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JP2005086186A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

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JP2005086186A JP2003320227A JP2003320227A JP2005086186A JP 2005086186 A JP2005086186 A JP 2005086186A JP 2003320227 A JP2003320227 A JP 2003320227A JP 2003320227 A JP2003320227 A JP 2003320227A JP 2005086186 A JP2005086186 A JP 2005086186A
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俊寛 栗山
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Abstract

【課題】 本発明の目的は、ゲート電極の動作を遅延させることなく、かつ斜光がフォトダイオードに入射することを防止できる固体撮像装置を提供することである。
【解決手段】 本発明に係る固体撮像装置では、受光素子５４は、半導体基板５１に規定された受光領域において、等間隔にマトリクス状に形成され、受光可能な領域である受光部を含み、複数の読出し電極５３は、複数の受光素子５４に対応して半導体基板５１上に設けられ、各当該受光素子５４が発生した電荷を読出し、複数の配線５７は、複数の読出し電極５３を覆い、かつ読出し電極５３に電圧を印加し、複数の反射壁６２は、各受光素子５４のそれぞれの間を仕切るように配線５７の上の領域に格子状に形成され、半導体基板５１に対して上方から入射してくる光の一部を、各受光素子５４の受光部に反射している。そして、複数の反射壁６２は、複数の配線５７と電気的に絶縁されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体撮像装置に関する発明であって、より特定的には、複数の受光素子がマトリクス状に形成された固体撮像装置に関する発明である。
ＣＣＤに代表される固体撮像装置において、斜め上方から入射してくる斜光を効率よく受光素子に集光するために、図２１に示すような反射壁が設けられたものが存在する。以下に、図２１を用いて、当該固体撮像装置について説明する。
図２１に示す固体撮像装置は、半導体基板５０１、ゲート絶縁膜５０２、ゲート電極５０３、フォトダイオード５０４、電荷転送部５０５、層間絶縁膜５０６、遮光膜５０７、絶縁膜５０９、層内レンズ５１０、平坦化膜５１１、反射壁５１２、カラーフィルタ５１３およびオンチップマイクロレンズ５１４を備える。
半導体基板５０１には、フォトダイオード５０４および電荷転送部５０５が形成される。半導体基板５０１の表面は、ゲート絶縁膜５０２に覆われており、当該ゲート絶縁膜５０２の上には、ゲート電極５０３が形成される。当該ゲート電極５０３上には、層間絶縁膜５０６が形成され、さらに、当該ゲート絶縁膜５０２および層間絶縁膜５０６を覆うように、遮光膜５０７が形成される。なお、フォトダイオード５０４の上部には当該フォトダイオード５０４が受光できるように開口された開口部５１５が存在する。
また、遮光膜５０７上には、絶縁膜５０９が形成されている。絶縁膜５０９上には、層内レンズ５１０および平坦化膜５１１が形成される。また、遮光膜５０７上には、それぞれの画素を仕切るように金属の反射壁５１２が形成される。また、当該平坦化膜５１１上には、カラーフィルタ５１３が形成されている。当該カラーフィルタ５１３の上には、各フォトダイオード５０４に対応させて、オンチップマイクロレンズ５１４が形成される。
ここで、上記反射壁５１２について図２２を参照しながら詳しく説明する。図２２は、固体撮像装置を半導体基板５０１の上方から見たときの図である。また、図２１は、図２２のＸ−Ｘ’における断面構造を示している。なお、図２２には、ゲート電極５０３、遮光膜５０７、反射壁５１２および開口部５１５のみが記載されている。また、説明の簡略化のため、図２２に示す固体撮像装置は、６×４の固体撮像装置である。
図２２に示すように、反射壁５１２は、開口部５１５を取り囲むように、遮光膜５０７上において格子状に等間隔に形成される。このように、上記従来の固体撮像装置では、遮光膜５０７上に画素を取り囲むように反射壁５１２が配置されことにより、図２１に示すように、斜め上方から入射してくる斜光を、開口部５１５に集光することが可能となる。その結果、固体撮像装置の受光感度が向上する（特許文献１参照）。
ところで、上述したような固体撮像装置では、フォトダイオード５０４がマトリクス状に配置された受光領域の中心部におけるゲート電極５０３に印加される電圧が降下してしまい、ゲート電極５０３の動作に遅延が生じるという問題がある。以下に、図２２を用いて詳しく説明する。
ゲート電極５０３に対して電圧を印加する場合には、フォトダイオード５０４がマトリクス状に配置された受光領域の端からはみ出したゲート電極５０３の部分（図２２の丸で囲われた部分）に電圧を印加しなければならなかった。これは、受光領域内では、ゲート電極５０３が遮光膜５０７により覆われていたり、ゲート電極５０３の上の領域にレンズが存在したりするからである。
ここで、ゲート電極５０３は、比較的高抵抗なポリシリコンにより形成される。そのため、図２２に示すようにゲート電極５０３の端の方にしか電圧が印加されないと、電圧が印加された場所から離れた場所（例えば、受光領域の中心部）のゲート電極５０３では、印加された電圧が降下してしまう。その結果、ゲート電極５０３の信号電荷を読み出すための動作が遅延したり、読み出された信号電荷を転送するに必要なポテンシャルが、形成されないなどの問題がある。
上記動作遅延の問題に対して、特許文献２や特許文献３に示す固体撮像装置が存在する。以下に、当該固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。図２３は、当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。また、図２４は、当該固体撮像装置を、半導体基板５０１の上方からみたときの図である。なお、図２３は、図２４のＹ−Ｙ’における断面構造を示している。
図２３に示す固体撮像装置は、遮光膜５０７とゲート電極５０３とを接続するコンタクト５０８が形成されている点において図２１の固体撮像装置と異なる。このようなコンタクト５０８は、図２４に示すように、固体撮像装置の受光領域の全面に周期的に形成される。さらに、図２３に示す固体撮像装置は、遮光膜５０７が配線の役割を兼ねている点においても、図２１の固体撮像装置と異なる。以上のように構成された図２３に示す固体撮像装置について、以下にゲート電極５０３への電圧の印加について説明する。
まず、ゲート電極５０３の電圧は、図２４において、遮光膜５０７の上端や下端に印加される。遮光膜５０７に電圧が印加されると、コンタクト５０８を介して、ゲート電極５０３に電圧が印加される。これにより、ゲート電極５０３は、フォトダイオード５０４が発生した信号電荷を読み出すことができる。
ここで、上記遮光膜５０７は、Ｗ（タングステン）等の金属により形成される。Ｗ等の金属の抵抗値は、ポリシリコンの抵抗値よりも小さな抵抗値である。そのため、遮光膜５０７の上端や下端に電圧が印加されたとしても、当該遮光膜５０７の中央部において大きく電圧が降下するという問題が発生しない。すなわち、各コンタクト５０８には、略等しい大きさの電圧が印加されるととなり、各ゲート電極５０３に対しても略等しい電圧が印加されることとなる。これにより、ゲート電極５０３の動作遅延の問題は解決される。
特開２００１−７７３３９号公報 特開平６−１６９０７９号公報 特開平９−３３１０５５号公報
しかしながら、図２３に示す固体撮像装置には、図２１に示すような反射壁５１２を設置することができないという問題が存在する。以下に、詳しく説明する。
図２１に示すように、反射壁５１２は、遮光膜５０７に接触するように配置される。これに対して、図２３に示す固体撮像装置では、遮光膜５０７は、ゲート電極５０３に電圧を印加するための配線を兼ねている。そのため、図２３に示す固体撮像装置において、図２２に示すような格子状の反射壁５１２を、遮光膜５０７に接触させた状態で配置してしまうと、各遮光膜５０７が電気的に接続されてしまう。すなわち、全てのゲート電極５０３が電気的に接続されてしまうことになる。その結果、固体撮像装置は、正常に動作することができなくなってしまう。
そこで、本発明の目的は、ゲート電極の動作を遅延させることなく、かつ斜光がフォトダイオードに入射することを防止できる固体撮像装置を提供することである。
本発明に係る固体撮像装置では、受光素子は、半導体基板に規定された受光領域において、等間隔にマトリクス状に形成され、受光可能な領域である受光部を含んでおり、読出し電極は、複数の受光素子に対応して半導体基板上に設けられ、各当該受光素子が発生した電荷を読出し、複数の配線は、複数の読出し電極を覆い、かつ読出し電極に電圧を印加し、複数の反射壁は、各受光素子のそれぞれの間を仕切るように配線の上の領域に格子状に形成され、半導体基板に対して上方から入射してくる光の一部を、各受光素子の受光部に反射し、複数の前記反射壁は、さらに、複数の前記配線と電気的に絶縁されていることを特徴とする。
なお、複数の反射壁の下面と、複数の配線の上面との間には、絶縁膜が形成されていてもよい。
また、複数の反射壁は、当該受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、受光部の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成され、受光素子を挟んで互いに対向する反射壁同士の中点と、当該受光素子の受光部の中心とのずれ量は、受光領域の中心からの距離に応じた大きさであることが望ましい。さらに、受光素子を挟んで互いに対向する反射壁同士の中点と、当該開口領域の中心とのずれ量は、受光領域の中心から離れるに従って大きくなることが望ましい。
また、反射壁は、鉛直方向の断面構造が、上方から下方に向かって幅が狭くなる構造を有していてもよい。
また、複数の反射壁で囲まれた領域であって、かつ受光素子の上のそれぞれの領域に、当該受光素子に光を集光するために配置される複数の層内レンズがさらに設けられていてもよい。なお、この場合、複数の層内レンズの中心は、受光素子の受光部の中心に対して受光領域の中心方向に、当該受光領域の中心からの距離に応じたずれ量でずらされていることが望ましい。
また、複数の反射壁の上の領域に形成されるカラーフィルタと、当該カラーフィルタの上に、受光素子のそれぞれに対応して形成される複数のマイクロレンズとがさらに設けられていてもよい。この場合、複数の前記マイクロレンズの中心は、受光素子の受光部の領域の中心に対して受光領域の中心方向に、当該受光領域の中心からの距離に応じたずれ量でずらされていることが望ましい。
また、本発明は、上記固体撮像装置のみならず、上記固体撮像装置を製造する方法に対しても向けられている。具体的には、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、半導体基板上に規定された受光領域において、マトリクス状であってかつ等間隔に、受光可能な領域である受光部を含む複数の受光素子を形成し、複数の受光素子が発生する信号電荷を読み出す複数の読出し電極を、各当該受光素子に対応させて形成し、読出し電極を覆う層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜に対して、コンタクトを形成し、複数の読み出し電極を覆い、当該複数の読出し電極とコンタクトを介して接続された複数の金属配線を形成し、複数の金属配線および複数の受光素子上に絶縁膜を堆積し、絶縁膜上に、各受光素子のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつ保護マスクを形成し、保護マスクを用いて、格子状の開口領域の下に存在する絶縁膜をエッチング除去して、各受光素子のそれぞれを仕切る格子状の溝を、配線の上の領域に形成し、格子状に形成された溝に対して、金属を埋めこみ、金属が埋めこまれた溝と、絶縁膜とを覆うように、カラーフィルタを形成するようにしている。そして、絶縁膜をエッチング除去する工程では、配線上に、当該絶縁膜の一部が残るように格子状の溝を形成するようにしている。
また、絶縁膜を堆積する工程は、第１のエッチングレートを有する第１の絶縁膜を堆積し、第１のエッチングレートよりも大きなエッチングレートを有する第２の絶縁膜を、第１の絶縁膜上に堆積するようにしてもよい。
保護マスクの格子状の開口領域は、配線における各受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、各受光素子の受光部の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成されており、金属配線における各受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点と、各受光素子の受光部の中心とのずれ量は、受光領域の中心からの距離に応じたずれ量であることが望ましい。
また、本発明の他の局面に係る固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板上に規定された受光領域において、マトリクス状であってかつ等間隔に、受光可能な領域である受光部を含んだ複数の受光素子を形成し、複数の受光素子が発生する信号電荷を読み出す複数の読出し電極を、各当該受光素子に対応させて形成し、読出し電極を覆う層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜に対して、コンタクトを形成し、複数の読み出し電極を覆い、当該複数の読出し電極とコンタクトを介して接続された金属配線を形成し、金属配線および複数の受光素子上に絶縁膜を堆積し、絶縁膜上に、各受光素子のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつ保護マスクを形成し、保護マスクを用いて、格子状の開口領域の下に存在する絶縁膜をエッチング除去して、各受光素子のそれぞれを仕切る格子状の溝を、配線の上の領域に形成し、溝の側壁および底面を覆う光透過性絶縁膜を形成し、光透過性絶縁膜に覆われた溝に対して、金属を埋めこみ、金属が埋めこまれた溝と、絶縁膜とを覆うように、カラーフィルタを形成するようにしている。
本発明に係る固体撮像装置によれば、反射壁が設けられているので、斜光が隣の画素に入射することを防止できると共に、当該斜光を効率よく受光素子に集めることが可能となる。また、配線により読出し電極に対して電圧を印加することが可能となるので、読出し電極の動作遅延を抑制することが可能となる。さらに、配線と反射壁とは、互いに絶縁されているので、固体撮像装置が正常に動作することが可能となる。以下に詳しく説明する。
上記読出し電極は、一般的には比較的高抵抗なポリシリコンにより形成される。そして、固体撮像装置においては、読出し電極を動作させるための電圧は、当該読出し電極の端の方に印加される。そのため、当該読出し電極の中央部付近では、印加された電圧が降下してしまい、その動作が遅れてしまうという問題があった。
しかしながら、上記のように、配線を用いて読出し電極に電圧を印加することにより、読出し電極の中央部付近において生じる電圧の降下を抑制することが可能となる。その結果、上記読出し電極の動作遅延の問題が解消される。
本発明に係る固体撮像装置は、反射壁が、受光領域の中心方向にずらされた状態で形成されるので、受光領域の中心部と、中心部以外の周辺領域との受光感度の差を小さくすることが可能となる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、受光領域の中心からの距離が大きくなれば、反射壁のずれ量が大きくなる。ここで、受光領域の端の方にいくにしたがって、斜光の量の割合は多くなる。そのため、受光領域の中心からの距離に応じて、上記ずれ量を大きくすることにより、より効果的に受光領域の中心部とその周辺領域との受光感度の差をなくすことが可能となる。
また、反射壁が、上方から下方に向かって幅が小さくなる断面構造をとることにより、斜光をより下向きに反射させることが可能となる。その結果、受光素子に効率よく光を集めることが可能となる。
また、層内レンズが配置されることにより、受光素子に効率よく光を集めることができる。さらに、当該層内レンズの中心が、開口領域の中心に対して受光領域の中心方向ずらされていることにより、斜光をより効率よく受光素子に集めることが可能となる。
また、オンチップマイクロレンズが設けられることにより、受光素子に効率よく光を集めることが可能となる。さらに、当該オンチップマイクロレンズの中心が、開口領域の中心に対して受光領域の中心方向にずらされていることにより、斜光をより効率よく受光素子に集めることが可能となる。
また、本発明は、固体撮像装置のみならず、当該固体撮像装置の製造方法に対しても向けられており、当該固体撮像装置の製造方法により、本発明の固体撮像装置を製造することが可能となる。
なお、第１のエッチングレートを有する第１の絶縁膜を堆積した後に、第１のエッチングレートよりも大きなエッチングレートを有する第２の絶縁膜を第１の絶縁膜上に堆積している。そのため、反射壁を形成するための溝を形成する際に、このエッチングレートの差により、溝の形成速度を鈍らせることが可能である。その結果、厳密な処理時間の制御をすることなく、配線まで到達しない溝を形成することが可能となる。
また、反射壁の周りに絶縁膜を形成している。そのため、配線に到達するほどの溝が形成されていたとしても、反射壁と配線とが電気的に接続されることがなくなる。そのため、溝の形成時に、当該溝の深さに留意する必要がなくなる。その結果、厳密な処理時間の制御をすることなく、配線まで到達しない溝を形成することが可能となる。
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示した図である。図２は、図１に示す固体撮像装置の一画素における、断面構造を示した図である。
本実施形態に係る固体撮像装置は、図１に示すように、受光部１、垂直ＣＣＤシフトレジスタ２および水平ＣＣＤシフトレジスタ３を備える。
受光部１は、フォトダイオード等の受光素子を含んでおり、図１に示すように、長方形の受光領域において等間隔にマトリクス状に配置される。そして、当該受光部１は、外部から入射してくる光の強度に応じた電荷量の信号電荷を発生する。垂直ＣＣＤシフトレジスタ２は、複数の受光素子１のそれぞれの列の間に縦方向に配置され、各受光部１が発生した信号電荷を図１の垂直方向に転送する。水平ＣＣＤシフトレジスタ３は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ２から転送されてきた信号電荷を図１の水平方向に転送して、固体撮像装置外へと転送する。
次に、図１に示す固体撮像装置の画素の断面構造について、図２を用いて説明する。図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素は、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５６、遮光膜５７、コンタクト５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、反射壁６２、カラーフィルタ６３およびオンチップマイクロレンズ６４を備える。
半導体基板５１には、複数のフォトダイオード５４が等間隔にマトリクス状に形成される。なお、当該フォトダイオード５４は、図２の上方から入射してくる光の強度に応じた電荷量を有する信号電荷を発生する。さらに、フォトダイオード５４の左隣には、当該フォトダイオード５４に離間した状態で、電荷転送部５５が形成される。当該電荷転送部５５は、図１の水平ＣＣＤシフトレジスタ３の一部を構成する。
半導体基板５１上には、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜５２が形成される。また、当該ゲート絶縁膜５２上であって、電荷転送部５５の真上には、ポリシリコンのゲート電極５３が形成される。当該ゲート電極５３は、フォトダイオード５４が発生した信号電荷を読み出して、電荷転送部５５へと出力する。また、ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５６が形成される。さらに、層間絶縁膜５６を覆うように、遮光膜５７が形成される。当該遮光膜５７は、ゲート電極５３に光が入射することを防止するための膜であり、例えば、Ｗ（タングステン）により形成される。なお、フォトダイオード５４の上には、開口部６５が設けられる。これは、フォトダイオード５４に光を入射させるために形成されるものであり、各フォトダイオード５４の真上にマトリクス状に等間隔に形成される。
また、遮光膜５７とゲート電極５３とは、コンタクト５８を介して接続されている。そして、本実施形態に係る遮光膜５７は、読出し電極に電圧を印加するための配線としての役割も果す。
また、遮光膜５７および開口部６５上には、絶縁膜５９が形成される。当該絶縁膜５９は、光透過性を有し、例えば、ＣＶＤ法により成膜されるＢＰＳＧ膜により形成される。絶縁膜５９上であって、開口部６５の上の領域には、層内レンズ６０が形成される。当該層内レンズ６０は、上方から入射してくる光をフォトダイオード５４に集光するためのレンズである。さらに、当該層内レンズ６０および絶縁膜５９上には、シリコン酸化膜の平坦化膜６１が形成される。当該平坦化膜６１は、光透過性を有し、層内レンズ６０よりも小さな屈折率を有する。
また、平坦化膜６１中および絶縁膜５９中には、金属（例えばＷおよびＴｉ（チタン））の反射壁６２が、遮光膜５７と接触しないように形成される。当該反射壁６２は、上方から入射してくる光の一部（具体的には、斜光）を、開口部６５方向へと反射する役割を果たす。ここで、図３を用いて、本実施形態の特徴部分である反射壁６２の配置について詳しく説明する。ここで、図３は、本実施形態に係る固体撮像装置を半導体基板５１の上方からみたときの図である。なお、図３では、ゲート電極５３、遮光膜５７、コンタクト５８および開口部６５のみが記載されている。また、図３のＡ−Ａ’の断面構造を示した図が、図２である。
図３に示すように、遮光膜５７は、半導体基板５１の上方からみたときに、格子状となるように等間隔に形成される。そして、各開口部６５は、ゲート電極５３と遮光膜５７とにより囲まれている。このような構成をとることにより、本実施形態に係る固体撮像装置は、斜光を開口部６５に集光している。
以上のような構成を有する固体撮像装置について、以下にその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図４〜７は、本実施形態に係る固体撮像装置を製造する各過程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。
まず、半導体基板５１上に、等間隔にマトリクス状となるようにフォトダイオード５４を形成する。さらに、当該フォトダイオード５４に対応するように、電荷転送部５５をフォトダイオード５４の隣に離間させて形成する。その後、半導体基板５１上にシリコン酸化膜のゲート絶縁膜５２をＣＶＤ法により形成する。これにより、固体撮像装置は、図４（ａ）に示すような断面構造を有するようになる。
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５２上であってかつ電荷転送部５５の真上の領域に、ポリシリコンのゲート電極５３を形成する。具体的には、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を堆積後、所定領域のポリシリコン膜を選択的にドライエッチングにより除去することにより、当該ゲート電極５３は形成される。
ゲート電極５３が形成されると、当該ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５６が形成される。
層間絶縁膜５６を形成すると、図４（ｃ）に示すように、当該層間絶縁膜５６上にレジストを形成する。当該レジストは、層間絶縁膜５６のコンタクト５８が形成されるべき位置に開口領域を有している。
レジストの形成が完了すると、当該レジストを保護マスクとして、ドライエッチングを施して、層間絶縁膜５６の一部を除去する。この後、アッシング処理等により、レジストを除去する。これにより、図４（ｄ）に示すように、コンタクト５８を形成するためのコンタクトホールが形成される。なお、ドライエッチングに用いられる反応ガスとしては、例えば、ＣＦ系のガスが挙げられる。
次に、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）で形成したコンタクトホールに金属（例えば、Ｗ）の埋め込みを行う。具体的には、ＣＶＤ法などによりＷ薄膜をコンタクトホールおよび層間絶縁膜５６上に堆積した後、ウエットエッチング等により、コンタクトホールからはみ出したＷを除去する。これにより、コンタクト５８の形成が完了する。
コンタクト５８の形成が完了すると、層間絶縁膜５６を覆うように遮光膜５７を形成する。具体的には、層間絶縁膜５６およびゲート絶縁膜５２を覆うようにＷの薄膜をＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法により形成する。その後、フォトダイオード５４の上部に位置するＷの薄膜をドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、コンタクト５８が形成されると共に、開口部６５が形成され、固体撮像装置の断面構造は、図５（ｆ）に示す構造をとるようになる。
次に、遮光膜５７および開口部６５上にＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積する。その後、加熱処理によりＢＰＳＧ膜をリフローして、その表面を平坦化する。これにより、絶縁膜５９が形成され、固体撮像装置は、図５（ｇ）に示すような断面構造を有するようになる。
絶縁膜５９を形成すると、当該絶縁膜５９上であって、開口部６５の上の領域に対して、窒化シリコンの層内レンズ６０を形成する。さらに、当該層内レンズ６０上に、シリコン酸化膜をＣＶＤ法により堆積する。この後、当該シリコン酸化膜の表面を、ＣＭＰ法により平坦化することにより、平坦化膜６１を形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ｈ）に示す断面構造を有するようになる。
次に、平坦化膜６１上に、各開口部６５のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつレジスト膜を形成する。この後、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングを行って、当該保護マスクの開口領域下に存在する平坦化膜６１および絶縁膜５９を選択的に除去する。これにより、図６（ｉ）に示すように、溝７５が形成される。なお、溝７５の底部が遮光膜５７に到達しないように、処理時間等のエッチング条件が制御される。また、当該溝７５は、その幅が約１μｍ以下となるように形成される。
溝７５を形成されると、図６（ｊ）に示すようにＰＶＤ法により、Ｔｉ膜１２２を堆積する。その後、図６（ｋ）に示すように、Ｔｉ膜１２２上にＷ膜１２１をＣＶＤ法により堆積する。Ｔｉ膜１２２およびＷ膜１２１の堆積を完了すると、溝７５からはみだしたＴｉ膜１２２およびＷ膜１２１をＣＭＰ法あるいはエッチバック法により除去する。これにより、図７（ｌ）に示すように、反射壁６２が形成される。
反射壁６２の形成が完了すると、反射壁６２および平坦化膜６１上にカラーフィルタ６３を形成する。具体的には、染色法やカラーレジスト塗布により、カラーコーディングに沿った３〜４層の膜を堆積する。最後に、当該カラーフィルタ６３上にオンチップマイクロレンズ６４を形成する。具体的には、熱溶融性透明樹脂やその上部のレジスト熱リフロー転写により、オンチップマイクロレンズ６４を形成する。これにより、図７（ｉ）に示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、ゲート電極の動作遅延を抑制することが可能となる。以下に詳しく説明する。
従来の固体撮像装置では、受光素子がマトリクス状に配置された受光領域の端からはみ出したゲート電極に対して、電圧が印加されていた。ゲート電極は、比較的高抵抗なポリシリコンにより形成されている。そのため、電圧が印加された場所からはなれた場所では、電圧降下が発生する。このような電圧降下の発生は、ゲート電極がフォトダイオードから信号電荷を読み出すための動作において遅延を発生させる。
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、受光領域全体に周期的に形成されたコンタクトにより、遮光膜とゲート電極とが接続されている。そして、遮光膜に電圧を印加することにより、ゲート電極に対して電圧を印加している。
ここで、遮光膜は、ゲート電極を構成するポリシリコンよりも低抵抗である金属により形成されている。そのため、遮光膜の受光領域の端からはみ出した部分に対して電圧が印加されたとしても、当該遮光膜の中心部において電圧が大きく降下することがない。その結果、ゲート電極の動作遅延の発生が抑制される。
また、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、開口部を囲むように遮光膜が設けられているので、斜光を効率よく開口部に集めることが可能となる。また、遮光膜と反射壁とが接触しないように形成されているので、各遮光膜は、互いに電気的に接続されることがなくなる。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、ゲート電極が誤動作しない。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の絶縁膜５９の上に当該絶縁膜５９とエッチングレートの異なる絶縁膜７０が形成されている点において、第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる。なお、これ以外の点については、第１の実施形態および第２の実施形態ともに同じである。図８は、本実施形態に係る固体撮像装置の一画素の断面構造を示した図である。
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成は、第１の実施形態と同様に図１に示される。そのため、当該固体撮像装置の全体構成についてのこれ以上の詳細な説明については省略する。
本実施形態に係る固体撮像装置の画素は、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５６、遮光膜５７、コンタクト５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、反射壁６２、カラーフィルタ６３、オンチップマイクロレンズ６４および絶縁膜７０を備える。ここで、絶縁膜７０以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
絶縁膜７０は、絶縁膜５９よりも大きなエッチングレートを有する材質により形成される。なお、当該絶縁膜７０の材質としては、エッチングガスがＣＦ系のガスであり、絶縁膜５９が酸化シリコンまたは酸窒化シリコンである場合には、窒化シリコンが挙げられる。また、反射壁６２は、その底面が絶縁膜７０の底面と一致するように形成される。
以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置において、以下にその製造方法について図面を参照しながら説明する。図９および図１０は、本実施形態に係る固体撮像装置を製造する際の工程断面図である。なお、本実施形態に係る固体撮像装置の製造において、図９に示す工程以前の工程については、第１の実施形態の図４に示す工程と同じである。そこで、以下の説明では、図４を援用する。
まず、半導体基板５１上に、等間隔にマトリクス状となるようにフォトダイオード５４を形成する。さらに、当該フォトダイオード５４に対応するように、電荷転送部５５をフォトダイオード５４の隣に離間させて形成する。その後、半導体基板５１上にシリコン酸化膜のゲート絶縁膜５２を形成する。これにより、固体撮像装置は、図４（ａ）に示すような断面構造を有するようになる。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５２上であってかつ電荷転送部５５の真上の領域に、ポリシリコンのゲート電極５３を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
ゲート電極５３が形成されると、当該ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５６が形成される。層間絶縁膜５６を形成すると、図４（ｃ）に示すように、当該層間絶縁膜５６上にレジストを形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｄ）に示すように、コンタクト５８を形成するためのコンタクトホールを形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）で形成したコンタクトホールに金属（例えば、Ｗ）の埋め込みを行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
コンタクト５８の形成が完了すると、図９（ｆ）に示すように、層間絶縁膜５６を覆うように遮光膜５７を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態の図５（ｆ）に示す工程と同じであるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、遮光膜５７および開口部６５上にシリコン酸化膜またはシリコン酸窒化膜をＣＶＤ法により堆積する。絶縁膜５９を形成すると、当該絶縁膜５９上に、シリコン窒化膜をＣＶＤ法により堆積する。これにより、絶縁膜７０が形成され、固体撮像装置は、図９（ｇ）に示すような断面構造を有するようになる。
絶縁膜７０の形成が完了すると、開口部６５の上の領域に対して、窒化シリコンの層内レンズ６０を形成する。さらに、当該層内レンズ６０上に、平坦化膜６１を形成する。これにより、固体撮像装置は、図９（ｈ）に示す断面構造を有するようになる。なお、本工程は、第１の実施形態の図５（ｈ）に示す工程と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、平坦化膜６１上に、各開口部６５のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつレジスト膜を形成する。この後、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングを行って、当該保護マスクの開口領域下に存在する平坦化膜６１および絶縁膜７０を選択的に除去する。これにより、図１０（ｉ）に示すように、溝７５が形成される。ここで、絶縁膜５９のエッチングレートは、絶縁膜７０のエッチングレートよりも小さい。そのため、絶縁膜７０の底部に溝７５が到達したら、当該溝７５の形成速度が鈍る。そのため、本実施形態に係る固体撮像装置では、第１の実施形態ほど処理時間を厳密に制御しなくても、溝７５が遮光膜５７に到達することがない。
溝７５を形成されると、図１０（ｊ）に示すように、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法により、溝に対してＷ膜１２１の堆積を行う。Ｗ膜の堆積が完了すると、溝７５からはみだしたＷ膜１２１をＣＭＰ法あるいはエッチバック法により除去する。これにより、図１０（ｋ）に示すように、反射壁６２が形成される。
反射壁６２の形成が完了すると、反射壁６２および平坦化膜６１上にカラーフィルタ６３を形成する。最後に、当該カラーフィルタ６３上にオンチップマイクロレンズ６４を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態の図７（ｍ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、図８に示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、ゲート電極の動作遅延を防止することができるとともに、斜光がフォトダイオードに入射することを防止することができる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、エッチングレートの異なる二層の絶縁膜が堆積されている。そのため、反射壁を形成するための溝を形成する際に、このエッチングレートの差により、溝の形成速度を鈍らせることが可能である。その結果、厳密な処理時間の制御をすることなく、遮光膜まで到達しない溝を形成することが可能となる。
なお、本実施形態では、絶縁膜７０のエッチングレートが、絶縁膜５９のエッチングレートよりも大きいとしているが、これらのエッチングレートの関係はこれに限らない。具体的には、絶縁膜７０はエッチング可能であるが、絶縁膜５９についてはエッチングできないようなエッチングガスと材質との組み合わせが適用されてもよい。また、溝の形成を絶縁膜７０の上面までとするような材料とエッチングガスとの組み合わせを適用してもよい。
また、本実施形態では、説明の簡略化のため、反射壁は、Ｗの膜で形成されるものとしたが、当該反射壁は、第１の実施形態と同様に、ＷとＴｉの二層構造であってもよい。
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、絶縁膜に覆われた溝に対して金属が埋め込まれることにより反射壁６２が形成されている点において、第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる。なお、これ以外の点については、第１の実施形態および第３の実施形態ともに同じである。図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置の一画素の断面構造を示した図である。
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成は、第１の実施形態と同様に図１に示される。そのため、当該固体撮像装置の全体構成についてのこれ以上の詳細な説明については省略する。
本実施形態に係る固体撮像装置の画素は、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５６、遮光膜５７、コンタクト５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、反射壁６２、カラーフィルタ６３、オンチップマイクロレンズ６４および絶縁膜７２を備える。ここで、絶縁膜７２以外の構成については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
絶縁膜７２は、反射壁６２と遮光膜５７とを絶縁する役割を果し、光透過性を有する絶縁性の物質により形成される。このような物質としては、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンが挙げられる。なお、当該絶縁膜７２の底面は、遮光膜５７の上面に到達していてもよいし到達していなくてもよい。
以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像装置において、以下にその製造方法について図面を参照しながら説明する。図１２および図１３は、本実施形態に係る固体撮像装置を製造する際の工程断面図である。なお、本実施形態に係る固体撮像装置の製造において、図８に示す工程以前の工程については、第１の実施形態の図４および図５に示す工程と同じである。そこで、以下の説明では、図４および図５を援用する。
まず、半導体基板５１上に、等間隔にマトリクス状となるようにフォトダイオード５４を形成する。さらに、当該フォトダイオード５４に対応するように、電荷転送部５５をフォトダイオード５４の隣に離間させて形成する。その後、半導体基板５１上にシリコン酸化膜のゲート絶縁膜５２を形成する。これにより、固体撮像装置は、図４（ａ）に示すような断面構造を有するようになる。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜５２上であってかつ電荷転送部５５の真上の領域に、ポリシリコンのゲート電極５３を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
ゲート電極５３が形成されると、当該ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５６が形成される。層間絶縁膜５６を形成すると、図４（ｃ）に示すように、当該層間絶縁膜５６上にレジストを形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｄ）に示すように、コンタクト５８を形成するためのコンタクトホールを形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、図４（ｅ）に示すように、図４（ｄ）で形成したコンタクトホールに金属（例えば、Ｗ）の埋め込みを行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
コンタクト５８の形成が完了すると、図５（ｆ）に示すように、層間絶縁膜５６を覆うように遮光膜５７を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、遮光膜５７および開口部６５上に絶縁膜５９を形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ｇ）に示すような断面構造を有するようになる。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
絶縁膜５９の形成が完了すると、開口部６５の上の領域に対して、窒化シリコンの層内レンズ６０を形成する。さらに、当該層内レンズ６０上に、平坦化膜６１を形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ｈ）に示す断面構造を有するようになる。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
次に、平坦化膜６１上に、各開口部６５のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつレジスト膜を形成する。この後、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングを行って、当該保護マスクの開口領域下に存在する平坦化膜６１および絶縁膜７０を選択的に除去する。これにより、図１２（ｆ）に示すように、溝７５が形成される。本工程により形成される溝７５の底部は、遮光膜５７の上面まで到達していてもよいし、到達していなくてもよい。
溝７５が形成されると、図１２（ｇ）に示すように、絶縁膜７２が堆積される。具体的には、ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜を、溝７５の側面および底面ならびに平坦化膜６１の表面上に堆積する。
次に、図１２（ｈ）に示すように、絶縁膜７２を覆うように、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法により、Ｗ膜１２１を堆積する。Ｗ膜の堆積が完了すると、溝７５からはみだしたＷ膜１２１および絶縁膜７２をＣＭＰ法あるいはエッチバック法により除去する。これにより、図１３（ｉ）に示すように、反射壁６２が形成される。
上記のように、溝７５を形成後に、直接反射壁６２を形成するのではなく、絶縁膜７２を形成した後に反射壁６２を形成することで、エッチング処理の処理時間を第１の実施形態のように厳密に制御する必要がなくなる。以下に、詳しく説明する。
第１の実施形態では、溝７５の形成時には、当該溝７５の底部が遮光膜５７の上面に到達しないように、処理時間等のエッチング条件を厳密に制御する必要があった。これに対して、本実施形態では、反射壁６２と遮光膜５７との間には、絶縁膜７２が形成される。そのため、溝７５の底部が遮光膜５７に到達していても、遮光膜５７と反射壁６２とが電気的に接続されてしまう恐れがない。そのため、溝７５を形成する際に、当該溝７５の底部が遮光膜５７の上面に到達するか否かに留意する必要がなくなる。その結果、溝７５の形成時に、第１の実施形態のようにエッチング処理の処理時間を厳密に制御する必要がなくなる。
反射壁６２の形成が完了すると、反射壁６２および平坦化膜６１上にカラーフィルタ６３を形成する。最後に、当該カラーフィルタ６３上にオンチップマイクロレンズ６４を形成する。なお、本工程は、第１の実施形態の図７（ｍ）と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、図１３（ｊ）に示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、ゲート電極の動作遅延を防止することができるとともに、斜光がフォトダイオードに入射することを防止することができる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、反射壁の周りに絶縁膜が形成されている。そのため、遮光膜に到達するほどの溝が形成されていたとしても、反射壁と遮光膜とが電気的に接続されることがなくなる。そのため、溝７５の形成時に、当該溝７５の深さに留意する必要がなくなる。その結果、厳密な処理時間の制御をすることなく、遮光膜まで到達しない溝を形成することが可能となる。
また、本実施形態では、説明の簡略化のため、反射壁は、Ｗの膜で形成されるものとしたが、当該反射壁は、第１の実施形態と同様に、ＷとＴｉの二層構造であってもよい。
（第４の実施形態）
以下に、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、受光素子が形成された受光領域の中心領域とその周辺領域との間で発生する受光感度のばらつきを軽減することができる固体撮像装置である。
まず、受光領域の中心領域とその周辺領域との間で発生する受光感度のばらつきについて図面を参照しながら詳しく説明する。図１４は、固体撮像装置が組み込まれた、光学レンズを有するカメラ装置における受光感度の分布を示したグラフである。なお、縦軸は、受光感度を示しており、横軸は、固体撮像装置の左右の位置を示している。
まず、固体撮像装置内の各画素に入射する光では、画素の位置と入射角との間において一定の傾向が存在する。具体的には、固体撮像装置の中心付近に位置する画素では、真上方向から入射してくる光（図２１のαの光）の割合が、他の角度で入射してくる光の割合よりも高い。一方、固体撮像装置の右側の領域に位置する画素では、左斜め上方向から入射してくる光（図２１のβの光）の割合が、他の方向から入射してくる光の割合よりも高い。また、固体撮像装置の左側の領域に位置する画素では、右斜め上方向から入射してくる光（図２１のγの光）の割合が、他の方向から入射してくる光の割合よりも高い。
ここで、固体撮像装置に真上から入射してくる光は、オンチップマイクロレンズ５１４および層内レンズ５１０により集光されて、高効率でフォトダイオード５０４に入射する。一方、斜光は、反射壁５１２で反射したとしても、全てがフォトダイオード５０４に入射するわけではなく、その一部は、遮光膜５０７等の存在によりフォトダイオード５０４への入射が妨げられてしまう。すなわち、斜光がフォトダイオード５０４に入射する確率は、真上から入射してくる光がフォトダイオード５０４に入射する確率よりも低い。そのため、斜光の割合が高い右側の領域の画素や左側の領域の画素では、斜光が少ない中央部の画素よりも受光感度が低くなってしまう。具体的には、図１４に示すように、固体撮像装置の右端および左端の画素では、受光感度が低くなり、固体撮像装置の中央付近の画素では、受光感度が高くなる。
そこで、本実施形態に係る固体撮像装置では、受光領域内における受光感度のばらつきを低減するために、反射壁５１２を等間隔に格子状に配置するのではなく、反射壁５１２の間隔を受光領域の中心からの距離に応じて変化させている。さらに、層内レンズ５１０およびオンチップマイクロレンズ５１４の間隔についても、同様に、受光領域の中心からの距離に応じて変化させている。以下に、本実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。図１５は、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示した図である。図１６は、図１５に示す固体撮像装置の受光領域の左端の画素、中心部の画素および右端の画素における、固体撮像装置の断面構造を示した図である。
本実施形態に係る固体撮像装置は、図１５に示すように、受光部１、垂直ＣＣＤシフトレジスタ２および水平ＣＣＤシフトレジスタ３を備える。なお、受光部１、垂直ＣＣＤシフトレジスタ２および水平ＣＣＤシフトレジスタ３は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。なお、図１５中の（１）〜（３）は、受光領域の右端、中央および左端の画素の拡大図である。
次に、図１の（１）〜（３）の拡大図における断面構造について、図を用いて説明する。図１６（ａ）は、図１５の（１）の部分の断面構造を示している。図１６（ｂ）は、図１５の（２）の部分の断面構造を示している。図１６（ｃ）は、図１５の（３）の部分の断面構造を示している。図１６に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素は、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５６、遮光膜５７、コンタクト５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、反射壁６２、カラーフィルタ６３およびオンチップマイクロレンズ６４を備える。なお、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５６、遮光膜５７、コンタクト５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、カラーフィルタ６３およびオンチップマイクロレンズ６４については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。以下に、本実施形態の特徴部分である層内レンズ６０、オンチップマイクロレンズ６４および反射壁６２の配置について、詳しく説明する。なお、反射壁６２の構成等については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
本実施形態に係る固体撮像装置の反射壁６２は、開口部６５を挟んで対向するもの同士の中点が、開口部６５の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成される。具体的には、受光領域の右端の画素では、図１５の（１）および図１６（ａ）のように、反射壁６２が右方向にずれた状態となるように配置される。また、受光領域の左端の画素では、図１５の（３）および図１６（ｃ）のように、反射壁６２が左方向にずれた状態となるように配置される。なお、受光領域の中央の画素では、図１５（２）および図１６（ｂ）のように、反射壁６２と開口部６５とのずれはない。また、受光領域の上端の画素では、反射壁６２が下方向にずれた状態となるように配置され、受光領域の下端の画素では、反射壁６２が上方向にずれた状態となるように配置される。
ここで、反射壁６２のずれの大きさについて図１７を用いて説明する。図１７は、開口部６５と反射壁６２との位置関係を示した図である。なお、説明の簡略化のため、受光領域は、５×６のマトリクス構造としている。
図１７に示すように、開口部６５が等間隔にマトリクス上に形成されている。さらに、当該遮光膜５７の上の領域には、格子状に反射壁６２が形成される。そして、開口部６５を挟んで互いに対向する反射壁６２同士の中点と、当該開口部６５の中心とのずれ量は、前記受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなっている。このように、画素の端にいくにつれて中心方向に反射壁６２をずらして配置することにより、受光領域の中心から離れた位置において入射する光を効率的にフォトダイオード５４に集めることができるようになる。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図１８（ａ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置における受光領域の右端における画素の断面構造を示した図である。また、図１８（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置における受光領域の右端における画素の断面構造を示した図である。なお、説明の簡略化のため、層内レンズ６０等については、省略してある。
まず、前述の通り、受光領域の右端の画素では、左斜め上から入射してくる光の割合が多くなる。そこで、従来の固体撮像装置では、図１８（ａ）に示すように、固体撮像装置に入射してきた斜光を、反射膜５１２で開口部５１５へと反射させていた。
しかしながら、図１８（ａ）に示すように、反射膜５１２の高さには制限があるため、斜光を開口部５１５の全体へと反射させることができない。具体的には、図１８（ａ）に示すように、反射壁５１２において反射して開口部５１５に入射する光は、当該反射壁５１２のＬ２の部分で反射した光だけである。
これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、右端の画素では、反射壁６２は、左方向にずらして配置される。そのため、図１８（ｂ）に示すように、図１８（ａ）と同じ角度で入射してきた光に対して、従来よりも反射壁６２の下の部分を用いて斜光を反射することができる。そのため、開口部に入射する斜光は、反射壁６２のＬ１の部分で反射した光が入射する。ここで、図１８（ａ）と（ｂ）とを比較すると、Ｌ１＞Ｌ２の関係が成立するので、開口部６５に入射する光量は、第１の実施形態に係る固体撮像装置に比べて増加する。これにより、固体撮像装置の受光領域の中心部以外における受光感度を高めることができ、固体撮像装置の受光領域の中心部とその周辺領域との受光感度の差を小さくすることが可能となる。また、本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁６２の中心付近を用いて斜光を反射できるので、さまざまな角度で入射してきた斜光を開口部に効率よく集めることができるようになる。
以上のような構成を有する固体撮像装置について、以下にその製造方法について簡単に説明する。本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、第１の実施形態に係る固体撮像装置と略同じである。そこで、以下に、第１の実施形態と異なる工程についてのみ説明を行う。
まず、図４（ａ）〜図５（ｇ）に示す工程については、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
図５（ｇ）に示す工程において、絶縁膜５９の形成が完了すると、当該絶縁膜５９上であって、開口部６５の上の領域に対して、窒化シリコンの層内レンズ６０を形成する。当該層内レンズ６０は、開口部６５の中心に対して、受光領域の中心方向にずれた位置に形成されることが望ましい。
さらに、当該層内レンズ６０上には、シリコン酸化膜をＣＶＤ法により堆積する。この後、当該シリコン酸化膜の表面を、ＣＭＰ法により平坦化することにより、平坦化膜６１を形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ｈ）に示す断面構造を有するようになる。
次に、平坦化膜６１上に、各開口部６５のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつレジスト膜を形成する。ここで、レジスト膜の格子状の開口領域は、遮光膜５７に形成された各開口部６５を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、各開口部６５の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成される。なお、コンタクト５８の各開口部６５を挟んで互いに対向するもの同士の中点と、各開口部６５の中心とのずれ量は、受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなる。
次に、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングを行って、当該保護マスクの開口領域下に存在する平坦化膜６１および絶縁膜５９を選択的に除去する。これにより、図６（ｅ）に示すように、溝７５が形成される。この後、図６（ｊ）〜図７（ｌ）行われる工程については、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
図７（ｌ）に示す工程において、反射壁６２の形成が完了すると、反射壁６２および平坦化膜６１上にカラーフィルタ６３を形成する。具体的には、染色法やカラーレジスト塗布により、カラーコーディングに沿った３〜４層の膜を堆積する。最後に、当該カラーフィルタ６３上にオンチップマイクロレンズ６４を形成する。具体的には、熱溶融性透明樹脂やその上部のレジスト熱リフロー転写により、オンチップマイクロレンズ６４を形成する。これにより、図７（ｉ）に示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。なお、オンチップマイクロレンズ６４は、開口部６５の中心に対して、受光領域の中心方向にずれた位置に形成されることが望ましい。
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、ゲート電極の動作遅延を防止することができるとともに、斜光がフォトダイオードに入射することを防止することができる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、受光領域の中心部と、その周辺領域との間に発生する受光感度のばらつきを小さくすることができる。本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁の中心付近を用いて斜光を反射できるので、さまざまな角度で入射してきた斜光を開口部に効率よく集めることができるようになる。
なお、本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁のずれ量は、受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなるものとしているが、当該反射壁のずれ量はこれに限らない。例えば、本発明に係る固体撮像装置は、受光領域の中心部から所定距離内に存在する反射壁については、ずれ量がなく、かつ受光領域の中心部から所定距離より離れた場所に存在する反射壁については、受光領域の中心からの距離に応じたずれ量があるものであってもよい。
また、第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置として説明を行ってきたが、当該固体撮像装置は、ＭＯＳ型固体撮像装置であってもよい。
また、第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置での反射壁の断面形状は、図２に示すように、長方形であるが、当該反射壁の断面形状は、これに限らない。例えば、図１９に示すように、当該反射壁の断面形状は、その幅が上部から下部に行くにしたがって狭くなるような形状であってもよい。これにより、図１９に示すように、より効率よく斜光を開口部に集めることが可能となる。さらに、反射壁の下部の幅が狭くなるので、図２に示す反射壁よりも幅が狭くなった分だけ、反射壁を左右に大きく移動させることが可能となる。その結果、固体撮像装置の設計自由度が大きくなる。
また、第１〜第４の実施形態では、ゲート電極は、１層構造を取っているが、当該ゲート電極の構造は、これに限らない。例えば、ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に、ポリシリコン、シリコン酸化膜、ポリシリコンと堆積されたような複数層構造であってもよい。
また、第１〜第４の実施形態では、層内レンズ上に形成される平坦化膜は、ＳＯＧ等の樹脂系塗布、ＴＥＯＳ系ＳｉＯ2／ＢＰＳＧまたはバイアス高密度プラズマ法によるＳｉＯ2系ＣＶＤ膜によって薄膜を堆積後、エッチバックまたはＣＭＰ法により平坦化処理が施されることで形成されてもよい。また、当該平坦化膜は、ＳｉＯ2ではなく、ＳｉＯＮであってもよい。
また、第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置は、図２０に示すように、反射壁および平坦化膜と、カラーフィルタとの間に素子平坦化膜８０が設けられる構造であってもよい。
本発明に係る固体撮像装置は、ゲート電極の動作を遅延させることなく、かつ斜光がフォトダイオードに入射することを防止できる効果を有し、複数の受光素子がマトリクス状に形成された固体撮像装置等として有用である。
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示した図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示した図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を上方から見たときの図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示した図 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示した図 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造時における工程断面図 固体撮像装置が組み込まれた、光学レンズを有するカメラ装置における受光感度の分布を示したグラフ 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示した図 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の断面構造を示した図 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置を上方から見たときの図 第１の実施形態に係る固体撮像装置と第４の実施形態に係る固体撮像装置に入射した光の経路を図 本発明の第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置のその他の断面構造の例を示した図 本発明の第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置のその他の断面構造の例を示した図 従来の固体撮像装置の断面構造を示した図 従来の固体撮像装置を上方からみた図 従来の固体撮像装置の断面構造を示した図 従来の固体撮像装置を上方からみた図
符号の説明
１ 受光部
２ 垂直ＣＣＤシフトレジスタ
３ 水平ＣＣＤシフトレジスタ
５１ 半導体基板
５２ ゲート絶縁膜
５３ ゲート電極
５４ フォトダイオード
５５ 電荷転送部
５６ 層間絶縁膜
５７ 遮光膜
５８ コンタクト
５９ 絶縁膜
６０ 層内レンズ
６１ 平坦化膜
６２ 反射壁
６３ カラーフィルタ
６４ オンチップマイクロレンズ
８０ 素子平坦化膜

Claims (13)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板に規定された受光領域において、等間隔にマトリクス状に形成され、受光可能な領域である受光部を含む複数の受光素子と、
    複数の前記受光素子に対応して前記半導体基板上に設けられ、各当該受光素子が発生した電荷を読出す複数の読出し電極と、
    複数の前記読出し電極を覆い、かつ前記読出し電極に電圧を印加するための複数の配線と、
    各前記受光素子のそれぞれの間を仕切るように前記配線の上の領域に格子状に形成され、前記半導体基板に対して上方から入射してくる光の一部を、各前記受光素子の受光部に反射する複数の反射壁とを備え、
    複数の前記反射壁は、複数の前記配線と電気的に絶縁されていることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 複数の前記反射壁の下面と、複数の前記配線の上面との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 複数の前記反射壁は、当該受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、前記受光部の中心に対して前記受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成され、
    前記受光素子を挟んで互いに対向する前記反射壁同士の中点と、当該受光素子の受光部の中心とのずれ量は、前記受光領域の中心からの距離に応じた大きさである、請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記受光素子を挟んで互いに対向する前記反射壁同士の中点と、当該開口領域の中心とのずれ量は、前記受光領域の中心から離れるに従って大きくなることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 前記反射壁は、鉛直方向の断面構造が、上方から下方に向かって幅が狭くなる構造を有することを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 複数の前記反射壁で囲まれた領域であって、かつ前記受光素子の上のそれぞれの領域に、当該受光素子に光を集光するために配置される複数の層内レンズをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 複数の前記層内レンズの中心は、前記受光素子の受光部の中心に対して前記受光領域の中心方向に、当該受光領域の中心からの距離に応じたずれ量でずらされていることを特徴とする、請求項６に記載の固体撮像装置。
  8. 複数の前記反射壁の上の領域に形成されるカラーフィルタと、
    当該カラーフィルタの上に、前記受光素子のそれぞれに対応して形成される複数のマイクロレンズとをさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 複数の前記マイクロレンズの中心は、前記受光素子の受光部の領域の中心に対して前記受光領域の中心方向に、当該受光領域の中心からの距離に応じたずれ量でずらされていることを特徴とする、請求項７に記載の固体撮像装置。
  10. 半導体基板上に規定された受光領域において、マトリクス状であってかつ等間隔に、受光可能な領域である受光部を含む複数の受光素子を形成する工程と、
    複数の前記受光素子が発生する信号電荷を読み出す複数の読出し電極を、各当該受光素子に対応させて形成する工程と、
    前記読出し電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜に対して、コンタクトを形成する工程と、
    前記複数の読み出し電極を覆い、当該複数の読出し電極とコンタクトを介して接続された複数の金属配線を形成する工程と、
    複数の前記金属配線および複数の前記受光素子上に絶縁膜を堆積する工程と、
    前記絶縁膜上に、各前記受光素子のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつ保護マスクを形成する工程と、
    前記保護マスクを用いて、前記格子状の開口領域の下に存在する絶縁膜をエッチング除去して、各前記受光素子のそれぞれを仕切る格子状の溝を、前記配線の上の領域に形成する工程と、
    格子状に形成された前記溝に対して、金属を埋めこむ工程と、
    前記金属が埋めこまれた溝と、前記絶縁膜とを覆うように、カラーフィルタを形成する工程とを備え、
    前記絶縁膜をエッチング除去する工程では、前記配線上に、当該絶縁膜の一部が残るように前記格子状の溝を形成する、固体撮像装置の製造方法。
  11. 前記絶縁膜を堆積する工程は、
    第１のエッチングレートを有する第１の絶縁膜を堆積する工程と、
    第１のエッチングレートよりも大きなエッチングレートを有する第２の絶縁膜を、前記第１の絶縁膜上に堆積する工程とを含む、請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
  12. 前記保護マスクの格子状の開口領域は、前記配線における各前記受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、各前記受光素子の受光部の中心に対して前記受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成されており、
    前記金属配線における各前記受光素子を挟んで互いに対向するもの同士の中点と、各前記受光素子の受光部の中心とのずれ量は、前記受光領域の中心からの距離に応じたずれ量である、請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  13. 半導体基板上に規定された受光領域において、マトリクス状であってかつ等間隔に、受光可能な領域である受光部を含んだ複数の受光素子を形成する工程と、
    複数の前記受光素子が発生する信号電荷を読み出す複数の読出し電極を、各当該受光素子に対応させて形成する工程と、
    前記読出し電極を覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜に対して、コンタクトを形成する工程と、
    前記複数の読み出し電極を覆い、当該複数の読出し電極とコンタクトを介して接続された金属配線を形成する工程と、
    前記金属配線および複数の前記受光素子上に絶縁膜を堆積する工程と、
    前記絶縁膜上に、各前記受光素子のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつ保護マスクを形成する工程と、
    前記保護マスクを用いて、前記格子状の開口領域の下に存在する絶縁膜をエッチング除去して、各前記受光素子のそれぞれを仕切る格子状の溝を、前記配線の上の領域に形成する工程と、
    前記溝の側壁および底面を覆う光透過性絶縁膜を形成する工程と、
    前記光透過性絶縁膜に覆われた前記溝に対して、金属を埋めこむ工程と、
    前記金属が埋めこまれた溝と、前記絶縁膜とを覆うように、カラーフィルタを形成する工程とを備える、固体撮像装置の製造方法。

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