１５と同じにする必要はない。導電性部材１６とシャント配線１５を同一工程で形成することで、製造工程を追加する必要がないため、コストの上昇を抑えることができる。
【００８７】
（第二の変形例）
図６は、図１に示した固体撮像素子の第二の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図である。図６に示す固体撮像素子は、図３に示した構成と図４に示した構成を組み合わせたものとなっている。
【００８８】
つまり、図４に示した構成において、電荷転送電極３ａを多結晶シリコン１４ａと金属シリサイド１４ｂの２層構造とし、光電変換領域２ｂと導電性部材１６との間の絶縁膜７内に導電性部材５を追加し、この導電性部材５と導電性部材１６とをコンタクト部６で電気的に接続した構成となっている。
【００８９】
図６に示した固体撮像素子の製造方法は、図５のＦＩＧ５Ａの工程において、電荷転送電極３ａを２層構造で形成すると共に、光電変換領域２ｂ上方にも導電性材料を残すようにパターニングして電荷転送電極３ａと導電性部材５を形成する。
【００９０】
次に、絶縁膜７’を形成し、導電性部材５上の絶縁膜７’と電荷転送電極３ａの一部の上の絶縁膜７’とにスルーホールを形成して、ここに導電性材料を埋め込んでコンタクト部６，１７を形成する。
【００９１】
この後は、絶縁膜７’上にシャント配線１５と導電性部材１６を同時に形成し、その後に絶縁膜７ｂ’を形成してコンタクト部１８を形成し、絶縁膜７’，７ｂ’に開口を形成した後、遮光膜８を形成すればよい。
【００９２】
図６に示した構成によれば、光電変換領域２ｂの上方に、導電性部材５と導電性部材１６の２つが存在するため、この両方を遮光性のあるものにすることで、光電変換領域２ｂの遮光性能を大幅に高めることができる。
【００９３】
（第三の変形例）
図７は、図１に示した固体撮像素子の第三の変形例を示すものであり、図２に示した断面に対応する図である。図７に示す固体撮像素子は、コンタクト部６をコンタクト部６’に変更した以外は、図６に示した構成と同じである。
【００９４】
コンタクト部６’は、コンタクト部６と同じ機能を持つが、その面積を光電変換領域２ｂを覆うように大きくし、その材料を遮光性のあるもの（例えばタングステン）とした点が異なっている。
【００９５】
このような構成とすることで、光電変換領域２ｂの遮光性能を更に向上させることができ、遮光膜８を更に薄くして、光電変換領域２ａの集光効率を向上させることが可能となる。また、この構成においても、コンタクト部１８を遮光性のある材料（タングステン等）で構成し、その面積を大きくすることで、遮光性能を更に向上させることができる。
【００９６】
なお、これまでの説明では、電荷転送電極３ａを単層電極構造としたが、これは２層電極構造であってもよい。この場合でも、電荷転送電極を覆う絶縁膜を平坦化しておくことで、遮光膜を均一に形成することができる。
【００９７】
以上のように、本明細書には次の事項が開示されている。
【００９８】
開示された固体撮像素子は、半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子であって、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応して設けられるＣＣＤを構成する電荷転送電極と、前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口が形成された遮光膜と、前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に設けられた導電性部材とを備える。
【００９９】
この構成により、第二の領域上方の遮光膜上面の位置を、第一の領域上方の遮光膜上面の位置よりも高くすることができる。この結果、双方の位置が一致する従来と比較して、第二の領域が配置される領域の遮光膜の平坦性が改善されることになり、第二の領域の遮光性能を向上させることができる。また、導電性部材は電荷転送電極と同じ工程で形成することが可能であるため、特別な製造工程を追加することなく遮光性能を向上させることも可能となる。
【０１００】
開示された固体撮像素子は、前記導電性部材が、前記電荷転送電極と同一材料で構成され、かつ、前記電荷転送電極と同一層に形成されている。
【０１０１】
この構成により、導電性部材と電荷転送電極を同じ工程で形成することができるため、製造工程の追加なく、目的を達成することができる。
【０１０２】
開示された固体撮像素子は、さらに、前記電荷転送電極の上方に形成された配線であって前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を含み、前記導電性部材が、前記配線と同一材料で構成され、かつ、前記配線と同一層に形成されている。
【０１０３】
この構成により、導電性部材と配線を同じ工程で形成することができるため、製造工程の追加なく、目的を達成することができる。
【０１０４】
開示された固体撮像素子は、さらに、前記電荷転送電極の上方に形成された配線であって前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を含み、前記導電性部材が、第一の部材と、前記第一の部材の上方に設けられた第二の部材とを含み、前記第一の部材が、前記電荷転送電極と同一材料で構成され、かつ、前記電荷転送電極と同一層に形成されており、前記第二の部材が、前記配線と同一材料で構成され、かつ、前記配線と同一層に形成されている。
【０１０５】
この構成により、第一の部材と第二の部材として遮光性のある材料を選択することで、遮光性能を更に向上させることができるようになる。
【０１０６】
開示された固体撮像素子は、前記第一の部材と前記第二の部材の間にこれらを電気的に接続する部材を備える。
【０１０７】
この構成により、別の部材によって遮光性能を更に向上させることが可能となる。
【０１０８】
開示された固体撮像素子は、前記導電性部材と前記遮光膜とを電気的に接続する接続部を備える。
【０１０９】
この構成により、遮光膜を所定電位に接続することで、導電性部材の電位を固定することができ、第二の領域から読み出す信号の特性を安定させることができる。
【０１１０】
開示された固体撮像素子は、前記接続部が、遮光性のある材料で構成され、かつ、前記第二の領域を覆って形成されている。
【０１１１】
この構成により、接続部によって遮光性能を向上させることができる。
【０１１２】
開示された固体撮像素子は、前記導電性部材が電気的に浮遊している。
【０１１３】
この構成により、製造工程を追加することなく目的を達成することができる。
【０１１４】
開示された固体撮像素子は、前記第二の領域が配置される領域にある前記遮光膜が平坦になっている。
【０１１５】
この構成により、第二の領域が配置される領域の遮光膜が均一に形成されるため、遮光性能をより向上させることができる。
【０１１６】
開示された固体撮像素子は、前記第一の領域の上方と前記第二の領域の上方に層内レンズを備える。
【０１１７】
層内レンズを有する固体撮像素子では、第一の領域における集光効率を更に上げることが難しいが、この構成によれば、遮光膜を薄くすることができるため、集光効率を向上させることができる。
【０１１８】
開示された固体撮像素子は、前記層内レンズが下凸レンズである。
【０１１９】
開示された固体撮像素子は、前記導電性部材が、遮光性のある材料で構成されている。
【０１２０】
この構成により、導電性部材が遮光機能を持つため、第二の領域の遮光性能をより向上させることができる。このため、遮光膜を更に薄くして集光効率を上げても、遮光性能を維持することができる。
【０１２１】
開示された固体撮像素子は、前記遮光性のある材料が、金属又は金属シリサイドで構成されている。
【０１２２】
開示された固体撮像素子は、前記導電性部材が、多結晶シリコン材料で構成されている。
【０１２３】
この構成により、一般的な製造プロセスを利用して目的を達成することができる。
【０１２４】
開示された固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に形成された、被写体からの光を受光してその光量に応じた電荷を発生する第一の領域及び黒レベルを検出するための第二の領域を有するＣＣＤ型の固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板上方に、前記第一の領域及び前記第二の領域に対応するＣＣＤを構成する電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極及び前記第二の領域を遮光する遮光膜であって、前記第一の領域上方に開口を設けた遮光膜を形成する工程と、前記第二の領域と前記遮光膜との間の前記半導体基板上方に導電性部材を形成する工程とを備える。
【０１２５】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記導電性部材を、前記電荷転送電極と同一工程で形成する。
【０１２６】
開示された固体撮像素子の製造方法は、さらに、前記電荷転送電極の上方に前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を形成する工程を含み、前記導電性部材を前記配線と同一工程で形成する。
【０１２７】
開示された固体撮像素子の製造方法は、さらに、前記電荷転送電極の上方に前記電荷転送電極と電気的に接続される配線を形成する工程を含み、前記導電性部材が、第一の部材と、前記第一部材の上方に設けられた第二の部材とを含み、前記第一の部材を前記電荷転送電極と同一工程で形成し、前記第二の部材を前記配線と同一工程で形成する。
【０１２８】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第一の部材と前記第二の部材の間にこれらを電気的に接続する部材を形成する工程を備える。
【０１２９】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記導電性部材と前記遮光膜とを電気的に接続する接続部を形成する工程を備える。
【０１３０】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記接続部を、遮光性のある材料で構成し、かつ、前記第二の領域を覆って形成する。
【０１３１】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記電荷転送電極を覆う平坦な絶縁膜を形成する工程を備え、前記遮光膜を形成する工程では、前記絶縁膜の上に遮光材料を成膜し、これをパターニングして前記第二の領域が配置される領域において平坦な前記遮光膜を形成する。
【０１３２】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記遮光膜の形成後、前記第一の領域の上方と前記第二の領域の上方に層内レンズを形成する工程を備える。
【０１３３】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記層内レンズが下凸レンズである。
【０１３４】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記導電性部材を遮光性のある材料で形成する。
【０１３５】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記遮光性のある材料が、金属又は金属シリサイドである。
【０１３６】
開示された固体撮像素子の製造方法は、前記導電性部材を多結晶シリコン材料で形成する。
【符号の説明】
【０１３７】
１  基板
２ａ，２ｂ  光電変換領域
３ａ  電荷転送電極
５  導電性部材
８  遮光膜
１００  固体撮像素子
【図１】
2011142234.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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