(57)【要約】【課題】スミアの発生と出力ムラの発生とを同時に抑制し得る、シャント配線を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供する。【解決手段】受光部１１と、垂直電荷転送部１２と、入射光から垂直電荷転送部１２を遮光する遮光膜８及び１０とを備えた固体撮像装置を用いる。垂直電荷転送部１２は、受光部１１の垂直方向の列に沿って設けられた転送チャネルと、転送電極３及び５とを備えている。遮光膜８は、導電性を有し、絶縁膜７を介して、対応する垂直電荷転送部１２の上層に垂直方向に沿って形成されている。遮光膜１０は、遮光膜８、転送電極３及び５から絶縁された状態で、遮光膜８の下層に、対応する受光部１１とそれに隣接する垂直電荷転送部１２との間の領域に少なくとも形成されている。遮光膜は、受光部１１の周囲を囲むように形成されているのが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備え、
前記複数の受光部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、
前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、
前記第１の遮光膜は、導電性を有し、前記垂直電荷転送部毎に、前記第１の遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁膜を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に垂直方向に沿って形成され、
前記第２の遮光膜は、前記複数の受光部それぞれ毎に、前記第１の遮光膜及び前記転送電極から絶縁された状態で、前記第１の遮光膜の下層における、対応する受光部とそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間の領域に少なくとも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】
前記半導体基板上に、垂直方向において隣接している前記受光部の間を通り、且つ、転送チャネルを横切る複数本の配線が形成され、
前記複数の転送電極それぞれが、前記複数本の配線いずれかの一部であり、
前記第２の遮光膜が、更に、前記対応する受光部と前記配線との間の領域にも形成され、前記対応する受光部の周囲を囲んでいる請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の遮光膜が、有効画素領域内にのみ形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２の遮光膜の下層側の界面から前記半導体基板の上層側の界面までの距離をｄ１とし、前記第１の遮光膜の最も下層側の部分から前記第２の遮光膜の下層側の界面を含む面までの前記半導体基板の厚み方向における距離をｄ２とした時に、前記距離ｄ１と前記距離ｄ２との関係が下記式（１）を満たしている請求項１に記載の固体撮像装置。
（数１）
ｄ１＜ｄ２・・・・（１）
【請求項５】
前記第１の遮光膜は、その受光部側の縁が、前記半導体基板の厚み方向において、前記第２の遮光膜の受光部側の縁と一致するように、又は前記第２の遮光膜の受光部側の縁よりも前記受光部の中心に近づくように形成されている請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
当該固体撮像装置が、更に、第３の遮光膜を備え、
前記第３の遮光膜は、前記複数本の配線における、前記半導体基板の厚み方向において前記第１の遮光膜と重なっていない部分を少なくとも覆うように形成されている請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第３の遮光膜は、その垂直電荷転送部側の縁が、前記半導体基板の厚み方向において、前記第１の遮光膜の受光部側の縁と一致するように、又は前記第１の遮光膜の受光部側の縁よりも前記垂直電荷転送部に近づくように形成されている請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２の遮光膜及び前記第３の遮光膜が導電性を有し、
前記第３の遮光膜と、垂直方向においてそれに隣接する二つの前記第２の遮光膜とは、一体的に形成され、
少なくとも、同一の垂直方向の列に配置された受光部に対応している前記第２の遮光膜それぞれは、前記第３の遮光膜と共に一つの配線を形成している請求項６または７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
（ａ）半導体基板に、マトリクス状に配置された前記複数の受光部と、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って配置された転送チャネルとを形成する工程と、
（ｂ）前記転送チャネル上にそれを横切る複数の転送電極を設けて、前記複数の垂直電荷転送部を形成する工程と、
（ｃ）前記複数の転送電極を被覆する第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
（ｄ）前記第１の層間絶縁膜上に、それを被覆する導電膜を形成し、更に、少なくとも、前記複数の受光部それぞれとそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間に、前記導電膜が残存するように異方性エッチングを実施して、第２の遮光膜を形成する工程と、
（ｅ）前記第２の遮光膜及び前記第１の層間絶縁膜を被覆するように、第２の層間絶縁膜を形成し、その上に、前記垂直電荷転送部毎に、垂直方向に沿って、導電性を有する前記第１の遮光膜を形成する工程とを有する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する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型固体撮像装置に代表される固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の撮像素子として広く利用されており、その需要は益々増加している。また、近年、テレビのハイビジョン化の進行に伴う、撮像装置におけるハイビジョン動画対応の要求から、固体撮像装置においては、転送周波数の高速化が求められている。
【０００３】
転送周波数の高速化、即ち、高速転送を可能にする技術として、特許文献１に示すようなシャント配線技術が知られている。ここで特許文献１に記載の固体撮像装置の構成について、図１１を用いて説明する。図１１は、従来からのシャント配線を備えた固体撮像装置の画素部における概略構成を示す断面図である。
【０００４】
図１１に示すように、固体撮像装置は、半導体基板３１としてｎ型のシリコン基板を備えている。半導体基板３１上には、絶縁膜３２を介して、多結晶シリコン膜による転送電極３３が形成されている。転送電極３３は、転送チャネル４６と共に垂直電荷転送部４２を構成している。また、転送電極３３は、層間絶縁膜３４によって被覆されている。層間絶縁膜３４の上には、金属製の遮光膜３５が、垂直方向に配列された画素の列（画素列）に沿ってストライプ状に形成されている。遮光膜３５は、層間絶縁膜３４を貫通するコンタクト３８によって転送電極３３に電気的に接続されている。
【０００５】
図１１の例において、層間絶縁膜３４は、出来る限り薄く形成される。これは、層間絶縁膜３４の厚みが大きいと、遮光膜３５と半導体基板３１の表層側の界面との距離が広がり、それによって、垂直電荷転送部を構成する転送チャネル４６に斜め方向からの光が入射し易くなり、結果、スミアが生じてしまうからである。
【０００６】
また、遮光膜３５を被覆するように、層間絶縁膜３７が形成されている。そして、その上の遮光膜３５と重なる位置には、低抵抗金属材料によってシャント配線３６が形成されている。シャント配線３６は、層間絶縁膜３７を貫通するコンタクト３９によって遮光膜３５に電気的に接続されている。
【０００７】
図８の例では、遮光膜３５は、コンタクト３８によって転送電極３３に電気的に接続され、コンタクト３９によってシャント配線３６に電気的に接続されている。遮光膜３５は、シャント配線３６と転送電極３３とを電気的に接続するための中間配線としての役割を果たす。また、遮光膜３５それ自身がシャント配線としての役割をも果たす場合もある。
【０００８】
このように、遮光膜３５に、遮光膜としての役割だけでなく、中間配線やシャント配線としての役割を担わせれば、固体撮像装置における配線構造を簡単なものとでき、更なる微細化を図ることができる。また、半導体基板３１における二つの転送電極３３の間の領域には、入射した光の光量に応じて電荷を蓄積する受光部４１が形成されている。
【０００９】
図１１の例では、受光部４１は、半導体基板３１のｎ型の部分と、ｐウェル４３と、ｎ型の拡散層４４とで構成されたＮＰＮ型のフォトダイオードである。また、拡散層４４の表層には、受光部４１の表面における暗電流の発生を抑制するため、ｐ+型の表面反転層４５が形成されている。
【特許文献１】特開平４−２７９０５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献１に開示の固体撮像装置において、遮光膜３５には、少なくとも３種類の電圧（転送パルス）が印加される。具体的には、垂直電荷転送部に電荷の読み出しを行わせるための電圧ＶＨ（１０〜２０Ｖ程度）と、垂直電荷転送部に電荷を蓄積させるための電圧ＶＭ（約０Ｖ）と、垂直電荷転送部にバリアを形成させるための電圧ＶＬ（−５Ｖ〜−１０Ｖ）とである。
【００１１】
しかしながら、複数個の遮光膜３５全てに、同時に同レベルの電圧が印加されるわけではなく、隣接する遮光膜３５間において、印加されている電圧のレベルは異なっている。また、遮光膜３５は、垂直方向における画素列毎に設けられていることから、遮光膜３５から半導体基板３１の表層側の界面までの間に印加されている電圧のレベルは、隣接する画素列間において異なっている。
【００１２】
このため、上記特許文献１に開示の固体撮像装置では、電荷が受光部から垂直電荷転送部に読み出される際に半導体基板１の界面準位に捕獲されて消失する電荷の量も、隣接する画素列間で異なってしまう。このことは、固体撮像装置において出力ムラの原因となり、結果、出力画像の画質が劣化するという問題が生じてしまう。
【００１３】
一方、遮光膜３５に印加される電圧が半導体基板３１に影響を与えない程度に層間絶縁膜３４の厚みを大きくすれば、上記の出力ムラを抑制できると考えられる。しかしながら、この場合は、垂直電荷転送部４２の転送チャネル４６に斜め方向からの光が入射し易くなり、上述したようにスミアが発生し易くなるという別の問題が発生してしまう。
【００１４】
本発明の目的は、上記問題を解消し、スミアの発生と出力ムラの発生とを同時に抑制し得る、シャント配線を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明における固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備え、前記複数の受光部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、前記第１の遮光膜は、導電性を有し、前記垂直電荷転送部毎に、前記第１の遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁膜を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に垂直方向に沿って形成され、前記第２の遮光膜は、前記複数の受光部それぞれ毎に、前記第１の遮光膜及び前記転送電極から絶縁された状態で、前記第１の遮光膜の下層における、対応する受光部とそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間の領域に少なくとも形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、上記目的を達成するために、本発明における固体撮像装置の製造方法は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備える固体撮像装置の製造方法であって、（ａ）半導体基板に、マトリクス状に配置された前記複数の受光部と、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って配置された転送チャネルとを形成する工程と、（ｂ）前記転送チャネル上にそれを横切る複数の転送電極を設けて、前記複数の垂直電荷転送部を形成する工程と、（ｃ）前記複数の転送電極を被覆する第１の層間絶縁膜を形成する工程と、（ｄ）前記第１の層間絶縁膜上に、それを被覆する導電膜を形成し、更に、少なくとも、前記複数の受光部それぞれとそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間に、前記導電膜が残存するように異方性エッチングを実施して、第２の遮光膜を形成する工程と、（ｅ）前記第２の遮光膜及び前記第１の層間絶縁膜を被覆するように、第２の層間絶縁膜を形成し、その上に、前記垂直電荷転送部毎に、垂直方向に沿って、導電性を有する前記第１の遮光膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように本発明においては、少なくとも、受光部と垂直電荷転送部との間に、転送パルスが印加される第１の遮光膜とは別に、第２の遮光膜が設けられている。よって、基板面の法線に対して傾斜した方向からの垂直電荷転送部への光の入射は、第１の遮光膜しか設けられていない場合に比べて、抑制される。更に、本発明によれば、スミアの発生を抑制しつつ、第１の遮光膜と転送電極との間の絶縁膜の厚みを大きくできるので、スミアの発生と出力ムラの発生とを同時に抑制できる。特に、本発明は、出力ムラの特性に対して顕著な特性向上を図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明における固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備え、前記複数の受光部は、半導体基板に設けられ、且つ、マトリクス状に配置され、前記複数の垂直電荷転送部は、それぞれ、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って前記半導体基板に設けられた転送チャネルと、前記転送チャネル上にそれを横切るようにして設けられた複数の転送電極とを備え、前記第１の遮光膜は、導電性を有し、前記垂直電荷転送部毎に、前記第１の遮光膜と前記転送電極との間を絶縁する絶縁膜を介して、対応する前記垂直電荷転送部の上層に垂直方向に沿って形成され、前記第２の遮光膜は、前記複数の受光部それぞれ毎に、前記第１の遮光膜及び前記転送電極から絶縁された状態で、前記第１の遮光膜の下層における、対応する受光部とそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間の領域に少なくとも形成されていることを特徴とする。
【００１９】
上記本発明における固体撮像装置は、前記半導体基板上に、垂直方向において隣接している前記受光部の間を通り、且つ、転送チャネルを横切る複数本の配線が形成され、前記複数の転送電極それぞれが、前記複数本の配線いずれかの一部であり、前記第２の遮光膜が、更に、前記対応する受光部と前記配線との間の領域にも形成され、前記対応する受光部の周囲を囲んでいる態様であるのが好ましい。この態様によれば、スミアの発生をよりいっそう抑制できる。
【００２０】
また、上記本発明における固体撮像装置においては、前記第２の遮光膜が有効画素領域内にのみ形成されている態様であるのが好ましい。この態様によれば、余分な導電膜が除去されるため、配線構造の短絡や、導電膜と半導体基板とのカップリングによる半導体基板の電位ゆられの発生が抑制される。
【００２１】
上記態様においては、当該固体撮像装置が、更に、第３の遮光膜を備え、前記第３の遮光膜は、前記複数本の配線における、前記半導体基板の厚み方向において前記第１の遮光膜と重なっていない部分を少なくとも覆うように形成されているのが好ましい。この場合、スミアの抑制効果が更に向上することとなる。また、このとき、前記第３の遮光膜は、その垂直電荷転送部側の縁が、前記半導体基板の厚み方向において、前記第１の遮光膜の受光部側の縁と一致するように、又は前記第１の遮光膜の受光部側の縁よりも前記垂直電荷転送部に近づくように形成されているのが好ましい。
【００２２】
更に、上記の場合、前記第２の遮光膜及び前記第３の遮光膜が導電性を有し、前記第３の遮光膜と、垂直方向においてそれに隣接する二つの前記第２の遮光膜とは、一体的に形成され、少なくとも、同一の垂直方向の列に配置された受光部に対応している前記第２の遮光膜それぞれは、前記第３の遮光膜と共に一つの配線を形成しているのが好ましい。この場合は、同一の垂直方向の列に配置されている複数の第２の遮光膜の電位は、全て同一に保持できる。よって、第１の遮光膜と半導体基板とのカップリングによって半導体基板に生じる電位ゆられが抑制され、出力ムラが抑制される。また、このため、第１の遮光膜と第２の遮光膜２０との間の距離を縮めることができるので、一層スミアの発生が抑制される。
【００２３】
また、上記本発明における固体撮像装置は、前記第２の遮光膜の下層側の界面から前記半導体基板の上層側の界面までの距離をｄ１とし、前記第１の遮光膜の最も下層側の部分から前記第２の遮光膜の下層側の界面を含む面までの前記半導体基板の厚み方向における距離をｄ２とした時に、前記距離ｄ１と前記距離ｄ２との関係が下記式（１）を満たしているのが好ましい。この場合は、スミアの発生の抑制と、出力ムラの発生の抑制とを確実なものとできる。
【００２４】
（数２）
ｄ１＜ｄ２・・・・（１）
【００２５】
上記本発明における固体撮像装置においては、前記第１の遮光膜は、その受光部側の縁が、前記半導体基板の厚み方向において、前記第２の遮光膜の受光部側の縁と一致するように、又は前記第２の遮光膜の受光部側の縁よりも前記受光部の中心に近づくように形成されているのが好ましい。この場合は、スミアの発生がより一層抑制される。
【００２６】
本発明における固体撮像装置の製造方法は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部と、前記受光部から前記信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する複数の垂直電荷転送部と、前記入射光から前記複数の垂直電荷転送部を遮光する第１及び第２の遮光膜とを備える固体撮像装置の製造方法であって、（ａ）半導体基板に、マトリクス状に配置された前記複数の受光部と、前記複数の受光部の垂直方向の列に沿って配置された転送チャネルとを形成する工程と、（ｂ）前記転送チャネル上にそれを横切る複数の転送電極を設けて、前記複数の垂直電荷転送部を形成する工程と、（ｃ）前記複数の転送電極を被覆する第１の層間絶縁膜を形成する工程と、（ｄ）前記第１の層間絶縁膜上に、それを被覆する導電膜を形成し、更に、少なくとも、前記複数の受光部それぞれとそれに隣接する前記垂直電荷転送部との間に、前記導電膜が残存するように異方性エッチングを実施して、第２の遮光膜を形成する工程と、（ｅ）前記第２の遮光膜及び前記第１の層間絶縁膜を被覆するように、第２の層間絶縁膜を形成し、その上に、前記垂直電荷転送部毎に、垂直方向に沿って、導電性を有する前記第１の遮光膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２７】
上記本発明における固体撮像装置の製造方法においては、前記（ｄ）の工程における前記異方性エッチングによって、前記半導体基板上の有効画素領域以外の領域に形成されている前記導電膜が除去されるのが好ましい。このような工程を行えば、余分な導電膜が除去されるため、配線構造の短絡や、導電膜と半導体基板とのカップリングによる半導体基板の電位ゆられの発生が抑制される。
【００２８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における固体撮像装置及びその製造方法について、図１〜図５を参照しながら説明する。本実施の形態１における固体撮像装置は、シャント配線構造を有するＣＣＤ（charge coupled device）型固体撮像装置である。本実施の形態１では、垂直電荷転送部の上層に設けられたストライプ状の遮光膜は、垂直電荷転送部を遮光すると共に、転送電極に転送パルスを印加するシャント配線としても機能する。
【００２９】
最初に、本実施の形態１における固体撮像装置の構成について図１〜図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の一部分を拡大して示す平面図である。図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られた断面図である。図３は、図１中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って得られた断面図である。なお、図２及び図３では、絶縁性の部材へのハッチングは省略している。
【００３０】
図１〜図３に示すように、固体撮像装置は、入射光を信号電荷に変換する複数の受光部１１と、受光部１１から信号電荷を読み出し、それを垂直方向に転送する垂直電荷転送部１２と、入射光から垂直電荷転送部１２を遮光する遮光膜８及び１０とを備えている。図１〜図３には図示されていないが、固体撮像装置は、垂直電荷転送部１２によって転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部も備えている。
【００３１】
図１に示すように、受光部１１は、マトリクス状に配置されている。また、図２及び図３に示すように、受光部１１は半導体基板１に設けられている。本実施の形態１では、半導体基板１はｎ型のシリコン基板であり、半導体基板１の表層側にはｐウェル１３が形成されている。また、半導体基板１のＰウェル１３が形成された領域内には、受光部１１を構成するｎ型の拡散層１４が形成されている。
【００３２】
受光部１１は、半導体基板１のｎ型の部分と、ｎ型の拡散層１４と、ｐウェル１３とによって構成されたＮＰＮ構造のフォトダイオードである。更に、拡散層１４の表層には、受光部１１の表面における暗電流の発生を抑制するため、ｐ+型の表面反転層１５が形成されている。
【００３３】
また、図１に示すように、垂直電荷転送部１２は、受光部１１の垂直方向の列毎に、複数個設けられている。更に、図１及び図２に示すように、垂直電荷転送部１２は、それぞれ、受光部１１の垂直方向の列に沿って半導体基板１に設けられた転送チャネル１６（図１においては図示せず）と、転送チャネル１６上にそれを横切るようにして設けられた転送電極３及び５とを備えている。
【００３４】
本実施の形態１では、転送チャネル１６は、半導体基板１の表層側に形成されたｎ型の拡散層である。転送電極３及び転送電極５は、半導体基板１の表層側の界面を覆う絶縁膜２の上に形成されている。また、各垂直電荷転送部１２において、転送電極３と転送電極５とは、垂直方向に沿って交互に配置されている。
【００３５】
更に、転送電極３は、隣接する垂直電荷転送部１２に設けられている別の転送電極３に電気的に接続されており、一つの配線３´を構成している。転送電極５も同様に隣接するもの同士で一つの配線５´を構成している。配線３´及び５´は、それぞれは、垂直方向に並ぶ転送電極３及び転送電極５の数だけ設けられている。言い換えると、転送電極３及び転送電極５それぞれは、転送チャネル１６を横切る配線３´又は配線５´の一部である。
【００３６】
転送電極３を構成する配線３´と、転送電極５を構成する配線５´とは、受光部１１と重ならないように、垂直方向において隣接する受光部１１の間を通るように形成されている。更に、両者は、垂直方向において隣接する受光部１１の間においては、半導体基板１の厚み方向において重ね合わされている。
【００３７】
なお、転送電極５及び配線５´の側面及び上面には絶縁膜６が形成され、転送電極３及び配線３´の側面及び上面には絶縁膜４が形成されている。図２及び図３においては、図示していないが、半導体基板１の内部において、転送チャネル１６と拡散層１４との間には、読み出し領域や素子分離領域となるｐ型の拡散層が形成されている。
【００３８】
上述したように、本実施の形態１における固体撮像装置は、遮光膜８と遮光膜１０との２種類の遮光膜を備えている。遮光膜８及び遮光膜１０は共に導電性を有している。このうち、遮光膜８は、図１１に示した従来の固体撮像装置（従来例）でも備えられており、垂直電荷転送部１２毎に、垂直方向に沿ってストライプ状に形成されている。また、遮光膜８は、遮光膜８と転送電極３及び５との間を絶縁する絶縁膜７を介して、対応する垂直電荷転送部１２の上層に、それへの光の入射を阻止すべく形成されている。
【００３９】
本実施の形態１では、遮光膜８は、シャント配線としても機能しており、いずれかの転送電極にコンタクトを介して電気的に接続される。図１及び図２には、遮光膜８がコンタクト９を介して転送電極３に接続されている状態が示されている。コンタクト９は、絶縁膜４及び絶縁膜７を貫通する貫通孔に導電性材料を充填して形成されている。
【００４０】
一方、遮光膜１０は、図１１に示した従来例には備えられていない。遮光膜１０は、複数の受光部１１それぞれ毎に、遮光膜８、転送電極３及び転送電極５から絶縁された状態で、遮光膜８の下層に形成されている。具体的には、遮光膜１０は、絶縁膜７によって遮光膜８から絶縁されている。遮光膜１０は、絶縁膜４及び絶縁膜６によって転送電極３及び転送電極５から絶縁されている。
【００４１】
また、図１〜図３に示すように、遮光膜１０は、対応する受光部１１とそれに隣接する垂直電荷転送部１２との間の領域、更に、対応する受光部１１と配線３´及び配線５´との間の領域に形成されている。本実施の形態１では、遮光膜１０は、半導体基板１の法線方向からそれを見たときに受光部１１の周囲を囲む枠状を呈するように形成されている。
【００４２】
このように、本実施の形態１における固体撮像装置は、受光部１１の周辺の領域において、転送パルスが印加されるストライプ状の遮光膜８とは別に、遮光膜１０を備えている。よって、半導体基板１の法線に対して傾斜した方向からの垂直電荷転送部１２への光の入射（斜め光の入射）は、遮光膜８に加え、遮光膜１０によっても抑制される。本実施の形態１における固体撮像装置は、垂直電荷転送部１２への光の漏れ込みを防止する能力の点で、従来例の固体撮像装置よりも優れている。
【００４３】
なお、遮光膜１０は、図１〜図３に示した例に限定されず、対応する受光部１１とそれに隣接する垂直電荷転送部１２との間の領域にのみ形成されていても良い。この場合も、垂直電荷転送部１２への光の漏れ込みを防止する能力は、従来例の固体撮像装置に比べて高められる。
【００４４】
また、このような特性により、本実施の形態１における固体撮像装置では、遮光膜８と転送電極３及び５との間の絶縁膜７の厚みが大きくなっても、スミアの悪化は抑制される。よって、本実施の形態１では、絶縁膜７の厚みを十分に大きくすることによって、転送パルスが遮光膜８に印加されたときに半導体基板１が受ける影響を小さくでき、固体撮像装置における出力ムラを抑制できる。
【００４５】
また、遮光膜８と遮光膜１０とは互いに電気的に絶縁されている。よって、遮光膜８に印加された転送パルスが、遮光膜１０を介して、垂直電荷転送部１２に影響を与えることはない。よって、遮光膜８と転送電極３及び転送電極５との間の絶縁膜を特に厚くする必要はない。
【００４６】
ここで、絶縁膜２の厚み、即ち、遮光膜１０の下層側の界面から半導体基板１の上層側の界面（絶縁膜２の下面）までの距離をｄ１とする。また、遮光膜８の最も下層側の部分から遮光膜１０の下層側の界面を含む面までの半導体基板１の厚み方向における距離（図２の例では、絶縁膜２の上層側の界面から遮光膜１０までの距離（絶縁膜７の厚みに相当））をｄ２とする。このとき、本実施の形態１においては、絶縁膜２及び絶縁膜７の厚みは、距離ｄ１と距離ｄ２とが下記式（１）を満たすように設定されるのが好ましい。
【００４７】
（数３）
ｄ１＜ｄ２        ・・・・・（１）
【００４８】
これは、転送チャネル１６に最も近い絶縁膜の厚み、即ち、絶縁膜２の厚み（距離ｄ１）が小さいほど、斜め光が垂直電荷転送部１２に入射する確率が低くなるからである。また、シャント配線を絶縁する絶縁膜の厚み、即ち、絶縁膜７の厚み（距離ｄ２）が大きいほど、転送パルスが半導体基板１に与える影響が小さくなるからである。
【００４９】
また、本実施の形態１では、シャント配線（遮光膜８）に印加される転送パルスの半導体基板１への影響をよりいっそう小さくする点から、距離ｄ１と距離ｄ２とは、更に、下記式（２）を満たすのが好ましい。但し、下記式（２）において、αは、転送パルスが半導体基板１に与える影響を完全に排除できる絶縁膜の厚みである。具体的には、絶縁膜がシリコン酸化膜の場合であれば、αは約１００ｎｍ程度となる。
【００５０】
（数４）
α＞（ｄ１＋ｄ２）  ・・・・・（２）
【００５１】
また、遮光膜８は、その受光部１１側の縁（図中において左右方向にある両端の縁）が、半導体基板１の厚み方向において、遮光膜１０の受光部１１側の縁（枠の内縁）よりも受光部１１の中心に近づくように形成されているのが好ましい。つまり、図１及び図２に示すように、遮光膜８は、遮光膜１０の垂直方向に延びる部分を覆うように形成されているのが好ましい。これは、斜め光の垂直電荷転送部１２への入射を確実に抑制し、スミアの発生も確実に抑制するためである。
【００５２】
図１及び図２では図示していないが、本実施の形態１は、遮光膜８の受光部１１側の縁が、半導体基板１の厚み方向において、遮光膜１０の受光部１１側の縁と一致する態様であっても良い。この場合も、スミアの発生は確実に抑制される。
【００５３】
ところで、本実施の形態１では、遮光膜１０は、後述するように、半導体基板１上に形成された導電膜の不要部分をエッチングにより除去することにより形成される。このとき、有効画素領域においては、受光部１１の周囲の領域（遮光膜１０の形成領域）以外の領域にある導電膜は全て除去されるが、有効画素領域外に形成されている導電膜も全て除去されるのが好ましい。有効画素領域外に形成されている導電膜を全て除去しない場合は、次に示すような問題が生じてしまうからである。
【００５４】
例えば、固体撮像装置に、出力された二つ以上の信号電荷を混合させる画素混合部を設ける場合は、半導体基板の有効画素領域外の領域に、緻密な配線構造が形成される。この場合に余分な導電膜が残存していると、この配線構造に短絡が生じ易くなり、歩留まりが低下してしまう。また、半導体基板の有効画素領域外の領域には、増幅回路が形成されることがある。このときに有効画素領域外の領域に導電膜が残存していると、この導電膜と半導体基板１とのカップリングによって半導体基板１に電位ゆられが発生し易くなり、固体撮像装置の出力ノイズが増大してしまう。これらの問題の発生を抑制するため、上述したように、有効画素領域外に形成されている導電膜は全て除去するのが好ましい。
【００５５】
次に、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法について、図４及び図５を用いて説明する。図４及び図５は、図１に示した本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）一連の主な製造工程を示し、図５（ａ）〜（ｃ）は、図４（ｄ）に示す工程の終了後の一連の主な製造工程を示している。また、図４及び図５に示された断面は、図２に示された断面と同様の位置で得られている。
【００５６】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１の表面に熱酸化法によって絶縁膜２が形成される。このとき、絶縁膜２の厚みは、上述した距離ｄ１が上記式（１）及び（２）を満たすように設定される。具体的には、絶縁膜２の厚みは、２０ｎｍ〜４０ｎｍに設定される。続いて、半導体基板１に対して種々のレジストパターンの形成とイオン注入とが行われる。これにより、ｐウェル１３、拡散層１４、転送チャネル１６、及び表面反転層１５が形成される。
【００５７】
次いで、ポリシリコン膜等の導電膜が成膜され、これに対してフォトリソグラフィー法を用いたエッチングが行われて、転送電極３と転送電極５（図示せず）とが形成される。また、熱酸化法によって、転送電極３の上面及び側面を覆う絶縁膜４と、転送電極５の上面及び側面を覆う絶縁膜６も形成される。
【００５８】
本実施の形態１では、絶縁膜２、４及び６の形成は、熱酸化法によって行われているが、これに限定されるものではない。例えば、絶縁膜２、４及び６は、ＣＶＤ法等による成膜によって形成されていても良い。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示すように、転送電極３（配線３´）及び転送電極５（配線５´）を含む半導体基板１の上面全体を被覆する導電膜１７が成膜される。具体的には、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を利用して、タングステン等の遮光性に優れた金属膜が成膜される。このとき、金属薄膜の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜３００ｎｍに設定される。また、導電膜１７は、絶縁膜４及び６によって、転送電極３及び５とは電気的に絶縁された状態にある。
【００６０】
その後、図４（ｃ）に示すように、少なくとも受光部１１とそれに隣接する垂直電荷転送部１２との間に、導電膜１７が残存するように、異方性エッチングが実施される。本実施の形態１では、転送電極３及び５（配線３´及び５´）の側面に接している導電膜１７の一部が残存するように、異方性エッチングが実施され、受光部１１を囲む遮光膜１０が形成される（図１参照）。
【００６１】
また、この後、遮光膜１０の形成が予定されていない領域（特に有効画素領域以外の領域）に残存している導電膜１７が除去される。具体的には、残存している導電膜１７のみを露出させ、遮光膜１０となる導電膜１７を被覆するレジストパターンが形成され、このレジストパターンをマスクとしてエッチングが実施される。この結果、不必要な導電膜１７が除去される。また、エッチングの終了後、レジストパターンも除去される。
【００６２】
次に、図４（ｄ）に示すように、遮光膜１０、転送電極３及び転送電極５を含む半導体基板１の上面全体を被覆するように、絶縁膜７が成膜される。具体的には、減圧ＣＶＤ（化学気相成長）法等を利用して、シリコン酸化膜が成膜される。このとき、絶縁膜７の厚みは、上述した距離ｄ２が上記式（１）及び（２）を満たすように設定される。具体的には、絶縁膜７の厚みは、３０ｎｍ〜６０ｎｍに設定される。
【００６３】
続いて、遮光膜８と転送電極３及び５とを電気的に接続するコンタクト９を形成するため、コンタクトホール９ａが形成される。具体的には、フォトリソグラフィー法によって、コンタクトホール９ａの形成領域が開口したレジストパターンが形成され、これをマスクとしたエッチングが行われる。この結果、レジストパターンの開口に重なる領域の絶縁膜４（又は６）及び７が除去され、コンタクトホール９ａが形成される。
【００６４】
次に、図５（ａ）に示すように、絶縁膜７を被覆するように、半導体基板１の上面に導電膜１８が形成される。具体的には、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を利用して、タングステン等の遮光性に優れた金属薄膜が成膜される。このとき、金属薄膜の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍに設定される。
【００６５】
次に、図５（ｂ）に示すように、導電膜１８の上に、フォトリソグラフィー法によって、遮光膜８の形成領域のみを覆うレジストパターン１９が形成される。レジストパターン１９は、半導体基板１の法線方向から見たときに垂直方向に延びるストライプ状を呈している。レジストパターン１９の形成は、得られる遮光膜８の受光部１１側の縁が、半導体基板１の厚み方向において、遮光膜１０の受光部１１側の縁よりも受光部１１の中心に近づくように、又は遮光膜１０の受光部１１側の縁と一致するように行われる。また、このとき、エッチングによる寸法シフト量が考慮され、レジストパターン１９の縁の位置は調整される。
【００６６】
次に、図５（ｃ）に示すように、レジストパターン１９をマスクとして、導電膜１８に対してエッチングが行われ、垂直方向に延びるストライプ状の遮光膜８が完成する。この後、レジストパターン１９が除去され、更に必要に応じて、ＢＰＳＧ（Boron Phosphorous silicate Glass）膜といった絶縁膜や、レンズ素子等が形成される（図示せず）。
【００６７】
以上のように、図４（ａ）〜（ｄ）、図５（ａ）〜（ｃ）に示した工程の実施により、図１〜図３に示した固体撮像装置、即ち、転送パルスが印加される遮光膜８とは別の遮光膜１０を備えた固体撮像装置が得られる。この固体撮像装置によれば、スミアの発生と出力ムラとを同時に抑制することができる。
【００６８】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置及びその製造方法について、図６〜図１０を参照しながら説明する。最初に、本実施の形態２における固体撮像装置の構成について図６〜図８を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の一部分を拡大して示す平面図である。図７は、図６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って得られた断面図である。図８は、図６中に示された遮光膜のみを示す平面図である。なお、図６では、絶縁性の部材へのハッチングは省略している。
【００６９】
図６に示すように、本実施の形態２における固体撮像装置も、実施の形態１における固体撮像装置と同様に、シャント配線構造を有するＣＣＤ型固体撮像装置である。本実施の形態２においても、垂直電荷転送部の上層に設けられたストライプ状の遮光膜８は、垂直電荷転送部１２を遮光すると共に、転送電極に転送パルスを印加するシャント配線としても機能する。
【００７０】
また、本実施の形態２における固体撮像装置も、半導体基板１としてｎ型のシリコン基板を備え、半導体基板１には、受光部１１、垂直電荷転送部１２及び水平電荷転送部（図示せず）が形成されている。更に、本実施の形態２における固体撮像装置において、図１中の切断線Ａ−Ａ´と同様の水平方向の切断線に沿って得られる断面構造は、図２に示した実施の形態１における固体撮像装置の断面構造と同様となる。
【００７１】
このように、本実施の形態２における固体撮像装置は、実施の形態１における固体撮像装置と同様の構成を備えているが、シャント配線として機能する遮光膜８とは別に設けられた遮光膜の構成の点で、実施の形態１における固体撮像装置と異なっている。以下に相違点について具体的に説明する。
【００７２】
図６〜図８に示すように、本実施の形態２においては、図１〜図３に示した遮光膜１０の代わりに、遮光膜２０が形成されている。遮光膜２０は、周辺遮光膜２０ａと、配線遮光膜２０ｂとを備えている。このうち、周辺遮光膜２０ａは、実施の形態１において図１に示した遮光膜１０と同様に、半導体基板１の法線方向からそれを見たときに受光部１１の周囲を囲む枠状を呈するように形成されている。
【００７３】
一方、配線遮光膜２０ｂは、実施の形態１においては形成されていない遮光膜である。配線遮光膜２０ｂは、配線３´及び配線５´における、半導体基板１の厚み方向において遮光膜８と重なっていない部分を少なくとも覆うように形成されている（図７参照）。
【００７４】
また、本実施の形態２では、後述するように、配線遮光膜２０ｂと、垂直方向においてそれに隣接する周辺遮光膜２０ａとは、導電性材料によって、一体的に形成されている。よって、図８に示すように、同一の垂直方向の列に配置された受光部１１に対応している周辺遮光膜２０ａそれぞれは、配線遮光膜２０ｂと共に一つの配線を形成する。本実施の形態２では、遮光膜２０は、垂直方向に沿って延びる一つの配線を構成している。
【００７５】
このような構成により、本実施の形態２における固体撮像装置では、遮光膜２０毎に、言い換えると、同一の垂直方向の列に並ぶ周辺遮光膜２０ａ毎に、電位を制御することが可能となる。例えば、遮光膜２０それぞれの電位が常に０［Ｖ］となるような制御を行うことができる。
【００７６】
また、シャント配線として機能する遮光膜８と半導体基板１とのカップリングによって半導体基板１には電位ゆられが発生することがあるが、遮光膜２０の電位を制御することによって、このような電位ゆられは効果的に抑制される。更に、電位ゆられの抑制により、出力ムラも抑制できることから、遮光膜８と遮光膜２０との間の絶縁膜７（図２参照）の厚みは、実施の形態１よりも薄く（即ち、距離ｄ１を実施の形態１よりも小さく）形成することができる。この結果、本実施の形態２によれば、実施の形態１に比べて一層効果的にスミアの発生が抑制される。
【００７７】
更に、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、遮光膜８は、シャント配線として機能するため、ストライプ状に形成され、隣接する遮光膜５同士が接続されることは無い。よって、遮光膜８が、垂直電荷転送部１２間に存在する配線３´及び配線５´を遮光することは無い。しかし、本実施の形態２では、垂直電荷転送部１２間に存在する配線３´及び配線５´は、配線遮光膜２０ｂによって遮光される。この点からも、本実施の形態２によれば、実施の形態１に比べてより確実にスミアの発生が抑制される。
【００７８】
また、図６に示すように、本実施の形態２では、配線遮光膜２０ｂは、その垂直電荷転送部側の縁が、半導体基板１の厚み方向において、遮光膜８の受光部１１側の縁よりも垂直電荷転送部１２に近づくように形成されているのが好ましい。これは、遮光膜８と遮光膜２０との間の隙間に斜め光が入射するのを抑制し、スミアの発生を確実に抑制するためである。また、配線遮光膜２０ｂは、その垂直電荷転送部側の縁が、遮光膜８の受光部側の縁と一致するように形成されていても良い。この場合も、スミアの発生は確実に抑制される。
【００７９】
次に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法について、図９及び図１０を用いて説明する。図９は、図６に示した本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図９（ａ）〜（ｃ）一連の主な製造工程を示している。図１０は、図９（ｂ）に示す工程を示す平面図である。
【００８０】
図９に示された断面は、図７に示された断面と同様の位置で得られている。なお、本実施の形態２における固体撮像装置の製造工程は、これらを図１中の切断線Ａ−Ａ´と同様の水平方向の切断線に沿って得られる断面によって示した場合、実施の形態１において図４及び図５に示した製造工程と同一となる。
【００８１】
先ず、図９（ａ）に示すように、半導体基板１上への絶縁膜２の形成、イオン注入による、ｐウェル１３、拡散層１４、転送チャネル１６、及び表面反転層１５の形成が行われる。続いて、ポリシリコン膜等の導電膜の成膜による配線３´及び配線５´の形成と、熱酸化法による絶縁膜４及び絶縁膜６の形成とが行われる。図９（ａ）に示す工程は、実施の形態１において図４（ａ）に示した工程と同様の工程である。
【００８２】
次に、図９（ｂ）に示すように、配線３´（転送電極３）及び配線５´（転送電極５）を含む半導体基板１の上面全体を被覆する導電膜１７が成膜される。導電膜１７の成膜は、実施の形態１において図４（ｂ）に示した工程の場合と同様に、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を利用して行われる。
【００８３】
その後、図９（ｂ）及び図１０に示すように、導電膜１７上の配線遮光膜２０ｂの形成領域と重なる領域に、フォトリソグラフィー法によってレジストパターン２１が形成される。このようなレジストパターン２１が形成されるのは、次に実施される異方性エッチングによって、配線遮光膜２０ｂの形成領域と重なる領域の導電膜１７が除去されるのを防ぐためである。
【００８４】
次に、図９（ｃ）に示すように、実施の形態１において図４（ｃ）に示した工程と同様に、異方性エッチングが行われる。この結果、レジストパターン２１によって被覆されている導電膜１７の一部と、配線３´及び５´（転送電極３及び５）の側面に接している導電膜１７の一部とを除き、余分な導電膜１７が除去され、遮光膜２０が形成される（図６参照）。
【００８５】
続いて、実施の形態１において図４（ｄ）に示した工程と同様に、絶縁膜７が成膜される。その後、図９及び図１０には図示していないが、遮光膜７、コンタクト９、ＢＰＳＧ膜といった絶縁膜、レンズ素子等が形成される。このように、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示した工程の実施により、遮光膜２０を備えた固体撮像装置が得られる。この固体撮像装置によれば、実施の形態１における固体撮像装置に比べてよりいっそう、スミアの発生と出力ムラとを抑制できる。
【００８６】
上述した実施の形態１及び２においては、遮光膜８は、シャント配線としても機能しているが、実施の形態１及び２は、この態様に限定されるものではない。実施の形態１及び２は、垂直電荷転送部１２を遮光するストライプ状の遮光膜８とは別に、その上層にシャント配線を備えている態様であっても良い（図１１参照）。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明によれば、シャント配線構造を備え、且つ、スミアと出力ムラとが抑制された固体撮像装置を得ることができる。本発明の固体撮像装置を用いれば、画質劣化を伴うことなく、高速撮影を行うことができる。このことから、本発明の固体撮像装置及びその製造方法は、デジタルスチルカメラや、デジタルビデオカメラの分野で有用であり、産業上の利用可能性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の一部分を拡大して示す平面図である。
【図２】図２は、図１中の切断線Ａ−Ａ´に沿って得られた断面図である。
【図３】図３は、図１中の切断線Ｂ−Ｂ´に沿って得られた断面図である。
【図４】図４は、図１に示した本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｄ）一連の主な製造工程を示している。
【図５】図５は、図１に示した本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、図４（ｄ）に示す工程の終了後の一連の主な製造工程を示している。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の一部分を拡大して示す平面図である。
【図７】図７は、図６中の切断線Ｃ−Ｃ´に沿って得られた断面図である。
【図８】図８は、図６中に示された遮光膜のみを示す平面図である。
【図９】図９は、図６に示した本発明の実施の形態２における固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図９（ａ）〜（ｃ）一連の主な製造工程を示している。
【図１０】図１０は、図９（ｂ）に示す工程を示す平面図である。
【図１１】図１１は、従来からのシャント配線を備えた固体撮像装置の画素部における概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１  半導体基板
２  絶縁膜
３  転送電極
３´  配線
４  絶縁膜
５  転送電極
５´  配線
６  絶縁膜
７  絶縁膜
８  遮光膜
９  コンタクト
１０  遮光膜
１１  受光部
１２  垂直電荷転送部
１３  ｐウェル
１４  ｎ型の拡散層
１５  表面反転層
１６  転送チャネル
１７  導電膜
１８  導電膜
１９  レジストパターン
２０  遮光膜
２０ａ  周辺遮光膜
２０ｂ  配線遮光膜
２１  レジストパターン
【図１】
2009004651.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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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