(57)【要約】【課題】受光面からマイクロレンズまでの高さを増加させることなく、ＯＢ領域の遮光性を向上させる。【解決手段】固体撮像装置１０は複数の受光素子１１を有する。複数の受光素子１１は、撮像信号を得るための有効画素領域１３と、黒レベルの基準信号を得るためのＯＢ領域１４とに配列されている。第１遮光膜３７は、有効画素領域１３及びＯＢ領域１４の転送電極３５を覆うとともにＯＢ領域１４の受光素子１１の受光面を覆っている。層間絶縁膜３８は、受光素子１１の受光面に向けて突出した下凸部３８ａを有する。この層間絶縁膜３８の下凸部３８ａのうちＯＢ領域１４の下凸部３８ａに、アルミニウムの第２遮光膜３９を形成する。【選択図】図３
2009088233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像信号を得るための有効画素領域および黒レベルの基準信号を得るためのオプティカルブラック領域に配列された複数の受光素子と、前記受光素子で光電変換した信号電荷を読み出すための電極と、前記電極を覆うとともに前記オプティカルブラック領域の受光素子の受光面を覆う第１遮光膜とを有する固体撮像装置において、
前記第１遮光膜上を覆い、前記受光素子の受光面に向けて突出した下凸部を有する絶縁膜と、
前記絶縁膜の下凸部のうち前記オプティカルブラック領域の下凸部に形成された第２遮光膜とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１遮光膜はタングステンからなることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２遮光膜はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記絶縁膜の上に前記絶縁膜よりも屈折率の高い膜からなる層内レンズを備えることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記絶縁膜はＢＰＳＧからなることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記層内レンズはシリコン窒化膜からなることを特徴とする請求項４または５記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換により生成した信号電荷を電圧信号に変換して出力する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の電子式カメラには、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像装置が組み込まれている。これらの固体撮像装置は二次元的に配列された複数の受光素子を備え、これら複数の受光素子は、有効な撮像信号を得るための有効画素領域と、黒レベルの基準信号を得るためのオプティカルブラック領域（以下「ＯＢ領域」という）とに配列されている。
【０００３】
受光素子の上方には、層間絶縁膜、層内レンズ、カラーフィルター、及びマイクロレンズが固体撮像装置の厚み方向に順に積層されている。マイクロレンズを介して集光された光は、カラーフィルタを透過する。そして、カラーフィルタを透過した光は、層内レンズにより更に集光された後に、受光素子の受光面で受光される。
【０００４】
ＣＣＤ型の固体撮像装置では、受光素子での光電変換により生成された信号電荷が、読み出しゲートを介して、垂直転送部により読み出される。垂直転送部により読み出された信号電荷は、水平転送部に転送される。そして、信号電荷は、出力アンプにより電圧信号に変換され外部出力される。
【０００５】
有効画素領域では、垂直転送電極を遮光膜で覆うことにより、その垂直転送電極に光が入り込むことを防止している。これにより、筋状または帯状の白ノイズが再生画面上に現れること、即ちスミアの発生を防止している。また、ＯＢ領域では、垂直転送電極を覆うとともに、受光素子の受光面を覆っている。また、ＯＢ領域の遮光性を向上させるために、ＯＢ領域の遮光膜を二重にすることも知られている。これにより、透過光によるノイズ電荷の発生を抑制し、黒レベルの基準信号を確実に取得している（特許文献１及び２参照）。
【特許文献１】特開平３−１６９０７８号公報
【特許文献２】特開２００７−１３４６６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献では、ＯＢ領域を二重の遮光膜で覆うことにより、ＯＢ領域と有効画素領域とで遮光膜の上面までの高さが異なっている。この上に絶縁膜を堆積し、その上にマイクロレンズを形成すると、二重遮光膜の高さが要因となって、受光面からマイクロレンズまでの高さが通常より高くなってしまう。
【０００７】
このように、受光面からマイクロレンズまでの高さが増すと、マイクロレンズの光軸に対して斜めに入射する光が受光面に入射しにくくなり、受光特性に劣化が生じるおそれがある。そのため、受光面からマイクロレンズまでの高さの増加に対応して、マイクロレンズの焦点距離を調整する必要があった。
【０００８】
本発明は、受光面からマイクロレンズまでの高さを増加させることなく、ＯＢ領域の遮光性を向上させることができる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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、撮像信号を得るための有効画素領域および黒レベルの基準信号を得るためのオプティカルブラック領域に配列された複数の受光素子と、前記受光素子で光電変換した信号電荷を読み出すための電極と、前記電極を覆うとともに前記オプティカルブラック領域の受光素子の受光面を覆う第１遮光膜とを有する固体撮像装置において、前記第１遮光膜上を覆い、前記受光素子の受光面に向けて突出した下凸部を有する絶縁膜と、前記絶縁膜の下凸部のうち前記オプティカルブラック領域の下凸部に形成された第２遮光膜とを備えることを特徴とする。
【００１０】
前記第１遮光膜はタングステンからなることが好ましい。前記第２遮光膜はアルミニウムからなることが好ましい。前記絶縁膜の上に前記絶縁膜よりも屈折率の高い膜からなる層内レンズを備えることが好ましい。前記絶縁膜はＢＰＳＧからなることが好ましい。前記層内レンズはシリコン窒化膜からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、受光面からマイクロレンズまでの高さを増加させることなく、ＯＢ領域の遮光性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に示すように、本発明の固体撮像装置１０は、インターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサとして構成され、複数の受光素子１１が水平方向（Ｘ方向）とこれに直交する垂直方向（Ｙ方向）に沿って２次元マトリクス状（正方格子状）に配列されている。複数の受光素子１１は、有効な撮像信号を得るための有効画素領域１３と、黒レベルの基準信号を得るためのオプティカルブラック領域１４（以下「ＯＢ領域」という）とに配列されている。なお、図２に示すように、ＯＢ領域１４は、実際には、有効画素領域１３の周囲を取り囲むように形成されている。
【００１３】
各受光素子１１には読み出しゲート１６が接続されており、この読み出しゲート１６は垂直転送路１８と接続している。また、各垂直転送路１８は水平転送路２０に接続し、この水平転送路２０の終端には出力アンプ２２が接続されている。
【００１４】
各受光素子１１は、入射光量に応じた量の信号電荷を光電変換により生成し蓄積する。蓄積期間（露光期間）が終了すると、各受光素子１１に蓄積された信号電荷は、読み出しゲート１６を介して、一斉に垂直転送路１８に移送される。垂直転送路１８に移送された信号電荷は、順に水平転送路２０に向けて垂直転送される。水平転送路２０に移送された信号電荷は、順に出力アンプ２２に向けて水平転送され、画素単位ごとに出力アンプ２２に入力される。出力アンプ２２は、入力された信号電荷を順に電荷量に応じた電圧信号に変換し、撮像信号として外部に出力する。
【００１５】
図３に示すように、ｎ型シリコンからなる半導体基板３０の表層にはｐ型ウェル層３１が形成されている。ｐ型ウェル層３１内にはｎ型層から構成される受光素子１１が形成されており、この受光素子１１は光電変換により信号電荷（この場合を電子）を生成して蓄積する。受光素子１１の上には、暗電流を防止するためのｐ＋型のホール蓄積層３２が形成されている。
【００１６】
受光素子１１の一方の側方には、ｐ型ウェル層３１の表層部からなる読み出しゲート１６を介して、ｎ型層からなる垂直転送路１８が形成されている。受光素子１１の他方の側方には、ｐ＋型層からなるチャネルストップ３３を介して隣接画素に属する垂直転送路１８が形成されている。
【００１７】
半導体基板３０の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなるゲート絶縁膜３４が形成され、このゲート絶縁膜３４上には、垂直転送路１８、読み出しゲート１６、及びチャネルストップ３３の略直上を覆うように、ポリシリコン等からなる転送電極３５が形成されている。絶縁膜３６は酸化シリコン等からなり、ゲート絶縁膜３４及び転送電極３５を覆っている。
【００１８】
第１遮光膜３７はタングステン等からなり、有効画素領域１３の転送電極３５の上方及び側方を覆っている。また、第１遮光膜３７は、ＯＢ領域１４の転送電極３５の上方及び側方を覆うとともに、ＯＢ領域１４の受光素子１１の受光面をも覆っている。
【００１９】
層間絶縁膜３８はＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）からなる。層間絶縁膜３８は、受光素子１１の受光面に向けて突出した下凸部３８ａと、転送電極３５上に上方向に突出した上凸部３８ｂとを有している。第２遮光膜３９はアルミニウムからなり、ＯＢ領域１４内に位置する層間絶縁膜３８の下凸部３８ａに形成されている。ここで、第２遮光膜３９を形成する位置は図３に示す位置に限る必要はなく、上凸部３８ｂの上端よりも低い位置に形成されていればよい。
【００２０】
層間絶縁膜３８上には、層間絶縁膜３８より屈折率が高い窒化シリコン（ＳｉＮ）が積層され、受光素子１１の受光面に向けて突出した下凸形状の層内レンズ４０が形成されている。層内レンズ４０の上面は平坦化されており、その上には、透光性の有機膜からなる平坦化膜４１を介して、カラーフィルタ４２が形成されている。さらに、カラーフィルタ４２の上には、平坦化膜４１と同様の平坦化膜４３を介して、上凸形状のマイクロレンズ４４が形成されている。
【００２１】
以上のように、ＯＢ領域１４では、第１遮光膜３７に加え、層間絶縁膜３８の下凸部３８ａに形成した第２遮光膜３９を用いて二重に遮光を行うことにより、ＯＢ領域１４の遮光性を向上させることができる。また、第１遮光膜３７はタングステンにより形成されているため遮光性が高くないが、第２遮光膜３９に遮光性の高いアルミニウムを用いることで、遮光性が飛躍的に向上する。
【００２２】
次に、固体撮像装置の製造方法を図３を参照しながら説明する。半導体基板３０内にｐ型及びｎ型の不純物イオンを注入することにより、ｐ型ウェル層３１、受光素子１１、ホール蓄積層３２、チャネルストップ３３、垂直転送路１８、読み出しゲート１６を形成する。そして、半導体基板３０上にゲート絶縁膜３４を形成し、このゲート絶縁膜３４上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によりポリシリコン膜を形成した後、フォトリソグラフィによって形成したレジストマスクに基づいてポリシリコン層をパターンニングすることにより転送電極３５を形成する。なお、転送電極３５の表層をシリサイド化する工程をポリシリコン膜の形成後に追加してもよい。
【００２３】
次に、ＣＶＤ法によって全面に絶縁膜３６を形成し、この上にスパッタリング法によってチタンナイトライドからなる密着性層（図示せず）を形成し、さらにこの密着性層の上にスパッタリング法によってタングステン膜を形成した後、フォトリソグラフィによって形成したレジストマスクに基づいて、有効画素領域１３の受光素子１１の直上位置に開口を形成するように、タングステン膜及び密着性層をパターンニングする。これにより、第１遮光膜３７が、有効画素領域１３の転送電極３５の上方及び側方、ＯＢ領域１４の転送電極３５の上方及び側方、ＯＢ領域１４の受光素子１１の上方に形成される。
【００２４】
次に、第１遮光膜３７及び受光素子１１の上方を覆うように、ＣＶＤ法によってＢＰＳＧからなる層間絶縁膜３８を形成する。そして、この層間絶縁膜３８に対してリフローを行い、層間絶縁膜３８に受光素子１１に向けて突出する下凸部３８ａを形成する。次に、スパッタリングにより、層間絶縁膜３８にアルミニウム膜を形成する。そして、フォトリソグラフィーにより、層間絶縁膜３８の下凸部３８ａのうちＯＢ領域１４の下凸部３８ａ上にレジストマスクを形成する。そして、このレジストマスクに基づいてアルミニウム膜をパターンニングすることにより、ＯＢ領域１４の下凸部３８ａにアルミニウムからなる第２遮光膜３９を形成する。
【００２５】
次に、層間絶縁膜３８及び第２遮光膜３９を覆うように、ＣＶＤ法によって、窒化シリコン（ＳｉＮ）を積層し、絶縁膜より屈折率が高い高屈折率膜（図示せず）からなる層内レンズ４０を形成する。ここで、ＳｉＮの屈折率は約２．０であり、ＢＰＳＧの屈折率は約１．４５である。そして、高屈折率膜の上面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法やレジストエッチバック法により平坦化する。
【００２６】
次に、層内レンズ４０上に平坦化膜４１を形成し、この平坦化膜４１上にカラーフィルター４２を形成し、さらにカラーフィルター４２上に平坦化膜４３を形成した後、平坦化膜４３上にマイクロレンズ４４を形成することにより、図３に示す断面構造を有する固体撮像装置１０が完成する。
【００２７】
なお、上記実施形態では、固体撮像装置としてインターライン転送方式のＣＣＤ型イメージセンサを例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものでなく、フレーム転送方式のＣＣＤ型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の固体撮像装置を示す平面図である。
【図２】本発明の固体撮像装置を示す平面図である。
【図３】本発明の固体撮像装置を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  固体撮像装置
１１  受光素子
１３  有効画素領域
１４  ＯＢ領域
３７  第１遮光膜
３８  層間絶縁層
３９  第２遮光膜
４０  層内レンズ
【図１】
2009088233.tif 000003
【図２】
2009088233.tif 000004
【図３】
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