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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024171751
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】光検出装置及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 27/146 20060101AFI20241205BHJP
【ＦＩ】
H01L27/146 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023088937
(22)【出願日】2023-05-30
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100114177
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 龍
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】小野 雅彦
(72)【発明者】
【氏名】用正 武
(72)【発明者】
【氏名】長村 英樹
【テーマコード（参考）】
4M118
【Ｆターム（参考）】
4M118AA05
4M118AB01
4M118BA14
4M118CA02
4M118CA22
4M118DD03
4M118DD12
4M118EA17
4M118FA06
4M118FA38
4M118FB21
4M118GA02
4M118GC07
4M118GD01
(57)【要約】
【課題】特性の低下を抑制することができる光検出装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】光検出装置は、半導体層と、半導体層に設けられた画素と、半導体層上に設けられて画素を覆う絶縁膜と、絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備える。画素は、光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、光電変換部で生成された電荷をフローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有する。開口部は、絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、第１開口部の底面に開口し、第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有する。第２開口部の底面下にフローティングディフュージョンが位置する。第２開口部を通してフローティングディフュージョンに電極が接続される。
【選択図】図５
【解決手段】光検出装置は、半導体層と、半導体層に設けられた画素と、半導体層上に設けられて画素を覆う絶縁膜と、絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備える。画素は、光電変換部と、光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、光電変換部で生成された電荷をフローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有する。開口部は、絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、第１開口部の底面に開口し、第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有する。第２開口部の底面下にフローティングディフュージョンが位置する。第２開口部を通してフローティングディフュージョンに電極が接続される。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体層と、
前記半導体層に設けられた画素と、
前記半導体層上に設けられて前記画素を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備え、
前記画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有し、
前記開口部は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有し、
前記第２開口部の底面下に前記フローティングディフュージョンが位置し、
前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、光検出装置。
前記半導体層に設けられた画素と、
前記半導体層上に設けられて前記画素を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備え、
前記画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有し、
前記開口部は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有し、
前記第２開口部の底面下に前記フローティングディフュージョンが位置し、
前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、光検出装置。
【請求項2】
前記半導体層の表面に平行な一方向において、前記フローティングディフュージョンの長さは、前記第２開口部の径よりも大きく、前記第１開口部の径よりも小さい、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項3】
前記電極と前記フローティングディフュージョンとの間に設けられたバリアメタル層と、
前記バリアメタル層と前記半導体層との合金層と、をさらに備え、
前記合金層は、前記フローティングディフュージョンの内側にのみ設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
前記バリアメタル層と前記半導体層との合金層と、をさらに備え、
前記合金層は、前記フローティングディフュージョンの内側にのみ設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項4】
前記絶縁膜は、
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜と前記半導体層との間に設けられた第２絶縁膜とを有し、
前記第１開口部は前記第１絶縁膜に設けられ、
前記第２開口部は前記第２絶縁膜に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜と前記半導体層との間に設けられた第２絶縁膜とを有し、
前記第１開口部は前記第１絶縁膜に設けられ、
前記第２開口部は前記第２絶縁膜に設けられている、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項5】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜はシリコン窒化膜、又は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した積層膜である、請求項４に記載の光検出装置。
前記第２絶縁膜はシリコン窒化膜、又は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した積層膜である、請求項４に記載の光検出装置。
【請求項6】
前記フローティングディフュージョンは、
前記転送トランジスタに隣接して設けられた第１フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第１フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、請求項１に記載の光検出装置。
前記転送トランジスタに隣接して設けられた第１フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第１フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項7】
前記半導体層に設けられた画素間分離用の不純物領域、をさらに備え、
前記フローティングディフュージョンは、
前記不純物領域に隣接して設けられた第２フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第２フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、請求項１に記載の光検出装置。
前記フローティングディフュージョンは、
前記不純物領域に隣接して設けられた第２フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第２フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項8】
前記画素を複数備え、
前記複数の画素が１つの前記フローティングディフュージョンを共有する、請求項１に記載の光検出装置。
前記複数の画素が１つの前記フローティングディフュージョンを共有する、請求項１に記載の光検出装置。
【請求項9】
フローティングディフュージョンが設けられた半導体層上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜に前記フローティングディフュージョンを底面とする開口部を形成する工程と、
前記開口部内に電極を形成する工程と、を含み、
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部を形成する工程と、を含み、
前記電極を形成する工程では、前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極を接続する、光検出装置の製造方法。
前記絶縁膜に前記フローティングディフュージョンを底面とする開口部を形成する工程と、
前記開口部内に電極を形成する工程と、を含み、
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部を形成する工程と、を含み、
前記電極を形成する工程では、前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極を接続する、光検出装置の製造方法。
【請求項10】
前記開口部を形成する工程は、
前記第２開口部を形成する前に、前記第１開口部の側面を保護膜で覆う工程をさらに含み、
前記第２開口部を形成する工程では、前記第１開口部の前記側面が前記保護膜で覆われた状態で、前記第１開口部の底部をエッチングして前記第２開口部を形成する、請求項９に記載の光検出装置の製造方法。
前記第２開口部を形成する前に、前記第１開口部の側面を保護膜で覆う工程をさらに含み、
前記第２開口部を形成する工程では、前記第１開口部の前記側面が前記保護膜で覆われた状態で、前記第１開口部の底部をエッチングして前記第２開口部を形成する、請求項９に記載の光検出装置の製造方法。
【請求項11】
前記第２開口部を形成する工程はエッチバックで行う、請求項１０に記載の光検出装置の製造方法。
【請求項12】
前記第２開口部を形成した後で、前記保護膜の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、請求項１０に記載の光検出装置の製造方法。
【請求項13】
前記保護膜はシリコン酸化膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、フッ酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、請求項１２に記載の光検出装置の製造方法。
前記保護膜を除去する工程では、フッ酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、請求項１２に記載の光検出装置の製造方法。
【請求項14】
前記保護膜は金属膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、硫酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、請求項１２に記載の光検出装置の製造方法。
前記保護膜を除去する工程では、硫酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、請求項１２に記載の光検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、光検出装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の画素（例えば、４画素）を１共有単位とし、１共有単位を構成する複数の画素が２次元アレイ状に配列されるとともに、１共有単位を構成する複数の画素が１つのフローティングディフュージョンを共有するＣＭＯＳイメージセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。フローティングディフュージョンは、例えば、４画素に囲まれた中央に配置され、接続配線を介してリセットトランジスタのソースと増幅トランジスタのゲートとに接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１１－７１３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
画素領域の微細化に伴い、フローティングディフュージョンと他の領域（例えば、素子間分離用の不純物領域や、転送トランジスタのゲート）との間が狭小化しつつある。狭小化が進むと、フローティングディフュージョンと他の領域との間に強電界が生じ易くなり、強電界が原因で白点等のノイズが発生し易くなるなど、ＣＭＯＳイメージセンサの特性が低下する可能性がある。
【0005】
本開示はこのような事情に鑑みてなされたもので、特性の低下を抑制することができる光検出装置及びその製造方法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】
【0006】
本開示の一態様に係る光検出装置は、半導体層と、前記半導体層に設けられた画素と、前記半導体層上に設けられて前記画素を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備える。前記画素は、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、前記光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有する。前記開口部は、前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有する。前記第２開口部の底面下に前記フローティングディフュージョンが位置する。前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極が接続される。
【0007】
これによれば、開口部内に配置される電極のうち、フローティングディフュージョンと接する部位（例えば、下部）の径を他の部位の径よりも細くすることができる。これにより、半導体層の表面に平行な方向において、フローティングディフュージョンの幅を小さくすることができ、フローティングディフュージョンと他領域（例えば、フローティングディフュージョンとは異なる電位の領域）との間の距離を確保することが容易となる。この距離が長いほど、フローティングディフュージョンと他領域との間に生じる電界を緩和することが容易となる。例えば強電界を原因とする白点等のノイズ発生を抑制することができるので、撮像装置は特性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下において、図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下の説明で参照する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0010】
以下の説明における上下等の方向の定義は、単に説明の便宜上の定義であって、本開示の技術的思想を限定するものではない。例えば、対象を９０°回転して観察すれば上下は左右に変換して読まれ、１８０°回転して観察すれば上下は反転して読まれることは勿論である。
【0011】
以下の説明では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の文言を用いて、方向を説明する場合がある。例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、半導体基板１１の表面１１ａに平行な方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向を水平方向ともいう。Ｚ軸方向は、半導体基板１１の表面１１ａの法線方向であり、半導体基板１１の厚さ方向でもある。Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は、互いに直交する。
【0012】
また、以下の説明において、「平面視」とは、例えば、半導体基板１１の厚さ方向（例えば、Ｚ軸方向）から見ることを意味する。
【0013】
＜実施形態＞
（撮像装置の全体構成例）
図１は、本開示の実施形態に係る撮像装置１（本開示の「光検出装置」の一例）の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１は、半導体基板に設けられた画素領域１２と、垂直駆動回路１３と、カラム信号処理回路１４と、水平駆動回路１５と、出力回路１６と、制御回路１７とを備える。垂直駆動回路１３と、カラム信号処理回路１４と、水平駆動回路１５と、出力回路１６と、制御回路１７は、半導体基板に設けられていてもよいし、配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層（いずれも図示せず）を介して（第１の）半導体基板の表面側に配置される第２の半導体基板に設けられていてもよい。
（撮像装置の全体構成例）
図１は、本開示の実施形態に係る撮像装置１（本開示の「光検出装置」の一例）の構成例を示すブロック図である。図１に示すように、撮像装置１は、半導体基板に設けられた画素領域１２と、垂直駆動回路１３と、カラム信号処理回路１４と、水平駆動回路１５と、出力回路１６と、制御回路１７とを備える。垂直駆動回路１３と、カラム信号処理回路１４と、水平駆動回路１５と、出力回路１６と、制御回路１７は、半導体基板に設けられていてもよいし、配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層（いずれも図示せず）を介して（第１の）半導体基板の表面側に配置される第２の半導体基板に設けられていてもよい。
【0014】
画素領域１２は、図示しない光学系により集光される光を受光する受光領域であり、複数の画素２１を有する。複数の画素２１は、行列状に配置されている。複数の画素２１は、水平信号線２２を介して行ごとに垂直駆動回路１３に接続されるとともに、垂直信号線２３を介して列ごとにカラム信号処理回路１４に接続される。複数の画素２１は、それぞれ受光する光の光量に応じたレベルの画素信号をそれぞれ出力する。それらの画素信号から、被写体の画像が構築される。
【0015】
垂直駆動回路１３は、複数の画素２１の行ごとに順次、それぞれの画素２１を駆動（転送や、選択、リセットなど）するための駆動信号を、水平信号線２２を介して画素２１に供給する。カラム信号処理回路１４は、複数の画素２１から垂直信号線２３を介して出力される画素信号に対してＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ：相関２重サンプリング）処理を施すことにより、画素信号のＡＤ変換を行うとともにリセットノイズを除去する。
【0016】
水平駆動回路１５は、複数の画素２１の列ごとに順次、カラム信号処理回路１４から画素信号をデータ出力信号線２４に出力させるための駆動信号を、カラム信号処理回路１４に供給する。出力回路１６は、水平駆動回路１５の駆動信号に従ったタイミングでカラム信号処理回路１４からデータ出力信号線２４を介して供給される画素信号を増幅し、後段の信号処理回路に出力する。制御回路１７は、撮像装置１の内部の各ブロックの駆動を制御する。例えば、制御回路１７は、各ブロックの駆動周期に従ったクロック信号を生成して、それぞれのブロックに供給する。
【0017】
画素２１は、フォトダイオードＰＤ（本開示の「光電変換部」の一例）、転送トランジスタＴＲ、フローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬ、及びリセットトランジスタＲＳＴを備える。転送トランジスタＴＲ、フローティングディフュージョンＦＤ、増幅トランジスタＡＭＰ、選択トランジスタＳＥＬ、及びリセットトランジスタＲＳＴは、フォトダイオードＰＤで光電変換された電荷（画素信号）の読み出しを行う読出回路３０を構成している。
【0018】
フォトダイオードＰＤは、入射した光を光電変換により電荷に変換して蓄積する光電変換部であり、アノード端子が接地されているとともに、カソード端子が転送トランジスタＴＲに接続されている。転送トランジスタＴＲのゲート電極ＴＧには、垂直駆動回路１３から転送信号が供給される。転送トランジスタＴＲは、転送ゲートＴＧに供給される転送信号に従って駆動する。以下、ゲート電極ＴＧを転送ゲートともいう。転送トランジスタＴＲがオンになると、フォトダイオードＰＤに蓄積されている電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送される。フローティングディフュージョンＦＤは、増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に接続された所定の蓄積容量を有する浮遊拡散領域であり、フォトダイオードＰＤから転送される電荷を一時的に蓄積する。
【0019】
増幅トランジスタＡＭＰは、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷に応じたレベル（即ち、フローティングディフュージョンＦＤの電位）の画素信号を、選択トランジスタＳＥＬを介して垂直信号線２３に出力する。すなわち、フローティングディフュージョンＦＤが増幅トランジスタＡＭＰのゲート電極に接続される構成により、フローティングディフュージョンＦＤ及び増幅トランジスタＡＭＰは、フォトダイオードＰＤにおいて発生した電荷を増幅し、その電荷に応じたレベルの画素信号に変換する変換部として機能する。
【0020】
選択トランジスタＳＥＬは、垂直駆動回路１３から供給される選択信号に従って駆動し、選択トランジスタＳＥＬがオンになると、増幅トランジスタＡＭＰから出力される画素信号が垂直信号線２３に出力可能な状態となる。リセットトランジスタＲＳＴは、垂直駆動回路１３から供給されるリセット信号に従って駆動し、リセットトランジスタＲＳＴがオンになると、フローティングディフュージョンＦＤに蓄積されている電荷が電源線Ｖｄｄに排出されて、フローティングディフュージョンＦＤがリセットされる。
【0021】
図２は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の共有画素単位１０の構成例を示す回路図である。図２に示すように、撮像装置１では、複数の画素２１のフォトダイオードＰＤ及び転送トランジスタＴＲが並列に接続されて、共有画素単位１０を構成してもよい。共有画素単位１０では、例えば、共有画素単位１０に含まれる各画素２１のフォトダイオードＰＤが各画素２１の転送トランジスタＴＲを介して、１つのフローティングディフュージョンＦＤにそれぞれ接続されている。なお、共有画素単位１０に含まれる画素２１の数は特に限定されないが、一例を挙げると４つである。
【0022】
（画素共有単位のレイアウト例）
図３は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の共有画素単位１０のレイアウト例を示す平面図である。なお、図３では、フォトダイオードＰＤを含む画素２１と、フローティングディフュージョンＦＤ及び選択トランジスタＳＥＬのレイアウト例を示しており、図２に示した転送トランジスタＴＲ、選択トランジスタＳＥＬ、増幅トランジスタＡＭＰの図示は省略している。
図３は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の共有画素単位１０のレイアウト例を示す平面図である。なお、図３では、フォトダイオードＰＤを含む画素２１と、フローティングディフュージョンＦＤ及び選択トランジスタＳＥＬのレイアウト例を示しており、図２に示した転送トランジスタＴＲ、選択トランジスタＳＥＬ、増幅トランジスタＡＭＰの図示は省略している。
【0023】
図３に示すように、撮像装置１では、例えば縦方向および横方向にそれぞれ２個ずつ配列された計４つの画素２１が、１つの共有画素単位１０を構成している。１つの共有画素構造は、４つのフォトダイオードＰＤ（本開示の「光電変換部」の一例）と、４つの転送トランジスタＴＲ（図２参照）と、共有される１つのフローティングディフュージョンＦＤと、共有される１つの選択トランジスタＳＥＬ（図２参照）と、共有される１つのリセットトランジスタＲＳＴ（図２と、後述の図４参照）と、共有される１つの増幅トランジスタＡＭＰ（図２参照）とを含む。
【0024】
フローティングディフュージョンＦＤは、１つの共有画素単位１０を構成する４つの画素２１の中央部に配置されている。フローティングディフュージョンＦＤの近傍に、転送ゲートＴＧ（図２と、後述の図４参照）が配置されている。例えば、フローティングディフュージョンＦＤは、４つの画素２１の中央部に配置される第１フローティングディフュージョンＦＤ１と、リセットトランジスタＲＳＴのソースとなる第２フローティングディフュージョンＦＤ２とを有する。第１フローティングディフュージョンＦＤ１と第２フローティングディフュージョンＦＤ２は、後述の電極６１Ａ、６１Ｂ（図４、図５参照）と、多層配線層に含まれる配線層とを介して接続されている。
【0025】
４つの画素２１の外周には、画素分離部３５が設けられている。画素分離部３５は、例えば、半導体基板１１（本開示の「半導体層」の一例）とは異なる導電型の不純物領域、又は、ディープトレンチアイソレーションなどで構成されている。
【0026】
図３において、紙面の垂直方向上側が半導体基板１１の表面側であり、複数の配線層と層間絶縁膜とからなる多層配線層（いずれも図示せず）が設けられている。一方、図３において、紙面の垂直方向下側が半導体基板１１の裏面側であり、光が入射される光入射面であって、オンチップレンズやカラーフィルタ等（いずれも図示せず）が設けられている。撮像装置１は、半導体基板１１の裏面側から入射された光を光電変換する裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサである。
【0027】
（フローティングディフュージョンとその周辺の構成例）
図４は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の第１フローティングディフュージョンＦＤ１とその周辺部の構成例を示す断面図である。図４は、図３に示す平面図をＡ－Ａ´線で切断した断面を模式的に示している。図５は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の第２フローティングディフュージョンＦＤ２とその周辺部の構成例を示す断面図である。図５は、図３に示す平面図をＢ－Ｂ´線で切断した断面を示している。
図４は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の第１フローティングディフュージョンＦＤ１とその周辺部の構成例を示す断面図である。図４は、図３に示す平面図をＡ－Ａ´線で切断した断面を模式的に示している。図５は、本開示の実施形態に係る撮像装置１の第２フローティングディフュージョンＦＤ２とその周辺部の構成例を示す断面図である。図５は、図３に示す平面図をＢ－Ｂ´線で切断した断面を示している。
【0028】
【0029】
転送トランジスタＴＲ（図２参照）は、例えば半導体基板１１の内部から表面１１ａ（本開示の「第１面」の一例）上にかけて設けられている。転送トランジスタＴＲは、例えば、ゲート電極（転送ゲート）ＴＧと、転送ゲートＴＧと半導体基板１１との間に設けられたゲート絶縁膜３１とを有し、フォトダイオードＰＤ（図３参照）をソースとし、フローティングディフュージョンＦＤをドレインとする、Ｎ型の縦型トランジスタである。転送トランジスタＴＲは、フォトダイオードＰＤで生成された電荷ｅ－を、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤへ転送する。
【0030】
フローティングディフュージョンＦＤは、半導体基板１１の表面１１ａ側に設けられており、例えばＮ型の不純物拡散層で構成されている。フローティングディフュージョンＦＤは、転送トランジスタＴＲから転送されてきた電荷ｅ－を保持する。
【0031】
図３に示したように、フローティングディフュージョンＦＤは、４つの画素２１の中央部に配置される第１フローティングディフュージョンＦＤ１と、リセットトランジスタＲＳＴのソースとなる第２フローティングディフュージョンＦＤ２とを有する。第１フローティングディフュージョンＦＤ１と第２フローティングディフュージョンＦＤ２は、例えば、図４に示す層間絶縁膜５１を貫通して第１フローティングディフュージョンＦＤ１に接続する電極６１Ａと、図５に示す層間絶縁膜５１を貫通して第２フローティングディフュージョンＦＤ２に接続する電極６１Ｂと、これら電極６１Ａ、６１Ｂに接続する配線層（図示せず）とを介して、互いに接続されている。
【0032】
図４及び図５を参照しながら、フローティングディフュージョンＦＤとその周辺部の構成例について、より詳しく説明する。図４及び図５に示すように、半導体基板１１の表面１１ａ側には、絶縁膜５２（本開示の「第２絶縁膜」の一例）が設けられている。この絶縁膜５２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である。
【0033】
図４に示すように、第１フローティングディフュージョンＦＤ１は転送トランジスタＴＲに隣接して設けられている。第１フローティングディフュージョンＦＤ１の近傍には、転送ゲートＴＧと、転送ゲートＴＧの側面を覆う絶縁性のサイドウォール４１とが設けられている。転送ゲートＴＧと、その側面を覆う絶縁性のサイドウォール４１は、絶縁膜５２で覆われている。また、第１フローティングディフュージョンＦＤ１も、後述の第２開口部Ｈ２の直下に位置する領域を除いて、絶縁膜５２で覆われている。
【0034】
また、図５に示すように、第２フローティングディフュージョンＦＤ２は、素子間分離用のＰ型の不純物領域３７に隣接して設けられている。例えば、Ｘ軸方向において、第２フローティングディフュージョンＦＤ２の両側に不純物領域３７が設けられている。第２フローティングディフュージョンＦＤ２と不純物領域３７は、互いに離れている。不純物領域３７は、絶縁膜５２で覆われている。また、第２フローティングディフュージョンＦＤ２も、後述の第２開口部Ｈ２の直下に位置する領域を除いて、絶縁膜５２で覆われている。
【0035】
図４及び図５に示すように、絶縁膜５２上に層間絶縁膜５１（本開示の「第１絶縁膜」の一例）が設けられている。層間絶縁膜５１は、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ膜）である。層間絶縁膜５１によって、複数の画素２１を有する画素領域１２（図１参照）が覆われている。層間絶縁膜５１には、複数の開口部Ｈが設けられており、これら開口部Ｈ内に電極６１が配置されている。
【0036】
（１）第１フローティングディフュージョンＦＤ１とその周辺について
例えば、図４に示すように、第１フローティングディフュージョンＦＤ１上には、開口部ＨＡが設けられている。開口部ＨＡは、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２と、を有する。第１開口部Ｈ１は層間絶縁膜５１に設けられている。第２開口部Ｈ２は絶縁膜５２に設けられている。第１開口部Ｈ１の径をＲＨ１とし、第２開口部Ｈ２の径をＲ２とすると、ＲＨ１＞ＲＨ２である。第２開口部Ｈ２の底面下に第１フローティングディフュージョンＦＤ１が位置する。
例えば、図４に示すように、第１フローティングディフュージョンＦＤ１上には、開口部ＨＡが設けられている。開口部ＨＡは、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２と、を有する。第１開口部Ｈ１は層間絶縁膜５１に設けられている。第２開口部Ｈ２は絶縁膜５２に設けられている。第１開口部Ｈ１の径をＲＨ１とし、第２開口部Ｈ２の径をＲ２とすると、ＲＨ１＞ＲＨ２である。第２開口部Ｈ２の底面下に第１フローティングディフュージョンＦＤ１が位置する。
【0037】
開口部ＨＡ内には、バリアメタル層６２を介して電極６１Ａが配置されている。電極６１Ａは、例えばタングステン（Ｗ）で構成されている。バリアメタル層６２は、例えばチタン（Ｔｉ）上に窒化チタン（ＴｉＮ）が積層された積層膜で構成されている。電極６１Ａと第１フローティングディフュージョンＦＤ１との間には、バリアメタル層６２と、バリアメタル層６２と半導体基板１１との合金層６３とが設けられている。合金層６３は、例えば、半導体基板１１を構成するＳｉと、バリアメタル層６２を構成するＴｉとが反応して形成されたチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）を主成分とする。
【0038】
第１フローティングディフュージョンＦＤ１は、開口部ＨＡの底部に形成された合金層６３を覆うように設けられている。合金層６３は、第１フローティングディフュージョンＦＤ１の内側にのみ設けられている。
【0039】
半導体基板１１の表面１１ａに平行な一方向において、第１フローティングディフュージョンＦＤ１の長さ（幅）をＷ１とすると、この長さ（幅）Ｗ１は、第２開口部Ｈ２の径ＲＨ２よりも大きく、第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも小さい。ＲＨ２＜Ｗ１＜ＲＨ１となっている。
【0040】
第１フローティングディフュージョンＦＤ１は合金層６３を覆うように形成する必要がある。このため、例えば第１フローティングディフュージョン上の開口部が第１開口部Ｈ１のみで構成されている場合（以下、比較例１）は、第１フローティングディフュージョンを転送ゲートＴＧ側へ広げる必要がある。比較例１では、第１フローティングディフュージョンの水平方向の長さ（幅）を第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも長くする必要があるため、第１フローティングディフュージョンと転送ゲートＴＧとの水平方向の距離ｄ１を長く確保することは難しい。
【0041】
これに対して、本実施形態に係る撮像装置１では、図４に示すように、開口部ＨＡが第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２とを有する。電極６１Ａは、第２開口部Ｈ２を通して第１フローティングディフュージョンＦＤ１に接続するため、合金層６３の水平方向の長さを短くすることができる。これにより、合金層６３を覆うように形成する必要がある第１フローティングディフュージョンＦＤ１の水平方向の長さ（幅）Ｗ１を短くすることができ、例えば第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも短くすることができる。上記の長さ（幅）Ｗ１を短くした分だけ、第１フローティングディフュージョンＦＤ１と転送ゲートＴＧとの距離ｄ１を確保することが容易となる。距離ｄ１が長いほど、第１フローティングディフュージョンＦＤ１と転送ゲートＴＧとの間に生じる電界を緩和することが容易となる。
【0042】
（２）第２フローティングディフュージョンＦＤ２とその周辺について
図５に示すように、第２フローティングディフュージョンＦＤ２と、その上に配置される開口部ＨＢ及び電極６１Ｂは、上記（１）で説明した第１フローティングディフュージョンＦＤ１と、その上に配置される開口部ＨＡ及び電極６１Ａと同様の構成を有する。
図５に示すように、第２フローティングディフュージョンＦＤ２と、その上に配置される開口部ＨＢ及び電極６１Ｂは、上記（１）で説明した第１フローティングディフュージョンＦＤ１と、その上に配置される開口部ＨＡ及び電極６１Ａと同様の構成を有する。
【0043】
例えば、図５に示すように、第２フローティングディフュージョンＦＤ２上には、開口部ＨＢが設けられている。開口部ＨＢは、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２と、を有する。第１開口部Ｈ１は層間絶縁膜５１に設けられている。第２開口部Ｈ２は絶縁膜５２に設けられている。第１開口部Ｈ１の径をＲＨ１とし、第２開口部Ｈ２の径をＲ２とすると、ＲＨ１＞ＲＨ２である。第２開口部Ｈ２の底面下に第２フローティングディフュージョンＦＤ２が位置する。
【0044】
開口部ＨＢ内には、バリアメタル層６２を介して電極６１Ｂが配置されている。電極６１Ｂは、例えばタングステン（Ｗ）で構成されている。電極６１Ｂと第２フローティングディフュージョンＦＤ２との間には、バリアメタル層６２と合金層６３とが設けられている。
【0045】
第２フローティングディフュージョンＦＤ２は、開口部ＨＢの底部に形成された合金層６３を覆うように設けられている。合金層６３は、第２フローティングディフュージョンＦＤ２の内側にのみ設けられている。
【0046】
半導体基板１１の表面１１ａに平行な一方向において、第２フローティングディフュージョンＦＤ２の長さ（幅）をＷ２とすると、この長さ（幅）Ｗ２は、第２開口部Ｈ２の径ＲＨ２よりも大きく、第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも小さい。ＲＨ２＜Ｗ２＜ＲＨ１となっている。
【0047】
第２フローティングディフュージョンＦＤ２は合金層６３を覆うように形成する必要がある。このため、例えば第２フローティングディフュージョン上の開口部が第１開口部Ｈ１のみで構成されている場合（以下、比較例２）は、第２フローティングディフュージョンを素子間分離用の不純物領域３７側へ広げる必要がある。比較例２では、第２フローティングディフュージョンの水平方向の長さ（幅）を第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも長くする必要があるため、第２フローティングディフュージョンと不純物領域３７との水平方向の距離ｄ２を長く確保することは難しい。
【0048】
これに対して、本実施形態に係る撮像装置１では、図５に示すように、開口部ＨＢが第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２とを有する。電極６１Ｂは、第２開口部Ｈ２を通して第２フローティングディフュージョンＦＤ２に接続するため、合金層６３の水平方向における長さを短くすることができる。これにより、合金層６３を覆うように形成する必要がある第２フローティングディフュージョンＦＤ２の水平方向の長さ（幅）Ｗ２を短くすることができ、例えば第１開口部Ｈ１の径ＲＨ１よりも短くすることができる。上記の長さ（幅）Ｗ２を短くした分だけ、第２フローティングディフュージョンＦＤ２と不純物領域３７との距離ｄ２を確保することが容易となる。距離ｄ２が長いほど、第２フローティングディフュージョンＦＤ２と不純物領域３７との間に生じる電界を緩和することが容易となる。
【0049】
（製造方法）
次に、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法として、開口部Ｈ及び電極６１の形成方法を説明する。ここでは、３通りの方法（製造方法例１から３）を説明する。なお、以下に説明する製造方法では、図４に示した開口部ＨＡと図５に示した開口部ＨＢとを同一プロセスで同時に形成する。また、図４に示した電極６１Ａと図５に示した電極６１Ｂとを同一プロセスで同時に形成する。開口部ＨＡ、ＨＢの形成方法は互いに同じであり、電極６１Ａ、電極６１Ｂの形成方法も互いに同じである。したがって、以下の説明では、開口部ＨＡ、ＨＢのうち開口部ＨＢを、電極６１Ａ、６１Ｂのうち電極６１Ｂを、それぞれ例に挙げて説明する。
次に、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法として、開口部Ｈ及び電極６１の形成方法を説明する。ここでは、３通りの方法（製造方法例１から３）を説明する。なお、以下に説明する製造方法では、図４に示した開口部ＨＡと図５に示した開口部ＨＢとを同一プロセスで同時に形成する。また、図４に示した電極６１Ａと図５に示した電極６１Ｂとを同一プロセスで同時に形成する。開口部ＨＡ、ＨＢの形成方法は互いに同じであり、電極６１Ａ、電極６１Ｂの形成方法も互いに同じである。したがって、以下の説明では、開口部ＨＡ、ＨＢのうち開口部ＨＢを、電極６１Ａ、６１Ｂのうち電極６１Ｂを、それぞれ例に挙げて説明する。
【0050】
また、撮像装置１は、成膜装置（ＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタ装置を含む）、エッチング装置、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置など、各種の装置を用いて製造される。以下、これらの装置を、製造装置と総称する。
【0051】
（１）製造方法例１
図６Ａから図６Ｅは、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法例１を工程順に示す断面図である。図６Ａにおいて、半導体基板１１には、第２フローティングディフュージョンＦＤ２（以下、単にフローティングディフュージョンＦＤという）と、素子間分離用の不純物領域３７が形成されている。
図６Ａから図６Ｅは、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法例１を工程順に示す断面図である。図６Ａにおいて、半導体基板１１には、第２フローティングディフュージョンＦＤ２（以下、単にフローティングディフュージョンＦＤという）と、素子間分離用の不純物領域３７が形成されている。
【0052】
図６Ａにおいて、製造装置は、フローティングディフュージョンＦＤと素子間分離用の不純物領域３７とが形成された半導体基板１１の表面１１ａ上に絶縁膜５２を成膜する。絶縁膜５２は例えばＳｉＮ膜であり、ＣＶＤ法で成膜する。
【0053】
次に、製造装置は、絶縁膜５２上に層間絶縁膜５１を成膜する。層間絶縁膜５１は、例えばＳｉＯ膜である。製造装置は、ＣＶＤ法を用いて、層間絶縁膜５１の１層目となるＳｉＯ膜５１１を成膜する。次に、製造装置は、ＡＬＤ法を用いて、層間絶縁膜５１の２層目となるＳｉＯ膜５１２１を成膜する。ＣＶＤ法よりもＡＬＤ法の方が、ＳｉＯ膜を密で硬い膜質に成膜することができる。
【0054】
次に、図６Ｂに示すように、製造装置は、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ膜５１２１上にマスクＭ１を形成する。マスクＭ１は、例えばフォトレジストで構成されている。マスクＭ１は、第１開口部Ｈ１を形成する予定領域を露出し、それ以外の領域を覆う形状を有する。
【0055】
次に、製造装置は、マスクＭ１を用いて、ＳｉＯ膜５１２１、ＳｉＯ膜５１１をこの順でドライエッチングして、第１開口部Ｈ１を形成する。上述したように、絶縁膜５２は例えばＳｉＮ膜である。このため、ＳｉＯ膜５１２１、ＳｉＯ膜５１１をドライエッチングする際に、絶縁膜５２はエッチングストッパとして機能する。絶縁膜５２を底面とする第１開口部Ｈ１が形成される。第１開口部Ｈ１の形成後、製造装置は、マスクＭ１を除去する。
【0056】
次に、図６Ｃに示すように、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側にＳｉＯ膜５１２２を成膜する。ＳｉＯ膜５１２２の成膜方法は、例えばＡＬＤ法である。ＳｉＯ膜５１２２によって、層間絶縁膜５１が厚膜化されるとともに、第１開口部Ｈ１の側面及び底面が覆われる。この製造方法例１では、ＳｉＯ膜５１２２が本開示の「保護膜」の一例となる。
【0057】
次に、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側をエッチバックする。これにより、図６Ｄに示すように、第１開口部Ｈ１の底面を覆うＳｉＯ膜５１２２と、その下に位置する絶縁膜５２とが除去されて、絶縁膜５２にフローティングディフュージョンＦＤを底面とする第２開口部Ｈ２が形成される。エッチバックでは、第１開口部Ｈ１の側面よりも、第１開口部Ｈ１の底面の方がエッチングされ易い。このため、第１開口部Ｈ１の側面がＳｉＯ膜５１２２で覆われた状態で第２開口部Ｈ２の形成が進み、第２開口部Ｈ２の形成後も第１開口部Ｈ１の側面はＳｉＯ膜５１２２で覆われた状態が維持される。なお、これ以降の工程では、ＳｉＯ膜５１２１とＳｉＯ膜５１２２とを合わせて、ＳｉＯ膜５１２という。
【0058】
次に、製造装置は、例えばフッ酸（ＨＦ）を含む溶液を用いて、ＳｉＯ膜５１２をウェットエッチングして薄膜化する。ＨＦを用いたウェットエッチングでは、ＳｉＯは高レートでエッチングされるのに対して、ＳｉＮはエッチングされない。絶縁膜５２はＳｉＮで構成されているため、絶縁膜５２はエッチングされない。これにより、図６Ｅに示すように、第１開口部Ｈ１の側面からＳｉＯ膜５１２の一部が除去されて、第１開口部Ｈ１の径が拡がり、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２との間に段差Ｇが形成される。
【0059】
次に、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側にバリアメタル層６２（図４、図５参照）を成膜して、開口部ＨＢ（以下、単に開口部Ｈという）の側面と底面とを覆う。次に、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ上に金属膜を成膜して、開口部Ｈを埋め込む。開口部Ｈに埋め込まれる金属は、例えばタングステン（Ｗ）である。次に、製造装置は、金属膜にＣＭＰ処理を施して、層間絶縁膜５１上から金属膜を除去する。これにより、金属膜から電極６１（図４、図５参照）を形成する。以上の工程を経て、図４及び図５に示した断面構造を有する撮像装置１が完成する。
【0060】
（２）製造方法例２
上記の製造方法例１では、本開示の「保護膜」として、ＳｉＯ膜５１２２を用いる場合を説明した。製造方法例２では、本開示の「保護膜」として、金属膜を用いる場合を説明する。
上記の製造方法例１では、本開示の「保護膜」として、ＳｉＯ膜５１２２を用いる場合を説明した。製造方法例２では、本開示の「保護膜」として、金属膜を用いる場合を説明する。
【0061】
図７Ａから図７Ｃは、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法例２を工程順に示す断面図である。図７Ａにおいて、層間絶縁膜５１に第１開口部Ｈ１を形成する工程までは、製造方法例１と同じである。製造方法例２では、第１開口部Ｈ１の形成後、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側に金属膜７１を成膜する。金属膜７１の成膜方法は、特に限定されないが、例えばスパッタ法又はＣＶＤ法である。金属膜７１の種類も特に限定されない。この製造方法例２では、金属膜７１が本開示の「保護膜」の一例となる。
【0062】
次に、製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側をエッチバックする。これにより、図７Ｂに示すように、第１開口部Ｈ１の底面を覆う金属膜７１と、その下に位置する絶縁膜５２とが除去されて、絶縁膜５２にフローティングディフュージョンＦＤを底面とする第２開口部Ｈ２が形成される。エッチバックでは、第１開口部Ｈ１の側面よりも、第１開口部Ｈ１の底面の方がエッチングされ易い。このため、第１開口部Ｈ１の側面が金属膜７１で覆われた状態で第２開口部Ｈ２の形成が進み、第２開口部Ｈ２の形成後も第１開口部Ｈ１の側面は金属膜７１で覆われた状態が維持される
【0063】
次に、製造装置は、例えば硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を含む溶液を用いて、金属膜７１をウェットエッチングして除去する。硫酸を用いたウェットエッチングでは、金属膜７１は高レートでエッチングされるのに対して、ＳｉＯ膜５１１、５１２と、ＳｉＮで構成される絶縁膜５２はエッチングされない。これにより、図７Ｃに示すように、第１開口部Ｈ１の側面から金属膜７１が全て除去されて、第１開口部Ｈ１の径が拡がり、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２との間に段差Ｇが形成される。
【0064】
これ以降の工程は、製造方法例１と同じである。製造装置は、半導体基板１１の表面１１ａ側にバリアメタル層６２（図４、図５参照）を成膜し、金属膜を成膜し、金属膜にＣＭＰ処理を施して電極６１（図４、図５参照）を形成する。以上の工程を経て、図４及び図５に示した断面構造を有する撮像装置１が完成する。
【0065】
（２．１）変形例
図８は、本開示の実施形態に係る製造方法例２の変形例を示す断面図である。本開示の第２絶縁膜の一例となる絶縁膜５２は、ＳｉＮの単層膜に限定されない。図８に示すように、絶縁膜５２は、ＳｉＯ膜５２１上にＳｉＮ膜５２２が積層された積層膜であってもよい。このような構成であっても、絶縁膜５２に第２開口部Ｈ２を形成することができる。
図８は、本開示の実施形態に係る製造方法例２の変形例を示す断面図である。本開示の第２絶縁膜の一例となる絶縁膜５２は、ＳｉＮの単層膜に限定されない。図８に示すように、絶縁膜５２は、ＳｉＯ膜５２１上にＳｉＮ膜５２２が積層された積層膜であってもよい。このような構成であっても、絶縁膜５２に第２開口部Ｈ２を形成することができる。
【0066】
また、第１開口部Ｈ１の側面を覆う金属膜７１（図７Ｂ参照）を、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を用いたウェットエッチングで除去する際に、絶縁膜５２を構成するＳｉＯ膜５２１、ＳｉＮ膜５２２はいずれもエッチングされない。例えば、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を用いて金属膜７１を除去する際に、ＳｉＮ膜５２２下のＳｉＯ膜５２１がエッチングされて、ＳｉＮ膜５２２と半導体基板１１との間に隙間が形成されることはない。絶縁膜５２が上記のような積層膜である場合も、単層膜の場合と同様に、第２開口部Ｈ２の側面を平坦に形成することができる。
【0067】
（３）製造方法例３
上記の製造方法例１、２では、第１開口部Ｈ１の側面を保護膜で覆った状態でエッチバックを行って第２開口部Ｈ２を形成し、その後、保護膜を除去することで、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２との間に段差Ｇを形成することを説明した。しかしながら、本開示の実施形態において、段差Ｇの形成方法はこれに限定されない。段差Ｇは、ＳｉＯで構成される層間絶縁膜５１と、ＳｉＮで構成される絶縁膜５２とのエッチング選択比を利用して形成してもよい。
上記の製造方法例１、２では、第１開口部Ｈ１の側面を保護膜で覆った状態でエッチバックを行って第２開口部Ｈ２を形成し、その後、保護膜を除去することで、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２との間に段差Ｇを形成することを説明した。しかしながら、本開示の実施形態において、段差Ｇの形成方法はこれに限定されない。段差Ｇは、ＳｉＯで構成される層間絶縁膜５１と、ＳｉＮで構成される絶縁膜５２とのエッチング選択比を利用して形成してもよい。
【0068】
図９Ａ及び図９Ｂは、本開示の実施形態に係る撮像装置１の製造方法例３を工程順に示す断面図である。図９Ａにおいて、製造装置は、図示しないマスクを用いて層間絶縁膜５１をドライエッチングして、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２とを形成する。製造方法例３では、製造方法例１、２と比べて、第１開口部Ｈ１の幅を狭く形成する。より具体的には、第１開口部Ｈ１を第２開口部Ｈ２と同じ（または、ほぼ同じ）幅で形成する。
【0069】
次に、製造装置は、例えばフッ酸（ＨＦ）を含む溶液を用いて、層間絶縁膜５１をウェットエッチングする。層間絶縁膜５１はＳｉＯで構成されており、絶縁膜５２はＳｉＮで構成されているため、第１開口部Ｈ１の側面はエッチングされて第１開口部Ｈ１の径が拡がるが、第２開口部Ｈ２の側面はエッチングされない。これにより、図９Ｂに示すように、第１開口部Ｈ１と第２開口部Ｈ２との間に段差Ｇが形成される。
【0070】
（実施形態の効果）
以上説明したように、本開示の実施形態に係る撮像装置１は、半導体基板１１と、半導体基板１１に設けられた画素２１と、半導体基板１１上に設けられて画素２１を覆う層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２と、層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２に設けられた開口部Ｈ内に配置される電極６１と、を備える。画素２１は、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤと、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する転送トランジスタＴＲと、を有する。開口部Ｈは、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２と、を有する。第２開口部Ｈ２の底面下にフローティングディフュージョンＦＤが位置する。第２開口部Ｈ２を通してフローティングディフュージョンＦＤに電極６１が接続される。
以上説明したように、本開示の実施形態に係る撮像装置１は、半導体基板１１と、半導体基板１１に設けられた画素２１と、半導体基板１１上に設けられて画素２１を覆う層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２と、層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２に設けられた開口部Ｈ内に配置される電極６１と、を備える。画素２１は、フォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤで生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンＦＤと、フォトダイオードＰＤで生成された電荷をフローティングディフュージョンＦＤに転送する転送トランジスタＴＲと、を有する。開口部Ｈは、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２と、を有する。第２開口部Ｈ２の底面下にフローティングディフュージョンＦＤが位置する。第２開口部Ｈ２を通してフローティングディフュージョンＦＤに電極６１が接続される。
【0071】
これによれば、開口部Ｈ内に配置される電極６１のうち、フローティングディフュージョンＦＤと接する部位（例えば、下部）の径を他の部位の径よりも細くすることができる。これにより、半導体基板１１の表面に平行な方向において、フローティングディフュージョンＦＤの幅を小さくすることができ、フローティングディフュージョンＦＤと他領域（例えば、フローティングディフュージョンＦＤとは異なる電位の領域）との間の距離を確保することが容易となる。他領域として、図４に示した転送ゲートＴＧや、図５に示した素子間分離用の不純物領域３７が例示される。
【0072】
例えば、図４に示す距離ｄ１が長いほど、第１フローティングディフュージョンＦＤ１と転送ゲートＴＧとの間に生じる電界を緩和することが容易となる。図５に示す距離ｄ２が長いほど、第２フローティングディフュージョンＦＤ２と素子間分離用の不純物領域３７との間に生じる電界を緩和することが容易となる。例えば強電界を原因とする白点等のノイズ発生を抑制することができるので、撮像装置１は特性の低下を抑制することができる。撮像装置のさらなる微細化の進展に寄与できる可能性がある。
【0073】
本開示の実施形態に係る撮像装置の製造方法は、フローティングディフュージョンＦＤが設けられた半導体基板１１上に層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２を成膜する工程と、層間絶縁膜５１及び絶縁膜５２にフローティングディフュージョンＦＤを底面とする開口部Ｈを形成する工程と、開口部Ｈ内に電極６１を形成する工程と、を含む。開口部Ｈを形成する工程は、層間絶縁膜５１の表面に開口する第１開口部Ｈ１を形成する工程と、第１開口部Ｈ１の底面に開口し、第１開口部Ｈ１よりも径が小さい第２開口部Ｈ２を形成する工程と、を含む。電極６１を形成する工程では、第２開口部Ｈ２を通してフローティングディフュージョンＦＤに電極６１を接続する。これによれば、上記の撮像装置１を製造することができる。
【0074】
＜その他の実施形態＞
上記のように、本開示は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
上記のように、本開示は実施形態及び変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本開示を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本技術はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。上述した実施形態及び変形例の要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の種々の省略、置換及び変更のうち少なくとも１つを行うことができる。また、本明細書に記載された効果はあくまでも例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
【0075】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
半導体層と、
前記半導体層に設けられた画素と、
前記半導体層上に設けられて前記画素を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備え、
前記画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有し、
前記開口部は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有し、
前記第２開口部の底面下に前記フローティングディフュージョンが位置し、
前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、光検出装置。
（２）
前記半導体層の表面に平行な一方向において、前記フローティングディフュージョンの長さは、前記第２開口部の径よりも大きく、前記第１開口部の径よりも小さい、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
前記電極と前記フローティングディフュージョンとの間に設けられたバリアメタル層と、
前記バリアメタル層と前記半導体層との合金層と、をさらに備え、
前記合金層は、前記フローティングディフュージョンの内側にのみ設けられている、前記（１）又は（２）に記載の光検出装置。
（４）
前記絶縁膜は、
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜と前記半導体層との間に設けられた第２絶縁膜とを有し、
前記第１開口部は前記第１絶縁膜に設けられ、
前記第２開口部は前記第２絶縁膜に設けられている、前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（５）
前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜はシリコン窒化膜、又は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した積層膜である、前記（４）に記載の光検出装置。
（６）
前記フローティングディフュージョンは、
前記転送トランジスタに隣接して設けられた第１フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第１フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（７）
前記半導体層に設けられた画素間分離用の不純物領域、をさらに備え、
前記フローティングディフュージョンは、
前記不純物領域に隣接して設けられた第２フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第２フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、前記（１）から（６）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（８）
前記画素を複数備え、
前記複数の画素が１つの前記フローティングディフュージョンを共有する、前記（１）から（７）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（９）
フローティングディフュージョンが設けられた半導体層上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜に前記フローティングディフュージョンを底面とする開口部を形成する工程と、
前記開口部内に電極を形成する工程と、を含み、
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部を形成する工程と、を含み、
前記電極を形成する工程では、前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極を接続する、光検出装置の製造方法。
（１０）
前記開口部を形成する工程は、
前記第２開口部を形成する前に、前記第１開口部の側面を保護膜で覆う工程をさらに含み、
前記第２開口部を形成する工程では、前記第１開口部の前記側面が前記保護膜で覆われた状態で、前記第１開口部の底部をエッチングして前記第２開口部を形成する、前記（９）に記載の光検出装置の製造方法。
（１１）
前記第２開口部を形成する工程はエッチバックで行う、前記（１０）に記載の光検出装置の製造方法。
（１２）
前記第２開口部を形成した後で、前記保護膜の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、前記（１０）又は（１１）に記載の光検出装置の製造方法。
（１３）
前記保護膜はシリコン酸化膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、フッ酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、前記（１２）に記載の光検出装置の製造方法。
（１４）
前記保護膜は金属膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、硫酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、前記（１２）に記載の光検出装置の製造方法。
（１）
半導体層と、
前記半導体層に設けられた画素と、
前記半導体層上に設けられて前記画素を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜に設けられた開口部内に配置される電極と、を備え、
前記画素は、
光電変換部と、
前記光電変換部で生成された電荷を蓄積するフローティングディフュージョンと、
前記光電変換部で生成された電荷を前記フローティングディフュージョンに転送する転送トランジスタと、を有し、
前記開口部は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部と、を有し、
前記第２開口部の底面下に前記フローティングディフュージョンが位置し、
前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、光検出装置。
（２）
前記半導体層の表面に平行な一方向において、前記フローティングディフュージョンの長さは、前記第２開口部の径よりも大きく、前記第１開口部の径よりも小さい、前記（１）に記載の光検出装置。
（３）
前記電極と前記フローティングディフュージョンとの間に設けられたバリアメタル層と、
前記バリアメタル層と前記半導体層との合金層と、をさらに備え、
前記合金層は、前記フローティングディフュージョンの内側にのみ設けられている、前記（１）又は（２）に記載の光検出装置。
（４）
前記絶縁膜は、
第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜と前記半導体層との間に設けられた第２絶縁膜とを有し、
前記第１開口部は前記第１絶縁膜に設けられ、
前記第２開口部は前記第２絶縁膜に設けられている、前記（１）から（３）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（５）
前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜はシリコン窒化膜、又は、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を積層した積層膜である、前記（４）に記載の光検出装置。
（６）
前記フローティングディフュージョンは、
前記転送トランジスタに隣接して設けられた第１フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第１フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、前記（１）から（５）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（７）
前記半導体層に設けられた画素間分離用の不純物領域、をさらに備え、
前記フローティングディフュージョンは、
前記不純物領域に隣接して設けられた第２フローティングディフュージョンを有し、
前記第２開口部を通して前記第２フローティングディフュージョンに前記電極が接続される、前記（１）から（６）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（８）
前記画素を複数備え、
前記複数の画素が１つの前記フローティングディフュージョンを共有する、前記（１）から（７）のいずれか１項に記載の光検出装置。
（９）
フローティングディフュージョンが設けられた半導体層上に絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜に前記フローティングディフュージョンを底面とする開口部を形成する工程と、
前記開口部内に電極を形成する工程と、を含み、
前記開口部を形成する工程は、
前記絶縁膜の表面に開口する第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部の底面に開口し、前記第１開口部よりも径が小さい第２開口部を形成する工程と、を含み、
前記電極を形成する工程では、前記第２開口部を通して前記フローティングディフュージョンに前記電極を接続する、光検出装置の製造方法。
（１０）
前記開口部を形成する工程は、
前記第２開口部を形成する前に、前記第１開口部の側面を保護膜で覆う工程をさらに含み、
前記第２開口部を形成する工程では、前記第１開口部の前記側面が前記保護膜で覆われた状態で、前記第１開口部の底部をエッチングして前記第２開口部を形成する、前記（９）に記載の光検出装置の製造方法。
（１１）
前記第２開口部を形成する工程はエッチバックで行う、前記（１０）に記載の光検出装置の製造方法。
（１２）
前記第２開口部を形成した後で、前記保護膜の少なくとも一部を除去する工程をさらに含む、前記（１０）又は（１１）に記載の光検出装置の製造方法。
（１３）
前記保護膜はシリコン酸化膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、フッ酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、前記（１２）に記載の光検出装置の製造方法。
（１４）
前記保護膜は金属膜であり、
前記保護膜を除去する工程では、硫酸を含む溶液を用いてウェットエッチングを行う、前記（１２）に記載の光検出装置の製造方法。
【符号の説明】
【0076】
１ 撮像装置
１０ 共有画素単位
１１ 半導体基板
１１ａ 表面
１２ 画素領域
１３ 垂直駆動回路
１４ カラム信号処理回路
１５ 水平駆動回路
１６ 出力回路
１７ 制御回路
２１ 画素
２２ 水平信号線
２３ 垂直信号線
２４ データ出力信号線
３０ 読出回路
３１ ゲート絶縁膜
３５ 画素分離部
３７ 不純物領域
４１ サイドウォール
５１ 層間絶縁膜
５２ 絶縁膜
６１ 電極
６１Ａ、６１Ｂ 電極
６２ バリアメタル層
６３ 合金層
７１ 金属膜
５１１、５１２、５２１、５１２１、５１２２ ＳｉＯ膜
５２２ ＳｉＮ膜
ＡＭＰ 増幅トランジスタ
ＦＤ フローティングディフュージョン
ＦＤ１ 第１フローティングディフュージョン
ＦＤ２ 第２フローティングディフュージョン
Ｇ 段差
Ｈ 開口部
Ｈ１ 第１開口部
Ｈ２ 第２開口部
ＨＡ、ＨＢ 開口部
Ｍ１ マスク
ＰＤ フォトダイオード
ＲＳＴ リセットトランジスタ
ＳＥＬ 選択トランジスタ
ＴＧ 転送ゲート
ＴＧ ゲート電極（転送ゲート）
Ｖｄｄ 電源線
１０ 共有画素単位
１１ 半導体基板
１１ａ 表面
１２ 画素領域
１３ 垂直駆動回路
１４ カラム信号処理回路
１５ 水平駆動回路
１６ 出力回路
１７ 制御回路
２１ 画素
２２ 水平信号線
２３ 垂直信号線
２４ データ出力信号線
３０ 読出回路
３１ ゲート絶縁膜
３５ 画素分離部
３７ 不純物領域
４１ サイドウォール
５１ 層間絶縁膜
５２ 絶縁膜
６１ 電極
６１Ａ、６１Ｂ 電極
６２ バリアメタル層
６３ 合金層
７１ 金属膜
５１１、５１２、５２１、５１２１、５１２２ ＳｉＯ膜
５２２ ＳｉＮ膜
ＡＭＰ 増幅トランジスタ
ＦＤ フローティングディフュージョン
ＦＤ１ 第１フローティングディフュージョン
ＦＤ２ 第２フローティングディフュージョン
Ｇ 段差
Ｈ 開口部
Ｈ１ 第１開口部
Ｈ２ 第２開口部
ＨＡ、ＨＢ 開口部
Ｍ１ マスク
ＰＤ フォトダイオード
ＲＳＴ リセットトランジスタ
ＳＥＬ 選択トランジスタ
ＴＧ 転送ゲート
ＴＧ ゲート電極（転送ゲート）
Ｖｄｄ 電源線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図6E】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9A】
【図9B】