(57)【要約】【課題】固体撮像装置のフォトダイオード以外に入射する迷光を、メタル配線層や導波路の壁面に形成された金属膜で防止する方法は、斜め光を防ぎきれない。金属膜をフォトダイオードに接触させて斜め光を防ぐと、フォトダイオードが製造時にダメージを受ける。【解決手段】フォトダイオード２２の上方には、入射光がフォトダイオード２２に到達するための光透過層２７が配置される。光透過層２７を囲うように、遮光性金属膜２８が配置される。遮光性金属膜２８の下端は、第一メタル配線層２４の下面よりも低く、さらには、電荷読み出しゲート２３の上面より低い。この構成により、斜めに入射して横方向に反れる光であっても、その殆どは遮光性金属膜２８に遮られて、迷光とはならない。遮光性金属膜２８の下端は、フォトダイオード２２には接触しないため、製造工程においてフォトダイオード２２の表面に損傷を与えることがない。【選択図】図１
2007129192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオード毎に、
該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記フォトダイオードの表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオード毎に、
該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うように形成されると共に、上端が前記複数層の前記メタル配線層のうち最上層のメタル配線層に接続されている遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記フォトダイオードの表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオード毎に、
該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜と、
前記フォトダイオードの表面と前記遮光性金属膜の下端との間に設けられたエッチングストップ層と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記エッチングストップ層の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備え、更に前記フォトダイオード毎に、該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜とを備えた固体撮像装置であって、
前記遮光性金属膜が、前記複数層のメタル配線層の開口部をそれぞれ通して、かつ、最上位の前記メタル配線層の開口部位置付近から前記フォトダイオードの表面よりも高い所定位置まで幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオード毎に、
該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うようにテーパ状に形成された遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜は、最上位の前記メタル配線層の開口部位置付近から、最下層の前記メタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記フォトダイオードの表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、前記フォトダイオードに蓄積された前記電荷を読み出して前記出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、前記基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
前記フォトダイオード毎に、
該フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うようにテーパ状に形成された遮光性金属膜と、
前記フォトダイオードの表面と前記遮光性金属膜の下端との間に設けられたエッチングストップ層と
を備え、前記遮光性金属膜は、最上位の前記メタル配線層の開口部位置付近から、最下層の前記メタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記エッチングストップ層の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、
前記単位画素の各々は、
前記基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域中に設けられた第１の導電型の前記フォトダイオードの光電変換領域と、
前記光電変換領域以外の前記ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた前記リング状ゲート電極と、
前記絶縁膜上の前記リング状ゲート電極と前記光電変換領域の間の、前記ウェル領域上に前記絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、
前記光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層と
を有し、
前記単位画素毎に、
前記光電変換領域の上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記光電変換領域以外に入射するのを防ぐために、前記光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち、少なくとも前記リング状ゲート電極及び前記転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記光電変換領域の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、
前記単位画素の各々は、
前記基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域中に設けられた第１の導電型の前記フォトダイオードの光電変換領域と、
前記光電変換領域以外の前記ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた前記リング状ゲート電極と、
前記絶縁膜上の前記リング状ゲート電極と前記光電変換領域の間の、前記ウェル領域上に前記絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、
前記光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層と
を有し、
前記単位画素毎に、
前記光電変換領域の上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記フォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、該光透過層を囲うように形成されると共に、上端が前記複数層の前記メタル配線層のうち最上層のメタル配線層に接続されている遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち、少なくとも前記リング状ゲート電極及び前記転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記光電変換領域の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、
前記単位画素の各々は、
前記基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域中に設けられた第１の導電型の前記フォトダイオードの光電変換領域と、
前記光電変換領域以外の前記ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた前記リング状ゲート電極と、
前記絶縁膜上の前記リング状ゲート電極と前記光電変換領域の間の、前記ウェル領域上に前記絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、
前記光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層と
を有し、
前記単位画素毎に、
前記光電変換領域の上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記光電変換領域以外に入射するのを防ぐために、前記光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜と、
前記フォトダイオードの表面と前記遮光性金属膜の下端との間に設けられたエッチングストップ層と
を備え、前記遮光性金属膜の下端が、複数層の前記メタル配線層のうち、少なくとも前記リング状ゲート電極及び前記転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記エッチングストップ層の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、
前記単位画素の各々は、
前記基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域中に設けられた第１の導電型の前記フォトダイオードの光電変換領域と、
前記光電変換領域以外の前記ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた前記リング状ゲート電極と、
前記絶縁膜上の前記リング状ゲート電極と前記光電変換領域の間の、前記ウェル領域上に前記絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、
前記光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層と
を有し、
前記単位画素毎に、
前記光電変換領域の上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記光電変換領域以外に入射するのを防ぐために、前記光透過層を囲うようにテーパ状に形成された遮光性金属膜と
を備え、前記遮光性金属膜は、最上位の前記メタル配線層の開口部位置付近から、少なくとも前記リング状ゲート電極及び前記転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記光電変換領域の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、
前記単位画素の各々は、
前記基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域中に設けられた第１の導電型の前記フォトダイオードの光電変換領域と、
前記光電変換領域以外の前記ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた前記リング状ゲート電極と、
前記絶縁膜上の前記リング状ゲート電極と前記光電変換領域の間の、前記ウェル領域上に前記絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、
前記光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層と
を有し、
前記単位画素毎に、
前記光電変換領域の上方に形成された光透過層と、
前記光透過層内に入射した光が前記光電変換領域以外に入射するのを防ぐために、前記光透過層を囲うようにテーパ状に形成された遮光性金属膜と、
前記フォトダイオードの表面と前記遮光性金属膜の下端との間に設けられたエッチングストップ層と
を備え、前記遮光性金属膜は、最上位の前記メタル配線層の開口部位置付近から、少なくとも前記リング状ゲート電極及び前記転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、前記エッチングストップ層の表面よりも高い位置にかけて漸次幅が狭くなるテーパ状に形成されてい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】
本発明は固体撮像装置に係り、特に迷光を防ぐために、受光部毎に遮光膜を設けた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２０は従来の固体撮像装置の一例の概略断面図を示す。同図において、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板１の表面にフォトダイオード２が形成され、半導体基板１上のフォトダイオード２に隣接した位置には電荷読み出しゲート３が形成されている。更に、電荷読み出しゲート３に隣接した半導体基板１の位置にフローティングディフュージョン（ＦＤ）４が形成されている。
【０００３】
フォトダイオード２は入射する光を光電変換して電荷を蓄積し、その電荷が電荷読み出しゲート３により読み出されて、電荷読み出しゲート３の直下の半導体基板１を経由してＦＤ４に転送される。ＦＤ４は予め所定の電位に設定されている。ＦＤ４に読み出された電荷は、増幅等の信号処理がなされて、外部に信号として出力される。
【０００４】
図２０に示す従来の固体撮像装置は、ＭＯＳ型撮像素子の一例である。ＭＯＳ型撮像素子は、低消費電力という特長がある反面、駆動のために多数の配線が必要であり、例えば、図２０に示す固体撮像装置のように、第一メタル配線層５、第ニメタル配線層６、第三メタル配線層７が半導体基板１の上方に積層された３層メタル配線等が必要となる。この場合、例えば、第一及び第二メタル配線層５及び６は駆動用信号配線であり、第三メタル配線層７は、フォトダイオード２以外の不要な領域への光侵入を防ぐために、遮光膜として機能する。
【０００５】
また、従来、感度向上のために、フォトダイオード上に導波路とマイクロレンズを配置した構成が示され、その中で、導波路壁面に金属薄膜を設置した固体撮像装置も知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。図２１は特許文献１記載の従来の固体撮像装置の一例の概略断面図を示す。同図において、基板９の表面に一定距離離れて形成されたソース領域１０とドレイン領域１１との間のチャネル領域１９の上方位置には、図示しないゲート酸化膜を介してゲート電極１２が形成されている。このゲート電極１２は、チャネル領域１９と図示しないゲート酸化膜と共にＭＯＳ型フォトダイオードを構成している。
【０００６】
また、このゲート電極１２の上方位置には第一メタル配線層１３、第ニメタル配線層１４、第三メタル配線層１５が積層されており、第三メタル配線層１５上には保護／平坦化層１６が形成されている。更に、ゲート電極１２の上方は導波路が形成され、その導波路の側壁には遮光性金属膜１７が形成されている。また、ゲート電極１２の上方の保護／平坦化層１６上にはマイクロレンズ１８が配置されている。この固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ１８、保護／平坦化層１６、導波路を透過してゲート電極１２を有するＭＯＳ型フォトダイオードに入射して光電変換される。
【０００７】
【特許文献１】特開平７−４５８０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図２０に示すＭＯＳ型撮像素子の場合、駆動のために多層の配線を必要とし、図２０の場合３層メタル配線構成であるが、場合によっては４層以上の層数が必要になる場合もある。この結果、図２０に示すようなＭＯＳ型撮像素子では、基板１の表面から最上層（図２０の場合、第三メタル配線層７）までの高さｈが高くなる。高さｈは、例えば、５μｍ程度と高い。従って、図２０中に破線で示したような、斜めに入射する光は、フォトダイオード２に入射せず、別の領域に入射し、誤動作や画質劣化の原因となってしまう。
【０００９】
このような不要な領域への光の入射を防ぐために、メタル配線層を用いることが考えられる。この場合、なるべくフォトダイオード２に近く、低い位置で遮光するのが望ましいが、最下層の第一メタル配線層５は、信号処理トランジスタ等に接続するために、微細で複雑な配線パターンに形成する必要があり、有効な遮光パターンを形成するのは困難である。
【００１０】
一方、最上層の第三メタル配線層７は、フォトダイオード２上以外の比較的広い面積を覆うような遮光パターンを形成できるが、上述したように、基板表面から高い位置での遮光になってしまうため、斜め光に対して有効な遮光とならない。以上のように、従来技術によると、図２０に示した従来の固体撮像装置では、誤動作、画質劣化の原因となる斜め光が防ぎきれない。
【００１１】
また、図２１に示した従来の固体撮像装置では、遮光性金属膜１７の下端はゲート電極１２より高い位置にあり、基板９の表面からも比較的高い位置になる。更に特許文献１では遮光性金属膜１７の下端とメタル配線層との位置関係が不明確であり、この結果、遮光性金属膜１７の下端の位置が第一メタル配線層１３の上面より高い場合、図２１内に破線矢印で示すように、特定の位置に入射した光は、遮光性金属膜１７の下端とゲート電極１２までの間の隙間、あるいはゲート電極１２を通過して、基板９の受光部以外の領域に入射してしまう。この光は迷光となって、クロストーク等の画質劣化の原因となる。
【００１２】
一方、特許文献２には、特許文献１と同様の構成の固体撮像装置であるが、遮光性金属膜の下端は基板表面まで達している固体撮像装置が開示されている。この場合、基板との隙間がないため、迷光の発生は殆どない。しかし、この構造を形成するための工程においては、一度絶縁層を基板面までエッチングして開口部を形成し、その開口部の壁面に遮光性金属膜を成膜する必要がある。基板表面には受光部としてフォトダイオードが形成されているが、このエッチングと成膜の工程により、例えば高エネルギー粒子に曝されることにより、フォトダイオード中に結晶欠陥などのダメージが発生する。このフォトダイオード中のダメージは、リーク電流やノイズ発生の原因となり、Ｓ／Ｎ等、撮像素子の特性を劣化させてしまう。
【００１３】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、目的の受光部以外に侵入する迷光を遮光性金属膜により最小限に抑制し、かつ、Ｓ／Ｎ劣化の原因となる基板ダメージのない、良好な特性の固体撮像装置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】
上記の目的を達成するため、第１の発明は、入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された電荷を読み出して出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、
フォトダイオード毎に、フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、光透過層内に入射した光がフォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜とを備え、遮光性金属膜の下端が、複数層のメタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、フォトダイオードの表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、下端が複数層のメタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く形成された遮光性金属膜を有するので、光透過層内に入射した光が横方向に反れてフォトダイオード以外の領域に迷光として入射することを最小限に抑制することができ、また、遮光性金属膜の下端がフォトダイオードの表面よりも高い位置に形成されているので、製造工程においてフォトダイオード表面に損傷を与えることがない。
【００１６】
また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明における遮光性金属膜を、フォトダイオードの上方に形成された光透過層内に入射した光がフォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うように形成されると共に、上端が複数層のメタル配線層のうち最上層のメタル配線層に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
この発明では、最上層のメタル配線層と遮光性金属膜との間の隙間が無くなるため、第１の発明に比べて、より一層、迷光を抑制することができる。また、最上層のメタル配線層を介して、外部から遮光性金属膜に特定の電位を印加できる。
【００１８】
また、上記の目的を達成するため、第３の発明は、第１の発明又は第２の発明に加えて、フォトダイオードの表面と遮光性金属膜の下端との間にエッチングストップ層を設けたものであり、遮光性金属膜の下端が、複数層のメタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、エッチングストップ層の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする。この発明では、エッチングストップ層により、遮光性金属膜の下端の高さが精度良く、低く位置するよう制御できる。
【００１９】
また、上記の目的を達成するため、第４の発明は、入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された電荷を読み出して出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備え、更にフォトダイオード毎に、フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、光透過層内に入射した光がフォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜とを備えた固体撮像装置であって、遮光性金属膜が、複数層のメタル配線層の開口部をそれぞれ通して、かつ、最上位のメタル配線層の開口部位置付近からフォトダイオードの表面よりも高い所定位置まで幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
この発明では、遮光性金属膜が、複数層のメタル配線層のうち最上位のメタル配線層の開口部位置付近からフォトダイオードの表面方向にかけて漸次幅が狭くなるテーパ状に形成されているため、光透過層内に入射した光はフォトダイオードに集光されるようにできる。
【００２１】
また、上記の目的を達成するため、第５の発明は、入力された電荷に応じた信号を出力する出力用トランジスタと、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された電荷を読み出して出力用トランジスタに転送する電荷転送手段とを含む単位画素が基板に規則的に複数配列されると共に、基板上に形成された配線層中に複数層のメタル配線層を備えた固体撮像装置において、フォトダイオード毎に、フォトダイオードの上方に形成された光透過層と、光透過層内に入射した光がフォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うようにテーパ状に形成された遮光性金属膜とを備え、遮光性金属膜は、最上位のメタル配線層の開口部位置付近から、最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、フォトダイオードの表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする。
【００２２】
この発明は、遮光性金属膜が、複数層のメタル配線層のうち最上位のメタル配線層の開口部位置付近からフォトダイオードの表面方向にかけて漸次幅が狭くなるテーパ状に形成されているため、光透過層内に入射した光はフォトダイオードに集光されるようにできる。
【００２３】
また、上記の目的を達成するため、第６の発明は、第５の発明に加えて、フォトダイオードの表面とテーパ状の遮光性金属膜の下端との間にエッチングストップ層を設けたものであり、遮光性金属膜が、最上位のメタル配線層の開口部位置付近から、最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、エッチングストップ層の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする。この発明では、エッチングストップ層により、遮光性金属膜の下端の高さが精度良く、低く位置するよう制御できると共に、光透過層内に入射した光はテーパ状の遮光性金属膜によりフォトダイオードに集光されるようにできる。
【００２４】
また、上記の目的を達成するため、第７の発明は、第１の導電型の基板上に、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置であって、単位画素の各々は、基板の表面に設けられた第２の導電型のウェル領域と、ウェル領域中に設けられた第１の導電型のフォトダイオードの光電変換領域と、光電変換領域以外のウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられたリング状ゲート電極と、絶縁膜上のリング状ゲート電極と光電変換領域の間の、ウェル領域上に絶縁膜を挟んで設けられた転送ゲート電極と、光電変換領域の上方以外の領域に積層された複数層のメタル配線層とを有し、
単位画素毎に、光電変換領域の上方に形成された光透過層と、光透過層内に入射した光が光電変換領域以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うように形成された遮光性金属膜とを備え、遮光性金属膜の下端が、複数層のメタル配線層のうち、少なくともリング状ゲート電極及び転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、光電変換領域の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
この発明では、リング状ゲート電極を持つ光信号出力用トランジスタとフォトダイオードとを含む単位画素が複数２次元配列された固体撮像装置において、下端が複数層のメタル配線層のうち、少なくともリング状ゲート電極及び転送ゲート電極に電気的に接続された最下層のメタル配線層の上面よりも低く形成された遮光性金属膜を有するので、光透過層内に入射した光が横方向に反れてフォトダイオード以外の領域に迷光として入射することを最小限に抑制することができ、また、遮光性金属膜の下端がフォトダイオードの表面よりも高い位置に形成されているので、製造工程においてフォトダイオード表面に損傷を与えることがない。
【００２６】
また、上記の目的を達成するため、第８の発明は、第７の発明における遮光性金属膜を、フォトダイオードの上方に形成された光透過層内に入射した光がフォトダイオード以外に入射するのを防ぐために、光透過層を囲うように形成されると共に、上端が複数層のメタル配線層のうち最上層のメタル配線層に接続されていることを特徴とする。
【００２７】
この発明では、最上層のメタル配線層と遮光性金属膜との間の隙間が無くなるため、第５の発明に比べて、より一層、迷光を抑制することができる。また、最上層のメタル配線層を介して、外部から遮光性金属膜に特定の電位を印加できる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、第９の発明は、第７の発明又は第８の発明に加えて、フォトダイオードの表面と遮光性金属膜の下端との間にエッチングストップ層を設けたものであり、遮光性金属膜の下端が、複数層のメタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、エッチングストップ層の表面よりも高い位置に形成されていることを特徴とする。この発明では、エッチングストップ層により、遮光性金属膜の下端の高さを精度良く、低く位置するよう制御できる。
【００２９】
また、上記の目的を達成するため、第１０の発明は、第７の発明の遮光性金属膜を、最上位のメタル配線層の開口部位置付近から、最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、フォトダイオードの表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成したことを特徴とする。この発明では、光透過層内に入射した光をフォトダイオードに集光させることができる。
【００３０】
更に、上記の目的を達成するため、第１１の発明は、第９の発明の遮光性金属膜を、最上位のメタル配線層の開口部位置付近から、最下層のメタル配線層の上面よりも低く、かつ、エッチングストップ層の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成したことを特徴とする。この発明では、エッチングストップ層により、遮光性金属膜の下端の高さを精度良く、低く位置するよう制御できると共に、光透過層内に入射した光をフォトダイオードに集光させることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、フォトダイオードの光電変換領域の上方に設けられた光透過層を取り囲むように遮光性金属膜を形成すると共に、その遮光性金属膜の下端が複数層のメタル配線層のうち最下層のメタル配線層の上面よりも低く形成することにより、光透過層内に入射した光が横方向に反れてフォトダイオード以外の領域に迷光として入射することを最小限に抑制するようにしたため、迷光に伴う撮像品質の劣化を防止し、良好な撮像特性の固体撮像装置を実現できる。
【００３２】
また、本発明によれば、遮光性金属膜の下端をフォトダイオードの表面よりも高い位置に形成することにより、製造工程においてフォトダイオード表面に損傷を与えることがないようにしたため、フォトダイオードに損傷に起因するリーク電流の不良が発生せず、ノイズの少ない高Ｓ／Ｎの撮像特性が得られる固体撮像装置を実現できる。
【００３３】
更に、本発明によれば、遮光性金属膜を、複数層のメタル配線層のうち最上位のメタル配線層の開口部位置付近からフォトダイオードの表面方向にかけて漸次幅が狭くなるテーパ状に形成するようにしたため、光透過層内に入射した光をフォトダイオードに集光させることができ、高感度の固体撮像装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
次に、本発明の各実施の形態について図面と共に説明する。
【００３５】
（第１の実施の形態）
図１は本発明になる固体撮像装置の第１の実施の形態の概略断面図を示す。同図において、基板２１の表面付近に受光部としてフォトダイオード２２が形成され、それに隣接した基板２１の上方位置に絶縁層２９を介して電荷読み出しゲート２３が形成されている。基板２１上には絶縁層２９が形成され、その内部に、基板２１側から上方へ順に第一、第二、第三のメタル配線層２４、２５、２６が設置される。この実施の形態では、例えば、第一、第二のメタル配線層２４、２５は、電荷読み出しゲート２３その他に接続されて、素子の電気的駆動や信号読み出しに用いられ、第三メタル配線層２６は、フォトダイオード２２以外の不要な領域に光が入射しないよう、遮光膜として機能する。
【００３６】
フォトダイオード２２の上方には、入射光がフォトダイオード２２に到達するための光透過層２７が配置される。この光透過層２７としては、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、更には透過性の有機材料膜等を用いる。この光透過層２７を囲うように、遮光性金属膜２８が配置される。遮光性金属膜２８の下端は、第一メタル配線層２４の上面よりも低く、さらには、電荷読み出しゲート２３の上面より低い。
【００３７】
図１から分かるように、この構成により、斜めに入射して横方向に反れる光であっても、その殆どは遮光性金属膜２８に遮られて、迷光とはならない。更に、遮光性金属膜２８の下端は、基板２１の表面よりは高い位置にあり、フォトダイオード２２には接触しない。このために、製造工程においてフォトダイオード２２の表面に損傷を与えることがないので、フォトダイオード２２にリーク電流等の不良が発生せず、ノイズの少ない、高品質な撮像特性が得られる。
【００３８】
遮光性金属膜２８としては、例えば、アルミニウム、チタン、クロム等の反射性金属、あるいは窒化チタン、タングステン等の５０％以上光を吸収する光吸収性金属を用いる。窒化チタンは４００〜５００ｎｍの波長範囲で５０〜７５％の吸収率を示し、短波長側で光吸収性を示す。また、タングステンは６５０ｎｍ付近の波長領域以外のほぼ全域の可視光領域で５０％以上の吸収率を示す光吸収性金属である。なお、これらの金属の合金、あるいは積層膜を用いてもよい。
【００３９】
遮光性金属膜２８の表面にアルミニウム、チタン、クロム等を用いた場合、これらの金属は光の反射率が５０％以上の高光反射率特性を有しており、アルミニウムは全可視光領域で反射率が８５％以上であり、チタンは５５０ｎｍ以上の長波長領域で５０％以上の光反射率特性を示し、クロムは全波長領域でおおむね６０％弱の光反射率特性を示す。これらの高光反射率特性を有する金属で構成された遮光性金属膜２８は、遮光だけでなく、反射による導光の機能も果たす。
【００４０】
遮光性金属膜２８の厚さは、金属膜の膜厚が薄い場合、透過性を有することが知られているので、十分な遮光性をもつ厚さにする必要がある。例えば、透過率が１０％以下になる膜厚に設定する。透過率が１０％以下であれば、確実にノイズ、迷光の影響を一桁以上下げることができる。
【００４１】
なお、フォトダイオード２２の上面にカラーフィルタを形成する場合がある。この場合、光透過層２７に入る光はカラーフィルタを透過した可視光の特定の波長となる。従って、この場合は、遮光性金属膜２８の透過率は、上記の特定の波長についてのみ考慮すればよい。
【００４２】
次に、本発明の固体撮像装置の第１の実施の形態の製造方法の概略について図２及び図３と共に説明する。図２及び図３中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。まず、図２（Ａ）に示すように、内部に電荷読み出しゲート２３、第一メタル配線層２４及び第ニメタル配線層２５が形成された絶縁層２９上に、フォトダイオード２２の上方位置部分が開口された第三メタル配線層２６が形成される。
【００４３】
続いて、図２（Ｂ）に示すように、第三メタル配線層２６をマスクとして絶縁層２９を電荷読み出しゲート２３の上面よりも深く、かつ、フォトダイオード２２の表面よりも浅い所定深さまでエッチング除去して凹部４１を形成する。
【００４４】
続いて、図３（Ａ）に示すように、等方性の化学気相成長（ＣＶＤ）法にて凹部４１の内壁及び第三メタル配線層２６の上面に、極めて薄い膜厚（例えば、２０ｎｍ程度）の絶縁薄膜４２を成膜した後、引き続いて絶縁薄膜４２の内壁及び上面に遮光性金属膜４３を被覆形成する。これにより、フォトダイオード２２の上方には、凹部４４が形成される。
【００４５】
続いて、図３（Ａ）に示した遮光性金属膜４３をウェハ全面で異方性エッチングでエッチバックすることにより、同図（Ｂ）に示すように、凹部４４内の側壁の遮光性金属膜４３だけが残り、これが図１の遮光性金属膜２８となる。次に、この凹部４４内を光透過層の材料を充填することにより、図１の光透過層２７が作製される。このようにして、図１の固体撮像装置を製造できる。なお、図１では図３（Ｂ）に示した絶縁薄膜４２は極めて薄いので図示は省略してある。
【００４６】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は本発明になる固体撮像装置の第２の実施の形態の概略断面図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４において、光透過層２７を囲むように形成された遮光性金属膜３０は、その下端が第一メタル配線層２４の上面よりも低く、さらには、電荷読み出しゲート２３の上面より低く形成されており、更にその上端が３１で示すように、第三メタル配線層２６に接続されている点が遮光性金属膜２８と異なる。
【００４７】
従って、本実施の形態では、第三メタル配線層２６と遮光性金属膜３０との間の隙間が無くなるため、第１の実施の形態に比べて、より一層、迷光を抑制することができる。また、第三メタル配線層２６を介して、外部から遮光性金属膜３０に特定の電位を印加できる。遮光性金属膜３０を特定電位に固定することにより、第二、第三メタル配線層２４、２５が、遮光性金属膜３０を介して容量結合することによる、不要なクロストークを防止できる。なお、遮光性金属膜３０の材質、膜厚は遮光性金属膜２８と同様である。
【００４８】
本実施の形態の固体撮像装置の製造にあたっては、図３（Ａ）に示した絶縁薄膜４２の成膜工程を省略し、遮光性金属膜４３だけを成膜する。
【００４９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は本発明になる固体撮像装置の第３の実施の形態の概略断面図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図５に示すように、本実施の形態は、遮光性金属膜２８の下端と基板２１の表面との間に、エッチングストップ層３３が配置されている点に特徴がある。
【００５０】
このエッチングストップ層３３は、基板２１上の絶縁層２９とはエッチング特性の異なる材料で構成される。例として、絶縁層２９が酸化シリコンで構成されているとき、このエッチングストップ層３３は、例えば窒化シリコン膜を用いる。この窒化シリコン膜は光に対して透明であるため、光透過層２７を透過した入射光は、エッチングストップ層３３である窒化シリコン膜を透過してフォトダイオード２２に入射し、光電変換される。
【００５１】
本実施の形態の製造においては、図２（Ａ）に示した段階で、予めフォトダイオード２２上にエッチングストップ層３３を配置しておく。その後、絶縁層２９に遮光性金属配設のための凹部４１を設けるためにＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等によりエッチング処理を行う。この際のエッチングを、酸化シリコンを選択的にエッチングする条件で行うと、エッチングストップ層３３の表面まで到達した時点で、エッチングが止まる。
【００５２】
この後、図３（Ａ）、（Ｂ）に示した工程を経て凹部４４の壁面に遮光性金属膜２８を形成する。この結果、基板２１の表面に薄いエッチングストップ層３３を介して遮光性金属膜２８が配置される。以上の工程により、遮光性金属膜２８の下端の高さが精度良く、低く位置するよう制御でき、基板２１表面にダメージを発生することなく、迷光を最小限に抑制できる固体撮像装置が実現できる。例えば、エッチングストップ層３３の厚さを０.１μｍとすれば、ゲート電極に使うポリシリコンの厚さは０.２〜０.４μｍなので、ゲート電極よりも低い位置に遮光性金属膜２８の下端を位置させることができる。
【００５３】
なお、上記の説明では、絶縁層２９が酸化シリコン、エッチングストップ層３３が窒化シリコンの場合で説明したが、エッチングストップ層３３を構成する材料としては、絶縁層２９とエッチング特性の異なる透明材料であればよい。なお、遮光性金属膜２８は図４のように第三メタル配線層２６に接続されていてもよい。
【００５４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。図６は本発明になる固体撮像装置の第４の実施の形態の概略断面図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す第４の実施の形態では、遮光性金属膜２８及び最上層のメタル配線層（この例では、第三メタル配線層２６）の上に、保護／平坦化層３４を介してマイクロレンズ３５がフォトダイオード２２の上方の位置に配置されている点に特徴がある。
【００５５】
本実施の形態の構成により、入射光をより多くフォトダイオード２２に取り入れることができ、固体撮像装置の感度を向上することができる。また、図６に破線矢印で示したように、入射光のうち、マイクロレンズ３５の周辺付近に入射した光は、マイクロレンズ３５の屈折作用により、斜め光となる。このような斜め光のうち、大きな角度で光透過層２７に入射するものであっても、遮光性金属膜２８により、迷光とならない。従って、迷光による撮像素子性能の劣化は発生しない。更に、遮光性金属膜２８の表面をアルミニウム、チタン、クロム等の反射性材料で構成すると、この斜め光も最終的にフォトダイオード２２に到達するので、より一層の感度向上に寄与する。なお、遮光性金属膜２８は図４のように、第三メタル配線層２６に接続されていてもよい。
【００５６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。図７は本発明になる固体撮像装置の第５の実施の形態の概略断面図を示す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図７に示す第５の実施の形態では、最上層のメタル配線層（この例では、第三メタル配線層２６）の上に、保護／平坦化層３４を介してマイクロレンズ３５がフォトダイオード２２の上方の位置に配置されている点は第４の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では遮光性金属膜３７が最上層のメタル配線層（第三メタル配線層２６）の下面付近からフォトダイオード２２方向に深くなるほど幅が狭くなり、フォトダイオード２２の直前位置ではフォトダイオード２２よりも狭い幅のテーパ状の断面形状に形成されている点に特徴がある。これにより、遮光性金属膜３７内に充填されている光透過層３８も断面形状がテーパ状になる。
【００５７】
マイクロレンズ３５を形成した場合、マイクロレンズ３５の大きさは画素１個分の大きさに近づくほど多くの光を集められる。画素程度に広がったマイクロレンズ３５からフォトダイオード２２に集光することを考えると、光透過層３８と遮光性金属膜３７の形状は図７のようにテーパ状になっていた方がよい。
【００５８】
このようなテーパ状はエッチング時のガス条件を調整することで実現できる。例えば、絶縁層２９がシリコン酸化膜でありエッチングガスとして酸素（Ｏ２）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）と四フッ化炭素（ＣＦ４）を使った場合、ＣＨＦ３とＣＦ４のガス流量比をＣＨＦ３の方を大きくすることで、テーパ状の遮光性金属膜３７を形成することができる。ＣＦ４に対するＣＨＦ３のガス流量比を大きくするほど、テーパの角度を大きくすることができる。
【００５９】
ＭＯＳ型撮像素子の場合、トランジスタを駆動し、信号を出力するための配線が存在するが、テーパ状の導波路を形成するために、フォトダイオード２２の上方位置にある第一メタル配線層２４の開口部の幅Ｗ１はフォトダイオード２２と同程度の幅かそれよりも狭くする。また、それぞれフォトダイオード２２の上方位置にある第ニメタル配線層２５の開口部の幅Ｗ２は第一メタル配線層２４の開口部の幅Ｗ１よりも広くし、第三メタル配線層２６の開口部の幅Ｗ３は第ニメタル配線層２５の開口部の幅Ｗ２よりも広くする。
【００６０】
また、遮光性金属膜３７と光透過層３８との底（下端）は第一メタル配線層２４の上面と基板２１の表面との間に設定する。より好ましい形態としては、遮光性金属膜３７と光透過層３８との底（下端）は電荷読出しゲート２３の上面と基板２１の表面の間に設定する。遮光性金属膜３７と光透過層３８との底（下端）における幅Ｗ０は、第一メタル配線層２４の開口部の幅Ｗ１よりも狭くする。これにより、本実施の形態によれば、迷光の防止と集光を同時に実現でき、高感度の固体撮像装置を実現できる。
【００６１】
次に、本発明になる固体撮像装置の第５の実施の形態の製造方法について図８乃至図１０の素子断面図と共に説明する。図８乃至図１０中、図７と同一構成部分には同一符号を付してある。まず、図８（Ａ）に示すように、内部に電荷読み出しゲート２３、第一メタル配線層２４及び第ニメタル配線層２５が形成された絶縁層２９上に、フォトダイオード２２の上方位置部分に幅Ｗ３の開口部を有する第三メタル配線層２６が形成される。
【００６２】
ここで、第一メタル配線層２４及び第ニメタル配線層２５にもフォトダイオード２２の上方位置部分が開口されており、第一メタル配線層２４の開口部の幅Ｗ１、第ニメタル配線層２５の開口部の幅Ｗ２、及び第三メタル配線層２６の開口部の幅Ｗ３は、フォトダイオード２２の幅ＷＤに比べて以下の不等式が成立するように、各メタル配線層が上に行くほどその開口部の幅が広くなるように形成されている。
【００６３】
Ｗ３＞Ｗ２＞ｗ１＞ＷＤ
続いて、図８（Ｂ）に示すように、第三メタル配線層２６をマスクとして電荷読み出しゲート２３の上面よりも深く、かつ、基板２１の表面よりも浅い所定深さまで、深さが深くなるほど幅が狭くなるように、絶縁層２９をエッチング除去して断面がテーパ状の凹部４１を形成する。例えば、絶縁膜２９がシリコン酸化膜であり、エッチングガスとして酸素（Ｏ２）と三フッ化メタン（ＣＨＦ３）と四フッ化炭素（ＣＦ４）を使った場合、エッチングガス中のＣＨＦ３対ＣＦ４の流量比を３対２に設定する。このとき、エッチングは第一メタル配線層２４の上面より下まで行う。このとき電荷読出しゲート２３の上面の高さよりも深くエッチングできればなおよい。
【００６４】
続いて、図９（Ａ）に示すように、図８（Ｂ）の素子の上面全面に絶縁薄膜４６と遮光性金属膜４７を順次被覆形成した後、遮光性金属膜４７の凹部内全面にレジストを塗り、既知の露光プロセスにより図９（Ｂ）に示すように、凹部内の所定領域だけレジスト４８を残す。
【００６５】
続いて、レジスト４８をマスクとしてウェハ全面で異方性エッチングでエッチバックし、その後レジスト４８を剥離することにより、図１０（Ａ）に示すように、遮光性金属膜４７は凹部４５内の側壁の遮光性金属膜だけが残り、これが図７の遮光性金属膜３７となる。そして、図１０（Ｂ）に示すように、この遮光性金属膜３７の内部を光透過層の材料を充填することにより、光透過層３８が作製され、その後素子上面全面に保護／平坦化層３４を被覆形成した後、マイクロレンズ３５をフォトダイオード２２の上方の位置に所定の方法で配置形成する。このようにして、図７の固体撮像装置を製造できる。
【００６６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図１１は本発明になる固体撮像装置の第６の実施の形態の概略断面図を示す。同図中、図７と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１１に示す第６の実施の形態は、遮光性金属膜３７の下端とフォトダイオード２２の表面との間に、エッチングストップ層３９が配置されている点に特徴がある。
【００６７】
このエッチングストップ層３９は、基板２１上の絶縁層２９とはエッチング特性の異なる材料で構成される。例として、絶縁層２９が酸化シリコンで構成されているとき、このエッチングストップ層３９は、例えば窒化シリコン膜を用いる。この窒化シリコン膜は光に対して透明であるため、光透過層３８を透過した入射光は、エッチングストップ層３９である窒化シリコン膜を透過してフォトダイオード２２に入射し、光電変換される。
【００６８】
本実施の形態の製造においては、図８（Ａ）に示した段階で、予めフォトダイオード２２上にエッチングストップ層３９を配置しておく。その後、図８（Ｂ）に示した工程で絶縁層２９に遮光性金属配設のための凹部４５を設けるためにＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等によりエッチング処理を行う。この際のエッチングを、酸化シリコンを選択的にエッチングする条件で行うと、エッチングストップ層３９の表面まで到達した時点で、エッチングが止まる。
【００６９】
この後、図９（Ａ）、（Ｂ）、図１０（Ａ）に示した工程を経て凹部４５の壁面に遮光性金属膜４７を形成する。この結果、基板２１の表面に薄いエッチングストップ層３９を介して遮光性金属膜３７が配置される。以上の工程により、遮光性金属膜３７の下端の高さが精度良く、低く位置するよう制御でき、基板２１表面にダメージを発生することなく、迷光を最小限に抑制できる固体撮像装置が実現できる。例えば、エッチングストップ層３９の厚さを０.１μｍとすれば、ゲート電極に使うポリシリコンの厚さは０.２〜０.４μｍなので、ゲート電極よりも低い位置に遮光性金属膜３７の下端を位置させることができる。
【００７０】
なお、エッチングストップ層３９は反射防止膜を兼ねているとよりよい。反射防止効果を得るためには、エッチングストップ層３９として、シリコン窒化膜を３０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度の厚さで形成するとよい。また、上記の説明では、絶縁層２９が酸化シリコン、エッチングストップ層３９がシリコン窒化膜の場合で説明したが、エッチングストップ層３９を構成する材料としては、絶縁層２９とエッチング特性の異なる透明材料であればよい。なお、遮光性金属膜３７は図４のように第三メタル配線層２６に接続されていてもよい。
【００７１】
以上の各実施の形態は、固体撮像装置のフォトダイオードへの入射光に対する導波路構成についての説明であったが、次に、以上の実施の形態を適用した固体撮像装置としてＣＭＯＳセンサを例にとって説明する。
【００７２】
図１２（Ａ）、（Ｂ）は本発明になる固体撮像装置の第１の実施の形態の上面図及び（Ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う縦断面図を示す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付してある。図１２に示す実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ｐ-型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図１の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図１の２９に相当）内には、光透過層２７が設けられ、またその光透過層２７を囲むように、平面形状が例えば矩形状である遮光性金属膜２８が設けられている。
【００７３】
図１２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本実施の形態のＣＭＯＳセンサは、ｐ+型基板５１上にｐ-型エピタキシャル層５２を成長し、このエピタキシャル層５２の表面にｎウェル５３がある。ｎウェル５３上にはゲート酸化膜５４を挟んで第１のゲート電極である平面形状がリング状のゲート電極５５が形成されている。
【００７４】
リング状ゲート電極５５の中心部に対応したｎウェル５３の表面にはｎ+型のソース領域５６が形成されており、そのソース領域５６に隣接してソース近傍ｐ型領域５７が形成され、更にソース領域５６とソース近傍ｐ型領域５７の外側の離間した位置にはｎ+型のドレイン領域５８が形成されている。更に、ドレイン領域５８の下のｎウェル５３中には埋め込みのｐ-型領域５９がある。
【００７５】
埋め込みフォトダイオード６０とリング状ゲート電極５５との間には、第２のゲート電極である転送ゲート電極６１がある。ドレイン領域５８、リング状ゲート電極５５、ソース領域５６、転送ゲート電極６１には、それぞれメタル配線であるドレイン電極配線６２、リング状ゲート電極配線６３、ソース電極配線（出力線）６４、転送ゲート電極配線６５が接続されている。これらの配線６２〜６５は図１の第一メタル配線層２４を構成している。また、転送ゲート電極６１は図１の電荷読み出しゲート２３に相当する。
【００７６】
また、上記の各構成の上方には、図１２（Ｂ）に示すように遮光膜６６が形成されており、その遮光膜６６の埋め込みフォトダイオード６０に対応した位置には光透過層２７が設けられている。この遮光膜６６は金属、あるいは有機膜等で形成され、図１の第三メタル配線層２６により形成される。光は、光透過層２７を通して、かつ、遮光性金属膜２８で迷光が遮られて、埋め込みフォトダイオード６０にのみ達して光電変換される。
【００７７】
ここで、本実施の形態は、図１２（Ｂ）に示すように、リング状ゲート電極５５と転送ゲート電極６１の２層ゲート構造であり、これらのゲート電極５５、６１は互いに絶縁しながら一部が重なり合っている。このため、２層のゲート電極５５、６１が積層された部分は周囲より高くなるので、その上方に位置する配線層、更には遮光膜６６の位置が高くなり、フォトダイオード６０から遠い位置で遮光せざるを得なくなり、遮光性が低下する可能性がある。
【００７８】
しかしながら、本実施の形態では、遮光性金属膜２８の下端を図１２（Ｂ）に示すように、最下層メタル配線層である配線層６２〜６５の上面以下に配置するようにしているため、遮光性金属膜２８により問題なく高性能な遮光構造が実現できる。また遮光性金属膜２８の下端を２層ゲート５５、６１の上面よりも低くすることでさらなる遮光効果を得られる。すなわち、遮光性金属膜２８の下端の位置と、２層ゲート５５、６１によるゲート面の高さやその上方のメタル配線層との位置関係を適切にすることで、フォトダイオード６０の表面の近くまで遮光性金属膜２８を配置でき、有効な遮光性能を維持できる。
【００７９】
次に、ＣＭＯＳセンサの画素構造と撮像素子全体の構造について、電気回路で表現した図１３と共に説明する。同図において、まず、画素はｍ行ｎ列に画素敷き詰め領域７１に配置されている。図１３ではこれらｍ行ｎ列の画素のうち、ｓ行ｔ列の一画素７２を代表として等価回路で表現している。この画素７２は、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３と、フォトダイオード７４と、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５とからなり、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のドレインがフォトダイオード７４のｎ側端子とドレイン電極配線７６（図１２の６２に相当）に接続され、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５のソースがフォトダイオード７４のｐ側端子に接続され、ドレインがリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のバックゲートに接続されている。
【００８０】
なお、上記のリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３は、図１２（Ｂ）ではリング状ゲート電極５５直下のソース近傍ｐ型領域５７をゲート領域とし、ｎ+型のソース領域５６及びｎ+型のドレイン領域５８を有するｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。また、上記の転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５は、図１２（Ｂ）では転送ゲート電極６１直下のｎウェル５３をゲート領域、フォトダイオード６０の埋め込みのｐ−型領域５９をソース領域、ソース近傍ｐ型領域５７をドレインとするｐチャネルＭＯＳＦＥＴである。
【００８１】
図１３において、ｍ行ｎ列の各画素から１フレーム分の信号を読み出すために、まず読み出しを始める合図を出すフレームスタート信号を発生させる回路７７がある。このフレームスタート信号は撮像素子の外から与えられてもよい。このフレームスタート信号は垂直シフトレジスタ７８に供給される。垂直シフトレジスタ７８は、ｍ行ｎ列の各画素のうちの何行目の画素を読み出すかの信号を出力する。
【００８２】
各行の画素はリング状ゲート電極、転送ゲート電極、ドレイン電極の電位を制御する制御回路に接続されており、これらの制御回路は垂直レジスタ７８の出力信号が供給される。例えば、ｓ行目の各画素のリング状ゲート電極は、リング状ゲート電極配線７９（図１２の６３に相当）を介してリング状ゲート電位制御回路８０に接続され、各画素の転送ゲート電極は、転送ゲート電極配線８１（図１２の６５に相当）を介して転送ゲート電位制御回路８２に接続され、各画素のドレイン電極は、ドレイン電極配線７６（図１２の６２に相当）を介してドレイン電位制御回路８３に接続されている。上記の各制御回路８０、８２、８３には垂直シフトレジスタ７８の出力信号が供給される。
【００８３】
なお、リング状ゲート電極は、行毎に制御するので横方向に配線するが、転送ゲート電極は全画素で一斉に制御するので、配線方向は問わず、縦方向でもよい。ここでは横方向に配線するものとして表現する。ドレイン電位制御回路８３は、全画素一斉に制御するが、行毎に制御する可能性もあるので、フレームスタート信号と垂直レジスタ７８の両方と接続して表現している。
【００８４】
画素７２のリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソース電極は、ソース電極配線８４（図１２の６４に相当）を介して２分岐され、一方はスイッチＳＷ１を介してソース電極電位を制御するソース電位制御回路８５に接続され、他方はスイッチＳＷ２を介して信号読み出し回路８６に接続されている。信号を読み出すときにはスイッチＳＷ１をオフ、スイッチＳＷ２をオンにし、ソース電位を制御する時にはスイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフにする。信号は縦方向に出すので、ソース電極の配線方向は縦にする。
【００８５】
信号読み出し回路８６は次のように構成されている。画素７２の出力はリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソースから行われ、出力線８４には負荷、例えば電流源８７が繋がっている。従って、ソースフォロア回路となっている。電流源８７にはキャパシタＣ１とキャパシタＣ２の各一端がスイッチｓｃ１とスイッチｓｃ２を介して繋がっている。他端が接地されているキャパシタＣ１、Ｃ２の各一端は、また差動アンプ８８の反転入力端子と非反転入力端子に繋がっており、両キャパシタＣ１及びＣ２の電位差を差動アンプ８８から出力するようになっている。
【００８６】
このような信号読み出し回路８６はＣＤＳ回路と呼ばれ、ここに描かれた方式以外にも種々の回路が提案されており、この回路に限るわけではない。信号読み出し回路８６から出力された信号は、出力スイッチｓｗｔを介して出力される。同じ列にある出力スイッチｓｗｔは、水平シフトレジスタ８９から出力される信号によりスイッチング制御される。
【００８７】
次に、図１３に示す等価回路のＣＭＯＳセンサの駆動方法について、図１４のタイミングチャートと共に説明する。まず、図１４（１）に示す期間では、埋め込みのフォトダイオード（図１２（Ａ）の６０、図１３の７４等）に光が入射し、光電変換効果により電子・ホール対が発生し、フォトダイオードの埋め込みｐ-型領域５９にホールが蓄積される。このとき転送ゲート電極６１の電位はドレイン電位Ｖｄｄと同じになっており、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５はオフ状態である。これらの蓄積は、前フレームの読み出し操作が行われている時に同時に実行されている。
【００８８】
続く図１４（２）に示す期間では、前フレームの読み出しが終了すると、同図（Ａ）に示すように新しいフレームスタート信号が発信されて、次のフレームの読み出しが始まる。最初に行うのは全画素一斉にフォトダイオード（図１２（Ａ）の６０、図１３の７４等）からリング状ゲート電極（図１２の５５）のソース近傍ｐ型領域（図１２の５７）にホールを転送することである。そのため、図１４（Ｂ）に示すように転送ゲート電位制御回路８２から出力される転送ゲート制御信号がＶｄｄからＬｏｗ２に下がり、転送ゲート電極（図１２の５１）の電位がＬｏｗ２となり、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５がオン状態になる。
【００８９】
このとき、リング状ゲート電位制御回路８０により制御されるリング状ゲート電極配線７９の電位は、図１４（Ｃ）に示すように、ＬｏｗからＬｏｗ１になるが、Ｌｏｗ２の方がＬｏｗ１よりも大きい。Ｌｏｗ１はＬｏｗと同じでもよい。最も簡便にはＬｏｗ１＝Ｌｏｗ＝０（Ｖ）に設定する。
【００９０】
一方、ソース電位制御回路８５からスイッチＳＷ１を介してソース電極配線８４からリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソースに供給されるソース電位をはじめとする、全画素のソース電位は図１４（Ｄ）に示すように電位Ｓ１に設定される。Ｓ１＞Ｌｏｗ１であり、これにより、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３がオフのままであり、電流が流れないようにする。この結果、全画素のフォトダイオードに蓄積された電荷（ホール）が、対応する画素のリング状ゲート電極の下に一斉に転送される。
【００９１】
図１２（Ｂ）に示すリング状ゲート電極５５の下の領域で、ソース近傍ｐ型領域５７が最もポテンシャルが低いので、フォトダイオードに蓄積されていたホールはソース近傍ｐ型領域５７に達し、そこに蓄積される。ホールが蓄積される結果、ソース近傍ｐ型領域５７の電位が上昇する。
【００９２】
続いて、図１４（３）に示す期間では、同図（Ｂ）に示すように転送ゲート電極が再びＶｄｄになり、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５がオフになる。これにより、フォトダイオード（図１２（Ａ）の６０、図１３の７４等）では再び光電変換効果により電子・ホール対が発生し、フォトダイオードの埋め込みｐ-型領域５９にホールが蓄積され始める。この蓄積動作は次の電荷転送時まで続けられる。
【００９３】
一方、読み出し操作は行単位で順番に行われるので、１行目〜（ｓ−１）行目を読み出す期間（３）では、リング状ゲート電極の電位は図１４（Ｃ）に示すようにＬｏｗの状態で、ソース近傍ｐ型領域５７にホールを蓄積したまま待機状態となる。ソース電位は他の行からの信号読み出しが行われている間、その画素からの信号の値により、様々な値をとり得る。また、リング状ゲート電極電位は行毎に様々な値をとり得るが、ｓ行目ではＬｏｗに設定され、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３がオフ状態である。
【００９４】
続く図１４（４）〜（６）に示す期間では、画素の信号読み出しが行われる。ｓ行目ｔ列目の画素７２について代表してこの信号読み出し動作について説明するに、まず、ソース近傍ｐ型領域５７にホールを蓄積した状態で、図１４（Ｅ）に示す垂直シフトレジスタ７８の出力信号が、同図（Ｈ）に示すようにローレベルである期間（４）において、リング状ゲート電位制御回路８０からリング状ゲート電極配線７９に出力される制御信号により、リング状ゲート電極５５の電位を図１４（Ｋ）に示すように、ＬｏｗからＶｇ１に上げる。
【００９５】
ここで、上記の電位Ｖｇ１は、前述した各電位Ｌｏｗ、Ｌｏｗ１、Ｖｄｄとの間に
Ｌｏｗ≦Ｌｏｗ１≦Ｖｇ１≦Ｖｄｄ    （ただし、Ｌｏｗ＜Ｖｄｄ）
なる不等式が成立する電位である。また、上記の期間（４）ではスイッチＳＷ１が図１４（Ｉ）に示すようにオフ、スイッチＳＷ２が同図（Ｊ）に示すようにオン、スイッチｓｃ１が同図（Ｍ）に示すようにオン、スイッチｓｃ２が同図（Ｎ）に示すようにオフとされる。この結果、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソースに接続されたソースフォロア回路が働き、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソース電位は、図１４（Ｌ）に示すように期間（４）ではＳ２（＝Ｖｇ１−Ｖｔｈ１）となる。ここで、Ｖｔｈ１とはバックゲート（ソース近傍ｐ型領域５７）にホールがある状態での、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のしきい値電圧である。このソース電位Ｓ２がオンとされているスイッチｓｃ１を通してキャパシタＣ１に記憶される。
【００９６】
続く図１４（５）に示す期間では、リング状ゲート電位制御回路８０からリング状ゲート電極配線７９に出力される制御信号により、リング状ゲート電極５５の電位を図１４（Ｋ）に示すようにＨｉｇｈ１に上げると同時に、同図（Ｉ）、（Ｊ）に示すようにスイッチＳＷ１をオン、スイッチＳＷ２をオフとすると共に、ソース電位制御回路８５から出力されるソース電位を同図（Ｌ）に示すようにＨｉｇｈｓに上げる。ここで、Ｈｉｇｈ１、Ｈｉｇｈｓ＞Ｌｏｗ１である。
【００９７】
上記の電位Ｈｉｇｈ１及びＨｉｇｈｓの値は同じであっても異なっていてもよいが、設計の簡単のためにはＨｉｇｈ１、Ｈｉｇｈｓ≦Ｖｄｄが望ましい。簡便な設定では、Ｈｉｇｈ１＝Ｈｉｇｈｓ＝Ｖｄｄとする。また、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３がオンして電流が流れないような電位設定にすることが望ましい。この結果、ソース近傍ｐ型領域５７のポテンシャルが上昇し、ｎウェル５３のバリアを越えてホールがエピタキシャル層５２に排出される（リセット）。
【００９８】
続く図１４（６）に示す期間では、再び前記期間（４）と同じ信号読み出し状態にする。ただし、期間（４）とは異なり、図１４（Ｍ）、（Ｎ）に示すように、スイッチｓｃ１はオフ、スイッチｓｃ２はオンとする。リング状ゲート電極は図１４（Ｋ）に示すように期間（４）と同じＶｇ１とする。しかし、この期間（６）では直前の期間（５）でホールが基板に排出されていて、ソース近傍ｐ型領域５７にはホールが存在しないので、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のソース電位は、図１４（Ｌ）に示すように期間（６）ではＳ０（＝Ｖｇ１−Ｖｔｈ０）となる。ここでＶｔｈ０は、バックゲート（ソース近傍ｐ型領域５７）にホールがない状態でのリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のしきい値電圧である。
【００９９】
このソース電位Ｓ０はオンとされたスイッチｓｃ２を介してキャパシタＣ２に記憶される。差動アンプ８８はキャパシタＣ１とＣ２の電位差を出力する。すなわち、差動アンプ８８は（Ｖｔｈ０−Ｖｔｈ１）を出力する。この出力値（Ｖｔｈ０−Ｖｔｈ１）は、ホール電荷によるしきい値変化分である。その後、水平シフトレジスタ８９から出力される図１４（Ｆ）に示すパルスのうち、同図（Ｏ）に示すｔ列目の出力パルスに基づき、図１３の出力スイッチｓｗｔがオンとされ、このｓｗｔのオン期間に図１４（Ｐ）にハッチングにより模式的に示すように、差動アンプ８８からのホール電荷によるしきい値変化分が画素７２の出力信号Ｖｏｕｔとしてセンサ外へ出力される。
【０１００】
続いて、図１４に（７）で示す期間では、再びリング状ゲート電極５５の電位を図１４（Ｂ）に示すようにＬｏｗにし、ソース近傍ｐ型領域５７にはホールがない状態で、全ての行の信号処理が終了するまで（ｓ＋１行〜ｎ行の画素の読み出しが終了するまで）待機する。これらの読み出し期間中、フォトダイオード７４では光電変換効果によるホールの蓄積が進行している。その後、前記期間（１）に戻って、ホールの転送から繰り返す。これにより、各画素から図１４（Ｇ）に示す出力信号が読み出される。
【０１０１】
上記の図１２（Ａ）、（Ｂ）に示す構成の固体撮像装置は、リング状のゲート電極５５を持つリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３が増幅用ＭＯＳＦＥＴであり、図１３に示したように各画素内に増幅用ＭＯＳＦＥＴを持つという意味で、ＣＭＯＳセンサの一種である。
【０１０２】
なお、図１４の期間（５）のリセット時のソース電極配線８４の電位供給は、ソース電位制御回路８５から供給する以外の次の方法もある。すなわち、上記期間（５）でスイッチＳＷ１、ＳＷ２をともにオフとして、ソース電極配線８４をフローティングにする。ここでリング状ゲート電極配線７９の電位をＨｉｇｈ１とすると、リング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３がオン状態となり、ソース電極にドレインから電流が供給され、ソース電極電位が上昇する。この結果、ソース近傍ｐ型領域５７のポテンシャルが持ち上げられ、ｎウェル５３のバリアを越えて、ホールがｐ型エピタキシャル層５２に排出される（リセット）。ホールが完全に排出されたときのソース電極電位は、Ｈｉｇｈ１−Ｖｔｈ０になる。この方法では、ソース電位制御回路８５のうち、Ｈｉｇｈｓを供給するトランジスタを削減することができ、その結果、チップ面積を減らすことができる。
【０１０３】
なお、図１３の画素７２の回路構成は簡略化して示してある。画素７２の回路は、厳密には、転送ゲートＭＯＳＦＥＴ７５のソースとリング状ゲートＭＯＳＦＥＴ７３のバックゲートとの間に、リング状ゲート電極配線７９と転送ゲート電極配線８１の各電位に連動したスイッチが設けられる構成である。このスイッチは、リング状ゲート電極配線７９の電位Ｌｏｗ１と、転送ゲート電極配線８１の電位Ｌｏｗ２との間に、Ｌｏｗ１≦Ｌｏｗ２の関係があるときはオン状態になり、Ｌｏｗ１＞Ｌｏｗ２の関係があるときにはオフ状態になる。
【０１０４】
このスイッチを設けることにより、リング状ゲート電極５５（電位Ｌｏｗ１）の下の基板電位が、転送ゲート電極７１（電位Ｌｏｗ２）の下の基板電位よりも高くなっていて、リング状ゲート電極５５（電位Ｌｏｗ１）の下の基板電位がバリアとして働き、ホールがソース近傍ｐ型領域５７に達することができないという現象を回路的に表現できる。しかしながら、転送時は上記のＬｏｗ１≦Ｌｏｗ２の条件は、電位制御回路８０、８２等により常に満たされているので、図１３ではこのスイッチを省略して図示している。
【０１０５】
次に、ＣＭＯＳセンサの第２の実施の形態について説明する。図１５は本発明になる固体撮像装置の第２の実施の形態の縦断面図を示す。同図中、図４及び図１２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１５に示す実施の形態は、図４に示した第２の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１５に示すように、ｐ−型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図４の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図１の２９に相当）内には、光透過層２７が設けられ、またその光透過層２７を囲むように、平面形状が例えば矩形状である遮光性金属膜３０が設けられている。
【０１０６】
更に、光透過層２７を囲むように形成された遮光性金属膜３０は、その下端が配線層６２〜６５の下面よりも低く、さらには、転送ゲート６１の上面より低く形成されており、また、その上端が第三メタル配線層である遮光膜６６に接続されている。
【０１０７】
本実施の形態によれば、遮光性金属膜３０の上端を遮光膜６６に接続するようにしたため、遮光性金属膜３０の上端部分での隙間がなくなり、第１の実施の形態よりもさらに遮光性を向上できる。また、遮光膜６６を介して外部から遮光性金属膜３０に電位を印加することができ、遮光性金属膜３０の電位を制御することができる。これにより、メタル配線等から流入する不要なクロストークを防止できる。
【０１０８】
次に、ＣＭＯＳセンサの第３の実施の形態について説明する。図１６は本発明になる固体撮像装置の第３の実施の形態の縦断面図を示す。同図中、図５及び図１２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１６に示す実施の形態は、図５に示した第３の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１６に示すように、ｐ-型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図５の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図１の２９に相当）内には、光透過層２７が設けられ、またその光透過層２７を囲むように、平面形状が例えば矩形状である遮光性金属膜２８が設けられている。更に、遮光性金属膜２８の下端とゲート酸化膜５４の表面との間に、エッチングストップ層３３が配置されている。
【０１０９】
この実施の形態では、遮光性金属膜２８の下端の高さが精度良く、低く位置するよう制御でき、ｐ−型埋め込み領域５９の表面に製造過程でダメージを発生させることがないため、上記のダメージに起因するリーク電流やノイズ発生を抑制でき、Ｓ／Ｎ等が良好な特性の固体撮像装置を実現できる。
【０１１０】
次に、ＣＭＯＳセンサの第４の実施の形態について説明する。図１７は本発明になる固体撮像装置の第４の実施の形態の縦断面図を示す。同図中、図６及び図１２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１７に示す実施の形態の固体撮像装置は、図６に示した第４の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１７に示すように、ｐ-型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図６の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図１の２９に相当）内には、光透過層２７が設けられ、またその光透過層２７を囲むように、平面形状が例えば矩形状である遮光性金属膜２８が設けられている。また、遮光膜６６、光透過層２７及び遮光性金属膜２８の上に、保護／平坦化層３４を介してマイクロレンズ３５が配置されている。
【０１１１】
本実施の形態では、マイクロレンズ３５によりフォトダイオードへの集光効率を向上すると共に、遮光性金属膜２８があるため、マイクロレンズ３５の周辺部に入射してマイクロレンズ３５で大きな角度で屈折する光についても、迷光にはならない。なお、遮光性金属膜２８は図１７では遮光膜６６に接続されていないが、図１５のように接続されていてもよい。
【０１１２】
次に、ＣＭＯＳセンサの第５の実施の形態について説明する。図１８は本発明になる固体撮像装置の第５の実施の形態の縦断面図を示す。同図中、図７及び図１２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１８に示す実施の形態の固体撮像装置は、図７に示した第５の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１８に示すように、ｐ-型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図７の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図７の２９に相当）内には、光透過層３８が設けられ、またその光透過層３８を囲むように、平面形状が例えば矩形状で、断面形状がテーパ状である遮光性金属膜３７が設けられている。また、遮光膜６６、光透過層３８及び遮光性金属膜３７の上に、保護／平坦化層３４を介してマイクロレンズ３５が配置されている。
【０１１３】
本実施の形態では、マイクロレンズ３５によりフォトダイオードへの集光効率を向上すると共に、遮光性金属膜３７をフォトダイオードに近付くほど幅が狭くなるようなテーパ状にしているため、より集光性を高めたものである。すなわち、図１８において、遮光性金属膜３７は、最上位のメタル配線層(図示せず)の開口部位置付近から、少なくともリング状ゲート電極配線６３及び転送ゲート電極配線６５を含む最下層のメタル配線層(図７の２４に相当)の上面よりも低く、かつ、光電変換領域（フォトダイオード６０）の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されているため、光透過層３８に入射した光は効率良く光電変換領域に入射する。
【０１１４】
本実施の形態では２層ポリシリコン（リング状ゲート電極５５が第１ポリシリコン、転送ゲート電極６１が第２ポリシリコン）を用いており、１層ポリシリコンのプロセスよりも第一メタル配線層２４の位置が高くなるので、より迷光の影響を受け易くなる。迷光の影響を抑えるためには、遮光性金属膜３７の下端を２層ポリシリコンよりも低くすることが望ましい。この実施の形態の製造方法としては、２層ポリシリコン工程が入っている以外は、図８〜図１０と同じである。
【０１１５】
次に、ＣＭＯＳセンサの第６の実施の形態について説明する。図１９は本発明になる固体撮像装置の第６の実施の形態の縦断面図を示す。同図中、図１１及び図１２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図１９に示す実施の形態の固体撮像装置は、図１１に示した第６の実施の形態の導波路構成を有するＣＭＯＳセンサであり、図１９に示すように、ｐ-型埋め込み領域５９及びｎウェル５３からなるフォトダイオード６０（図１１の２２に相当）の上方の絶縁膜６８（図１１の２９に相当）内には、光透過層３８が設けられ、またその光透過層３８を囲むように、平面形状が例えば矩形状で、断面形状がテーパ状である遮光性金属膜３７が設けられると共に、フォトダイオード６０の上面にエッチングストップ層３９が設けられている。また、遮光膜６６、光透過層３８及び遮光性金属膜３７の上に、保護／平坦化層３４を介してマイクロレンズ３５が配置されている。
【０１１６】
本実施の形態では、エッチングストップ層３９により絶緑膜６８のエッチングが精度よくできる。エッチングストップ層３９は反射防止膜を兼ねているとよりよい。反射防止効果を得るためには、エッチングストップ層３９として、シリコン窒化膜を３０〜１５０ｎｍ程度の厚さで形成するとよい。また、本実施の形態では、図１９に示すように、遮光性金属膜３７は、最上位のメタル配線層(図示せず)の開口部位置付近から、少なくともリング状ゲート電極配線６３及び転送ゲート電極配線６５を含む最下層のメタル配線層(図１１の２４に相当)の上面よりも低く、かつ、エッチングストップ層３９の表面よりも高い位置にかけて幅が漸次狭くなるテーパ状に形成されているため、光透過層３８に入射した光は効率良く光電変換領域（フォトダイオード６０）に入射する。
【０１１７】
なお、本発明は以上の実施の形態に限定されるものではなく、例えば図４あるいは図５の実施の形態に、図６のような保護／平坦化層３４とマイクロレンズ３５を配置してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本発明の固体撮像装置の第１の実施の形態の概略断面図である。
【図２】図１の固体撮像装置の製造方法の概略説明用素子断面図（その１）である。
【図３】図１の固体撮像装置の製造方法の概略説明用素子断面図（その２）である。
【図４】本発明の固体撮像装置の第２の実施の形態の概略断面図である。
【図５】本発明の固体撮像装置の第３の実施の形態の概略断面図である。
【図６】本発明の固体撮像装置の第４の実施の形態の概略断面図である。
【図７】本発明の固体撮像装置の第５の実施の形態の概略断面図である。
【図８】図７の固体撮像装置の製造方法の概略説明用素子断面図（その１）である。
【図９】図７の固体撮像装置の製造方法の概略説明用素子断面図（その２）である。
【図１０】図７の固体撮像装置の製造方法の概略説明用素子断面図（その３）である。
【図１１】本発明の固体撮像装置の第６の実施の形態の概略断面図である。
【図１２】図１の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第１の実施の形態の上面図及び（Ａ）のＸ−Ｘ’線に沿う縦断面図である。
【図１３】図１２の固体撮像装置の一画素分の電気等価回路図である。
【図１４】図１３の等価回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図１５】図４の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第２の実施の形態の縦断面図である。
【図１６】図５の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第３の実施の形態の縦断面図である。
【図１７】図６の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第４の実施の形態の縦断面図である。
【図１８】図７の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第５の実施の形態の縦断面図である。
【図１９】図１１の構成を適用した本発明の固体撮像装置の第６の実施の形態の縦断面図である。
【図２０】従来の固体撮像装置の一例の概略断面図である。
【図２１】従来の固体撮像装置の他の例の概略断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
２１  基板
２２、６０、７４  フォトダイオード
２３  電荷読み出しゲート
２４  第一メタル配線層
２５  第ニメタル配線層
２６  第三メタル配線層
２７、３８  光透過層
２８、３０、３７、４３  遮光性金属膜
２９、６８  絶縁層
３３、３９  エッチングストップ層
３４  保護／平坦化層
３５  マイクロレンズ
５３  ｎウェル
５５  リング状ゲート電極
５６  ｎ+型ソース領域
５７  ソース近傍ｐ型領域
５８  ｎ+型ドレイン領域
５９  埋め込みｐ-型領域
６１  転送ゲート電極
６２、７６  ドレイン電極配線
６３、７９  リング状ゲート電極配線
６４、８４  ソース電極配線（出力線）
６５、８１  転送ゲート電極配線
【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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