(57)【要約】【課題】画素領域が大きくても、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差をより一層低減することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、複数の画素が２次元状に配置された画素領域１０と、複数の画素を駆動する回路を含み画素領域１０の周辺に配置された周辺回路領域とを有する。画素領域１０及び周辺回路領域は、電極層６０及び３階層の配線層６１〜６３をそれぞれ含む。配線層６１〜６３とそれぞれ同一の階層に、各画素のフォトダイオード１５上の領域において、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる層１００，１１０，１２０がそれぞれ形成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部を有する複数の画素が２次元状に配置された画素領域と、前記複数の画素を駆動する回路を含み前記画素領域の周辺に配置された周辺回路領域とを有し、前記画素領域及び前記周辺回路領域が電極層及び１階層以上の配線層をそれぞれ含む固体撮像素子であって、
前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの少なくとも１階層の層と同一の階層に、前記各画素の前記光電変換部上の領域において、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる第１の層が形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の層の面積と前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの前記画素領域において前記第１の層と同一の階層に形成された層の面積との和と、前記画素領域の面積との比率は、前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの前記周辺回路領域において前記第１の層と同一の階層に形成された層の面積と、前記周辺回路領域の面積との比率と、略同一であ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】
前記各画素は、当該画素の前記光電変換部で生成された前記信号電荷を受け取るフローティングディフュージョンと、前記画素領域に配置された所定の配線層によって前記フローティングディフュージョンに電気的に接続されたゲート電極層を有し該ゲート電極層の電位に応じた信号を出力する増幅部と、を含み、
前記第１の層は、前記所定の配線層と同一の階層に形成された層を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記各画素は、当該画素の前記光電変換部で生成された前記信号電荷を受け取るフローティングディフュージョンと、前記画素領域に配置された所定の配線層によって前記フローティングディフュージョンに電気的に接続されたゲート電極層を有し該ゲート電極層の電位に応じた信号を出力する増幅部と、を含み、
前記第１の層は、前記ゲート電極層と同一の階層に形成された層を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラなどが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型や増幅型の固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子は、一般的に、複数の画素が２次元状に配置された画素領域と、複数の画素を駆動する回路を含み画素領域の周辺に配置された周辺回路領域とを有している。そして、固体撮像素子は、各画素に配置される光電変換部にて、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する。各画素は、周辺回路からの駆動信号に従って前記電荷に応じた信号を出力する。
【０００３】
ＣＣＤ型固体撮像素子は、前記電荷を電荷結合素子（ＣＣＤ）によって転送し、最終段に設けられた出力アンプで増幅して外部に出力する。
【０００４】
増幅型固体撮像素子は、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。そして、増幅型固体撮像素子には、増幅部に接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を用いた固体撮像素子（特許文献１）や、増幅部にＭＯＳトランジスタを用いた固体撮像素子（特許文献２）などが提案されている。
【０００５】
固体撮像素子では、多層配線技術が用いられ、画素領域及び周辺回路領域は複数層の配線層を含んでいる。多層配線技術を用いると、段差が生じてマイクロレンズ、或いはカラーフィルタ等が正常に形成できないなどの問題が生ずる。このため、ＣＭＰ（化学的機械的研磨：Chemical Mechanical Polishing）によって、配線層間に設ける層間絶縁膜を平坦化することが提案されている（例えば特許文献３，４）。
【０００６】
ところで、ＣＭＰは、段差密度の高低によって平坦化の程度に差が生ずることが知られている。一方、固体撮像素子では、周辺回路領域の方が画素領域よりも配線密度が高い。配線密度が高いほど段差密度は高くなる。このため、ＣＭＰにより平坦化した後においても、周辺回路領域及びそれに隣接する画素（画素領域における周辺部に配置される画素）における層間絶縁膜は、画素領域の中央部における層間絶縁膜より厚くなる（特許文献４）。これにより、画素領域における周辺部の画素の信号出力値は、画素領域における中央部の画素の信号出力値と異なってしまう。したがって、得られる画像は周辺部と中央部との間で輝度が異なり好ましいものではなかった。
【０００７】
これを解決するため、特許文献４に開示されている固体撮像素子では、画素領域を中心にしてその上下左右対称に周辺回路領域を設けている。この固体撮像素子によれば、画素領域の例えば上側と左側にのみ周辺回路領域を設ける場合に比べて、画素領域における研磨量の差を抑えることができ、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差が低減される。
【特許文献１】特開平１１−１７７０７６号公報
【特許文献２】特開２００２−４３５５７号公報
【特許文献３】特開平９−５５４８８号公報
【特許文献４】特開２００１−３５２０４９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、特許文献４に開示されている固体撮像素子のように、画素領域を中心にしてその上下左右対称に周辺回路領域を設けても、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差を低減するには、限界があった。電子カメラ等の分野においては、画素領域がより大きな固体撮像素子が求められている。これは、画素領域の面積が大きいほど、入射する全光量が増大して良質な画像が得られるためである。しかし、特許文献４に開示されている固体撮像素子では、画素領域が大きくなると、画素領域の中央部から周辺回路領域までの距離が大きくなるので、画素領域における中央部と周辺部との間で層間絶縁膜の研磨量の差が大きくなってしまい、平坦化の効果が減殺されてしまう。このため、特許文献４に開示されている固体撮像素子では、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差を低減するには、限界があったのである。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画素領域が大きくても、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差をより一層低減することができる固体撮像素子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】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成する光電変換部を有する複数の画素が２次元状に配置された画素領域と、前記複数の画素を駆動する回路を含み前記画素領域の周辺に配置された周辺回路領域とを有し、前記画素領域及び前記周辺回路領域が電極層及び１階層以上の配線層をそれぞれ含む固体撮像素子であって、前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの少なくとも１階層の層と同一の階層に、前記各画素の前記光電変換部上の領域において、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる第１の層が形成されたものである。
【００１１】
ここで、２つの層が同一の階層に形成されているとは、前記２つの層のうちの一方の層を挟んでいる直上の層及び直下の層と、前記２つの層のうちの他方の層を挟んでいる直上の層及び直下の層とが、それぞれ同一の材料で連続して形成されていることをいう。
【００１２】
本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記第１の層の面積と前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの前記画素領域において前記第１の層と同一の階層に形成された層の面積との和と、前記画素領域の面積との比率は、前記電極層及び前記１階層以上の配線層のうちの前記周辺回路領域において前記第１の層と同一の階層に形成された層の面積と、前記周辺回路領域の面積との比率と、略同一であるものである。
【００１３】
ここで、前者の比率が後者の比率と略同一であるとは、前者の比率と後者の比率との差の、後者の比率に対する割合が、３０％以下であることをいう。前記割合は、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、前者の比率と後者の比率とが実質的に同一であることがより一層好ましい。
【００１４】
本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１又は第２の態様において、前記各画素は、当該画素の前記光電変換部で生成された前記信号電荷を受け取るフローティングディフュージョンと、前記画素領域に配置された所定の配線層によって前記フローティングディフュージョンに電気的に接続されたゲート電極層を有し該ゲート電極層の電位に応じた信号を出力する増幅部と、を含み、前記第１の層は、前記所定の配線層と同一の階層に形成された層を含むものである。
【００１５】
本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記各画素は、当該画素の前記光電変換部で生成された前記信号電荷を受け取るフローティングディフュージョンと、前記画素領域に配置された所定の配線層によって前記フローティングディフュージョンに電気的に接続されたゲート電極層を有し該ゲート電極層の電位に応じた信号を出力する増幅部と、を含み、前記第１の層は、前記ゲート電極層と同一の階層に形成された層を含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、画素領域における中央部と周辺部との間の信号出力値の差をより一層低減することができる固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子１を示す概略構成図である。この固体撮像素子１は、ＣＭＯＳ型固体撮像装置として構成されている。
【００２０】
図１に示すように、この固体撮像素子１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、２次元状に配置された複数の単位画素４と、周知のＣＤＳ回路等を含む読み出し回路５と、出力アンプ６とを有している。各画素４のフォトダイオード１５（図１では図示せず。図２参照）が出力する電気信号が垂直走査回路２によって読み出し回路５に行単位で取り出され、水平走査回路３によって列単位で出力アンプ６を介して出力端子７に画像信号として出力されるようになっている。このように、垂直走査回路２及び水平走査回路３は、画素４を駆動する回路を構成している。画素４が２次元状に配置された領域が画素領域１０である。この固体撮像素子１では、垂直走査回路２、水平走査回路３、読み出し回路５及び出力アンプ６が周辺回路を構成している。周辺回路が配置された領域が周辺回路領域である。周辺回路領域は、画素領域１０の周辺に配置されている。周辺回路領域は、画素領域１０の隣り合う２つの辺の側（例えば、上側と左側）のみに配置してもよいし、画素領域を中心にしてその上下左右に配置してもよい。周辺回路領域では、ＣＭＯＳトランジスタなどの半導体素子が高密度で配置され、これに伴い、周辺回路領域の配線密度は画素領域１０の配線密度よりも高くなっている。
【００２１】
図２は、図１中の単位画素４を示す回路図である。各画素４は、図２に示すように、選択トランジスタ１１と、ゲート電極の電位に応じた信号を出力する増幅トランジスタ（画素アンプ）１２と、リセットトランジスタ１３と、転送トランジスタ１４と、光電変換部としてのフォトダイオード１５と、フローティングディフュージョン１６とを有している。図２において、ＶＤＤは電源である。
【００２２】
図１及び図２に示すように、画素４の選択トランジスタ１１のゲート電極は行毎に選択線２０に共通に接続されている。画素４のリセットトランジスタ１３のゲート電極は、行毎にリセット線２１に共通に接続されている。画素４の転送トランジスタ１４のゲート電極は、行毎に転送線２２に共通に接続されている。画素４の選択トランジスタ１１のソースは、列毎に垂直信号線２３に共通に接続されている。選択線２０、リセット線２１及び転送線２２は、垂直走査回路２に接続されている。垂直信号線２３は、読み出し回路５に接続されている。
【００２３】
図３は、図１中の単位画素４を模式的に示す概略平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図５は、図３中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。この固体撮像素子１では３階層による多層配線が用いられているが、図３及び図４では、一部の配線層等は省略して示している。また、実際には、フォトダイオード１５の上部にはカラーフィルタやマイクロレンズが配置されるが、ここでは省略する。なお、図４には、後述する寄生容量Ｃ１〜Ｃ３も模式的に示している。
【００２４】
図３において、符号１６ａ，１６ｂ，３１〜３３は、Ｎ型のシリコン基板５１上に形成されたＰ型ウエル５２（図４参照）に形成されたＮ型不純物拡散領域である。なお、拡散領域３３は、図示しない配線により電源電圧ＶＤＤが印加される電源拡散部である。拡散領域１６ａ，１６ｂは、１層目の配線層６１で構成された配線４１によって接続され、全体としてフローティングディフュージョン１６を構成している。符号３４〜３７は、ポリシリコン層６０で構成された前記各トランジスタのゲート電極（電極層）である。フォトダイオード１５は、Ｐ型ウエル５２にＮ型層（電荷蓄積層）１５ａ（図５参照）が形成されることで構成されている。このフォトダイオード１５は、空乏化防止層をなす高純度のＰ型層１５ｂ（図５参照）を基板表面側に付加した構造として、埋め込みフォトダイオードとして構成されている。
【００２５】
フォトダイオード１５は、入射する光を光電変換し、生じた電荷を電荷蓄積層１５ａに蓄積する。フォトダイオード１５の電荷蓄積層１５ａに蓄積された電荷は、転送トランジスタ１４がオン状態とされることによってフローティングディフュージョン１６（拡散領域１６ａ，１６ｂ）に転送される。
【００２６】
転送トランジスタ１４は、フォトダイオード１５の電荷蓄積層１５ａをソース、フローティングディフュージョン１６の拡散領域１６ａをドレインとするＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタ１４は、そのゲート電極３４に印加される駆動信号により駆動される。
【００２７】
フローティングディフュージョン１６（拡散領域１６ａ，１６ｂ）は、１層目の配線層６１で構成された前記配線４１によって、増幅トランジスタ１２のゲート電極３６に電気的に接続されている。
【００２８】
増幅トランジスタ１２は、電源拡散部３３をドレイン、拡散領域３２をソースとするＭＯＳトランジスタである。前述したように、増幅トランジスタ１２の電極３６は、フローティングディフュージョン１６（拡散領域１６ａ，１６ｂ）に接続されている。そして、増幅トランジスタ１２は、そのゲート電極３６の電圧に応じた電気信号を出力する。したがって、増幅トランジスタ１２は、フォトダイオード１５で生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号を出力する。
【００２９】
選択トランジスタ１１は、拡散領域３２をドレイン、拡散領域３１をソースとするＭＯＳトランジスタである。選択トランジスタ１１は、オン状態にされることで、増幅トランジスタ１２の出力を垂直信号線２３に出力する。すなわち、増幅トランジスタ１２と選択トランジスタ１１によって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
【００３０】
リセットトランジスタ１３は、電源拡散部３３をドレイン、フローティングディフュージョン１６の拡散領域１６ｂをソースとするＭＯＳトランジスタである。リセットトランジスタ１３は、オン状態にされることで、フローティングディフュージョン１６に蓄積されている電荷をリセットする。
【００３１】
図４及び図５において、５３はＬＯＣＯＳによるフィールド酸化膜である。図４において、４２，４３は配線４１を上方で横切るように配置され２層目の配線層６２で構成された配線である。図４及び図５において、７１はゲート電極３４〜３７等の電極層であるポリシリコン層６０と配線４１等の１層目の配線層６１との間の層間絶縁膜、７２は１層目の配線層６１と２層目の配線層６２との間の層間絶縁膜である。図４では示していないが、この固体撮像素子１では、図５に示すように、３層目の配線層６３、配線層６２，６３間の層間絶縁膜７３、配線層６３の直上の絶縁膜７４が設けられ、さらに、絶縁膜７４上に必要に応じてカラーフィルタやマイクロレンズ等（図示せず）が設けられている。配線層６１〜６３は、例えば、アルミニウム層で構成される。絶縁膜７１〜７４は、例えば、シリコン酸化膜で構成される。
【００３２】
図４に示すように、フローティングディフュージョン１６と増幅トランジスタ１２のゲート電極３６との間を接続している配線４１（１層目の配線層６１で構成された配線）と、２層目の配線層６２で構成されている配線４２との間に、寄生容量Ｃ１が生じる。同様に、配線４１と、２層目の配線層６２で構成されている配線４３との間に、寄生容量Ｃ２が生じる。また、配線４１とＰ型ウエル５２との間にも寄生容量Ｃ３が生じる。寄生容量Ｃ１，Ｃ２は、配線４１と配線４２，４３との間の絶縁膜７２の厚さによって変化する。寄生容量Ｃ３は、配線４１とＰ型ウエル５２との間の絶縁膜７１の厚さによって変化する。これらの寄生容量Ｃ１〜Ｃ３は、フローティングディフュージョン１６による容量（図２参照）の一部をなす。したがって、容量Ｃ１〜Ｃ３のうちの少なくとも１つが変化すれば、フローティングディフュージョン１６による容量が変化し、その結果、フォトダイオード１５から転送トランジスタ１４を介して転送されてフローティングディフュージョン１６に蓄積された電荷の量が同一であっても、フローティングディフュージョン１６の電位、ひいては増幅トランジスタ１２のゲート電極３６の電位が変化し、画素４の信号出力値が変化することになる。
【００３３】
本実施の形態では、図３及び図５に示すように、各画素４のフォトダイオード１５上の領域において、１層目の配線層６１、２層目の配線層６２及び３層目の配線層６３とそれぞれ同一の階層に、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる層（第１の層）１００，１１０，１２０が形成されている。１層目の配線層６１も層１００も直上の層７２及び直下の層７１により挟まれており、両者は同一の階層に形成されている。２層目の配線層６２も層１１０も直上の層７３及び直下の層７２により挟まれており、両者は同一の階層に形成されている。３層目の配線層６３も層１２０も直上の層７４及び直下の層７３により挟まれており、両者は同一の階層に形成されている。層１００，１１０，１２０は、例えば、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜などの絶縁膜で構成してもよいし、ＩＴＯやＳｎＯ２などの導電材料で構成してもよい。もっとも、層１００，１１０，１２０によって予期せぬ寄生容量を生じて特性悪化に繋がることがないように、層１００，１１０，１２０は絶縁膜で構成することが好ましい。ただし、フォトダイオード１５上の領域には配線層６１〜６３は形成されないので、層１００，１１０，１２０を導電材料で構成しても、層１００，１１０，１２０によって生ずる寄生容量はさほど大きくならない。なお、層１００，１１０，１２０の材料としては、当該層と同一の階層の配線層の材料とＣＭＰによる研磨特性の類似した材料を用いることが好ましい。
【００３４】
本実施の形態では、層１００の形状は、ここではフォトダイオード１５の形状に合わせて正方形としている。しかし、層１００の形状は、これに限らず、例えば、線状のパターンを複数配置させてもよい。これらの点は、層１１０，１２０についても同様である。
【００３５】
図６は、本実施の形態による固体撮像素子１を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図であり、特に電極層６０及び配線層６１〜６３に着目した概略断面図である。図６に示すように、電極層６０、配線層６１〜６３及び絶縁膜７１〜７４は、画素領域１０のみならず、周辺回路領域にも形成されている。
【００３６】
本実施の形態では、電極層６０及び配線層６１〜６３の各々に関して、画素領域１０における当該層の面積と画素領域１０の面積との比率、及び、周辺回路領域における当該層の面積と周辺回路領域の面積との比率は、例えば下記の表１に示す通りである。
【００３７】
【表１】
2009094299.tif 000003
【００３８】
表１に示す例では、電極層６０の比率は画素領域１０と周辺回路領域とで同一であるが、各配線層６１〜６３の比率は周辺回路領域における比率の方が画素領域１０における比率よりも大きくなっており、各配線層６１〜６３の密度は周辺回路領域の方が画素領域１０よりも高くなっている。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、１層目の配線層６１と同一の階層の層１００の面積は、画素領域１０における配線層６１の面積と画素領域１０における層１００の面積の和と、画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における配線層６１の面積と周辺回路領域の面積との比率０．５と略同一になるように、設定されている。ここで、前者の比率が後者の比率と略同一であるとは、前者の比率と後者の比率との差の、後者の比率に対する割合が、３０％以下であることをいう。前記割合は、２０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましく、前者の比率と後者の比率とが実質的に同一であることがより一層好ましい。この点は、以下に説明する比率についても同様である。
【００４０】
また、本実施の形態では、２層目の配線層６２と同一の階層の層１１０の面積は、画素領域１０における配線層６２の面積と画素領域１０における層１１０の面積の和と、画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における配線層６２の面積と周辺回路領域の面積との比率０．５と略同一になるように、設定されている。
【００４１】
さらに、本実施の形態では、３層目の配線層６３と同一の階層の層１２０の面積は、画素領域１０における配線層６３の面積と画素領域１０における層１２０の面積の和と、画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における配線層６３の面積と周辺回路領域の面積との比率０．９と略同一になるように、設定されている。
【００４２】
なお、本実施の形態では、画素領域１０における電極層６０の面積と画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における電極層６０の面積と周辺回路領域の面積との比率と同一であるので、電極層６０と同一の階層には、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる層（第１の層）は形成されていない。
【００４３】
次に、本実施の形態による固体撮像素子１を製造する製造方法の一例について、その概要を説明する。
【００４４】
まず、周知の半導体プロセスを用いてシリコン基板５１上に所定の不純物拡散、シリコン酸化、フォトリソエッチング、熱処理などを行った後に、配線工程を行う。ここでは、ポリシリコンを形成してそれをパターニングしてポリシリコン層６０を形成した後に、周知のようにイオン注入による拡散工程を行うことで拡散領域を形成する。次に、１層目の酸化シリコンからなる層間絶縁膜７１を形成し、これをＣＭＰにて平坦化する。このとき、画素領域１０と周辺回路領域とでポリシリコン層６０の密度が同一であるので、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７１に対するＣＭＰの研磨量が均一化され、図６に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７１の厚さは均一化される。
【００４５】
次いで、アルミニウムを成膜しそれをパターニングすることで１層目の配線層６１を形成する。また、窒化シリコンを成膜しそれをパターニングすることで、層１００を形成する。その後、２層目の酸化シリコンからなる層間絶縁膜７２を形成し、これをＣＭＰにて平坦化する。このとき、このＣＭＰに関して、層１００が１層目の配線層６１を模したダミー層として作用することになる。したがって、層１００の面積が前述したように設定されているので、画素領域１０と周辺回路領域とで１層目の配線層６１の密度が同じであるのと同様の状況となる。このため、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２に対するＣＭＰの研磨量が均一化され、図６に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２の厚さは均一化される。
【００４６】
引き続いて、アルミニウムを成膜しそれをパターニングすることで２層目の配線層６２を形成する。また、窒化シリコンを成膜しそれをパターニングすることで、層１１０を形成する。その後、３層目の酸化シリコンからなる層間絶縁膜７３を形成し、これをＣＭＰにて平坦化する。このとき、このＣＭＰに関して、層１１０が２層目の配線層６２を模したダミー層として作用することになる。したがって、層１１０の面積が前述したように設定されているので、画素領域１０と周辺回路領域とで２層目の配線層６２の密度が同じであるのと同様の状況となる。このため、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７３に対するＣＭＰの研磨量が均一化され、図６に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７３の厚さは均一化される。
【００４７】
その後、アルミニウムを成膜しそれをパターニングすることで３層目の配線層６３を形成する。また、窒化シリコンを成膜しそれをパターニングすることで、層１２０を形成する。その後、４層目の酸化シリコンからなる層間絶縁膜７４を形成し、これをＣＭＰにて平坦化する。このとき、このＣＭＰに関して、層１２０が３層目の配線層６３を模したダミー層として作用することになる。したがって、層１２０の面積が前述したように設定されているので、画素領域１０と周辺回路領域とで３層目の配線層６３の密度が同じであるのと同様の状況となる。このため、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７４に対するＣＭＰの研磨量が均一化され、図６に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７４の厚さは均一化される。
【００４８】
その後、周知の工程を経て、カラーフィルタ及びマイクロレンズ等を形成し、前述した固体撮像素子１を完成させる。
【００４９】
ここで、本実施の形態と比較される比較例による固体撮像素子について、図７を参照して説明する。この比較例は従来例に相当している。図７は、この比較例による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図であり、図６に対応している。図７において、図６中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５０】
この比較例が本実施の形態と異なる所は、層１００，１１０，１２０が形成されていない点のみである。この比較例においても、前述した表１に示す比率が適用されている。この比較例による固体撮像素子は、本実施の形態による固体撮像素子１の前述した製造方法において、層１００，１１０，１２０をそれぞれ形成する各工程を取り除いた製造方法により、製造される。
【００５１】
この比較例では、層１００が形成されていないので、画素領域１０と周辺回路領域とで１層目の配線層６１の密度が異なるため、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２に対するＣＭＰの研磨量が比較的大きく異なる。その結果、この比較例では、図７に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２の膜厚の差が比較的大きくなる。同様に、この比較例では、層１１０，１２０が形成されていないので、図７に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で、層間絶縁膜７３の膜厚の差及び絶縁膜７４の膜厚の差が比較的大きくなる。
【００５２】
このように、この比較例では、画素領域１０と周辺回路領域との間で絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差が大きくなる。これに伴い、画素領域１０内においても、絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差が大きくなる。したがって、画素領域１０における周辺部の画素の信号出力値は、画素領域における中央部の画素の信号出力値と比較的大きく異なってしまい、得られる画像は周辺部と中央部との間で輝度が比較的大きく異なってしまう。
【００５３】
これに対し、本実施の形態によれば、前述したように、層１００，１１０，１２０が形成されることで、画素領域１０と周辺回路領域との間で、層間絶縁膜７２の膜厚、層間絶縁膜７３の膜厚、及び、絶縁膜７４の膜厚が均一化され、たとえ画素領域１０の面積が大きくても、画素領域１０と周辺回路領域との間で絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差をより低減することができ、ひいては、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差をより低減することができる。画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差が低減されることに伴い、画素領域１０の中央部に入射する光と画素領域１０の周辺部に入射する光は、同様に光電変換され、同様の電荷量を生成する。よって、このような光学上の観点から、画素領域１０の中央部の画素４と画素領域１０の周辺部の画素４との間の信号出力値の差がより一層低減される。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２の膜厚が均一化されることに伴い、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７２の膜厚の差を前述した比較的と比べて低減することができる。先に図４を参照して説明したように、絶縁膜７２の厚さが変化すると、寄生容量Ｃ１，Ｃ２が変化してフローティングディフュージョン１６による容量が変化し、当該画素４の信号出力値が変化する。したがって、本実施の形態によれば、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７２の膜厚の差をより低減することができることから、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間で、フローティングディフュージョン１６による容量の差が低減され、このフローティングディフュージョン１６の容量の観点からも、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間の信号出力値の差が低減される。
【００５５】
ところで、画素４にも複数の素子が設けられているので、前述したようなダミー層として作用する層をアルミニウム層等で構成すると、その面積等が限られてしまい、画素領域１０と周辺回路領域とで配線密度を同一にしたような状況に近づけることが困難であり、画素領域１０の中央部の画素４と画素領域１０の周辺部の画素４との間の信号出力値の差を低減する効果を十分に得ることが、困難である。これに対し、本実施の形態では、層１００，１１０，１２０が、可視光領域の波長を透過する透明材料で構成され、フォトダイオード１５上の領域に形成されているので、画素領域１０と周辺回路領域とで配線密度を同一にしたような状況に近づけることが容易である。
【００５６】
本実施の形態では、前述したように、電極層６０及び配線層６１〜６３のうちの、画素領域１０と周辺回路領域とで密度の異なる全ての層（本実施の形態では、具体的には、配線層６１〜６３）について、その各層と同一の階層において、前述したようなダミー層として作用する層１００，１１０，１２０を形成している。このようにすれば、本実施の形態のように全ての絶縁膜７１〜７４に関して画素領域１０と周辺回路領域とで膜厚差が生じないので、最も好ましい。しかし、本発明では、これに限らず、電極層６０及び配線層６１〜６３のうち、画素領域１０と周辺回路領域とで密度の異なる層のうちの、少なくとも１階層の層について、その層と同一の階層において、前述したようなダミー層として作用する層を形成すればよい。
【００５７】
また、本実施形態においては、前述したように、電極層６０と同一の階層には、前述したようなダミー層として作用する層を形成していない。しかし、これは電極層６０については画素領域１０と周辺回路領域とで前述した面積比が合致していたためであり、その面積比が仮に合致していないなら、電極層６０と同一の階層においても、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる層をフォトダイオード１５上の領域に形成してもよいことは、言うまでもない。
【００５８】
［第２の実施の形態］
【００５９】
図８は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図であり、図６に対応している。図８において、図６中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６０】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。本実施の形態では、電極層６０及び配線層６１〜６３の各々に関して、画素領域１０における当該層の面積と画素領域１０の面積との比率、及び、周辺回路領域における当該層の面積と周辺回路領域の面積との比率が、表１に示す比率に代えて、下記の表２に示す比率となっている。
【００６１】
【表２】
2009094299.tif 000004
【００６２】
また、本実施の形態では、前記第１の実施の形態において２層目の配線層６２及び３層目の配線層６３とそれぞれ同一の階層に形成されていた層１１０，１２０が取り除かれ、その代わりに、各画素４のフォトダイオード１５上の領域において、電極層６０と同一の階層に、可視光領域の波長を透過する透明材料からなる層（第１の層）１３０が形成されている。そして、本実施の形態では、電極層６０と同一の階層の層１３０の面積は、画素領域１０における電極層６０の面積と画素領域１０における層１３０の面積の和と、画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における電極層６０の面積と周辺回路領域の面積との比率０．３と略同一になるように、設定されている。また、本実施の形態では、画素領域１０における配線層６１の面積と画素領域１０における層１００の面積の和と、画素領域１０の面積との比率が、周辺回路領域における配線層６１の面積と周辺回路領域の面積との比率０．４と略同一になるように、設定されている。
【００６３】
本実施の形態による固体撮像素子は、例えば、前記第１の実施の形態による固体撮像素子１の前述した製造方法において、層１１０，１２０をそれぞれ形成する各工程を取り除くとともに、絶縁膜７１を形成する前に層１３０を形成する工程を追加した製造方法により、製造される。
【００６４】
ここで、本実施の形態と比較される比較例による固体撮像素子について、図９を参照して説明する。この比較例は従来例に相当している。図９は、この比較例による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図であり、図７に対応している。図９において、図６及び図７中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６５】
この比較例が本実施の形態と異なる所は、層１００，１３０が形成されていない点のみである。この比較例においても、前述した表２に示す比率が適用されている。この比較例による固体撮像素子は、本実施の形態による固体撮像素子１の前述した製造方法において、層１００，１３０をそれぞれ形成する各工程を取り除いた製造方法により、製造される。
【００６６】
この比較例では、層１３０が形成されていないので、画素領域１０と周辺回路領域とで電極層６０の密度が異なるため、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７１に対するＣＭＰの研磨量が比較的大きく異なる。その結果、この比較例では、図９に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２の膜厚の差が比較的大きくなる。同様に、この比較例では、層１００が形成されていないので、図９に示すように、画素領域１０と周辺回路領域との間で、層間絶縁膜７２の膜厚の差が比較的大きくなる。
【００６７】
これに対し、本実施の形態によれば、前述したように、層１３０，１００が形成されることで、画素領域１０と周辺回路領域との間で、層間絶縁膜７１の膜厚、及び、絶縁膜７２の膜厚が均一化され、たとえ画素領域１０の面積が大きくても、画素領域１０と周辺回路領域との間で絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差を低減することができ、ひいては、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差を低減することができる。画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１〜７４の全膜厚の差が低減されることに伴い、画素領域１０の中央部に入射する光と画素領域１０の周辺部に入射する光は、同様に光電変換され、同様の電荷量を生成する。よって、このような光学上の観点から、画素領域１０の中央部の画素４と画素領域１０の周辺部の画素４との間の信号出力値の差がより一層低減される。
【００６８】
また、本実施の形態によれば、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７２の膜厚が均一化されることに伴い、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７２の膜厚の差を前述した比較例と比べて低減することができる。先に図４を参照して説明したように、絶縁膜７２の厚さが変化すると、寄生容量Ｃ１，Ｃ２が変化してフローティングディフュージョン１６による容量が変化し、当該画素４の信号出力値が変化する。したがって、本実施の形態によれば、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７２の膜厚の差をより低減することができることから、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間で、フローティングディフュージョン１６による容量の差が低減され、この寄生容量Ｃ１，Ｃ２に関するフローティングディフュージョン１６の容量の観点からも、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間の信号出力値の差が低減される。
【００６９】
さらに、本実施の形態によれば、画素領域１０と周辺回路領域との間で層間絶縁膜７１の膜厚が均一化されることに伴い、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１の膜厚の差を前述した比較的と比べて低減することができる。先に図４を参照して説明したように、絶縁膜７１の厚さが変化すると、寄生容量Ｃ３が変化してフローティングディフュージョン１６による容量が変化し、当該画素４の信号出力値が変化する。したがって、本実施の形態によれば、画素領域１０における中央部と周辺部との間の絶縁膜７１の膜厚の差をより低減することができることから、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間で、フローティングディフュージョン１６による容量の差がより低減され、この寄生容量Ｃ３に関するフローティングディフュージョン１６の容量の観点からも、画素領域１０における中央部の画素４と周辺部の画素４との間の信号出力値の差が低減される。
【００７０】
なお、本実施の形態では、電極層６０と同一の階層及び第１の配線層６１と同一の階層にのみ前述したようなダミー層として作用する層１３０，１００を形成したが、第２及び第３の配線層６２，６３とそれぞれ同一の階層にも前述したようなダミー層として作用する層を形成して、それらの階層の配線密度を一致させたのと同様の状況にしてもよい。
【００７１】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００７２】
例えば、本発明は、ＣＣＤ型などの他の固体撮像素子にも適用可能である。ＣＣＤ型固体撮像素子の場合、各画素がフローティングディフュージョンを有しているわけではないので、フローティングディフュージョンの容量の観点からの画素領域１０の中央部と周辺部との間の信号出力の差の低減の効果は得られないが、前述した光学的な観点からの画素領域１０の中央部と周辺部との間の信号出力の差の低減の効果は得られる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図２】図１中の単位画素を示す回路図である。
【図３】図１中の単位画素を模式的に示す概略平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図５】図３中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態と比較される比較例による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態と比較される比較例による固体撮像素子を大幅に簡略化して模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  固体撮像素子
１０  画素領域
６０  ポリシリコン層（電極層）
６１，６２，６３  配線層
７１，７２，７３，７４  絶縁膜
１００，１１０，１２０，１３０  第１の層
【図１】
2009094299.tif 000005
【図２】
2009094299.tif 000006
【図３】
2009094299.tif 000007
【図４】
2009094299.tif 000008
【図５】
2009094299.tif 000009
【図６】
2009094299.tif 000010
【図７】
2009094299.tif 000011
【図８】
2009094299.tif 000012
【図９】
2009094299.tif 000013