JP2001352050A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャント配線の厚み分だけ受光部表面からの
オンチップレンズの高さの自由度を高めて、固体撮像装
置の感度特性の向上を図るとともにスミアの低減を図
る。 【解決手段】 電荷転送部と、この電荷転送部に隣接し
て設けた受光部１２と、受光部１２の光入射側に所定距
離をおいて設けたオンチップレンズ３３とを備えた固体
撮像装置１において、電荷転送部の転送電極２２に溝２
３を形成し、その溝２３内に絶縁膜２４を介してシャン
ト配線２５を形成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置に関
し、詳しくは転送電極上にシャント配線を有する固体撮
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、従来のシャント配線
を有する固体撮像装置１０１では、半導体基板１１１に
フォトダイオード１２１（矢印で示す範囲の領域）が形
成され、そのフォトダイオード１２１に隣接して垂直転
送レジスタ１２２（矢印で示す範囲の領域）が形成され
ている。この半導体基板１１１上にはゲート絶縁膜１１
２を介して転送電極１１３が形成されていて、その転送
電極１１３上に絶縁膜１１４を介してシャント配線１１
５が形成されている。さらにシャント配線１１５を被覆
する絶縁膜１１６を介して遮光膜１１７が形成されてい
て、この遮光膜１１７には上記フォトダイオード１２１
上に開口部１１８が形成されている。この遮光膜１１７
を被覆するようにパッシベーション膜１１９が形成さ
れ、その上に平坦化膜１２０が形成されている。この平
坦化膜１２０上にはカラーフィルター１３１が形成され
ていて、カラーフィルター１３１上に上記フォトダイオ
ード１２１に入射光Ｌを集光するためのオンチップレン
ズ１３２が形成されている。

【０００３】このように、オンチップレンズ１３２を有
する固体撮像装置１０１では、入射光Ｌをオンチップレ
ンズ１３２によって確実に集光することができれば、単
位画素の受光面積は遮光膜１１７に形成された開口部１
１８の面積ではなく、オンチップレンズ１３２の入射面
積によって決まる。

【０００４】上記オンチップレンズ１３２の焦点距離ｆ
は、ｆ＝ｎｒ／（ｎ−１）…で表される。ここで、ｎ
はオンチップレンズ１３２を形成している材料の屈折
率、ｒはオンチップレンズ１３２表面の曲率半径を表し
ている。

【０００５】一方、図５に示すように、シャント配線が
形成されていない固体撮像装置２０１では、前記図４に
よって説明したシャント配線１１５が形成されている固
体撮像装置１０１において、シャント配線１１５および
そのシャント配線１１５を覆う絶縁膜１１６を形成する
必要がなくなる。その他の構成は、前記固体撮像装置１
０１と同様である。

【０００６】したがって、固体撮像装置２０１は、半導
体基板１１１にフォトダイオード１２１（矢印で示す範
囲の領域）が形成され、そのフォトダイオード１２１に
隣接して垂直転送レジスタ１２２（矢印で示す範囲の領
域）が形成されている。また、半導体基板１１１上にゲ
ート絶縁膜１１２を介して転送電極１１３が形成されて
いて、その転送電極１１３を被覆する絶縁膜１１４介し
て遮光膜１１７が形成されていて、この遮光膜１１７に
は上記フォトダイオード１２１上に開口部１１８が形成
されている。この遮光膜１１７を被覆するようにパッシ
ベーション膜１１９が形成され、その上に平坦化膜１２
０が形成されている。この平坦化膜１２０上にはカラー
フィルター１３１が形成されていて、カラーフィルター
１３１上に上記フォトダイオード１２１に入射光Ｌを集
光するためのオンチップレンズ１３２が形成されてい
る。

【０００７】前記固体撮像装置１０１は上記固体撮像装
置２０１と比較して、シャント配線１１５の厚さ分だけ
フォトダイオード１２１表面からオンチップレンズ１３
２までの高さＨが高くなる。そのため、シャント配線が
形成されていない固体撮像装置２０１では、フォトダイ
オード１２１表面からオンチップレンズ１３２までの高
さＨ’とオンチップレンズの焦点距離ｆとを等しくさせ
る自由度が高くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
４によって説明した従来のシャント配線１１５を有する
固体撮像装置１０１は、前記図５によって説明した固体
撮像装置２０１よりも、シャント配線１１５の厚み分だ
け、フォトダイオード１２１表面からオンチップレンズ
１３２までの高さが高くなるため、フォトダイオード１
２１表面からオンチップレンズ１３２までの高さＨの自
由度が低くなる。

【０００９】一方、前記式中の屈折率ｎはオンチップ
レンズを形成している材料で決まるが、曲率半径ｒは隣
接画素におけるオンチップレンズとの距離等の制約を受
けるので、焦点距離ｆの自由度も低い。

【００１０】このように、フォトダイオード表面からオ
ンチップレンズまでの高さＨと焦点距離ｆとの双方の自
由度が小さいと、図６に示すように、フォトダイオード
１２１（矢印で示す範囲の領域）表面からオンチップレ
ンズ１３２下面までの高さＨよりもオンチップレンズ１
３２の焦点距離ｆのほうが小さいという問題が生じる。
この場合、開口部１１８の周囲の遮光膜１１７に遮られ
る光Ｌｃが多くなってフォトダイオード１２１に入射す
る光量が減少するために感度特性が低下するとともに、
フォトダイオード１２１の周縁部から垂直レジスタ１２
２へ斜めに入射する光も多くなってスミアが増大する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた固体撮像装置である。

【００１２】本発明の固体撮像装置は、電荷転送部と、
前記電荷転送部に隣接して設けた受光部と、前記受光部
の光入射側に所定距離をおいて設けたオンチップレンズ
とを備えた固体撮像装置において、前記電荷転送部の転
送電極に形成された溝と、前記溝内に絶縁膜を介して形
成されたシャント配線とを備えたものである。

【００１３】上記固体撮像装置では、転送電極に溝が形
成されていて、その溝内に絶縁膜を介してシャント配線
が形成されていることから、シャント配線は溝内に埋め
込まれた状態に形成されている。したがって、従来の転
送電極上に絶縁膜を介してシャント配線を形成したもの
よりも、受光部表面からオンチップレンズ下面までの距
離（高さ）が溝内に形成したシャント配線の厚み分だけ
低くなる。それによって、受光部表面からオンチップレ
ンズまでの距離（高さ）の自由度が高くなるので、オン
チップレンズの焦点位置を受光部表面に位置させること
が可能になる。

【００１４】本発明の固体撮像装置の製造方法は、電荷
転送部と、前記電荷転送部に隣接して設けた受光部と、
前記受光部の光入射側に所定距離をおいて設けたオンチ
ップレンズとを備えた固体撮像装置の製造方法におい
て、前記電荷転送部の転送電極を形成した後に前記転送
電極に溝を形成する工程と、前記溝の内壁を含む前記転
送電極の表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜を
介して前記溝内にシャント配線を形成する工程とを備え
ている固体撮像装置の製造方法である。

【００１５】上記固体撮像装置の製造方法では、転送電
極に溝を形成して、その溝内に絶縁膜を介してシャント
配線を形成することから、シャント配線は溝内に埋め込
まれた状態に形成される。したがって、従来の転送電極
上に絶縁膜を介してシャント配線を形成する製造方法よ
りも、受光部表面からオンチップレンズ下面までの距離
（高さ）がシャント配線の厚み分だけ低く形成される。
それによって、受光部表面からオンチップレンズまでの
距離（高さ）Ｈの自由度が高くなるため、オンチップレ
ンズの焦点位置を受光部表面に位置させるようにするこ
とが可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の固体撮像装置に係る第１
の実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明す
る。

【００１７】図１に示すように、半導体基板１１上には
受光部１２が形成されている。上記半導体基板１１には
例えばｎ^- 型シリコン基板が用いられている。この半導
体基板１１にはｐウエル領域が形成されている。上記ｐ
ウエル領域には、例えばｎ⁺拡散層が形成されていて、
上記受光部１２がｐｎ接合のフォトダイオードで構成さ
れている。

【００１８】上記受光部１２に隣接して、電荷転送部
（垂直転送レジスタ）となる転送ゲート、垂直ＣＣＤが
形成されている。一例として、上記半導体基板１１の上
記転送ゲートとなる領域にはｐ型拡散層が形成されてい
て、上記半導体基板１１の上記垂直ＣＣＤとなる領域に
はｎ^- 型拡散層が形成されて、垂直転送レジスタとなる
拡散層領域１３が構成されている。そして垂直転送レジ
スタとなる半導体基板１１上にはゲート絶縁膜２１を介
して転送電極２２が形成されている。この転送電極２２
は、例えば導電性を有するポリシリコンからなる。

【００１９】上記転送電極２２の上面側には溝２３が形
成されている。

【００２０】上記溝２３の内壁を含む上記転送電極２２
の表面には、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜２４
が形成されている。この絶縁膜２４の一部は半導体基板
１１上にも形成されていても差支えはない。

【００２１】上記溝２３内には、上記絶縁膜２４を介し
てシャント配線２５が形成されている。このシャント配
線２５は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金等の
金属膜からなる。当然のことながら、シャント配線２５
は、アルミニウム系金属以外の金属材料（一例として、
銅、銅合金、タングステン、チタンタングステン、コバ
ルト、コバルトタングステン等の配線に用いられる金属
材料）、導電性金属化合物材料(一例として、タングス
テンシリサイド、チタンシリサイド等の配線に用いられ
る金属シリサイド、窒化チタン、窒化タングステン等の
導電性を有する金属窒化物)で形成されていてもよい。
図示はしないが、上記絶縁膜２４にはコンタクトホール
が形成されていて、シャント配線２５はコンタクトホー
ルを通じて転送電極２２に接続されている。

【００２２】さらに半導体基板１１上には上記シャント
配線２５を被覆する状態に絶縁膜２６が、例えば酸化シ
リコン膜で形成されている。さらに、上記絶縁膜２４、
２６を介して上記シャント配線２５および転送電極２２
を被覆する遮光膜２７が、例えばアルミニウム系金属膜
で形成されている。遮光膜２７には上記受光部１２上に
開口部２８が形成されている。

【００２３】さらに半導体基板１１上には開口部２８内
とともに遮光膜２７を被覆するパッシベーション膜２９
が、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜された窒化シリ
コン膜で形成されている。上記パッシベーション膜２９
上には透明な平坦化膜３０が、例えば透明な有機絶縁膜
で形成されている。さらに上記平坦化膜３０上にはカラ
ーフィルター３１が形成されている。上記カラーフィル
ター３１上には透明な絶縁膜３２を介してオンチップレ
ンズ３３が形成されている。

【００２４】上記固体撮像装置１では、転送電極２２の
上面側に形成されている溝２３内にシャント配線２５を
埋め込む構造となっているため、受光部１２表面からオ
ンチップレンズ３３下面までの距離（高さ）は、従来の
転送電極上に絶縁膜を介してシャント配線を形成した固
体撮像装置よりも、溝２３に埋め込んだシャント配線２
５の厚さ分だけ低くすることができる。それによって、
オンチップレンズ３３の高さの自由度が高くなる。その
ため、オンチップレンズ３３の焦点が受光部１２表面に
位置するように、例えば平坦化膜３０の厚さを調整して
オンチップレンズ３３の高さを最適化することが容易と
なり、シャント配線２５を設けたことによって生じてい
た感度特性の低下、スミアの増大という問題が解決され
る。

【００２５】次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に
係る実施の形態を、図２および図３の製造工程断面図に
よって説明する。図２では、前記図１によって説明した
構成部品と同様のものには同一符号を付与して示す。

【００２６】図２の（１）に示すように、半導体基板１
１には、例えばｎ^- 型シリコン基板を用い、例えばイオ
ン注入法によって、半導体基板１１の上面側にｐウエル
を形成する。さらに、通常の素子分離技術によって、半
導体基板１１に素子分離領域（図示せず）を形成した
後、イオン注入法によって、素子分離領域下の半導体基
板１１にｐ⁺ チャネルストッパ層（図示せず）を形成す
る。さらに、半導体基板１１の転送ゲートとなる領域に
ｐ型拡散層を形成し、半導体基板１１の垂直ＣＣＤとな
る領域にｎ^- 型拡散層を形成し、垂直転送レジスタとな
る拡散層領域１３を形成する。

【００２７】その後、半導体基板１１上にゲート絶縁膜
２１を形成する。さらにゲート絶縁膜２１上に転送電極
を形成するためのポリシリコン膜（４１）を形成する。
次いで、上記ポリシリコン膜（４１）上にレジスト膜
（図示せず）を塗布形成した後、リソグラフィー技術に
よって、転送電極をエッチング形成するためのマスクパ
ターン形状に上記レジスト膜を加工してマスクパターン
（図示せず）を形成する。その後、マスクパターンをマ
スクに用いて上記ポリシリコン膜（４１）をエッチング
し、転送電極２２を形成する。このようにして電荷転送
部を形成する。

【００２８】次いで、図２の（２）に示すように、上記
転送電極２２を覆うようにレジスト膜（図示せず）を塗
布形成した後、リソグラフィー技術によって、上記転送
電極２２上面側に溝を形成するためのマスク形状に上記
レジスト膜を加工してマスクパターンを形成する。その
後、マスクパターンをマスクに用いたエッチングによっ
て、上記転送電極２２の上面側に溝２３を形成する。

【００２９】次に、図２の（３）に示すように、例えば
熱酸化法によって、上記溝２３の内壁を含む上記転送電
極２２の表面に酸化シリコン膜からなる絶縁膜２４を形
成する。この絶縁膜２４は半導体基板１１上にも形成さ
れる。

【００３０】次いで、イオン注入法によって、転送電極
２２、２２間の半導体基板１１にｎ ⁺ 型拡散層を形成し
て、受光部１２をｐｎ接合からなるフォトダイオードで
形成する。

【００３１】次いで、上記転送電極２２を覆うようにレ
ジスト膜（図示せず）を塗布形成した後、リソグラフィ
ー技術によって、上記溝２３内にコンタクトホールをエ
ッチング形成するためのマスク形状に上記レジスト膜を
加工してマスクパターンを形成する。その後、マスクパ
ターンをマスクに用いて上記絶縁膜２４をエッチング
し、コンタクトホール（図示せず）を形成する。

【００３２】次いで、図２の（４）に示すように、上記
絶縁膜２４を介して上記溝２３内にシャント配線を形成
する金属膜（５１）を形成する。次いで、上記金属膜
（５１）を覆うようにレジスト膜（図示せず）を塗布形
成した後、リソグラフィー技術によって、上記溝２３内
にシャント配線をエッチング形成するためのマスク形状
に上記レジスト膜を加工してマスクパターンを形成す
る。その後、マスクパターンをマスクに用いて上記金属
膜（５１）をエッチングし、シャント配線２５を形成す
る。その際、シャント配線２５が溝２３内に収まるよう
に、リソグラフィー工程での合わせずれを考慮して、溝
２３の幅よりもシャント配線２５の幅を小さく形成する
ことが好ましい。

【００３３】なお、工程数が増大するが、スパッタリン
グ、蒸着法、ＣＶＤ法等の成膜技術によって、シャント
配線を形成する金属膜を成膜した後、ＣＭＰもしくはエ
ッチバックによって、溝２３内に金属膜が埋め込まれる
ように余分な金属膜を除去する。その後、レジスト塗
布、リソグラフィー技術によって、溝２３内に形成され
た金属膜、すなわち、シャント配線２５を覆うレジスト
膜を形成した後、それをマスクにして、受光部１２上に
形成された金属膜を除去する。その後、マスクに用いた
レジスト膜を除去する。このようにして、転送電極２２
に形成した溝２３内に埋め込まれるシャント配線２５を
形成してもよい。

【００３４】次いで、図３の（５）に示すように、例え
ばＣＶＤ法によって、上記シャント配線２５、転送電極
２２、半導体基板１１等を被覆するもので、例えば酸化
シリコン膜からなる絶縁膜２６を形成する。

【００３５】次いで、図３の（６）に示すように、従来
の技術を用いて、全面に遮光膜２７を例えばアルミニウ
ム系金属膜で形成した後、受光部１２上の遮光膜２７に
開口部２８を形成する。次いで、例えばプラズマＣＶＤ
法によって、全面に例えば窒化シリコンからなるパッシ
ベーション膜２９を形成した後、例えば塗布法によっ
て、上記パッシベーション膜２９上に平坦化膜３０を例
えば有機材料によって形成する。その後、カラーフィル
ター３１を形成した後、絶縁膜３２を形成し、その上に
オンチップレンズ３３を形成する。このようにして、固
体撮像装置１を完成させる。なお、図３の（６）は図２
および図３の（５）に対して縮小して図示した。

【００３６】上記固体撮像装置の製造方法では、転送電
極２２の上面側に溝２３を形成して、その溝２３内に絶
縁膜２４を介してシャント配線２５を埋め込むように形
成することから、従来の転送電極上に絶縁膜を介してシ
ャント配線を形成する固体撮像装置の製造方法よりも、
受光部１２表面からオンチップレンズ３３下面までの距
離（高さ）は、シャント配線２５を形成してもシャント
配線２５の厚み分だけ低く形成される。それによって、
受光部１２表面からのオンチップレンズ３３の高さの自
由度が高くなる。そのため、オンチップレンズ３３の焦
点位置を受光部１２表面に位置させるように、例えば平
坦化膜３０の厚さを調整してオンチップレンズ３３の高
さを最適化することが容易となり、シャント配線２５を
形成することによる感度特性の低下、スミアの増大とい
う問題が解決される。

【００３７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の固体撮像
装置によれば、転送電極の上面側に形成されている溝内
にシャント配線を埋め込む構造となっているので、従来
のシャント配線を形成した固体撮像装置よりも受光部表
面からオンチップレンズ下面までの距離（高さ）はシャ
ント配線の厚さ分だけ低くすることができる。それによ
って、オンチップレンズの高さの自由度を高くすること
ができるため、オンチップレンズの焦点を受光部表面に
位置するようにオンチップレンズの高さを最適化するこ
とが容易となり、シャント配線を設けたことによる感度
特性の低下、スミアの増大という問題を解決することが
できる。

【００３８】本発明の固体撮像装置の製造方法によれ
ば、転送電極の上面側に溝を形成して、その溝内に絶縁
膜を介してシャント配線を埋め込むように形成するの
で、従来のシャント配線を形成する固体撮像装置の製造
方法よりも、受光部表面からオンチップレンズ下面まで
の距離（高さ）をシャント配線の厚み分だけ低く形成す
ることができる。それによって、受光部表面からのオン
チップレンズの高さの自由度を高めることができるた
め、オンチップレンズの焦点位置を受光部表面に位置さ
せるように、オンチップレンズの高さを最適化すること
が容易となり、シャント配線を形成することによる感度
特性の低下、スミアの増大という問題を解決することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置に係る実施の形態を示す
概略構成断面図である。

【図２】本発明の固体撮像装置に係る実施の形態を示す
製造工程断面図である。

【図３】本発明の固体撮像装置に係る実施の形態を示す
製造工程断面図である。

【図４】従来のシャント配線を有する固体撮像装置の概
略構成断面図である。

【図５】従来のシャント配線を有しない固体撮像装置の
概略構成断面図である。

【図６】従来の固体撮像装置の課題を示す概略構成断面
図である。

【符号の説明】

１…固体撮像装置、１２…受光部、２２…転送電極、２
３…溝、２４…絶縁膜、２５…シャント配線、３３…オ
ンチップレンズ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AA05 AA10 AB01 BA10 CA03 CA34 CA40 DA18 EA01 EA07 FA06 GB11 GC07 GD04 5C024 CX13 CX41 DX01 EX43 GX03 GY01 5F033 HH08 HH09 HH11 HH12 HH15 HH19 HH23 HH27 HH28 HH33 HH34 JJ08 JJ09 JJ11 JJ12 JJ15 JJ19 JJ23 JJ27 JJ28 JJ33 JJ34 KK04 MM01 PP06 PP15 PP19 QQ08 QQ09 QQ31 QQ37 QQ48 QQ76 RR04 RR06 RR21 SS11 SS15 TT04 VV06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電荷転送部と、 前記電荷転送部に隣接して設けた受光部と、 前記受光部の光入射側に所定距離をおいて設けたオンチ
   ップレンズとを備えた固体撮像装置において、 前記電荷転送部の転送電極に形成された溝と、 前記溝内に絶縁膜を介して形成されたシャント配線とを
   備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 【請求項２】 電荷転送部と、 前記電荷転送部に隣接して設けた受光部と、 前記受光部の光入射側に所定距離をおいて設けたオンチ
   ップレンズとを備えた固体撮像装置の製造方法におい
   て、 前記電荷転送部の転送電極を形成した後に前記転送電極
   に溝を形成する工程と、 前記溝の内壁を含む前記転送電極の表面に絶縁膜を形成
   する工程と、 前記絶縁膜を介して前記溝内にシャント配線を形成する
   工程とを備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方
   法。