固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び電子機器
【課題】ＯＢ画素領域において暗電流の発生が抑制された固体撮像装置を得ることを目的とする。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
【解決手段】固体撮像装置において、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部における、遮光膜１９と基板１０との間に成膜される膜を、シリコン酸化膜（絶縁膜２２）のみで構成する。これにより、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部において、基板１０と遮光膜１９との間に電荷がチャージされるのを防ぐことができ、暗電流の発生を抑制することができる。
【解決手段】固体撮像装置において、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部における、遮光膜１９と基板１０との間に成膜される膜を、シリコン酸化膜（絶縁膜２２）のみで構成する。これにより、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部において、基板１０と遮光膜１９との間に電荷がチャージされるのを防ぐことができ、暗電流の発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、ＯＢ画素領域が遮光膜で遮光された固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサやデジタルスチールカメラ等に用いられるＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子は、主に、複数のフォトダイオードと、垂直転送部と、水平転送部と、出力部とで構成される。
【０００３】
フォトダイオードは、入射した光を光電変換する光電変換部であり、半導体基板上に複数形成されている。垂直転送部は、フォトダイオードから電荷を受け取って転送する領域であり、半導体基板に形成された垂直転送路と、その上部に複数個隣接して配置された垂直転送電極とで構成されている。垂直転送部では、垂直転送電極が順次駆動されることにより、垂直転送路を電荷が垂直方向に転送される。水平転送部は、垂直転送部から電荷を受け取って転送する領域であり、半導体基板に形成された水平電荷転送路と、その上部に複数個隣接して配置された水平転送電極とで構成されている。水平転送部では、水平転送電極が順次駆動されることにより、水平電荷転送路を電荷が水平方向に転送される。出力部は水平転送部の最終段に形成されており、水平転送部で転送された電荷を電圧に変換して出力する。
【０００４】
このようなＣＣＤ型固体撮像素子において、近年、大画角化や高速レート転送を可能とするために、転送電極の低抵抗化が求められている。また同時に、画素数の増加に伴い、１画素あたりおける受光面積が縮小し、受光量が減少して感度が低下する問題がある。低抵抗化、受光面積の拡大、配線層の低減等を目的として、垂直転送電極と接続された、制御用配線を兼ねる遮光膜を備える構造が提案されている。（特許文献１及び２）
【０００５】
また、一般的にＣＣＤ型固体撮像素子の画素領域は、受光した光による光電変換により電荷を出力する有効画素領域と、黒レベルの基準として用いる信号を得るためのＯＢ（Optical Black）画素領域とを有する。ＯＢ画素領域では、画素の受光面全面が遮光膜で覆われている。特許文献３では、有効画素領域に形成された遮光膜とＯＢ画素領域に形成された遮光膜とを一体に形成し、電気的に接続された状態とした構成が記載されている。この場合、有効画素領域の光電変換部上部では遮光膜に開口部を形成し、ＯＢ画素領域の光電変換部上部では遮光膜を開口しないようにして遮光膜を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８１４０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２８４０号公報
【特許文献３】特開平１１−１８６２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、一般的に、撮像領域の黒レベルを出力するＯＢ画素領域は遮光膜により遮光されているが、暗電流の発生など、光学特性を低下させる要因がある。このため、ＯＢ画素領域において、暗電流の発生を抑制し、光学特性を改善することが望まれている。
【０００８】
本技術は、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が抑制された固体撮像装置を得ることを目的とする。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の固体撮像装置は、基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域を備える。また、撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備える。そして、ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、遮光膜と基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている。
【００１０】
本開示の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域における光電変換部の上部において、基板と遮光膜との間に形成される膜がシリコン酸化膜のみとされる。これにより、遮光膜に電位がかかった場合に、遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされるのを防ぐことができる。このため、ＯＢ画素領域において遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされることに起因する暗電流の発生が抑制される。
【００１１】
本開示の固体撮像装置の製造方法は、有効画素領域及びＯＢ画素領域からなる撮像領域に、受光する光の光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換部を備える基板を準備する工程を有する。また、基板上部に、ゲート絶縁膜を介して、光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を形成する工程を有する。また、読み出し電極部上部に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程を有する。また、ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で、絶縁膜上部に、有効画素領域における光電変換部を開口し、ＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜を形成する工程を有する。
【００１２】
本開示の固体撮像装置の製造方法では、遮光膜は、ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で形成するため、ＯＢ画素領域における光電変換部上部の遮光膜と基板の間の膜は、シリコン酸化膜のみとなる。これにより、遮光膜に電位がかかった場合に、遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされるのを防ぐことができる。このため、ＯＢ画素領域において遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされることに起因する暗電流の発生が抑制される。
【００１３】
本開示の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路を備える。固体撮像装置は、基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域を備える。また、撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備える。そして、ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、遮光膜と基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている。
信号処理回路は、固体撮像装置から出力される出力信号を処理する。
【００１４】
本開示の電子機器では、固体撮像装置において、ＯＢ画素領域における光電変換部上部の遮光膜と基板の間の膜は、シリコン酸化膜のみとなる。これにより、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が低減された固体撮像装置を得ることができる。また、その固体撮像装置により、画質の向上が図られた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における平面構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図５】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図８】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１０】図８のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図１１】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図１４】図１１のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図１５】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１７】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１９】図１７のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図２０】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成図である。
【図２１】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す断面構成図である。
【図２２】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す断面構成図である。
【図２３】本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の転送電極を示す平面構成図である。
【図２４】図２３のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図２５】図２３のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図であり、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成を示す図である。
【図２６】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【図２７】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成図である。
【図２８】本開示の第５の実施形態に係る電子機器の構成図である。
【図２９】従来の製造プロセスで作製したＣＣＤ型の固体撮像装置における有効画素領域及びＯＢ画素領域の断面構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、まず、以下の検討を行った。図２９に、従来の製造プロセスで形成されるＣＣＤ型固体撮像装置の断面構成を示す。図２９では、有効画素領域１１４とＯＢ画素領域１１５の断面構成図を示し、光電変換部１０１とその光電変換部１０１に隣接する垂直転送部を含む断面を示している。図２９では、遮光膜１１１が転送電極を制御するための制御用配線を兼ねる例を示す。
【００１８】
図２９に示すように、基板１００には、フォトダイオードからなる光電変換部１０１と、光電変換部１０１から受け取った電荷を垂直方向に転送する転送チャネル部１０２が構成されている。さらに、光電変換部１０１と、光電変換部１０１の一方の側に隣接する転送チャネル部１０２との間には読み出しチャネル部１０４が形成される。そして、光電変換部１０１の周囲の読み出しチャネル部１０４を除く領域には、各画素を電気的に分離するチャネルストップ部１０３が形成されている。また、転送チャネル部１０２上部には、ゲート酸化膜１０５を介して読み出し電極を兼ねる転送電極１０６が形成されている。また、光電変換部１０１上部には、シリコン酸化膜を介して反射防止膜１０７となる窒化膜が形成されている。
【００１９】
そして、転送電極１０６上部には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２を介して制御配線１０８が形成されており、その制御配線１０８は、絶縁膜１１２に形成されたコンタクト部１０９により転送電極１０６に接続されている。制御配線１０８上部には、さらにシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２を介して遮光膜１１１が形成されており、この遮光膜１１１は、有効画素領域１１４における光電変換部１０１以外の領域を遮光するように形成されている。すなわち、有効画素領域１１４における光電変換部１０１は、遮光膜１１１に形成された開口部１１１ａに開口されており、ＯＢ画素領域１１５では光電変換部１０１が遮光されている。
【００２０】
このように、図２９に示す固体撮像装置、遮光膜１１１が制御配線１０８を介して転送電極１０６に接続されており、遮光膜１１１が転送電極１０６を制御する制御用配線を兼ねる構成とされた例である。このような固体撮像装置では、遮光膜１１１に所望の駆動パルスを印加することにより、制御配線１０８を介して転送電極１０６が駆動される。そして、転送電極１０６が駆動されることにより、光電変換部１０１で生成、蓄積された信号電荷が、読み出しチャネル部１０４を介して転送チャネル部１０２に転送される。
【００２１】
また、遮光膜１１１は、制御配線１０８上部を遮光すると共に、制御配線１０８の側部を遮光するように、光電変換部１０１を囲む領域において基板１００側に屈曲して形成されている。これにより、制御配線１０８とコンタクト部１０９の側面が遮光されるため斜め光が転送電極１０６と制御配線１０８との間を通って隣接する画素の光電変換部１０１に入射するのを防止することができる。また、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１は、光電変換部１０１上部において、基板１００上に形成された絶縁膜１１２、反射防止膜１０７、絶縁膜１１２の３層構造を介して形成されている。さらに、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１は、開口部１１１ａを形成しない以外は、有効画素領域１１４における遮光膜と同様のプロセスで形成される。このため、ＯＢ画素領域１１５における光電変換部１０１直上では、制御配線１０８上部に形成された遮光膜１１１よりも基板１００に近い位置に遮光膜１１１が形成される。
【００２２】
遮光膜１１１上部には、再びシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２が形成されると共に、フォトダイオード上部において、光導波路１１３が形成され、光導波路上部には、図示しないカラーフィルタ層、オンチップレンズなどが形成される。このように、従来の製造プロセスを適用したＣＣＤ型固体撮像装置では、有効画素領域１１４とＯＢ画素領域１１５とで、遮光膜１１１の形成以外の製造プロセスは同じとされる。このため、ＯＢ画素領域１１５においても、光電変換部１０１上部に実質的に必要の無い反射防止膜１０７が形成されてしまう。
【００２３】
このように、ＯＢ画素領域１１５の光電変換部１０１上部においても窒化膜からなる反射防止膜１０７が形成される場合、遮光膜１１１の下には、ＳｉＯ２膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ２膜のＯＮＯ三層構造が形成される。遮光膜１１１を、遮光膜としてのみ用いる場合には、遮光膜１１１の電位は特に変動させる必要が無く、例えばグランドをとるなど一定電位に保つことができる。しかしながら、図２９に示す固体撮像装置のように、制御配線１０８に電位を供給する配線と、遮光膜１１１とを兼用する構造においては、遮光膜１１１の電位は変動する。そうすると、遮光膜１１１の印加電圧によって、遮光膜１１１下のＯＮＯ三層構造に電荷がチャージされて、電位が変動するために、ＯＢ画素領域１１５に暗電流が発生する懸念がある。
そこで、本発明者らは、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１の下層の構造を変えることで、暗電流の発生を抑制することを見出した。
【００２４】
以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置及び、電子機器の一例を、図１〜図２８を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
・ 第１の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第２の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第３の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第４の実施形態：ＣＭＯＳ型の固体撮像装置
・ 第５の実施形態：電子機器
【００２５】
〈１．第１の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置〉
［１−１ 全体構成］
図１に本開示の第１の実施形態に係るＣＣＤ型の固体撮像装置の概略構成図を示す。図１に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１は、基板１０に形成された複数の光電変換部１１と、垂直転送部５と、水平転送部６と、出力部７とを有して構成されている。
【００２６】
光電変換部１１は、光量に応じた信号電荷を生成するフォトダイオードにより構成される。本実施形態例では、光電変換部１１は、基板１０の水平方向及び垂直方向に、複数個、マトリクス状に形成されている。光電変換部１１が形成される領域において、撮像領域４が構成される。
【００２７】
垂直転送部５は、ＣＣＤ構造とされ、垂直方向に配列される光電変換部１１毎に、垂直方向に複数形成される。この垂直転送部５は、光電変換部１１に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送するものである。本実施形態例の垂直転送部５が形成されている転送ステージは、図示しない転送駆動パルス回路から印加される転送駆動パルスにより、例えば、４相駆動される構成とされている。また、垂直転送部５の最終段では、転送駆動パルスが印加されることにより、最終段に保持されていた信号電荷が、水平転送部６に転送される構成とされている。
【００２８】
そして、撮像領域４では、光電変換部１１と各光電変換部１１に隣接する垂直転送部５とにより構成された単位画素２が複数配列される。撮像領域４は、有効画素領域９と、その周囲に形成されたＯＢ画素領域８とから構成される。有効画素領域９では、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を蓄積することができる。ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部が遮光されており、黒レベルの基準になる光学的黒を出力する。ＯＢ画素領域８は、例えば、撮像領域４の両端部に形成される。
【００２９】
水平転送部６は、ＣＣＤ構造とされ、垂直転送部５の最終段の一端に形成されるものである。この水平転送部６が形成されている転送ステージは、垂直転送部５により垂直転送されてきた信号電荷を、一水平ライン毎に水平方向に転送するものである。
【００３０】
出力部７は、水平転送部６により水平転送された信号電荷を電荷電圧変換することにより、映像信号として出力するものである。
【００３１】
以上の構成を有する固体撮像装置１においては、光電変換部１１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部５により、垂直方向に転送されて、水平転送部６内に転送される。そして、水平転送部６内に転送されてきた信号電荷は、それぞれ水平方向に転送され、出力部７を介して映像信号として出力される。
【００３２】
［１−２ 要部の構成］
図２に、本実施形態例の固体撮像装置１の有効画素領域９、及びＯＢ画素領域８における要部の平面構成図を示し、図３に、有効画素領域９、及びＯＢ画素領域８における画素の水平方向に沿う断面図、すなわち、図２のＡ−Ａ線上に沿う断面図を示す。また、図４には、有効画素領域９における画素の垂直方向に沿う断面図、すなわち、図２のＢ−Ｂ線上に沿う断面図を示す。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１では、基板１０と、基板１０上部に形成された第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂと、反射防止膜２０を備える。また、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの上部に形成された配線層２４と、光導波路２１とを備える。
【００３４】
基板１０は、シリコンからなる半導体基板で構成され、光入射側に、光電変換部１１を構成するフォトダイオードと、垂直転送部５を構成する転送チャネル部１２と、各画素２を電気的に分離する素子分離領域となるチャネルストップ部１３とが形成されている。これらの光電変換部１１、転送チャネル部１２、及びチャネルストップ部１３は、基板１０に所望の不純物をイオン注入することにより形成される。
【００３５】
図２に示すように、光電変換部１１は、基板１０の垂直方向、水平方向にマトリックス状に形成され、転送チャネル部１２は、垂直方向に配列される光電変換部１１毎に、垂直方向に複数形成される。また、光電変換部１１と、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２との間の領域は、光電変換部１１から転送チャネル部１２へ信号電荷を読み出すための読み出しチャネル部２５とされる。そして、チャネルストップ部は、光電変換部１１を取り囲む領域であって、読み出しチャネル部２５を除く領域に形成される。このため、光電変換部１１で生成、蓄積された信号電荷は、読み出しチャネル部２５を介して、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２に読み出される。
【００３６】
第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、例えば多結晶シリコンからなり、転送チャネル部１２上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成され、ギャップ部３により互いに分離され、垂直方向に交互に形成されている。第１転送電極１５ａは、光電変換部１１の中央部分に隣接する転送チャネル部１２上に形成されており、読み出しチャネル部２５を含む領域に形成されている。第２転送電極１５ｂは、垂直方向に隣接する第１転送電極１５ａの間に形成されており、垂直方向に隣接する２つの光電変換部１１に対応して形成されている。
【００３７】
反射防止膜２０は、有効画素領域９においてのみ形成されており、有効画素領域９の光電変換部１１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を介して垂直方向に延在して形成されている。反射防止膜２０を構成する材料としては、反射防止膜２０の下層及び上層に形成されるシリコン酸化膜との積層構造において、基板１０に対する反射防止の効果があればよく、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。反射防止膜２０としてシリコン窒化膜を用いる場合には、下層からシリコン酸化膜（屈折率１．４６）／シリコン窒化膜（屈折率２．０）／シリコン酸化膜（屈折率１．４６）の積層構造をなし、反射防止の効果を奏する。
【００３８】
反射防止膜２０を構成する材料は、シリコン窒化膜に限定されるものではなく、シリコン酸化膜に対して屈折率の高い材料であれば適用することができる。また、反射防止膜２０として、負の固定電荷を有する材料を用いることができる。負の固定電荷を持つ材料膜は、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜、もしくは酸化チタン（ＴｉＯ２）膜で形成される。成膜方法としては、例えば、化学気相成長法、スパッタリング法、原子層蒸着法等が挙げられえる。原子層蒸着法を用いれば、成膜中に界面準位を低減するＳｉＯ２膜を同時に１ｎｍ程度形成することが好適である。また、上記以外の材料としては、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）等が挙げられる。さらに、上記材料としては、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）等が上げられる。さらに、上記材料としては、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等が挙げられる。さらに、上記負の固定電荷を有する膜は、窒化ハフニウム膜、窒化アルンミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜で形成することも可能である。
【００３９】
上記負の固定電荷を有する膜は、絶縁性を損なわない範囲で、膜中にシリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されていてもよい。その濃度は、膜の絶縁性が損なわれない範囲で適宜決定される。このように、シリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されることによって、膜の耐熱性やプロセスの中でイオン注入の阻止能力を上げることが可能になる。
【００４０】
配線層２４は、基板１０の第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂ上部に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２と、その絶縁膜２２内に形成された第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂと、遮光膜１９とで構成されている。
第１制御配線１７ａは、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１６を介して第１転送電極１５ａに接続されており、１つの第１転送電極１５ａに対して１つの第１制御配線１７ａが対応するように形成されている。
第２制御配線１７ｂは、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１６を介して第２転送電極１５ｂに接続された制御電極部２６ａと、水平方向に隣接する制御電極部２６ａを接続する接続配線２６ｂにより構成されている。すなわち、第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂの列毎に形成されている。
【００４１】
遮光膜１９は、有効画素領域９における光電変換部１１を開口する開口部１９ａを備え、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂ、及びＯＢ画素領域８全面を遮光するように設けられている。また、遮光膜１９は、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂ上部を遮光すると共に第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの上部に形成される層の側部を遮光するように、光電変換部１１を囲む領域において基板１０側に屈曲して形成されている。
【００４２】
さらに、遮光膜１９は、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１８を介して第１制御配線１７ａに接続されると共に、第２制御配線１７ｂ上部において線状に形成された分離部１９ｂにより、行毎に分離されている。すなわち、遮光膜１９は、水平方向に隣接する第１制御配線１７ａに対して共通に接続されており、垂直方向に隣接する遮光膜同士は、電気的に分離されている。本実施形態例の固体撮像装置１では、遮光膜１９が制御用配線を兼ねる構成とされており、この場合、第１制御配線１７ａに印加する駆動パルスが、遮光膜１９から第１制御配線１７ａに印加される。
【００４３】
そして、本実施形態例では、遮光膜１９は、第１転送電極１５ａ及び第１制御配線１７ａからなる積層構造や、第２転送電極１５ｂ及び第２制御配線１７ｂからなる積層構造の側面も被覆する構成とされている。さらに、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部では、第１制御配線１７ａや第２制御配線１７ｂ上部に形成された遮光膜１９の位置よりも基板１０側に近い位置に遮光膜１９が形成されている。
【００４４】
本実施形態例における、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂ、コンタクト部１６、１８、及び遮光膜１９を構成する材料としては、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｒｕ、またはこれらを含む合金材料など、遮光性を有する材料であれば良い。さらには、低抵抗な材料であることが望ましい。また、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂや、制御配線を兼ねる遮光膜１９の下層に、バリアメタル膜として、ＴｉＮや、Ｔｉ等のメタル材料で２層以上の積層構造を形成してもよい。
【００４５】
光導波路２１は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上部に形成されている。そして、本実施形態例では、図示を省略するが、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において、光導波路２１上部に、必要に応じて、層内レンズが構成され、その上部に平坦化膜を介してカラーフィルタ層、オンチップレンズが順に形成されている。
【００４６】
このように、本実施形態例の固体撮像装置１では、ＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上に反射防止膜２０が形成されず、ＯＢ画素領域８では、遮光膜１９の下層はシリコン酸化膜のみの構成とされている。
【００４７】
［１−３ 製造方法］
図６〜図１９を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法について説明する。図５、図８、図１１、図１５及び図１７は、本実施形態例の固体撮像装置１の有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における製造工程を示す平面構成図である。また、図６、図９、図１２、図１６及び図１８は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における画素の、水平方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。また、図１４及び図１９は、有効画素領域９の光電変換部１１が形成される領域の、垂直方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。また、図１０及び図１３は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における転送チャネル部１２が形成される領域の垂直方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【００４８】
また、以下の説明では、反射防止膜２０の下層に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ａ」とし、反射防止膜２０と第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂとの間に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ｂ」とする。また、コンタクト部１６と遮光膜１９との間に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ｃ」とする。そして、絶縁膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃを区別しないときには、「絶縁膜２２」として説明する。
【００４９】
まず、図５〜図７に示すように、基板１０に光電変換部１１、転送チャネル部１２、及びチャネルストップ部１３を形成し、転送チャネル部１２上部に第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを形成した後、反射防止膜２０を形成する。
【００５０】
光電変換部１１は、図６に示すように、基板１０の光照射面側となる表面側に形成し、マトリクス状に複数形成する。転送チャネル部１２は、光電変換部１１と、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２との間に形成し、行毎の光電変換部１１に対応して複数本形成する。また、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２と、その光電変換部１１との間には、読み出しチャネル部２５を形成する。チャネルストップ部１３は、各光電変換部１１を囲む領域であって、読み出しチャネル部２５を除く領域に形成する。光電変換部１１、転送チャネル部１２、読み出しチャネル部２５、及びチャネルストップ１３部は、例えば、基板１０の表面側から所望の不純物をイオン注入することにより形成する。
【００５１】
第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、図６及び図７に示すように、基板１０に形成された転送チャネル部１２上部に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成し、ギャップ部３を挟んで垂直方向に交互に形成する。第１転送電極１５ａは、矩形形状とされ、光電変換部１１の中央領域に隣接する転送チャネル部１２上部に形成する。また、第１転送電極１５ａは、読み出し電極も兼ねるため、図６に示すように読み出しチャネル部２５上部に延在するように形成する。
【００５２】
第２転送電極１５ｂは、第１転送電極１５ａと同様矩形形状とされ、垂直方向に隣接する第１転送電極１５ａの間の領域に形成する。これらの第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、多結晶シリコン膜、又はアモルファスシリコンからなる電極層を形成し、その電極層を所定の形状にパターニングすることにより形成する。第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、通常のフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて形成することができ、同一の層に形成する。
【００５３】
その後、第１転送電極１５ａと第２転送電極１５ｂとの間のギャップ部３を埋め込むと共に、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを含む撮像領域４全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ａを一層形成する。
反射防止膜２０は、絶縁膜２２ａを形成した後、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成する。本実施形態例では、図５に示すように、反射防止膜２０は、垂直方向に延在するように形成し、画素の列毎に形成した。反射防止膜２０は、絶縁膜２２ａ上において、例えば、撮像領域４全面にシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜が有効画素領域９における光電変換部１１直上に残るようにパターニングすることにより形成する。これにより、図４に示すように、有効画素領域９の光電変換部１１上部にのみ反射防止膜２０を形成する。
【００５４】
次に、図８〜図１０に示すように、反射防止膜２０を含む絶縁膜２２ａ上にさらにシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｂを形成し第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを露出するコンタクトホール１６ａを形成する。絶縁膜２２ｂは、有効画素領域９に形成された反射防止膜２０を埋め込むと共に、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの形成により基板１０上に形成された凹凸を埋め込み、表面が平坦面となるように形成する。
コンタクトホール１６ａは、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂ上部の絶縁膜２２ｂをエッチング除去することにより形成する。
【００５５】
次に、図１１〜図１４に示すように、コンタクトホール１６ａを導電材料で埋め込むことにより、コンタクト部１６を形成し、そのコンタクト部１６に接続されるように絶縁膜２２ｂ上部に所望の形状の第１制御配線１７ａ、及び第２制御配線１７ｂを形成する。
第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂは、コンタクト部１６を含む絶縁膜２２ｂ全面に導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて所望の形状にパターニングすることによって形成する。
【００５６】
第１制御配線１７ａは、第１転送電極１５ａ直上に形成し、コンタクト部１６を覆う領域において、例えば第１転送電極１５ａよりも小さい矩形形状となるように形成する。また、第１制御配線１７ａは、第１転送電極１５ａ毎に形成する。これにより、第１転送電極１５ａと対応する第１制御配線１７ａがコンタクト部１６により接続される。
【００５７】
第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂ直上に形成したコンタクト部１６を覆う領域において、例えば第２転送電極１５ｂよりも小さい矩形形状となるように制御電極部２６ａと、水平方向に隣接する制御電極部２６ａを接続する接続配線２６ｂとで構成する。すなわち、第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂの列毎に形成し、水平方向に隣接する第２転送電極１５ｂを電気的に接続するように水平方向に延在して形成する。水平方向に隣接する第２制御配線１７ｂにおける接続配線２６ｂは、図１４に示すように、垂直方向に隣接する光電変換部１１の間のチャネルストップ部１３上部に形成する。これにより、第２転送電極１５ｂとそれに対応する第２制御配線１７ｂとがコンタクト部１６によって接続されるともに、水平方向に隣接する第２転送電極１５ｂ同士が接続される。
【００５８】
次に、図１５及び図１６に示すように、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆する絶縁膜２２ｃを形成する。また、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するコンタクトホール１８ａと、光電変換部１１上部において、絶縁膜２２ｃ表面から深さ方向に形成された溝部２３を形成する。
【００５９】
絶縁膜２２は、下層に形成された絶縁膜２２ｃと同様シリコン酸化膜で形成し、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆するように形成する。コンタクトホール１８ａは、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｃを有効画素領域９及びＯＢ画素領域８全面に形成した後、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するまでエッチングすることで形成する。
【００６０】
また、溝部２３は、光電変換部１１上部の絶縁膜２２を、表面からエッチングすることにより形成する。有効画素領域９における溝部２３は、反射防止膜２０に達しない深さまで形成し、ＯＢ画素領域８における溝部２３は、基板１０表面に達しない深さまで形成する。図３では、有効画素領域９とＯＢ画素領域８における溝部２３を同じ深さで形成している。本実施形態例では、溝部２３における垂直方向に沿う側面は、基板１０から絶縁膜２２表面にかけて径が広がるテーパ状に溝部２３を形成した。なお、図示を省略するが、溝部２３における水平方向に沿う側面は、基板１０面に対して垂直な面となるように形成した。
【００６１】
次に、図１７〜図１９に示すように、コンタクトホール１８ａを導電材料で埋め込むことによりコンタクト部１８を形成し、そのコンタクト部１８に接続されるように絶縁膜２２上部に遮光膜１９を形成する。遮光膜１９は、絶縁膜２２に形成された溝部２３の形状の沿うように絶縁膜２２表面に所望の導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法を用いて所望の形状のパターニングすることにより形成する。本実施形態例では、遮光膜１９は、有効画素領域９における光電変換部１１直上に形成された開口部１９ａと、第２制御配線１７ｂ上部で行毎に分離する分離部１９ｂを有するように形成する。また、本実施形態例では、開口部１９ａは、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成された溝部２３の底部のみを開口するように形成し、溝部２３の側面は遮光膜１９で被覆された状態とする。このため、溝部２３では、基板１０により近い位置まで遮光膜１９が施される。また、ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部を開口しない。
【００６２】
行毎に形成された遮光膜１９は、それぞれ、第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａに接続されている。これにより、水平方向に隣接する第１転送電極１５ａは電気的に接続される。遮光膜１９は、制御用配線を兼ねるものであり、遮光膜１９から第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａを駆動する駆動パルスが供給される。また、本実施形態例では、光電変換部１１直上の絶縁膜２２に溝部２３が形成され、溝部２３に沿うように遮光膜１９が形成される。このため、光電変換部１１により近い位置に遮光膜１９を形成することができ、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において遮光性を高めることができる。
【００６３】
次に、図２〜図４に示すように、遮光膜１９上部を含む全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を成膜した後、光電変換部１１直上の溝部２３に光導波路２１を形成する。光導波路２１の形成材料には、例えば、絶縁膜２２の形成材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２：屈折率１．４５）等よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、シロキシサン系樹脂やポリイミド系樹脂等を、光導波路２１の形成材料として用いることができる。また、光導波路２１の形成材料として、上述した樹脂材料中に、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物微粒子を含ませてもよい。この場合には、光導波路２１の屈折率をより高くすることができる。
【００６４】
その後、通常の固体撮像装置の製造方法と同様にして、光導波路２１上部に、層内レンズ、平坦化膜などを形成し、各光電変換部１１に対応するカラーフィルタ層及びオンチップレンズを順に形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置１が完成する。
【００６５】
本実施形態例の固体撮像装置１では、有効画素領域９において、光導波路２１を通過して基板に入射した光は光電変換部１１において光電変換され、光量に応じた信号電荷が生成、蓄積される。そして、制御用配線を兼ねる遮光膜１９に所望の駆動パルスを印加することにより、第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａにその駆動パルスが供給される。これにより、光電変換部１１の信号電荷が読み出しチャネル部２５を介して転送チャネル部１２に読み出される。第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂが行毎に駆動されることにより、転送チャネル部１２の信号電荷は垂直方向に転送される。
一方、ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部は遮光膜１９によって遮光されており、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１からは黒レベルの値が出力される。
【００６６】
本実施形態例の固体撮像装置１では、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部には反射防止膜２０が形成されていない。このため、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部の基板１０と遮光膜１９との間は各層の絶縁膜２２を構成するシリコン酸化膜のみとなる。これにより、制御用配線を兼ねる遮光膜１９の電位の変動によって、基板１０と遮光膜１９との間の絶縁膜２２に電荷がチャージされるのを防ぐことができ、暗電流を抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態例の固体撮像装置１は、ＯＢ画素領域８への特別な工程の追加等は必要なく、通常のプロセスで形成することができる。このため、従来と同じプロセスを用いることが可能となるため、有効画素領域９に影響を及ぼすことがなく、ＯＢ画素領域８における暗電流抑制を実現することができる。
【００６８】
このように、本実施形態例では、制御用配線を兼ねる遮光膜１９を有し、有効画素領域９における光電変換部１１上部に反射防止膜２０を備える固体撮像装置において、ＯＢ画素領域８における暗電流の生成を抑制することができる。
【００６９】
本実施形態例では、反射防止膜２０は、有効画素領域９の光電変換部１１上に列毎に形成する例としたが、これに限定されるものではなく、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部に形成しない構成であれば種々の変形が可能である。例えば、反射防止膜２０を、有効画素領域９全面に残るように形成する例としてもよく、また、有効画素領域９の各光電変換部１１上に個別に形成する例としてもよい。
【００７０】
〈２．第２の実施形態：固体撮像装置〉
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態例の固体撮像装置の平面構成は、第１の実施形態と同様であるから図示を省略する。図２０に、本実施形態例の固体撮像装置における有効画素領域９及びＯＢ画素領域８の断面構成を示す。図２０は、図２のＡ−Ａ線上に沿う断面に相当するものである。図２０において、図３に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００７１】
本実施形態例の固体撮像装置は、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８の構成が第１の実施形態と異なり、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８は、光電変換部１１直上の遮光膜２８が、第１制御配線１７ａや第２制御配線１７ｂ上部の遮光膜２８と同層に形成されている。すなわち、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部の遮光膜２８と基板１０表面との距離が、第１の実施形態に比較して大きく形成されている。そして、本実施形態例においても、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８と基板１０との間には反射防止膜２０が形成されておらず、シリコン酸化膜のみが形成されている。
【００７２】
図２１及び図２２を用いて、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法について説明する。
第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを形成する工程までは、第１の実施形態で示した図５〜図１４の工程と同様である。第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを形成した後、図２１に示すように、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆する絶縁膜２２ｃを形成する。そして、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するコンタクトホール１８ａと、有効画素領域９における光電変換部１１上部において、絶縁膜２２表面から深さ方向に形成された溝部２３を形成する。
【００７３】
絶縁膜２２ｃは、下層に形成された絶縁膜２２ｂと同様シリコン酸化膜で形成し、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆するように形成する。コンタクトホール１８ａは、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｃを有効画素領域９及びＯＢ画素領域８全面に形成した後、絶縁膜２２表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するまでエッチングすることで形成する。
【００７４】
また、溝部２３は、有効画素領域９における光電変換部１１上部の絶縁膜２２を、表面からエッチングすることにより形成する。有効画素領域９における溝部２３は、反射防止膜２０に達しない深さまで形成する。本実施形態例においても、溝部２３における垂直方向に沿う側面は、基板１０側から絶縁膜２２表面にかけて径が広がるテーパ状とした。なお、図示を省略するが、溝部２３における水平方向に沿う側面は、基板１０面に対して垂直な面となるように形成した。そして、本実施形態例では、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１において、溝部を形成しない。
【００７５】
次に、図２２に示すように、コンタクトホール１８ａを導電材料で埋め込むことによりコンタクト部１８を形成し、そのコンタクト部１８に接続されるように絶縁膜２２上部に遮光膜２８を形成する。遮光膜２８は、絶縁膜２２表面に所望の導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法を用いて所望の形状のパターニングすることにより形成する。本実施形態例では、遮光膜２８は、有効画素領域９における光電変換部１１直上を開口する開口部２８ａと、第２制御配線１７ｂ上部で行毎に分離する分離部（図示を省略する）を有するように形成する。
【００７６】
また、本実施形態例では、開口部２８ａは、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成された溝部２３の底部のみを開口するように形成し、溝部２３の側面は遮光膜２８で被覆された状態とする。このため、溝部２３では、基板１０により近い位置まで遮光膜２８が施される。また、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部では、遮光膜２８の下層に溝部２３が形成されないため有効画素領域９の光電変換部１１を囲む遮光膜２８の高さよりも高い位置に遮光膜１９が形成される。これにより、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部における遮光膜２８と基板１０との間の距離は、第１の実施形態に比較して大きく形成されている。このため、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部に形成される遮光膜２８の電位の影響を遮光膜２８の下層の層が受けにくくなる。
【００７７】
次に、図２０に示すように、遮光膜２８上部を含む全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を成膜した後、有効画素領域９における光電変換部１１直上の溝部２３に光導波路２１を形成する。光導波路２１の形成材料には、例えば、絶縁膜２２の形成材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２：屈折率１．４５）等よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、シロキシサン系樹脂やポリイミド系樹脂等を、光導波路２１の形成材料として用いることができる。また、光導波路２１の形成材料として、上述した樹脂材料中に、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物微粒子を含ませてもよい。この場合には、光導波路２１の屈折率をより高くすることができる。
【００７８】
その後、通常の固体撮像装置の製造方法と同様にして、光導波路２１上部に、層内レンズ、平坦化膜などを形成し、各光電変換部に対応するカラーフィルタ層及びオンチップレンズを順に形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置が完成する。
【００７９】
本実施形態例の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域８において、絶縁膜２２に溝部が形成されないため、第１の実施形態と比較し、遮光膜２８と基板１０との距離が大きくなる。このように、遮光膜２８と基板１０との距離が大きくなるため、遮光膜２８に印加される駆動パルスの影響を第１の実施形態に比較して更に改善することができる。さらに、本実施形態例においても、ＯＢ画素領域８において、遮光膜２８と基板１０との間の層は、シリコン酸化膜のみで構成されている。このため、遮光膜２８と基板１０との間の層に電荷がチャージされることがなく、基板１０の電位が変動するのを防ぐことができ、暗電流の抑制が図られる。
【００８０】
本実施形態例の固体撮像装置の製造方法においても、ＯＢ画素領域８において、新たな工程を追加することがないため、プロセスインテグレーションを実現できる。そして、従来のプロセスを用いることができるため、有効画素領域９の特性に影響を及ぼすことが無く、ＯＢ画素領域８における暗電流の抑制を図ることができる。
【００８１】
〈３．第３の実施形態：固体撮像装置〉
次に、図２３〜図２５を用いて、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態例の固体撮像装置の全体構成は、図１と同様であるから図示を省略する。また、図２３〜図２５において、図２〜図４に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８２】
図２３は、図１における垂直転送部５を構成する第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂのみを図示した平面構成である。また、図２４は、図２３のＣ−Ｃ線上に沿う断面に対応する構成図であり、図２５は、図２３のＡ−Ａ線上に沿う断面に対応する構成図である。なお、図２５では、有効画素領域９に対応する断面と、ＯＢ画素領域８に対応する断面とを示し、遮光膜３３まで形成した図を示す。
【００８３】
図２４に示すように、本実施形態例の固体撮像装置では、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、転送チャネル部１２上部にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成され、垂直方向に交互に形成されている。第１転送電極３０ａは、読み出し電極を兼ねる構成とされており、転送チャネル部１２及び読み出しチャネル部２５上に形成されている。この第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、それぞれ、接続配線３１ａ、３１ｂにより行毎に接続されており、接続配線３１ａ、３１ｂは、垂直方向に隣接する光電変換部１１の間のチャネルストップ部１３上に設けられている。また、図２４に示すように、本実施形態例の第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、垂直方向において、絶縁膜３２を介して一部重なるように形成されている。
【００８４】
このような固体撮像装置では、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂに所望の駆動パルスを印加することにより、光電変換部１１に蓄積された信号電荷が転送チャネル部１２に読み出され、転送チャネル部１２内を垂直方向に転送する。
【００８５】
また、図２５に示すように、遮光膜３３は、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂ上部に絶縁膜３２を介して形成されており、有効画素領域９の光電変換部１１直上のみを開口するように形成されている。
【００８６】
また、本実施形態例においても第１の実施形態と同様、有効画素領域９における光電変換部１１上部においてのみ、反射防止膜３５が形成されている。これにより、ＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上部の遮光膜３３と基板１０との間には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３２のみが構成されている。
【００８７】
本実施形態例の固体撮像装置は、基板１０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を形成した後、第１転送電極３０ａを形成する。その後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３２を、第１転送電極３０ａを被覆する全面に形成した後、第２転送電極３０ｂを形成する。そして、第２転送電極３０ｂを被覆する全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２をさらに形成した後、有効画素領域９における光電変換部１１上部にのみ、反射防止膜３５を形成する。次に、全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２をさらに形成し、光電変換部１１上部に溝部３２ａを形成する。そして、溝部３２ａが形成された絶縁膜３２上部に、有効画素領域９における光電変換部１１上部を開口する開口部３３ａを有する遮光膜３３を形成する。その後、図示を省略するが、光導波路内レンズ、平坦化膜、カラーフィルタ層、オンチップレンズを通常と同じ方法で形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置が完成される。
【００８８】
本実施形態例の固体撮像装置では、遮光膜３３は、制御配線を構成するものではない。しかし、このような構成においても、ＯＢ画素領域８において遮光膜３３と基板１０との間の層をシリコン酸化膜のみの構成とすることにより、ＯＢ画素領域における暗電流を抑制することができる。
【００８９】
上述した第１〜第３の実施形態では、ＣＣＤ型の固体撮像装置を例に説明したが、本開示は、これに限られるものではない。以下に、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例について説明する。
【００９０】
〈４．第４の実施形態：ＣＭＯＳ型固体撮像装置〉
［４−１ 全体構成］
図２６及び図２７を用いて、本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。まず、要部の構成の説明に先立ち、本実施形態例の固体撮像装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態例に係る固体撮像装置４１の全体を示す概略構成図である。
【００９１】
固体撮像装置４１は、図２６に示すように、シリコンからなる基板５０に、複数の画素４２からなる撮像領域４３と、垂直駆動回路４４と、カラム信号処理回路４５と、水平駆動回路４６と、出力回路４７と、制御回路６１等を備えて構成される。
【００９２】
画素２は、受光した光の光量に応じて信号電荷を生成するフォトダイオードからなる光電変換部と、その信号電荷を読み出し転送するための複数のＭＯＳトランジスタとから構成され、基板５０上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。
【００９３】
撮像領域４３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素４２から構成される。撮像領域４３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を蓄積することのできる有効画素領域４９と、有効画素領域４９の周囲に形成され黒レベルの基準になる光学的黒を出力するためのＯＢ画素領域４８とから構成される。
【００９４】
制御回路６１は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４４、カラム信号処理回路４５、及び水平駆動回路４６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路６１で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４４、カラム信号処理回路４５及び水平駆動回路４６等に入力される。
【００９５】
垂直駆動回路４４は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域４３の各画素４２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素４２の光電変換部において生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線６０を通してカラム信号処理回路４５に供給する。
【００９６】
カラム信号処理回路４５は、例えば、画素４２の列毎に配置されており、１行分の画素４２から出力される信号を画素列毎にＯＢ画素領域４８からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路４５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線６２との間に設けられている。
【００９７】
水平駆動回路４６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路４５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路４５の各々から画素信号を水平信号線６２に出力させる。
【００９８】
出力回路４７は、カラム信号処理回路４５の各々から水平信号線６２を通して、順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行って出力する。
【００９９】
［４−２ 要部の構成］
図２７に、本実施形態例の固体撮像装置４１の有効画素領域４９及びＯＢ画素領域４８における要部の断面構成を示す。図２７では、画素４２を構成するトランジスタの一部を代表して図示する。また、本実施形態例の固体撮像装置４１は、グローバルシャッター機能を有する固体撮像装置である。
【０１００】
図２７に示すように、本実施形態例の固体撮像装置４１は、基板５０と、有効画素領域４９において基板５０上部に形成された反射防止膜５８と、遮光膜５７とを備える。
基板５０は、シリコンからなる半導体基板で構成され、光入射側に、フォトダイオードからなる光電変換部５１と、転送トランジスタＴｒ１と、及び選択読み出し用トランジスタＴｒ２を備える。
【０１０１】
光電変換部５１は、基板５０の光入射面側に所望の不純物をイオン注入することによって形成され、入射した光の光量に応じた信号電荷を生成する。
【０１０２】
転送トランジスタＴｒ１は、基板５０に形成された所望の不純物領域からなる電荷蓄積部５２と、基板５０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜６５を介して形成された転送ゲート電極５６とで構成されている。電荷蓄積部５２は、各画素４２の光電変換部５１に隣接して形成されており、所望の不純物をイオン注入することによって形成されている。転送トランジスタＴｒ１では、光電変換部５１で生成、蓄積された信号電荷が全画素同時に読み出され、電荷蓄積部５２に蓄積される。
【０１０３】
選択読み出し用トランジスタＴｒ２は、基板５０に形成された所望の不純物領域からなるフローティングディフュージョン部５３と、基板５０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜６５を介して形成された読み出しゲート電極５５とで構成されている。フローティングディフュージョン部５３は、電荷蓄積部５２に隣接して形成されており、所望の不純物をイオン注入することによって形成されている。選択読み出し用トランジスタＴｒ２では、電荷蓄積部５２に蓄積された信号電荷が、選択的にフローティングディフュージョン部５３に読み出される。
【０１０４】
図２７では、複数の画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ１と、選択読み出し用トランジスタＴｒ２とを示しているが、その他、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等、通常の固体撮像装置と同様に形成されている。
【０１０５】
反射防止膜５８は、有効画素領域４９の光電変換部５１上部にのみ選択的に形成されている。すなわち、ＯＢ画素領域４８において、反射防止膜５８は形成されていない。反射防止膜５８の材料としては、第１の実施形態と同様の材料を用いることができる。
【０１０６】
遮光膜５７は、転送ゲート電極５６及び読み出しゲート電極５５上部に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５４を介して形成されている。また、有効画素領域４９では、遮光膜５７は、光電変換部５１を開口する開口部５７ａを備え、電荷蓄積部５２及びフローティングディフュージョン部５３を遮光する領域に形成されている。一方、ＯＢ画素領域４８においては、光電変換部５１、電荷蓄積部５２、及びフローティングディフュージョン部５３を遮光する領域に形成されている。
【０１０７】
その他、図示を省略するが、基板５０上部には各画素トランジスタを駆動するための配線層、カラーフィルタ層、オンチップレンズが順に形成されており、オンチップレンズに集光された光が、各画素４２の光電変換部５１に入射する。
【０１０８】
有効画素領域４９においては、基板５０に入射した光は、光電変換部５１において光電変換され、光量に応じた信号電荷が生成・蓄積される。また、ＯＢ画素領域４８では、光電変換部５１直上は遮光膜５７によって遮光されているため、光は入射しない。そして、各画素４２の光電変換部５１で蓄積された信号電荷は、転送ゲート電極５６がオンされることにより全画素同時に電荷蓄積部５２に転送される。そして、電荷蓄積部５２に転送された信号電荷は、読み出しゲート電極５５がオンされることにより、画素４２毎に選択的にフローティングディフュージョン部５３に読み出される。フローティングディフュージョン部５３に読み出された信号電荷は、増幅トランジスタによって増幅され、選択トランジスタによって選択的に図２６に示した垂直信号線６０に排出される。その後、通常のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様にして画素信号が出力される。また、ＯＢ画素領域４８では、光電変換部５１が遮光されているため、黒レベルの画素信号が得られる。
【０１０９】
本実施形態例では、電荷蓄積部５２に全画素の光電変換部５１に蓄積された信号電荷が同時に転送されるので、全画素において、露光時間を同時とすることができ、露光蓄積時間差を生じることのないグローバルシャッター機能を実現することができる。
【０１１０】
このように、グローバルシャッター機能を有する固体撮像装置４１では、電荷蓄積部５２に電荷を蓄積している間に、電荷蓄積部５２に光が入射してしまうと、電荷蓄積部５２の電位が変動し正確な画素信号が得られないおそれがある。したがって、電荷蓄積部５２への光の漏れ込みを防止するため、電荷蓄積部５２のより近傍に遮光膜５７が形成されることが好ましい。そして、このような場合では、図２７に示すように、ＯＢ画素領域４８において、基板５０と、光電変換部５１を遮光する遮光膜５７との距離も近くする必要がある。このような場合、ＯＢ画素領域４８では、図２７に示すように、光電変換部５１直上の遮光膜５７に遮光されるため、遮光膜５７と基板５０表面との距離が近くなる。したがって、遮光膜５７に電位がかけられる場合、その影響がＯＢ画素領域４８の光電変換部５１に暗電流が発生するおそれがある。
【０１１１】
しかしながら、本実施形態例の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域４８において、遮光膜５７と基板５０との間に反射防止膜５８が形成されておらず、遮光膜５７と基板５０との間には、シリコン酸化膜のみが形成される構成とされている。このため、遮光膜５７からの影響により、基板５０と遮光膜５７との間の層に電荷がチャージされてしまうのを防ぐことができ、ＯＢ画素領域４８における暗電流の発生を抑制することができる。
【０１１２】
本開示は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０１１３】
さらに、本開示は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１１４】
また、本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【０１１５】
〈５．第５の実施形態：電子機器〉
次に、本開示の第５の実施形態に係る電子機器について説明する。図２８は、本開示の第５の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
【０１１６】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置２０３と、光学レンズ２０１と、シャッタ装置２０２と、駆動回路２０５と、信号処理回路２０４とを有する。本実施形態例の電子機器２００は、固体撮像装置２０３として上述した本開示の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【０１１７】
光学レンズ２０１は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置２０３の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置２０３内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２０２は、固体撮像装置２０３への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２０５は、固体撮像装置２０３の転送動作およびシャッタ装置２０２のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２０５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０３の信号転送を行なう。信号処理回路２０４は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【０１１８】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置２０３においてＯＢ画素領域における暗電流の抑制が図られるため、画質の向上が図られる。
【０１１９】
固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
【０１２０】
本実施形態例においては、固体撮像装置２０３として、第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２〜第４の実施形態で製造した固体撮像装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【０１２１】
１・・・固体撮像装置、２・・・画素、３・・・ギャップ部、４・・・撮像領域、５・・・垂直転送部、６・・・水平転送部、７・・・出力部、８・・・ＯＢ画素領域、９・・・有効画素領域、１０・・・基板、１１・・・光電変換部、１２・・・転送チャネル部、１３・・・チャネルストップ部、１４・・・ゲート絶縁膜、１５ａ・・・第１転送電極、１５ｂ・・・第２転送電極、１６・・・コンタクト部、１６ａ・・・コンタクトホール、１７ａ・・・第１制御配線、１７ｂ・・・第２制御配線、１８・・・コンタクト部、１８ａ・・・コンタクトホール、１９・・・遮光膜、１９ａ・・・開口部、１９ｂ・・・分離部、２０・・・反射防止膜、２１・・・光導波路、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・絶縁膜、２３・・・溝部、２４・・・配線層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、ＯＢ画素領域が遮光膜で遮光された固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサやデジタルスチールカメラ等に用いられるＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像素子は、主に、複数のフォトダイオードと、垂直転送部と、水平転送部と、出力部とで構成される。
【０００３】
フォトダイオードは、入射した光を光電変換する光電変換部であり、半導体基板上に複数形成されている。垂直転送部は、フォトダイオードから電荷を受け取って転送する領域であり、半導体基板に形成された垂直転送路と、その上部に複数個隣接して配置された垂直転送電極とで構成されている。垂直転送部では、垂直転送電極が順次駆動されることにより、垂直転送路を電荷が垂直方向に転送される。水平転送部は、垂直転送部から電荷を受け取って転送する領域であり、半導体基板に形成された水平電荷転送路と、その上部に複数個隣接して配置された水平転送電極とで構成されている。水平転送部では、水平転送電極が順次駆動されることにより、水平電荷転送路を電荷が水平方向に転送される。出力部は水平転送部の最終段に形成されており、水平転送部で転送された電荷を電圧に変換して出力する。
【０００４】
このようなＣＣＤ型固体撮像素子において、近年、大画角化や高速レート転送を可能とするために、転送電極の低抵抗化が求められている。また同時に、画素数の増加に伴い、１画素あたりおける受光面積が縮小し、受光量が減少して感度が低下する問題がある。低抵抗化、受光面積の拡大、配線層の低減等を目的として、垂直転送電極と接続された、制御用配線を兼ねる遮光膜を備える構造が提案されている。（特許文献１及び２）
【０００５】
また、一般的にＣＣＤ型固体撮像素子の画素領域は、受光した光による光電変換により電荷を出力する有効画素領域と、黒レベルの基準として用いる信号を得るためのＯＢ（Optical Black）画素領域とを有する。ＯＢ画素領域では、画素の受光面全面が遮光膜で覆われている。特許文献３では、有効画素領域に形成された遮光膜とＯＢ画素領域に形成された遮光膜とを一体に形成し、電気的に接続された状態とした構成が記載されている。この場合、有効画素領域の光電変換部上部では遮光膜に開口部を形成し、ＯＢ画素領域の光電変換部上部では遮光膜を開口しないようにして遮光膜を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８１４０２号公報
【特許文献２】特開２００９−２５２８４０号公報
【特許文献３】特開平１１−１８６２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、一般的に、撮像領域の黒レベルを出力するＯＢ画素領域は遮光膜により遮光されているが、暗電流の発生など、光学特性を低下させる要因がある。このため、ＯＢ画素領域において、暗電流の発生を抑制し、光学特性を改善することが望まれている。
【０００８】
本技術は、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が抑制された固体撮像装置を得ることを目的とする。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の固体撮像装置は、基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域を備える。また、撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備える。そして、ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、遮光膜と基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている。
【００１０】
本開示の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域における光電変換部の上部において、基板と遮光膜との間に形成される膜がシリコン酸化膜のみとされる。これにより、遮光膜に電位がかかった場合に、遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされるのを防ぐことができる。このため、ＯＢ画素領域において遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされることに起因する暗電流の発生が抑制される。
【００１１】
本開示の固体撮像装置の製造方法は、有効画素領域及びＯＢ画素領域からなる撮像領域に、受光する光の光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換部を備える基板を準備する工程を有する。また、基板上部に、ゲート絶縁膜を介して、光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を形成する工程を有する。また、読み出し電極部上部に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程を有する。また、ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で、絶縁膜上部に、有効画素領域における光電変換部を開口し、ＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜を形成する工程を有する。
【００１２】
本開示の固体撮像装置の製造方法では、遮光膜は、ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で形成するため、ＯＢ画素領域における光電変換部上部の遮光膜と基板の間の膜は、シリコン酸化膜のみとなる。これにより、遮光膜に電位がかかった場合に、遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされるのを防ぐことができる。このため、ＯＢ画素領域において遮光膜と基板との間の層に電荷がチャージされることに起因する暗電流の発生が抑制される。
【００１３】
本開示の電子機器は、光学レンズと、固体撮像装置と、信号処理回路を備える。固体撮像装置は、基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域を備える。また、撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備える。そして、ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、遮光膜と基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている。
信号処理回路は、固体撮像装置から出力される出力信号を処理する。
【００１４】
本開示の電子機器では、固体撮像装置において、ＯＢ画素領域における光電変換部上部の遮光膜と基板の間の膜は、シリコン酸化膜のみとなる。これにより、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００１５】
本開示によれば、ＯＢ画素領域において暗電流の発生が低減された固体撮像装置を得ることができる。また、その固体撮像装置により、画質の向上が図られた電子機器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【図２】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における平面構成図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図５】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図８】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図９】図８のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１０】図８のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図１１】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１３】図１１のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図１４】図１１のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図１５】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１７】本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す平面図である。
【図１８】図１７のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。
【図１９】図１７のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。
【図２０】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成図である。
【図２１】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す断面構成図である。
【図２２】本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における製造工程を示す断面構成図である。
【図２３】本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の転送電極を示す平面構成図である。
【図２４】図２３のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【図２５】図２３のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図であり、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成を示す図である。
【図２６】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示す図である。
【図２７】本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素領域及びＯＢ画素領域における断面構成図である。
【図２８】本開示の第５の実施形態に係る電子機器の構成図である。
【図２９】従来の製造プロセスで作製したＣＣＤ型の固体撮像装置における有効画素領域及びＯＢ画素領域の断面構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、まず、以下の検討を行った。図２９に、従来の製造プロセスで形成されるＣＣＤ型固体撮像装置の断面構成を示す。図２９では、有効画素領域１１４とＯＢ画素領域１１５の断面構成図を示し、光電変換部１０１とその光電変換部１０１に隣接する垂直転送部を含む断面を示している。図２９では、遮光膜１１１が転送電極を制御するための制御用配線を兼ねる例を示す。
【００１８】
図２９に示すように、基板１００には、フォトダイオードからなる光電変換部１０１と、光電変換部１０１から受け取った電荷を垂直方向に転送する転送チャネル部１０２が構成されている。さらに、光電変換部１０１と、光電変換部１０１の一方の側に隣接する転送チャネル部１０２との間には読み出しチャネル部１０４が形成される。そして、光電変換部１０１の周囲の読み出しチャネル部１０４を除く領域には、各画素を電気的に分離するチャネルストップ部１０３が形成されている。また、転送チャネル部１０２上部には、ゲート酸化膜１０５を介して読み出し電極を兼ねる転送電極１０６が形成されている。また、光電変換部１０１上部には、シリコン酸化膜を介して反射防止膜１０７となる窒化膜が形成されている。
【００１９】
そして、転送電極１０６上部には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２を介して制御配線１０８が形成されており、その制御配線１０８は、絶縁膜１１２に形成されたコンタクト部１０９により転送電極１０６に接続されている。制御配線１０８上部には、さらにシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２を介して遮光膜１１１が形成されており、この遮光膜１１１は、有効画素領域１１４における光電変換部１０１以外の領域を遮光するように形成されている。すなわち、有効画素領域１１４における光電変換部１０１は、遮光膜１１１に形成された開口部１１１ａに開口されており、ＯＢ画素領域１１５では光電変換部１０１が遮光されている。
【００２０】
このように、図２９に示す固体撮像装置、遮光膜１１１が制御配線１０８を介して転送電極１０６に接続されており、遮光膜１１１が転送電極１０６を制御する制御用配線を兼ねる構成とされた例である。このような固体撮像装置では、遮光膜１１１に所望の駆動パルスを印加することにより、制御配線１０８を介して転送電極１０６が駆動される。そして、転送電極１０６が駆動されることにより、光電変換部１０１で生成、蓄積された信号電荷が、読み出しチャネル部１０４を介して転送チャネル部１０２に転送される。
【００２１】
また、遮光膜１１１は、制御配線１０８上部を遮光すると共に、制御配線１０８の側部を遮光するように、光電変換部１０１を囲む領域において基板１００側に屈曲して形成されている。これにより、制御配線１０８とコンタクト部１０９の側面が遮光されるため斜め光が転送電極１０６と制御配線１０８との間を通って隣接する画素の光電変換部１０１に入射するのを防止することができる。また、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１は、光電変換部１０１上部において、基板１００上に形成された絶縁膜１１２、反射防止膜１０７、絶縁膜１１２の３層構造を介して形成されている。さらに、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１は、開口部１１１ａを形成しない以外は、有効画素領域１１４における遮光膜と同様のプロセスで形成される。このため、ＯＢ画素領域１１５における光電変換部１０１直上では、制御配線１０８上部に形成された遮光膜１１１よりも基板１００に近い位置に遮光膜１１１が形成される。
【００２２】
遮光膜１１１上部には、再びシリコン酸化膜からなる絶縁膜１１２が形成されると共に、フォトダイオード上部において、光導波路１１３が形成され、光導波路上部には、図示しないカラーフィルタ層、オンチップレンズなどが形成される。このように、従来の製造プロセスを適用したＣＣＤ型固体撮像装置では、有効画素領域１１４とＯＢ画素領域１１５とで、遮光膜１１１の形成以外の製造プロセスは同じとされる。このため、ＯＢ画素領域１１５においても、光電変換部１０１上部に実質的に必要の無い反射防止膜１０７が形成されてしまう。
【００２３】
このように、ＯＢ画素領域１１５の光電変換部１０１上部においても窒化膜からなる反射防止膜１０７が形成される場合、遮光膜１１１の下には、ＳｉＯ２膜／ＳｉＮ膜／ＳｉＯ２膜のＯＮＯ三層構造が形成される。遮光膜１１１を、遮光膜としてのみ用いる場合には、遮光膜１１１の電位は特に変動させる必要が無く、例えばグランドをとるなど一定電位に保つことができる。しかしながら、図２９に示す固体撮像装置のように、制御配線１０８に電位を供給する配線と、遮光膜１１１とを兼用する構造においては、遮光膜１１１の電位は変動する。そうすると、遮光膜１１１の印加電圧によって、遮光膜１１１下のＯＮＯ三層構造に電荷がチャージされて、電位が変動するために、ＯＢ画素領域１１５に暗電流が発生する懸念がある。
そこで、本発明者らは、ＯＢ画素領域１１５における遮光膜１１１の下層の構造を変えることで、暗電流の発生を抑制することを見出した。
【００２４】
以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置及び、電子機器の一例を、図１〜図２８を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
・ 第１の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第２の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第３の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置
・ 第４の実施形態：ＣＭＯＳ型の固体撮像装置
・ 第５の実施形態：電子機器
【００２５】
〈１．第１の実施形態：ＣＣＤ型の固体撮像装置〉
［１−１ 全体構成］
図１に本開示の第１の実施形態に係るＣＣＤ型の固体撮像装置の概略構成図を示す。図１に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１は、基板１０に形成された複数の光電変換部１１と、垂直転送部５と、水平転送部６と、出力部７とを有して構成されている。
【００２６】
光電変換部１１は、光量に応じた信号電荷を生成するフォトダイオードにより構成される。本実施形態例では、光電変換部１１は、基板１０の水平方向及び垂直方向に、複数個、マトリクス状に形成されている。光電変換部１１が形成される領域において、撮像領域４が構成される。
【００２７】
垂直転送部５は、ＣＣＤ構造とされ、垂直方向に配列される光電変換部１１毎に、垂直方向に複数形成される。この垂直転送部５は、光電変換部１１に蓄積された信号電荷を読み出して、垂直方向に転送するものである。本実施形態例の垂直転送部５が形成されている転送ステージは、図示しない転送駆動パルス回路から印加される転送駆動パルスにより、例えば、４相駆動される構成とされている。また、垂直転送部５の最終段では、転送駆動パルスが印加されることにより、最終段に保持されていた信号電荷が、水平転送部６に転送される構成とされている。
【００２８】
そして、撮像領域４では、光電変換部１１と各光電変換部１１に隣接する垂直転送部５とにより構成された単位画素２が複数配列される。撮像領域４は、有効画素領域９と、その周囲に形成されたＯＢ画素領域８とから構成される。有効画素領域９では、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を蓄積することができる。ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部が遮光されており、黒レベルの基準になる光学的黒を出力する。ＯＢ画素領域８は、例えば、撮像領域４の両端部に形成される。
【００２９】
水平転送部６は、ＣＣＤ構造とされ、垂直転送部５の最終段の一端に形成されるものである。この水平転送部６が形成されている転送ステージは、垂直転送部５により垂直転送されてきた信号電荷を、一水平ライン毎に水平方向に転送するものである。
【００３０】
出力部７は、水平転送部６により水平転送された信号電荷を電荷電圧変換することにより、映像信号として出力するものである。
【００３１】
以上の構成を有する固体撮像装置１においては、光電変換部１１に蓄積された信号電荷は、垂直転送部５により、垂直方向に転送されて、水平転送部６内に転送される。そして、水平転送部６内に転送されてきた信号電荷は、それぞれ水平方向に転送され、出力部７を介して映像信号として出力される。
【００３２】
［１−２ 要部の構成］
図２に、本実施形態例の固体撮像装置１の有効画素領域９、及びＯＢ画素領域８における要部の平面構成図を示し、図３に、有効画素領域９、及びＯＢ画素領域８における画素の水平方向に沿う断面図、すなわち、図２のＡ−Ａ線上に沿う断面図を示す。また、図４には、有効画素領域９における画素の垂直方向に沿う断面図、すなわち、図２のＢ−Ｂ線上に沿う断面図を示す。
【００３３】
図３に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１では、基板１０と、基板１０上部に形成された第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂと、反射防止膜２０を備える。また、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの上部に形成された配線層２４と、光導波路２１とを備える。
【００３４】
基板１０は、シリコンからなる半導体基板で構成され、光入射側に、光電変換部１１を構成するフォトダイオードと、垂直転送部５を構成する転送チャネル部１２と、各画素２を電気的に分離する素子分離領域となるチャネルストップ部１３とが形成されている。これらの光電変換部１１、転送チャネル部１２、及びチャネルストップ部１３は、基板１０に所望の不純物をイオン注入することにより形成される。
【００３５】
図２に示すように、光電変換部１１は、基板１０の垂直方向、水平方向にマトリックス状に形成され、転送チャネル部１２は、垂直方向に配列される光電変換部１１毎に、垂直方向に複数形成される。また、光電変換部１１と、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２との間の領域は、光電変換部１１から転送チャネル部１２へ信号電荷を読み出すための読み出しチャネル部２５とされる。そして、チャネルストップ部は、光電変換部１１を取り囲む領域であって、読み出しチャネル部２５を除く領域に形成される。このため、光電変換部１１で生成、蓄積された信号電荷は、読み出しチャネル部２５を介して、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２に読み出される。
【００３６】
第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、例えば多結晶シリコンからなり、転送チャネル部１２上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成され、ギャップ部３により互いに分離され、垂直方向に交互に形成されている。第１転送電極１５ａは、光電変換部１１の中央部分に隣接する転送チャネル部１２上に形成されており、読み出しチャネル部２５を含む領域に形成されている。第２転送電極１５ｂは、垂直方向に隣接する第１転送電極１５ａの間に形成されており、垂直方向に隣接する２つの光電変換部１１に対応して形成されている。
【００３７】
反射防止膜２０は、有効画素領域９においてのみ形成されており、有効画素領域９の光電変換部１１上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を介して垂直方向に延在して形成されている。反射防止膜２０を構成する材料としては、反射防止膜２０の下層及び上層に形成されるシリコン酸化膜との積層構造において、基板１０に対する反射防止の効果があればよく、例えばシリコン窒化膜を用いることができる。反射防止膜２０としてシリコン窒化膜を用いる場合には、下層からシリコン酸化膜（屈折率１．４６）／シリコン窒化膜（屈折率２．０）／シリコン酸化膜（屈折率１．４６）の積層構造をなし、反射防止の効果を奏する。
【００３８】
反射防止膜２０を構成する材料は、シリコン窒化膜に限定されるものではなく、シリコン酸化膜に対して屈折率の高い材料であれば適用することができる。また、反射防止膜２０として、負の固定電荷を有する材料を用いることができる。負の固定電荷を持つ材料膜は、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）膜、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）膜、もしくは酸化チタン（ＴｉＯ２）膜で形成される。成膜方法としては、例えば、化学気相成長法、スパッタリング法、原子層蒸着法等が挙げられえる。原子層蒸着法を用いれば、成膜中に界面準位を低減するＳｉＯ２膜を同時に１ｎｍ程度形成することが好適である。また、上記以外の材料としては、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）等が挙げられる。さらに、上記材料としては、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）等が上げられる。さらに、上記材料としては、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）等が挙げられる。さらに、上記負の固定電荷を有する膜は、窒化ハフニウム膜、窒化アルンミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜で形成することも可能である。
【００３９】
上記負の固定電荷を有する膜は、絶縁性を損なわない範囲で、膜中にシリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されていてもよい。その濃度は、膜の絶縁性が損なわれない範囲で適宜決定される。このように、シリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されることによって、膜の耐熱性やプロセスの中でイオン注入の阻止能力を上げることが可能になる。
【００４０】
配線層２４は、基板１０の第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂ上部に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２と、その絶縁膜２２内に形成された第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂと、遮光膜１９とで構成されている。
第１制御配線１７ａは、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１６を介して第１転送電極１５ａに接続されており、１つの第１転送電極１５ａに対して１つの第１制御配線１７ａが対応するように形成されている。
第２制御配線１７ｂは、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１６を介して第２転送電極１５ｂに接続された制御電極部２６ａと、水平方向に隣接する制御電極部２６ａを接続する接続配線２６ｂにより構成されている。すなわち、第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂの列毎に形成されている。
【００４１】
遮光膜１９は、有効画素領域９における光電変換部１１を開口する開口部１９ａを備え、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂ、及びＯＢ画素領域８全面を遮光するように設けられている。また、遮光膜１９は、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂ上部を遮光すると共に第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの上部に形成される層の側部を遮光するように、光電変換部１１を囲む領域において基板１０側に屈曲して形成されている。
【００４２】
さらに、遮光膜１９は、絶縁膜２２に形成されたコンタクト部１８を介して第１制御配線１７ａに接続されると共に、第２制御配線１７ｂ上部において線状に形成された分離部１９ｂにより、行毎に分離されている。すなわち、遮光膜１９は、水平方向に隣接する第１制御配線１７ａに対して共通に接続されており、垂直方向に隣接する遮光膜同士は、電気的に分離されている。本実施形態例の固体撮像装置１では、遮光膜１９が制御用配線を兼ねる構成とされており、この場合、第１制御配線１７ａに印加する駆動パルスが、遮光膜１９から第１制御配線１７ａに印加される。
【００４３】
そして、本実施形態例では、遮光膜１９は、第１転送電極１５ａ及び第１制御配線１７ａからなる積層構造や、第２転送電極１５ｂ及び第２制御配線１７ｂからなる積層構造の側面も被覆する構成とされている。さらに、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部では、第１制御配線１７ａや第２制御配線１７ｂ上部に形成された遮光膜１９の位置よりも基板１０側に近い位置に遮光膜１９が形成されている。
【００４４】
本実施形態例における、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂ、コンタクト部１６、１８、及び遮光膜１９を構成する材料としては、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｒｕ、またはこれらを含む合金材料など、遮光性を有する材料であれば良い。さらには、低抵抗な材料であることが望ましい。また、第１制御配線１７ａ、第２制御配線１７ｂや、制御配線を兼ねる遮光膜１９の下層に、バリアメタル膜として、ＴｉＮや、Ｔｉ等のメタル材料で２層以上の積層構造を形成してもよい。
【００４５】
光導波路２１は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上部に形成されている。そして、本実施形態例では、図示を省略するが、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において、光導波路２１上部に、必要に応じて、層内レンズが構成され、その上部に平坦化膜を介してカラーフィルタ層、オンチップレンズが順に形成されている。
【００４６】
このように、本実施形態例の固体撮像装置１では、ＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上に反射防止膜２０が形成されず、ＯＢ画素領域８では、遮光膜１９の下層はシリコン酸化膜のみの構成とされている。
【００４７】
［１−３ 製造方法］
図６〜図１９を用いて、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法について説明する。図５、図８、図１１、図１５及び図１７は、本実施形態例の固体撮像装置１の有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における製造工程を示す平面構成図である。また、図６、図９、図１２、図１６及び図１８は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における画素の、水平方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。また、図１４及び図１９は、有効画素領域９の光電変換部１１が形成される領域の、垂直方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。また、図１０及び図１３は、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８における転送チャネル部１２が形成される領域の垂直方向に沿う断面を示す図であり、対応する製造工程における平面図のＣ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。
【００４８】
また、以下の説明では、反射防止膜２０の下層に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ａ」とし、反射防止膜２０と第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂとの間に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ｂ」とする。また、コンタクト部１６と遮光膜１９との間に形成される絶縁膜２２を「絶縁膜２２ｃ」とする。そして、絶縁膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃを区別しないときには、「絶縁膜２２」として説明する。
【００４９】
まず、図５〜図７に示すように、基板１０に光電変換部１１、転送チャネル部１２、及びチャネルストップ部１３を形成し、転送チャネル部１２上部に第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを形成した後、反射防止膜２０を形成する。
【００５０】
光電変換部１１は、図６に示すように、基板１０の光照射面側となる表面側に形成し、マトリクス状に複数形成する。転送チャネル部１２は、光電変換部１１と、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２との間に形成し、行毎の光電変換部１１に対応して複数本形成する。また、光電変換部１１の一方の側に隣接する転送チャネル部１２と、その光電変換部１１との間には、読み出しチャネル部２５を形成する。チャネルストップ部１３は、各光電変換部１１を囲む領域であって、読み出しチャネル部２５を除く領域に形成する。光電変換部１１、転送チャネル部１２、読み出しチャネル部２５、及びチャネルストップ１３部は、例えば、基板１０の表面側から所望の不純物をイオン注入することにより形成する。
【００５１】
第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、図６及び図７に示すように、基板１０に形成された転送チャネル部１２上部に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成し、ギャップ部３を挟んで垂直方向に交互に形成する。第１転送電極１５ａは、矩形形状とされ、光電変換部１１の中央領域に隣接する転送チャネル部１２上部に形成する。また、第１転送電極１５ａは、読み出し電極も兼ねるため、図６に示すように読み出しチャネル部２５上部に延在するように形成する。
【００５２】
第２転送電極１５ｂは、第１転送電極１５ａと同様矩形形状とされ、垂直方向に隣接する第１転送電極１５ａの間の領域に形成する。これらの第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、多結晶シリコン膜、又はアモルファスシリコンからなる電極層を形成し、その電極層を所定の形状にパターニングすることにより形成する。第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂは、通常のフォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて形成することができ、同一の層に形成する。
【００５３】
その後、第１転送電極１５ａと第２転送電極１５ｂとの間のギャップ部３を埋め込むと共に、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを含む撮像領域４全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ａを一層形成する。
反射防止膜２０は、絶縁膜２２ａを形成した後、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成する。本実施形態例では、図５に示すように、反射防止膜２０は、垂直方向に延在するように形成し、画素の列毎に形成した。反射防止膜２０は、絶縁膜２２ａ上において、例えば、撮像領域４全面にシリコン窒化膜を形成し、シリコン窒化膜が有効画素領域９における光電変換部１１直上に残るようにパターニングすることにより形成する。これにより、図４に示すように、有効画素領域９の光電変換部１１上部にのみ反射防止膜２０を形成する。
【００５４】
次に、図８〜図１０に示すように、反射防止膜２０を含む絶縁膜２２ａ上にさらにシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｂを形成し第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂを露出するコンタクトホール１６ａを形成する。絶縁膜２２ｂは、有効画素領域９に形成された反射防止膜２０を埋め込むと共に、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂの形成により基板１０上に形成された凹凸を埋め込み、表面が平坦面となるように形成する。
コンタクトホール１６ａは、第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂ上部の絶縁膜２２ｂをエッチング除去することにより形成する。
【００５５】
次に、図１１〜図１４に示すように、コンタクトホール１６ａを導電材料で埋め込むことにより、コンタクト部１６を形成し、そのコンタクト部１６に接続されるように絶縁膜２２ｂ上部に所望の形状の第１制御配線１７ａ、及び第２制御配線１７ｂを形成する。
第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂは、コンタクト部１６を含む絶縁膜２２ｂ全面に導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法及びドライエッチング法を用いて所望の形状にパターニングすることによって形成する。
【００５６】
第１制御配線１７ａは、第１転送電極１５ａ直上に形成し、コンタクト部１６を覆う領域において、例えば第１転送電極１５ａよりも小さい矩形形状となるように形成する。また、第１制御配線１７ａは、第１転送電極１５ａ毎に形成する。これにより、第１転送電極１５ａと対応する第１制御配線１７ａがコンタクト部１６により接続される。
【００５７】
第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂ直上に形成したコンタクト部１６を覆う領域において、例えば第２転送電極１５ｂよりも小さい矩形形状となるように制御電極部２６ａと、水平方向に隣接する制御電極部２６ａを接続する接続配線２６ｂとで構成する。すなわち、第２制御配線１７ｂは、第２転送電極１５ｂの列毎に形成し、水平方向に隣接する第２転送電極１５ｂを電気的に接続するように水平方向に延在して形成する。水平方向に隣接する第２制御配線１７ｂにおける接続配線２６ｂは、図１４に示すように、垂直方向に隣接する光電変換部１１の間のチャネルストップ部１３上部に形成する。これにより、第２転送電極１５ｂとそれに対応する第２制御配線１７ｂとがコンタクト部１６によって接続されるともに、水平方向に隣接する第２転送電極１５ｂ同士が接続される。
【００５８】
次に、図１５及び図１６に示すように、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆する絶縁膜２２ｃを形成する。また、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するコンタクトホール１８ａと、光電変換部１１上部において、絶縁膜２２ｃ表面から深さ方向に形成された溝部２３を形成する。
【００５９】
絶縁膜２２は、下層に形成された絶縁膜２２ｃと同様シリコン酸化膜で形成し、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆するように形成する。コンタクトホール１８ａは、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｃを有効画素領域９及びＯＢ画素領域８全面に形成した後、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するまでエッチングすることで形成する。
【００６０】
また、溝部２３は、光電変換部１１上部の絶縁膜２２を、表面からエッチングすることにより形成する。有効画素領域９における溝部２３は、反射防止膜２０に達しない深さまで形成し、ＯＢ画素領域８における溝部２３は、基板１０表面に達しない深さまで形成する。図３では、有効画素領域９とＯＢ画素領域８における溝部２３を同じ深さで形成している。本実施形態例では、溝部２３における垂直方向に沿う側面は、基板１０から絶縁膜２２表面にかけて径が広がるテーパ状に溝部２３を形成した。なお、図示を省略するが、溝部２３における水平方向に沿う側面は、基板１０面に対して垂直な面となるように形成した。
【００６１】
次に、図１７〜図１９に示すように、コンタクトホール１８ａを導電材料で埋め込むことによりコンタクト部１８を形成し、そのコンタクト部１８に接続されるように絶縁膜２２上部に遮光膜１９を形成する。遮光膜１９は、絶縁膜２２に形成された溝部２３の形状の沿うように絶縁膜２２表面に所望の導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法を用いて所望の形状のパターニングすることにより形成する。本実施形態例では、遮光膜１９は、有効画素領域９における光電変換部１１直上に形成された開口部１９ａと、第２制御配線１７ｂ上部で行毎に分離する分離部１９ｂを有するように形成する。また、本実施形態例では、開口部１９ａは、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成された溝部２３の底部のみを開口するように形成し、溝部２３の側面は遮光膜１９で被覆された状態とする。このため、溝部２３では、基板１０により近い位置まで遮光膜１９が施される。また、ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部を開口しない。
【００６２】
行毎に形成された遮光膜１９は、それぞれ、第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａに接続されている。これにより、水平方向に隣接する第１転送電極１５ａは電気的に接続される。遮光膜１９は、制御用配線を兼ねるものであり、遮光膜１９から第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａを駆動する駆動パルスが供給される。また、本実施形態例では、光電変換部１１直上の絶縁膜２２に溝部２３が形成され、溝部２３に沿うように遮光膜１９が形成される。このため、光電変換部１１により近い位置に遮光膜１９を形成することができ、有効画素領域９及びＯＢ画素領域８において遮光性を高めることができる。
【００６３】
次に、図２〜図４に示すように、遮光膜１９上部を含む全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を成膜した後、光電変換部１１直上の溝部２３に光導波路２１を形成する。光導波路２１の形成材料には、例えば、絶縁膜２２の形成材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２：屈折率１．４５）等よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、シロキシサン系樹脂やポリイミド系樹脂等を、光導波路２１の形成材料として用いることができる。また、光導波路２１の形成材料として、上述した樹脂材料中に、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物微粒子を含ませてもよい。この場合には、光導波路２１の屈折率をより高くすることができる。
【００６４】
その後、通常の固体撮像装置の製造方法と同様にして、光導波路２１上部に、層内レンズ、平坦化膜などを形成し、各光電変換部１１に対応するカラーフィルタ層及びオンチップレンズを順に形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置１が完成する。
【００６５】
本実施形態例の固体撮像装置１では、有効画素領域９において、光導波路２１を通過して基板に入射した光は光電変換部１１において光電変換され、光量に応じた信号電荷が生成、蓄積される。そして、制御用配線を兼ねる遮光膜１９に所望の駆動パルスを印加することにより、第１制御配線１７ａを介して第１転送電極１５ａにその駆動パルスが供給される。これにより、光電変換部１１の信号電荷が読み出しチャネル部２５を介して転送チャネル部１２に読み出される。第１転送電極１５ａ及び第２転送電極１５ｂが行毎に駆動されることにより、転送チャネル部１２の信号電荷は垂直方向に転送される。
一方、ＯＢ画素領域８では、光電変換部１１上部は遮光膜１９によって遮光されており、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１からは黒レベルの値が出力される。
【００６６】
本実施形態例の固体撮像装置１では、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部には反射防止膜２０が形成されていない。このため、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部の基板１０と遮光膜１９との間は各層の絶縁膜２２を構成するシリコン酸化膜のみとなる。これにより、制御用配線を兼ねる遮光膜１９の電位の変動によって、基板１０と遮光膜１９との間の絶縁膜２２に電荷がチャージされるのを防ぐことができ、暗電流を抑制することができる。
【００６７】
また、本実施形態例の固体撮像装置１は、ＯＢ画素領域８への特別な工程の追加等は必要なく、通常のプロセスで形成することができる。このため、従来と同じプロセスを用いることが可能となるため、有効画素領域９に影響を及ぼすことがなく、ＯＢ画素領域８における暗電流抑制を実現することができる。
【００６８】
このように、本実施形態例では、制御用配線を兼ねる遮光膜１９を有し、有効画素領域９における光電変換部１１上部に反射防止膜２０を備える固体撮像装置において、ＯＢ画素領域８における暗電流の生成を抑制することができる。
【００６９】
本実施形態例では、反射防止膜２０は、有効画素領域９の光電変換部１１上に列毎に形成する例としたが、これに限定されるものではなく、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部に形成しない構成であれば種々の変形が可能である。例えば、反射防止膜２０を、有効画素領域９全面に残るように形成する例としてもよく、また、有効画素領域９の各光電変換部１１上に個別に形成する例としてもよい。
【００７０】
〈２．第２の実施形態：固体撮像装置〉
次に、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態例の固体撮像装置の平面構成は、第１の実施形態と同様であるから図示を省略する。図２０に、本実施形態例の固体撮像装置における有効画素領域９及びＯＢ画素領域８の断面構成を示す。図２０は、図２のＡ−Ａ線上に沿う断面に相当するものである。図２０において、図３に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００７１】
本実施形態例の固体撮像装置は、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８の構成が第１の実施形態と異なり、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８は、光電変換部１１直上の遮光膜２８が、第１制御配線１７ａや第２制御配線１７ｂ上部の遮光膜２８と同層に形成されている。すなわち、ＯＢ画素領域８における光電変換部１１上部の遮光膜２８と基板１０表面との距離が、第１の実施形態に比較して大きく形成されている。そして、本実施形態例においても、ＯＢ画素領域８における遮光膜２８と基板１０との間には反射防止膜２０が形成されておらず、シリコン酸化膜のみが形成されている。
【００７２】
図２１及び図２２を用いて、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法について説明する。
第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを形成する工程までは、第１の実施形態で示した図５〜図１４の工程と同様である。第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを形成した後、図２１に示すように、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆する絶縁膜２２ｃを形成する。そして、絶縁膜２２ｃ表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するコンタクトホール１８ａと、有効画素領域９における光電変換部１１上部において、絶縁膜２２表面から深さ方向に形成された溝部２３を形成する。
【００７３】
絶縁膜２２ｃは、下層に形成された絶縁膜２２ｂと同様シリコン酸化膜で形成し、第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを被覆するように形成する。コンタクトホール１８ａは、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２２ｃを有効画素領域９及びＯＢ画素領域８全面に形成した後、絶縁膜２２表面から第１制御配線１７ａ及び第２制御配線１７ｂを露出するまでエッチングすることで形成する。
【００７４】
また、溝部２３は、有効画素領域９における光電変換部１１上部の絶縁膜２２を、表面からエッチングすることにより形成する。有効画素領域９における溝部２３は、反射防止膜２０に達しない深さまで形成する。本実施形態例においても、溝部２３における垂直方向に沿う側面は、基板１０側から絶縁膜２２表面にかけて径が広がるテーパ状とした。なお、図示を省略するが、溝部２３における水平方向に沿う側面は、基板１０面に対して垂直な面となるように形成した。そして、本実施形態例では、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１において、溝部を形成しない。
【００７５】
次に、図２２に示すように、コンタクトホール１８ａを導電材料で埋め込むことによりコンタクト部１８を形成し、そのコンタクト部１８に接続されるように絶縁膜２２上部に遮光膜２８を形成する。遮光膜２８は、絶縁膜２２表面に所望の導電材料からなる導電膜を形成した後、フォトリソグラフィー法やドライエッチング法を用いて所望の形状のパターニングすることにより形成する。本実施形態例では、遮光膜２８は、有効画素領域９における光電変換部１１直上を開口する開口部２８ａと、第２制御配線１７ｂ上部で行毎に分離する分離部（図示を省略する）を有するように形成する。
【００７６】
また、本実施形態例では、開口部２８ａは、有効画素領域９の光電変換部１１上部に形成された溝部２３の底部のみを開口するように形成し、溝部２３の側面は遮光膜２８で被覆された状態とする。このため、溝部２３では、基板１０により近い位置まで遮光膜２８が施される。また、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部では、遮光膜２８の下層に溝部２３が形成されないため有効画素領域９の光電変換部１１を囲む遮光膜２８の高さよりも高い位置に遮光膜１９が形成される。これにより、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部における遮光膜２８と基板１０との間の距離は、第１の実施形態に比較して大きく形成されている。このため、ＯＢ画素領域８の光電変換部１１上部に形成される遮光膜２８の電位の影響を遮光膜２８の下層の層が受けにくくなる。
【００７７】
次に、図２０に示すように、遮光膜２８上部を含む全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２２を成膜した後、有効画素領域９における光電変換部１１直上の溝部２３に光導波路２１を形成する。光導波路２１の形成材料には、例えば、絶縁膜２２の形成材料である酸化シリコン（ＳｉＯ２：屈折率１．４５）等よりも高い屈折率を有する材料が用いられる。例えば、シロキシサン系樹脂やポリイミド系樹脂等を、光導波路２１の形成材料として用いることができる。また、光導波路２１の形成材料として、上述した樹脂材料中に、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物微粒子を含ませてもよい。この場合には、光導波路２１の屈折率をより高くすることができる。
【００７８】
その後、通常の固体撮像装置の製造方法と同様にして、光導波路２１上部に、層内レンズ、平坦化膜などを形成し、各光電変換部に対応するカラーフィルタ層及びオンチップレンズを順に形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置が完成する。
【００７９】
本実施形態例の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域８において、絶縁膜２２に溝部が形成されないため、第１の実施形態と比較し、遮光膜２８と基板１０との距離が大きくなる。このように、遮光膜２８と基板１０との距離が大きくなるため、遮光膜２８に印加される駆動パルスの影響を第１の実施形態に比較して更に改善することができる。さらに、本実施形態例においても、ＯＢ画素領域８において、遮光膜２８と基板１０との間の層は、シリコン酸化膜のみで構成されている。このため、遮光膜２８と基板１０との間の層に電荷がチャージされることがなく、基板１０の電位が変動するのを防ぐことができ、暗電流の抑制が図られる。
【００８０】
本実施形態例の固体撮像装置の製造方法においても、ＯＢ画素領域８において、新たな工程を追加することがないため、プロセスインテグレーションを実現できる。そして、従来のプロセスを用いることができるため、有効画素領域９の特性に影響を及ぼすことが無く、ＯＢ画素領域８における暗電流の抑制を図ることができる。
【００８１】
〈３．第３の実施形態：固体撮像装置〉
次に、図２３〜図２５を用いて、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態例の固体撮像装置の全体構成は、図１と同様であるから図示を省略する。また、図２３〜図２５において、図２〜図４に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００８２】
図２３は、図１における垂直転送部５を構成する第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂのみを図示した平面構成である。また、図２４は、図２３のＣ−Ｃ線上に沿う断面に対応する構成図であり、図２５は、図２３のＡ−Ａ線上に沿う断面に対応する構成図である。なお、図２５では、有効画素領域９に対応する断面と、ＯＢ画素領域８に対応する断面とを示し、遮光膜３３まで形成した図を示す。
【００８３】
図２４に示すように、本実施形態例の固体撮像装置では、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、転送チャネル部１２上部にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を介して形成され、垂直方向に交互に形成されている。第１転送電極３０ａは、読み出し電極を兼ねる構成とされており、転送チャネル部１２及び読み出しチャネル部２５上に形成されている。この第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、それぞれ、接続配線３１ａ、３１ｂにより行毎に接続されており、接続配線３１ａ、３１ｂは、垂直方向に隣接する光電変換部１１の間のチャネルストップ部１３上に設けられている。また、図２４に示すように、本実施形態例の第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂは、垂直方向において、絶縁膜３２を介して一部重なるように形成されている。
【００８４】
このような固体撮像装置では、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂに所望の駆動パルスを印加することにより、光電変換部１１に蓄積された信号電荷が転送チャネル部１２に読み出され、転送チャネル部１２内を垂直方向に転送する。
【００８５】
また、図２５に示すように、遮光膜３３は、第１転送電極３０ａ及び第２転送電極３０ｂ上部に絶縁膜３２を介して形成されており、有効画素領域９の光電変換部１１直上のみを開口するように形成されている。
【００８６】
また、本実施形態例においても第１の実施形態と同様、有効画素領域９における光電変換部１１上部においてのみ、反射防止膜３５が形成されている。これにより、ＯＢ画素領域８において、光電変換部１１上部の遮光膜３３と基板１０との間には、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３２のみが構成されている。
【００８７】
本実施形態例の固体撮像装置は、基板１０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜１４を形成した後、第１転送電極３０ａを形成する。その後、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３２を、第１転送電極３０ａを被覆する全面に形成した後、第２転送電極３０ｂを形成する。そして、第２転送電極３０ｂを被覆する全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２をさらに形成した後、有効画素領域９における光電変換部１１上部にのみ、反射防止膜３５を形成する。次に、全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２をさらに形成し、光電変換部１１上部に溝部３２ａを形成する。そして、溝部３２ａが形成された絶縁膜３２上部に、有効画素領域９における光電変換部１１上部を開口する開口部３３ａを有する遮光膜３３を形成する。その後、図示を省略するが、光導波路内レンズ、平坦化膜、カラーフィルタ層、オンチップレンズを通常と同じ方法で形成することにより、本実施形態例の固体撮像装置が完成される。
【００８８】
本実施形態例の固体撮像装置では、遮光膜３３は、制御配線を構成するものではない。しかし、このような構成においても、ＯＢ画素領域８において遮光膜３３と基板１０との間の層をシリコン酸化膜のみの構成とすることにより、ＯＢ画素領域における暗電流を抑制することができる。
【００８９】
上述した第１〜第３の実施形態では、ＣＣＤ型の固体撮像装置を例に説明したが、本開示は、これに限られるものではない。以下に、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例について説明する。
【００９０】
〈４．第４の実施形態：ＣＭＯＳ型固体撮像装置〉
［４−１ 全体構成］
図２６及び図２７を用いて、本開示の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。まず、要部の構成の説明に先立ち、本実施形態例の固体撮像装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態例に係る固体撮像装置４１の全体を示す概略構成図である。
【００９１】
固体撮像装置４１は、図２６に示すように、シリコンからなる基板５０に、複数の画素４２からなる撮像領域４３と、垂直駆動回路４４と、カラム信号処理回路４５と、水平駆動回路４６と、出力回路４７と、制御回路６１等を備えて構成される。
【００９２】
画素２は、受光した光の光量に応じて信号電荷を生成するフォトダイオードからなる光電変換部と、その信号電荷を読み出し転送するための複数のＭＯＳトランジスタとから構成され、基板５０上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。
【００９３】
撮像領域４３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素４２から構成される。撮像領域４３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を蓄積することのできる有効画素領域４９と、有効画素領域４９の周囲に形成され黒レベルの基準になる光学的黒を出力するためのＯＢ画素領域４８とから構成される。
【００９４】
制御回路６１は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４４、カラム信号処理回路４５、及び水平駆動回路４６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路６１で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４４、カラム信号処理回路４５及び水平駆動回路４６等に入力される。
【００９５】
垂直駆動回路４４は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域４３の各画素４２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素４２の光電変換部において生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線６０を通してカラム信号処理回路４５に供給する。
【００９６】
カラム信号処理回路４５は、例えば、画素４２の列毎に配置されており、１行分の画素４２から出力される信号を画素列毎にＯＢ画素領域４８からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路４５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線６２との間に設けられている。
【００９７】
水平駆動回路４６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路４５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路４５の各々から画素信号を水平信号線６２に出力させる。
【００９８】
出力回路４７は、カラム信号処理回路４５の各々から水平信号線６２を通して、順次に供給される画素信号に対し、信号処理を行って出力する。
【００９９】
［４−２ 要部の構成］
図２７に、本実施形態例の固体撮像装置４１の有効画素領域４９及びＯＢ画素領域４８における要部の断面構成を示す。図２７では、画素４２を構成するトランジスタの一部を代表して図示する。また、本実施形態例の固体撮像装置４１は、グローバルシャッター機能を有する固体撮像装置である。
【０１００】
図２７に示すように、本実施形態例の固体撮像装置４１は、基板５０と、有効画素領域４９において基板５０上部に形成された反射防止膜５８と、遮光膜５７とを備える。
基板５０は、シリコンからなる半導体基板で構成され、光入射側に、フォトダイオードからなる光電変換部５１と、転送トランジスタＴｒ１と、及び選択読み出し用トランジスタＴｒ２を備える。
【０１０１】
光電変換部５１は、基板５０の光入射面側に所望の不純物をイオン注入することによって形成され、入射した光の光量に応じた信号電荷を生成する。
【０１０２】
転送トランジスタＴｒ１は、基板５０に形成された所望の不純物領域からなる電荷蓄積部５２と、基板５０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜６５を介して形成された転送ゲート電極５６とで構成されている。電荷蓄積部５２は、各画素４２の光電変換部５１に隣接して形成されており、所望の不純物をイオン注入することによって形成されている。転送トランジスタＴｒ１では、光電変換部５１で生成、蓄積された信号電荷が全画素同時に読み出され、電荷蓄積部５２に蓄積される。
【０１０３】
選択読み出し用トランジスタＴｒ２は、基板５０に形成された所望の不純物領域からなるフローティングディフュージョン部５３と、基板５０上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜６５を介して形成された読み出しゲート電極５５とで構成されている。フローティングディフュージョン部５３は、電荷蓄積部５２に隣接して形成されており、所望の不純物をイオン注入することによって形成されている。選択読み出し用トランジスタＴｒ２では、電荷蓄積部５２に蓄積された信号電荷が、選択的にフローティングディフュージョン部５３に読み出される。
【０１０４】
図２７では、複数の画素トランジスタのうち、転送トランジスタＴｒ１と、選択読み出し用トランジスタＴｒ２とを示しているが、その他、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等、通常の固体撮像装置と同様に形成されている。
【０１０５】
反射防止膜５８は、有効画素領域４９の光電変換部５１上部にのみ選択的に形成されている。すなわち、ＯＢ画素領域４８において、反射防止膜５８は形成されていない。反射防止膜５８の材料としては、第１の実施形態と同様の材料を用いることができる。
【０１０６】
遮光膜５７は、転送ゲート電極５６及び読み出しゲート電極５５上部に酸化シリコン膜からなる絶縁膜５４を介して形成されている。また、有効画素領域４９では、遮光膜５７は、光電変換部５１を開口する開口部５７ａを備え、電荷蓄積部５２及びフローティングディフュージョン部５３を遮光する領域に形成されている。一方、ＯＢ画素領域４８においては、光電変換部５１、電荷蓄積部５２、及びフローティングディフュージョン部５３を遮光する領域に形成されている。
【０１０７】
その他、図示を省略するが、基板５０上部には各画素トランジスタを駆動するための配線層、カラーフィルタ層、オンチップレンズが順に形成されており、オンチップレンズに集光された光が、各画素４２の光電変換部５１に入射する。
【０１０８】
有効画素領域４９においては、基板５０に入射した光は、光電変換部５１において光電変換され、光量に応じた信号電荷が生成・蓄積される。また、ＯＢ画素領域４８では、光電変換部５１直上は遮光膜５７によって遮光されているため、光は入射しない。そして、各画素４２の光電変換部５１で蓄積された信号電荷は、転送ゲート電極５６がオンされることにより全画素同時に電荷蓄積部５２に転送される。そして、電荷蓄積部５２に転送された信号電荷は、読み出しゲート電極５５がオンされることにより、画素４２毎に選択的にフローティングディフュージョン部５３に読み出される。フローティングディフュージョン部５３に読み出された信号電荷は、増幅トランジスタによって増幅され、選択トランジスタによって選択的に図２６に示した垂直信号線６０に排出される。その後、通常のＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様にして画素信号が出力される。また、ＯＢ画素領域４８では、光電変換部５１が遮光されているため、黒レベルの画素信号が得られる。
【０１０９】
本実施形態例では、電荷蓄積部５２に全画素の光電変換部５１に蓄積された信号電荷が同時に転送されるので、全画素において、露光時間を同時とすることができ、露光蓄積時間差を生じることのないグローバルシャッター機能を実現することができる。
【０１１０】
このように、グローバルシャッター機能を有する固体撮像装置４１では、電荷蓄積部５２に電荷を蓄積している間に、電荷蓄積部５２に光が入射してしまうと、電荷蓄積部５２の電位が変動し正確な画素信号が得られないおそれがある。したがって、電荷蓄積部５２への光の漏れ込みを防止するため、電荷蓄積部５２のより近傍に遮光膜５７が形成されることが好ましい。そして、このような場合では、図２７に示すように、ＯＢ画素領域４８において、基板５０と、光電変換部５１を遮光する遮光膜５７との距離も近くする必要がある。このような場合、ＯＢ画素領域４８では、図２７に示すように、光電変換部５１直上の遮光膜５７に遮光されるため、遮光膜５７と基板５０表面との距離が近くなる。したがって、遮光膜５７に電位がかけられる場合、その影響がＯＢ画素領域４８の光電変換部５１に暗電流が発生するおそれがある。
【０１１１】
しかしながら、本実施形態例の固体撮像装置では、ＯＢ画素領域４８において、遮光膜５７と基板５０との間に反射防止膜５８が形成されておらず、遮光膜５７と基板５０との間には、シリコン酸化膜のみが形成される構成とされている。このため、遮光膜５７からの影響により、基板５０と遮光膜５７との間の層に電荷がチャージされてしまうのを防ぐことができ、ＯＢ画素領域４８における暗電流の発生を抑制することができる。
【０１１２】
本開示は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０１１３】
さらに、本開示は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１１４】
また、本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【０１１５】
〈５．第５の実施形態：電子機器〉
次に、本開示の第５の実施形態に係る電子機器について説明する。図２８は、本開示の第５の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
【０１１６】
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置２０３と、光学レンズ２０１と、シャッタ装置２０２と、駆動回路２０５と、信号処理回路２０４とを有する。本実施形態例の電子機器２００は、固体撮像装置２０３として上述した本開示の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
【０１１７】
光学レンズ２０１は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置２０３の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置２０３内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２０２は、固体撮像装置２０３への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２０５は、固体撮像装置２０３の転送動作およびシャッタ装置２０２のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２０５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置２０３の信号転送を行なう。信号処理回路２０４は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【０１１８】
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置２０３においてＯＢ画素領域における暗電流の抑制が図られるため、画質の向上が図られる。
【０１１９】
固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
【０１２０】
本実施形態例においては、固体撮像装置２０３として、第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２〜第４の実施形態で製造した固体撮像装置を用いることもできる。
【符号の説明】
【０１２１】
１・・・固体撮像装置、２・・・画素、３・・・ギャップ部、４・・・撮像領域、５・・・垂直転送部、６・・・水平転送部、７・・・出力部、８・・・ＯＢ画素領域、９・・・有効画素領域、１０・・・基板、１１・・・光電変換部、１２・・・転送チャネル部、１３・・・チャネルストップ部、１４・・・ゲート絶縁膜、１５ａ・・・第１転送電極、１５ｂ・・・第２転送電極、１６・・・コンタクト部、１６ａ・・・コンタクトホール、１７ａ・・・第１制御配線、１７ｂ・・・第２制御配線、１８・・・コンタクト部、１８ａ・・・コンタクトホール、１９・・・遮光膜、１９ａ・・・開口部、１９ｂ・・・分離部、２０・・・反射防止膜、２１・・・光導波路、２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・絶縁膜、２３・・・溝部、２４・・・配線層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域と、
前記撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、前記撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備え、
前記ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、前記遮光膜と前記基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記遮光膜は前記読み出し電極に接続され、前記読み出し電極に所望の電位を供給する制御配線を兼ねる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記有効画素領域に形成された前記光電変換部の直上のシリコン酸化膜層内においてのみ、反射防止膜が成膜されている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ＯＢ画素領域における遮光膜は、前記有効画素領域の光電変換部を囲む遮光膜よりも、基板から離れた位置に形成されている
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記読み出し電極及び遮光膜は、Ｗ、Ａｌ、Ｒｕ、又はこれらを含む合金材料で構成されている
請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記読み出し電極及び遮光膜の下層には、金属材料で構成され、２層以上の積層構造とされたバリアメタル膜が形成されている
請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
有効画素領域及びＯＢ画素領域からなる撮像領域に、受光する光の光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換部を備える基板を準備する工程と、
前記基板上部に、ゲート絶縁膜を介して、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を形成する工程と、
前記読み出し電極部上部に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
前記ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で、前記絶縁膜上部に、有効画素領域における光電変換部を開口し、ＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜を形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記遮光膜を形成する工程の前に、前記有効画素領域の光電変換部上部に反射防止膜を形成する工程を有する
請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記遮光膜は、前記読み出し電極と電気的に接続して形成する
請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜を形成した後、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の光電変換部上の絶縁膜に所望の深さの溝部を形成し、
前記遮光膜は、前記溝部の形状に沿って前記絶縁膜上に形成する
請求項７〜９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜を形成した後、前記有効画素領域の光電変換部上部における絶縁膜にのみ、所望の深さの溝部を形成し、
前記遮光膜は、前記溝部の形状に沿って前記絶縁膜上に形成する
請求項７〜９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
光学レンズと、
基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域と、前記撮像領域の有効画素領域における光電変換部を開口し、前記撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備え、前記ＯＢ画素領域において、前記遮光膜と前記基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている固体撮像装置であって、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【請求項１】
基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域と、
前記撮像領域の有効画素領域における光電変換部上部に開口部を有し、前記撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備え、
前記ＯＢ画素領域の光電変換部上部において、前記遮光膜と前記基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記遮光膜は前記読み出し電極に接続され、前記読み出し電極に所望の電位を供給する制御配線を兼ねる
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記有効画素領域に形成された前記光電変換部の直上のシリコン酸化膜層内においてのみ、反射防止膜が成膜されている
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記ＯＢ画素領域における遮光膜は、前記有効画素領域の光電変換部を囲む遮光膜よりも、基板から離れた位置に形成されている
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記読み出し電極及び遮光膜は、Ｗ、Ａｌ、Ｒｕ、又はこれらを含む合金材料で構成されている
請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記読み出し電極及び遮光膜の下層には、金属材料で構成され、２層以上の積層構造とされたバリアメタル膜が形成されている
請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
有効画素領域及びＯＢ画素領域からなる撮像領域に、受光する光の光量に応じた信号電荷を生成、蓄積する光電変換部を備える基板を準備する工程と、
前記基板上部に、ゲート絶縁膜を介して、前記光電変換部に蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を形成する工程と、
前記読み出し電極部上部に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
前記ＯＢ画素領域における光電変換部上部にシリコン酸化膜からなる絶縁膜のみが形成されている状態で、前記絶縁膜上部に、有効画素領域における光電変換部を開口し、ＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜を形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記遮光膜を形成する工程の前に、前記有効画素領域の光電変換部上部に反射防止膜を形成する工程を有する
請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記遮光膜は、前記読み出し電極と電気的に接続して形成する
請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記絶縁膜を形成した後、前記有効画素領域及び前記ＯＢ画素領域の光電変換部上の絶縁膜に所望の深さの溝部を形成し、
前記遮光膜は、前記溝部の形状に沿って前記絶縁膜上に形成する
請求項７〜９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記絶縁膜を形成した後、前記有効画素領域の光電変換部上部における絶縁膜にのみ、所望の深さの溝部を形成し、
前記遮光膜は、前記溝部の形状に沿って前記絶縁膜上に形成する
請求項７〜９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
光学レンズと、
基板に形成されたフォトダイオードからなる光電変換部と、光電変換部で生成、蓄積された信号電荷を読み出すための読み出し電極を備えた画素が複数形成された撮像領域と、前記撮像領域の有効画素領域における光電変換部を開口し、前記撮像領域のＯＢ画素領域における光電変換部を遮光する遮光膜とを備え、前記ＯＢ画素領域において、前記遮光膜と前記基板との間に成膜される膜は、シリコン酸化膜のみで構成されている固体撮像装置であって、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【公開番号】特開２０１２−１５６３３４（Ｐ２０１２−１５６３３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５２０（Ｐ２０１１−１４５２０）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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