JP6132891B2 - 固体撮像装置、それを用いた撮像システム及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は固体撮像装置の遮光膜に関する発明である。

ＣＭＯＳイメージセンサに代表されるアクティブピクセル型の固体撮像装置においては、グローバル電子シャッター機能を有する構成や、焦点検出用の画素を有する構成が提案されている。

グローバル電子シャッター機能とは、行列状に配された複数の画素の光電荷蓄積の開始時刻と終了時刻とを全画素で同時に行う機能である。グローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置は、画素に光電変換部と光電変換された電荷を一定時間保持しておく電荷保持部とを有する。グローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置の電荷保持部では、光電荷の蓄積終了後から読み出しまでの期間、電荷を保持する。この時、光電変換部以外で発生した電荷が電荷保持部に混入するとノイズ信号となり画質が劣化する可能性がある。特許文献１には、画素に光電変換部と電荷保持部とを有し、電荷保持部上に遮光膜を設けた構成が開示されている。

また、特許文献２には、焦点検出用の画素を有する構成において、焦点検出用の画素に設けられたスリットを有する遮光膜の記載がある。

特開２００８−００４６９２号公報 特開２００９−１０５３５８号公報

特許文献１には、遮光膜の記載はあるものの詳細に検討がなされていない。遮光膜の構成によっては、斜め光が電荷保持部に入射し易く、斜め光によって生じた電荷が電荷保持部で保持している電荷に混入してしまう場合がある。

また、特許文献２に記載の固体撮像装置においてもスリットを有する遮光膜について詳細に検討がなされておらず、同様の課題が生じうる。

そこで、本発明においては、高い遮光性能を有する遮光膜を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部にて生じた電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部の電荷に基づく信号を出力するための複数のトランジスタと、を含む画素を有し、前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとの上部に配される第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜の開口に配され、前記複数のトランジスタのソースあるいはドレインに配置された導電体と、を有する固体撮像装置において、前記第１の絶縁膜に配され、前記電荷保持部の上に配された遮光膜を有することを特徴とする。

また、固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と、前記光電変換部にて生じた電荷を保持する電荷保持部と、前記電荷保持部の電荷に基づく信号を出力するためのトランジスタを含む複数のトランジスタと、を有する固体撮像装置の製造方法において、前記光電変換部と、前記電荷保持部と、前記複数のトランジスタとを覆う第１の絶縁膜を形成する工程と、前記電荷保持部の上の前記第１の絶縁膜の一部を除去する工程と、前記第１の絶縁膜の一部が除去された部分に遮光膜を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明の構成によって、高い遮光性能を有する遮光膜を有する固体撮像装置、及びその製造方法を提供することが可能となる。

第１実施例の固体撮像装置の断面模式図である。 第１実施例の固体撮像装置の製造方法を示す断面模式図である。 第１実施例を説明するための固体撮像装置の断面模式図である。 第２実施例の固体撮像装置の断面模式図である。 第２実施例の固体撮像装置の製造方法を示す断面模式図である。 第３実施例の固体撮像装置の製造方法を示す断面模式図である。 第４実施例の固体撮像装置の断面模式図及び平面模式図である。 固体撮像装置の画素回路の一例

本発明の固体撮像装置は、光電変換部と、複数のトランジスタと、それらの上部に配される絶縁膜と、絶縁膜の開口に配され、複数のトランジスタのソースあるいはドレインに配置された導電体とを有する。そして、導電体が配された絶縁膜に配された遮光膜を有する。なお、遮光膜は、例えばグローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置の電荷保持部の上部や、焦点検出用の画素を有する固体撮像装置の光電変換部の上部など、遮光したい構造の上部の絶縁膜に配されている。このような構成によって、遮光膜の遮光性能を高めることが可能となる。

ここで、半導体基板の表面から半導体基板の内部へ向かう方向を下方向とし、その反対の方向を上方向とする。また、以下の実施例においては、信号電荷が電子である場合を例に説明を行う。

以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

（実施例１）
まず、図８は本実施例の固体撮像装置の４画素分の回路図を示している。図８において、画素８００は２行２列で配列されている。画素８００は、光電変換部８０１と、電荷保持部８０２と、第１の転送用トランジスタ８０４と、第２の転送用トランジスタ８０５と、増幅用トランジスタ８０６と、選択用トランジスタ８０７と、リセット用トランジスタ８０８と、を含む。更に、画素８００は、不要電荷排出用のオーバーフロードレイン（以下ＯＦＤ）のための第３の転送用トランジスタ８０９を含む。画素８００において、８０３は浮遊拡散部（フローティングディフュージョン部、以下ＦＤ部）を含むノードである。電源線８１０及び電源線８１１は所定の電圧を供給する配線である。電源線８１０はＯＦＤ用のトランジスタ８０９の主電極領域と接続している。電源線８１１は、リセット用トランジスタ及び選択用トランジスタの主電極領域と接続している。ＲＥＳ、ＴＸ１、ＴＸ２、ＳＥＬ、ＴＸ３は各トランジスタのゲート電極にパルスを供給する制御線であり、垂直走査回路（不図示）からパルスが供給される。ＲＥＳはリセット用トランジスタ８０８、ＴＸ１は第１の転送用トランジスタ８０４、ＴＸ２は第２の転送用トランジスタ８０５のゲート電極にパルスを供給する制御線である。ＳＥＬは選択用トランジスタ８０７、ＴＸ３は第３の転送用トランジスタ８０９のゲート電極にパルスを供給する制御線である。ＯＵＴは信号線である。図８に示されているｎやｍは自然数であり、ある行ｎとその隣の行ｎ＋１、ある列ｍとその隣の列ｍ＋１とを示している。信号線ＯＵＴから出力された信号は読み出し回路（不図示）に保持され、増幅や加算等の処理がなされ、固体撮像装置の外部へ信号が出力される。この時、信号の加算等の処理や外部への信号出力を制御する制御信号が水平走査回路（不図示）から供給されうる。また、信号線ＯＵＴには増幅用トランジスタとソースフォロア回路を構成する定電流源が設けられうる。図８において、画素８００とは、１つの光電変換部８０１を含む構成であり、固体撮像装置の構成における最小の繰り返し単位である。なお、画素８００は本構成に限定されるものではなく、増幅用トランジスタを複数の画素で共有化するような構成であってもよい。

図８の画素８００における、グローバルシャッターの動作は次のようになる。ある蓄積期間が経過した後に、光電変換部８０１にて生じた電荷は、第１の転送用トランジスタ８０４を介して、電荷保持部８０２へと転送される。電荷保持部８０２にてある蓄積期間の信号電荷を保持している間、光電変換部８０１では再び信号電荷の蓄積が始まる。電荷保持部８０２の信号電荷は第２の転送用トランジスタ８０５を介してＦＤ部を含むノード８０３へと転送され、増幅用トランジスタ８０６から信号として出力される。また、電荷保持部８０２にて信号電荷を保持している間に光電変換部８０１にて生じた電荷が電荷保持部８０２へ混入しないように、第３の転送用トランジスタ８０９によって光電変換部８０１の電荷を排出させる場合もある。リセット用トランジスタ８０８は、電荷保持部８０２から信号電荷が転送される前にＦＤ部を含むノード８０３を所定の電位に設定する（リセット動作）。この時のＦＤ部を含むノード８０３の電位をノイズ信号として増幅用トランジスタ８０６を介して信号線ＯＵＴへ出力することで、後に出力される信号電荷に基づく信号との差分をとることで、ノイズ信号を除去することが可能となる。

このようなグローバルシャッター動作が可能な電荷保持部を有する固体撮像装置における電荷保持部の遮光の構成を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）は、図８における光電変換部と、電荷保持部と、ＦＤ部を構成する浮遊拡散部と、電荷保持部上に配置された遮光膜とに着目した断面模式図である。遮光膜よりも上部の構造については省略した。遮光膜よりも上部には、配線構造、保護膜、カラーフィルタ、層内レンズ、マイクロレンズなどが適宜配置可能である。図１（Ａ）において、図８と同一の構成については同一の符号を付し説明を省略する。

図１（Ａ）において、半導体基板１０１は、例えばシリコン半導体基板であり、半導体基板の表面１００を有し、半導体基板に形成されたＰ型の半導体領域１０２を有する。素子分離部１０３は半導体基板１０１に配され、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法にて形成されている。光電変換部８０１は、電荷蓄積部として機能するＮ型の半導体領域１０５と、その上部に配置されたＰ型の半導体領域１０４を含む。Ｎ型の半導体領域１０６は電荷保持部８０２を構成し、Ｎ型の半導体領域１０７はＦＤ部８０３を構成する浮遊拡散部を構成する。第１の転送用トランジスタ８０４を構成するゲート電極１０８は、半導体基板の表面１００上に配されたゲート絶縁膜１０９の上に配され、Ｎ型の半導体領域１０５とＮ型の半導体領域１０６との間に配置されている。第２の転送用トランジスタ８０５を構成するゲート電極１１０は、半導体基板の表面１００上に配されたゲート絶縁膜１１１の上に配され、Ｎ型の半導体領域１０６とＮ型の半導体領域１０７との間に配置されている。ここで、ゲート電極１１０の下以外の表面１００の上にもゲート絶縁膜１１１と一体の絶縁膜、あるいは別体の絶縁膜が設けられていてもよい。

図１（Ａ）において、光電変換部８０１と、ゲート電極１０８と、ゲート電極１１０などを覆うように絶縁膜１１２（第２の絶縁膜）が配置されている。そして、絶縁膜１１２の上部に絶縁膜１１３（第１の絶縁膜）が配置されている。絶縁膜１１３は例えばシリコン酸化膜であり、層間絶縁膜として機能しうる。また、絶縁膜１１３は、ゲート電極等で生じた凹凸を平坦にする平坦化膜として機能しうる。絶縁膜１１２は例えばシリコン窒化膜であり、光電変換部８０１の表面の保護膜として機能しうる。また、絶縁膜１１２は絶縁膜１１３よりも高い屈折率を有し、絶縁膜１１２は光電変換部８０１の表面での反射を低減させる反射防止膜として機能しうる。導絶縁膜１１２はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜などの積層膜であってもよい。

図１（Ａ）において、絶縁膜１１２及び絶縁膜１１３の開口に配置された導電体１１５は、コンタクトのプラグとして機能しうる。導電体１１５は、例えばタングステンからなる。導電体１１５の上には金属配線（不図示）が配置される。Ｎ型の半導体領域１１４はコンタクトのプラグである導電体１１５と半導体領域１０７とがオーミック接続を可能とするために設けられており、半導体領域１０７よりも高い不純物濃度を有する。ここで、遮光膜１１６が、電荷保持部８０２のＮ型の半導体領域１０６を覆うように、絶縁膜１１３に配されている。遮光膜１１６は例えばタングステンからなる。

このように、コンタクトのプラグである導電体１１５が配置された絶縁膜１１３、すなわち金属配線よりも半導体基板の表面側に遮光膜１１６が配置されていることで、より電荷保持部８０２のＮ型の半導体領域１０６の近傍で遮光をすることが可能となる。よって、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。

また、遮光膜１０６は、第２の転送用トランジスタ８０５のゲート電極１１０上から、電荷保持部８０２、第１の転送用トランジスタ８０４のゲート電極１０８を覆って、光電変換部８０１の上部まで延在している。図１（Ａ）の紙面奥行き方向においても同様である。このように、電荷保持部よりも広範囲を遮光することによって電荷保持部への光の混入を抑制することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。

次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図２を用いて説明する。図２において、図１（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。

まず、図２（Ａ）では、半導体基板１０１にＰ型の半導体領域１０２、素子分離部１０３、Ｎ型の半導体領域１０５、Ｐ型の半導体領域１０４、Ｎ型の半導体領域１０６、Ｎ型の半導体領域１０７を形成する。素子分離部１０３はＳＴＩ法によって形成され、各半導体領域は、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入技術によって形成されうる。また、ゲート電極１０８とゲート電極１１０とをポリシリコンからフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術により形成し、同時にゲート絶縁膜１０９及びゲート絶縁膜１１１が形成される。これらの形成方法については、一般の半導体技術によって形成可能であり、詳細な形成方法については省略する。なお、これらの形成順番についても任意である。

そして、図２（Ａ）に示すように、半導体基板の表面１００及びゲート電極１０８及び１１１を覆うようにシリコン窒化膜である絶縁膜２０１を低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）によって形成する。そして、絶縁膜２０１を覆ってシリコン酸化膜の絶縁膜２０２を形成する。ここで、絶縁膜２０１はゲート電極などの凹凸を踏襲した表面を有し、絶縁膜２０２はゲート電極などの凹凸を埋めて平坦な表面を有する。

次に、図２（Ｂ）に示すように絶縁膜２０２の上にフォトレジストパターン２０３を形成する。フォトレジストパターン２０３は絶縁膜２０２にコンタクトホールを形成するためのマスクであり、コンタクトホールのための開口を有する。そして、フォトレジストパターン２０３をマスクとして絶縁膜２０２及び絶縁膜２０１に対してエッチングを行い、絶縁膜２０２及び絶縁膜２０１の一部を除去し、絶縁膜２０２及び絶縁膜２０１にコンタクトホール２０４を形成する。ここで、絶縁膜２０１は、コンタクトホール形成のためのエッチングにおけるエッチングストッパーとしても機能しうる。

コンタクトホール２０４が形成された後には、コンタクトホール２０４にＮ型の不純物をイオン注入し、Ｎ型の半導体領域１１４（図２（Ｃ））を形成する。そして、フォトレジストパターン２０３を除去し、導電体膜２０４を形成する（図２（Ｃ））。導電体膜２０４は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。

導電体膜２０４に対してエッチングあるいはＣＭＰを行うことで、余分な導電体膜２０４を除去し、コンタクトホールに導電体１１５を形成する（図２（Ｄ））。

次に、導電体１１５及び絶縁膜２０２の上部にフォトレジストパターン２０５を形成する。フォトレジストパターン２０５は絶縁膜２０２に遮光膜を設けるためのマスクであり、遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン２０５をマスクとして絶縁膜２０２に対してエッチングを行い、絶縁膜２０２の一部を除去し、絶縁膜２０２に遮光膜のための溝２０６を形成する。ここで、溝２０６の底面はゲート電極１０８及び１１１よりも上部に存在する。

そして、フォトレジストパターン２０５を除去し、導電体膜２０７を形成する（図２（Ｆ））。導電体膜２０７は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。この導電体膜２０７に対してエッチングあるいはＣＭＰを行うことで、余分な導電体膜２０７を除去し、絶縁膜１１３の一部が除去された部分である溝２０６に遮光膜１１６が形成される。ここで、絶縁膜２０２は絶縁膜１１３となる（図２（Ｇ））。このような方法によって、コンタクトの導電体１１５が配された絶縁膜１１３に遮光膜１１６が形成可能となる。

また、図１（Ｂ）に本実施例の固体撮像装置の変形例を示す。図１（Ｂ）において、図１（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。図１（Ｂ）において、図１（Ａ）と異なる点は遮光膜の配置である。図１（Ａ）における遮光膜１０６は、第２の転送用トランジスタ８０５のゲート電極１１０上から、電荷保持部８０２、第１の転送用トランジスタ８０４のゲート電極１０８を覆って、光電変換部８０１の上部まで延在している。一方、図１（Ｂ）の遮光膜１１７は、第２の転送用トランジスタ８０５のゲート電極１１０上から、電荷保持部８０２を覆って、第１の転送用トランジスタ８０４のゲート電極１０８の上部まで延在している。すなわち、絶縁膜１１３に配された遮光膜が、少なくとも電荷保持部８０２のＮ型の半導体領域１０６の上部に配されている。このような構成を有することで、電荷保持部８０２の近傍に遮光膜が配置されるため、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となる。

次に、図３を用いて本実施例の固体撮像装置の配線の構成について説明する。図３は固体撮像装置の断面模式図であり、図１（Ａ）と対応した図面である。図３において、図１（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。

図３（Ａ）は、図１（Ａ）における絶縁膜１１３、遮光膜１１６、導電体１１５の上に、更に配線構造を有する。配線構造は、例えば、絶縁膜３０１、絶縁膜３０２、第１の配線層３０３、ビア層３０４、第２の配線層３０５である。第１の配線層３０３は、絶縁膜３０１に配され、配線３０３ａ及び配線３０３ｂを有する。ビア層３０４は、絶縁膜３０１に配され、ビア３０４ａ及びビア３０４ｂを有する。第２の配線層３０５は、絶縁膜３０２に配され、配線３０５ａ及び配線３０５ｂを有する。ここで、各配線はアルミニウムを主成分とする合金からなる金属配線である。金属配線は、他に、アルミニウム、銅、銅を主成分とする合金からなる配線であってもよい。

遮光膜１１６の上に配線３０３ａ、ビア３０４ａ、配線３０５ａが上に向かってこの順に配置され、互いに電気的に接続している。導電体１１５の上には、配線３０３ｂ、ビア３０４ｂ、配線３０５ｂが上に向かってこの順に配置され，互いに電気的に接続している。ここで、図８の回路上示されていないが、遮光膜１１６には電圧が供給されうる。例えば、グランド、電源電圧、および電荷の転送動作に合わせた駆動のための電圧である。

また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の変形例を示している。図３（Ｂ）において図３（Ａ）と同じ構成については説明を省略する。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）と同様に図１（Ａ）における絶縁膜１１３、遮光膜１１６、導電体１１５の上に、更に配線構造を有する。配線構造は、例えば、絶縁膜３０６、絶縁膜３０７、第１の配線層３０９、ビア層３０８である。ビア層３０８は、絶縁膜３０６に配され、ビア３０８ａ及びビア３０８ｂを有する。第１の配線層３０９は、絶縁膜３０７に配され、配線３０９ａ及び配線３０９ｂを有する。遮光膜１１６の上に、ビア３０８ａ、配線３０９ａが上に向かってこの順に配置され、互いに電気的に接続している。導電体１１５の上には、ビア３０８ｂ、配線３０９ｂが上に向かってこの順に配置され，互いに電気的に接続している。導電体１１５とビア３０８ｂとは直接接続するスタックコンタクト構造を有している。ここでも、図３（Ａ）と同様に遮光膜１１６にも電圧が供給されうる。

以上述べてきたように、コンタクトのプラグである導電体１１５が配置された絶縁膜１１３に遮光膜１１６が配置されていることで、より電荷保持部８０２のＮ型の半導体領域１０６の近傍で遮光をすることが可能となる。よって、電荷保持部への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。

（実施例２）
本実施例の固体撮像装置について、図４及び図５を用いて説明する。まず、図４（Ａ）は図１（Ａ）に対応する固体撮像装置の断面模式図である。図４（Ａ）において、図１（Ａ）と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図４（Ａ）において、図１（Ａ）と異なる構成は、遮光膜４０１である。図１（Ａ）の遮光膜１１６は絶縁膜１１３の溝に配置されているが、図４（Ａ）の遮光膜４０１は絶縁膜１１３の溝ではなく開口に配置されている。遮光膜４０１は電荷保持部８０２のＮ型の半導体領域１０６の上に絶縁膜１１２を介して積層されており、ゲート電極１１０及びゲート電極１０８との間を埋めるように配置されている。このような構成によって、より電荷保持部８０２の遮光性能を向上させることが可能となる。

また、図４（Ａ）において、遮光膜４０１は、ゲート電極１１０の上部から光電変換部８０１の上部まで配置されている。このような構成によって、光電変換部８０１、すなわちゲート電極１０８のＮ型の半導体領域１０５側からＮ型の半導体領域１０６への光の入射を低減することが可能となる。更に、光電変換部８０１においては、半導体基板の表面１００の上に絶縁膜１１２を介して遮光膜４０１が配置されているため、ゲート電極１０８の端部における光の入射をも抑制することが可能となる。

また、遮光膜４０１が配置される範囲はゲート電極１１０の上部までであるため、半導体領域１０７に配される導電体１１５と距離を取ることが可能となる。このような構成によって、導電体１１５と遮光膜４０１とのショートを抑制することが可能となる。

更に、遮光膜４０１はテーパー形状を有し、遮光膜４０１の側面４０２は半導体基板の表面１００に対して傾いている。具体的には、遮光膜４０１の側面４０２は半導体基板の表面１００に垂直な方向から半導体基板の表面に向かって角度を有している。このような形状によって、光電変換部８０１の受光面において入射光の反射が生じても、反射光が遮光膜４０１の側面４０２に当たることによって、光電変換部８０１に反射光を入射させることが可能となる。

次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図５を用いて説明する。図５において、図４（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。また、実施例１（図２）と同様の製造工程については説明を省略する。

まず、図５（Ａ）では、図２（Ａ）と同様に半導体基板１０１に、素子分離部１０３と、各半導体領域と、ゲート電極を形成する。これらの形成方法については、一般の半導体技術によって形成可能であり、詳細な形成方法については省略する。そして、図２（Ａ）と同様に、半導体基板の表面１００及びゲート電極１０８及び１１１を覆うようにシリコン窒化膜である絶縁膜５０１を低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）によって形成する。そして、絶縁膜５０１を覆ってシリコン酸化膜の絶縁膜５０２を形成する。ここで、絶縁膜５０１はゲート電極などの凹凸を踏襲した表面を有し、絶縁膜５０２はゲート電極などの凹凸を埋めて平坦な表面を有する。

次に、図５（Ｂ）に示すように絶縁膜５０２の上にフォトレジストパターン５０３を形成する。フォトレジストパターン５０３は絶縁膜５０２にコンタクトホールと遮光膜を形成するためのマスクであり、コンタクトホールのための開口と遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン５０３をマスクとして絶縁膜５０２に対してエッチングを行い、絶縁膜５０２の一部を除去し、絶縁膜５０２にコンタクトホール５０４と遮光膜のための開口５０５を形成する。ここで、絶縁膜５０１は、このエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能しうる。

コンタクトホール５０４及び開口５０５が形成された後に、フォトレジストパターン５０３を除去する。そして、新たなフォトレジストパターン５０６を形成する。新たなフォトレジストパターン５０６はコンタクトホール５０４が露出するような開口を有し、他の領域を覆う。このフォトレジストパターン５０６をマスクとして、露出している絶縁膜５０１の一部をエッチングにて除去する。そして、コンタクトホール５０４にＮ型の不純物をイオン注入し、Ｎ型の半導体領域１１４を形成する（図５（Ｃ））。

そして、フォトレジストパターン５０６を除去した後、導電体膜５０７を形成する（図２（Ｄ））。導電体膜５０７は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。導電体膜５０７に対してエッチングあるいはＣＭＰを行うことで、余分な導電体膜５０７を除去する。そして、コンタクトホールに導電体１１５、絶縁膜の一部を除去した部分である遮光膜用の開口に遮光膜４０１が形成され、図４（Ａ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜５０１は絶縁膜１１２に、絶縁膜５０２は絶縁膜１１３となる。

このような方法によって、コンタクトの導電体１１５が配された絶縁膜１１３に遮光膜４０１が形成可能となる。また、コンタクトの導電体１１５と同一工程で遮光膜４０１が形成可能となる。具体的には、コンタクトホール及び開口の形成、導電体膜の形成及び除去の工程をそれぞれ同一とすることが可能となる。これらの形成は別の工程で行っても良いが、同一工程で行うことで製造工程の削減が可能となる。

次に、図４（Ｂ）を用いて図４（Ａ）の変形例を示す。図４（Ｂ）において図４（Ａ）と同じ構成については説明を省略する。まず、図４（Ｂ）において、遮光膜４０３は、Ｎ型の半導体領域１０７の上部から光電変換部８０１の上部まで配置され、ゲート電極１１０及びゲート電極１０８を覆って配置されている。このような構成によって、更に、ゲート電極１１０のＮ型の半導体領域１０７側からＮ型の半導体領域１０６への光の入射も低減することが可能となる。

また、図４（Ａ）と図４（Ｂ）において、遮光膜の側面の傾斜が互い異なる。図４（Ｂ）の遮光膜の側面４０４は半導体基板の表面１００に対して垂直であり、図４（Ａ）では遮光膜の側面４０２は傾きを有している。このような形状は任意に選択可能である。遮光膜のための絶縁膜１１３の開口を形成する際のフォトレジストパターンあるいはエッチングの条件を制御することによって作り分けることが可能である。

本実施例では実施例１のような配線構造が適用可能である。また、図４（Ａ）の遮光膜の配置を図４（Ｂ）の遮光膜の配置と同様にするなど、各構成の組み合わせも適宜行うことが可能である。

（実施例３）
本実施例の固体撮像装置について、図６を用いて説明する。まず、図６（Ｆ）は図４（Ａ）に対応する固体撮像装置の断面模式図である。図６（Ｆ）において、図４（Ａ）と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

図６（Ｆ）において、図４（Ａ）と異なる構成は、絶縁膜６０１（第３の絶縁膜）である。絶縁膜６０１は例えばシリコン酸化膜であり、絶縁膜１１３の開口に配され、遮光膜６０２と絶縁膜１１３との間に配される。このような構成によって、遮光膜６０２と半導体基板との間、あるいは遮光膜６０２とゲート電極との間の絶縁性を高めることが可能となる。

次に、本実施例の固体撮像装置の製造方法について、図２及び図６（Ａ）〜図６（Ｅ）を用いて説明する。図６（Ａ）〜図６（Ｅ）において、図６（Ｆ）と同一の構成には同一の符号を付し説明を省略する。また、実施例１（図２）と同様の製造工程については説明を省略する。

まず、図６（Ａ）は図２（Ｄ）と同一の構成である。図６（Ａ）では、図２（Ｄ）における絶縁膜１１２及び絶縁膜２０２を絶縁膜６０３及び絶縁膜６０４とする。図６（Ａ）の構成は、図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の工程を経ることによって得られる。

次に、図６（Ｂ）に示すように絶縁膜６０４の上にフォトレジストパターン６０５を形成する。フォトレジストパターン６０５は、絶縁膜６０４に遮光膜を形成するためのマスクであり、遮光膜のための開口を有する。そして、フォトレジストパターン６０５をマスクとして絶縁膜６０４に対してエッチングを行い、絶縁膜６０４に遮光膜のための開口６０６を形成する。ここで、絶縁膜６０３は、このエッチングにおけるエッチングストッパーとして機能しうる。開口６０６が形成された後に、フォトレジストパターン６０５を除去する（図６（Ｃ））。

次に、図６（Ｄ）に示すように、絶縁膜６０４と、導電体１１５と、開口６０６によって露出した絶縁膜６０３とを覆って絶縁膜６０７を形成する。絶縁膜６０７は、例えばシリコン酸化膜である。絶縁膜６０７はゲート電極や開口の側壁など形状を覆って形成される。

そして、絶縁膜６０７を覆って、遮光膜となる導電体膜６０８を形成する（図６（Ｄ））。導電体膜６０８は例えば、窒化チタン及びタングステンの積層膜である。これまでと同様に、導電体膜６０８に対してエッチングあるいはＣＭＰを行うことで、余分な導電体膜６０８を除去する。そして、導電体１１５の上面が露出するように絶縁膜６０４上に配されている余分な絶縁膜６０７も除去する。そして、遮光膜用の開口に遮光膜６０２と絶縁膜６０１が形成され、図６（Ｆ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜６０４は絶縁膜１１３となる。

このような方法によって、コンタクトの導電体１１５が配された絶縁膜１１３に遮光膜６０２が形成可能となる。また、遮光膜６０２の絶縁性を高めるための絶縁膜６０１を形成可能である。なお、本実施例の製造方法はこれに限らず、実施例２に示したような製造方法も適用可能であり、例えば導電体１１５のためのコンタクトホールと遮光膜のための開口とを同一工程で形成することも可能である。

（実施例４）
本実施例の固体撮像装置について、図７を用いて説明する。本実施例の固体撮像装置は、撮像用の画素と焦点検出用の画素とを有する固体撮像装置である。実施例１〜３の固体撮像装置に比べて電荷保持部及び第２の転送用トランジスタを有していない構成となっている。図７において図１等と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７（Ａ）は焦点検出用の画素７００の光電変換部と、ＦＤ部を構成する浮遊拡散部と、焦点検出用に設けられた遮光膜とに着目した断面模式図である。図７（Ａ）において、光電変換部８０１を構成するＮ型の半導体領域１０５の上部に配された絶縁膜１１３’に、導電体１１５、及びスリット７０２を有する遮光膜７０１が配されている。遮光膜７０１の上部には、図３と同様の絶縁膜３０１と、絶縁膜３０１上に配された絶縁膜３０２とが配されている。そして、絶縁膜３０１には第１の配線層３０３の配線３０３ｂとビア層３０４のビア３０４ｂとが配され、絶縁膜３０２には第２の配線層３０５の配線３０５ｂとが配されている。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の第２の配線層３０５と、遮光膜７０１と、光電変換部８０１の半導体領域１０５と、第１の転送用トランジスタ８０４のゲート電極１０８との配置関係を示したものである。

ここで、遮光膜７０１のスリット７０２は光電変換部８０１の重心からオフセットされており、ここでは図７（Ａ）の右方向にオフセットされて配置されている。このような構成の画素によって、例えば図７（Ａ）の左方向にオフセットされて配置されたスリットを有する遮光膜が配された画素（不図示）とともにデータを取得することで、焦点検出が可能となる。

また、遮光膜７０１は、実施例１〜３と同様に導電体１１５とともに絶縁膜１１３’に配されている。このような構成によって、より光電変換部８０１のＮ型の半導体領域１０５の近傍で焦点検出用の光を分離することが可能となるため、焦点検出の精度が向上する。また、ＦＤ部８０３を構成する半導体領域１０７への光の混入を低減することが可能となり、高い遮光性能を得ることが可能となる。

なお、本実施例の焦点検出用の画素として、図８に記載の電荷保持部を有する構成を適用することも可能である。

以下、上記の各実施例に係る固体撮像装置の応用例として、固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。撮像システムには、撮影を主目的とするカメラなどの装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。例えば、カメラは、本発明に係る固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。この処理部とは、例えば、デジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

なお、本発明の説明において、固体撮像装置の遮光膜よりも上部の構造については省略した。遮光膜よりも上部には、配線構造、保護膜、カラーフィルタ、層内レンズ、マイクロレンズなどが適宜配置されている。また、各実施例の形態はあくまで１例であり適宜変更が可能であり、各実施例は適宜組み合わせ可能である。さらに、本遮光膜の構成は、グローバル電子シャッター機能や、焦点検出機能を有する構成に限らず、ダイナミックレンジを拡大する機能といった他の機能を有する固体撮像装置においても適用可能である。

１０１ 半導体基板
１０２ Ｐ型の半導体領域
１０５ Ｎ型の半導体領域
１０６ Ｎ型の半導体領域
１０７ Ｎ型の半導体領域
１０８ 第１の転送用トランジスタのゲート電極
１１０ 第２の転送用トランジスタのゲート電極
１１３ 絶縁膜
１１５ コンタクトを構成する導電体
１１６ 遮光膜

Claims (16)

1. 半導体基板内に設けられた第１の導電型の第１の半導体領域で蓄積された電荷を、前記半導体基板内に設けられた第１の導電型の第２の半導体領域に転送する第１の転送用トランジスタと、
   前記第２の半導体領域で保持された電荷を、前記半導体基板内に設けられた第１導電型の第３の半導体領域に転送する第２の転送用トランジスタと、
   前記第３の半導体領域の電位に基づく信号を出力する増幅用トランジスタと、
   前記第１の転送用トランジスタと前記第２の転送用トランジスタの上に配され、前記第３の半導体領域と電気的に接続するコンタクトプラグが設けられた第１の絶縁膜と、
   平面視において、前記第１の半導体領域側にある前記第１の転送用トランジスタのゲート電極の端部と、前記第２の半導体領域側にある前記第１の転送用トランジスタのゲート電極の端部と、に重複し、かつ、前記第１の絶縁膜の上面よりも前記半導体基板の表面側に設けられた遮光膜と、を有し、
   前記遮光膜は、
   前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記ゲート電極の上面よりも上に位置する第１の底面と、
   前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記第１の半導体領域の上に配され、前記ゲート電極の上面よりも前記半導体基板の表面の近くに位置する第２の底面と、
   前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記第２の半導体領域の上に配され、前記ゲート電極の上面よりも前記半導体基板の表面の近くに位置する第３の底面と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１の絶縁膜とは異なる材料からなる第２の絶縁膜を有し、
   前記第２の絶縁膜は、前記遮光膜の前記第２の底面と前記半導体基板の表面との間、および、前記遮光膜の前記第３の底面と前記半導体基板の表面の間に設けら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. 前記第２の絶縁膜は、前記遮光膜の前記第２の底面または前記第３の底面と接触していることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第２の絶縁膜は、前記遮光膜の前記第２の底面および前記第３の底面と接触していることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記第２の絶縁膜は、前記遮光膜の前記第１の底面と前記半導体基板の表面との間と、前記遮光膜の前記第２の底面と前記半導体基板の表面との間と、前記遮光膜の前記第３の底面と前記半導体基板の表面との間とに、連続的に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記第１の絶縁膜の上面と前記遮光膜の上面が略同一面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記第１の絶縁膜は酸化シリコン膜であり、前記第２の絶縁膜は窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記遮光膜はタングステンを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 半導体基板内に設けられた第１の導電型の第１の半導体領域で蓄積された電荷を、前記半導体基板内に設けられた第１の導電型の第２の半導体領域に転送する第１の転送用トランジスタと、
    前記第２の半導体領域で保持された電荷を、前記半導体基板内に設けられた第１導電型の第３の半導体領域に転送する第２の転送用トランジスタと、
    前記第３の半導体領域の電位に基づく信号を出力する増幅用トランジスタと、
    前記第１の転送用トランジスタと前記第２の転送用トランジスタの上に配され、前記第３の半導体領域と電気的に接続するコンタクトプラグが設けられた第１の絶縁膜と、
    平面視において、前記第１の半導体領域側にある前記第１の転送用トランジスタのゲート電極の端部と、前記第２の半導体領域側にある前記第１の転送用トランジスタのゲート電極の端部と、に重複し、かつ、前記第１の絶縁膜の上面よりも前記半導体基板の表面側に設けられた金属膜と、を有し、
    前記金属膜は、
    前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記ゲート電極の上面よりも上に位置する第１の底面と、
    前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記第１の半導体領域の上に配され、前記ゲート電極の上面よりも前記半導体基板の表面の近くに位置する第２の底面と、
    前記第１の絶縁膜の上面よりも低く、前記第２の半導体領域の上に配され、前記ゲート電極の上面よりも前記半導体基板の表面の近くに位置する第３の底面と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
11. 前記金属膜はタングステンを有することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。
12. 前記第１絶縁膜とは材料の異なる第２の絶縁膜を有し、
    前記第２の絶縁膜は、前記金属膜の前記第２の底面と前記半導体基板の表面との間、および、前記金属膜の前記第３の底面と前記半導体基板の表面との間に配されていることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
13. 前記第１絶縁膜は酸化シリコン膜であり、前記第２絶縁膜は窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
14. 前記第１の絶縁膜の上面と前記遮光膜の上面が略同一面であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
15. 前記第１の絶縁膜の上面と前記金属膜の上面が略同一面であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
16. 請求項１から１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、を有する撮像システム。
    

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