JP2002076322A

JP2002076322A - 固体撮像装置および製造方法

Info

Publication number: JP2002076322A
Application number: JP2000262378A
Authority: JP
Inventors: Koji Okabe; 浩司岡部; Hiroyuki Mori; 裕之森
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】撮像部の周縁でオンチップレンズの形成面の傾
きを低減し、画質を改善する。【解決手段】基板に形成された受光部５および垂直転送
部７と、垂直転送部７の上方に形成され、受光部５で生
成され垂直転送部７に掃き出された信号電荷の転送時に
転送クロック信号φＶ1,φＶ2,φＶ3,φＶ4 が印加され
る転送電極１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂとを含む撮
像部２を有する。転送電極１０ａ〜１１ｂに接続された
クロック配線層１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが、撮
像部２の周囲に配線されている。このクロック配線層を
含む第１導電層（１２ａ〜１２ｄおよび１３）の厚さｔ
２が、第１導電層と同じ階層で同じ材料からなり第１導
電層より外側の第２導電層（たとえば、電極パッド１
４）の厚さｔ１より薄い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤ(Charge Co
upled Device) など、多数の画素が配列された撮像部内
に垂直転送部を有し、その転送電極を駆動するクロック
信号を供給するクロック配線層を撮像部の周囲に配置し
た固体撮像装置と、その製造方法に関する。特定的に、
本発明は、クロック配線層等の段差が近隣の画素に与え
る影響を低減した固体撮像装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＣＣＤ固体撮像素子は、チップサ
イズの小型化および多画素化が非常に強く望まれてい
る。

【０００３】しかし、現状の画素サイズのままチップを
小型化したのでは、画素数が減少し、その結果として解
像度が低下する。また、現状の画素サイズのまま多画素
化したのでは、チップサイズが大きくなり、生産コスト
の増大あるいはチップ歩留りの低下を招く。したがっ
て、チップサイズの小型化または多画素化を実現するに
は、画素サイズを現状より縮小することが必須となる。
これが出来れば、解像度を維持したまま小型のＣＣＤ撮
像素子が提供でき、あるいは、逆に素子サイズを維持し
たまま解像度を上げることができる。

【０００４】ところが、画素サイズを縮小した場合、単
位画素に入射する光量は減少し、各画素の受光部の感度
特性が低下するという不具合が生じてしまう。光電変換
の効率を向上させることにより感度特性を維持すること
も可能であるが、その場合、ノイズ成分も増幅してしま
うため、ＣＣＤ撮像素子から出力される映像信号のＳ／
Ｎ比が低下する。つまり、画素サイズを縮小したときの
感度特性の維持を光電変換の効率向上のみで達成するべ
きではなく、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐために各画素の集光
効率を出来るだけ向上させることが必要となってくる。

【０００５】この観点から、受光部上方に設けたカラー
フィルタ上にオンチップレンズ（ＯＣＬ；On Chip Len
s）を設け受光部への集光効率を高める工夫がされてい
る。図１０および図１１は、従来のＣＣＤ撮像素子にお
いて、撮像部（以下、有効部ともいう）と、その周囲に
近接するクロック配線層または水平転送レジスタ（Ｈレ
ジスタ）とを示す断面図である。

【０００６】基板２０内の表面領域に所定の不純物を所
定の条件でイオン注入することにより、チャネルストッ
パ９、受光部５、垂直転送部７、図示を省略した読み出
しゲート部等が形成されている。基板２０上には、酸化
シリコンなどの絶縁膜が形成され、垂直転送部７の上方
の絶縁膜上位置に、互いに絶縁された２層のポリシリコ
ンなどからなる垂直転送電極１０，１１、および図示を
省略した遮光膜が形成されている。遮光膜は、受光部５
の上方で開口している。遮光膜上および受光部５上を覆
って、ＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) などから
なる第１層間絶縁膜２２が形成されている。また、第１
層間絶縁膜２２上には、酸化シリコンなどからなり表面
が平坦化された第２層間絶縁膜２３が形成されている。
そして、第２層間絶縁膜２３上に、オンチップカラーフ
ィルタ（ＯＣＣＦ）２４が配置されている。ＯＣＣＦ２
４は、境界領域により区切られた画素領域ごとに、たと
えば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の何れかに着色され
ている。また、ＯＣＣＦ２４上に、たとえばネガ型感光
樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ（ＯＣ
Ｌ）２５が配置されている。

【０００７】このような構成の画素がマトリックス状に
配置された有効部に対し、図１０に示すように、たとえ
ば、その周囲の３辺に沿って、垂直転送電極１０，１１
に４相の垂直転送クロック信号φＶ1 ，φＶ2 ，φＶ3
およびφＶ4 の何れかを供給するためのクロック配線層
１２が４本（図１０では２本のみ示す）横並びに配置さ
れている。このクロック配線層１２は、基板２０の表面
に形成された素子分離絶縁層２１上の第１層間絶縁膜２
２上に配置され、第２層間絶縁膜２３内に埋め込まれて
いる。クロック配線層１２は、たとえば０．８〜１．０
μｍ程度の厚さｔ１を有する金属膜、たとえばアルミニ
ウムの膜をパターンニングすることにより形成される。

【０００８】一方、図１１に示すように、有効部の他の
一辺（電荷の垂直転送方向の辺）に近接して、Ｈレジス
タが設けられている。具体的に、Ｈレジスタにおいて、
基板２０内に不純物領域からなる水平転送部３０が形成
され、水平転送部３０上に酸化シリコンなどからなる絶
縁膜が形成されている。水平転送部３０上方の絶縁膜上
位置に、ポリシリコンなどからなる水平転送電極３１が
第１層間絶縁膜２２内に埋め込まれて形成されている。
第１層間絶縁膜２２上には、第２層間絶縁膜２３に埋め
込まれ、Ｈレジスタ全域を覆う遮光層３２が配置されて
いる。遮光層３２は、前記したクロック配線層１２と同
じ階層の同じ金属膜を一括してパターンニングして形成
される。このため、遮光層３２の厚さは、クロック配線
層と同じｔ１である。この遮光層３２および前記したク
ロック配線層１２は、第２層間絶縁膜２３中に完全に埋
め込まれている。また、遮光層３２およびクロック配線
層１２の上方には、ＯＣＬ２５形成時にレンズ間の連結
部と同じ膜厚で残ることとなるレンズ形成膜２５ａが第
２層間絶縁膜２３上に残存する。

【０００９】これらＨレジスタやクロック配線層１２の
配置領域のさらに外側に位置するチップの周縁部分に
は、図１２に示すように、素子分離絶縁層２１と第１層
間絶縁膜２２の積層膜上に、ワイヤなどが表面に接合さ
れる電極パッド１４が形成されている。電極パッド１４
は、前記したクロック配線層１２および遮光層３２と同
じ階層の同じ金属膜を一括してパターンニングして形成
される。このため、電極パッド１４の厚さはｔ１であ
る。また、第２層間絶縁膜２３およびレンズ形成膜２５
ａには、電極パッド１４上で開口部２３ａが形成されて
いる。

【００１０】このような構成のＣＣＤ撮像素子では、そ
の有効部に素子分離絶縁層２１が形成されないが、その
周辺領域の殆どに数μｍ程度の厚さの素子分離絶縁層２
１が形成されている。また、前記したクロック配線層１
２，遮光層３２，電極パッド１４，さらには図示を省略
した出力回路内の配線層が、同じ金属膜（膜厚：ｔ１）
をパターンニングして一括して形成され、これらは第２
層間絶縁膜２３内に埋め込まれている。したがって、有
効部と、それ以外の領域には、いわゆるグローバル段差
が生じる。そのため、第２層間絶縁膜２３の表面は、た
とえばリフロー法またはＣＭＰなどの研磨法により平坦
化されている。そして、その平坦化面上に、ＯＣＣＦ２
４およびＯＣＬ２５が配置されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の固体撮像素子においては、第２層間絶縁膜２３の
表面を平坦化しているものの、グローバル段差を完全に
解消することは難しく、多少なりとも第２層間絶縁膜２
３の表面に段差が残るのが普通である。しかも、平坦化
後は、段差量そのものは格段に低減されるが、段差の範
囲（傾斜面の範囲）はむしろ拡大し、僅かに傾斜した第
２層間絶縁膜２３の表面領域が有効部の周縁部にできて
しまうことが多い。この有効部における第２層間絶縁膜
２３の表面は、ＯＣＣＦ２４およびＯＣＬ２５の形成基
準面となることから、以下に述べる理由により、第２層
間絶縁膜２３の表面に僅かでも傾斜があると画質に与え
る影響が大きい。

【００１２】ＯＣＬを有するＣＣＤ撮像素子において、
受光部５に対し垂直な光（以下、垂直光）がＯＣＬ２５
に入射されると、この光はＯＣＬ２５で集光され、受光
部５の表面（受光面）の中央部に焦点が合うように、Ｏ
ＣＬ２５のレンズ面の曲率および受光部５までの距離な
どが最適化されている。しかし、ＯＣＬ２５は画素感度
向上の要請から、無効領域となる隙間を出来るだけ少な
くするようにＣＣＤ撮像素子表面に出来るだけ大きく形
成されているのに対し、受光部５が形成された基板２０
においては、垂直転送部７、チャネルストッパ９、読み
出しゲート部などの配置スペースが必要であり、加えて
垂直転送電極の横方向（水平方向）の接続箇所など光が
余り届かない箇所があるため、セル面積に対する有効な
受光部５の面積比はかなり小さいのが普通である。した
がって、ＯＣＬ２５の水平度を決める第２層間絶縁膜２
３の表面に少しでも傾きがあると、集光した光の一部が
簡単に受光面から外れてしまう。また、第２層間絶縁膜
２３の表面に段差が少しでも残っていると、ＯＣＣＦ２
４およびＯＣＬ２５の形成膜、加工時のマスク層となる
レジストなどの膜厚が変化し、このことも受光面の集光
点の位置ずれを大きくする一因となる。

【００１３】図１１に示す構造例において、外側から３
番面の青色光を担う画素では、入射光が受光面のほぼ中
央に集光されレンズ２５の傾きの影響はでていないが、
それより外側の２画素ではレンズ２５の傾きの影響で、
光の焦点位置が受光面の中央から大きくずれている。一
方、図１０に示す水平方向の断面では、素子分離絶縁層
２１の厚さだけ平坦化すべき段差が大きいうえ受光部５
の水平方向のサイズが小さいことから、この影響は深刻
である。つまり、図１０においては、外側から３番面の
画素にまでレンズ２５の傾きの影響がでており、しか
も、さらに外側の２画素では集光した光の一部が受光面
からほとんど外れかかっている。

【００１４】このように、集光点の受光面内での位置ず
れがあると、図１３に示すディスプレイの画面５０上に
おいて、その周縁部５０ａで感度不足により画面が暗く
なったり、ＲＧＢ等の色間の感度のバラツキが大きくな
って色ずれが生じるという不具合がある。したがって、
このようなオンチップレンズの傾きに起因した画質不良
を有効に低減することが、従来より強く求められてい
た。

【００１５】本発明の目的は、撮像部の周縁でオンチッ
プレンズの形成面の傾きを低減し、その結果、画質を改
善できる固体撮像装置とその製造方法とを提供すること
にある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に係
る固体撮像装置は、基板に形成された受光部および垂直
転送部と、上記垂直転送部の上方に形成され、上記受光
部で生成され上記垂直転送部に掃き出された信号電荷を
所定の方向に転送するときに転送クロック信号が印加さ
れる転送電極とを含む撮像部を有し、上記転送電極に接
続されたクロック配線層が上記撮像部の周囲に配線され
た固体撮像装置であって、上記撮像部の周辺領域に配置
され上記クロック配線層を含む第１導電層の厚さが、上
記第１導電層と同じ階層で同じ材料からなり上記第１導
電層より外側に配置された第２導電層の厚さより薄い。

【００１７】上記撮像部の信号転送方向側に隣接した水
平転送部をさらに有し、上記第１導電層は、上記水平転
送部の上方を覆う遮光層を含む。また、上記第２導電層
は、上記基板の周縁領域に配置された電極パッド層を含
む。さらに、上記転送電極および上記第１導電層上を覆
い、表面が平坦化処理された平坦化膜と、上記平坦化膜
の上記撮像部の上方領域上に配置されたカラーフィルタ
およびオンチップレンズとをさらに有した。

【００１８】この第１の観点に係る固体撮像装置では、
撮像部の周囲に配置された、クロック配線層（および水
平転送部の遮光層）などの第１導電層が、それより外側
に配置され、第１導電層と同じ階層で同じ材料からなる
第２導電層より薄く形成されている。したがって、撮像
部と、それ以外の部分との間のグローバル段差が低減さ
れ、平坦化処理後の平坦化膜表面の平坦度が向上してい
る。このため、撮像部の周縁領域に位置する画素におい
て、オンチップレンズで集光された光の受光部面での位
置ずれが従来より低減している。

【００１９】本発明の第２の観点に係る固体撮像装置の
製造方法は、基板の撮像領域内に受光部および垂直転送
部を形成し、上記受光部で生成され上記垂直転送部に掃
き出された信号電荷を所定の方向に転送するときに転送
クロック信号が印加される転送電極を上記垂直転送部の
上方に形成し、上記転送電極と接続するクロック配線層
を上記撮像領域の周囲に形成する固体撮像装置の製造方
法であって、上記クロック配線層の形成工程では、上記
撮像領域の周囲に配置され上記クロック配線層を含む第
１導電層の厚さを、上記第１導電層と同じ階層で同じ材
料からなり上記第１導電層より外側に配置された第２導
電層の厚さより薄くする。

【００２０】具体的に、たとえば、上記第２導電層とな
る導電膜を全面に成膜し、上記導電膜の上記撮像領域の
周辺部分を選択的にエッチングして薄膜化し、一部薄膜
化した上記導電膜をパターンニングして、上記第２導電
層と、上記第２導電層より薄い上記第１導電層とを形成
する。あるいは、上記第２導電層の下層部を形成し、上
記第１導電層となる導電膜を上記下層部上を含む全面に
成膜し、上記導電膜をパターンニングして、上記第１導
電層と、上記下層部上に上記導電膜からなる上層部が積
層され上記第１導電層より厚い上記第２導電層とを形成
する。

【００２１】これら本発明の第２の観点に係る固体撮像
装置の製造方法では、導電膜のパターンニング工程、す
なわち１回のフォトリソグラフィと１回のエッチング
（および１回の成膜）を追加するだけで、上述した撮像
部の周縁領域での集光点の位置ずれが低減される。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる固体撮像装
置および製造方法の実施形態を、インターライン転送方
式のＣＣＤ撮像素子を例として、図面を参照しながら説
明する。

【００２３】図１は、本実施形態に係わるＣＣＤ撮像素
子の主要な構成を示すブロック図である。このＣＣＤ撮
像素子１は、撮像部２、水平転送部３、出力部４を有す
る。出力部４は、例えばフローティングゲートにて構成
された電荷−電圧変換部４ａを有する。撮像部２は、光
電変換を行なう受光部５、読出ゲート部６および垂直転
送部７からなる画素８を、平面マトリックス状に多数配
置させて構成されている。各画素８間は、図示せぬチャ
ネルストッパで電気的に干渉しないように分離されてい
る。垂直転送部７は、受光部５の列ごとに共通化され所
定の本数、配置されている。撮像部２に、垂直転送部７
を駆動する４相の垂直転送クロック信号φＶ1,φＶ2,φ
Ｖ3,φＶ4 が入力される。水平転送部３に、これを駆動
する２相の水平転送クロック信号φＨ1,φＨ2 が入力さ
れる。これら水平転送部３および垂直転送部７は、半導
体基板内の表面側に不純物が導入されて形成されたマイ
ノリティ・キャリアの電位井戸と、絶縁膜を介在させた
基板上に互いに絶縁分離して繰り返し形成された複数の
電極（転送電極）とから構成されている。これらの転送
部３，７には、その転送電極に対して上記した転送クロ
ック信号（φＶ1,φＶ2,φＶ3,φＶ4 又はφＨ1,φＨ2
）がそれぞれ周期的に位相をずらして印加される。こ
れら転送部３，７は、転送電極に印加される転送クロッ
ク信号に制御されて前記電位井戸のポテンシャル分布が
順次変化し、この電位井戸内の電荷を転送クロック信号
の位相ずれ方向に転送する、いわゆるシフトレジスタと
して機能する。以下、垂直転送部７を“Ｖレジスタ”、
水平転送部３を“Ｈレジスタ”と称する。

【００２４】図２は、図１のＡ部を拡大して示す平面図
である。図２中、符号６ａは読出ゲート部６の配置領
域、７ａは垂直転送部７の転送チャネル領域を示す。読
出ゲート部の配置領域６ａとは、図１においてで前記読
出ゲート６が同一列方向でセルごとに離間して多数形成
される領域をいう。また、転送チャネル領域７ａとは、
前記垂直転送部７の信号電荷を転送する転送チャネルが
形成される領域をいう。符号９ａはチャネルストッパの
形成領域（チャネルストッパ領域）を示している。この
チャネルストッパ領域９ａは、受光部５で発生した信号
電荷の異なるセル側への流入を防止するチャネルストッ
パ９が形成される領域をいう。これら３つの領域６ａ，
７ａ，９ａは、互いに隣接して列方向に延びている。

【００２５】この３つの領域６ａ，７ａ，９ａに直交し
て、第１の垂直転送電極１０ａ，１０ｂが交互に配置さ
れている。第１の垂直転送電極１０ａ，１０ｂは、３つ
の領域６ａ，７ａ，９ａの各セル内の部分をほぼ覆う矩
形部分を、行方向のセル間で連結したような平面形状を
有している。また、第２の垂直転送電極１１ａ，１１ｂ
が、それぞれ第１の垂直転送電極１０ａ，１０ｂに一部
重なりながら同一方向に配置されている。第２の垂直転
送電極１１ａ，１１ｂは、列方向で隣り合う第１の垂直
転送電極１０ａと１０ｂとの近接箇所で、両垂直転送電
極１０ａ，１０ｂに対しそれぞれ所定幅でオーバーラッ
プしている。この第２の垂直転送電極１１ａ，１１ｂ
は、第１ポリシリコン膜から構成され、前記第１の垂直
転送電極１０ａ，１０ｂは、第１ポリシリコン膜上に絶
縁膜を介在させた状態で積層された第２ポリシリコン膜
から構成される。

【００２６】第１の垂直転送電極１０ａにクロック信号
φＶ1 が印加され、他の第１の垂直転送電極１０ｂにク
ロック信号φＶ3 が印加される。また、第２の垂直転送
電極１１ａにクロック信号φＶ2 が印加され、他の第２
の垂直転送電極１０ｂにクロック信号φＶ4 が印加され
る。このように４相のクロック信号が印加される４つの
垂直転送電極１０ａ，１０ｂおよび１１ａ，１１ｂを一
組として、図１の撮像部２全面で転送電極が繰り返し配
置されている。

【００２７】図３は、撮像部の周辺領域を含むチップ全
体の配置例を模式的に示す図である。撮像部（有効部）
２の周囲の３辺に沿って、垂直転送電極１０ａ，１０
ｂ，１１ａ，１１ｂに４相の垂直転送クロック信号φＶ
1 ，φＶ2 ，φＶ3 およびφＶ4 の何れかを供給するた
めの４本のクロック配線層１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよ
び１２ｄが横並びに配置されている。クロック配線層１
２ａは垂直転送電極１０ａに、クロック配線層１２ｂは
垂直転送電極１１ａに、クロック配線層１２ｃは垂直転
送電極１０ｂに、クロック配線層１２ｄは垂直転送電極
１１ｂに、それぞれ左右のコンタクトを介して接続され
ている。また、Ｈレジスタ３は、外光を遮蔽してノイズ
を低減するために遮光層１３で覆われている。Ｈレジス
タ３の電荷転送端側に、前記した出力部４（図１）を含
む出力回路４’が配置されている。このＶレジスタ３の
遮光層１３およびクロック配線層１２ａ〜１２ｄの外側
のチップ周縁部には、各種信号または電源電圧等の入出
力のためにワイヤがボンディングされる電極パッド１４
が形成されている。これらのクロック配線層１２ａ〜１
２ｄ、遮光層１３、電極パッド１４（および出力回路
４’内の配線層）は、詳細は次に述べるが、半導体配線
構造内で同じ階層の同じ材料の膜から形成される。

【００２８】図３のＡ−Ａ’線に沿った断面図を図４
に、Ｂ−Ｂ’線に沿った断面図を図５に、Ｃ−Ｃ’線に
沿った断面図を図６にそれぞれ示す。図４〜図６におい
て符号２０は、シリコン基板またはシリコン基板に形成
されたｐ型ウエルなど（以下、基板という）を示す。基
板２０内の表面領域に、図４〜図６に示すように、たと
えばｎ型不純物領域などからなり基板２０との間のｐｎ
接合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発
生させ、信号電荷を一定時間蓄積する複数の受光部５が
離間して形成されている。

【００２９】図４に示すように、各受光部５間に、両側
の受光部とそれぞれ所定距離をおいて、主にｎ型不純物
領域からなる垂直転送部７が形成されている。なお、図
示を省略したが、受光部５と一方の垂直転送部７との間
に、読み出しゲート部６（図２）の可変ポテンシャル障
壁を形成するｐ型不純物領域が形成され、受光部５と他
方の垂直転送部７との間に、高濃度ｐ型不純物領域から
なるチャネルストッパ９が基板深部にまで形成されてい
る。このチャネルストッパ９は、図５および図６に示す
ように、受光部５の周囲を囲む格子状に形成されてい
る。

【００３０】基板２０上には、酸化シリコンなどの絶縁
膜が形成され、垂直転送部７の上方の絶縁膜上位置に、
第１および第２ポリシリコン層からなる垂直転送電極１
０ａ，１１ａが互いに絶縁されて積層されている。な
お、図示を省略したが、垂直転送部７上には、酸化シリ
コンなどの絶縁膜を介在させた状態で、たとえばタング
ステン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮光膜が形成さ
れている。遮光膜は、受光部５の上方で開口し、その開
口部の周縁は、垂直転送電極１０ａ，１１ａの段差より
若干内側に位置する。これは、遮光膜の垂直転送部７に
対する遮光性を高め、スミアを抑えるためである。

【００３１】全面に、たとえばＰＳＧ(Phosphosilicate
glass) ，ＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) また
は酸化シリコンなどからなる第１層間絶縁膜２２が形成
されている。第１層間絶縁膜２２上に、ＰＳＧ(Phospho
silicate glass) ，ＢＰＳＧ(Borophosphosilicate gla
ss) ，酸化シリコンまたは窒化シリコンなどからなる第
２層間絶縁膜２３が形成されている。第２層間絶縁膜２
３の表面は平坦化されている。

【００３２】第２層間絶縁膜２３の平坦化面上に、オン
チップカラフィルタ（ＯＣＣＦ）２４が配置されてい
る。図示例のＯＣＣＦ２４は、原色系のカラーコーディ
ングがなされ、境界領域で区切られた画素領域が赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の何れかに着色されてい
る。なお、補色系のカラーコーディングがされたＯＣＣ
Ｆでは、たとえばイエロー（Ｙｅ），マゼンダ（Ｍ
ｇ），シアン（Ｃｙ），緑（Ｇ）などの何れかに着色さ
れる。ＯＣＣＦ２４上に、たとえばネガ型感光樹脂など
の光透過材料からなるオンチップレンズ（ＯＣＬ）２５
が配置されている。ＯＣＬ２５のレンズ面（凸状曲面）
で受けた光が集光され、ＯＣＣＦ２４で特定の波長領域
が選択され、受光部５に入射される。ＯＣＬ２５は無効
領域となる隙間を出来るだけ少なくするようにＣＣＤ撮
像素子表面に形成され、遮光膜上方の光も有効利用して
受光部５に入射させるため、画素の感度が向上する。

【００３３】一方、図４および図５に示す有効部の周辺
領域２’には、基板表面に酸化シリコンなどからなる素
子分離絶縁層２１が形成されている。素子分離絶縁層２
１上に第１層間絶縁膜２２が形成され、第１層間絶縁膜
２２上に、クロック配線層１２ａ，１２ｃが配置されて
いる。図４および図５では２本のクロック配線層を示す
が、同様に、他の２本のクロック配線層１２ｄ，１２ｂ
が横並びに配置され、これら４本のクロック配線層１２
ａ〜１２ｄが第１層間絶縁膜２２上で第２層間絶縁膜２
３内に埋め込まれている。クロック配線層１２ａ〜１２
ｄは、たとえば０．４〜０．５μｍ程度の厚さｔ２の金
属膜、たとえばアルミニウム（Ａｌ）の膜からなる。

【００３４】また、図６に示すように、有効部２の電荷
の垂直転送端側に配置されたＨレジスタでは、第１層間
絶縁膜２２上に、厚さｔ２の金属膜、たとえばＡｌ膜か
らなる遮光膜１３が第２層間絶縁膜２３内に埋め込まれ
て形成されている。

【００３５】なお、各電極パッド１４は、上記したクロ
ック配線層１２ａ〜１２ｄおよび遮光膜１３より厚い膜
厚ｔ１を有し、素子分離絶縁層２１と第１層間絶縁膜２
２の積層膜上に形成されている。本実施形態における電
極パッド１４の形態は、前記した図１２と同様に単層の
金属膜からなる場合と、図７に示すように、膜厚ｔ３の
下層膜上に膜厚ｔ２の上層膜が積層され、これにより全
体の膜厚ｔ１の電極パッド１４が構成されている場合の
２態様がある。何れの場合も、第２層間絶縁膜２３およ
びレンズ形成膜２５ａが電極パッド１４の上方で開口部
２３ａを有し、この開口部２３ａ内の表出面にワイヤ等
が接合されることとなる。

【００３６】つぎに、このＣＣＤ撮像素子の製造方法を
説明する。まず、既知の方法にしたがって、シリコン基
板の所定箇所に素子分離絶縁層２１を形成した後、シリ
コン基板内の各種不純物領域の形成を行う。すなわち、
まず、用意したシリコン基板内の表面領域に、必要に応
じてｐ型不純物領域をイオン注入してｐウエル等を形成
した後、ｐ型不純物領域を高濃度にイオン注入して、チ
ャネルストッパ９を形成する。また、チャネルストッパ
９の一方側にｎ型不純物を所定条件でイオン注入して受
光部５を形成し、チャネルストッパ９の他方側にｎ型不
純物を所定条件でイオン注入して垂直転送部７を形成
し、垂直転送部７と受光部５との間にｎ型不純物を所定
条件でイオン注入して読み出しゲート部を形成する。続
いて、各種不純物領域を形成した基板１の表面に、酸化
シリコン膜などを熱酸化またはＣＶＤして絶縁膜を形成
する。絶縁膜上に不純物が添加されて導電率を高めた第
１ポリシリコン層をＣＶＤにより堆積し、第１ポリシリ
コン層をパターンニングして転送電極１１ａ，１１ｂを
形成する。さらに絶縁膜を形成して、その上に不純物が
添加されて導電率を高めた第２ポリシリコン層を堆積
し、第２ポリシリコン層をパターンニングして転送電極
１０ａ，１０ｂを形成する。形成した転送電極１０ａ，
１０ｂ上を覆って、たとえば酸化シリコンなどの絶縁膜
を形成する。また、絶縁膜上にＷなどの高融点金属膜を
ＣＶＤし、高融点金属膜を受光部５の上方で開口するよ
うにパターンニングして遮光膜を形成する。

【００３７】遮光膜およびその開口部上にＰＳＧ，ＢＰ
ＳＧまたは酸化シリコンなどからなる第１層間絶縁膜２
２を成膜する。この成膜後の膜は、膜材の段差被膜性が
大きい場合は、素子分離絶縁層２１による段差をある程
度緩和するが、さらに段差を小さくしたい場合は、成膜
後に加熱処理を行ってリフローさせるとよい。

【００３８】つぎに、第１層間絶縁膜２２上に、たとえ
ばＡｌ膜からなる導電層、すなわちクロック配線層１２
ａ〜１２ｄ，遮光層１３，電極パッド１４（および出力
回路内の他の配線層など）を一括形成する。この形成方
法には、以下の如く２通りある。

【００３９】第１の方法では、まず、第１層間絶縁膜２
２上に厚さｔ１のＡｌ膜をスパッタリングまたは蒸着
し、その一部を残膜厚ｔ２となるまでエッチングする方
法である。具体的には、この選択的エッチングでは、ま
ず、図８に示すようなパターンにて、Ａｌ膜上にエッチ
ングマスク層（たとえばレジスト）４０を形成する。こ
のマスク層４０は、有効部の周辺領域の必要部分に開口
部を有する。すなわち、マスク層４０は、クロック配線
層１２ａ〜１２ｄの配置領域に開口部４０ａを有し、Ｈ
レジスタ３の遮光層１３の配置領域に開口部４０ｂを有
する。このようなマスク層４０を形成した状態で、Ａｌ
膜の表出部分をエッチングし、残膜厚がｔ２となったと
ころでエッチングを停止する。その後、マスク層４０を
除去し、このＡｌ膜をさらに、通常のＡｌパターンニン
グ時のフォトマスクを用いてパターンニングする。

【００４０】第２の方法では、まず、第１層間絶縁膜２
２上に厚さｔ３のＡｌ膜を上記と同様な方法で形成し、
図７に示す電極パッド１４の下層膜１４ａのように、有
効部２の周辺領域を除く必要な箇所にパターンが残るよ
うにパターンニングする。つぎに、再度、厚さｔ２のＡ
ｌ膜を同様な方法で形成し、この厚さｔ２のＡｌ層をさ
らに、通常のＡｌパターンニング時のフォトマスクを用
いてパターンニングする。これにより、有効部２の周辺
領域では薄く、その他の領域では厚いＡｌパターンが形
成される。

【００４１】このように形成した導電層（Ａｌ層）を埋
め込むように、たとえばＰＳＧ，ＢＰＳＧ，酸化シリコ
ンまたは窒化シリコンなどの第２層間絶縁膜２３を、プ
ラズマＣＶＤ法などにより堆積させる。また、堆積した
第２層間絶縁膜２３を既知の方法を用いて平坦化する。
その後、第２層間絶縁膜２３の平坦化面上に、たとえば
染色法によりＯＣＣＦ２４を形成する。染色法では、カ
ゼインなどの高分子に感光剤を添加して塗布し、露光、
現像、染色および定着を色ごとに繰り返す。その他、い
わゆる分散法、印刷法または電着法などを用いてＯＣＣ
Ｆ２４を形成してもよい。また、ネガ型感光性樹脂など
の光透過性樹脂を厚く形成し、これをラウンディングし
たレジストパターンをマスクとしたエッチングにより加
工してＯＣＬ２５を形成する。最後に、このＯＣＬ２５
形成時に残存したレンズ形成膜２５ａおよび第２層間絶
縁膜２３を電極パッド１４上で開口し、開口部２３ａを
形成する。

【００４２】本実施形態に係るＣＣＤ撮像素子およびそ
の製造方法では、電極パッド１４など必要な箇所には導
電層（Ａｌ層）を厚くしながら、有効部２の周辺領域の
導電層、たとえばクロック配線層１２ａ〜１２ｄおよび
遮光層１３の膜厚を薄くし、その結果、第２層間絶縁膜
２３の周縁部での平坦度を向上させている。

【００４３】図９（Ａ），（Ｂ）に、導電層の膜厚をチ
ップ内全ての箇所でｔ１とした従来の場合に対し、本実
施形態で、有効部２の周辺領域のみ導電層の膜厚ｔ２
を、ｔ１の３／４または１／２に低減した場合とを比較
して、画素感度および色の均一性を実験により求めた結
果を示す。この実験結果は、有効部の最外周部のＲＧＢ
３原色の組の画素について、感度および色ムラの平均値
を求めた結果である。本発明の適用により、図９（Ａ）
に示すように画素感度の均一性が約４割〜８割程度も大
幅に向上し、また、図９（Ｂ）に示すように色ムラの均
一性が最大で２割ほど改善される。これは、クロック配
線層１２ａ〜１２ｄおよび遮光層１３の薄膜化により、
有効部２の周縁部における第２層間絶縁膜２３の平坦度
（水平度）が有効に向上したことを如実に示している。
このように、本発明によって、有効部２の周辺領域での
画質不良を改善することができた。

【００４４】なお、最初から導電層の膜厚をチップ内全
ての箇所でｔ２とすることも可能であるが、それでは必
要な箇所の膜厚が確保できない。たとえば、電極パッド
１４は、その上の膜をエッチング除去して開口部２３ａ
を形成する際に開口部端など応力がかかった箇所でエッ
チングが過剰に進み段切れを起こす可能性があり、ま
た、ワイヤボンディング性を考慮するとある程度の膜厚
確保が必要である。また、出力回路４０内のＡｌ配線な
ども、その回路面積を大きくすることなく回路特性を維
持するには、ある程度の膜厚確保が必要となる。一方、
クロック配線層１２ａ〜１２ｄおよび遮光層１３を有効
部２から離して配置する方法では、無駄な領域が出来て
チップコストが上昇する。また、遮光層１３を離すと必
然的にＨレジスタ３を有効部２から離す必要があるが、
それではＶレジスタからＨレジスタに電荷を掃き出すに
際し距離が長くなり、更に電荷転送が必要となり余り好
ましくない。本実施形態では、これらの不利益を被るこ
となく、１回のフォトリソグラフィおよび１回のエッチ
ングの工程（および１回の成膜工程）を従来工程に追加
するだけで、上記画質向上を図ることが可能となった。
これらの工程追加は、ＣＣＤ撮像素子の製造工程全体に
占める割合としては極めて小さく、大幅なコスト増とな
らない。

【００４５】なお、本実施形態では、種々の改変が可能
である。たとえば、クロック配線層の一部、たとえば内
側の１〜３本のみ薄膜化してもよい。この場合、信号遅
延を防止するために薄膜化した配線層の幅を太くしても
よい。ただし、内側の配線層は配線長が短いことから、
膜厚差を設けるだけで信号遅延がバランスされることが
あり、その場合は、配線層の幅変更の必要はない。

【００４６】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、撮
像部の周縁領域に位置する画素において受光部面での集
光点の位置ずれ量が従来より低減されることから、この
周縁領域に対応した再生画面の周縁部で画質低下が生じ
ない。すなわち、画素の感度低下が抑制されるため、こ
の固体撮像装置から出力される撮像信号を再生した画面
上で、その周縁領域が暗くなることがないか、暗くなっ
ても従来より程度が良くなる。また、撮像部の周縁領域
に位置する所定のカラーコーディング方式により受光色
が決められた複数種類の画素間で感度ムラが生じないた
め、上記再生画面上で、その周縁領域に色ムラが生じな
いか、生じても従来より程度が良くなる。

【００４７】本発明に係る固体撮像装置の製造方法によ
れば、上記した画質改善を行うために工程の追加が少な
く、このため大幅なコスト増とならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の主要な構成を
示すブロック図である。

【図２】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、図１のＡ部
を拡大して示す平面図である。

【図３】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、撮像部の周
辺領域を含むチップ全体の配置例を模式的に示す図であ
る。

【図４】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、図３のＡ−
Ａ’線に沿った断面図である。

【図５】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、図３のＢ−
Ｂ’線に沿った断面図である。

【図６】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、図３のＣ−
Ｃ’線に沿った断面図である。

【図７】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の、図３のＤ−
Ｄ’線に沿った断面図である。

【図８】実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の製造におい
て、導電層に膜厚差を付ける第１の方法に用いるマスク
層のパターンを示す平面図である。

【図９】（Ａ）は実施形態における画素感度の均一性の
改善効果を示すグラフである。（Ｂ）は実施形態におけ
る色ムラの均一性の改善効果を示すグラフである。

【図１０】従来のＣＣＤ撮像素子において、有効部と周
辺領域との境界部の構造を示す垂直転送方向と直交する
方向の断面図である。

【図１１】従来のＣＣＤ撮像素子において、有効部とＨ
レジスタとの境界部の構造を示す水平転送方向と直交す
る方向の断面図である。

【図１２】従来のＣＣＤ撮像素子において、電極パッド
部の構造を示す断面図である。

【図１３】従来のＣＣＤ撮像素子を用いた撮影像につい
て、ディスプレイ画面上での画質不良領域を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ＣＣＤ撮像素子（固体撮像装置）、２…撮像部（有
効部）、２’…周辺領域、３…Ｈレジスタ、４…出力
部、４’…出力回路、４ａ…電荷−電圧変換部、５…受
光部、６…読出ゲート、６ａ…読出ゲートの配置領域、
７…Ｖレジスタ（垂直転送部）、７ａ…転送チャネル領
域、８…画素、９…チャネルストッパ、９ａ…チャネル
ストッパの配置領域、１０ａ，１０ｂ…第１の垂直転送
電極、１１ａ，１１ｂ…第２の垂直転送電極、１２ａ，
１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…クロック配線層（第１導電
層）、１３…遮光層（第１導電層）、１４…電極パッド
（第２導電層）、１４ａ…下層膜、１４ｂ…上層膜、２
０…シリコン基板（基板）、２１…素子分離絶縁層、２
２…第１層間絶縁膜、２３…第２層間絶縁膜、２３ａ…
開口部、２４…ＯＣＣＦ（カラーフィルタ）、２５…Ｏ
ＣＬ（オンチップレンズ）、２５ａ…レンズ形成膜、３
０…水平転送部、３１…水平転送電極、４０…マスク
層、４０ａ，４０ｂ…開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M118 AA01 AB01 BA13 CA03 EA20 FA06 FA13 GC07 GD04 GD07 5C024 AX01 CY47 DX01 GX07 JX25 5C065 BB06 BB35 BB42 CC01 DD02 DD17 EE06 EE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板に形成された受光部および垂直転送部
と、上記垂直転送部の上方に形成され、上記受光部で生
成され上記垂直転送部に掃き出された信号電荷を所定の
方向に転送するときに転送クロック信号が印加される転
送電極とを含む撮像部を有し、上記転送電極に接続されたクロック配線層が上記撮像部
の周囲に配線された固体撮像装置であって、上記撮像部の周辺領域に配置され上記クロック配線層を
含む第１導電層の厚さが、上記第１導電層と同じ階層で
同じ材料からなり上記第１導電層より外側に配置された
第２導電層の厚さより薄い固体撮像装置。
【請求項２】上記撮像部の信号転送方向側に隣接した水
平転送部をさらに有し、上記第１導電層は、上記水平転送部の上方を覆う遮光層
を含む請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】上記第２導電層は、上記基板の周縁領域に
配置された電極パッド層を含む請求項１記載の固体撮像
装置。
【請求項４】上記転送電極および上記第１導電層上を覆
い、表面が平坦化処理された平坦化膜と、上記平坦化膜の上記撮像部の上方領域上に配置されたカ
ラーフィルタとをさらに有した請求項１記載の固体撮像
装置。
【請求項５】基板の撮像領域内に受光部および垂直転送
部を形成し、上記受光部で生成され上記垂直転送部に掃
き出された信号電荷を所定の方向に転送するときに転送
クロック信号が印加される転送電極を上記垂直転送部の
上方に形成し、上記転送電極と接続するクロック配線層
を上記撮像領域の周囲に形成する固体撮像装置の製造方
法であって、上記クロック配線層の形成工程では、上記撮像領域の周
囲に配置され上記クロック配線層を含む第１導電層の厚
さを、上記第１導電層と同じ階層で同じ材料からなり上
記第１導電層より外側に配置された第２導電層の厚さよ
り薄くする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】上記第２導電層となる導電膜を全面に成膜
し、上記導電膜の上記撮像領域の周辺部分を選択的にエッチ
ングして薄膜化し、一部薄膜化した上記導電膜をパターンニングして、上記
第２導電層と、上記第２導電層より薄い上記第１導電層
とを形成する請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】上記第２導電層の下層部を形成し、上記第１導電層となる導電膜を上記下層部上を含む全面
に成膜し、上記導電膜をパターンニングして、上記第１導電層と、
上記下層部上に上記導電膜からなる上層部が積層され上
記第１導電層より厚い上記第２導電層とを形成する請求
項５記載の固体撮像装置の製造方法。