(57)【要約】【課題】ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子における光のケラレを抑制し、感度を向上させると共に、伝播効率の低下を抑制ないし回避する。【解決手段】受光部１０の周囲に導電体層１３，１６が形成されて成る単位画素１が配列され、単位画素１を取り囲む導電体層１３，１６のうち、少なくとも一部の導電体層１３の角部をエッチングして斜面部１３Ｓａ〜１３Ｓｄ又は曲面部とする。画素内又は画素間で形状が異なる導電体層を有し、導電体層１６の体積を確保することによって、集光効率の向上を図りつつ伝播光率の低下を防ぐ。【選択図】図２
2008277624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部の周囲に導電体層が形成されて成る単位画素が配列され、
前記単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部がエッチングされて斜面部又は曲面部とされて成り、
同一単位画素内及び／又は異なる単位画素間において前記角部の形状の異なる導電体層を有する
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記導電体層が一の方向と他の方向に沿って延長されて成り、
前記一の方向と他の方向とにおいて、前記導電体層の前記角部の形状が異なることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記導電体層の角部の形状が、全画素領域中の当該単位画素の配置位置によって異なることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記導電体層の角部の形状は、グレースケールマスクを用いたレジストのマスク露光と現像、及び現像後の前記レジストの形状を異方性エッチングにより転写することによって形成されて成ることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
受光部の周囲に導電体層を形成する工程と、
前記導電体層上にレジストを形成する工程と、
前記レジストに対して、グレースケールマスクを用いて露光を行う工程と、
前記レジストを現像する工程と、
前記レジストの上から異方性エッチングを行って、現像後の前記レジストの形状を前記導電体層に転写する工程と、を有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
角部の形状が異なる導電体層を形成することを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記受光部とその周囲の前記導電体層とで構成される単位画素内において、前記レジストの形状を転写した導電体層の角部の形状を変えることを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
半導体基体上に、受光部とこれを取り囲む導電体層が設けられて単位画素が構成され、複数の単位画素が配列された撮像領域が設けられる固体撮像素子と、
撮像対象からの光を前記固体撮像素子に導く撮像光学部と、
前記固体撮像素子によって撮像した画像を信号処理する信号処理部と、を具備し、
前記固体撮像素子は、
受光部の周囲に導電体層が形成されて成る単位画素が配列され、
前記単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部がエッチングされて斜面部又は曲面部とされて成り、
同一単位画素内及び／又は異なる単位画素間において前記角部の形状の異なる導電体層を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子とその製造方法及び固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子において、感度向上を実現する手法の一つとして、電極形状を工夫する技術が各種提案されている。例えば、光のケラレを抑制することを目的として、電極の角部をエッチング除去して斜面状やラウンド形状とすることにより、この上に電極の形状を反映して形成される遮光膜の角部も同様に斜面状やラウンド形状とする構造が提案されている（例えば特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
上記特許文献１では、例えばＣＣＤの転送電極において、この転送電極を形成した後全面に形成した絶縁膜をエッチバックして、転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する。そしてエッチングを続行してサイドウォール絶縁層を縮小させて、転送電極の電極層の角部を露出させた後に、等方性エッチングにより転送電極の電極層の角部を除去する。このようにして、電極の角部を斜面状とするものである。
【０００４】
また上記特許文献２では、同様に例えばＣＣＤの転送電極の形成にあたって、電極上に、この電極の形状変化に緩やかに追従しながら形状変化する被覆材を被覆し、この被覆材の形状をエッチバックにより導電体層に転写して、導電体層の角部をラウンド形状等とする手法が提案されている。
【０００５】
一方、光の透過率が一様でないフォトマスクとしてグレースケールマスクが実用化されており、マイクロレンズアレイの曲面形状の製造工程等において利用されつつある。また、例えば画像表示装置において、赤、緑及び青色等の各色に対応する光スイッチ素子等の構造を制御するために、グレースケールマスクを利用する方法が提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４０２８７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３３０８９号公報
【特許文献３】特開２００２−３２８３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に開示の手法において、電極上に被覆した絶縁膜から電極角部を露出させる過程では異方性エッチングが用いられ、また電極角部を除去する際には等方性エッチングが用いられる。通常の異方性エッチングや等方性エッチングでは、原理的に画素領域全体を均一にエッチングすることになる。このため、電極の角部のエッチング後の形状は、画素領域の全ての領域で一様となる。
また、上記特許文献２に開示された方法による場合においては、電極上に全面的に被覆材を形成して、その形状を異方性エッチングにより電極角部に転写している。このため、電極の角部は一様にエッチングされ、すなわち均一な電極形状となってしまう。
【０００８】
従って、上記特許文献１及び２に開示の方法によって、電極の角部をエッチング除去する場合は、光のケラレを効果的に抑制することを目的として電極角部を大幅にエッチングすると、撮像領域の全ての電極の角部が一様に大きくエッチングされる。このため配線部分の体積も著しく減少してしまうこととなる。上記特許文献１に開示の方法による場合は、等方性エッチングの際に電極角部がくぼみ状となり易く、より体積の減少が生じ易い。このように配線部分の体積が減少してしまうと、伝播遅延が生じることが問題となる。
また、上記特許文献２に開示の方法では、被覆材の粘性の高さや、リフロー処理などを利用して、電極角部上に所望の傾斜角度を有する被覆材を形成しようとしているが、狙い通りのレジスト形状を得ることには困難を伴うという問題もある。
【０００９】
また、上記特許文献３等において、曲面形状等の３次元形状を１回の露光、現像により達成できるグレースケールマスクを用いる露光現像法が提案されているが、電極形状を制御する目的での利用は提案されておらず、電極の最適な形状についても検討されていない。
【００１０】
以上の問題に鑑みて、本発明は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子における光のケラレを抑制し、感度を向上させると共に、伝播効率の低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明による固体撮像素子は、受光部の周囲に導電体層が形成されて成る単位画素が配列され、単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部がエッチングされて斜面部又は曲面部とされて成る。そして、同一単位画素内及び／又は異なる単位画素間において角部の形状が異なる導電体層を有する構成とする。
【００１２】
また、本発明による固体撮像素子の製造方法は、受光部の周囲に導電体層を形成する工程と、この導電体層上にレジストを形成する工程と、レジストに対して、グレースケールマスクを用いて露光を行う工程と、レジストを現像する工程と、レジストの上から異方性エッチングを行って、現像後のレジストの形状を前記導電体層に転写する工程と、を有する。
【００１３】
更に、本発明による固体撮像装置は、上述の固体撮像素子を含む構成とするものである。すなわち、半導体基体上に、受光部とこれを取り囲む導電体層が設けられて単位画素が構成され、複数の単位画素が配列された撮像領域が設けられる固体撮像素子と、撮像対象からの光を前記固体撮像素子に導く撮像光学部と、固体撮像素子によって撮像した画像を信号処理する信号処理部と、を具備する。そして固体撮像素子は、受光部の周囲に導電体層が形成されて成る単位画素が配列され、単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部がエッチングされて斜面部又は曲面部とされて成り、同一単位画素内及び／又は異なる単位画素間において角部の形状が異なる導電体層を有する構成とする。
【００１４】
上述したように、本発明による固体撮像素子は、受光部の周囲に導電体層が形成されて成る単位画素が例えば直交するＸ−Ｙ方向の２次元状に配列されるものであり、特に、単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部をエッチングして斜面部又は曲面部とし、単位画素内及び／又は異なる単位画素間において角部の形状が異なる導電体層を有する構成とするものである。なお、本明細書において、導電体層の角部とは、平面形状における角部ではなく、断面形状の角部、特に上面と側面との境界となる角部（いわば肩部）を示す。
このように、本発明による固体撮像素子及び固体撮像装置においては、単位画素内及び／又は異なる単位画素間において電極や配線を構成する導電体層の角部の形状が均一でなく、角部が削られて斜面部や曲面部となっている導電体層と、角部が削られていない、或いは削られる体積が比較的少ない導電体層とが混在するものである。したがって、例えば光の入射角度に応じて、光のケラレが大きい領域の周囲の導電体層、特に、ケラレが大きくなる方向の角部のみを選択的に大きくエッチングして斜面部又は曲面部とすることで、集光効率を高めることができる。一方、光のケラレが小さい部分は角部の除去を行わないか、エッチング量を小さくすることで、電極体積の目減りを抑え、伝播遅延を抑制することが可能となる。
【００１５】
このような導電体層の構造は、本発明の固体撮像素子の製造方法によって、容易に製造できる。特に、グレースケールマスクを利用することによって、工程数を増加することなく、１回のフォトリソグラフィ工程によって容易に形成することができる。グレースケールマスクは、その濃淡分布を制御することで、レジストの露光深さを部分的に制御することができる。例えば角部を比較的大きく除去したい部分では、この角部上のレジストに対して、比較的深い領域まで露光を行うようにして露光及び現像を行う。逆に、角部を除去しない方がよい領域では露光されないようにするか、又は比較的浅い領域のみ露光されるような露光及び現像を行う。そしてこのように露光深さ（すなわち露光する領域の体積）を部分的に制御し、現像したレジストに対して、異方性エッチングを行うことによって、このレジストの形状を導電体層の角部に転写することができる。これにより、上述したように単位画素内及び／又は異なる単位画素間において導電体層の角部のエッチング形状が異なる構造を容易に形成することができる。例えば単位画素内の特定の方向に延長する導電体層の角部のみエッチングするとか、又は全画素領域のうち入射光のケラレが特に問題となる領域の導電体層の角部のみをエッチング除去することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像素子及び固体撮像装置によれば、光のケラレを抑制し、感度を向上させると共に、伝播効率の低下を抑制することができる。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、光のケラレを抑制し、伝播効率の低下を抑制できる固体撮像素子を、工程数を増加することなく容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
図１は本発明の実施形態による固体撮像装置１１０の構成例を示すブロック図である。
本例の固体撮像装置１１０は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、その他の撮像機能を有する電子機器として構成されており、撮像光学部１１１、固体撮像素子３０、信号処理部１１３、入出力部１１２等で構成される。撮像光学部１１１は各種レンズやシャッター、絞り機構等を含み、被写体像を固体撮像素子３０に導く。固体撮像素子３０は後述する本発明構成のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等より構成され、被写体像を撮像する。信号処理部１１３はデジタル信号を処理するＤＳＰ（Digital Signal Processors）等で構成され、固体撮像素子３０によって取得した画像信号にフォーマット変換等の処理を施し、表示用や記録用のデータに変換する。
【００１８】
図示しないがその他、フラッシュメモリ、小型ハードディスク等より成るフレーム記憶部や、信号処理部３０において処理した画像データを表示する液晶表示器等の表示部、また、磁気記録媒体や光記録媒体等の情報記憶媒体に画像データを記録及び／又は再生する記録部、更には、入出力信号を操作するシャッタボタン、各種機能キー、カーソルキー等を含む操作部などが設けられていてもよい。
【００１９】
図２は本発明の実施形態による固体撮像素子の一例の要部を拡大した概略平面構成図である。この例においては、本発明の固体撮像素子をＩＴ（インターライン）−ＣＣＤに適用した場合を示す。また、図２中Ａ−Ａ’線上の内部構造を示す概略断面図を図３Ａに、図２中Ｂ−Ｂ’線上の内部構造を示す概略断面図を図３Ｂに示す。
【００２０】
この固体撮像素子３０には、図２中矢印ｘ及びｙで示すように、直交するｘ−ｙ方向に沿ってマトリクス状（行列状）に受光部１０が配置され、この受光部１０の周囲に第１及び第２の導電体層１３及び１６が配置される。受光部１０は、それぞれ単位画素１を構成し、すなわち本実施の形態では１画素に１つずつ設けられる。図示の例では、受光部１０の各列の一側に、垂直転送レジスタの転送電極を構成する第１の導電体層１３（１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、・・・）がｙ方向、すなわち垂直方向に配列して形成される。また、受光部１０の各行の一側に、例えばバイアス電圧を供給する配線を構成する第２の導電体層１６がｘ方向、すなわち水平方向に延在して形成される。第１の導電体層１３のうち１つおきの導電体層１３（図示の例では１３Ｂ及び１３Ｄ）は、ｘ方向に延在して、第２の導電体層１６と上下に重なる部分を有すると共に、同一行毎に電気的に接続される。また、第２の導電体層１６は、一部がｙ方向（垂直方向）に延在して、第１の導電体層１３と重なる部分を有する。そしてこのｙ方向に延在する領域において、上述のｘ方向に延在する第１の導電体層１３Ｂ及び１３Ｄとは異なる他の一つおきの第１の導電体層１３（図示の例では１３Ａ及び１３Ｃ）と、コンタクト部１５において電気的に接続される構成とする。
【００２１】
なお、撮像領域となる全画素領域の外側には、図示しないが垂直転送レジスタの一端に接続して水平転送レジスタが設けられ、水平転送レジスタの一端に出力部が設けられる。第１の導電体層１３の下部の半導体基体１１内には、図示しないが転送チャネル領域が形成され、ゲート絶縁膜である絶縁層１２と第１の導電体層１３とによって垂直転送レジスタが構成される。
また、図示しないが第１及び第２の導電体層１３及び１６の上を覆って、層間絶縁膜を介して遮光膜が形成される。この遮光膜は、受光部１０に光が入射するように受光部１０上に開口を有し、単位画素１を区画する構成とされる。更に、遮光膜よりも上方には、図示しないが必要に応じて遮光膜を覆う絶縁層、カラーフィルタ、オンチップレンズ等が設けられて、固体撮像素子３０が構成される。
【００２２】
本実施形態例においては、図２に示すように、垂直転送レジスタの転送電極を構成する第１の導電体層１３（１３Ａ〜１３Ｄ）は上下に重複せず、すなわちいわゆるオーバーラップする領域を含むことなく平面上に配列された単層構成とする例を示す。この場合の転送方法としては、例えば第１の導電体層１３Ｂに第１相の転送パルスφＶ１、第１の導電体層１３Ｃに第２相の転送パルスφＶ２、第１の導電体層１３Ｄに第３相の転送パルスφＶ３、第１の導電体層１３Ａに第４相の転送パルスφＶ４を印加することによって、矢印ｙに沿う垂直方向に４相駆動による信号の電荷転送を行うことができる。
【００２３】
このような構成とする場合は、感度低下の要因となる第１の導電体層１３（１３Ａ〜１３Ｄ）同士がオーバーラップする部分がなく、受光部を狭める要因となる画素間電極数も一本と少ないため、感度の向上を図ることができる。なお、本発明はこの電極構造の固体撮像素子への適用に限定されるものではなく、オーバーラップ部を有する構成とする場合にももちろん適用可能であり、また４相駆動による場合のみならず、２相駆動、３相駆動とする固体撮像素子等、種々の駆動方式及び構成の固体撮像素子において適用可能であることはいうまでもない。
【００２４】
そして本例においては、図２及び図３に示すように、単位画素１を構成する受光部１０を取り囲む第１及び第２の導電体層１３及び１６のうち、少なくとも一部の導電体層の角部にのみ斜面部又は曲面部、図示の例では斜面部を設ける。図３Ａ及びＢから明らかなように、角部とは、導電体層の上面と側面との境界の角部を指す。図示の例においては、第１及び第２の導電体層１３及び１６の角部のうち、ｙ方向（垂直方向）に延長する角部はエッチングされて、図２及び図３Ａに示すように、斜面部又は曲面部、この例では斜面部１３Ｓａ及び１３Ｓｂ、１６Ｓａ及び１６Ｓｂが形成されて成る。一方図２及び図３Ｂに示すように、ｘ方向に延長する角部１３ｃ及び１３ｄ、１６ｃ及び１６ｄはエッチングされず、斜面部又は曲面部は形成されない。すなわちこの場合、同一単位画素１内において、角部の形状が異なる導電体層が形成される。
そしてこの場合は、第１及び第２の導電体層１３及び１６が、一の方向と他の方向、図示の例ではｘ方向及びｙ方向に沿って延長されて成り、ｘ方向とｙ方向とにおいて、導電体層１３及び１６の角部の形状が異なる。
【００２５】
一般に、受光部１０に入射する光のケラレは特に水平方向で生じ易く、またＩＴ−ＣＣＤ等のように、受光部１０の形状が垂直方向に比較的長く、水平方向に比較的短い長方形となっている場合、特に水平方向のケラレが問題となる。したがって、第１及び第２導電体層１３及び１６の角部のうち、垂直方向（ｙ方向）に延長する角部をエッチングして斜面部、又は図示しないが曲面部とすることによって、入射光のケラレを抑制ないしは回避することができる。なお、この場合は導電体層１３及び１６のｘ方向に沿う両側、図２において左右の角部を略均等にエッチング除去して、略同一の角度の傾斜部１３Ｓａ及び１３Ｓｂ、１６Ｓａ及び１６Ｓｂとする例を示す。
一方、水平方向（ｘ方向）に延長する第１及び第３の導電体層１３及び１６は、バイアス電圧を印加する配線部であり、角部がエッチングされて体積が減少すると伝播効率が低下し、末端まで均一な電圧が印加されなくなって伝播遅延を生じる恐れがある。特に、全画素数が比較的多く例えば画素数が１００万画素程度とされる固体撮像素子においては、このような配線部の体積減少による伝播遅延は極めて問題となる。
これに対し本例においては、図２及び図３に示すように、水平方向（ｘ方向）に延長する第１及び第３の導電体層１３及び１６の角部１３ｃ及び１３ｄ、１６ｃ及び１６ｄをエッチングせず、すなわち体積を減少させないことによって、このような伝播遅延の発生を効果的に抑制ないしは回避することが可能となる。
【００２６】
このような角部の形状の異なる導電体層を有する構成は、本発明の固体撮像素子の製造方法により容易に製造することができる。本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施形態例による工程図を図４Ａ〜Ｄに示す。
まず、図４Ａに示すように、Ｓｉ等の半導体基体６１上に例えばＳｉＯ２等より成る絶縁層６２を形成した後、スパッタリング等によって導電体材料を成膜し、通常のレジストの塗布、パターン露光、現像、異方性エッチングによるフォトリソグラフィを用いて導電体層６３をパターン形成する。
次に、図４Ｂに示すように、導電体層６３を埋め込んで十分な厚さのレジスト６４を塗布し、グレースケールマスク６５を用いて矢印Ｌで示すように露光を行う。グレースケールマスク６５を用いる露光によって、部分的に異なる露光深さの露光部６４ｅが形成される。そしてこのレジスト６４を現像すると、図４Ｃに示すように、部分的に傾斜角度θ１、θ２、・・・θ５の異なる側面を有する凹凸形状となる。
そしてこのレジスト６４をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等の異方性エッチングを行うことにより、図４Ｄに示すように、現像後のレジストの形状が下層の導電体層６３に転写され、傾斜角度がそれぞれ略θ１、θ２、・・・θ５の斜面を有する導電体層６３Ａ、６３Ｂ、・・・６３Ｅを形成することができる。
【００２７】
このように、グレースケールマスクを利用することによって、前述の図２〜図４に示すような斜面部の他、曲面部も形成することが可能である。
【００２８】
図２及び図３に示す例においては、単位画素内で角部の形状の異なる導電体層が形成される例であるが、更に、異なる単位画素間において、導電体層の角部の形状を異ならせてもよい。
図５は、固体撮像素子３０の一例の概略平面構成図で、基体３１上に画素領域３２が設けられる。そして、この画素領域３２上での位置によって、すなわち全単位画素における当該単位画素の配置位置によって導電体層の角部の形状を変えることにより、光のケラレを画面上の全ての位置において効率よく抑制し、且つ伝播遅延が抑制される構成とすることができる。この場合、図５に示すように、画素領域３２の中央部を第１の領域３２Ａ、垂直方向には中央で水平方向には右端となる第２の領域３２Ｂ、垂直方向には中央と上端の略中間であり水平方向には中央と右端との略中間である第３の領域３２Ｃ、右上端の第４の領域３２Ｄとする。図５において、図２及び図３中で示すｘ及びｙ方向を、同様に矢印ｘ及びｙとして示す。
【００２９】
ここで例えば中央部の第１の領域３２Ａにおいて、画素領域３２におけるｘ方向すなわち水平方向の光のケラレのみが問題である場合は、前述の図２及び図３に示す構成とすることができる。すなわち第１及び第２の導電体層１３及び１６の角部のうち、ｙ方向に沿って延長する角部のみをエッチングし、ｘ方向両端（左右）の角部を略均等にエッチングして斜面部１３Ｓａ及び１３Ｓｂ、１６Ｓａ及び１６Ｓｂとする。
中央部の第１の領域３２Ａは画素領域３２の中央部付近にあるため、水平方向に関して受光部１０への光の入射角には特定方向への偏りがない。そのため、光のケラレ抑制を目的とした角部のエッチングは図２中Ａ−Ａ’線上の断面において左右均等に施す。これに対し、Ｂ−Ｂ’線上の断面においては、導電体層の角部にエッチングが施されていなくても光のケラレには殆ど影響しない。これは、Ｂ−Ｂ’線の方向においては導電体層の間隔が比較的広いためであり、光の入射角に偏りのない画素領域３２の中央部ではエッチングを施さなくとも十分集光できるためである。
【００３０】
これに対し、図５の第２の領域３２Ｂにおいては、例えば図６及び図７に示す構成とすることが望ましい。図６及び図７において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図７Ａは図６のＡ−Ａ’線上の断面構成図、図７Ｂは図６のＢ−Ｂ’線上の断面構成図である。
図６及び図７に示すように、この場合は、第１及び第２の導電体層１３及び１６において、ｙ方向に延長する角部のうち一側の角部のみが斜面部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂとされ、他方の角部１３ａ及び１６ａはエッチングされない構成とする。すなわちこの場合、受光部１０の中央部からみて左側の導電体層の角部のみがエッチングされている。そして更にこの斜面部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂは面積が大きく、すなわち角部のエッチング量は、図２及び図３に示す構成より大きい。
これは、図５に示すように第２の領域３２Ｂは画素領域３２の右端にあり、受光部１０への入射光は、図６のＡ−Ａ’線上の断面において左側に傾斜する成分が多いためである。光のケラレを低減するために、Ａ−Ａ’線上の断面において第１及び第２の導電体層１３及び１６の右側の角部（受光部１０からみて左側の角部）を比較的大きくエッチングして面積の比較的大きい斜面部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂを形成している。一方、反対側の角部１３ａ及び１６ａは光の入射角の傾斜量が小さいので、エッチングしなくても光のケラレは殆ど生じない。同様に、Ｂ−Ｂ’線上の断面における角部１３ｃ及び１３ｄ、１６ｃ及び１６ｄもエッチングしなくても入射光に殆ど影響を及ぼさない。
【００３１】
図８及び図９は、図５の第３の領域３２Ｃにおいて好ましい導電体層の構成を示す図である。図８及び図９において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図８及び図９に示す例では、第１及び第２の導電体層１３及び１６は、図８のＡ−Ａ’線上の断面において右側（受光部１０の中央部からみて左側）の角部と、Ｂ−Ｂ’線上の断面において右側（受光部１０の中央部からみて下側）の角部のみがエッチングされて斜面部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂ、１６Ｓｄとされる。図５における第３の領域３２Ｃは画素領域３２の中央部から右上側にあるので、受光部１０への入射光は、図８のＡ−Ａ’線上の断面において左側に傾斜する成分と、Ｂ−Ｂ’線上の断面において左側に傾斜する成分とを有している。このため、この傾斜方向に対応して光のケラレが生じる角部のみをエッチングすることが望ましい。反対側の角部１３ａ及び１６ａ、１３ｃ及び１６ｃはエッチングせずにそのままの形状であっても光のケラレは殆ど生じない。また、第１の導電体層１３の角部１３ｄは光の入射角の傾斜の度合いによって、図示の例のようにエッチングせずにそのままの形状であってもよく、また、光のケラレに影響する部分のみをエッチング除去して斜面部としてもよい。
【００３２】
図１０及び図１１は、図５における第４の領域３２Ｄにおいて好ましい導電体層の構成を示す図である。図１０及び図１１において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第４の領域３２Ｄにおいては、第３の領域３２Ｃと同様に、受光部１０への入射光は、Ａ−Ａ’線上の断面において左側に傾斜する成分と、Ｂ−Ｂ’線上の断面において左側に傾斜する成分とを有しており、光の傾斜角度は第３の領域３２Ｃよりも大きい。そのため、Ａ−Ａ’線上の断面、Ｂ−Ｂ’線上の断面ともに、導電体層の右側（受光部１０の中央部からみて左側）の角部がエッチングされて斜面部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂ、１６Ｓｄとなっており、そのエッチング量は第３の領域３２Ｃにおけるエッチング量よりも大きい。すなわち、第３の領域３２Ｃにおける斜面部よりも広い面積の斜面部となっている。この場合においても、第１の導電体層１３の角部１３ｄは光の入射角の傾斜の度合いによって、図示の例のようにエッチングせずにそのままの形状であってもよく、また、エッチング除去して斜面部としてもよい。
【００３３】
以上、図５の画素領域３２の第１〜第４の画素領域３２Ａ〜３２Ｄにおける導電体層の好ましい形状について説明したが、導電体層の形状はこれらの例に限定されるものではない。例えば、第３及び第４の領域３２Ｃ及び３２Ｄにおいて、上述の例においては図８及び図１０中Ｂ−Ｂ’線上の断面での第２の導電体層１６の一方の角部に斜面部１６ｄが形成されるが、光のケラレに影響がそれほどない場合は伝播効率の低減を抑えるために、エッチングを行わず、斜面部や曲面部を形成しないことが望ましい。
なお、図５に示す第１〜第４の領域３２Ａ〜３２Ｄ以外の位置での導電体層の形状は、上述した各例と同様に、各領域における光の入射角度に応じ、光のケラレが大きい部分を選択的にエッチングすることが望ましい。一方、光のケラレに影響を生じない部分は角部をエッチングせず残してもよく、特にバイアス電圧を印加する配線部となる導電体層のｘ方向（水平方向）に延長する角部は、エッチングせずに体積を保持することが伝播効率の低下を抑制するために望ましい。
【００３４】
次に、上述の実施形態による固体撮像素子の製造方法について説明する。以下の例においては、図５における第１又は第２の領域３２Ａ又は３２Ｂにおいて好ましい形状の導電体層を形成する場合を示し、製造工程を示す図１２〜図１６において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
先ず図１２Ａに図２中のＡ−Ａ’線上の断面図、図１２Ｂに図２中のＢ−Ｂ’線上の断面図を示すように、半導体基体１１の上に、固体撮像素子の形成に必要な工程を経て、絶縁層１２、第１の導電体層１３、絶縁層１４及び第２の導電体層１６を所定の形状に加工形成する。
次に、図１３Ａ及びＢにそれぞれ示すように、第１及び第２の導電体層１３及び１６上を覆ってレジスト１７を塗布する。なお、この工程は、導電体層１３及び１６の形成直後であっても、他の工程を経た後であってもよい。
【００３５】
その後、図１４Ａ及びＢに示すように、グレースケールマスク２０を用いて矢印Ｌで示すように露光を行い、各導電体層１３及び１６の角部のうちエッチングする角部の上にかけて、所望の深さ及び傾斜形状を有する露光領域１７ｅを形成する。この露光領域１７ｅの傾斜部分の半導体基板１１の表面に対する角度をθａとする。そして現像を行って図１５Ａ及びＢに示すように、導電体層のエッチングを行う角部に対応して所望の深さをもって傾斜部１７Ｓが形成される形状としてレジスト１７がパターニングされる。傾斜部１７Ｓの半導体基板１１の表面に対する傾斜角度は露光領域１７ｅの傾斜角度に沿って略θａとなる。なおこの場合、図１５Ｂに示すように、図２中のＢ−Ｂ’線上の断面においては、導電体層１３及び１６上には凹部が形成されないパターンとなる。
【００３６】
そして、このレジスト１７をマスクとして異方性エッチングを行い、レジスト１７の傾斜形状を導電体層１３及び１６の角部に転写する。その後、レジストを洗浄除去する。この状態を図１６Ａ及びＢに示す。
図１６Ａに示すように、レジスト１７の形状を転写された導電体層１３及び１６の傾斜部１３Ｓｂ及び１６Ｓｂの傾斜角度は、図１５Ａにおけるレジスト１７の傾斜部１７Ｓの傾斜角度θａと略等しくなる。図１６Ｂに示すように、図２に示すＢ−Ｂ’線上の断面における第１及び第２の導電体層１３及び１６の角部１３ｃ及び１３ｄ、１６ｃ及び１６ｄはエッチングされない。このように、未露光領域においては、下部の導電体層の角部が転写工程においてエッチングされないように、図１３に示す工程において塗布するレジスト１７の厚さは、十分厚く選定することが望ましい。
【００３７】
以上の製造方法により、画素領域内の各領域において、導電体層の角部を所望の形状とすることができる。グレースケールマスクを利用することによって、１回のフォトリソグラフィ工程で異なる傾斜角度、異なる形状の角度を有する導電体層を画素領域の所望の領域に形成することができる。上述したように、傾斜部に限らず曲面部とすることも可能である。
そして、図示しないが図１６に示す工程以降、固体撮像素子の動作に必要なイオン注入や、遮光膜形成、パッシベーション膜形成、オンチップレンズの形成工程等を経て、本発明の実施形態に係る固体撮像素子が製造される。
【００３８】
図１７Ａ及びＢに、上述の製造工程を経て遮光膜を形成した本発明の実施形態に係る固体撮像素子の概略断面構成図を示す。図１７Ａ及びＢにおいて、図３Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図１７Ａ中矢印Ｌａ及びＬｂで示すように、受光部への入射光の入射角が比較的大きい側（矢印Ｌａ側）において、第１及び第３の導電体層１３及び１６の角部がエッチングされ、その上に絶縁層１８を介して形成された遮光膜１９も、下層の導電体層１６の形状が転写されるので、遮光膜１９の角部も除去される。このため光Ｌａのケラレが生じない。一方、矢印Ｌｂで示すように入射角の比較的小さい側の角部はエッチングされず、導電体層の体積は保持される。そして、図１７Ｂに示す断面においては、矢印Ｌｃ及びＬｄで示すように入射角が他の領域と比べて大きくなく、光のケラレが生じない。この領域において配線を構成する第１及び第２の導電体層１３及び１６の角部はエッチングされていないので体積が保持され、伝播効率が低下することを抑制できる。従って、集光効率の向上と伝播遅延の抑制とを両立することができる。
【００３９】
これに対し、従来のように角部を全くエッチングしない場合は、図１８Ａに示すように、矢印Ｌ２示すように入射角度の比較的小さい領域ではケラレが生じないが、矢印Ｌ１で示すように入射角が比較的大きい領域では遮光膜７９の表面でケラレが発生し、矢印Ｌｒで示すように反射してしまう。図１８Ａ及びＢにおいては、半導体基体７１上に絶縁層７２を介して第１の導電体層７３、絶縁層７４、第２の導電体層７６が形成され、この上に絶縁層７８を介して遮光膜７９が形成される例を示す。第２の導電体層７６はコンタクト部７５において第１の導電体層７３と電気的に接続され、全体として図２に示す例と同様の構成とした場合を示す。図２中Ｂ−Ｂ’線上の断面構成を示す図１８Ｂにおいては、入射光は矢印Ｌ３及びＬ４で示すように比較的入射角が小さいので、ケラレは生じない。
【００４０】
一方、上記特許文献１及び２におけるように、導電体層の角部を均一にエッチングする場合は、図１９Ａ及びＢに示す構成となる。図１９Ａ及びＢにおいて、図１８Ａ及びＢと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、図１９Ａにおいて矢印Ｌ１で示すように、比較的入射角の大きい光のケラレを防ぐことができる。しかしながら、比較的入射角の小さい矢印Ｌ２、Ｌ３及びＬ４で示す光の入射する領域でも導電体層の角部がエッチングされてしまう。図１８Ｂに示すように、角部をエッチングしなくても光のケラレが生じない領域においても導電体層の体積が減少してしまう。バイアス電圧等を印加する配線部である導電体層の体積の減少は伝播効率の低下を招いてしまう。
これに対し、本発明による場合は、上述したように入射角の比較的大きい領域における導電体層の角部を適切にエッチングし、入射角の比較的小さい領域では導電体層の角部をエッチングしないので、このような問題を回避できる。
【００４１】
以上、本発明の実施形態例を説明してきたが、その他様々な変形例を採り得る。例えば、固体撮像素子としてＩＴ−ＣＣＤを例に説明してきたが、ＣＭＯＳ型を含めた他の固体撮像素子においても本発明を適用することが可能である。また、電極構造は、図２の概略平面構成図に示す例に限定されるものではなく、転送電極間においてオーバーラップする構造等とする場合においても、同様に本発明を適用することができる。また、画素領域内の各位置における導電体層の角部のエッチングの方法や形状は、上述の各実施形態例で説明した例に限定されず、集光効率と伝播遅延を抑制する上で有効な形状であれば、各位置においてどのような電極角部形状を形成してもよい。また、入射光の入射角度によっては、一部の領域において、図２０に示すように導電体層の角部を全くエッチングしない画素が含まれていてもよい。図２０において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４２】
上述したように、本発明の固体撮像素子及び固体撮像装置によれば、下記の効果が得られる。
先ず、単位画素を取り囲む導電体層のうち、少なくとも一部の導電体層の角部をエッチングして斜面部又は曲面部とし、同一単位画素内及び／又は異なる単位画素間において角部の形状の異なる導電体層を有する構成とすることにより、画素内又は画素毎における光の入射角度に応じ、光のケラレが大きく生じる部分の導電体層の角部を選択的に大きくエッチングし、光のケラレが小さな部分の導電体層の角部は小さくエッチングすることができ、集光効率向上と伝播遅延抑制を両立できる。
【００４３】
また、本発明の固体撮像素子において、導電体層が一の方向と他の方向、例えば直交するｘ−ｙ方向に沿って延長されて成り、一の方向と他の方向とにおいて、導電体層の角部の形状が異なる構成とすることによって、図２に示す例のように、画素の形状がｘ方向とｙ方向とにおいて異なり、一方で光のケラレが生じない又はケラレが少ない場合等において、集光効率の向上を図りつつ伝播遅延を確実に抑制することができる。
【００４４】
更に、導電体層の角部の形状を、全画素領域中における単位画素の配置位置によって異なる形状とすることにより、全画素領域において効果的に集光効率の向上と伝播遅延の抑制を図ることができる。
また、本発明の固体撮像素子は、グレースケールマスクを用いたレジストのマスク露光と現像、及び現像後のレジストの形状を異方性エッチングにより転写することによって容易に形成することができる。
【００４５】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法においては、異方性エッチングを用いて電極角部をエッチングするため、等方性エッチングを用いた場合のように電極角部が窪まず、余分な電極体積減少が生じない。またレジスト形状は、グレースケールマスク露光により形成するため、レジストの粘性やリフローを利用するよりも遥かに形状制御が容易である。
グレースケールマスク露光により各位置におけるレジスト形状を形成するため、導電体層の角部上において、所望のレジスト形状を形成することが容易である。
【００４６】
なお、本発明による固体撮像素子及びその製造方法、固体撮像装置は、上述の各実施形態において説明する例に限定されることなく、本発明構成を逸脱しない範囲においてその他種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の要部の概略平面構成図である。
【図３】Ａ及びＢはそれぞれ図２のＡ−Ａ’線上の概略断面構成図、Ｂ−Ｂ’線上の概略断面構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図５】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の要部の概略平面構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の概略平面構成図である。
【図７】Ａ及びＢはそれぞれ図６のＡ−Ａ’線上の概略断面構成図、Ｂ−Ｂ’線上の概略断面構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の概略平面構成図である。
【図９】Ａ及びＢはそれぞれ図８のＡ−Ａ’線上の概略断面構成図、Ｂ−Ｂ’線上の概略断面構成図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の概略平面構成図である。
【図１１】Ａ及びＢはそれぞれ図１０のＡ−Ａ’線上の概略断面構成図、Ｂ−Ｂ’線上の概略断面構成図である。
【図１２】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図１３】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図１４】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図１５】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図１６】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の一例の製造工程図である。
【図１７】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の概略断面構成図である。
【図１８】Ａ及びＢは従来の固体撮像素子の一例の概略断面構成図である。
【図１９】Ａ及びＢは従来の固体撮像素子の一例の概略断面構成図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の一例の一部の概略平面構成図である。
【符号の説明】
【００４８】
１．単位画素、１０．受光部、１１．半導体基体、１２．絶縁層、１３．第１の導電体層、１３ａ〜１３ｄ．角部、１３Ｓａ〜１３Ｓｄ．斜面部、１４．絶縁層、１５．コンタクト部、１６．第２の導電体層、１６ａ〜１６ｄ．角部、１６Ｓａ〜１６Ｓｄ．斜面部、１７．レジスト、１７ｅ．露光領域、１７Ｓ．斜面部、１８．絶縁層、１９．遮光膜、２０．グレースケールマスク、１１０．固体撮像装置、１１１．撮像光学部、１１２．入出力部、１１３．信号処理部
【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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