(57)【要約】【課題】感度が高く、かつ、高画素化のための画素の微細化に対応可能な、高速動作ができる高画質の固体撮像装置とその製造方法を得ること。【解決手段】基板上に行列状に配置された複数の光電変換部１と、前記光電変換部１の垂直列間部に配置された垂直転送チャネル２と、前記光電変換部１の電荷を前記垂直転送チャネル２に転送する複数の垂直転送電極１１と、前記垂直転送電極１１上に第１の絶縁膜を介して積層された、前記光電変換部１の受光部を規定する複数の窓部３を有する遮光膜１３と、前記垂直転送チャネル２と重なり合う領域に配置された、前記遮光膜１３とは第２の絶縁膜によって絶縁されたシャント配線１４とを有し、前記垂直転送電極１１の各駆動相に対応した駆動パルスが、前記シャント配線１４から供給される。【選択図】図１
2009027132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に行列状に配置された複数の光電変換部と、
前記光電変換部の垂直列間部に配置された垂直転送チャネルと、
前記光電変換部の電荷を前記垂直転送チャネルに転送する複数の垂直転送電極と、
前記垂直転送電極上に第１の絶縁膜を介して積層された、前記光電変換部の受光部を規定する複数の窓部を有する遮光膜と、
前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に配置された、前記遮光膜とは第２の絶縁膜によって絶縁されたシャント配線とを有し、
前記垂直転送電極の各駆動相に対応した駆動パルスが、前記シャント配線から供給されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記垂直転送電極は、水平行方向に並んだ複数の前記光電変換部と接続され、
前記シャント配線と前記垂直転送電極とが、前記シャント配線と一体でその厚さ方向に延在する脚部によって接続されている、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光膜は、前記脚部が貫通する接続部開口を除いて前記シャント配線と重なり合う領域にも形成されている、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記接続部開口が、円形、楕円形、矩形のうちのいずれか一つの形状である、請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記脚部が、前記接続部開口の中央に位置している、請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記遮光膜の前記接続部開口の側面に、サイドウォールが形成されている、請求項３から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記遮光膜は、前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に形成されたスリット部によって、前記光電変換部の垂直列ごとに分断され、前記シャント配線の配置方向に沿って連続的に形成された前記脚部が、前記スリット部内に入り込んでいる、請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記遮光膜の前記スリット部の長手方向側面に、サイドウォールが形成されている、請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記スリット部の底面部であって前記シャント配線と前記垂直転送電極との接続部分以外の領域に、前記垂直転送電極に積層されたストッパ層を有している、請求項７または８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記ストッパ層と同じ材料からなる反射防止膜が前記受光部に形成されている、請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記垂直転送電極が単層構造である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
基板上に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直列間部に配置された垂直転送チャネルと、水平行方向に並んだ複数の前記光電変換部と接続された垂直転送電極と、前記垂直転送電極上に第１の絶縁膜を介して積層された前記光電変換部の受光部を規定する複数の窓部を有する遮光膜と、前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に配置された、前記遮光膜とは第２の絶縁膜によって絶縁されたシャント配線とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記第２の絶縁膜を形成した後に、前記第２の絶縁膜、前記遮光膜、前記第１の絶縁膜をエッチングして前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に所定形状の開口部を形成する工程と、
第３の絶縁膜を形成し、前記第３の絶縁膜に異方性エッチングを施して前記開口部にサイドウォールを形成する工程と、
前記シャント配線をその厚さ方向に延在する脚部とともに形成して、前記脚部によって前記シャント配線と前記垂直転送電極とを接続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。
【請求項１３】
前記開口部が、円形、楕円形、矩形のうちのいずれか一つの形状である、請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記開口部が、前記垂直転送チャネルの形成方向に延在するスリット形状である、請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１の絶縁膜が、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した多層膜である、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の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、特にシャント配線を介して垂直転送電極に駆動パルスを印加する固体撮像装置およびその製造方法に関し、遮光膜の形状、および、シャント配線と垂直転送電極との接続方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、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の撮像装置として需要が拡大している。また、携帯電話に代表される携帯端末装置にカメラ機能を付加することが求められており、固体撮像装置の需要はますます拡大している。固体撮像装置の需要が伸びるのに伴い、高画質化の要求も高まっている。固体撮像装置を高画質化するためには、画素数を増やす多画素化と、Ｓ／Ｎ比を大きくする高感度化の両方が必要である。
【０００３】
固体撮像装置を多画素化するうえでは、固体撮像装置の動作速度を速くすることが前提として必要となる。そして、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置において動作速度を速くするためには、信号電荷を撮像部から電荷の蓄積部に高速に転送する必要がある。
【０００４】
電荷の転送速度を高くするために、垂直転送電極が有する電気抵抗値の影響を低減することを目的として、対応する垂直転送電極同士を、遮光膜を兼ねるシャント配線で共通接続することが提案されている。ここで、遮光膜を兼ねるシャント配線に用いるのに好適なアルミ膜は、段差部に形成することが困難であるために平坦化膜上に形成されることが多い。一方、平坦化膜上に遮光膜を形成した場合には、遮蔽しきれない斜め入射光によるスミアの発生を防止する必要がある。このため、アルミ膜からなる遮光膜を兼ねるシャント配線の他に、垂直転送電極の側壁部を覆うようにタングステンなどの高融点金属からなるもう一つの遮光膜を形成するという技術が開示されている（特許文献１）。
【０００５】
図１２はこの従来の固体撮像装置の撮像部の平面構成を拡大して示したものである。また、図１３は従来の固体撮像装置における遮光膜を兼ねたシャント配線が形成されている部分の拡大断面図であり、図１３（ａ）が図１２のａ−ａ部分、図１３（ｂ）が図１２のｂ−ｂ部分の断面構造を示す。
【０００６】
図１２および図１３に示すように、従来の固体撮像装置の撮像部は、半導体基板１２２に行列状に形成された複数の光電変換部１０１と、行方向、すなわち図１２における左右方向に隣接する光電変換部１０１の間を、列方向、すなわち図１２における上下方向に延びるように形成された複数の垂直転送チャネル１０２とを備えている。
【０００７】
また、光電変換部１０１を列方向から挟むように、行方向に延びる一対の垂直転送電極１１１Ａおよび１１１Ｂが形成されている。垂直転送電極１１１Ａと１１１Ｂとは、光電変換部の垂直列間部分、すなわち垂直転送チャネル１０２が形成されている領域において、それぞれ図１２における下向きおよび上向きの突出部分を有し、その突出部分の先端は図示しない絶縁膜を介して重複するようになっている。
【０００８】
この垂直転送電極１１１Ａと１１１Ｂの突出部分の、図１２における左側部分の端部近傍と側壁部分とを覆うように一方の遮光膜１１３Ａが形成され、また、垂直転送電極１１１Ａと１１１Ｂの突出部分の、図１２における右側部分の端部近傍と側壁部分とを覆うように他方の遮光膜１１３Ｂが形成されている。なお、垂直転送電極１１１と遮光膜１１３との間には、第１の絶縁膜１１５が形成されている。
【０００９】
遮光膜１１３の上には、第２の絶縁膜１１６を介して、垂直転送チャネル１０２を覆うように遮光膜を兼ねるシャント配線１１４が形成されている。そして、遮光膜を兼ねるシャント配線１１４は、それぞれ対応する垂直転送電極１１１とコンタクト部１２１で接続されている。このコンタクト部１２１は、遮光膜を兼ねるシャント配線１１４と同じ金属材料からなっていて、スパッタ法によりシャント配線１１４と同時に形成される。
【００１０】
図１２に示す例では、図中の中央上側の光電変換部１０１の下側に配置された垂直転送電極１１１Ｂが、図中右側に示す遮光膜を兼ねるシャント配線１１４と接続され、図中の中央下側の光電変換部１０１の上側に配置された垂直転送電極１１１Ａが、図中左側に示す遮光膜を兼ねるシャント配線１１４と接続されている。なお、光電変換を行って得られた電荷を転送するための駆動パルスは、垂直転送電極１１１に直接印加されている。
【００１１】
このような従来の固体撮像装置は、それぞれ対応する垂直転送電極１１１に、遮光膜を兼ねるシャント配線１１４がコンタクト部１２１によって電気的に接続されているため、シャント配線がパルス伝送線の役割を果たして垂直転送電極の低抵抗化に貢献することで、垂直転送電極１１１のみを用いて光電変換と電荷輸送の駆動パルスを印加する場合と比較して、特に固体撮像装置の中央部分で信号電荷の伝搬遅延を抑えることができる。これにより高速に動作する固体撮像装置が実現できる。
【特許文献１】特開平５−２４３５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置は、高速動作を可能とするものではあるものの、画素の微細化を推し進めていくと、遮光膜１１３と、遮光膜を兼ねるシャント配線１１４と同時に形成されるコンタクト部１２１との間の耐圧における問題が生じる。
【００１３】
すなわち、遮光膜１１３とコンタクト部１２１との電気的耐圧は、これら２つの金属部材の間隔によって規定され、その間隔が最も小さい部分が問題となる。例えば、図１３（ｂ）に示すように、図の右側と左側における間隔をそれぞれｔ１、ｔ２とすると、図１３（ｂ）の場合は、ｔ１＜ｔ２  であることから、垂直転送電極１１１の左側に位置する一方の遮光膜１１３Ａとコンタクト部１２１との間隔が問題となる。
【００１４】
ここで、上記したように、コンタクト部１２１は遮光膜を兼ねるシャント配線１１４と同時にスパッタ法などで製造されるものであるため、その形成位置の精度には製造工程でのばらつきが原因の一定の限界がある。しかし、製造工程のばらつきを吸収するような設計寸法を確保しようとすると、受光部の面積が減少することになり実効感度が低下してＳ／Ｎが低下してしまう。また、受光部面積を確保するためには画素サイズを大きくしなければならず、画素の微細化ができなくなり、固体撮像素子に求められている高画素化の要求に反することになる。
【００１５】
さらに、上記従来の固体撮像装置は、垂直転送電極をシャント配線で接合することによってその電気抵抗値を低減するものではあるものの、電荷転送のための信号を垂直転送電極から印加しているために、電荷転送信号が垂直転送電極を通るパスを短くすることができず、十分な高速動作を確保するには至らない。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題を解決し、感度が高く、かつ、高画素化のための画素の微細化に対応可能な、高速動作ができる高画質の固体撮像装置とその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、基板上に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直列間部に配置された垂直転送チャネルと、前記光電変換部の電荷を前記垂直転送チャネルに転送する複数の垂直転送電極と、前記垂直転送電極上に第１の絶縁膜を介して積層された、前記光電変換部の受光部を規定する複数の窓部を有する遮光膜と、前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に配置された、前記遮光膜とは第２の絶縁膜によって絶縁されたシャント配線とを有し、前記垂直転送電極の各駆動相に対応した駆動パルスが、前記シャント配線から供給されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板上に行列状に配置された複数の光電変換部と、前記光電変換部の垂直列間部に配置された垂直転送チャネルと、水平行方向に並んだ複数の前記光電変換部と接続された垂直転送電極と、前記垂直転送電極上に第１の絶縁膜を介して積層された前記光電変換部の受光部を規定する複数の窓部を有する遮光膜と、前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に配置された、前記遮光膜とは第２の絶縁膜によって絶縁されたシャント配線とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記第２の絶縁膜を形成した後に、前記第２の絶縁膜、前記遮光膜、前記第１の絶縁膜をエッチングして前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に所定形状の開口部を形成する工程と、第３の絶縁膜を形成し、前記第３の絶縁膜に異方性エッチングを施して前記開口部にサイドウォールを形成する工程と、前記シャント配線をその厚さ方向に延在する脚部とともに形成して、前記脚部によって前記シャント配線と前記垂直転送電極とを接続する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、光電変換部の受光部を規定する遮光膜の上に積層して形成されたシャント配線から垂直転送電極に駆動パルスが印加されるため、駆動信号パルスにおける電気抵抗の影響を大幅に低減することができる。また、シャント配線は、第２の絶縁膜上に形成されているため、シャント配線と他の金属薄膜との電気的な干渉を抑制でき、遮光膜とシャント配線の製造工程でのマージンを最小にすることが可能となる。この結果、感度が高く、かつ、高画素化のための画素の微細化に対応可能な、高速動作ができる高画質の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】
【００２０】
上記した本発明の固体撮像装置では、前記垂直転送電極は水平行方向に並んだ複数の前記光電変換部と接続され、前記シャント配線と前記垂直転送電極とが、前記シャント配線と一体でその厚さ方向に延在する脚部により接続されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすることで、シャント配線と垂直転送電極との接続を容易かつ確実に実現できる。
【００２２】
また、前記遮光膜は、前記脚部が貫通する接続部開口を除いて前記シャント配線と重なり合う領域にも形成されていることが、そして、前記接続開口部が、円形、楕円形、矩形のうちのいずれか一つの形状であることが好ましい。
【００２３】
このようにすることで、光電変換部に入射する不所望な外光の漏れ込みを効果的に防止することができる。
【００２４】
さらに、前記脚部が、前記接続部開口の中央に位置していることが好ましい。
【００２５】
このようにすることで、シャント配線と遮光膜との電気的干渉を確実に防止することができる。
【００２６】
さらにまた、前記遮光膜は、前記垂直転送チャネルと重なり合う領域に形成されたスリット部によって、前記光電変換部の垂直列ごとに分断され、前記シャント配線の配置方向に沿って連続的に形成された前記脚部が、前記スリット部内に入り込んでいることが好ましい。
【００２７】
このようにすることで、シャント配線の膜剥がれを防止することができる。
【００２８】
また、前記遮光膜の前記接続部開口の側面、または、前記スリット部の長手方向側面にサイドウォールが形成されていることが好ましい。
【００２９】
このようにすることで、シャント配線と一体の脚部を所定の場所に容易に形成することができる。
【００３０】
また、前記スリット部の底面部であって前記シャント配線と前記垂直転送電極との接続部分以外の領域に、前記垂直転送電極に積層されたストッパ層を有していることが好ましい。
【００３１】
このようにすることで、それぞれ対応しないシャント配線と垂直転送電極とが不所望に接続してしまうことを容易かつ確実に防止することができる。
【００３２】
また、前記ストッパ層と同じ材料からなる反射防止膜が前記受光部に形成されていること、さらに、前記垂直転送電極が単層構造であることが好ましい。
【００３３】
本発明にかかる固体撮像装置の製造方法では、前記開口部が、円形、楕円形、矩形のうちのいずれか一つの形状であることが、また、前記開口部が、前記垂直転送チャネルの形成方向に延在するスリット形状であることが好ましい。さらに、前記第１の絶縁膜が、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した多層膜であることが好ましい。
【００３４】
以下、本発明の固体撮像装置の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置における撮像部の主要構成を説明する平面図である。また、図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線における断面構成を示す模式図、また、図２（ｂ）は同じく図１中にＢ−Ｂ線として示した部分の断面構成を示す模式図である。
【００３６】
図１、図２に示すように本実施形態の固体撮像装置の撮像部では、半導体基板２２に、行列状にフォトダイオードからなる光電変換部１が形成され、光電変換部１の垂直列間部、すなわち、左右方向に並ぶ光電変換部１の間の部分には、不純物拡散層である垂直転送チャネル２が形成されている。
【００３７】
半導体基板２２表面に形成された表面酸化膜１２の上には、光電変換部１で得られた電荷を垂直転送チャネル２に転送するポリシリコンからなる垂直転送電極１１が、光電変換部１の水平行間部、すなわち、上下方向に並ぶ光電変換部１の間の部分に形成されている。なお、垂直転送電極１１は、複数の光電変換部に接続されている。
【００３８】
本実施形態での垂直転送電極１１は、対応する光電変換部１の図１における上側の水平行間部に形成された第1垂直転送電極１１Ａと、対応する光電変換部１の図１における下側の水平行間部に形成された第２垂直転送電極１１Ｂとの２本が、光電変換部１を挟むように併設されている。また、垂直転送電極１１の光電変換部１の垂直列間部では、第１垂直転送電極１１Ａはその対応する図１における下側に位置する光電変換部１を、また、第２垂直転送電極１１Ｂはその対応する図１における上側に位置する光電変換部１を、それぞれ両側面から包み込むように突出した突出部が形成されている。なお、垂直転送チャネル２と垂直転送電極１１とが、光電変換部１の電荷を読み出し、垂直列方向に転送する垂直転送レジスタを形成する。また、当然ながら第１垂直転送電極１１Ａと第２垂直転送電極１１Ｂとの重複部分は間に絶縁層を介しており、２つの垂直転送電極同士は電気的に導通することはない。
【００３９】
垂直転送電極１１上に形成された第１の絶縁膜１５の上には、タングステン（Ｗ）からなる遮光膜１３が形成されている。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置においては、後述するシャント配線１４が形成される領域においても、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続を行う脚部２１が貫通する接続部開口１７以外の部分に遮光膜１３が形成されている。また、遮光膜１３の光電変換部１それぞれに対応する部分には、所定形状の開口である窓部３が形成されている。すなわち、本実施形態にかかる固体撮像装置においては、遮光膜１３は、窓部を除いて固体撮像装置の光電変換部１が形成された撮像領域のほぼ全面を覆うように形成されている。なお、遮光膜１３の窓部３が、光電変換部１の受光部を規定することとなる。
【００４０】
遮光膜１３の上には第２の絶縁膜１６が形成されていて、第２の絶縁膜１６上の垂直転送チャネル２と重なり合う領域、すなわち、光電変換部１の垂直列間部に相当する部分には、タングステン(Ｗ)からなるシャント配線１４が形成されている。このシャント配線１４は、それぞれ対応する垂直転送電極１１と接続されて、垂直転送電極１１に駆動パルスを供給する。
【００４１】
例えば、図１に示す固体撮像装置では、図中右側のシャント配線１４は、図中の中央上側に示した光電変換部１の下側に位置する第２垂直転送電極１１Ｂと、接続部である脚部２１で接続されている。また、図中左側のシャント配線１４は、図中の中央下側に示した光電変換部１の図中上側に位置する第１垂直転送電極１１Ａと、接続部である脚部２１で接続されている。このように、異なるシャント配線が異なる垂直転送電極１１と接続され、シャント配線１４を通じて垂直転送電極１１に垂直駆動パルスを印加することにより、垂直転送電極１１が駆動され、光電変換部１からの電荷の読み出しと列方向の電荷の転送を行う。なお、シャント配線１４と垂直間転送電極１１との接続の組は、固体撮像装置の駆動の相によって異なる。例えば４相駆動の場合は、隣接する４本のシャント配線が、それぞれ異なる垂直転送電極と接続されることとなる。
【００４２】
シャント配線１４の上には、さらに上層の層間絶縁膜やカラーフィルタ、オンチップレンズ等が形成されるが、通常の固体撮像装置と同様の構成となっているため、ここではその説明と図示を省略する。なお、シャント配線１４の幅方向、すなわち固体撮像装置の行方向の寸法は、光電変換部１の垂直列間に形成されている遮光膜１３の寸法と同一かまたはそれ以下となっていて、シャント配線１４によって受光部に入射する光が遮られることはない。
【００４３】
次に、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分について説明する。
【００４４】
図１および図２（ｂ）に示すように、シャント配線１４と垂直転送電極１１Ｂとの接続部分では、遮光膜１３に略正方形の接続部開口１７が形成されていて、この接続部開口１７を貫通するようにシャント配線１４と一体でシャント配線の厚さ方向、すなわち図２（ｂ）の上下方向に延在する脚部２１が設けられている。なお、図２（ｂ）より明らかなように、この脚部２１は、第１の絶縁膜１５と第２の絶縁膜１６をも貫通して第２垂直転送電極１１Ｂに接触することで、シャント配線１４との電気的導通を図っている。
【００４５】
ここで、脚部２１と遮光膜１３とが接触して導通してしまうことを回避するためには、脚部２１を遮光膜１３の接続部開口１７の中央に位置させるようにすることが好ましい。遮光膜１３の導通部開口１７内には第２の絶縁膜１６が形成されているが、脚部２１と遮光膜１３との間隔とが近すぎると、第２の絶縁膜１６があっても両者間に電気的導通が生じるおそれがある。この電気的導通は、遮光膜１３と脚部２１との間隔が最も狭い部分で生じるから、脚部２１を接続部開口１７の中央に位置させることで、脚部２１と遮光膜１３との間隔が最も小さくなる部分における間隔を、最大限の値とすることができるからである。
【００４６】
本実施形態にかかる固体撮像素子の具体的な動作状況を考えてみると、遮光膜１３はＧＮＤ（０Ｖ）に接地され、シャント配線１４の脚部２１は垂直転送電極と接続されているため、垂直転送用のパルスである、Ｈｉｇｈ：０Ｖ、Ｌｏｗ：−６Ｖと、読み出し時に印加される１２Ｖが印加されることとなる。そのために、遮光膜１３と脚部２１との間に要求される耐圧は、１２Ｖ以上となる。ここで、第２の絶縁膜１６の耐圧が、２ＭＶ／ｃｍとするならば、膜厚、すなわち、遮光膜１３と脚部２１との間隔は、６０ｎｍ以上必要であることがわかる。
【００４７】
上記したように、遮光膜１３と脚部２１との間隔を確保するために、脚部２１を遮光膜１３の接続部開口１７の中央部に位置させることが好ましいが、そのためには、遮光膜１３の接続部開口１７の内部にサイドウォールを形成することが有効である。そこで、以下、このような遮光膜１３の接続部開口１７の内壁部分にサイドウォールを形成し、このサイドウォールを形成した後にシャント配線１４と脚部２１とを一体的に形成する方法について、図３および図４を用いて説明する。また、以下の説明では、遮光膜１３と、シャント配線１４および脚部２１との絶縁性に影響のある絶縁性膜について、その膜厚などの具体的数値を例示する。
【００４８】
図３および図４は、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法を示す断面構成図である。なお、図３（ａ）と図３（ｃ）、図４（ａ）と図４（ｃ）と図４（ｅ）とが、シャント配線１４と第２垂直転送電極１１Ｂとの間の接続部分ではない部分である、図１におけるＡ−Ａ線部分の断面構成を示す。また、図３（ｂ）と図３（ｄ）、図４（ｂ）と図４（ｄ）と図４（ｆ）とが、シャント配線１４と第２垂直転送電極１１Ｂとの間の接続部分であり、脚部２１が形成されている図１におけるＢ−Ｂ線部分の断面構成を示している。
【００４９】
図３（ａ）および図３（ｂ）の状態では、第２の絶縁膜１６までが既に形成されている。すなわち、半導体基板２２に、図示しない光電変換部と、光電変換部の垂直列間部に垂直転送チャネル２とが形成されていて、その上の表面酸化膜１２を介して、垂直転送電極１１（１１Ｂ）が所定のパターンに形成され、第１の絶縁膜１５、窓部３が形成された遮光膜１３，第２の絶縁膜１６が形成されている状態である。なお、本実施形態において、第２の絶縁膜１６の膜厚は、１００ｎｍである。
【００５０】
そして、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜１６の上にはレジスト膜２３が形成され、このレジスト膜２３には、図３（ｂ）に示すようにシャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分として、後に遮光膜１３の接続部開口１７が形成される部分がパターン化されて除去されている。なお、本実施形態において、このレジスト膜２３の抜きパターンの大きさは、例えば３００ｎｍ角である。このため、このパターン化は、一般的に用いられるフォトリソグラフ法によって露光マスクを用いる等して容易に行うことができる。
【００５１】
次に、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、このレジスト膜２３をマスクとして使用することで、第２の層間絶縁膜１６、遮光膜１３，および、第１の層間絶縁膜１５に開口を形成する。
【００５２】
その後、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、レジスト膜２３を除去する。ここで、遮光膜１３に形成された開口が遮光膜１３の接続部開口１７となる。
【００５３】
次に、図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すようにシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜１８を形成する。本実施形態において、第３の絶縁膜１８の膜厚は１００ｎｍである。
【００５４】
そして、この第３の絶縁膜１８に異方性エッチングを施すことで、図４（ｅ）および図４（ｆ）に示すように、遮光膜１３の接続部開口１７が形成されている部分の内壁と、受光部の周りを取り囲む部分の第２の絶縁膜１６の内壁に、サイドウォール１９が形成される。
【００５５】
そして、図４（ｆ）に示すように、タングステン(Ｗ)膜をスパッタあるいは、スパッタとＣＶＤの複合で形成し、所望の幅に加工することでシャント配線１４を形成する。
【００５６】
このとき、遮光膜１３に形成された接続部開口１７の部分では、第２の絶縁膜１６，遮光膜１３，第１の絶縁膜１５が積層されている部分の側壁部分に、サイドウォール１９が形成されている。サイドウォール１９の膜厚は、第３の絶縁膜の厚さ１００ｎｍよりもやや薄くなるが、上記検討した必要最低膜厚の６０ｎｍ以上は十分に確保できる。サイドウォール１９によって、全体的な開口部分の形状が、上部が広がった窪み状となっているためにタングステン膜が入り込みやすくなる。また、サイドウォール１９形成後の開口部分の大きさは、レジスト膜に形成した抜きパターンの大きさである３００ｎｍから、１００ｎｍ弱の膜厚のサイドウォール１９の膜厚２つ分を引いた大きさとなり、少なくとも１００ｎｍ角以上の大きさが確保できる。このため、シャント配線１４と同時に形成される脚部２１は、垂直配線電極１１まで容易に到達できる。したがって、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続が確実にでき、シャント配線１４と遮光膜１３との間にコンタクト抵抗が生じてしまうという問題の発生を確実に回避することができる。なお、サイドウォール１９を形成する際のオーバーエッチングによって、第２の絶縁膜１６の厚みは、当初の１００ｎｍよりも薄くなってしまうが、このオーバーエッチングによってエッチングされる膜厚を４０ｎｍ以下にコントロールすることは容易である。このため、サイドウォール１９形成時のオーバーエッチングを考慮しても、第２の絶縁膜１６の厚さとして、６０ｎｍ以上を確保することができるので、遮光膜１３とシャント配線１４との間の耐圧も問題はない。
【００５７】
上記説明したように、サイドウォール１９を形成することで、遮光膜１３と、シャント配線１４と同時に形成される脚部２１との間の電気的絶縁は、遮光膜１３と脚部２１との間隔、すなわち、第３の絶縁膜１８がエッチングされることで形成されたサイドウォール１９の厚みで決定することとなる。この、接続部開口１７に形成されたサイドウォール１９の厚みは、第３の絶縁膜１８の膜厚制御で調整できるため、リソグラフィーの加工精度に影響されずに必要な厚さを確保することができる。また、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分の位置合わせのためのマージンを考慮する必要がなくなり、受光部の大きさを十分に大きくすることができるので、固体撮像装置としての受光感度を向上させることができる。
【００５８】
さらに、一般に、配線加工において、段差があると段差部でのエッチング加工残りが発生しやすいが、本実施形態の固体撮像装置の製造方法として示したようなサイドウォール１９を形成することでこのような段差が緩和されることとなる。このため、加工残りを防止するためのエッチングの過剰な追加を必要としないようにできる。その結果、過剰なエッチングが原因のエッチングダメージが緩和されるので、本実施形態で示したように、受光部の周囲の第２絶縁膜１６の内壁にもサイドウォール１９を形成することで、受光部における白キズの発生などの画質不良を低減する効果が得られる。
【００５９】
なお、第２の絶縁膜１６をシリコン酸化膜の上層にシリコン窒化膜を積層した２層構造のものとすることで、シリコン酸化膜である第３の絶縁膜１８を用いたサイドウォール１９形成の際に、シリコン窒化膜を異方性エッチングのエッチングストッパとして利用することができるので好適である。
【００６０】
また、図１に示すように、本実施形態における接続部開口１７は、略正方形の形状としたが、これに限られものではなく、図５（ａ）に示すように長方形を含む矩形状や、その他、図５（ｂ）に示す楕円形または長円形、図５（ｃ）に示す円形のものであっても良いことはいうまでもない。特に図５（ａ）で示す長方形や、図５（ｂ）で示す楕円形や長円形のように、接続部開口１７の開口形状が長手方向と短い方向とを有する形状である場合には、接続部開口１７の長手方向を、接続される垂直転送電極１１Ａまたは１１Ｂの形成方向とほぼ平行にすることが好ましい。このように、接続部開口１７の長手方向を、垂直転送電極１１の形成方向と揃えることで、接続開口部１７を形成するときのマージンを大きくとることができ、不所望な短絡が生じにくくなって信頼性を向上させることができる。また、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分の面積が大きくなって電気的抵抗を低下させるので、固体撮像装置の高速化にも効果を発揮する。
【００６１】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置における撮像部の主要構成を説明する平面図である。また、図７（ａ）は図６のＣ−Ｃ線における断面構成を示す模式図、また、図７（ｂ）は同じく図６中にＤ−Ｄ線として示した部分の断面構成を示す模式図である。なお、これら図６および図７に示す本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置は、基本構成の部分では、図１および図２に示した第１の実施形態にかかる固体撮像装置と同じである。したがって、共通する部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６２】
図６、図７に示すように本実施形態の固体撮像装置は、垂直転送チャネル２上の遮光膜１３に垂直転送チャネル２の形成方向に沿ったスリット部２４が形成されている。また、シャント配線１４と一体でその厚さ方向に延在する脚部２１が、シャント配線１４の長さ方向、すなわちシャント配線１４の形成方向（図６における上下方向）に連続して形成されていて、この脚部２１は遮蔽膜１３のスリット部２４に入り込む形となっている。
【００６３】
さらに、遮蔽膜１３のスリット部２４の底部に相当する垂直転送電極１１上には、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分を除いて、窒化膜からなるストッパ層２０が形成されている。このストッパ層２０の膜厚を、サイドウォール１９形成時のオーバーエッチング量との関係で適切に設定することによって、シャント配線１４の脚部２１と垂直転送電極１１との間の電気的絶縁層の役目を果たさせることができる。このため、ストッパ層２０が形成されている、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続部分以外の部分では、両者の電気的導通を生じなくさせることができる。一般に酸化膜である第３の絶縁層１８と、窒化膜であるストッパ層２０との選択比は１０以上にすることができる。第１の実施形態で説明したように、サイドウォール１９を形成するときのオーバーエッチング量を４０ｎｍ以下としているから、サイドウォール１９形成時のストッパ層２０がエッチングされる膜厚を４ｎｍ以下にすることができる。したがって、ストッパ層２０の当初の膜厚を５０ｎｍとすれば、オーバーエッチングされたとしても４０ｎｍ以上の膜厚を確保することができる。ここで、窒化膜の耐圧は、酸化膜の耐圧の１．５倍以上となるので、４０ｎｍの窒化膜は６０ｎｍの酸化膜に相当し、前述した必要最低限の膜厚が確保されることになるからである。
【００６４】
このため、シャント配線１４と一体の脚部２１が、遮光膜１３に形成されたスリット部２４の中に入り込む形状となっていても、シャント配線１４と垂直転送電極１１とは、接続部分で意図的に接続されているもの同士のみが電気的導通を得ていることとなるので、第１の実施形態で示した固体撮像装置と同じく、シャント配線１４から所定の垂直転送電極にそれぞれの駆動相に応じた駆動パルスを印加する構造とすることができる。この結果、垂直転送電極１１の電気抵抗の大きさによる影響を得ることなく、光電変換部１からの電荷の読み出しを行うことができる。
【００６５】
本実施形態にかかる固体撮像装置では、シャント配線１４と一体の脚部２１が、シャント配線１４の長さ方向全体にわたって形成されている。このため、脚部２１を含めたシャント配線１４全体として考えたときに、シャント配線１４の膜厚を厚くしたのと同じこととなり、シャント配線１４の抵抗値を下げることができる。したがって、垂直転送電極１１に適宜印加する駆動パルスのロスを大幅に抑制することができ、固体撮像装置の低消費電力化ができる。また、シャント配線１４の抵抗値が小さいことを利用して、より高速な駆動を実現することができる。
【００６６】
さらにまた、シャント配線１４と一体の脚部２１が遮光膜１３に形成されたスリット部２４に食い込む形となっているため、シャント配線１４の膜剥がれを防止する効果が得られる。
【００６７】
なお、本実施形態にかかる固体撮像装置において、脚部２１と遮光膜１３とは、スリット部２４の長さ方向と垂直な幅方向、すなわち、図７（ａ）、図７（ｂ）における横方向のみが近接することとなる。このため両者の接触を避ける上では、脚部２１をスリット部２４の幅方向において中央に位置するようにすることが重要となる。そして、このように、シャント配線１４と一体の脚部２１と遮光膜１３との接触を避ける上では、本実施形態にかかる固体撮像装置においても、スリット部２４の長手方向側面にサイドウォールを形成することが、より好ましいと言える。
【００６８】
以下、図８および図９を用いて、本実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を説明する。なお、図８および図９は、第１の実施形態の説明に用いた図３および図４と同じく、図８（ａ）と図８（ｃ）、図９（ａ）と図９（ｃ）と図９（ｅ）とが、シャント配線１４と第２垂直転送電極１１Ｂとの間の接続部分ではない部分でストッパ層２０が形成されている部分である、図６におけるＣ−Ｃ線部分の断面構成を示す。また、図８（ｂ）と図８（ｄ）、図９（ｂ）と図９（ｄ）と図９（ｆ）とが、シャント配線１４と第２垂直転送電極１１Ｂとの間の接続部分であり、ストッパ層２０が形成されていない部分である、図６におけるＤ−Ｄ線部分の断面構成を示している。
【００６９】
図８（ａ）および図８（ｂ）の状態では、第２の絶縁膜１６までが既に形成されている。すなわち、半導体基板２２に図示しない光電変換部と、光電変換部の垂直列間部に垂直転送チャネル２とが形成されていて、その上の表面酸化膜１２を介して、パターン化された垂直転送電極１１、第１の絶縁膜１５、遮光膜１３，第２の絶縁膜１６が順次積層されている。
【００７０】
そして、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、第２の絶縁膜１６の上にはレジスト膜２３が形成され、このレジスト膜２３には、垂直転送チャネル２の形成方向に沿って後に遮光膜１３に形成されるスリット部２４となる部分が、パターン化されて除去されている。上記したように、本実施形態にかかる固体撮像装置では、スリット部２４が連続的に形成されるため、シャント配線と垂直転送電極との接続部分の断面形状を示す図８（ｂ）のみならず、図８（ａ）の部分でも、同じ幅でレジスト膜２３が除去されている。
【００７１】
なお、図８（ａ）に示す、シャント配線と垂直転送電極との接続部分以外の部分には、レジスト膜２３の除去部分の幅、すなわち後に形成される遮光膜１３のスリット幅と同じか少し広い幅となるように、あらかじめ垂直転送電極１１の上にストッパ層２０が形成されている。なお、このストッパ２０を、接続部を持たない垂直転送電極１１全体を覆うように形成しておくことで、位置ずれのマージンをより大きく確保することができる。
【００７２】
次に、図８（ｃ）および図８（ｄ）に示すように、このレジスト膜２３をマスクとして使用することで、第２の層間絶縁膜１６、遮光膜１３，および、第１の層間絶縁膜１５にスリット状の開口部を形成する。この開口部の形成は、エッチングにより行われるが、図８（ｃ）の部分にはエッチングストッパとなるストッパ層２０が形成されているため、エッチングが停止しストッパ層２０には開口は形成されない。
【００７３】
その後、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、レジスト膜２３を除去する。ここで、遮光膜１３に形成された開口部が遮光膜１３のスリット部２４となる。
【００７４】
次に、図９（ｃ）および図９（ｄ）に示すようにシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜１８を形成する。
【００７５】
そして、この第３の絶縁膜１８に異方性エッチングを施して、図９（ｅ）および図９（ｆ）に示すように、遮光膜１３のスリット部２４の長手方向の側面に当たる側壁内側の部分と、受光部の周りを取り囲む部分の第２の絶縁膜１６の内壁部分に、サイドウォール１９が形成される。このとき、上記したように、酸化膜である第３の絶縁層１８のエッチングレートを窒化膜であるストッパ層２０のエッチングレートよりも大きくすることで、サイドウォール１９を形成する工程を経た後のスリット部２４の底部に、ストッパ層２０をそのまま残すことができる。
【００７６】
そして、図９（ｆ）に示すように、タングステン(Ｗ)膜をスパッタあるいは、スパッタとＣＶＤの複合で形成し、所望の幅に加工することにより絶縁してシャント配線１４とする。このとき、サイドウォール１９が形成されていることでスリット部２４の形状が、上部が広がった窪み状となっているために、シャント配線１４と同時に形成される脚部２１は、タングステン膜が入りやすくなってスリット部２４の底部にまで容易に到達する。したがって、図９（ｆ）で示す接続部分では、シャント配線１４と垂直転送電極１１との接続が確実にできる。また、図９（ｅ）で示す部分では、シャント配線１４と垂直転送電極１１との絶縁膜を兼ねるストッパ膜２０まで脚部２１が確実に到達する。その結果、シャント配線１４と垂直転送電極１１との間に、接触抵抗が生じて起きる弊害を効果的に防止することができると共に、脚部２１がスリット部２４の中に入り込む形状となっているために生じる、シャント配線１４の膜剥がれの防止効果を確実に得ることができる。
【００７７】
なお、本実施形態においても、第１の実施形態として説明したものと同様に、第２の絶縁膜１６、および、第３の絶縁膜１８の膜厚を１００ｎｍとし、スリットの開口部の幅を３００ｎｍとすること、および、サイドウォール１９形成時のオーバーエッチング量を適切にコントロールすることで、シャント配線１４および脚部２１と、垂直転送電極１１，または、遮光膜１３との間の絶縁を十分に保つことができる。
【００７８】
また、サイドウォール部１９を形成することで得られる、段差部が緩和されることによる受光部における白キズの発生などの画質不良を低減する効果や、遮光膜１３とシャント配線１４と一体の脚部２１との間隔を正しく規定することで得られる、両者間の絶縁を確実に得ることができるようになる効果なども、第１の実施形態にかかる固体撮像装置と同様に得ることができる。
【００７９】
なお、図６に示すように、本実施形態においても脚部２１の断面形状は略正方形とし、ストッパ層２０が形成されていない領域の形状も略正方形としたが、この形状に限られないことは言うまでもない。第１の実施形態において、接続部開口１７の形状のバリエーションとして、長方形や楕円、長円形、さらには円形としたものについて、図５を用いて示したが、本実施形態における脚部２１の断面形状、および、ストッパ層２０が形成されていない領域の形状も、図５に示した各種の形状とすることができる。また、脚部２１およびストッパ層２０の形成されていない領域の形状を、長方形や長円形の形状として、その長手方向を垂直転送電極１１の形成方向と揃えることで、信頼性の向上と固体撮像装置の高速化が図れると言う点も、上記第１の実施形態と同様である。
【００８０】
上記したように、本実施形態にかかる固体撮像装置は、シャント配線１４の厚みを増した場合と同じ効果が得られるので、シャント配線１４の実効的な抵抗値を低くすることができる。このため、本実施形態にかかる固体撮像装置を用いることにより、高速駆動が可能な、もしくは、低消費電力動作が可能な、高画質のスチルカメラ及びビデオカメラを実現することができる。なお、上記のようにシャント配線１４の断面の面積を拡大することとなるため、シャント配線１４の抵抗値を保ったまま、その幅を狭くすることが可能となる。よって、駆動周波数を速くしない場合には、撮像画素サイズのさらなる縮小が可能となる。
【００８１】
次に、図１０および図１１を用いて、本実施形態にかかる固体撮像装置の応用例を説明する。図１０は、本実施形態にかかる固体撮像装置の応用例の主要構成を説明する平面図である。また、図１１（ａ）は図１０のＥ−Ｅ線における断面構成を示す模式図、また、図１１（ｂ）は同じく図１０中にＦ−Ｆ線として示した部分の断面構成を示す模式図である。なお、これら図１０および図１１に示す本実施形態にかかる固体撮像装置の応用例は、基本構成の部分では、図７および図８に示した第２の実施形態にかかる固体撮像装置と同じである。したがって、共通する部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
図１０および図１１で示す応用例は、第２の実施形態にかかる固体撮像装置において、第３の絶縁膜１８がシリコン酸化膜で形成される場合に、ストッパ層２０としてシリコン窒化膜を選択した場合のものである。そして、図１０および図１１に示すように、ストッパ層２０を遮光膜１３のスリット部２４の底部に相当する垂直転送電極１１上だけでなく、同時に半導体基板２２の光電変換部１が形成された位置における表面酸化膜１２上に形成していることが特徴である。
【００８３】
シリコンナイトライド膜は、その屈折率がｎ＝２程度であるため、ｎ＝５弱程度のシリコン基板の場合の光電変換部の屈折率と、ｎ＝１．５弱程度の表面酸化膜１２の界面での屈折率との間の値を有するため、反射防止膜としての機能を発揮できる。このため、ストッパ層２０を形成するときのマスクパターンを少し変えるだけで、応用例として示した、反射防止膜を備えたさらに感度が高い固体撮像装置を得ることができるのである。
【００８４】
以上、本発明の固体撮像装置とその製造方法を、実施形態を示して説明してきたが、本発明はこの実施形態に示したものに限られるわけではない。
【００８５】
例えば、上記各実施形態では、第１垂直転送電極１１Ａと第２垂直転送電極１１Ｂとが、互いに重なり合っている構成を図示して説明したが、これを重なり合わない単層構造とすることができる。その場合にも、本発明の特有の効果は何ら失われずに、固体撮像装置の垂直方向、すなわち光電変換部の列方向における撮像画素の微細化を推進することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明にかかる固体撮像装置およびその製造方法によれば、撮像感度が高く、かつ、高速信号処理が可能な、高画質の固体撮像装置を実現でき、固体撮像装置、特にＣＣＤ型の固体撮像装置等としてデジタルカメラやビデオカメラに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の撮像部の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の撮像部の断面構成を示す模式図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線における断面構成を、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線における断面構成を示す。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す断面構成図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す断面構成図で図３の後の状態を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる固体撮像装置の接続部開口の形状を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の撮像部の構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の撮像部の断面構成を示す模式図であり、（ａ）は図６のＣ−Ｃ線における断面構成を、（ｂ）は図６のＤ−Ｄ線における断面構成を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す断面構成図である。
【図９】本発明の第２の実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す断面構成図で図８の後の状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の応用例にかかる固体撮像装置の撮像部の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の応用例にかかる固体撮像装置の撮像部の断面構成を示す模式図であり、（ａ）は図１０のＥ−Ｅ線における断面構成を、（ｂ）は図１０のＦ−Ｆ線における断面構成を示す。
【図１２】従来の固体撮像装置の撮像部の構成を示す平面図である。
【図１３】従来の固体撮像装置の撮像部の断面構成を示す模式図であり、（ａ）は図１２のａ−ａ線における断面構成を、（ｂ）は図１２のｂ−ｂ線における断面構成を示す。
【符号の説明】
【００８８】
１      光電変換部
２      垂直転送チャネル
３      窓部
１１    垂直転送電極
１１Ａ  第１垂直転送電極
１１Ｂ  第２垂直転送電極
１２    表面酸化膜
１３    遮光膜
１４    シャント配線
１５    第１の絶縁膜
１６    第２の絶縁膜
１７    接続部開口
１８    第３の絶縁膜
１９    サイドウォール
２０    ストッパ層
２１    脚部
２２    半導体基板
２３    レジスト膜
２４    スリット部
１０１  光電変換部
１０２  垂直転送チャネル
１１１  垂直転送電極
１１３  遮光膜
１１４  シャント配線
１１５  第１の絶縁膜
１１６  第２の絶縁膜
１２１  コンタクト部
１２２  半導体基板
【図１】
2009027132.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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【図１２】
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【図１３】
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