JP4395437B2 - イメージセンサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はイメージセンサに関し、特に半導体基板の各フォトダイオードに赤色光、緑色光、青色光が入射されるときに、過剰に浸透することがある特定の色の光(赤色光、緑色光等)の経路に特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜を追加配置し、この部分遮光膜の作用により、特定の色の光の半導体基板内の浸透位置を特定の色の光よりも波長が短い他の色の光の半導体基板内の浸透位置と一致させ、特定の色の光による光電荷が、他の色の光による光電荷と同様、フォトダイオードの有効空乏領域に適正に生成されることを可能にするイメージセンサに関する。また、本発明はこのようなイメージセンサを製造する方法に関する。

最近、電気・電子技術が急激な発展をして、イメージセンサ技術を採用した様々な電子製品、例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラ、小型カメラ装着型ＰＣ、小型カメラ装着型携帯電話などが幅広く開発・普及してきている。
上述した従来のイメージセンサとして、電荷結合素子（ＣＣＤ）が主に用いられているが、ＣＣＤは、高い駆動電圧が要求される点、追加の支援回路が別途に要求される点、工程単価が高い点など、様々な短所を有しているため、現在その使用が減少傾向にある。
近来、上述したＣＣＤを代替することができるイメージセンサとして、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサが大きく脚光を浴びている。ＣＭＯＳイメージセンサは、一連のＣＭＯＳ回路技術を背景にして製造されるため、既存のＣＣＤとは異なり、低電圧駆動が可能な長所、追加の支援回路が必要ない長所、工程単価が安い長所などを有している。

図１に示すように、従来の技術のＣＭＯＳイメージセンサ、例えばカラーイメージを表示するためのＣＭＯＳイメージセンサ１０は、半導体基板４０上に形成され且つ外部から入力される光Ｌを受けて一連の光電荷を生成及び蓄積するフォトダイオード３０と、外部から入力される光Ｌをカラーリングしてフォトダイオード３０に伝達するカラーフィルターアレイＣＡとを含んでいる。この場合、カラーフィルターアレイＣＡとフォトダイオード３０との間には、カラーフィルターアレイＣＡを通過した光Ｌをフォトダイオード３０に伝達するための中間層２０が介在している。

この時、図面に示すように、カラーフィルターアレイＣＡは赤色、緑色、青色用の複数の単位カラーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３が組合わされた構成を有しており、図１では、便宜上、単位カラーセルを４つだけ示している。
この場合、例えば赤色単位カラーセルＣ１、緑色単位カラーセルＣ２、青色単位カラーセルＣ３は、外部から入射された光Ｌをそれぞれ赤色、緑色、青色にカラーリングした後、カラーリングされた光をフォトダイオード３０に伝達し、赤色単位カラーセルＣ１、緑色単位カラーセルＣ２、青色単位カラーセルＣ３と一対一で対応する各フォトダイオード３０は、カラーリングされた光、すなわち赤色光、緑色光、青色光に対応する光電荷を生成蓄積する。
その後、各フォトダイオード３０と隣接して配置された信号処理トランジスタ（図示せず）は、各フォトダイオード３０により生成蓄積された光電荷を補間回路(Interpolation circuit:図示せず)に運搬／排出し、このような信号処理トランジスタを経た光電荷は補間回路により補間され、所定解像度のカラー画像で表示される。

しかしながら、従来のＣＭＯＳイメージセンサにおいて、赤色光は、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍの青色光、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの緑色光よりも長い波長６００ｎｍ〜７００ｎｍを有するため、図２に示すように、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光は、緑色単位カラーセルＣ２を通過した緑色光、青色単位カラーセルＣ３を通過した青色光に比べて、半導体基板４０の内部に不必要に深く過剰に浸透する問題点がある。このように、赤色光が緑色光および青色光に比べて半導体基板４０の内部に不必要に過剰に浸透する場合、赤色光による光電荷ｅ１は、緑色光、青色光による光電荷ｅ２、ｅ３と異なり、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡに適正に生成されずに、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡから一定の距離離れて不適正に生成される問題点がある。光電荷ｅ１が不適正な位置に生成されるとき、別途の措置が取られないと、信号処理トランジスタにより補間回路に運搬／排出される各光電荷ｅ１は、補間回路側に運搬/排出される光電荷ｅ２、ｅ３に比べてその量が相対的に少なくなり、その影響により、補間回路により最終的に得られるカラー画像は赤色、緑色、青色が１：１：１の比率でない、低い表示品質(色再現品質、解像度)にならざるをえない。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、半導体基板の各フォトダイオードに赤色光、緑色光、青色光が入射されるとき、過剰に浸透することがある特定の色の光、例えば赤色光の経路に、赤色光を部分的に遮光する部分遮光膜を追加配置し、赤色光の半導体基板内における浸透位置を、赤色光よりも波長が短い他の色の光、例えば緑色光、青色光の半導体基板内における浸透位置に一致させるように調整し、赤色光による光電荷が、緑色光、青色光による光電荷と同様、フォトダイオードの有効空乏領域に適正に生成させることにある。

本発明の他の目的は赤色光、緑色光、青色光などの半導体基板内の浸透位置を互いに半導体基板の空乏領域に一致させ、各光電荷の有効比率を最適化し、それにより、信号処理トランジスタによって補間回路に運搬／排出される各光電荷の量を均一にし、補間回路を通して最終的に表示されるカラー画像の赤色と緑色と青色の比率が実質的に１：１：１である優秀な表示品質(色再現品質、解像度)を効果的に得ることにある。
本発明のさらに他の目的等は次の詳細な説明と添付された図面からより明確になるものである。

上記目的を達成するために、本発明に係るイメージセンサは、外部から入射される光を異なる色にカラーリングする複数の単位カラーセルと、半導体基板のアクティブ領域に配置され且つ各単位カラーセルを通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、単位カラーセルを通過した異なる色の光をフォトダイオードに伝達する中間層と、中間層を通過してフォトダイオードに伝えられる特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜とを有することを特徴とする。
部分遮光膜は、好ましくは、シリコンベースの薄膜、例えばポリシリコン薄膜であり、好ましくは、３００Å〜５０００Åの厚さを有する。
好ましくは、部分遮光膜によって部分的に遮光される特定の色の光は、赤色光または緑色光である。部分遮光膜によって部分的に遮光される特定の色の光が緑色光である場合、部分遮光膜は、赤色光の場合の１／２０〜１／１０の厚さを有する。

また、本発明の他の側面によるイメージセンサは、半導体基板のアクティブ領域に配置され且つ単位カラーセルを通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された光電荷を運搬／排出する信号処理トランジスタと、フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように半導体基板の上に形成された絶縁膜と、信号処理トランジスタと電気的に連結するように絶縁膜の上に形成された金属配線と、絶縁膜の内部に埋設され且つ単位カラーセルからフォトダイオードに伝えられる特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜とを有することを特徴とする。

また、本発明のさらに他の側面によるイメージセンサは、半導体基板のアクティブ領域に配置され且つ単位カラーセルを通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、フォトダイオードに蓄積された光電荷を運搬／排出する信号処理トランジスタと、フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように半導体基板の上に形成された予備絶縁膜と、予備絶縁膜の上に形成された多層の金属配線と、多層の金属配線を選択的に絶縁すさる多層の層間絶縁膜と、多層の層間絶縁膜のうちの１つの層間絶縁膜の内部に埋設され且つ単位カラーセルからフォトダイオードに伝えられる特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜とを有することを特徴とする。

本発明の更なる側面によるイメージセンサの製造方法は、半導体基板のアクティブ領域に複数のフォトダイオード及び信号処理トランジスタを形成する工程と、フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように半導体基板の上に第１の予備絶縁膜を形成する工程と、第１の予備絶縁膜の上に、フォトダイオードに伝えられる特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜を形成する工程と、部分遮光膜を覆うように第１の予備絶縁膜の上に第２の予備絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。

半導体基板の各フォトダイオード側に赤色光、緑色光、青色光が入射されるとき、過剰に浸透することがある特定の色の光、例えば赤色光の経路に、特定の色の光（赤色光等）を部分的に遮光する部分遮光膜を追加配置し、特定の色の光（赤色光等）の半導体基板内の浸透位置が、特定の色の光よりも波長が短い他の色の光、例えば緑色光、青色光などの半導体基板内の浸透位置と一致させ、特定の色の光（赤色光等）による光電荷が他の色の光（緑色光、青色光等）による光電荷と同様、フォトダイオードの有効空乏領域に適正に生成される。

また、本発明のイメージセンサ及びその製造方法によれば、赤色光、緑色光、青色光などの半導体基板内の浸透位置を互いに半導体基板の空乏領域に一致させ、各光電荷の有効比率を最適化し、それにより、信号処理トランジスタによって補間回路に運搬／排出される各光電荷の量を均一にし、補間回路を通して最終的に表示されるカラー画像の赤色と緑色と青色の比率が実質的に１：１：１である優秀な表示品質(色再現品質、解像度)を効果的に得ることができる。

以下、本発明に係るイメージセンサ及びその製造方法の好適な実施例について、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図３に示すように、本発明によるＣＭＯＳイメージセンサ、例えば、カラー画像を表示するためのＣＭＯＳイメージセンサ１００は、半導体基板４０上に形成され且つ外部から入力される光Ｌを受けて一連の光電荷を生成及び蓄積するフォトダイオード３０と、外部から入力される光Ｌをカラーリング又は色分けしてフォトダイオード３０に伝達するカラーフィルターアレイＣＡとを有している。この場合、カラーフィルターアレイＣＡとフォトダイオード３０との間に、カラーフィルターアレイＣＡを通過した光Ｌをフォトダイオード３０に伝達するための中間層２０が介在する。

図示のように、カラーフィルターアレイＣＡは、赤色、緑色、青色などの色用の複数の単位カラーセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３が組合わされた構成を有している。
例えば、赤色単位カラーセルＣ１、緑色単位カラーセルＣ２、青色単位カラーセルＣ３はそれぞれ、外部から入射された光Ｌを赤色、緑色、青色にカラーリングした後、カラーリングされた光をフォトダイオード３０に伝達し、赤色単位カラーセルＣ１、緑色単位カラーセルＣ２、青色単位カラーセルＣ３と１対１で対応する各フォトダイオード３０は、カラーリングされた光、すなわち赤色光、緑色光、青色光に対応する光電荷を生成蓄積する。
その後、各フォトダイオード３０と隣接して配置された信号処理トランジスタ６０（図５参照）は、フォトダイオード３０により生成蓄積された光電荷を補間回路に運搬／排出し、信号処理トランジスタ６０を経た光電荷は、補間回路による補間工程を経て所定解像度のカラー画像で表示できるようになる。
この時、使用者の視覚は緑色光に非常に敏感なことが一般的であるため、図示した実施形態では、緑色単位カラーセルＣ２は、赤色単位カラーセルＣ１及び青色単位カラーセルＣ３より多くカラーフィルターアレイＣＡ内に配置される。

このような本発明のＣＭＯＳイメージセンサ１００において、上述したように、赤色光は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長を有する青色光、５００ｎｍ〜６００ｎｍの波長を有する緑色光に比べて、６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の長い波長を有するため、もし別途の措置が取られなければ、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光は、緑色単位カラーセルＣ２を通過した緑色光、青色単位カラーセルＣ３を通過した青色光などに比べて、半導体基板４０の内部に不必要に深く過剰に浸透する。

本発明では、図示のように、過剰に浸透することがある特定の単位カラーセル、例えば赤色単位カラーセルＣ１に対応する中間層２０の一部に、中間層２０を通過してフォトダイオード３０に伝えられる特定の色の光、例えば赤色光を部分的に遮光する部分遮光膜５０を追加して形成する。
このように、赤色単位カラーセルＣ１に対応する中間層２０の一部に部分遮光膜５０が配置されると、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光がフォトダイオード３０に流入するとき、図４に示すように、赤色光が６００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の長波長を有しているにもかかわらず、部分遮光膜５０の妨害により、半導体基板４０の内部に不必要に過剰に浸透しなくなる。その結果、本発明では、赤色光が到達する半導体基板４０内の浸透位置を、赤色光よりも波長が短い他の色の光、例えば緑色光、青色光などが到達する半導体基板４０内の浸透位置に一致させることができる。

従来では、先に言及したように、赤色光が青色光又は緑色光などに比べて長い波長を有しているため、赤色単位カラーセルを通過した赤色光は、緑色単位カラーセルを通過した緑色光、青色単位カラーセルを通過した青色光などに比べて、半導体基板の内部に不必要に深く浸透する問題が生じていた。そのため、赤色光による光電荷は、緑色光又は青色光による光電荷と異なり、フォトダイオードの有効空乏領域に適正に生成されず、フォトダイオードの有効空乏領域から一定の距離離れて、不適正に生成される問題があった。

しかしながら、本発明の場合、上述したように、過剰に浸透することがある特定の色の光、例えば赤色光の経路に、赤色光の一部を遮光する部分遮光膜５０が追加して配置されるため、赤色光の半導体基板４０内の浸透位置が、赤色光よりも波長が短い他の色の光、例えば緑色光、青色光などの半導体基板４０内の浸透位置に一致させることが可能になる。その結果、本発明によれば、赤色光による光電荷ｅ１は、緑色光による光電荷ｅ２又は青色光による光電荷ｅ３と同様、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡの内部に適正に生成される。

本発明により、赤色光、緑色光、青色光などの半導体基板内の浸透位置を互いに半導体基板の空乏領域に一致させ、各光電荷の有効比率を最適化し、それにより、信号処理トランジスタによって補間回路に運搬／排出される各光電荷の量を均一にし、補間回路を通して最終的に表示されるカラー画像の赤色と緑色と青色の比率が実質的に１：１：１である優秀な表示品質(色再現品質、解像度)を効果的に得ることができる。

本発明の実施形態において、部分遮光膜５０の厚さは、非常に敏感なファクターとして作用する。これは、もし部分遮光膜５０の厚さがあまりにも厚い場合、赤色単位カラーセルＣ１を通過した光が、フォトダイオード３０に到達できない問題点を引き起こしたり、逆に、部分遮光膜５０の厚さがあまりにも薄い場合、部分遮光膜５０がその固有の特徴を発揮せず、遮光機能を行うことができないという問題点を引き起こしたりすることがある。本発明ではこのような事実を十分に勘案し、部分遮光膜５０の厚さを、望ましくは、３００Å〜５０００Åにすることにより、赤色単位カラーセルＣ１を通過した光がフォトダイオード３０に到達できない問題点、及び、部分遮光膜５０が遮光機能を失う問題点を発生させないようにした。

また、本発明の実施形態において、部分遮光膜５０の材質は、その厚さと同様、非常に敏感なファクターとして作用する。これは先に言及した厚さの場合と同様、もし部分遮光膜５０の材質が不透明な材質にあまり近づく場合、赤色単位カラーセルＣ１を通過した光がフォトダイオード３０に到達できない問題点が引き起こしたり、逆に、部分遮光膜５０の材質が透明な材質にあまりにも近づく場合、部分遮光膜５０がその固有の特徴を発揮せず、遮光機能を行うことができないという問題点を引き起こしたりする。本発明ではこのような事実を十分に勘案し、部分遮光膜５０を適切な透明性(または不透明性)を有するシリコンベースの薄膜、例えばポリシリコンの薄膜とすることにより、赤色単位カラーセルＣ１を通過した光がフォトダイオード３０に到達できない問題点、及び、部分遮光膜５０が遮光機能を失う問題点を発生させないようにした。

本発明の実施形態において、図５〜図７に示すように、部分遮光膜５０はその実質的な形成位置を、状況に応じて中間層２０の各部位で多様に変化させてもよい。

まず、図５に示すように、本発明の部分遮光膜５０は、状況に応じて、中間層２０の予備絶縁膜２１内に埋設される構造を有する。この場合、イメージセンサ１００は、例えば素子間絶縁膜４１によって構成される半導体基板４０のアクティブ領域に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積するフォトダイオード３０と、このフォトダイオード３０に蓄積された光電荷ｅ１を運搬／排出する信号処理トランジスタ６０と、フォトダイオード３０を覆うように且つゲート電極６２が露出するように半導体基板４０の上に形成された第１の予備絶縁膜２１ｂと、第１の予備絶縁膜２１ｂの上に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１からフォトダイオード３０に伝えられる赤色光を部分的に遮断する部分遮光膜５０と、この部分遮光膜５０を覆うように第１の予備絶縁膜２１ｂの上に形成された第２の予備絶縁膜２１ａと、第２の予備絶縁膜２１ａの上に形成され且つコンタクトプラグ７１を介して信号処理トランジスタ６０と電気的に連結された第１の金属配線７２と、第１の金属配線７２を覆うように第２の予備絶縁膜２１ａの上に形成された第１の層間絶縁膜２２と、この第１層間絶縁膜２２の上に形成された第２の金属配線７３と、この第２の金属配線７３を覆うように第１の層間絶縁膜２２の上に形成された第２の層間絶縁膜２３と、この第２の層間絶縁膜２３の上に形成されたパッシベーション層２４とを含んでいる。
信号処理トランジスタ６０は、例えば、ゲート絶縁膜６１と、このゲート絶縁膜６１により半導体基板４０から分離されるゲート電極６２と、このゲート電極６２の両側に形成されたスペーサ６３と、このスペーサ６３の側部に形成された不純物層６４とを含んでいる。

このような構成された実施形態では、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光は、その半導体基板４０内の浸透位置が、赤色光よりも波長が短い他のカラーの光、例えば緑色光、青色光などの半導体基板４０内の浸透位置に一致する効果を、部分遮光膜５０の作用により得ることができる。その結果、赤色光による光電荷ｅ１は、緑色光、青色光による光電荷ｅ２、ｅ３と同様、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡの内部に正常に生成される。

次に、図６に示すように、本発明の部分遮光膜５０は、状況に応じて、中間層２０の層間絶縁膜、例えば第１の層間絶縁膜２２内に埋設される。この場合、イメージセンサ１００は、例えば、素子間絶縁膜４１により構成される半導体基板４０のアクティブ領域に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積するフォトダイオード３０と、このフォトダイオード３０に蓄積された光電荷ｅ１を運搬／排出する信号処理トランジスタ６０と、フォトダイオード３０及び信号処理トランジスタ６０を覆うように半導体基板４０の上に形成された予備絶縁膜２１と、予備絶縁膜２１の上に形成され且つ一連のコンタクトプラグ７１を介して信号処理トランジスタ６０と電気的に連結される第１の金属配線７２と、第１の金属配線７２の表面が露出するように予備絶縁膜２１の上に形成された第１の層間絶縁膜下部２２ｂと、第１の層間絶縁膜下部２２ａの上に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１からフォトダイオードに伝えられる赤色光を部分的に遮断する部分遮光膜５０と、この部分遮光膜５０を覆うように第１の層間絶縁膜下部２２ｂの上に形成された第１の層間絶縁膜上部２２ｂと、第１の層間絶縁膜上部２２ｂの上に形成された第２の金属配線７３と、この第２の金属配線７３を覆うように第１の層間絶縁膜上部２２ｂの上に形成された第２の層間絶縁膜２３と、この第２層間絶縁膜２３の上に形成されたパッシベーション層２４とを含んでいる。

このような構成された実施形態では、上述の場合と同様、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光は、その半導体基板４０内の浸透位置が、赤色光よりも波長が短い他のカラーの光、例えば緑色光、青色光などの半導体基板４０内の浸透位置に一致する効果を、部分遮光膜５０の作用により得ることができる。その結果、赤色光による光電荷ｅ１は、緑色光、青色光による光電荷ｅ２、ｅ３と同様、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡの内部に正常に生成される。

更に、図７に示すように、本発明の部分遮光膜５０は、状況に応じて、中間層２０の層間絶縁膜、例えば第２層間絶縁膜２３内に埋設される。この場合、イメージセンサ１００は、例えば、素子間絶縁膜４１により構成される半導体基板４０のアクティブ領域に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光を受け入れて一連の光電荷ｅ１を生成蓄積するフォトダイオード３０と、このフォトダイオード３０に蓄積された光電荷を運搬／排出する信号処理トランジスタ６０と、フォトダイオード３０及び信号処理トランジスタ６０を覆うように半導体基板４０の上に形成された予備絶縁膜２１と、予備絶縁膜２１の上に形成されて一連のコンタクトプラグ７１を介して信号処理トランジスタ６０と電気的に連結された第１の金属配線７２と、第１の金属配線７２を覆うように予備絶縁膜２１の上に形成された第１の層間絶縁膜２２と、第１の層間絶縁膜２２の上に形成された第２の金属配線７３と、第２の金属配線７３の表面が露出するように第１の層間絶縁膜２２の上に形成された第２の層間絶縁膜下部２３ｂと、第２の層間絶縁膜下部２３ｂの上に配置され且つ赤色単位カラーセルＣ１からフォトダイオード３０に伝えられる赤色光を部分的に遮断する部分遮光膜５０と、この部分遮光膜５０を覆うように第２の層間絶縁膜下部２３ｂの上に形成された第２の層間絶縁膜上部２３ａと、この第２の層間絶縁膜上部２３ａの上に形成されたパッシベーション層２４とを含んでいる。

このように構成された実施形態では、上述の場合と同様、赤色単位カラーセルＣ１を通過した赤色光は、その半導体基板４０内の浸透位置が、赤色光よりも波長が短い他のカラーの光、例えば緑色光、青色光などの半導体基板４０内の浸透位置に一致する効果を、部分遮光膜５０の作用により得ることができる。その結果、赤色光による光電荷ｅ１は、緑色光、青色光による光電荷ｅ２、ｅ３と同様、フォトダイオード３０の有効空乏領域ＤＡの内部に正常に生成される。

次に、上述のように構成されたイメージセンサの製造方法を、部分遮光膜５０が中間層２０の予備絶縁膜２１内に埋設された場合を例に挙げて詳細に説明する。
まず、図８ａに示すように、本発明では一連のＳＴＩ工程(Shallow Trench Isolation process)、またはＬＯＣＯＳ工程(Local Oxidation of Silicon process)などを選択的に行い、半導体基板４０のアクティブ領域を構成するためのフィールド領域の素子分離膜４１を形成する。この場合、半導体基板４０、例えば高濃度（heavily doped）Ｐ++型単結晶シリコン基板に、状況に応じて、空乏領域(Depletion region)の大きさ(深さ)を増加させるためのＰ-型エピタキシャル層(図示せず)を形成する。
続いて、例えば一連の低圧化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程を行い、アクティブ領域のトランジスタ用領域に、信号処理トランジスタ６０のゲート電極６２のためのゲート絶縁膜６１を望みの厚さで形成する。この場合、ゲート絶縁膜６１は、例えば熱酸化工程により形成された熱酸化膜であってもよい。
その後、一連の低圧化学気相蒸着工程を行い、ゲート絶縁膜６１の上にゲート電極６２の形成のため、導電層、例えば高濃度の多結晶シリコン層を望みの厚さで形成する。状況に応じて、このような高濃度の多結晶シリコン層の上にシリサイド層を追加形成してもよい。
続いて、感光膜パターン（図示せず）を用いた一連のフォトリソグラフィ工程により、不必要領域を除去する工程を行い、引続いて、ゲート電極６２の両側部に一連のスペーサ６３を形成させる工程を選択的に行うことにより、半導体基板のトランジスタ用領域にゲート絶縁膜６１、ゲート電極６２及びスペーサ６３を含む積層構造を完成させる。
便宜上、図面に示さなかったが、半導体基板４０の様々な部分に、図面に示したものと同様のゲート電極６２の積層構造が形成されてもよい。
その後、感光膜パターンをイオン注入マスキング層として使用し、一連の不純物イオン注入工程を行い、半導体基板４０のトランジスタ用領域に信号処理トランジスタ６０のための不純物層６４を形成し、フォトダイオード用領域に一連の光電荷を生成/蓄積するためのフォトダイオード３０を形成する。
状況に応じて、一連の化学気相蒸着工程を追加して行うことにより、スペーサ６３、ゲート電極６２を含む半導体基板４０の上に、ゲート電極６２のエッチング損傷を防止するためのエッチング防止層（図示せず）を追加形成してもよい。この場合、好ましくは、エッチング防止層に窒化膜、酸化窒化膜などが選択される。

一方、上述した工程により、信号処理トランジスタ６０及びフォトダイオード３０の形成が完了したら、図８ｂに示すように、一連の蒸着工程を行い、半導体基板４０の上に信号処理トランジスタ６０及びフォトダイオード３０を覆う第１の予備絶縁膜２１ａを形成する。
この場合、第１の予備絶縁膜２１ａは、状況に応じて、非ドーピングシリケートガラス膜(Undoped Silicate Glass layer；以下“ＵＳＧ膜”という)であってもよいし、ボロンシリケートガラス膜(Boron Silicate Glass layer；以下“ＢＳＧ膜”という)であってもよいし、状況に応じて、フォスフォラスシリケートガラス膜(Phosphorus Silicate Glass layer；以下“ＰＳＧ膜”という)、フォスフォラスシリケートガラス膜(Boron-Phosphorus Silicate Glass layer；以下“ＢＰＳＧ膜”という)、またはオゾンテオス膜(Ozone Tetra Ethyl Ortho Silicate layer；以下“Ｏ₃-ＴＥＯＳ膜”という)であってもよいし、これらの組合わせであってもよい。

続いて、一連の化学気相蒸着工程を行い、第１の予備絶縁膜２１ａの上にシリコンベースの薄膜層、例えばポリシリコン薄膜層を３００Å〜５０００Åの厚さで形成した後、これをパターニングして、フォトダイオード３０に伝えられる特定の色の光、例えば赤色光を部分的に遮断する部分遮光膜５０を選択的に形成する。
引続き、図８ｃに示すように、一連の蒸着工程を行い、部分遮光膜５０を含む第１の予備絶縁膜２１ｂの上に第２の予備絶縁膜２１ａを追加して形成する。この場合、第２の予備絶縁膜２１ａは、第１の予備絶縁膜２１ｂと同様、状況に応じて、ＵＳＧ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜又はＯ₃-ＴＥＯＳ膜であってもよいし、これらの組合わせであってもよい。第２の予備絶縁膜２１ａの形成工程が完了したら、部分遮光膜５０は予備絶縁膜２１の内部に最終的に埋設される構造になる。

続いて、一連のフォトリソグラフィ工程により、ゲート電極６２が露出するように第２の予備絶縁膜２１ａをエッチングし、一連のコンタクトホール７０を形成する。
次いで、図８ｄに示すように、一連のスパッタリング工程により、コンタクトホール７０の内壁及び底面に一連の長壁金属層（図示せず）を形成してから、その上に高融点金属層、例えばタングステン層を厚く蒸着して、コンタクトホール７０がこの高融点金属層により満たされるようにし、この高融点金属層を、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）工程により平坦化し、第１の金属配線７２及びゲート電極６２を電気的に連結するコンタクトプラグ７１を形成する。
更に、一連の蒸着工程、パターニング工程、平坦化工程などを追加して行うことにより、図８ｅに示すように、第２の予備絶縁膜２１ａの上に第１の金属配線７２を形成し、第１の金属配線７２を覆うように第２の予備絶縁膜２１ａの上に第１の層間絶縁膜２２を形成し、この第１層間絶縁膜２２の上に第２の金属配線７３を形成し、この第２の金属配線７３を覆うように第１の層間絶縁膜２２の上に第２の層間絶縁膜２３を形成し、この第２の層間絶縁膜２３の上にパッシベーション層２４を形成し、このパッシベーション層の上に単位カラーセルＣ１を形成して、イメージセンサ１００の製造を完了する。
部分遮光膜５０を中間層２０の第１層間絶縁膜２２に埋設させる工程、部分遮光膜５０を中間層２０の第２層間絶縁膜２３に埋設させる工程等については、上述した部分遮光膜５０を絶縁膜２１に埋設させる方法により十分に理解することができるので、それについての詳細な説明を省略する。

一方、このような本発明によるイメージセンサ１００を作動させる際、緑色光と青色光とを比較したとき、緑色光の波長が、上述した赤色光ほどではないが青色光よりも長いので、予測できない環境変化が引き起こされた場合、緑色単位カラーセルＣ２を通過した緑色光が青色単位カラーセルＣ１を通過した青色光に比べて半導体基板４０の内部に過剰に浸透し、緑色光による光電荷ｅ２の生成位置と青色光による光電荷ｅ３の生成位置とが一致しなくなるという問題点が引き起こされることもある。
このような事実を勘案して、本発明の第２の実施形態では、図９に示すように、赤色単位カラーセルＣ１に対応する中間層２０の一部だけでなく、緑色単位カラーセルＣ２に対応する中間層２０の一部にもフォトダイオード３０に伝えられる緑色光を部分的に遮光する部分遮光膜５１を追加形成する。

このように、緑色単位カラーセルＣ２に対応する中間層２０の一部に部分遮光膜５１が配置された場合で、緑色単位カラーセルＣ２を通過した緑色光がフォトダイオード３０に入射する場合、図１０に示すように、緑色光が青色光に比べてある程度長い波長を有しているけれども、緑色光は、部分遮光膜５１により半導体基板４０の内部に不必要に過剰に浸透しなくなり、その結果、第２の実施形態において、緑色光が到達する半導体基板４０内の浸透位置を、緑色光よりも波長が短い青色光が到達する半導体基板４０内の浸透位置に一致させることができる。

本発明の第２の実施形態では、赤色光、緑色光、青色光などの半導体基板内の浸透位置を互いに半導体基板４０の空乏領域ＤＡに一致させ、各光電荷の有効比率を最適化し、それにより、信号処理トランジスタによって補間回路に運搬／排出される各光電荷の量を均一にし、補間回路を通して最終的に表示されるカラー画像の赤色と緑色と青色の比率が実質的に１：１：１である優秀な表示品質(色再現品質、解像度)を効果的に得ることができる。

このような第２の実施形態を行うことにおいて、緑色光に対応する部分遮光膜５１の厚さＴ２は非常に敏感なファクターとして作用する。これは緑色光の波長が赤色光の波長に比べて非常に短いにもかかわらず、もし緑色光に対応する部分遮光膜５１が赤色光に対応する部分遮光膜５０と同一の厚さを維持するようになる場合、緑色単位カラーセルＣ２を通過した光がフォトダイオード３０に到達できない問題点が引き起こされることがあるためである。
第２の実施形態では、このような事実を十分に勘案して、緑色光に対応する部分遮光膜５１の厚さＴ２を赤色光に対応する部分遮光膜５０の厚さＴ１の１／２０〜１／１０程度の寸法を有している。この場合、緑色光に対応する部分遮光膜５１の遮光機能は赤色光に対応する部分遮光膜５０の遮光機能に比べて弱まり、その結果、緑色光は上述した問題を解消し、フォトダイオード３０に適正に到達できるようになる。

本発明の特定の実施形態を説明し且つ図示したが、本発明が当業者により多様に変形されて実施される可能性があることは自明である。
このような変形された実施例は本発明の技術的思想や観点から個別的に理解されてはならず、このような変形された実施例は本発明の添付された特許請求の範囲中に属すものとする。

従来の技術のイメージセンサの構造の概略図である。 従来の技術のイメージセンサの構造の概略図である。 本発明によるイメージセンサの構造の概略図である。 本発明によるイメージセンサの構造の概略図である。 本発明によるイメージセンサの部分遮光膜の第１の配置を示す図である。 本発明によるイメージセンサの部分遮光膜の第２の配置を示す図である。 本発明によるイメージセンサの部分遮光膜の第３の配置を示す図である。 本発明によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。 本発明によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。 本発明によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。 本発明によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。 本発明によるイメージセンサの製造工程を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態によるイメージセンサの構造の概略図である。 本発明の第２の実施形態によるイメージセンサの構造の概略図である。

符号の説明

２０ 中間層
２１ 予備絶縁膜
２１ａ 第２の予備絶縁膜
２１ｂ 第１の予備絶縁膜
２２ 第１の層間絶縁膜
２２ａ 第１の層間絶縁膜上部
２２ｂ 第１の層間絶縁膜下部
２３ 第２の層間絶縁膜
２２ａ 第２の層間絶縁膜上部
２２ｂ 第２の層間絶縁膜下部
２４ パッシベーション層
３０ フォトダイオード
４０ 半導体基板
５０、５１ 部分遮光膜
１００ イメージセンサ
６０ 信号処理トランジスタ
７２、７３ 金属配線
Ｌ 光
ＣＡ カラーフィルターアレイ
Ｃ１ 赤色単位カラーセル
Ｃ２ 緑色単位カラーセル
Ｃ３ 青色単位カラーセル

Claims (7)

1. 外部から入射される光を、異なる色にカラーリングする複数の単位カラーセルと、
   半導体基板のアクティブ領域に配置され、前記単位カラーセルの各々を通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、
   前記単位カラーセルを通過した異なる色の光を前記フォトダイオードに伝える中間層と、
   前記中間層を通過して前記フォトダイオードに伝えられる赤色光又は緑色光を含む特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜と、を含み、
   前記部分遮光膜のうちの緑色光を遮光する１つの部分遮光膜は、前記部分遮光膜のうちの赤色光を遮光する別の部分遮光膜よりも薄い厚さを有し、部分遮光膜は、層間絶縁膜の間に形成され、緑色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さは、赤色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さの１／２０〜１／１０であることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記部分遮光膜はシリコンベースの薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記部分遮光膜はポリシリコン薄膜であることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
4. 前記部分遮光膜は３００Å〜５０００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
5. 半導体基板のアクティブ領域に配置され、単位カラーセルを通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードに蓄積された光電荷を運搬／排出する信号処理トランジスタと、
   前記フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように前記半導体基板の上に形成された予備絶縁膜と、
   前記信号処理トランジスタと電気的に連結するように前記予備絶縁膜の上に形成された金属配線と、
   前記予備絶縁膜の内部に埋設され、前記単位カラーセルから前記フォトダイオードに伝えられる赤色光又は緑色光を含む特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜と、を含み、
   前記部分遮光膜のうちの緑色光を遮光する１つの部分遮光膜は、前記部分遮光膜のうちの赤色光を遮光する別の部分遮光膜よりも薄い厚さを有し、緑色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さは、赤色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さの１／２０〜１／１０であることを特徴とするイメージセンサ。
6. 半導体基板のアクティブ領域に配置され、単位カラーセルを通過した異なる色の光を受け入れて一連の光電荷を生成蓄積する複数のフォトダイオードと、
   前記フォトダイオードに蓄積された光電荷を運搬／排出する信号処理トランジスタと、
   前記フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように前記半導体基板の上に形成された予備絶縁膜と、
   前記予備絶縁膜の上に形成された多層の金属配線と、
   前記多層の金属配線を選択的に絶縁させる多層の層間絶縁膜と、
   前記多層の層間絶縁膜のうちの１つの層間絶縁膜の内部に埋設され、前記単位カラーセルから前記フォトダイオードに伝えられる赤色光又は緑色光を含む特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜と、を含み、
   前記部分遮光膜のうちの緑色光を遮光する１つの部分遮光膜は、前記部分遮光膜のうちの赤色光を遮光する別の部分遮光膜よりも薄い厚さを有し、緑色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さは、赤色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さの１／２０〜１／１０であることを特徴とするイメージセンサ。
7. 半導体基板のアクティブ領域に複数のフォトダイオード及び信号処理トランジスタを形成する工程と、
   前記フォトダイオード及び信号処理トランジスタを覆うように前記半導体基板の上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１の絶縁膜の上に、フォトダイオードに伝えられる赤色光又は緑色光を含む特定の色の光を部分的に遮光する部分遮光膜を形成する工程と、を有し、前記部分遮光膜のうちの緑色光を遮光する１つの部分遮光膜は、前記部分遮光膜のうちの赤色光を遮光する別の部分遮光膜よりも薄い厚さを有し、
   更に、前記部分遮光膜を覆うように前記第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する工程を有し、前記部分遮光膜は、層間絶縁膜の間に形成され、緑色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さは、赤色光を遮光する前記部分遮光膜の厚さの１／２０〜１／１０であることを特徴とするイメージセンサ製造方法。

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