JP2004104203A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Masayuki Ayabe
Yuichiro Egi
Ikuko Inoue
Hiroshi Yamashita
井上 郁子
山下 浩史
江木 雄一郎
綾部 昌之
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Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

【課題】隣接したフォトダイオードへの入射光の侵入を低減し、クロストーク現象の低減を実現する。
【解決手段】半導体基板1表面に、行、列の配列された信号電荷を蓄積するためのフォトダイオードDとフォトダイオードDの信号電荷を読み出すための読み出し回路部19とを有する単位セルCと、半導体基板1上に形成され、内部に配線層が設けられた層間膜と、層間膜上に形成され、且つ単位セルCのフォトダイオードD上方に開口部13を有する水平方向遮光膜とを備えた固体撮像装置において、列方向の隣接する単位セルC間に配置された第1の垂直方向遮光障壁15と、行方向の隣接する単位セルC間に配置された第2の垂直方向遮光障壁16とを具備し、第1および第2の垂直方向遮光障壁15,16は、半導体基板1表面と水平方向遮光膜との間に埋め込まれている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に係り、迷光によるクロストーク現象を低減することのできる固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置、特にMOS型固体撮像装置(通称CMOSイメージセンサー装置)は、低電圧、単一電源、低コストという利点があり、注目されている。
【0003】
このMOS型固体撮像装置は、一般に、図33に示すような回路構成になっている。図33に示すように信号電荷を蓄積するフォトダイオードDと、その信号を読み出す読み出しトランジスタT1と、読み出した信号を増幅する増幅トランジスタT2と、信号を読み出す行を選択する行選択トランジスタT3と、信号電荷をリセットするリセットトランジスタT4とからなる単位セルCが行、列に二次元にマトリックス状に配列されている。
【0004】
なお、読み出しトランジスタT1のゲートに読み出し信号線Smが結線され、増幅トランジスタT2のソースに垂直信号線Svが結線され、行選択トランジスタT3のゲートに水平アドレス信号線Shが結線され、リセットトランジスタT4のゲートにリセット信号線Srが結線されている。
【0005】
そして、読み出し回路部19は、読み出しトランジスタT1、増幅トランジスタT2、行選択トランジスタT3、リセットトランジスタT4で構成されている。
【0006】
そして、このようなMOS型固体撮像装置は、従来、一般に図34乃至図36に示すような構造になっている。
【0007】
図34は従来のMOS型固体撮像装置を示す概略平面図である。図35は図34のC−cに沿った単位セルC部分の概略断面図である。図36は図34のD−dに沿った単位セルC部分の概略断面図である。
【0008】
図34に示すように、単位セルCが半導体基板1上に行、列の二次元マトリックス状に配列され、その周囲を素子分離で取り囲んだセル形成領域に組み込まれている。
【0009】
そして、単位セルCの行方向に隣接するセル形成領域の一方にはリセット信号線Srおよび読み出し信号線Smのためのメタル配線層11bおよび11cがそれぞれ水平方向に配設され、他方には水平アドレス信号線Shのためのメタル配線層11dが水平方向に配設されている。
【0010】
一方、単位セルCの列方向に隣接するセル形成領域には垂直信号線Svのためのメタル配線層11aが垂直方向に配設されている。
【0011】
各単位セルCでは、図35および図36に示すように、例えば、P型半導体基板1の表面の素子分離領域2で囲まれたセル形成領域にN型ドレイン層3とフォトダイオードDのN型電荷蓄積層4が形成されている。このN型電荷蓄積層4の表面には、P型の表面シールド層5が形成されている。これにより、入射光6aの量に応じた信号電荷を蓄積するPNP型の埋め込みフォトダイオードDが形成されている。また、このN型電荷蓄積層4とN型ドレイン層3との間には、ゲート酸化膜を介してゲート7が形成され,これにより読み出しトランジスタT1が形成されている。
【0012】
また、この読み出しトランジスタT1に隣接してP型半導体基板1表面にはN型ソース層、N型ドレイン・ソース共通層、N型ドレイン層が形成され、N型ソース層とN型ドレイン・ソース共通層間およびN型ドレイン・ソース共通層とN型ドレイン層間の各々にゲート酸化膜を介してゲートが形成され、これにより、増幅トランジスタT2および行選択トランジスタT3が形成されている。さらに、この読み出しトタンジスタT1に隣接してP型半導体基板1表面にはN型ソース層、N型ドレイン層が形成され、N型ソース層とN型ドレイン層間にゲート酸化膜を介してゲートが形成され、これによりリセットトランジスタT4が形成されている。
【0013】
そして、P型半導体基板1上には、全面に第1層間膜8、第2層間膜9、第3層間膜10が順次形成され、この第1層間膜8上には垂直信号線Svのメタル配線層11aが、第2層間膜9上にはリセット信号線Sr、読み出し信号線Sm、水平アドレス信号線Shの各メタル配線層11b、11c、11dが選択的に形成されている。第3層間膜10上には水平方向遮光膜12が形成されている。この水平方向遮光膜12にはフォトダイオードDに光を入射させるための開口部13が設けられている。また、水平方向遮光膜12を含む第3層間膜10上にはシリコン窒化膜等の表面保護層14が形成されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような、従来のMOS型固体撮像装置では、水平方向遮光膜12およびメタル配線層11a、11b、11c、11dは金属、例えばアルミニウムや銅の光反射率の高い材料で作られているため、フォトダイオードDに入射した入射光6aの一部が半導体基板1の表面で反射された後、メタル配線層11a、11b、11c、11d及び水平方向遮光膜12において乱反射され隣接したフォトダイオードDに侵入してしまう。
【0015】
また、斜めからの入射光6bは隣接したフォトダイオードDに直接侵入してしまう。そのため、いわゆるクロストーク現象が発生し混色等の色再現性が劣化するという問題があった。
【0016】
本発明では上記問題を解決するためになされたもので、クロストーク現象を低減することができるMOS型固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のMOS型固体撮像装置は、半導体基板表面に、行、列の配列された信号電荷を蓄積するためのフォトダイオードと前記フォトダイオードの信号電荷を読み出すための読み出し回路部とを有する単位セルと、前記半導体基板上に形成され、内部に配線層が設けられた層間膜と、前記層間膜上に形成され、且つ前記単位セルのフォトダイオード上方に開口部を有する水平方向遮光膜とを備えた固体撮像装置において、列方向の隣接する前記単位セル間に配置された第1の垂直方向遮光障壁と、行方向の隣接する前記単位セル間に配置された第2の垂直方向遮光障壁とを具備し、前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、前記半導体基板表面と前記水平方向遮光膜との間の前記層間膜内に埋め込まれていることを特徴としている。
【0018】
本発明によれば、前記第1の垂直方向遮光障壁および前記第2の垂直方向遮光障壁を行方向の隣接する前記単位セル間および列方向の隣接する前記単位セル間の各々に設けている。そのため前記水平方向遮光膜の前記開口部からの斜め方向からの入射光および乱反射による迷光が発生しても隣接したフォトダイオードへの侵入を低減できるので、いわゆる、クロスト−ク現象は低減し、混色等が改善された色再現性の良いMOS型固体撮像装置を提供することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【0020】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態のMOS型固体撮像装置を示す概略平面図である。図2は図1のA−aに沿った単位セルCの概略断面図、図3は図1のB−bに沿った単位セルCの概略断面図である。図において従来と同一部分には同一符号を付している。
【0021】
本第1の実施の形態のMOS型固体撮像装置の回路構成は従来のMOS型固体撮像装置の回路構成と同じである。すなわち、図33に示すような回路構成になっている。図33に示すように信号電荷を蓄積するフォトダイオードDと、その信号を読み出す読み出しトランジスタT1と、読み出した信号を増幅する増幅トタンジスタT2と、信号を読み出す行を選択する行選択トランジスタT3と、信号電荷をリセットするリセットトランジスタT4とからなる単位セルCが行、列に二次元マトリックス状に配列されている。
【0022】
なお、読み出しトランジスタT1のゲートに読み出し信号線Smが結線され、増幅トランジスタT2のソースに垂直信号線Svが結線され、行選択トランジスタT3のゲートに水平アドレス信号線Shが結線され、リセットトランジスタT4のゲートにリセット信号線Srが結線されている。
【0023】
そして、読み出し回路部19は、読み出しトランジスタT1、増幅トランジスタT2、行選択トランジスタT3、リセットトランジスタT4で構成されている。
【0024】
そして、本実施の形態のMOS型固体撮像装置は、図1乃至図3に示すような構造になっている。
【0025】
図1に示すように、単位セルCが半導体基板1上に行、列の二次元マトリックス状に配列され、その周囲を素子分離で取り囲んだセル形成領域に組み込まれている。
【0026】
そして、単位セルCの行方向に隣接するセル形成領域の一方にはリセット信号線Srおよび読み出し信号線Smのためのメタル配線層11bおよび11cがそれぞれ水平方向に配設され、他方には水平アドレス信号線Shのためのメタル配線層11dが配設されている。
【0027】
また、行方向の隣接するフォトダイオードD間には、隣接するフォトダイオードDへの入射光の侵入を防ぐための第1の垂直方向遮光障壁15が隣接する単位セルC間を仕切るように行方向に沿って配設されている。この第1の垂直方向遮光障壁15は1本の細長直方形状をしており、単位セルC間に配設すれば入射光をある程度遮光できるが、ほぼ完全に遮光するには行方向のフォトダイオードDおよびトランジスタ側面を遮る長さに形成することが好ましい。
【0028】
一方、単位セルCの列方向に隣接するセル形成領域の一方、すなわちトランジスタ側には垂直信号線Svのためのメタル配線層11aが垂直方向に配設され、他方、すなわちフォトダイオード側には入射光の隣接フォトダイオードDへの入射光の侵入を防ぐための第2の垂直方向遮光障壁16が隣接する単位セルC間を仕切るように列方向に沿って配設されている。
【0029】
この第2の垂直方向遮光障壁16は、1本の細長直方形状をしており、単位セルC間に配設すれば入射光はある程度遮光できるが、ほぼ完全に遮光するためには、列方向のフォトダイオードDを遮る長さに形成することが好ましい。
【0030】
また、フォトダイオードDに対し対角線方向に入射する入射光を遮るために、この第1の垂直方向遮光障壁15と第2の垂直方向遮光障壁16の端部が重なるように形成することが好ましい。
【0031】
また、各単位セルCでは、図2および図3に示すように、例えば、P型半導体基板1の表面の素子分離2で囲まれたセル形成領域にN型ドレイン層3とフォトダイオードDのN型電荷蓄積層4が形成されている。このN型電荷蓄積層4の表面には、P型の表面シールド層5が形成されている。これにより、入射光6aの量に応じた信号電荷を蓄積するPNP型の埋め込みフォトダイオードDが形成されている。また、このN型電荷蓄積層4とN型ドレイン層3との間には、ゲート酸化膜を介してゲート7が形成され,これにより読み出しトランジスタT1が形成されている。
【0032】
また、この読み出しトランジスタT1に隣接してP型半導体基板1表面はN型ソース層、N型ドレイン・ソース共通層、N型ドレイン層が形成され、N型ソース層とN型ドレイン・ソース層間およびN型ドレイン・ソース共通層とN型ドレイン層間の各々にゲート酸化膜を介してゲートが形成され、これにより増幅トランジスタT2および行選択トランジスタT3がそれぞれ形成されている。さらに、この読み出しトランジスタT1に隣接してP型半導体基板1表面にはN型ソース層、N型ドレイン層が形成され,N型ソース層とN型ドレイン層間にゲート酸化膜を介してゲートが形成され、これによりリセットトランジスタT4が形成されている。
【0033】
そして、P型半導体基板1上には、全面に第1層間膜8、第2層間膜9、第3層間膜10が順次形成され、この第1層間膜8上には垂直信号線Svのメタル配線層11a、第2層間膜9上にはリセット信号線Sr、読み出し信号線Sm、水平アドレス信号線Svの各メタル配線層11b、11c、11dが選択的に形成されている。
【0034】
また、第3層間膜10上には水平方向遮光膜12が形成されている。この水平方向遮光膜12にはフォトダイオードDに光を入射させるための開口部13が設けられている。また、この水平方向遮光膜12を含む第3層間膜10上にはシリコン窒化膜等の表面保護層14が形成されている。
【0035】
そして、上記第1の垂直方向遮光障壁15および第2の垂直方向遮光障壁16が、第1層間膜8、第2層間膜9および第3層間膜10を貫いてP型半導体基板1上の素子分離領域2表面から水平方向遮光膜12下面まで達するように形成されている。
【0036】
この第1の垂直方向遮光障壁15および第2の垂直方向遮光障壁16は、第1層間膜8中に設けたダミーゲート21およびダミーコンタクト22と、第2層間膜中9に設けたダミーメタル配線層23aおよびダミープラグ24aと、第3層間膜10中に設けたダミーメタル配線層23bおよびダミープラグ24bとの積層構造によって構成されている。
【0037】
そして、ダミーコンタクト22、ダミープラグ24a、24bの側面は、バリアメタルを兼ねた反射防止膜30で覆われている。
【0038】
次に上記MOS型固体撮像装置の製造方法について、図4乃至図12を参照して説明する。図4乃至図12は、MOS型固体撮像装置の単位セル部分の製造工程断面図である。
【0039】
先ず、図4に示すように、P型半導体基板1上にゲート酸化膜を成膜した後、ゲート電極材料を成膜し、このゲート電極材料を通常のフォトエッチング技術によりパターニングしてゲート酸化膜上にトランジスタT1乃至T4の各ゲートを形成する際に、ダミーゲート21をダミーゲート酸化膜20上に同時に形成する。
【0040】
次に、このP型半導体基板1上に第1層間膜8を形成した後、通常のフォトエッチング技術によりゲート上の第1層間膜8にコンタクト孔をあけると同時にダミーゲート21上にダミーコンタクト孔をあけ、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0041】
次に、図5に示すように、コンタクト孔およびダミーコンタクト孔を含む第1層間膜8上にTi/TiN積層膜などのバリアメタルを兼ねた反射防止膜30を成膜した後、この反射防止膜30上にタングステンなどのコンタクト材料を成膜する。コンタクト材料と反射防止膜30を通常の平坦化技術により第1層間膜8が露出するまで平坦化し、コンタクト材料をコンタクト孔内に埋め込みコンタクトを形成すると同時にダミーコンタクト孔内にもコンタクト材料を埋め込みダミーコンタクト22を形成する。次に、コンタクトおよびダミーコンタクトの上面を含む第1層間膜8上に、反射防止膜30を成膜し、この反射防止膜30上に配線のためのアルミ、銅などのメタル23を成膜した後、そのメタル23上に、さらに反射防止膜30を成膜する。
【0042】
次に、図6に示すように、メタル23と反射防止膜30を通常のフォトエッチング技術およびRIE技術によりパターニングしてメタル配線層11aを形成すると同時にダミーコンタクト22上にダミーメタル配線層23aを形成する。
【0043】
次に、図7に示すように、メタル配線層11aとダミーメタル配線層23aを含む第1層間膜8上に第2層間膜9を形成した後、通常のフォトエッチング技術によりメタル配線層11a上の第2層間膜9にビア孔(図示せず)をあける際に、同時にダミーメタル配線層23a上にダミービア孔をあけ、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0044】
次に、図8に示すように、ビア孔およびダミービア孔を含む第2層間膜9上に反射防止膜30を成膜した後、この反射防止膜30上に配線間を接続するためタングステンなどのプラグ材料を成膜する。プラグ材料と反射防止膜30を通常の平坦化技術により第2層間膜9が露出するまで平坦化し、プラグ材料をビア孔内に埋め込みプラグを形成すると同時にダミービア孔内にもプラグ材料を埋め込みダミープラグ24aを形成する。
【0045】
次に、プラグおよびダミープラグ24aの表面を含む第2層間膜9上に反射防止膜30を成膜し、この反射防止膜30上に配線のためのメタル23を成膜した後、このメタル23上に、さらに反射防止膜30を形成する。
【0046】
次に、図9に示すように、メタル23と反射防止膜30を通常のフォトエッチング技術およびRIE技術によりパターニングしてメタル配線層11b、11c、11d(図示せず)を形成すると同時にダミーメタル配線層23bを形成する。
【0047】
次に、図10に示すように、メタル配線層11b、11c、11d(図示せず)とダミーメタル配線層23bを含む第2層間膜9上に第3層間膜10を形成した後、通常のPEP技術によりメタル配線層11b、11c、11d(図示せず)上の第3層間膜10にビア孔をあけると同時にダミーメタル配線層23b上にダミービア孔をあけ、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト20を剥離する。
【0048】
次に、図11に示すように、ビア孔およびダミービア孔を含む第3層間膜10上に反射防止膜30を成膜した後、この反射防止膜30上に配線間を接続するためタングステンなどのプラグ材料を成膜する。プラグ材料と反射防止膜30を通常の平坦化技術により第3層間膜10が露出するまで平坦化し、ビア孔内にプラグ材料を埋め込みプラグを形成すると同時にダミービア孔内にもプラグ材料を埋め込みダミープラグ24bを形成する。次に、プラグおよびダミープラグ24bの表面を含む第3層間膜10上に反射防止膜30を成膜し、この反射防止膜30上に水平方向遮光膜のためのメタル23を成膜した後、このメタル23上に、さらに反射防止膜30を形成する。
【0049】
次に、図12に示すように、メタル23と反射防止膜30を通常のPEP技術およびRIE技術によりパターニングして水平方向遮光膜12と開口部13を形成する。
【0050】
最後に、図示はしないが表面保護層14を形成することにより、MOS型固体撮像装置を作成する。
【0051】
上記第1の実施の形態によれば、行方向の隣接する単位セルC間および列方向単位セルC間の各々に第1の垂直方向遮光障壁15および第2の垂直方向遮光障壁16をそれぞれ単位セルCを仕切るように配置している。そのため、単位セルCの開口部13からフォトダイオードDに入射した入射光6aの一部が半導体基板1の表面で反射された後、水平方向遮光膜12やメタル配線層11a、11b、11c、11dで乱反射し迷光が発生しても隣接した単位セルCのフォトダイオードDへの侵入を低減することができる。また、開口部13から入射した斜め方向からの入射光6bに対しても隣接したフォトダイオードDへの侵入を低減することができる。そのため、クロストーク現象が低減し混色等の色再現性を改善したMOS型固体撮像装置を提供することができる。
【0052】
また、上記製造方法によれば、通常のプロセスでゲート酸化膜、ゲート、コンタクト、メタル配線層、プラグを形成すると同時に第1および第2の垂直方向遮光障壁15、16を構成するためのダミーゲート酸化膜20、ダミーゲート21、ダミーコンタクト22、ダミーメタル配線層23a、23b、ダミープラグ24a、24bを形成することができるので、付加的なプロセスの工程が不要であり簡単に上記MOS型固体撮像装置を提供することができる。
【0053】
(変形例1)
上記第1の実施の形態では、メタル配線層11a、ダミーメタル配線層23a、23bおよび水平方向遮光膜12の側面は反射防止膜30で覆われていない。そのため、この部分で乱反射した迷光が、自身のフォトダイオードDに侵入し色再現性が劣化する恐れがある。
【0054】
従って、この部分を反射防止膜30で覆うことが望ましい。この場合には、工程は増えるが、図13に示すように、上述の製造方法による図6の工程後に反射防止膜30をメタル配線層11aおよびダミーメタル配線層23aを含む第1層間膜8上に成膜し、通常のRIE等による異方性エッチングでメタル配線層11aおよびダミーメタル配線層23aの上面および側面の反射防止膜30を除いた第1層間膜8上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加する。
【0055】
同様に、図9の工程後に図14に示すように、反射防止膜30をメタル配線11b、11c、11d(図示せず)およびダミーメタル配線層23bを含む第2層間膜9上に成膜し、通常のRIE等による異方性エッチングでメタル配線層11b、11c、11dおよびダミーメタル配線層23bの上面および側面の反射防止膜30を除いた第2層間膜9上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加する。
【0056】
また、同様に、図12の工程後に図15に示すように水平方向遮光膜12を含む第3層間膜10上に反射防止膜30を成膜した後、通常のRIE等による異方性エッチングで水平方向遮光膜12の上面および側面を除く第3層間膜10上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加すればよい。
【0057】
(変形例2)
次に、上記MOS型固体撮像装置の他の製造方法について、図16乃至図23を参照して説明する。図16乃至図23は、MOS型固体撮像装置の単位セル部分の他の製造工程断面図である。
【0058】
先ず、図16に示すように、P型半導体基板1上にゲート酸化膜を成膜した後、
ゲート電極材料を成膜し、このゲート電極材料を通常のフォトエッチング技術によりパターニングしてゲート酸化膜上にトランジスタT1乃至T4の各ゲートを形成すると同時にダミーゲート21を形成する。
【0059】
次に、このP型半導体基板1上に第1層間膜8を形成した後、通常のフォトエッチング技術によりゲート上の第1層間膜8にコンタクト孔をあけると同時にダミーゲート21上にダミーコンタクト孔をあけ、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0060】
次に、図17に示すように、コンタクト孔およびダミーコンタクト孔を含む第1層間膜8上にTi/TiN積層膜などのバリアメタルを兼ねた反射防止膜30の材料を成膜した後、この反射防止膜30上にタングステンなどのコンタクト材料を成膜する。コンタクト材料と反射防止膜30を通常の平坦化技術により第1層間膜8が露出するまで平坦化し、コンタクト材料をコンタクト孔内に埋め込みコンタクトを形成すると同時にダミーコンタクト孔内にもコンタクト材料を埋め込みダミーコンタクト22を形成する。
【0061】
次に、コンタクトおよびダミーコンタクト22を含む第1層間膜8上に第2層間膜9を形成した後、通常のフォトエッチング技術により第2層間膜9にメタル配線層の孔をあけると同時にダミーコンタクト22上にダミーメタル配線層の孔をあける。次に、メタル配線層の孔およびダミーメタル配線層の孔を含む第2層間膜上に反射防止膜30を成膜後、この反射防止膜30上にメタル配線材料を成膜し、メタル配線材料を通常の平坦化技術により第2層間膜9が露出するまで平坦化し、メタル配線材料をメタル配線層の孔内に埋め込みメタル配線層11aを形成すると同時にメタル配線材料をダミーメタル配線層の孔内にも埋め込みダミーメタル配線層23aを形成する。
【0062】
次に、図18に示すように、メタル配線層11aおよびダミーメタル配線層23aを含む第2層間膜9上に第3層間膜10を形成した後、通常のフォトエッチング技術によりメタル配線11a上の第3層間膜10にビア孔(図示せず)をあけると同時にダミーメタル配線23a上にダミービア孔をあけ、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0063】
次に、図19に示すように、第3層間膜10に通常のフォトエッチング技術によりメタル配線溝を形成すると同時にダミービア孔上にダミーメタル配線溝を形成し、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0064】
次に、図20に示すように、ビア孔およびメタル配線溝とダミービア孔およびダミーメタル配線層溝を含む第3層間膜10上に、反射防止膜30を成膜した後、この反射防止膜30上にビア孔内のプラグを兼ねるメタル配線材料を成膜する。プラグを兼ねるメタル配線材料を通常の平坦化技術により、第3層間膜10が露出するまで平坦化し、プラグを兼ねるメタル配線材料をビア孔内およびメタル配線層溝内に埋め込みプラグを兼ねるメタル配線層11b、11c、11d(図示せず)を形成すると同時にプラグを兼ねるメタル配線材料をダミービア孔内およびダミーメタル配線層溝内にも埋め込みダミープラグを兼ねるダミーメタル配線層23bを形成する。
【0065】
次に、図21に示すように、メタル配線層11b、11c、11d(図示せず)およびダミーメタル配線層23bを含む第3層間膜上に第4層間膜26を形成した後、通常のフォトエッチング技術によりメタル配線11b、11c、11d(図示せず)上の第4層間膜26にビア孔を形成すると同時にダミーメタル配線23b上にダミービア孔を空け、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35を剥離する。
【0066】
次に、図22に示すように、通常のフォトエッチング技術によりダミービア孔上の第4層間膜26に水平方向遮光膜12の溝を形成し、その後、フォトエッチング技術で用いたレジスト35は剥離する。
【0067】
次に、図23に示すように、ビア孔およびダミービア孔と水平方向遮光膜12の溝を含む第4層間膜26上に反射防止膜30の材料を成膜した後、この反射防止膜30上にプラグを兼ねる水平方向遮光膜材料を成膜する。プラグを兼ねる水平方向遮光膜材料を通常の平坦化技術により、第4層間膜26露出するまで平坦化し、プラグを兼ねる水平方向遮光膜材料をビア孔内に埋め込みプラグを形成すると同時にプラグを兼ねる水平方向遮光膜材料をダミービア孔内および水平方向遮光膜12の溝にも埋め込みダミープラグを兼ねる水平方向遮光膜12を形成する。
【0068】
最後に、図示はしないが表面保護層14を形成することによりMOS型固体撮像装置を作成する。
【0069】
(変形例3)
上述の製造工程では、メタル配線層11aの上面と、ダミ−メタル配線層23a、23b上面の周辺および水平方向遮光膜12上面は反射防止膜30で覆われていない。そのため、この部分から反射した迷光が隣接した自身のフォトダイオードDに侵入し色再現が劣化する恐れがある。
【0070】
従って、この部分を反射防止膜30で覆うことが望ましい。この場合には、工程は増えるが、図24に示すように、上述の製造方法による図17の工程後に反射防止膜30をメタル配線層11aおよびダミーメタル配線層23aを含む第2層間膜9上に成膜し、通常のフォトエッチング技術とRIE等による異方性エッチング技術でメタル配線層11aおよびダミーメタル配線層23a上を除いた第2層間膜9上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加する。
【0071】
同様に、図20の工程後に図25に示すように、反射防止膜30をダミーメタル配線層23bを含む第3層間膜10上に成膜し、通常のフォトエッチング技術とRIE等のよる異方性エッチング技術でダミーメタル配線層23b上を除いた第3層間膜10上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加する。
【0072】
また、同様に、図23の工程後に図26に示すように反射防止膜30を水平方向遮光膜12を含む第4層間膜26上に成膜した後、通常のフォトエッチング技術とRIE等による異方性エッチング技術で水平方向遮光膜12上を除いた第4層間膜26上の反射防止膜30をエッチング除去する工程を追加してもよい。
【0073】
(第2の実施の形態)
図27は本発明の第2の実施の形態に係るMOS型固体撮像装置の概略平面図である。この第2の実施の形態の各部について図1の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。
【0074】
この第2の実施の形態が、第1の実施の形態と異なる点は、図1乃至図3のダミーゲート21、ダミーコンタクト22、ダミーメタル配線層23a、23b、ダミ−プラグ24a、24bで構成される長方形状の第1の垂直方向遮光障壁15および第2の垂直方向遮光障壁16に代えて図27に示すように、第1の垂直方向遮光障壁40および第2の垂直方向遮光障壁41の各々が複数の垂直方向遮光障壁部40aおよび41aをそれぞれ千鳥状に配列してなることである。そして、各垂直方向遮光障壁部40a、41aはダミーゲート21、ダミーコンタクト22、ダミーメタル配線層23a、23b、ダミープラグ24a、24bで構成されてなることは、上記第1の実施の形態と同じである。
【0075】
上記のMOS型固体撮像装置は、第1の実施の形態と基本的に同様な製造方法によって得られる。すなわち、ダミーゲート酸化膜20上にダミ−ゲート21と、ダミーコンタクト22と、ダミーメタル配線層23aと、ダミープラグ24aと、ダミーメタル配線層23bと、ダミープラグ24bを、千鳥状に形成することにより実現できる。
【0076】
上記第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、行方向の隣接する単位セルC間および列方向の隣接する単位セルC間の各々に、第1の垂直方向遮光障壁40および第2の垂直方向遮光障壁41をそれぞれ単位セルCを仕切るように配置しているため、単位セルCの開口部13からフォトダイオードDに入射した入射光6aの一部が半導体基板1の表面で反射された後、水平方向遮光膜12やメタル配線層11a、11b、11c、11dで乱反射し迷光が発生しても隣接した単位セルCのフォトダイオードDへの侵入を低減することができる。また、斜め方向からの入射光6bに対しても隣接したフォトダイオードDへの侵入を低減することができる。
【0077】
そのため、クロストーク現象が低減し混色等の色再現性を改善した固体撮像装置を提供することができる。
【0078】
本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できることはもちろんである。例えば、第1および第2の実施の実施の形態において、第1の垂直方向遮光障壁15、40および第2の垂直方向遮光障壁16、41の各々を、図28に示すように、ダミーゲート21を省略し、その代わりにダミーコンタクト22を素子分離上に達するようにしてもよい。
【0079】
また、図29に示すように、ダミーゲート21を省略して、ダミーメタル配線層23a、23bおよびダミープラグ24a、24bとで構成してもよい。しかし、この場合には、斜めからの入射光6aが隣接する単位セルCのフォトダイオードDに侵入しないように、垂直方向遮光障壁15、16、40、41の下端と開口部13とを結ぶ仮想線上に単位セルCのフォトダイオードDが存在しないようにする。
【0080】
さらに、図30に示すように、ダミーメタル配線層23a、23bのみで構成してもよい。しかし、この場合は開口部13とダミーメタル配線層23a上端とダミーメタル配線層23b下端とを結ぶ仮想線上に隣接する単位セルCのフォトダイオードDが存在しないようにする。
【0081】
さらに、図31および図32に示すように、メタル配線層11a、11b、11c、11dとダミーゲート21、ダミーコンタクト22、ダミーメタル配線層23a、23bおよびダミープラグ24aとを組み合わせて構成してもよい。
【0082】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、隣接したフォトダイオードへの入射光の侵入を低減することができるので、クロストーク現象を低減でき、混色等が改善された色再現性の良いMOS型固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるMOS型固体撮像装置を示す概略平面図。
【図2】図1のA−aに沿った単位セルCの概略断面図。
【図3】図1のB−bに沿った単位セルCの概略断面図。
【図4】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図5】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図6】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図7】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図8】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図9】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図10】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図11】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図12】本発明の第一の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図13】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図14】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図15】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図16】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図17】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図18】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図19】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図20】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図21】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図22】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図23】本発明の他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の他の製造方法を示す製造工程断面図。
【図24】本発明のさらに他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図25】本発明のさらに他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法を示す製造工程断面図。
【図26】本発明のさらに他の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の単位セルC部分の製造方法の変形例を示す製造工程断面図。
【図27】本発明の第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の概略平面図。
【図28】本発明の第1および第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の変形例の断面図。
【図29】本発明の第1および第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の変形例の断面図。
【図30】本発明の第1および第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の変形例の断面図。
【図31】本発明の第1および第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の変形例の断面図。
【図32】本発明の第1および第2の実施の形態によるMOS型固体撮像装置の変形例の断面図。
【図33】従来のMOS型固体撮像装置の単位セルCを示す回路図。
【図34】従来のMOS型固体撮像装置を示す概略断面図。
【図35】図34のC−cに沿った単位セルCの概略断面図。
【図36】図34のD−dに沿った単位セルCの概略断面図。
【符号の説明】
1 半導体基板
2 素子分離領域
3 N型ドレイン層
4 N型電荷蓄積層
5 P型表面シールド層
6a 入射光
6b 斜めからの入射光
7 ゲート
8 第1層間膜
9 第2層間膜
10 第3層間膜
11a、11b、11c、11d メタル配線層
12 水平方向遮光膜
13 開口部
14 表面保護層
15、40、47 第1の垂直方向遮光障壁
16、41、43、44、45、46 第2の垂直方向遮光障壁
19 読み出し回路部
21 ダミーゲート
22 ダミーコンタクト
23 メタル
23a、23b ダミーメタル配線層
24a、24b ダミープラグ
26 第4層間膜
30 反射防止膜
35 レジスト
40a、41a 垂直方向遮光障壁部
C 単位セル
D フォトダイオード
T1 読み出しトランジスタ
T2 増幅トランジスタ
T3 行選択トランジスタ
T4 リセットトランジスタ
Sm 読み出し信号線
Sv 垂直信号線
Sh 水平アドレス信号線
Sr リセット信号線

Claims (9)

  1. 半導体基板表面に、行、列に配列された信号電荷を蓄積するためのフォトダイオードと前記フォトダイオードの信号電荷を読み出すための読み出し回路部とを有する単位セルと、前記半導体基板上に形成され、内部に配線層が設けられた層間膜と、前記層間膜上に形成され、且つ前記単位セルのフォトダイオード上方に開口部を有する水平方向遮光膜とを備えた固体撮像装置において、列方向の隣接する前記単位セル間に配置された第1の垂直方向遮光障壁と、
    行方向の隣接する前記単位セル間に配置された第2の垂直方向遮光障壁と
    を具備し、
    前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、前記半導体基板表面と前記水平方向遮光膜との間の前記層間膜内に埋め込まれていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は細長い長方形状であることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、複数の垂直方向遮光障壁部を千鳥状に配列することにより構成されてなることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、前記半導体基板表面から前記水平方向遮光膜に達していることを特徴とする請求項2または3記載の固体撮像装置。
  5. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、ダミーゲート酸化膜、ダミーゲート、ダミーコンタクト、ダミー配線層およびダミープラグのうちいずれかを組み合わせて構成してなることを特徴とする請求項2または3記載の固体撮像装置。
  6. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、前記フォトダイオードの対向辺とほぼ同じ長さを有することを特徴とする請求項2または3記載の固体撮像装置。
  7. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、金属からなることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の固体撮像装置。
  8. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁の側壁面は、反射防止膜で被覆されていることを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置。
  9. 前記第1および第2の垂直方向遮光障壁は、ダミーゲート酸化膜、ダミーゲート、ダミーコンタクト、ダミー配線層およびダミープラグのうちのいずれかとメタル配線層との組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項2または3記載の固体撮像装置。
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