JP2013084741A - 光電変換装置および撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な性能を有する光電変換装置を提供する
【解決手段】 光電変換部１１０を覆うとともに、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の光電変換部１１０側の側面に沿って延在して転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆う第１保護膜２２０を備え、第１保護膜２２０と光電変換部１１０との間に、第１保護膜２２０の屈折率及び光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１保護膜２２０と界面を成す第１領域１１が設けられ、第１保護膜２２０と転送ゲート電極１２１の上面１２１０との間に、転送ゲート電極１２１の屈折率及び第１保護膜２２０の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１保護膜２２０と界面を成す第２領域２２が設けられており、第１領域１１の光学膜厚をＴ_１、第２領域２２の光学膜厚をＴ_２、光電変換部１１０へ入射する光の波長をλとして、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たす。
【選択図】 図４

Description

本発明は、光電変換部から信号生成部へ信号電荷を転送する転送ゲートを備える光電変換装置に関する。

ＣＭＯＳセンサなどの光電変換装置として、光電変換部で生じた信号電荷を、当該信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部へ転送する、転送ゲートを有するものが知られている。

特許文献１の図７には、光電変換部である拡散層（１４）の上に酸化シリコンからなる所定の厚さの絶縁層（２９）と窒化シリコンからなる所定の厚さの絶縁層（５９）を設けて、拡散層１４への入射光の反射を低減することが開示されている。この絶縁層（２９）と絶縁層（５９）とが、拡散層（１４）の近傍に位置する転送ゲートのポリシリコンゲート電極（１２）の上に延在している。

特開２００１−１１１０２２号公報

ポリシリコンは、光電変換部を構成するシリコンと同程度の屈折率を有する。よって、特許文献１では、ポリシリコンゲート電極（１２）への入射光の反射が低減されてしてしまうと考えられる。このように、転送ゲートのゲート電極に不要な光が入射すると、良好な転送動作が行えなかったり、転送チャネルで電荷が生じたりするといった問題が生じ、光電変換装置の性能が低下する。

そこで本発明は、良好な性能を有する光電変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の第１は、半導体基板に設けられた光電変換部と、前記光電変換部で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部と、前記信号電荷を前記光電変換部から前記信号生成部へ転送する転送ゲートと、を備える光電変換装置であって、前記光電変換部を覆うとともに、前記転送ゲートのゲート電極の上面を覆う連続膜を備え、前記連続膜と前記光電変換部との間に、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記連続膜と界面を成す第１領域が設けられ、前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に、前記ゲート電極の屈折率及び前記連続膜の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記連続膜と界面を成す第２領域が設けられており、前記第１領域の光学膜厚をＴ_１、前記第２領域の光学膜厚をＴ_２、前記光電変換部へ入射する光の波長をλとして、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たすことを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の第２は、シリコン基板に設けられた光電変換部と、前記光電変換部で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部と、前記信号電荷を前記光電変換部から前記信号生成部へ転送する転送ゲートと、を備える光電変換装置であって、前記光電変換部を覆うとともに、ポリシリコンからなる前記転送ゲートのゲート電極の上面を覆う、窒化シリコン膜を備え、前記窒化シリコン膜の前記光電変換部を覆う部分と前記光電変換部との間に、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなり、前記窒化シリコン膜と界面を成す第１領域が設けられ、前記窒化シリコン膜と前記ゲート電極の前記上面との間に、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなる、前記窒化シリコン膜と界面を成す第２領域が設けられており、前記光電変換部へ入射する光の波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であって、前記第１領域の物理膜厚をＤ_１、前記第２領域の物理膜厚をＤ_２として、Ｄ_１≦２８ｎｍ、および、Ｄ_１＜Ｄ_２＜１６７ｎｍを満たすことを特徴とする。

本発明によれば、良好な性能を有する光電変換装置を提供することができる。

（ａ）光電変換装置の一例を説明するための平面模式図、（ｂ）光電変換ユニットの等価回路の一例を説明するための模式図。 光電変換領域および周辺回路領域の一例を説明するための平面模式図 （ａ）光電変換装置の一例を説明するための断面模式図、（ｂ）光電変換装置の一例を説明するための断面模式図。 転送ゲートの近傍を拡大して説明するための断面模式図。 （ａ）第２実施形態の転送ゲートの近傍を説明するための断面模式図、（ｂ）第３実施形態の転送ゲートの近傍を説明するための断面模式図、（ｃ）第４実施形態の転送ゲートの近傍を説明するための断面模式図、（ｄ）第５実施形態の転送ゲートの近傍を説明するための断面模式図。 （ａ）第５実施形態の光電変換ユニットの一例を説明する断面模式図、（ｂ）第６実施形態の光電変換ユニットの一例を説明する断面模式図。 （ａ）第１〜５実施形態の光電変換ユニットを有する光電変換装置の一例を説明する断面模式図、（ｂ）第６実施形態の光電変換ユニットを有する光電変換装置の一例を説明する断面模式図。 物理膜厚と透過率との関係を説明する図。

まず、図１を用いて、光電変換装置１００の一例を説明する。なお、図１以降の図面について、共通の部材には同一の符号をつけて、説明を省略する。光電変換装置１００には、図１（ａ）において一点鎖線で囲まれた光電変換領域１０１が設けられており、光電変換領域１０１には、複数の光電変換ユニット１０２が配列されている。図１（ａ）では複数の光電変換ユニット１０２を２次元状に配列したエリアセンサの例を示すが、複数の光電変換ユニット１０２を１次元状に配列したリニアセンサとしてもよい。

図１（ｂ）に示すように、光電変換ユニット１０２は、光電変換部１１０と、光電変換部１１０で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部１３０と、信号電荷を光電変換部１１０から信号生成部１３０へ転送する転送ゲート１２０とを備える。本例の信号生成部１３０は、キャパシタ１３１と、キャパシタ１３１に接続されたゲートを有する増幅トランジスタ１３２と、キャパシタ１３１に接続されたソースを有するリセットトランジスタ１３３とを有している。

光電変換部１１０に光が入射すると、光電変換部１１０には信号電荷が生じる。転送ゲート１２０をＯＮにすることにより、光電変換部１１０で生じた信号電荷を、転送チャネルを介して、信号生成部１３０のキャパシタ１３１に転送する。これにより、キャパシタ１３１に信号電荷が保持される。キャパシタ１３１に保持された信号電荷の量に応じた電位が増幅トランジスタ１３２のゲートに現れる。増幅トランジスタ１３２は、ソースフォロワ回路を成しており、増幅トランジスタ１３２のゲートの電位に応じて生成される電気信号が信号出力線３４０を介して出力される。リセットトランジスタ１３３をＯＮにすることにより、キャパシタ１３１の電位は、駆動線３５０を介して供給される電位にリセットされる。信号生成部１３０は、信号出力線３４０への出力のＯＮ／ＯＦＦを切り替える選択トランジスタをさらに有することもできる。本例の光電変換ユニット１０２は、１つの光電変換部１１０と１つの信号生成部１３０とが対になっているが、信号生成部１３０の少なくとも一部（例えば増幅トランジスタ１３２）を複数の光電変換部１１０が共有する構造を採用することもできる。その場合、転送ゲート１２０は複数の光電変換部１１０の各々ごとに設けることが好ましい。

図２は、光電変換装置の一例を説明する平面模式図であり、図３（ａ）は、図２のＸ−Ｘ’線における断面模式図、図３（ｂ）は、図２のＹ−Ｙ’線における断面模式図である。

光電変換部１１０は単結晶シリコン等の半導体からなる半導体基板１の活性部２に設けられている。活性部２以外の部分は分離部３であり、活性部２は分離部３に囲まれている。本例の分離部３はＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ ＩｓｏｌａＴｉｏｎ）構造を有しているが、ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ ＯｘｉＤａＴｉｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）構造等を有していてもよいし、拡散分離構造を有していてもよい。本例では、光電変換部１１０と転送ゲート１２０、第５半導体領域１３５およびリセットトランジスタ１３３が同じ活性部２に設けられており、増幅トランジスタ１３２が別の活性部２に設けられている。しかし、リセットトランジスタ１３３を光電変換部１１０とは別の活性部２に設けることもできるし、増幅トランジスタ１３２とリセットトランジスタ１３３とを同じ活性部２に設けることもできる。

本例の光電変換部１１０は、第１導電型の第１半導体領域１１１と第２導電型の第２半導体領域１１２と、第２導電型の第３半導体領域１１３とで構成された埋め込み型のフォトダイオードであるが、第３半導体領域１１３を省略することもできる。また、光電変換部１１０はフォトゲートであってもよい。

以下の説明において、第１導電型の半導体領域とは、信号電荷と同じ電荷を多数キャリアとする不純物領域であり、第１導電型の反対導電型である第２導電型の半導体領域とは、信号電荷と同じ電荷を少数キャリアとする不純物領域である。例えば、信号電荷が電子である場合には、第１導電型の半導体領域はｎ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域はｐ型半導体領域である。信号電荷が正孔である場合には、第１導電型の半導体領域はｐ型半導体領域であり、第２導電型の半導体領域はｎ型半導体領域である。各トランジスタはソースとドレインを有し、ソースとドレイン間の導通を、ゲートによって制御する、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。ゲートは、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の下に位置する半導体領域であるチャネル領域とを有する、絶縁ゲート型いわゆるＭＩＳ型（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造を有する。第１導電型のソース／ドレインを有するトランジスタを第１導電型のトランジスタと定義し、第２導電型のソース／ドレインを有するトランジスタを第２導電型のトランジスタと定義する。例えば、信号電荷が電子である場合には、第１導電型のトランジスタは、ｎ型トランジスタであり、信号電荷が正孔である場合には、第１導電型のトランジスタは、ｐ型トランジスタである。本例の増幅トランジスタ１３２とリセットトランジスタ１３３は第１導電型のトランジスタである。

光電変換部１１０を構成する第１半導体領域１１１および第２半導体領域１１２は、信号電荷を生じる電荷生成領域として機能する。第１半導体領域１１１と第２半導体領域１１２とがｐｎ接合を成しており、第１半導体領域１１１は信号電荷を蓄積する蓄積領域として機能する。第３半導体領域１１３は、半導体基板１の表面と第１半導体領域１１１との間に位置している。第１半導体領域１１１と第３半導体領域１１３とがｐｎ接合を成しており、第３半導体領域１１３は半導体基板１表面での暗電流の発生を抑制する表面保護領域として機能する。シリコン基板１に設けられた光電変換部１１０の屈折率は、典型的には３．００以上４．００以下の屈折率を有する。

第２半導体領域１１２と、第４半導体領域１３４（後述）を含む、連続した第２導電型の半導体領域をウェル領域と呼ぶ。ウェル領域の不純物濃度は分布を有することができる。

転送ゲート１２０は、ゲート電極と、ゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜の下に位置する半導体領域であるチャネル領域と、を有するいわゆるＭＩＳ型（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ゲートである。以下、ほかのトランジスタと区別するために、転送ゲート１２０のゲート電極を転送ゲート電極１２１、転送ゲート１２０のゲート絶縁膜を転送ゲート絶縁膜１２２と呼ぶ。チャネル領域はウェル領域の一部であり、チャネル領域には、転送ゲート１２０をＯＮにすると転送チャネルが形成される。転送ゲート電極１２１の材料は典型的にはポリシコンであるが、ポリシリコンゲルマニウムであってもよい。ポリシリコンからなる典型的な転送ゲート電極１２１は、３．００以上４．００以下の屈折率を有する。また、典型的な転送ゲート絶縁膜１２２は、酸化シリコン層からなる単層膜、酸窒化シリコンからなる単層膜、または、酸化シリコン層と酸窒化シリコン層とを有する多層膜である。本例の転送ゲート絶縁膜１２２は、半導体基板１側から酸化シリコン層と酸窒化シリコン層とがこの順で配された多層膜である。転送ゲート絶縁膜１２２の材料に、酸化ハフニウム等のｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることもできる。

第１導電型の第５半導体領域１３５は、第２導電型の第４半導体領域１３４とｐｎ接合を成しており、浮遊拡散領域として機能する。第５半導体領域１３５はキャパシタ１３１の一部を成す。してみれば、浮遊拡散領域である第５半導体領域１３５は、信号生成部１３０の一部を成すと云える。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示した転送ゲート電極１２１の断面は、略四角形を呈している。転送ゲート１２０の近傍について、以下、図３（ａ）、図３（ｂ）に加えて、図４（ａ）および図４（ｂ）を相互に参照しながら説明する。なお、図４（ａ）と図４（ｂ）は、光電変換装置１００の同じ断面を示しており、図の複雑化を避けるために便宜的に図４（ａ）と図４（ｂ）に分けているに過ぎない。転送ゲート電極１２１の下面１２１３は転送ゲート絶縁膜１２２に接し、転送ゲート電極１２１の上面１２１０は下面１２１３とは反対の面である。転送ゲート電極１２１の側面のうち、光電変換部１１０側（第１半導体領域１１１側）の側面が第１側面１２１１であり、信号生成部１３０側（第５半導体領域１３５側）の側面が第２側面１２１２である。第１側面１２１１と第２側面１２１２はそれぞれ転送ゲート電極１２１の上面１２１０と下面１２１３に連続している。なお、本例では、転送ゲート電極１２１の断面は長方形であり、上面１２１０の面積と下面１２１３の面積が等しい。しかし、転送ゲート電極１２１の断面が台形であってもよく、その場合には、転送ゲート電極１２１の上面１２１０の面積が下面１２１３の面積よりも小さくなり、第１側面１２１１と第２側面１２１２は斜面を成すことになる。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、光電変換装置１００は、光電変換部１１０を覆う第１保護膜２２０を備える。第１保護膜２２０は、光電変換部１１０を覆うとともに、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の光電変換部１１０側の側面、すなわち第１側面１２１１に沿って延在して転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆っている。したがって、保護膜２２０は、少なくとも、光電変換部１１０上から、上面１２１０上に渡って連続する連続膜ということができる。第１保護膜２２０は多層膜であってもよい。第１保護膜２２０は窒化シリコン膜であることが好ましい。典型的な窒化シリコンは、１．８０より高い屈折率を有し、その膜密度や窒素とシリコンの組成比、不純物濃度に応じて、１．８０より高く２．５０より低い屈折率を有する。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、第１保護膜２２０と光電変換部１１０との間に、光電変換部１１０を覆う第１中間膜２１０が設けられている。第１中間膜２１０は、光電変換部１１０を覆うとともに、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の光電変換部１１０側の側面、すなわち、第１側面１２１１に沿って延在して転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆っている。第１中間膜２１０は、第１保護膜２２０の屈折率及び光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有する。第１中間膜２１０は、第１保護膜２２０と界面を成している。第１中間膜２１０は多層膜であってもよい。第１中間膜２１０は、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなることが好ましい。典型的な酸化シリコンは、１．４０以上の屈折率を有し、その膜密度や酸素とシリコンの組成比、不純物濃度に応じて、１．４０以上１．８０以下の屈折率を有する。典型的な酸窒化シリコンは、１．６０以上の屈折率を有し、その膜密度や窒素と酸素とシリコンの組成比、不純物濃度に応じて、１．６０以上１．８０以下の屈折率を有する。なお、現実的には、窒化シリコンは微量の酸素を含んでいてもよく、酸化シリコンは微量の窒素を含んでいてもよい。酸窒化シリコンは、窒化シリコンよりも窒素に対する酸素の比率が高く、酸化シリコンよりも酸素に対する窒素の比率が高い。例えば、酸素と窒素を含むシリコン化合物において、酸素濃度が窒素濃度の１／４倍以上４倍以下であれば、酸窒化シリコンである可能性が高い。

また、図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、第１保護膜２２０と光電変換部１１０の間には、転送ゲート絶縁膜１２２が転送ゲート電極１２１と半導体基板１との間から延在した延在部１２２１が設けられている。つまり、転送ゲート絶縁膜１２２が光電変換部１１０を覆っていると云える。酸化シリコンと酸窒化シリコンの少なくとも一方（本例では両方）からなる延在部１２２１は、第１保護膜２２０の屈折率及び光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有する。

第１中間膜２１０と転送ゲート電極１２１の上面１２１０との間には、中間部材２００Ａが設けられている。この中間部材２００Ａは、第１保護膜２２０と光電変換部１１０と間に延在は延在していない。本例では、中間部材２００Ａは、第１保護膜２２０と転送ゲート電極１２１の第１側面１２１１との間にも延在していない。中間部材２００Ａは、第１保護膜２２０の屈折率及び前記光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有する。中間部材２００は多層構造を有する積層部材であってもよい。中間部材２００Ａは、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなることが好ましい。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示した中間部材２００Ａの断面は、略四角形を呈している。なお、以下の説明では、中間部材２００Ａを中間部材２００として記載する場合がある。本例では、中間部材２００Ａの下面２０１は転送ゲート電極１２１の上面１２１０に接する。中間部材２００Ａの上面２０２は下面２０１とは反対の面であり、第１中間膜２１０に接する。中間部材２００Ａの側面のうち、光電変換部１１０側（第１半導体領域１１１側）の側面が第３側面２０３であり、信号生成部１３０側（第５半導体領域１３５側）の側面が第４側面２０４である。第３側面２０３と第４側面２０４はそれぞれ中間部材２００の上面２０２と下面２０１に接続している。なお、本例では、中間部材２００の断面は長方形であり、中間部材２００Ａの上面２０２の面積と下面２０１の面積が等しい。しかし、中間部材２００の断面が台形であってもよく、その場合には、中間部材２００Ａの上面２０２の面積が下面２０１の面積よりも小さくなり、第３側面２０３と第４側面２０４は斜面を成すことになる。

第１保護膜２２０と光電変換部１１０との間の部分を第１部分とし、第１保護膜２２０と転送ゲート電極１２１の上面１２１０との間の部分を第２部分として、図４（ａ）、図４（ｂ）を用いて詳細に説明する。

第１部分には、第１保護膜２２０の屈折率及び光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１保護膜２２０と界面を成す第１領域１１が設けられている。本実施形態では、第１領域１１は、転送ゲート絶縁膜１２２の延在部１２２１と第１中間膜２１０とで構成されている。第１領域１１の物理膜厚をＤ_１、延在部１２２１の物理膜厚をｄ_１１、第１部分における第１中間膜２１０の物理膜厚をｄ_１２とすると、Ｄ_１＝ｄ_１１＋ｄ_１２である。なお、物理膜厚とは、部材、層あるいは膜の下地に対して垂直な方向における、当該の部材、層あるいは膜の上下両面間の実際の距離である。なお、延在部１２２１の物理膜厚ｄ_１１は、転送ゲート絶縁膜１２２の、転送ゲート電極１２１と半導体基板１との間に位置する部分の物理膜厚と同じであってもよいし、それよりも小さくてもよい。

一方、第２部分には、第１保護膜２２０の屈折率及び光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有し、第１保護膜２２０と界面を成す第２領域２２が設けられている。本実施形態では、第１領域１１は、中間部材２００と第１中間膜２１０とで構成されている。第２領域２２の物理膜厚をＤ_２、第２部分における第１中間膜２１０の物理膜厚をｄ_２１、中間部材２００の物理膜厚をｄ_２２とすると、Ｄ_２＝ｄ_２１＋ｄ_２２である。第１領域１１の物理膜厚が第２領域２２の物理膜厚よりも大きく、Ｄ_１＜Ｄ_２となっている。本例では、ｄ_１２＝ｄ_２１となっており、ｄ_１１＜ｄ_２２とすることにより、Ｄ_１＜Ｄ_２を満たす構造となっている。ｄ_１２とｄ_２１とが異なっていてもよい。転送ゲート絶縁膜１２２の物理膜厚ｄ_１１は１ｎｍ以上１５ｎｍ以下、第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_１２およびｄ_２１は１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２は１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲が好適である。

光電変換部１１０の屈折率、転送ゲート電極１２１の屈折率、および、第１保護膜２２０の屈折率よりも低い屈折率を有する第１領域１１と第２領域２２をまとめて低屈折率領域と呼ぶ。低屈折率領域は、光電変換部１１０や転送ゲート電極１２１へ入射しうる光の波長に対して十分な透過性を有している透明領域であり、また、光電変換部１１０や転送ゲート電極１２１の動作を阻害しないよう、十分な絶縁性を有している絶縁領域でもある。光学的な観点のみならず、電気的な観点においても、中間部材２００や第１中間膜２１０は酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなることが望ましい。一方、低屈折率領域よりも高い屈折率を有する光電変換部１１０、転送ゲート電極１２１と、第１保護膜２２０をまとめて高屈折率領域と呼ぶ。光は低屈折率領域よりも高屈折率領域に引き寄せられやすく、低屈折率領域は、光にとって波動光学的なポテンシャル障壁として作用する。そのため、第２部分に、第１部分に位置するポテンシャル障壁（すなわち第１領域１１）よりも厚いポテンシャル障壁（すなわち第２領域２２）を設けることにより、転送ゲート電極１２１へ光が引き寄せられることを抑制できる。その結果、光電変換部１１０へ向かう光の損失を抑制することができ、光電変換装置１００の感度を向上することができる。

第１領域１１の光学膜厚をＴ_１、延在部１２２１の光学膜厚をＴ_１１、第１部分における第１中間膜２１０の光学膜厚をｔ_１２とすると、Ｔ_１＝Ｔ_１１＋ｔ_１２である。第１領域１１の光学膜厚をＴ_２、第２部分における第１中間膜２１０の光学膜厚をｔ_２１、中間部材２００の光学膜厚をｔ_２２とすると、Ｔ_２＝ｔ_２１＋ｔ_２２である。なお、物理膜厚がｄであり、屈折率がｎである部材、層あるいは膜に関して、その光学膜厚ｔは、ｎとｔとの積（ｄ＝ｎ×ｔ）で表される。互いに屈折率が異なるｍ個の要素（部材、層あるいは膜）で構成された領域については、その領域の光学膜厚Ｔは、ｋ番目の要素の屈折率をｎ_ｋ、ｋ番目の要素の物理膜厚をｄ_ｋとして、各要素の光学膜厚ｔ_ｋの和、すなわち

で表すことが出来る。

本発明では、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２は、第１領域１１の光学膜厚Ｔ_１よりも大きい。そして、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２は、光電変換部１１０へ入射する光の波長をλとして、λ／２−Ｔ_１よりも小さい。この２つの条件を満たすこと、つまり、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たすことにより、転送ゲート電極１２１の上面１２１０から転送ゲート電極１２１の内部への光の侵入を抑制することが可能となる。

二つの高屈折率領域の間に挟まれた低屈折率領域は、低屈折率領域がない場合に比べて、一方の高屈折率領域から他方の高屈折率領域への光の透過率を低下させる作用を有する。そしてこの透過率は、低屈折率領域の光学膜厚と光の波長との相関がある。この相関は、一方の高屈折率領域と低屈折率領域との界面での反射光と、他方の高屈折率領域と低屈折率領域との界面での反射光と、の干渉作用に基づくものである。上述したＴ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たすことにより、第１保護膜２２０から転送ゲート電極１２１への光の透過率を、第１保護膜２２０から光電変換部１１０への光の透過率よりも低くすることができる。

典型的には、光電変換部１１０がシリコンからなり、転送ゲート電極１２１がポリシリコンからなる。このとき、第１保護膜２２０が窒化シリコンからなり、第１領域１１および第２領域２２が酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなる場合が好適であることは、上述した通りである。その場合、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は、第１領域１１の物理膜厚よりも大きくする。好適には、第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１は２８ｎｍ以下とし、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は、２８ｎｍよりも大きくし、８３ｎｍよりも小さくする。この条件を満たすことにより、転送ゲート電極１２１の内部への光の侵入を抑制することが可能となる。

本実施形態では、中間部材２００の下面２０１は転送ゲート電極１２１の上面１２１０に接しているため、第２領域２２が転送ゲート電極１２１と界面を成す構造となっている。そのため、第１保護膜２２０から転送ゲート電極１２１の上面１２１０までの第２部分を全て、転送ゲート電極１２１の屈折率および第１保護膜２２０の屈折率より低い屈折率を有する第２領域２２で占める。第２領域２２と転送ゲート電極１２１の上面１２１０との間に、第１保護膜２２０の屈折率以上の屈折率を有し、かつ、第２領域２２の屈折率と転送ゲート電極１２１の屈折率との間の屈折率を有する高屈折率領域を設ける場合は、第２領域２２は転送ゲート電極１２１の上面１２１０には接しない。この場合に比べて、第２領域２２が転送ゲート電極１２１と界面を成す方が転送ゲート電極１２１の上面１２１０から転送ゲート電極１２１の内部への光の侵入をより抑制することが可能となる。

本実施形態では、転送ゲート１２０の転送方向における、転送ゲート電極１２１の上面１２１０の長さをＬ、転送ゲート１２０の転送方向における中間部材２００の下面２０１の長さをＬ’として、ＬとＬ’が等しい。また、本実施形態では、転送ゲート１２０の転送方向に垂直な方向における、転送ゲート電極１２１の上面１２１０の幅をＷ、転送ゲート１２０の転送方向における中間部材２００の下面２０１の幅をＷ’として、ＷとＷ’が等しい。なお、図２には便宜的に、長さＬと幅Ｗのみを記載している。このように、中間部材２００は転送ゲート電極１２１の上面１２１０の略全面を覆っていることが好ましい。このようにすることで、転送ゲート電極１２１へ侵入する光をより低減することができる。なお、図４（ｂ）では、便宜的に、幅ＬとＬ’とを示す矢印をずらして表示している。

本実施形態では、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２が中間部材２００の下面２０１の長さＬ’よりも小さい。また、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２が転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇよりも小さい。また、第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_２１が中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２よりも小さい。そして、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２が転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇよりも小さい。第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は極力小さくすることが好ましい。特に、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２を転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇの１／２以下とすることがより好ましい。また、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２を転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇの１／２以下とすることも好ましく、第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_２１を中間部材２００ｄ_２２の１／２以下とすることも好ましい。

第２領域２２の物理膜厚Ｄ_１と転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇの合計が大きくなるほど、第１保護膜２２０の、光電変換部１１０への光路に沿った部分３０の長さＨが長くなる。第１保護膜２２０の、光電変換部１１０への光路に沿った部分は、光路から光を引き寄せてしまうが、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２を小さくすることで、光電変換部１１０への入射光の損失を小さくすることが出来る。

本発明は、第１保護膜２２０の物理膜厚Ｄ_ｐが転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇよりも小さい場合に効果的である。これは、第１保護膜２２０が極端に厚くなると、第１保護膜２２０の上面１２１０の形状が転送ゲート電極１２１の第１側面１２１１や上面１２１０の形状を反映しにくくなり、転送ゲート電極１２１が光電変換部１１０の近傍の光に与える影響が小さくなるためである。転送ゲート電極１２１の物理膜厚Ｄ_ｇは、転送ゲート１２０の転送特性に応じて適宜設定することができ、典型的には、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。第１保護膜２２０の物理膜厚Ｄ_ｐが極端に大きくなると、半導体基板１に加わる応力が大きくなる。典型的には、第１保護膜２２０の物理膜厚Ｄ_ｐは１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とする。また、第１保護膜２２０の物理膜厚Ｄ_ｐおよび光学膜厚Ｔｐは、第１保護膜２２０の上下面２０１での反射によって光電変換部１１０へ向かう光の干渉を抑制するように、入射光の波長に応じて、適宜設定することができる。なお、図４では、第１保護膜２２０の、光電変換部１１０を覆う部分と転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆う部分の物理膜厚を両者ともＤ_ｐで示しているが、両者は異なっていてもよい。

本実施形態では、第１保護膜２２０の屈折率及び前記光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有する転送ゲート絶縁膜１２２の延在部１２２１が第１部分に含まれて第１領域１１を成し、第１領域１１が光電変換部１１０と界面を成す構成となっている。そのため、第１保護膜２２０から光電変換部１１０での第１部分が全て、光電変換部１１０の屈折率および第１保護膜２２０の屈折率以下の屈折率を有する第１領域１１で占められている。このような構成で入射光は十分に光電変換部１１０へ入射することができる。しかし、例えば転送ゲート絶縁膜１２２にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることにより、転送ゲート絶縁膜１２２の屈折率が第１保護膜２２０の屈折率よりも高い場合には、延在部１２２１が第１領域１１を成さず、第１領域１１が光電変換部１１０と接しない構成となる。しかし、第１領域１１と光電変換部１１０との間に、第１保護膜２２０の屈折率以上の屈折率を有し、第１領域１１の屈折率と光電変換部１１０の屈折率との間の屈折率を有する高屈折率領域を設けることは、光電変換部１１０への光の入射を向上する上で好ましい。

光電変換装置１００の他の部分の構成について詳細に説明する。
図３（ａ）、図３（ｂ）に示す様に、光電変換部１１０および第１保護膜２２０を覆う第２保護膜２３０が設けられている。その結果、第１保護膜２２０は、第２保護膜２３０と光電変換部１１０との間に位置する。第２保護膜２３０は、光電変換部１１０を覆うとともに、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の光電変換部１１０側の側面、すなわち、第１側面１２１１に沿って延在して転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆っている。第２保護膜２３０は、第１保護膜２２０の屈折率及び前記光電変換部１１０の屈折率よりも低い屈折率を有することが好ましい。第２保護膜２３０は、第１保護膜２２０と界面を成している。第２保護膜２３０は、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなることが好ましく、酸化シリコンからなることがより好ましい。

第２保護膜２３０の上には、複数の層間絶縁層を有する絶縁膜３１０が設けられている。図３（ａ）、図３（ｂ）には、絶縁膜３１０の内の第１層間絶縁層３１１と、第２層間絶縁層３１２とを示している。第１層間絶縁層３１１の下面は第２保護膜２３０と接しており、第１層間絶縁層３１１の上面は平坦である。一方、第２層間絶縁層３１２の下面は平坦な第１層間絶縁層３１１の上面と接しており、第２層間絶縁層３１２の上面も平坦である。そのため第２層間絶縁層３１２は転送ゲート電極１２１には沿っておらず、転送ゲート電極１２１の形状を反映しない形状となっている。

図３（ａ）に示す様に、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の上にも、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１と同様に、中間部材２００および第１中間膜２１０が設けられている。リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の上の中間部材２００は、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の上の中間部材２００とは不連続に設けられている。一方、第１中間膜２１０は、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の上から、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の第２側面１２１２、第５半導体領域１３５、および、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の第５半導体領域１３５側の側面に沿って、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の上に延在している。同様に、第１保護膜２２０も第１中間膜２１０と同様に転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の上から、転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１の第２側面１２１２、第５半導体領域１３５、および、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の第５半導体領域１３５側の側面に沿って、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０の上に延在している。増幅トランジスタ１３２についても同様の構成になっており、不図示ではあるが、増幅トランジスタ１３２のゲート電極１３２０の上にも、中間部材２００と第１中間膜２１０が設けられている。

転送ゲート１２０の転送ゲート電極１２１には、第１コンタクトプラグ３２１が接続されている。なお、図３（ａ）には、参考のため、図２のＸ−Ｘ’線状にはない第１コンタクトプラグ３２１および第２コンタクトプラグ３２２を点線にて示している。この第１コンタクトプラグ３２１をチャネル領域上などの活性部２上に設けることもできる。しかし、図２に示すように、転送ゲート電極１２１を活性部２上から分離部３上に延在させて、第１コンタクトプラグ３２１を分離部３上に配置することが好ましい。同様に、リセットトランジスタ１３３のゲート電極１３３０には、第２コンタクトプラグ３２２が接続されている。この第２コンタクトプラグ３２２も分離部３上に配置することが好ましい。

増幅トランジスタ１３２のゲート電極１３２０は、第５半導体領域１３５（浮遊拡散領域）に向かって延在しており、第５半導体領域１３５（浮遊拡散領域）と、増幅トランジスタ１３２のゲート電極１３２０の双方が、シェアードコンタクト３２０で接続されている。シェアードコンタクト３２０の代わりに、コンタクトプラグと配線層を用いて、第５半導体領域１３５と増幅トランジスタ１３２のゲート電極１３２０とを接続することもできる。リセットトランジスタ１３３のドレイン１３３２には第３コンタクトプラグ３２３が接続されている。図３（ｂ）に示す様に、増幅トランジスタのソース１３２１とドレイン１３２２にもコンタクトプラグがそれぞれ接続されている。増幅トランジスタ１３２のドレイン１３２２には第７コンタクトプラグ３２７が接続されている。

第１層間絶縁層３１１の上には、第１配線３３１１、第２配線３３１２、第３配線３３１３を含む第１配線層３３１が設けられている。第１〜第３配線はそれぞれ、第１〜第３コンタクトプラグに接続されている。本例のコンタクトプラグはタングステンからなり、配線はアルミニウムからなるが、これに限定されることはない。第７コンタクトプラグ３２７には第１配線層３３１の第７配線３３１７が接続されている。

図１（ａ）に示す様に、本実施形態の光電変換装置１００は、信号生成部１３０で生成された電気信号を処理する信号処理部１４０を備えることができる。また、光電変換装置１００は、信号処理部１４０に加えて、信号処理部１４０で処理された信号を外部に出力するための出力部１５０や、光電変換領域１０１や信号処理部１４０を制御するための制御部１６０も備えることができる。本例では、信号処理部１４０や出力部１５０、制御部１６０を、光電変換領域１０１の周囲に位置する周辺回路領域１０３に設けているが、信号処理部１４０の少なくとも一部を光電変換領域１０１に設けることもできる。図１（ａ）において、一点鎖線と二点鎖線の間の領域が周辺回路領域１０３である。本例では、信号処理部１４０は、複数の列アンプを有する増幅回路１４１と、複数の列ＡＤコンバータを有する変換回路１４２と、変換回路１４２からの出力を選択して出力部１５０へ出力するための水平走査回路１４３を有している。出力部１５０は電極パッドや保護回路を有し、制御部１６０は、水平走査回路１４３やタイミング生成回路１６２等を有する。周辺回路領域１０３の構成は適宜設計することができる。

信号処理部１４０は多数のトランジスタで構成されるが、典型的には、信号処理部１４０のトランジスタは、信号生成部１３０のトランジスタ（増幅トランジスタ１３２やリセットトランジスタ１３３）と異なる構造を有する。図２には周辺回路領域１０３に設けられた信号処理部１４０のトランジスタ（以下、周辺トランジスタと呼ぶ）の一例を記載している。典型的な信号処理部１４０は、図２に示す様に、第１導電型の周辺トランジスタ１７０と、第２導電型の周辺トランジスタ１８０で構成される。典型的には、信号生成部１３０のトランジスタと同一導電型の周辺トランジスタと反対導電型の周辺トランジスタの双方が信号生成部１３０のトランジスタと異なる構造をする。
図３（ａ）には第１導電型の周辺トランジスタ１７０を示しているが、導電型が反対になる以外は、第２導電型の周辺トランジスタ１８０も同様の構造を有する。転送ゲート電極１２１は、第１導電型のポリシリコンからなることが好ましく、第１導電型の周辺トランジスタ１７０のゲート電極（以下、第１周辺ゲート電極１７１と呼ぶ）は、第１導電型のポリシリコンからなることが好ましい。第２導電型の周辺トランジスタのゲート電極（以下、第２周辺ゲート電極１８１と呼ぶ）は、第２導電型のポリシリコンからなることが好ましい。そして、第１周辺ゲート電極１７１の第１導電型の不純物濃度が、転送ゲート電極１２１の第１導電型の不純物濃度よりも高いことが好ましい。第１導電型の周辺トランジスタ１７０のゲート絶縁膜１７２の物理膜厚が転送ゲート１２０の転送ゲート絶縁膜１２２の物理膜厚よりも薄いことが好ましい。

第１導電型の周辺トランジスタ１７０のドレイン１７５の一部はシリサイド層１７７で覆われている。第１導電型の周辺トランジスタ１７０のソース１７４も同様である。また、周辺トランジスタの第１周辺ゲート電極１７１上面はシリサイド層１７６で覆われている。ソースとドレインを覆うシリサイド層１７７とゲート電極１２１の上面１２１０を覆うシリサイド層１７６の少なくとも一方を省略することもできる。

また、周辺ゲート絶縁膜１７２は少なくともドレイン１７５とシリサイド層１７７との間には延在しておらず、シリサイド層１７７とドレイン１７５は接している。ソース１７４に関しても同様である。図３（ｂ）に示す様に、第２導電型の周辺トランジスタ１８０のソース１８４、ドレイン１８５、第２周辺ゲート電極１８１についても同様の構成となっている。

本例では、図３（ａ）に示す様に、第１周辺ゲート電極１７１と第２周辺ゲート電極１７２とが一体化している。一体的に形成された周辺ゲート電極１９０が、第１導電型の部分（第１周辺ゲート電極１７１）と第２導電型の部分（第２周辺ゲート電極１８１）を有することになる。さらには、周辺ゲート電極１９０において、第１導電型の部分と第２導電型の部分とがｐｎ接合を成す場合もある。一体的な周辺ゲート電極１９０の第１導電型の部分と第２導電型の部分に渡ってシリサイド層１７６で覆うことにより、第１導電型の部分と第２導電型の部分をシリサイド層１７６で短絡し、ｐｎ接合によって周辺トランジスタの動作が不安定になることを抑制することができる。

また、周辺トランジスタは、第１周辺ゲート電極１７１の側面に接する、サイドウォールスペーサ１７３を有している。本例では、サイドウォールスペーサ１７３は第１誘電体層１７３１と、第１誘電体層１７３１と第１周辺ゲート電極１７１および半導体基板１との間に位置する第２誘電体層１７３２とを有する２層構造を有している。第２誘電体層１７３２の誘電率が第１誘電体層１７３１の誘電率よりも低いことが好ましいが、逆でもよい。例えば、第１誘電体層１７３１は酸化シリコンからなり、第２誘電体層１７３２は窒化シリコンからなる。なお、本例では、ゲート絶縁膜１７２が半導体基板１と第１周辺ゲート電極１７１との間から、半導体基板１とサイドウォールスペーサ１７３との間に延在している。しかし、ゲート絶縁膜１７２を半導体基板１と第１周辺ゲート電極１７１との間のみに設けて、サイドウォールスペーサ１７３が半導体基板１と接する形態を採用することもできる。サイドウォールスペーサ１７３の下には、ドレイン１７５の低濃度部１７５２が位置している。低濃度部１７５２は、ドレイン１７５の他の部分（高濃度部１７５１）に比べて不純物濃度が低くなっており、いわゆるＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）構造を有している。サイドウォールスペーサ１７３およびドレイン１７５の低濃度部１７５２を省略することもできる。ソース１７４に関しても同様に低濃度部と高濃度部を有することもできる。周辺トランジスタ１８０についても、同様にドレイン１８５は、高濃度部１８５１と低濃度部１８５２を有することができる。

周辺トランジスタは、転送ゲート電極１２１を覆う第１中間膜２１０とは別の第２中間膜２４０で覆われている。詳細には、第２中間膜２４０は、周辺トランジスタ１７０のソース１７４とドレイン１７５を覆うとともに、第１周辺ゲート電極１７１の側面に沿って、第１周辺ゲート電極１７１を覆っている。本例では、第２中間膜２４０とドレインと１７５の間および第２中間膜２４０と第１周辺ゲート電極１７１の上面との間にはシリサイド層１７７が位置している。また、本例では、第２中間膜２４０と第１周辺ゲート電極１７１の側面との間にはサイドウォールスペーサ１７３が位置している。第２中間膜２４０は、酸化シリコンからなることが好ましい。第２導電型の周辺トランジスタ１８０についても同様である。

周辺トランジスタは、転送ゲート電極１２１を覆う第１保護膜２２０、第２保護膜２３０とは別の第３保護膜２５０で覆われている。詳細には、第３保護膜２５０は、周辺トランジスタ１７０のドレイン１７４を覆うとともに、第１周辺ゲート電極１７１の側面に沿って、第１周辺ゲート電極１７１の上面を覆っている。本例では、第３保護膜２５０とドレイン１７５との間および第３保護膜２５０と第１周辺ゲート電極１７１の上面との間にはシリサイド層１７６が位置している。また、本例では、第３保護膜２５０と第１周辺ゲート電極１７１の上面との間にはサイドウォールスペーサ１７３が位置している。第３保護膜２５０は、窒化シリコンからなることが好ましい。上述したように、第３保護膜２５０と半導体基板１および第１周辺ゲート電極１７１との間には、第２中間膜２２０が設けられている。第３保護膜２５０は第２中間膜２４０よりも厚いことが好ましい。

絶縁膜３１０の第１層間絶縁層３１１および第２層間絶縁層３１２は、光電変換領域１０１から周辺回路領域１０３に延在して半導体基板１を覆っている。本例では、周辺回路領域１０３の絶縁膜３１０と半導体基板１および周辺ゲート電極１７１との間に第２中間膜２４０および第３保護膜２５０が位置している例を示しているが、第２中間膜２４０および第３保護膜２５０の少なくとも一方を省略することもできる。

図３（ａ）に示す様に、周辺トランジスタ１７０のソース１７４とドレイン１７５には、第４コンタクトプラグ３２４と第６コンタクトプラグ３２６がそれぞれ、シリサイド層１７７を介して接続されている。同様に、周辺トランジスタの第１周辺ゲート電極１７１には、第５コンタクトプラグ３２５がシリサイド層１７６を介して接続されている。第４コンタクトプラグ３２４、第５コンタクトプラグ３２５、第６コンタクトプラグ３２６はそれぞれ、第３保護膜２５０および第２中間膜２４０に接するとともに、これら第３保護膜２５０および第２中間膜２４０を貫通している。同様に、図３（ｂ）に示す様に、周辺トランジスタ１８０のソース１８４とドレイン１８５には、第８コンタクトプラグ３２８と第９コンタクトプラグ３２９がそれぞれ、シリサイド層１７７を介して接続されている。同様に、周辺トランジスタの第２周辺ゲート電極１８１には、第５コンタクトプラグ３２５がシリサイド層１７６を介して接続されている。

シリサイド層１７６を設けることにより、第１周辺ゲート電極１７１と第５コンタクトプラグ３２５との接続抵抗を小さくして、周辺トランジスタ１７０の高速駆動が可能となる。シリサイド層１７７を設けることにより、ドレイン１７５と第６コンタクトプラグ３２６との接続抵抗を小さくして、周辺トランジスタの高速駆動が可能となる。ソース１７４と第４コンタクトプラグ３２４についても同様であり、第２導電型の周辺トランジスタ１８０についても同様である。一方、光電変換領域１０１では、少なくとも転送ゲート電極１２１の上にはシリサイド層を設けていないため、金属汚染によるノイズを抑制することができる。

図５（ａ）を用いて、光電変換装置１００の第２実施形態の一例を説明する。本実施形態は、転送ゲート絶縁膜１２２の構成が第１実施形態と相違する。第１実施形態では、転送ゲート絶縁膜１２２が光電変換部１１０を覆う延在部１２２１を有しているのに対して、本実施形態では、転送ゲート絶縁膜１２２は光電変換部１１０を覆わず、第１中間膜２１０が光電変換部１１０に接している。したがって、第１領域１１は、第１部分に位置する第１中間膜２１０で構成されることになり、
第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１は第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_１２に一致する。

また、本実施形態は、中間部材２００と第１中間膜２１０の位置が、第１実施形態と相違する。第１実施形態では、中間部材２００と第１保護膜２２０との間に第１中間膜２１０が延在して、転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆うのに対して、本実施形態では、中間部材２００と転送ゲート電極１２１の間に第１中間膜２１０が延在して、転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆う。第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２が第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_２１と中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２の和で表されるのは第１実施形態と同じである。ここでは、２つの相違点を挙げたが、両者の一方のみが第１実施形態と相違していてもよい。

図５（ｂ）を用いて、光電変換装置１００の第３実施形態の一例を説明する。本実施形態は、第１中間膜２１０を設けていない点が第１実施形態と相違する。第１保護膜２２０は転送ゲート絶縁膜１２２の延在部１２２１と界面を成している。そのため、第１領域１１は転送ゲート絶縁膜１２２の延在部１２２１で構成されることになり、第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１は延在部１２２１の物理膜厚ｄ_１１と一致する。また、第１保護膜２２０は中間部材２００と界面を成している。そのため、第２領域２２は中間部材２００で構成されることになり、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２に一致する。

図５（ｃ）を用いて、光電変換装置１００の第４実施形態の一例を説明する。本実施形態は、中間部材２００を設けていない点が第１実施形態と相違する。第１部分に位置する第１中間膜２１０が、第２部分に位置する第１中間膜２１０よりも薄くなっている。そのため、第２領域２２は第１中間膜２１０で構成されることになり、第２領域２２の物理膜厚２は、第１中間膜２１０の第２部分に位置する部分の物理膜厚ｄ_２１に一致する。

図５（ｄ）を用いて、光電変換装置１００の第５実施形態の一例を説明する。本実施形態は、第１中間膜２１０の構成が第２実施形態と相違する。第２実施形態では、第１中間膜２１０が、第１保護膜２２０と中間部材２００との間に延在して転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆うのに対して、本実施形態では、第１中間膜２１０は転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆わず、第１保護膜２２０と転送ゲート電極１２１の間には延在していない。第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２に一致する。

図６（ａ）を用いて、光電変換装置１００の第６実施形態の一例を説明する。本実施形態は、第１実施形態とは、第１保護膜２２０が転送ゲート電極１２１の第２側面１２１２を覆っていない点が相違する。また、第１中間膜２１０も転送ゲート電極１２１の第２側面１２１２を覆っていない点が相違する。一方、第２保護膜２３０の上に第３保護膜２５０が、周辺回路領域から延在して設けられて、転送ゲート電極１２１の上面１２１０を覆っている。

図６（ｂ）を用いて、光電変換装置１００の第６実施形態の一例を説明する。本実施形態は、第１実施形態とは、光電変換部１１０の上に導光部材４２０が設けられている点が相違する。導光部材４２０は、絶縁膜３１０に囲まれて配置されており、絶縁膜３１０の各層間絶縁層の屈折率よりも高い屈折率を有する。そのため、光路部材がコア、絶縁膜３１０がクラッドとして機能する導光構造を得ることが可能となる。典型的な層間絶縁層は酸化シリコンからなるため、導光部材４２０の材料には、樹脂や、高屈折率無機粒子を分散した樹脂、酸窒化シリコンや窒化シリコンを用いることができる。本例では、導光部材４２０は屈折率が１．８３〜２．０３の範囲で分布した窒化シリコンを用いている。なお、第１実施形態では、配線層の材料にアルミニウムを用いているのに対して、本実施形態では、配線層の材料に銅を用いている。銅を用いる場合には、銅の拡散を抑制するための窒化シリコン等の拡散防止層を層間絶縁層の間に配置することが好ましい。拡散防止層は光電変換部１１０への光の妨げになりやすいため、導光部材４２０を拡散防止層を貫通するように設けることにより、拡散防止層により光の損失を低減することができ、感度を向上できる。なお、絶縁膜３１０は、拡散防止層を含むが、拡散防止層が層間絶縁層よりも薄ければ、導光部材４２０の屈折率が拡散防止層の屈折率以上であっても、影響は小さい。なお、第１実施形態のように、配線層の材料にアルミニウムを用いた場合でも、同様に導光部材４２０を設けることにより、絶縁膜３１０内での光の散逸を抑制し、感度を向上できる。

光電変換部１１０と導光部材４２０との間には、導光部材４２０の下面に接する制御膜４１０が設けられている。制御膜４１０は、導光部材４２０の下面よりも大きい面積を有し、第１保護膜２２０の面積よりも小さい面積を有する。制御膜４１０の周縁部は絶縁膜３１０と第２保護膜２３０に挟まれている。この制御膜４１０は、絶縁膜３１０や第２保護膜２３０の屈折率よりも高い屈折率を有し、典型的には窒化シリコンからなる。制御膜４１０の面積を、導光部材４２０の下面よりも大きく、第１保護膜２２０の面積よりも小さくすることにより、光路部材内を伝搬した光が広がってしまうことを抑制することができる。なお、導光部材４２０は、典型的には、絶縁膜３１０をエッチングして凹部を設け、凹部に導光部材４２０の材料を埋め込むことによって形成される。この制御膜４１０は、導光部材４２０の形成時の光電変換部１１０へのダメージを低減するエッチングを制御するエッチングストップ膜として機能したり、応力を緩和する応力緩和膜として機能したりすることもできる。

図７（ａ）は、第１〜５実施形態を採用した光電変換装置１００の一例を説明する断面模式図である。なお、図７（ａ）では、簡略化のために、絶縁膜３１０と半導体基板１との間の保護膜や中間膜の構成の記載を省略している。

絶縁膜３１０と複数の配線層（第１配線層３３１、第２配線層３３２、第３配線層３３３、第４配線層３３４の４層）とで配線構造体３００が構成されている。本例では、絶縁膜３１０は、第１層間絶縁層３１１、第２層間絶縁層３１２、第３層間絶縁層３１３、第４層間絶縁層３１４で構成されている。

配線構造体３００の上にはパッシベーション膜４４０が設けられている。典型的なパッシベーション膜４４０は窒化シリコン層を含む。パッシベーション膜の窒化シリコン層の上下には、窒化シリコン層よりも薄い酸窒化シリコン層を設けることが好ましい。

パッシベーション膜４４０の上には樹脂からなる第１平坦化膜４６０が設けられており、第１平坦化膜４６０の上面は平坦になっている。第１平坦化膜４６０の上には、カラーフィルタ４７０が設けられている。ここでは１つのカラーフィルタを示しているが、光電変換領域１０１には、原色系あるいは補色系の複数種類の色のカラーフィルタを光電変換部１１０の配置に応じて、光電変換部１１０の上に規則的に配列してなるカラーフィルタアレイが構成されている。カラーフィルタ４７０の上には樹脂からなる第２平坦化膜４８０が設けられており、第２平坦化膜４８０の上面は平坦になっている。第２平坦化膜４８０の上には、マイクロレンズ４９０が設けられている。マイクロレンズ４９０は反射防止コーティングを含むことができる。ここでは１つのマイクロレンズを示しているが、光電変換領域１０１には、複数のマイクロレンズが光電変換部１１０の配置に応じて規則的に配列してなるマイクロレンズアレイ構成されている。

光電変換部１１０の上にカラーフィルタが設けられる場合、各光電変換部１１０へは主に、各光電変換部１１０に対応するカラーフィルタの主波長λｐの光が入射する。したがって、光電変換部１１０へ入射する光を、カラーフィルタの主波長λｐとみなしても実用上差し支えない。したがって、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２を始めとして、第１領域１１の光学膜厚Ｔ_１および物理膜厚Ｄ_１、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２および物理膜厚Ｄ_２は、カラーフィルタの主波長λｐに基づいて設定することができる。換言すれば、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１は、光電変換部１１０に入射するあらゆる波長λについて満たされている必要はない。また、光電変換領域に設けられた全ての光電変換部１１０について、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１が満たされていることは好ましいことである。しかし、或る特定の主波長λｐを有するカラーフィルタがその上に設けられた光電変換部１１０に関連して、当該カラーフィルタに対応する光電変換ユニット１０２が、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λｐ／２−Ｔ_１を満たさない場合があってもよい。なお、光電変換部１１０へ入射する光の波長に応じて、対応する転送ゲート１２０毎に、第１領域１１の光学膜厚Ｔ_１および物理膜厚Ｄ_１、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２および物理膜厚Ｄ_２を異ならせることも可能である。

図７（ｂ）は、第６実施形態を採用した光電変換装置１００の一例を説明する断面模式図である。なお、図７（ｂ）では、簡略化のために、絶縁膜３１０と半導体基板１との間の保護膜や中間膜の構成の記載を省略している。絶縁膜３１０と複数の配線層（第１配線層３３１、第２配線層３３２の２層）とで配線構造体３００が構成されている。本例では、絶縁膜３１０は、第１層間絶縁層３１１、第２層間絶縁層３１２、第３層間絶縁層３１３、第４層間絶縁層３１４、第５層間絶縁層３１５を含む。また絶縁膜３１０は第１層間分離層３１６、第２層間分離層３１７、第３層間分離層３１８、第４層間分離層３１９を含む。各層間絶縁層は酸化シリコンからなることが好ましい。各層間分離層は窒化シリコンからなることが好ましい。層間分離層は配線層の金属材料の拡散を抑制したり、配線層の形成時のエッチングストッパーとして機能したりする。層間分離層は層間絶縁層よりも薄いことが好ましい。絶縁膜３１０に囲まれた導光部材４２０が設けられている。導光部材４２０は絶縁膜３１０の層間絶縁層３１１〜３１５の高い屈折率を有しており、層間絶縁層３１１〜３１５をクラッド、導光部材４２０をコアとした光導波路構造をなしている。導光部材４２０は絶縁膜３１０の上面に延在しているが、延在しなくてもよい。導光部材４２０は窒化シリコンからなることが好ましい。

導光部材４２０の上には低屈折率膜４３０が設けられている。低屈折率膜４３０の上には層内レンズ４５０が設けられている。層内レンズ４５０は反射防止コーティングを有することができる。光電変換領域１０１には、複数の層内レンズが光電変換部１１０の配置に応じて規則的に配列されてなる層内レンズアレイが構成されている。層内レンズ４５０は窒化シリコンからなることが好ましい
低屈折率膜４３０は、層内レンズ４５０の屈折率よりも低い屈折率を有する。これにより、層内レンズ４５０から低屈折率膜４３０に斜めに入射した光を低屈折率膜４３０内での屈折により、導光部材４２０に向けて集光することができる。典型的な低屈折率膜４３０は酸化シリコン層を含む。低屈折率膜は、酸化シリコン層と導光部材４２０の間に、酸化シリコン層と導光部材４２０との間の屈折率を有する中間屈折率層を有することが好ましい。低屈折率膜４２０は、酸化シリコン層と層内レンズとの間に、酸化シリコン層と層内レンズ４５０の間の屈折率を有する中間屈折率層を有することが好ましい。これら低屈折率膜４２０の中間屈折率層は、酸化シリコン層と導光部材４２０あるいは酸化シリコン層と層内レンズ４５０との間の反射を抑制することができる。導光部材４２０や層内レンズ４５０が窒化シリコンからなる場合、中間屈折率層は酸窒化シリコンからなることが好ましい。中間屈折率層は酸化シリコン層よりも薄いことが好ましい。

層内レンズ４５０の上には、樹脂からなる第１平坦化膜４６０が設けられており、第１平坦化膜４６０の上面は平坦になっている。第１平坦化膜４６０の上には、カラーフィルタ４７０が設けられている。ここでは１つのカラーフィルタを示しているが、光電変換領域１０１には、複数種類の色のカラーフィルタからなるカラーフィルタアレイが構成されている。カラーフィルタ４７０の上には樹脂からなる第２平坦化膜４８０が設けられており、第２平坦化膜４８０の上面は平坦になっている。第２平坦化膜４８０の上には、マイクロレンズ４９０が設けられている。マイクロレンズ４９０は反射防止コーティングを含むことができる。ここでは１つのマイクロレンズを示しているが、光電変換領域１０１には、複数のマイクロレンズからなるマイクロレンズアレイが構成されている。

また、これらのカラーフィルタアレイ、マイクロレンズアレイ、層内レンズアレイを、半導体基板１に対して、絶縁膜３１０とは反対側に配置した、いわゆる裏面照射型の光電変換装置１００とすることもできる。本発明は、これまで説明したいわゆる表面照射型の光電変換装置１００に好適であるが、裏面照射型の半導体装置も表面照射型の光電変換装置１００と同様の問題が生じる可能性がある。これは、半導体基板１の厚みが１〜１０μｍと非常に薄いため、半導体基板１を透過した光が転送ゲート１２０の動作に影響を与えることが理由として挙げられる。

以上説明した光電変換装置１００を用いて、撮像システムを構築することができる。撮像システムは、例えばスチルカメラやビデオカメラなどのカメラを挙げることができる。また、カメラ機能を有する情報端末も挙げることができる。撮像システムは、信号生成部１３０で生成された電気信号に基づく画像を処理する画像処理エンジン等の画像処理部および画像を表示する液晶ディスプレイ等の画像表示部の少なくとも一方を備えることができる。

以上述べた光電変換装置１００の製造方法を説明する。簡単のために、第１保護膜２２０および第３保護膜２５０が窒化シリコン膜、第１中間膜２１０および第２中間膜２４０、第２保護膜２３０が酸化シリコン膜、中間部材２００が酸化シリコンからなる場合について説明する。

まず、第１実施形態の光電変換装置１００の製造方法を説明する。
半導体基板１上に、ポリシリコン膜を形成する。ポリシリコン膜上に第１の酸化シリコン膜を形成する。第１の酸化シリコン膜上にフォトレジスト膜を塗布して、フォトレジスト膜を各ゲート電極の形状にパターニングする。パターニングされたフォトレジスト膜をマスクとして第１の酸化シリコン膜をパターニングする。これにより、ポリシリコン膜上にハードマスクが形成される。ハードマスクを用いてポリシリコン膜をパターニングすることにより、転送ゲート電極１２１を含む、各ゲート電極を形成する。転送ゲート電極の上に設けられたハードマスクが中間部材２００となる。その後、光電変換部１１０を形成する。半導体基板１の略全面を覆うように第２の酸化シリコン膜を形成する。第２の酸化シリコン膜の略全面を覆うように第１の窒化シリコン膜を形成する。この第２の酸化シリコン膜が光電変換領域１０１における第１中間膜２１０となり、第１の窒化シリコン膜が第１保護膜２２０となる。周辺回路領域１０３において、第１の窒化シリコン膜と第２の酸化シリコン膜を順次エッチングすることにより、第１の窒化シリコン膜がサイドウォールスペーサ１７３の第１誘電体層１７３１となり、第２の酸化シリコン膜がサイドウォールスペーサ１７３の第２誘電体層１７３２となる。半導体基板１の略全面を覆うように第３の酸化シリコン膜を形成する。この第２の酸化シリコン膜が光電変換領域１０１における第２保護膜２３０となる。周辺回路領域１０３において第３の酸化シリコン膜をエッチングして除去する。サイドウォールスペーサ１７３を形成する過程及び／又は第３の酸化シリコン膜をエッチングした後で、周辺回路領域１０３に設けられたハードマスクを除去する。これにより、周辺トランジスタのソースとドレイン、周辺ゲート電極１７１の上面１２１０を露出させる。半導体基板１の略全面を覆う、コバルト等のシリサイド化する金属膜を形成する。光電変換領域１０１に残された第３の酸化シリコン膜をマスクとして、周辺回路領域１０３に露出するソース／ドレインと転送ゲート電極１２１とを、金属膜と反応させて、これらの表面をシリサイド化する。その後、半導体基板１の略全面を覆う、第４の酸化シリコン膜を形成して第２中間膜２４０とする。半導体基板１の略全面を覆う、第２の窒化シリコン膜を形成し、光電変換領域１０１において、第２の窒化シリコン膜を除去する。周辺回路領域１０３に残った第２の窒化シリコン膜を第３保護膜２５０とする。その後、第１層間絶縁層３１１を形成する。第３保護膜２５０をセルフアラインコンタクト用のエッチングストップ膜として用いて、周辺回路領域１０３にコンタクトプラグを形成することができる。以降は、周知の多層配線技術や、カラーフィルタ形成技術、マイクロレンズ形成技術を用いて、光電変換装置１００を製造することが出来る。

次に、図５（ａ）に示した第２実施形態の光電変換装置１００の製造方法を説明する。ポリシリコン膜を形成した後、フォトレジストマスクを用いてポリシリコン膜をパターニングする。転送ゲート絶縁膜１２２の延在部１２２１も除去し、フォトレジストマスクを除去する。その後第１中間膜２１０としての第１の酸化シリコン膜を形成する。この第１中間膜２１０は、酸化シリコン膜を堆積することによって形成することもできるし、半導体基板１及び転送ゲート電極１２１の表面を熱酸化することによって形成することもできる。次に、転送ゲート電極１２１上にさらに第２の酸化シリコン膜を形成して、第２の酸化シリコン膜をパターニングすることにより、第２の酸化シリコン膜からなる中間部材２００を形成することができる。その後第１保護膜２２０としての窒化シリコン膜を形成すればよい。

図５（ｂ）に示した第３実施形態の光電変換装置１００の製造方法は、第１中間膜２１０を形成しない点以外は、上述の第１実施形態の光電変換装置１００の製造方法とどうようであるので説明を省略する。

図５（ｃ）に示した第４実施形態の光電変換装置１００の製造方法は、転送ゲート電極１２１の形成までは第２実施形態の光電変換装置１００の製造方法と同様に行うことができる。第１の酸化シリコン膜を形成し、この第１の酸化シリコン膜の光電変換部１１０上に位置する部分を、転送ゲート電極１２１の上面１２１０上に位置する部分よりも薄くする。このように、部分的に薄くされた第１の酸化シリコン膜を第１中間膜２１０として用いることができる。

本実施例では、第１実施形態で説明したように、第１領域１１が光電変換部１１０と界面を成し、第２領域２２が転送ゲート電極１２１の上面１２１０と界面を成す場合を検討した。この検討では、転送ゲート電極１２１および光電変換部１１０の屈折率を３．４としている。光電変換部１１０への入射光の波長λが４００ｎｍ、５５０ｎｍ、８００ｎｍである３つの場合を想定している。そして、第１領域１１あるいは第２領域２２の全体の屈折率が１．４０と１．８０の２つの場合を想定している。

そして、図８は、波長λと屈折率の計６通りの組み合わせについて、第１領域１１あるいは第２領域２２の物理膜厚を横軸として、第１保護膜２２０から光電変換部１１０への光の透過率あるいは第１保護膜２２０から転送ゲート電極１２１への光の透過率を求めたものである。線Ｂ１は波長が４００ｎｍ、屈折率が１．４０の組み合わせ、線Ｂ２は波長が４００ｎｍ、屈折率が１．８０の組み合わせである。線Ｇ１は波長が５５０ｎｍ、屈折率が１．４０の組み合わせ、線Ｇ２は波長が５５０ｎｍ、屈折率が１．８０の組み合わせである。線Ｒ１は波長が８００ｎｍ、屈折率が１．４０の組み合わせ、線Ｒ２は波長が８００ｎｍ、屈折率が１．８０の組み合わせである。

図８について説明する。第１領域１１が存在せずに第１領域１１の物理膜厚が０で、第１保護膜２２０と光電変換部１１０とが接している場合には、透過率は約９３％となる。そして、例えば、第１領域１１の光学膜厚を０から大きくしていき、光学膜厚がλ／４となると、透過率が最小（約６９％）になる。これは、図８において、λが５５０ｎｍ、領域の屈折率が１．４０である場合に対応する正弦波状の線Ｇ１の谷が、物理膜厚が約９８ｎｍ（≒５５０÷１．４０÷４）となるあたりに位置していることに相当する。そして、領域の光学膜厚をさらにλ／４から大きくしていき、光学膜厚がλ／２となると、再び透過率が最大（約９３％）になる。これは、図８において、線Ｇ１の山が、領域の物理膜厚が１９６ｎｍ（≒５５０÷１．４０÷２）となるあたりに位置していることに相当する。以降同様に、光学膜厚を大きくしていくと、Ｍｏ×λ／４毎に山が現れ、Ｍｅ×λ／４毎に谷が現れる。ここでＭｏは奇数であり、Ｍｅは偶数である。本発明で扱われるのは一回目の山が現れるまでの、光学膜厚が０以上λ／２の範囲である。

線Ｄに限らず各線は、谷を中心として線対称である。そのため、低屈折率領域の光学膜厚がＴである場合に所定の透過率であるとすると、光学膜厚がλ／２−Ｔである場合の透過率はこの所定の透過率と等しくなる。そして、光学膜厚がＴより大きく、λ／２−Ｔより小さい場合の透過率は、この所定の透過率よりも低くなる。したがって、第１領域１１の光学膜厚Ｔ_１を上記Ｄとして光電変換部１１０への透過率を所定の透過率とする場合、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２をＴより大きくλ／２−Ｔより小さくとすることで、転送ゲート電極１２１への透過率を所定の透過率以下とすることができる。このことから、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１が導かれる。

図８では、屈折率が１．８０の場合と１．４０の場合を示しているが、例えば低屈折率領域の屈折率が１．６０である場合や、１．４０である領域と１．８０である領域が混在している場合も考えられる。これらの場合は、λが５５０ｎｍ、領域の屈折率が１．８０である場合に対応する正弦波状の線Ｇ２の最初の谷となる約７６ｎｍ（≒５５０÷１．８０÷４）のあたりと、線Ｇ１の最初の谷となる約９８ｎｍの間の範囲に谷がくると理解できる。 光電変換部１１０へ入射する光の波長が可視光（波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍ）の場合、線Ｒ１と線Ｇ１と線Ｂ１との位置関係、および線Ｒ２と線Ｇ２と線Ｂ２との位置関係から、最初に山が現れる線は、線Ｂ２であることが理解できる。してみれば、線Ｂ２に関して、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たせば、転送ゲート電極１２１への透過率を光電変換部１１０への透過率よりも低くすることが可能である。低屈折率領域が酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなれば、低屈折率領域は１．４０以上１．８０以下の屈折率を有することになる。

転送ゲート電極１２１がポリシリコンからなり、光電変換部１１０がシリコンからなる場合、光の吸収は短波長よりも長波長で生じやすい。光電変換部１１０への入射光は多い方が好ましく、転送ゲート電極１２１への入射光は少ない方が好ましい。そのため、光電変換部１１０に対しては、短波長の光の透過率を高くすることが好ましい。また、転送ゲート電極１２１に対しては、長波長の光の透過率を高くすることが好ましい。

各線は正弦波状であることから、透過率の変化が最大になるのは、低屈折率領域の光学膜厚がλ／８となるあたりと、３λ／８となるあたりであり、Ｍｏ×λ／８と表すことが出来る。Ｍｏは奇数である。そして、低屈折率領域の物理膜厚が図８で示した線の山と谷となるときの物理膜厚の中間値をとるあたりである。してみれば、第１領域１１の光学膜厚は短波長の光に対して、λ／８以下であることが好ましい。第２領域２２の光学膜厚は長波長の光に対して、λ／８より大きく、３／８λより小さいことが好ましい。

線Ｂ１に関して、低屈折率領域の光学膜厚がλ／８となるのは、物理膜厚が約３５ｎｍ（≒４００÷１．４÷８）である場合であり、低屈折率領域の光学膜厚が３λ／８となるのは、物理膜厚が約１０７ｎｍ（≒３×４００÷１．４÷８）である場合である。

線Ｂ２に関して、低屈折率領域の光学膜厚がλ／８となるのは、物理膜厚が約２８ｎｍ（≒４００÷１．８÷８）である場合であり、低屈折率領域の光学膜厚が３λ／８となるのは、物理膜厚が約８３ｎｍ（≒３×４００÷１．８÷８）である場合である。

線Ｒ１に関して、低屈折率領域の光学膜厚がλ／８となるのは、物理膜厚が約７１ｎｍ（≒８００÷１．４÷８）である場合であり、低屈折率領域の光学膜厚が３λ／８となるのは、物理膜厚が約２１４ｎｍ（≒３×８００÷１．４÷８）である場合である。

線Ｒ２に関して、低屈折率領域の光学膜厚がλ／８となるのは、物理膜厚が約５６ｎｍ（≒８００÷１．８÷８）である場合であり、低屈折率領域の光学膜厚が３λ／８となるのは、物理膜厚が約１６７ｎｍ（≒３×８００÷１．８÷８）である場合である。

したがって、第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１が３５ｎｍ以下であれば、光電変換部１１０に対する透過率を可及的に高くできる。また、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２が１６７ｎｍより小さければ、光電変換部１１０に対する長波長の光の透過率を可及的に低くできる。さらに、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２が８３ｎｍより小さければ、光電変換部１１０に対する長波長および短波長の光の透過率を可及的に低くできる。第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１よりも大きければよいが、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２が２８ｎｍより大きいことが好ましい。

図８からは、線Ｒ１とＲ２，線Ｇ１とＧ２、線Ｂ１とＢ２との対比から、低屈折率領域の屈折率が高いよりも低い方が、透過率の変化が大きいことが理解される。してみれば、低屈折率領域を成す材料の大半が酸化シリコンであれば、酸窒化シリコンの存在は無視してもよいと考えることもできる。低屈折率領域が少なくとも酸化シリコンからなると、透過率をより低くすることができるため好ましい。実用的には、第２領域２２を構成する中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２が第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１よりも厚く、中間部材２００が酸化シリコンからなる場合には、酸窒化シリコンの存在を無視できる。そして、低屈折率領域の屈折率が１．８０と仮定した場合の透過率の最小値が８７％であることを考えれば、低屈折率領域の屈折率が１．４０と仮定した場合には、透過率を８７％未満にすることができるのである。そこで、第１領域１１の透過率を８７％以上とし、第２領域２２の透過率を８７％未満とすることを考える。

人間の眼が最も敏感であると云われている５５０ｎｍの光を短波長と長波長の境界とすれば、線Ｇ１に関して、透過率を８７％未満にする条件が好ましいともいえる。図８から、線Ｇ１に関して透過率が８７％未満となるのは低屈折率領域の物理膜厚が３０ｎｍより大きく１６５ｎｍより小さい場合である。つまり、中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２が第１領域１１の物理膜厚よりも厚く、中間部材２００が酸化シリコンからなる場合には、第１領域１１の物理膜厚を３０ｎｍ以下として、第２領域２２の物理膜厚を３０ｎｍより大きく１６５ｎｍより小さくすればよい。

以上の検討に基づき、物理膜厚が４．５ｎｍの酸化シリコン層と物理膜厚が３．５ｎｍの酸窒化シリコン層を有する、物理膜厚が８ｎｍの転送ゲート絶縁膜１２２を形成し、物理膜厚Ｄ_ｇが２５０ｎｍのポリシリコンからなる転送ゲート電極１２１を形成した。延在部１２２１は、転送ゲート絶縁膜１２２よりも酸窒化シリコン層が２ｎｍ薄く、その物理膜厚ｄ_１１を６ｎｍとした。酸化シリコンからなる中間部材２００の物理膜厚ｄ_２２を４０ｎｍ、酸化シリコンからなる第１中間膜２１０の物理膜厚ｄ_１２、ｄ_２１を１０ｎｍとした。窒化シリコンからなる第１保護膜２２０の物理膜厚Ｄ_ｐを５０ｎｍとした。つまり第１領域１１の物理膜厚Ｄ_１は１４．５ｎｍであり、第２領域２２の物理膜厚Ｄ_２は５０ｎｍである。酸化シリコンの屈折率が１．４６となり、酸窒化シリコンの屈折率が１．７３となり、窒化シリコンの屈折率が２．００となる条件で成膜している。したがって、第１領域１１の光学膜厚Ｔ_１は９．２ｎｍであり、第２領域２２の光学膜厚Ｔ_２は７３ｎｍである。

青色カラーフィルタと、緑色カラーフィルタと、赤色カラーフィルタをベイヤー配列してなるカラーフィルタアレイを光電変換領域１０１に配置した。青色カラーフィルタは４５０ｎｍの青色光が主に透過し、緑色カラーフィルタは５５０ｎｍの緑色光が主に透過し、赤色カラーフィルタは６２０ｎｍの赤色光が主に透過する。そのため、実質的に、光電変換部１１０への入射光は、４５０ｎｍか５５０ｎｍか６２０ｎｍに制限されているとみなすことができる。４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６２０ｎｍの各入射光に対して透過率が最小になる光学膜厚（λ／４）は１１３ｎｍ、１３８ｎｍ、１５５ｎｍである。４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６２０ｎｍの各入射光に対して透過率の変化が最大になる光学膜厚（λ／８）は５７ｎｍ、６９ｎｍ、７６ｎｍである。このような光電変換装置１００を用いて撮影を行ったところ、良好な画像を得ることができた。

１００ 光電変換装置
１ 半導体基板
１１０ 光電変換部
１４０ 信号生成部
１２０ 転送ゲート
１２１ 転送ゲート電極
１２２ 転送ゲート絶縁膜
２００ 中間部材
２１０ 第１中間膜
２２０ 第１保護膜
１１ 第１領域
２２ 第２領域

Claims (15)

1. 半導体基板に設けられた光電変換部と、
   前記光電変換部で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部と、
   前記信号電荷を前記光電変換部から前記信号生成部へ転送する転送ゲートと、を備える光電変換装置であって、
   前記光電変換部を覆うとともに、前記転送ゲートのゲート電極の上面を覆う連続膜を備え、
   前記連続膜と前記光電変換部との間に、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記連続膜と界面を成す第１領域が設けられ、
   前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に、前記ゲート電極の屈折率及び前記連続膜の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記連続膜と界面を成す第２領域が設けられており、
   前記第１領域の光学膜厚をＴ_１、前記第２領域の光学膜厚をＴ_２、前記光電変換部へ入射する光の波長をλとして、Ｔ_１＜Ｔ_２＜λ／２−Ｔ_１を満たすことを特徴とする光電変換装置。
2. 前記連続膜と前記転送ゲートの前記ゲート電極の前記光電変換部側の側面との間に延在せずに、前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に設けられた、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有する中間部材を有し、
   前記第２領域は、前記中間部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記シリコン基板と前記窒化シリコン膜との間に設けられ、前記光電変換部を覆うとともに、前記ゲート電極の上面を覆う、前記連続膜の屈折率及び前記光電変換部の屈折率よりも低い屈折率を有する中間膜を有し、
   前記第１領域は、前記中間膜の、前記連続膜と前記光電変換部との間に位置する部分を含み、
   前記第２領域は、前記中間膜の、前記連続膜と前記ゲート電極の前記上面との間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
4. 下記の要件（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光電変換装置。
   （ａ）Ｔ_１≦λ／８、かつ、λ／８≦Ｔ_２≦３λ／８
   （ｂ）Ｔ_２≦λ／４
   （ｃ）Ｔ_２≧２×Ｔ_１
5. シリコン基板に設けられた光電変換部と、
   前記光電変換部で生じた信号電荷に基づく電気信号を生成する信号生成部と、
   前記信号電荷を前記光電変換部から前記信号生成部へ転送する転送ゲートと、を備える光電変換装置であって、
   前記光電変換部を覆うとともに、ポリシリコンからなる前記転送ゲートのゲート電極の上面を覆う、窒化シリコン膜を備え、
   前記窒化シリコン膜の前記光電変換部を覆う部分と前記光電変換部との間に、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなり、前記窒化シリコン膜と界面を成す第１領域が設けられ、
   前記窒化シリコン膜と前記ゲート電極の前記上面との間に、酸化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方からなる、前記窒化シリコン膜と界面を成す第２領域が設けられており、
   前記光電変換部へ入射する光の波長が４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であって、前記第１領域の物理膜厚をＤ_１、前記第２領域の物理膜厚をＤ_２として、Ｄ_１≦２８ｎｍ、および、Ｄ_１＜Ｄ_２＜１６７ｎｍを満たすことを特徴とする光電変換装置。
6. 前記窒化シリコン膜と前記転送ゲートの前記ゲート電極の前記光電変換部側の側面との間に延在せずに、前記窒化シリコン膜と前記ゲート電極の前記上面との間に設けられた、中間部材を有し、前記第２領域は、前記中間部材を含むことを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
7. 前記中間部材は酸化シリコンからなることを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
8. 前記シリコン基板と前記窒化シリコン膜との間に設けられ、前記光電変換部を覆うとともに、前記ゲート電極の上面を覆う中間膜を有し、
   前記第１領域は、前記中間膜の、前記窒化シリコン膜と前記光電変換部との間に位置する部分を含み、
   前記第２領域は、前記中間膜の、前記窒化シリコン膜と前記ゲート電極の前記上面との間に位置する部分を含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の光電変換装置。
9. 前記第１領域は、前記転送ゲートのゲート絶縁膜の、前記ゲート電極と前記基板との間から延在して前記光電変換部を覆う部分を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光電変換装置。
10. 前記中間部材の光学膜厚が、前記第１領域の光学膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置、または、
    前記中間部材の物理膜厚が、前記第１領域の物理膜厚よりも大きいことを特徴とする請求項６または７に記載の光電変換装置。
11. 前記中間部材の下面が前記ゲート電極の前記上面と接しており、前記中間部材の前記下面の前記転送ゲートの転送方向における長さが、前記ゲート電極の前記上面の前記転送方向における長さと等しく、かつ、前記中間部材の物理膜厚よりも大きい特徴とすることを特徴とする請求項２、６、７または１０に記載の光電変換装置。
12. 前記基板を覆う絶縁膜に囲まれた、前記絶縁膜の屈折率よりも高い屈折率を有する導光部材が前記光電変換部の上に設けられていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光電変換装置。
13. 前記信号生成部で生成された前記電気信号を処理する信号処理部を備え、
    前記信号処理部のトランジスタが下記の要件（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、（ｉｖ）および（ｖ）の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光電変換装置。
    （ｉ）前記トランジスタのドレインがシリサイド層で覆われている。
    （ｉｉ）前記トランジスタのゲート電極の上面がシリサイド層で覆われている。
    （ｉｉｉ）前記トランジスタがサイドウォールスペーサを有しており、前記サイドウォールスペーサは、第１誘電体層と、前記第１誘電体層と前記トランジスタのゲート電極との間に設けられた、前記第１誘電体層よりも低い誘電率を有する第２誘電体層と、を含む。
    （ｉｖ）前記トランジスタのゲート電極と前記転送ゲートの前記ゲート電極とが同一導電型のポリシリコンからなり、前記トランジスタの前記ゲート電極の不純物濃度が前記転送ゲートの前記ゲート電極の不純物濃度よりも高い。
    （ｖ）前記トランジスタのゲート絶縁膜の物理膜厚が、前記転送ゲートのゲート絶縁膜の物理膜厚よりも小さい。
14. ４００ｎｍ≦λ≦８００ｎｍを満たすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光電変換装置、または、
    前記光電変換部の上にカラーフィルタを備えることを特徴とする請求項５または７に記載の光電変換装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光電変換装置と、
    前記電気信号に基づく画像を処理する画像処理部および前記電気信号に基づく画像を表示する画像表示部の少なくとも一方を備えることを特徴とする撮像システム。
    

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