JP2009021447A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像画素のサイズにかかわらず、撮像画素間での電荷漏れの発生を抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１では、絶縁膜１０４が、基板主面に沿う方向において、互いに比誘電率が異なる２領域Ａ、Ｂを含んでなり、Ｌｏｗ−Ｋ領域Ａは、チャネルストップ領域１０８の少なくとも一部を覆う状態に配され、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂは、トランスファーゲート領域１０７の少なくとも一部を覆う状態に配されている。また、絶縁膜１０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ａは、光電変換部１０２の一部領域も覆った状態である。ここで、Ｌｏｗ−Ｋ領域Ａは、ＳｉＯＣまたはＳｉＯＦから構成されており、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂは、ＳｉＯ_２から構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、絶縁膜の構造に関する。

近年、ディジタルカメラやその他の携帯機器の需要増加の伴い、固体撮像装置が広く用いられている。従来の固体撮像装置の構造について、図９を用いて説明する。図９は、従来のインターライン方式の固体撮像装置における撮像画素領域の構造を示す断面図である。
図９に示すように、固体撮像装置では、n型半導体基板９００における一方の表面から、その厚み方向内方にかけての領域にp型ウェル９０１が形成されている。p型ウェル９０１内には、n型半導体基板９００の表面に沿う方向において、n型半導体からなる光電変換部９０２が互いに間隔をあけて形成され、隣り合う光電変換部９０２の行間に転送チャネル９０３が形成されている。なお、固体撮像装置では、光電変換部９０２とp型ウェル９０１とでフォトダイオードが構成され、一つのフォトダイオードで一画素が構成される。

各撮像画素では、光電変換部９０３と転送チャネル９０３との間に、p型ウェル９０１よりも低抵抗なトランスファーゲート領域９０７が介挿されている。また、隣接する画素間の転送チャネル９０３と光電変換部９０２との間には、電荷転送領域の分離機能を有するチャネルストップ領域９０８が介挿されている。
固体撮像装置では、光電変換部９０２、転送チャネル９０３、トランスファーゲート領域９０７およびチャネルストップ領域９０８の上を覆う状態に絶縁膜９０４が形成されている。絶縁膜９０４上には、転送チャネル９０３の上方に該当する箇所に転送電極９０５が形成され、転送電極９０５はその周囲が遮光膜９０６で覆われている。なお、転送電極９０５と遮光膜９０６との間には、絶縁膜９０９が介挿されている。遮光膜９０６は、光電変換部９０２の上方に該当する箇所が開口されている。

絶縁膜９０４および遮光膜９０６の上には、平坦化膜９１０が積層され、さらに、各撮像画素に対応してマイクロレンズ９１１が形成されている。
ところで、固体撮像装置には、動画撮影用や高精細な画像撮影のために、より一層の高画素化が要望されている。動画撮影用などで固体撮像装置の高画素化を図って行く場合には、１フレームあたりの情報量が増加し、転送電極９０５に印加する駆動パルスの高速化を図る必要も生じる。駆動パルスの高速化を図る上では、パルス波形の崩れ防止および転送不良の防止のための技術が必要である。このような問題に対して、特許文献１では、次のような構成が提案されている。

図１０に示すように、特許文献１では、導電材料からなる遮光膜９０６と転送電極９０５との間をコンタクトプラグ９１２で電気的に接続し、これにより固体撮像装置における配線抵抗の削減を図ろうとしている。即ち、固体撮像装置の撮像画素領域において、ポリシリコン配線の電気抵抗の低減を図るのに遮光膜９０６を採用する、所謂、裏打ち配線の構成を採用する。図１０に示す特許文献１に係る構成の固体撮像装置では、遮光膜９０６を裏打ち配線として用いることで、パルス波形の崩れ防止および転送不良の防止できる。
特開平０４−２７９０５９号公報

しかしながら、従来の固体撮像装置の構造で高画素化をすすめるときには、隣接する撮像画素への電荷の漏れという問題を生じる。即ち、高画素化を図るために各撮像画素サイズを小さくして行くときには、チャネルストップ領域９０８のサイズも小さくせざるを得ず、電荷転送領域の分離機能も低下する。特に、図１０に示すように遮光膜９０６を裏打ち配線として用いる構成の場合には、絶縁膜９０４を挟んでチャネルストップ領域９０８上に形成されている遮光膜９０６にも駆動パルスが印加されるので、隣接撮像画素への蓄積電荷の漏れが顕著になる。

本発明は、上記問題を解決しようとなされたものであって、撮像画素のサイズにかかわらず、撮像画素間での電荷漏れの発生を抑制できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を採用する。
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の内部において、当該基板主面に沿う方向に互いに間隔をあけた状態でマトリクス状に形成された複数の光電変換部と、複数の光電変換部の各行間に形成された転送チャネルとを有する。半導体基板の一方の主面には、絶縁膜が形成されているとともに、当該絶縁膜上であって、転送チャネルの各々に対応した箇所に転送電極が形成されてなる構成を有する。また、転送チャネルとこれを挟んで両側に対峙する２つの光電変換部をみるとき、転送チャネルと一方の光電変換部との間には電荷の転送経路であるトランスファーゲート領域が挿設され、転送チャネルと他方の光電変換部との間には電荷の移動を抑制するチャネルストップ領域が挿設されている。

ここで、本発明に係る固体撮像装置では、絶縁膜が、基板主面に沿う方向において、互いに比誘電率が異なる２領域を含んでなり、２領域の内、比誘電率が小さい領域（以下では、「Ｌｏｗ−Ｋ領域」と記載する。）は、チャネルストップ領域の少なくとも一部を覆う状態に配され、比誘電率が大きい領域（以下では、「Ｈｉｇｈ−Ｋ領域」と記載する。）は、トランスファーゲート領域の少なくとも一部を覆う状態に配されていることを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次のステップを有する。
・光電変換形成ステップ；半導体基板の内部に対し、当該基板主面に沿う方向に互いに間隔をあけた状態で複数の光電変換部をマトリクス状に形成する。
・転送チャネル形成ステップ；複数の光電変換部の各行間に転送チャネルを形成する。
・絶縁膜形成ステップ；半導体基板の一方の主面に対し、絶縁膜を形成する。

・転送電極形成ステップ；絶縁膜上における転送チャネルの各々に対応した箇所に転送電極を形成する。
・トランスファーゲート形成ステップ；転送チャネルと当該転送チャネルを挟んで対峙する２つの光電変換部の内の一方との間に、電荷の転送経路であるトランスファーゲート領域を挿設する。

・チャネルストップ形成ステップ；転送チャネルを挟んで上記トランスファーゲート領域と対峙する領域に、電荷の移動を抑制するチャネルストップ領域を挿設する。
本発明の製造方法における絶縁膜形成ステップでは、基板主面に沿う方向において、互いに比誘電率が異なる２領域を含んでなる状態に前記絶縁膜を形成し、その内、Ｌｏｗ−Ｋ領域（比誘電率が小さい領域）を、チャネルストップ領域の少なくとも一部を覆う状態に配し、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域（比誘電率が大きい領域）を、トランスファーゲート領域の少なくとも一部を覆う状態に配することを特徴とする。

上記のように、本発明に係る固体撮像装置では、チャネルストップ領域の少なくとも一部を覆う領域と、トランスファーゲート領域の少なくとも一部を覆う領域とで絶縁膜の比誘電率に差異をもたせている。即ち、チャネルストップ領域の上の領域の方が、トランスファーゲート領域の上の領域よりも比誘電率が小さい構成を採用している。このため、本発明に係る固体撮像装置では、チャネルストップ領域において、転送電極に印加される駆動パルスに呼応するポテンシャル変動を抑制することができる。特に、高画素化のために撮像画素サイズが小さくなればなるほど、従来の固体撮像装置では、転送チャネルから隣り合う撮像画素への電荷の漏れ出しが顕著となる。これに対して、本発明に係る固体撮像装置では、チャネルストップ領域の上方を２領域の内のＬｏｗ−Ｋ領域で覆っているので、高画素化を進める場合にも、電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置では、例えば、ＳｉＯ_２に比べて比誘電率が小さい材料から絶縁膜の全域を形成するのではなく、トランスファーゲート領域上では、チャネルストップ領域上よりも比誘電率を大きくしている。このため、本発明に係る固体撮像装置では、単位印加電圧あたりの高いポテンシャル変動を確保でき、電荷転送劣化という問題を生じ難い。

また、本発明に係る固体撮像装置では、Ｌｏｗ−Ｋ領域の下方において、転送電極への印加パルスによるスイングに対してポテンシャル変動が少ないので、駆動のための消費電力の低減も図ることができる。
従って、本発明に係る固体撮像装置では、撮像画素のサイズにかかわらず、撮像画素間での電荷漏れの発生を抑制できる。

本発明に係る固体撮像装置では、次のようなバリエーションを採用することができる。
本発明に係る固体撮像装置では、絶縁膜におけるＬｏｗ−Ｋ領域が、転送チャネルの上方にも配されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、転送電極上が、第２の絶縁膜を介した状態で、導電性材料からなる遮光膜により覆われており、転送電極と遮光膜とが電気的に接続されている、という構成を採用することができる。即ち、本発明に係る固体撮像装置においても、遮光膜を裏打ち配線として用いることができる。このように遮光膜を裏打ち配線として用いる場合にも、本発明に係る固体撮像装置では、隣り合う撮像画素への電荷の漏れ出しを確実に抑制することが可能となる。

図１０に示す従来の固体撮像装置では、装置駆動時において、遮光膜にも駆動パルスが印加されるのでチャネルストップ領域の界面電位も駆動パルスの振幅にあわせて変動することになる。このため、図１０に示す従来の固体撮像装置では、裏打ち配線を採用しない固体撮像装置に比べて電荷の漏れ出しという問題を生じやすい。
一方、本発明に係る固体撮像装置では、チャネルストップ領域の上方にＬｏｗ−Ｋ領域を配しているので、裏打ち配線構造を採用する場合にも確実に電荷の漏れ出しを抑制できる。

また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光膜がチャネルストップ領域の上方全体を覆う状態まで延長して形成されている、という構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合にも、チャネルストップ領域の上方にＬｏｗ−Ｋ領域を配しているので、隣り合う撮像画素への電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光膜がチャネルストップ領域の上方の一部において絶縁膜と接しており、遮光膜と絶縁膜とが接触する領域において、Ｌｏｗ−Ｋ領域が配されている、という構成を採用することもできる。

また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光膜が光電変換部の上方の一部が開口された状態で形成されており、遮光膜が開口された部分において、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域が配されている、という構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、光電変換部への可視光成分波長の透過率を高く維持することができ、感動の低下を招くことがない。

また、本発明に係る固体撮像装置では、転送電極の下方全域において、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域が配されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域がＳｉＯ_２を主成分として構成されており、Ｌｏｗ−Ｋ領域がＳｉＯＣおよびＳｉＯＦの少なくとも一方を含み構成されている、という構成を採用することができる。ここで、ＳｉＯ_２の比誘電率が約４．０であるのに対して、ＳｉＯＣの比誘電率は約２．５〜２．８であり、ＳｉＯＦの比誘電率は約３．６である。

さらに、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、絶縁膜形成ステップにおける絶縁膜の形成に際し、チャネルストップ領域の上方の少なくとも一部にＬｏｗ−Ｋ領域を配し、トランスファーゲート領域の上方の少なくとも一部にＨｉｇｈ−Ｋ領域を配するので、上記本発明に係る固体撮像装置を製造することができる。

以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係る固体撮像装置の構成およびその作用・効果を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
１．全体構成
本実施の形態に係る固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。

図１に示すように、固体撮像装置１は、マトリクス状に配された複数の撮像画素部１１と回路部とが形成されてなる。回路部は、撮像画素部１１で構成の列間にＹ軸方向に延伸配置された垂直ＣＣＤ部１２と、Ｘ軸方向に延伸配置された水平ＣＣＤ部１３と、これに続くアンプ部１４などからなる。このように、本実施の形態では、その一例として、インターライン（ＩＴ）−ＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する。

垂直ＣＣＤ領域１２は、光の入射を受けた光電変換部で生成された信号電荷を受け、Ｙ軸方向下方へと転送する機能を有する。垂直ＣＣＤ領域１２における信号電荷は、並列的に順次水平ＣＣＤ領域１３へ移され、アンプ領域１４を介し出力される。
２．撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２の構成
固体撮像装置１の構成の内、撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２の構成について、図２を用い説明する。

図２に示すように、固体撮像装置１における撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２では、n型半導体基板１００の一方の表面（図２では、上側主面）から、その厚み方向内方にかけての領域にp型ウェル１０１が形成されている。p型ウェル１０１内には、n型半導体基板１００の表面に沿う方向において、n型半導体からなる光電変換部１０２が互いに間隔をあけて形成され、隣り合う光電変換部１０２の各行間に転送チャネル１０３が形成されている。転送チャネル１０３は、ｎ型半導体から構成されている。

固体撮像装置１では、各撮像画素部１１において、光電変換部１０２とp型ウェル１０１とでフォトダイオードが構成され、一つのフォトダイオードが構成される。
各撮像画素部１１では、光電変換部１０２と転送チャネル１０３との間に、p型ウェル１０１よりも低抵抗なトランスファーゲート領域１０７が介挿されている。また、隣り合う撮像画素部１１間の転送チャネル１０３と光電変換部１０２との間には、電荷転送領域の分離機能を有するチャネルストップ領域１０８が介挿されている。

固体撮像装置１では、光電変換部１０２、転送チャネル１０３、トランスファーゲート領域１０７およびチャネルストップ領域１０８の上を覆う状態に絶縁膜１０４が形成されている。絶縁膜１０４上には、転送チャネル１０３の上方に該当する箇所に転送電極１０５が形成され、転送電極１０５はその周囲が遮光膜１０６で覆われている。なお、転送電極１０５と遮光膜１０６との間は、絶縁膜１０９が介挿され、これによって、電気的絶縁が図られている。また、遮光膜１０６は、光電変換部１０２の上方に該当する箇所の一部が開口されている。

固体撮像装置１における垂直ＣＣＤ部１２は、転送チャネル１０３および転送電極１０５と、その間に挿設された絶縁膜１０４により構成されている。
絶縁膜１０４および遮光膜１０６の上には、平坦化膜１１０が積層され、さらに、各光電変換部１０２に対応してマイクロレンズ１１１が形成されている。
３．絶縁膜１０４の構成
次に、絶縁膜１０４の構成について、説明する。

図２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２における絶縁膜１０４が、互いに比誘電率が異なる２領域を有する。具体的には、絶縁膜１０４は、領域Ａと領域Ｂとを有し、領域Ａにおける比誘電率が、領域Ｂに比べて小さく設定されている。以下では、絶縁膜１０４において、比誘電率が相対的に小さい領域をＬｏｗ−Ｋ領域Ａと記載し、比誘電率が相対的に大きい領域をＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｂと記載する。

固体撮像装置１では、絶縁膜１０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ａが光電変換部１０２の上方の一部、およびチャネルストップ領域１０８の上方の全部、および転送チャネル１０３の上方の一部を覆う状態に配されている。Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂは、トランスファーゲート領域１０７の上方の全部を含む残余の部分を覆う状態に配されている。
４．固体撮像装置１の優位性
図２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、チャネルストップ領域１０８の上方全体と、隣り合う撮像画素部１１の光電変換部１０２の上方の一部までを絶縁膜１０４のＬｏｗ−Ｋ領域Ａで覆っている。ここで、Ｌｏｗ−Ｋ領域Ａは、例えば、ＳｉＯＣあるいはＳｉＯＦなどを含み構成されている。一方、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂは、従来の固体撮像装置と同様に、例えば、ＳｉＯ_２から構成されている。

上記構成材料の相違により、Ｌｏｗ−Ｋ領域Ａの比誘電率は、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂの比誘電率に比べて小さくなっており、これに起因して転送電極１０５への駆動パルスによるチャネルストップ領域１０８のポテンシャル変動を抑制することができる。
また、固体撮像装置１では、光電変換部１０２の上方の一部から転送チャネル１０３の上方の一部にかけての領域に、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｂを配しているので、単位印加電圧あたりのポテンシャル変動を高く維持することができる。このため、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、転送劣化を抑制することができる。

以上より、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、チャネルストップ領域１０８の上方全体をＬｏｗ−Ｋ領域Ａで覆う構成を採用することにより、転送電極１０５に対して高い周波数での駆動パルスを印加した場合にあっても、隣り合う撮像画素部１１への電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置１は、スミアおよび混食などの問題を生じ難く、高い画質性能を有する。これは、動画撮影用であって高画素化をすすめる場合にも同様である。

５．固体撮像装置１の製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法について、図３を用い説明する。なお、図３および以下の説明では、特徴となる絶縁膜１０４の形成方法だけを示し、その他の各製造過程については省略する。
図３に示すように、絶縁膜１０４の形成においては、先ず、撮像画素部１１の全面にＳｉＯ_２からなる準備膜１０４０を形成する。そして、トランスファーゲート領域１０７の上方全体および光電変換部１０２の上方の一部および転送チャネル１０３の上方の一部を覆う状態にレジストマスク６００を積層する。即ち、固体撮像装置１におけるＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｂを配しようとする部分にレジストマスク６００を積層する。

なお、レジストマスク６００の積層には、例えば、一般的なリソグラフィ技術を採用することができる。
次に、レジストマスク６００形成後の準備膜１０４０に対し、炭素（Ｃ）もしくは弗素（Ｆ）を注入する。これにより、レジストマスク６００が積層されていない領域、即ち、準備膜１０４０における領域Ａの構成材料がＳｉＯＣあるいはＳｉＯＦとなる。一方、レジストマスク６００が積層されている領域Ｂでは、構成材料がＳｉＯ_２のままとなる。

レジストマスク６００を除去することにより、Ｌｏｗ−Ｋ領域ＡとＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｂとからなる絶縁膜１０４の形成が完了する。
なお、固体撮像装置１の製造方法の内、絶縁膜１０４以外の部分の形成方法については、従来の製造方法と同一である。
（実施の形態２）
１．構成
実施の形態２に係る固体撮像装置２について、図４および図５を用い説明する。

図４に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、転送電極１０５と遮光膜１０６とがコンタクトプラグ２１２により電気的に接続されている。即ち、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、導電材料からなる遮光膜１０６が転送電極１０５への駆動パルスの印加に係る配線に対し、裏打ち配線に適用している。
絶縁膜１０４の構成については、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の構成を有する。

図５（ａ）に示すように、固体撮像装置２においては、各撮像画素部の光電変換部１０２に隣接する状態で、転送電極１０５ａ〜１０５ｄが形成されている。そして、転送電極１０５ａ〜１０５ｄには、図５（ａ）の横方向に向けて延伸するポリシリコン配線２１３ａ〜２１３ｄが接続されている。各ポリシリコン配線２１３ａ〜２１３は、アルミニウム配線２１４ａ〜２１４ｄに接続されている。

図５（ｂ）に示すように、固体撮像装置２では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１とは異なり、遮光膜１０６ａ〜遮光膜１０６ｄが、各ポリシリコン配線２１３ａ〜２１３ｄに対応して裏打ち配線として適用されている。そして、各遮光膜１０６ａ〜１０６ｄは、コンタクトプラグ２１２により、所定の転送電極１０５ａ〜１０５ｄと電気的に接続されている。

２．優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置２では、遮光膜１０６を裏打ち配線として用いているので、アルミニウム配線２１４ａ〜２１４ｄから転送電極１０５ａ〜１０５ｄまでの間の配線抵抗成分を低減することができ、高画素化に際しても駆動パルス波形の崩れを抑制し、転送不良の発生を抑制することができる。

また、図４に示すように、固体撮像装置２では、遮光膜１０６を裏打ち配線として適用しているため、装置の駆動に際しては、遮光膜１０６にも駆動パルスが印加されるが、遮光膜１０６の縁部分が接する部分の絶縁膜１０４をＬｏｗ−Ｋ領域Ａとしているので、チャネルストップ領域１０８のポテンシャル変動を確実に抑制することができる。
従って、本実施の形態に係る固体撮像装置２は、高画素化のための高速駆動による駆動波形の崩れが少なく、また、絶縁膜１０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ａの配置形態により、隣り合う撮像画素部への電荷の漏れ出しを抑制することができる。

（実施の形態３）
１．構成
実施の形態３に係る固体撮像装置３の構成について、図６を用い説明する。
図６に示すように、固体撮像装置３は、絶縁膜３０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域ＣとＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｄとの配置形態が、上記実施の形態２に係る固体撮像装置２との相違点である。それ以外の構成については、固体撮像装置２との差異はないので、素の説明を省略する。

上記実施の形態２に係る固体撮像装置２では、光電変換部１０２の上方の一部（遮光膜１０６の開口部分まで）もＬｏｗ−Ｋ領域Ａが配されていた。これに対して、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、光電変換部１０２の上方全体にＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｄが配されている。Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｄは、上記固体撮像装置１、２におけるＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｂと同様に、ＳｉＯ_２を主成分として形成されている。

２．優位性
可視光領域における光の透過効率という観点からは、ＳｉＯ_２を主成分として形成されているＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｄの方が、ＳｉＯＣあるいはＳｉＯＦから構成されているＬｏｗ−Ｋ領域Ｃに比べて高い。よって、固体撮像装置３では、光電変換部１０２の上方における光の入射口部分全体をＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｄとしていることから、固体撮像装置１、２などに比べて、高い感度特性を有する。

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置３においても、チャネルストップ領域１０８の上方全体をＬｏｗ−Ｋ領域Ｃで覆っているので、駆動時における隣接撮像画素への電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。また、固体撮像装置３でも、上記固体撮像装置２と同様に、遮光膜１０６を裏打ち配線として適用しているので、高速駆動の際にも駆動パルスのパルス波形が崩れ難い。

従って、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、上記実施の形態２に係る固体撮像装置２が有する優位性に加えて、高い感度特性を備える。
（実施の形態４）
１．構成
実施の形態４に係る固体撮像装置４の構成について、図７を用い説明する。

図７に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、絶縁膜４０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ｅの配置形態が、上記固体撮像装置２、３と相違し、その他の部分については同一構成を有する。
固体撮像装置４では、絶縁膜４０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ｅが転送電極１０５の下方には回りこんでおらず、チャネルストップ領域１０８および光電変換部１０２の各上方の一部を覆う状態にＬｏｗ−Ｋ領域Ｅが形成されている。そして、残りの全領域は、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｆが配されている。

２．優位性
上記固体撮像装置１〜３のようにＬｏｗ−Ｋ領域Ａ、Ｃを転送電極１０５の下方にまで回り込む状態で配する場合には、この領域をＳｉＯ_２から構成する場合と比べて、転送電極１０５の直下における電荷を転送するポテンシャルが浅く形成されることになる。このため、このような構成を採用する固体撮像装置１〜３では、フォトダイオードにおける最大蓄積電荷量の減少を招くことがある。

一方、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、転送電極１０５の下方にはＬｏｗ−Ｋ領域Ｅを回り込ませることなく、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｆを配しているので、転送電極１０５の直下における電荷転送に係るポテンシャルの低下を招くことがなく、最大蓄積電荷量の減少を招き難い。
なお、本実施の形態に係る固体撮像装置４においても、遮光膜１０６が接触する領域にＬｏｗ−Ｋ領域Ｅを配しているので、駆動時における隣接撮像画素への電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。また、固体撮像装置４でも、上記固体撮像装置２、３と同様に、遮光膜１０６を裏打ち配線として適用しているので、高速駆動の際にも駆動パルスのパルス波形が崩れ難い。

（実施の形態５）
１．構成
実施の形態５に係る固体撮像装置５の構成について、図８を用い説明する。
図８に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、絶縁膜５０４におけるＬｏｗ−Ｋ領域Ｇの配置形態が、上記固体撮像装置２〜４と相違し、その他の部分については同一構成を有する。

固体撮像装置５では、Ｌｏｗ−Ｋ領域Ｇがチャネルストップ領域１０８の上方全体を覆う状態で配され、その他の部分についてはＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｈが配されている。このため、固体撮像装置５では、光電変換部１０２の上方全体、および転送電極１０５の下方全体にもＨｉｇｈ−Ｋ領域Ｈが適用されている。
２．優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置５では、チャネルストップ領域１０８の上方全体にＬｏｗ−Ｋ領域Ｇを配しているので、上記固体撮像装置１〜４と同様に、転送電極１０５へ印加の駆動パルスによるチャネルストップ領域１０８のポテンシャル変動を確実に抑制することができ、隣り合う撮像画素への電荷の漏れ出しを確実に抑制することができる。

また、固体撮像装置５では、チャネルストップ領域１０８の上方を除く部分については、Ｈｉｇｈ−Ｋ領域Ｈを配しているので、高い感度特性を確保できるとともに、撮像画素内における光電変換部１０２から転送チャネル１０３への良好な電荷転送を確保することができる。
（その他の事項）
上記実施の形態１〜５で採用した絶縁膜１０４〜５０４の各構成材料については、一例を示すものであり、本発明に係る固体撮像装置は、上記の材料に限定を受けるものではない。即ち、本発明に係る固体撮像装置では、絶縁膜が、互いに比誘電率の異なる２領域を有し、比誘電率が低い領域（Ｌｏｗ−Ｋ領域）をチャネルストップ領域１０８の上方の少なくとも一部を覆う状態に配し、比誘電率が高い領域（Ｈｉｇｈ−Ｋ）をトランスファーゲート領域１０７の上方の少なくとも一部を覆う状態に配する構成を採用すればよい。

なお、上記実施の形態１〜５では、ＳｉＯ_２に対して比誘電率が低い絶縁材料の一例としてＳｉＯＣやＳｉＯＦを採用したので、その形成に際しての工数を極力低減することができるが、比誘電率の関係だけを考慮してたの材料を採用することは可能である。
また、上記実施の形態１〜５では、一例としてインターライン型の固体撮像装置１〜５を採用したが、これ以外に適用した場合にも同様の効果を得ることができる。

本発明は、高画素であって、且つ高画質な固体撮像装置を実現するのに有用である。

実施の形態１に係る固体撮像装置１の構成を示す模式ブロック図である。 固体撮像装置１の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 絶縁膜１０４の形成方法を示す工程断面図である。 実施の形態２に係る固体撮像装置２の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 （ａ）は、固体撮像装置２における撮像画素領域の配線レイアウトを示す模式平面図であり、（ｂ）は、各配線２１３ａ〜２１３ｄと遮光膜１０６ａ〜１０６ｄとの接続形態を示す模式平面図である。 実施の形態３に係る固体撮像装置３の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 実施の形態４に係る固体撮像装置４の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 実施の形態５に係る固体撮像装置５の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 従来技術に係る固体撮像装置の内の撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。 裏打ち配線を採用する撮像画素領域の構成を示す模式断面図である。

符号の説明

１、２、３、４、５．固体撮像装置
１１．撮像画素
１２．垂直ＣＣＤ部
１３．水平ＣＣＤ部
１４．アンプ
１００．ｎ型半導体基板
１０１．ｐ型ウェル
１０２．光電変換部
１０３．転送チャネル
１０４、３０４、４０４、５０４．絶縁膜
１０５．転送電極
１０６．遮光膜
１０７．トランスファーゲート領域
１０８．チャネルストップ領域
１０９．絶縁膜
１１０．平坦化膜
１１１．マイクロレンズ
２１３ａ〜２１３ｄ．ポリシリコン配線
２１４ａ〜２１４ｄ．アルミニウム配線

Claims (16)

1. 半導体基板の内部において、当該基板主面に沿う方向に互いに間隔をあけた状態でマトリクス状に形成された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の各行間に形成された転送チャネルとを有し、
   前記半導体基板の一方の主面には、絶縁膜が形成されているとともに、当該絶縁膜上であって、前記転送チャネルの各々に対応した箇所に転送電極が形成されてなる固体撮像装置であって、
   前記転送チャネルとこれを挟んで両側に対峙する２つの前記光電変換部とをみるとき、転送チャネルと一方の光電変換部との間には電荷の転送経路であるトランスファーゲート領域が挿設され、転送チャネルと他方の光電変換部との間には電荷の移動を抑制するチャネルストップ領域が挿設されており、
   前記絶縁膜は、前記基板主面に沿う方向において、互いに比誘電率が異なる２領域を含んでなり、
   前記２領域の内、比誘電率が小さい領域は、前記チャネルストップ領域の少なくとも一部を覆う状態に配され、比誘電率が大きい領域は、前記トランスファーゲート領域の少なくとも一部を覆う状態に配されている
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記比誘電率が小さい領域は、前記転送チャネルの上方にも配されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記転送電極上は、第２の絶縁膜を介した状態で、導電性材料からなる遮光膜により覆われており、
   前記転送電極と前記遮光膜とは電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記遮光膜は、前記チャネルストップ領域の上方全体を覆う状態まで延長して形成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記遮光膜は、前記チャネルストップ領域の上方の一部において前記絶縁膜と接しており、
   前記遮光膜と前記絶縁膜とが接触する領域では、前記比誘電率が小さい領域が配されている
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像装置。
6. 前記遮光膜は、前記光電変換部の上方の一部が開口された状態で形成されており、
   前記遮光膜が開口された部分では、前記比誘電率が大きい領域が配されている
   ことを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の固体撮像装置。
7. 前記転送電極の下方では、その全域において前記比誘電率が大きい領域が配されている
   ことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の固体撮像装置。
8. 前記比誘電率が大きい領域は、ＳｉＯ_２を主成分として構成されており、
   前記比誘電率が小さい領域は、ＳｉＯＣおよびＳｉＯＦの少なくとも一方を含み構成されている
   ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の固体撮像装置。
9. 半導体基板の内部に対し、当該基板主面に沿う方向に互いに間隔をあけた状態で複数の光電変換部をマトリクス状に形成する光電変換部形成ステップと、
   前記複数の光電変換部の各行間に転送チャネルを形成する転送チャネル形成ステップと、
   前記半導体基板の一方の主面に対し、絶縁膜を形成する絶縁膜形成ステップと、
   前記絶縁膜上における前記転送チャネルの各々に対応した箇所に転送電極を形成する転送電極形成ステップと、
   前記転送チャネルと当該転送チャネルを挟んで対峙する２つの光電変換部の内の一方との間に、電荷の転送経路であるトランスファーゲート領域を挿設するトランスファーゲート形成ステップと、
   前記転送チャネルを挟んで前記トランスファーゲート領域と対峙する領域に、電荷の移動を抑制するチャネルストップ領域を挿設するチャネルストップ形成ステップとを有し、
   前記絶縁膜形成ステップでは、前記基板主面に沿う方向において、互いに比誘電率が異なる２領域を含んでなる状態に前記絶縁膜を形成し、
   前記２領域の内、比誘電率が小さい領域を、前記チャネルストップ領域の少なくとも一部を覆う状態に配し、比誘電率が大きい領域を、前記トランスファーゲート領域の少なくとも一部を覆う状態に配する
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
10. 前記絶縁膜形成ステップでは、比誘電率が小さい領域を、前記転送チャネルの上方にも配する
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 第２の絶縁膜を介し前記転送電極上を覆う状態に、導電性材料からなる遮光膜を形成する遮光膜形成ステップを有し、
    前記転送電極と前記遮光膜とを電気的に接続する
    ことを特徴とする請求項９または１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記遮光膜形成ステップでは、前記チャネルストップ領域の上方全体を覆う状態まで延長して前記遮光膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記遮光膜形成ステップでは、前記チャネルストップ領域の上方の一部において前記絶縁膜と接する状態に前記遮光膜を形成し、
    前記絶縁膜形成ステップでは、前記遮光膜と前記絶縁膜とが接触する領域に、前記比誘電率が小さい領域を配する
    ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記絶縁膜形成ステップでは、前記光電変換部の上方の一部に前記比誘電率が大きい領域を配し、
    前記遮光形成ステップでは、前記光電変換部の上方における前記比誘電率が大きい領域上に開口を有する状態で前記遮光膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１１から１３の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
15. 前記絶縁膜形成ステップでは、前記転送電極の下方全域に、前記比誘電率が大きい領域を配する
    ことを特徴とする請求項９から１４の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
16. 前記絶縁膜形成ステップでは、前記比誘電率が大きい領域を、ＳｉＯ_２を主成分として形成し、前記比誘電率が小さい領域を、ＳｉＯＣおよびＳｉＯＦの少なくとも一方を含み形成する
    ことを特徴とする請求項９から１５の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。

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