(57)【要約】  【課題】感度の低下を防止しながら浮遊拡散層におけるノイズの発生を防止する固体撮像装置及びその製造方法を提供する。  【解決手段】固体撮像装置１のＮ型シリコン層１０３内には浮遊拡散層１０３ｂが形成されている。平坦化膜１０４上には誘電体材料からなる４本の柱状の支持体１０６が平面視において浮遊拡散層１０３ｂを囲むように立設されており、遮光膜１０７を支持している。遮光膜１０７は浮遊拡散層１０３ｂに外光が入射するのを防止する。遮光膜１０７と浮遊拡散層１０３ｂとの間は中空になっており、浮遊容量の発生が抑えられる。  【選択図】図１
2009105146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮遊拡散層にて信号電荷を信号電圧に変換する固体撮像装置であって、
外光が浮遊拡散層に入射するのを防ぐ遮光膜と、
誘電体材料からなり当該遮光膜を支持する支持体と、を備え、
浮遊拡散層と遮光膜との間に空気層または低誘電率層が設けられている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
浮遊拡散層は、信号電圧を出力する出力配線に接続されており、
遮光膜は、積層方向において、浮遊拡散層から出力配線よりも遠い位置に配設される
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】
遮光膜は、撮像時に固体撮像装置に入射する外光が、浮遊拡散層に入射するのを防ぐに足る位置にのみ配設される
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４】
前記支持体が前記低誘電率層を兼ねる
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５】
浮遊拡散層にて信号電荷を信号電圧に変換する固体撮像装置の製造方法であって、
平面視において浮遊拡散層の周囲に、誘電体材料からなる支持体を形成するステップと、
浮遊拡散層の上部に犠牲層を形成するステップと、
犠牲層上に、支持体に支持されるように遮光膜を形成するステップと、
遮光膜を形成した後に、犠牲層を除去するステップと、を含む
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、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、ＣＣＤ型固体撮像装置の浮遊拡散層において発生するノイズを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、広く普及しているデジタルカメラにはＣＣＤ（Charge Coupled Device）型とＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor）型との２種類がある。このうち、ＣＣＤ型のデジタルカメラは光電変換素子にて得た信号電荷を転送し、浮遊拡散層にて信号電圧に変換する（例えば、特許文献１を参照）。
図９は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図９に示されるように、固体撮像装置９は半導体基板９０１上にＰ型シリコン層９０２、Ｎ型シリコン層９０３、平坦化膜９０４を順次積層してなる。Ｎ型シリコン層９０３内にはリセットドレイン（RD: Reset Drain）層９０３ａや浮遊拡散（FD: Floating Diffusion）層９０３ｂが形成されている。なお、図９（ｂ）においては、平坦化膜９０４が省略されている。
【０００３】
Ｎ型シリコン層９０３上の平坦化膜９０４内にはリセットゲート（RG: Reset Gate）層９０４ａやビアプラグ９０４ｂ、出力ゲート（OG: Output Gate）層９０４ｃ、転送電極９０４ｄ、９０４ｅ等が形成されている。平坦化膜９０４上にはアルミニウム（AL: Aluminum）配線９０５が形成されている。
浮遊拡散層９０３ｂはビアプラグ９０４ｂにてアルミニウム配線９０５に接続されており、信号電荷を変換して得られた電圧信号を出力する。
【特許文献１】特開平５−５５３３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、浮遊拡散層９０３ｂに外光が入射すると、光電変換によってノイズ電荷が発生する。すると、ノイズ電荷が重畳した信号電荷が信号電圧に変換されるので、当然、信号電圧にもノイズ成分が重畳される。このノイズ成分の重畳はすべての画素について発生するので、画質の劣化をきたす。
このような問題に対して、フォトダイオードに入射する外光を規制する遮光膜を浮遊拡散層９０３ｂ上まで拡張して外光の入射を遮る対策が考えられる。しかしながら、遮光膜は金属からなるので浮遊拡散層との間で浮遊容量が発生して感度が悪くなる。このため、浮遊拡散層９０３ｂ上まで遮光膜を拡張するのは得策ではない。
【０００５】
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、感度の低下を防止しながら浮遊拡散層におけるノイズの発生を防止する固体撮像装置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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、浮遊拡散層にて信号電荷を信号電圧に変換する固体撮像装置であって、外光が浮遊拡散層に入射するのを防ぐ遮光膜と、誘電体材料からなり当該遮光膜を支持する支持体と、を備え、浮遊拡散層と遮光膜との間に空気層または低誘電率層が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
このようにすれば、支持体にて遮光膜を支持することによって、浮遊拡散層と遮光膜との間に空気層または低誘電率層が設けられるので、浮遊拡散層と遮光膜との間の浮遊容量を低減して、感度の低下を防止することができる。感度、すなわち、信号電荷の変動量に対する信号電圧の変動量の比（ΔＶ／Δｑ）は、浮遊拡散層における静電容量に反比例するところ、浮遊容量を低減すれば当該静電容量を低減することができるからである。
【０００８】
また、遮光膜を設けて外光が浮遊拡散層に入射するのを防ぐので、浮遊拡散層におけるノイズの発生を抑えることができる。よって、高感度、低ノイズの優れた画質を実現することができる。
この場合において、信号電圧を出力する出力配線に浮遊拡散層を接続し、積層方向において浮遊拡散層から出力配線よりも遠い位置に遮光膜を配設すれば好適である。
【０００９】
また、本発明に係る固体撮像装置は、撮像時に固体撮像装置に入射する外光が浮遊拡散層に入射するのを防ぐに足る位置にのみ遮光膜が配設されることを特徴とする。このようにすれば、遮光膜の面積を低減して、浮遊拡散層との間の浮遊容量を低減することができる。
また、前記支持体が前記低誘電率層を兼ねても良い。このようにすれば、遮光膜を確実に支持することができるので、より堅牢な固体撮像装置を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、浮遊拡散層にて信号電荷を信号電圧に変換する固体撮像装置の製造方法であって、平面視において浮遊拡散層の周囲に、誘電体材料からなる支持体を形成するステップと、浮遊拡散層の上部に犠牲層を形成するステップと、犠牲層上に、支持体に支持されるように遮光膜を形成するステップと、遮光膜を形成した後に、犠牲層を除去するステップと、を含むことを特徴とする。このようにすれば、優れた画質を実現する固体撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］  第１の実施の形態
先ず、本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。
（１）  固体撮像装置の構成
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図１に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置１は、半導体基板１０１上に順次、Ｐ型シリコン層１０２、Ｎ型シリコン層１０３、平坦化膜１０４が積層されてなる。
【００１２】
Ｎ型シリコン層１０３内にはリセットドレイン層１０３ａ並びに浮遊拡散層１０３ｂが形成されている。また、Ｎ型シリコン層１０３上、平坦化膜１０４内にはリセットゲート層１０４ａやビアプラグ１０４ｂ、出力ゲート層１０４ｃが形成されている。平坦化膜１０４上にはアルミニウム配線１０５が形成されている。
また、同じく平坦化膜１０４上には４本の柱状の支持体１０６が、平面視において浮遊拡散層１０３ｂを囲むように立設、配置されており、これら支持体１０６は遮光膜１０７を支持している。遮光膜１０７は平面視浮遊拡散層１０３ｂを広く覆うように配置されている。遮光膜１０７とアルミニウム配線１０５並びに平坦化膜１０４との間は中空になっている。
【００１３】
このような構成によって、遮光膜１０７にて外光が遮られて、浮遊拡散層１０３ｂに入射しないので、浮遊拡散層１０３ｂにノイズ電荷が発生しない。また、遮光膜１０７と浮遊拡散層１０３ｂとの距離を大きくすることができるので、浮遊容量によるノイズ発生も抑えることができる。従って、電圧信号にノイズ成分が重畳しないので、優れた画質を達成することができる。
【００１４】
（２）  固体撮像装置１の製造方法
次に、固体撮像装置１の製造方法について、特に遮光膜１０７まわりの製造プロセスに注目して説明する。
図２は、固体撮像装置１の製造工程を示す断面図である。なお、図２においては、平坦化膜１０４上にアルミニウム配線１０５が形成された後の製造工程が示されており、平坦化膜１０４に含まれる各層や平坦化膜１０４より下位の層は図示を省略した。
【００１５】
さて、図２に示されるように、先ず、平坦化膜１０４並びにアルミニウム配線１０５上にシリコン酸化膜１０６が形成され（図２（ａ））、当該シリコン酸化膜１０６上にレジスト膜２０１が形成される（図２（ｂ））。
レジスト膜２０１は、例えば、ウエハ一面にレジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）する。その後、ステッパなどの露光装置によって露光を行い、レジスト現像し、最終ベーク（ポストベーク）することによって形成される。
【００１６】
そして、シリコン酸化膜１０６をエッチングすることによって支持体１０６が形成され（図２（ｃ））、レジスト膜２０１が除去される（図２（ｄ））。シリコン酸化膜１０６は、例えば、４フッ化メタン（ＣＦ4）系のエッチングガスを用いて異方性エッチングされる。
更に、ウエハ一面にレジスト剤を塗布した後、例えば、化学機械研磨法（CMP: Chemical Mechanical Polishing）によって、レジスト膜２０２の上面を平坦化すると共に、支持体１０６を露頭させる（図２（ｅ））。
【００１７】
そして、レジスト２０２上に遮光膜１０７が形成され（図２（ｆ））、不要な部分が除去される（図２（ｇ））。遮光膜１０７は、例えば、アルミニウムを蒸着させることによって形成される。また、不要な部分はエッチングによって除去すれば良い。
最後に、遮光膜１０７下のレジスト膜２０１が除去され、固体撮像装置１が得られる（図２（ｈ））。このように、遮光膜１０７下のレジスト膜２０１は犠牲層として固体撮像装置１の形成に用いられる。
【００１８】
［２］  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。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構造を備える一方、浮遊拡散層に入射する光を遮る遮光膜の支持構造において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００１９】
（１）  固体撮像装置の構造
図３は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図３に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置３は、半導体基板３０１上に順次、Ｐ型シリコン層３０２、Ｎ型シリコン層３０３、平坦化膜３０４が積層されてなる。
【００２０】
Ｎ型シリコン層内３０３にはリセットドレイン層３０３ａ並びに浮遊拡散層３０３ｂが形成されている。また、Ｎ型シリコン層３０３上、平坦化膜３０４内にはリセットゲート層３０４ａや出力ゲート層３０４ｃ、ビアプラグ３０４ｂが形成されている。平坦化膜３０４上にはアルミニウム配線３０５が形成されている。
また、同じく平坦化膜３０４上には低誘電率の支持体３０６が、平面視において浮遊拡散層３０３ｂを覆うように形成されており、支持体３０６は遮光膜３０７を支持している。遮光膜３０７もまた平面視浮遊拡散層３０３ｂを広く覆うように配置されている。本実施の形態においては、支持体３０６はシリコン酸化膜である。
【００２１】
このような構成によっても、固体撮像装置３の浮遊拡散層３０３ｂには外光が入射しないので、浮遊拡散層３０３ｂにノイズ電荷が発生しない。また、浮遊拡散層３０３ｂと遮光膜３０７との間に配された支持体３０６を低誘電率としているので、浮遊拡散層３０３ｂと遮光膜３０７との間の浮遊容量を低減することができる。従って、電圧信号にノイズ成分が重畳しないので、優れた画質を達成することができる。
【００２２】
（２）  固体撮像装置３の製造方法
次に、固体撮像装置３の製造方法について説明する。
図４は、固体撮像装置３の製造工程を示す断面図である。図２と同様に、平坦化膜３０４上にアルミニウム配線３０５が形成された後の製造工程が示されており、平坦化膜３０４に含まれる各層や平坦化膜３０４より下位の層は図示が省略されている。
【００２３】
さて、図４に示されるように、平坦化膜３０４並びにアルミニウム配線３０５上にシリコン酸化膜３０６が形成され（図４（ａ））、当該シリコン酸化膜３０６上に遮光膜３０７が形成される（図４（ｂ））。遮光膜１０７は、例えば、アルミニウムを蒸着させることによって形成される。
更に、遮光膜３０７上にレジスト膜４０１が形成される（図４（ｃ））。レジスト膜４０１は、例えば、ウエハ一面にレジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）する。その後、ステッパなどの露光装置によって露光を行い、レジスト現像、および最終ベーク（ポストベーク）することによって形成される。
【００２４】
そして、遮光膜３０７及びシリコン酸化膜３０６がエッチングされ（図２（ｃ））、レジスト膜４０１が除去される（図２（ｄ））。シリコン酸化膜１０６は、例えば、４フッ化メタン（ＣＦ4）系のエッチングガスを用いて異方性エッチングされる。このような半導体プロセスを経て固体撮像装置３が製造される。
［３］  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。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第１の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構造を備える一方、浮遊拡散層に入射する光を遮る遮光膜の支持構造において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００２５】
（１）  固体撮像装置の構成
図５は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図５に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置５は、半導体基板５０１上に順次、Ｐ型シリコン層５０２、Ｎ型シリコン層５０３、平坦化膜５０４が積層されてなる。
【００２６】
Ｎ型シリコン層５０３内にはリセットドレイン層５０３ａ並びに浮遊拡散層５０３ｂが形成されている。また、Ｎ型シリコン層５０３上、平坦化膜５０４内にはリセットゲート層５０４ａやビアプラグ５０４ｂ、出力ゲート層５０４ｃが形成されている。平坦化膜５０４上にはアルミニウム配線５０５が形成されている。
また、平坦化膜５０４上には支持体５０６が平面視において浮遊拡散層５０３ｂを跨ぐように立設、配置されており、支持体５０６の上面に遮光膜５０７が支持される。支持体５０６と遮光膜５０７は浮遊拡散層５０３ｂを広く覆うように配設されている。本実施の形態において、支持体５０６はシリコン酸化膜である。
【００２７】
これによって、浮遊拡散層５０３ｂに外光が入射するのが防止される。また、遮光膜５０７と浮遊拡散層５０３ｂとが支持体５０６にて離隔されるので、浮遊容量の発生も抑えられる。
（２）  固体撮像装置５の製造方法
次に、固体撮像装置５の製造方法について説明する。
【００２８】
図６は、固体撮像装置５の製造工程を示す断面図である。図２と同様に、平坦化膜５０４上にアルミニウム配線５０５が形成された後の製造工程が示されており、平坦化膜５０４に含まれる各層や平坦化膜５０４より下位の層は図示が省略されている。
図６に示されるように、平坦化膜５０４並びにアルミニウム配線５０５上に犠牲層６０１が形成され（図６（ａ））、当該犠牲層６０１を覆うように支持体５０６が形成される（図６（ｂ））。更に、支持体５０６を覆うようにレジスト膜６０２が形成される（図６（ｃ））。なお、犠牲層６０１はレジストからなる。
【００２９】
次に、異方性ドライエッチングによって支持体５０６に貫通孔６０３が形成される（図６（ｄ））。更に、酸素プラズマを用いた酸素アッシング（Oxygen Ashing）によって、支持体５０６を残して、犠牲層６０１が除去される（図６（ｅ））。その後、アルミニウム蒸着にて遮光膜５０７が形成される（図６（ｆ））。
［４］  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。本実施の形態に係る固体撮像装置は上記第３の実施の形態に係る固体撮像装置と概ね同様の構造を備える一方、浮遊拡散層に入射する光を遮る遮光膜の支持構造において相違する。以下、専ら相違点に着目して説明する。
【００３０】
（１）  固体撮像装置の構成
図７は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図７に示されるように、本実施の形態に係る固体撮像装置７は、半導体基板７０１上に順次、Ｐ型シリコン層７０２、Ｎ型シリコン層７０３、平坦化膜７０４が積層されてなる。
【００３１】
Ｎ型シリコン層７０３内にはリセットドレイン層７０３ａ並びに浮遊拡散層７０３ｂが形成されている。また、Ｎ型シリコン層７０３上、平坦化膜７０４内にはリセットゲート層７０４ａやビアプラグ７０４ｂ、出力ゲート層７０４ｃが形成されている。平坦化膜７０４上にはアルミニウム配線７０５が形成されている。
また、平坦化膜７０４上にはシリコン酸化物からなる支持体７０６が平面視において浮遊拡散層７０３ｂを跨ぐように立設、配置されており、支持体７０６の上面に遮光膜７０７が支持される。支持体７０６と遮光膜７０７は外光が入射する方向（矢印Ａにて示される方向）から浮遊拡散層７０３ｂを覆うように配設されている。
【００３２】
これによって、浮遊拡散層７０３ｂに外光が入射するのが防止される。また、遮光膜７０７と浮遊拡散層７０３ｂとが支持体７０６にて離隔されるので、浮遊容量の発生も抑えられる。
また、外光の入射方向にのみ遮光膜７０７を設けるので、遮光膜７０７の面積を低減して浮遊容量の発生を抑えることができる。したがって、遮光膜７０７と浮遊拡散層７０３ｂとの距離を小さくすることができるので、固体撮像装置７を小型化することができる。
【００３３】
（２）  固体撮像装置７の製造方法
次に、固体撮像装置７の製造方法について説明する。
図８は、固体撮像装置７の製造工程を示す断面図である。図２と同様に、平坦化膜７０４上にアルミニウム配線７０５が形成された後の製造工程が示されており、平坦化膜７０４に含まれる各層や平坦化膜７０４より下位の層は図示が省略されている。
【００３４】
図８に示されるように、平坦化膜７０４並びにアルミニウム配線７０５上にレジストを用いて犠牲層８０１が形成され（図８（ａ））、当該犠牲層８０１を覆うように支持体７０６が形成される（図８（ｂ））。更に、支持体７０６上にアルミニウム蒸着にて遮光膜７０７が形成される（図８（ｃ））。
次に、レジスト膜８０２が形成され（図８（ｄ））、エッチングによって、遮光膜７０７、支持体７０６及び犠牲層８０１が部分的に除去される（図８（ｅ））。その後、犠牲層８０１とレジスト膜８０２とが除去される（図８（ｆ））。
【００３５】
［５］  変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１）  上記実施の形態においては、浮遊拡散層を覆う遮光膜を支持する支持体としてシリコン酸化物を用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、シリコン酸化物以外の誘電体材料を用いても良い。
【００３６】
なお、浮遊拡散層に入射する外光を遮蔽するという目的に照らせば、遮光性の材料を用いるのが望ましい。また、浮遊拡散層と遮光膜との間の浮遊容量を低減させるためには誘電率の低い材料を用いるのが望ましい。
（２）  上記実施の形態においては、遮光膜の材料としてアルミニウムを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、アルミニウム以外の材料を用いても良い。
【００３７】
（３）  上記実施の形態においては、遮光膜を支持する支持体の形状として４種類の形状を例示したが、本発明がこれらに限定されないのは言うまでもなく、これらに代えて他の形状の支持体を用いても良い。ただし、製造コストを考慮すれば、半導体プロセスにて形成することができる形状が好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、ＣＣＤ型固体撮像装置の浮遊拡散層において発生するノイズを低減する技術として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置３の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置５の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置７の製造工程を示す断面図である。
【図９】従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す図であって、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１、３、５、７、９…………………………………………固体撮像装置
１０１、３０１、５０１、７０１、９０１………………半導体基板
１０２、３０２、５０２、７０２、９０２………………Ｐ型シリコン層
１０３、３０３、５０３、７０３、９０３………………Ｎ型シリコン層
１０３ａ、３０３ａ、５０３ａ、７０３ａ、９０３ａ…リセットドレイン層
１０３ｂ、３０３ｂ、５０３ｂ、７０３ｂ、９０３ｂ…浮遊拡散層
１０４、３０４、５０４、７０４、９０４………………平坦化膜
１０４ａ、３０４ａ、５０４ａ、７０４ａ、９０４ａ…リセットゲート層
１０４ｂ、３０４ｂ、５０４ｂ、７０４ｂ、９０４ｂ…ビアプラグ
１０４ｃ、３０４ｃ、５０４ｃ、７０４ｃ、９０４ｃ…出力ゲート層
１０５、３０５、５０５、７０５、９０５………………アルミニウム配線
１０６、３０６、５０６、７０６…………………………支持体
１０７、３０７、５０７、７０７…………………………遮光膜
２０１、２０２、４０１、６０２、８０２………………レジスト膜
６０１、８０１………………………………………………犠牲層
６０３…………………………………………………………貫通孔
９０４ｄ、９０４ｅ…………………………………………転送電極
【図１】
2009105146.tif 000003
【図２】
2009105146.tif 000004
【図３】
2009105146.tif 000005
【図４】
2009105146.tif 000006
【図５】
2009105146.tif 000007
【図６】
2009105146.tif 000008
【図７】
2009105146.tif 000009
【図８】
2009105146.tif 000010
【図９】
2009105146.tif 000011