JP2009032953A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易なレイアウトで各配線層間の接続を維持しながら、撮像領域の周辺部における感度の低下を抑制できる構造を備えた固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置は、第１の配線層と、第２の配線層と、基板コンタクトと、第１のコンタクトとを備える。周辺画素を構成する受光部に対する基板コンタクトの配置は、中心画素を構成する受光部に対する基板コンタクトの配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｒでずれて配置されているか、又はずれずに配置されている。周辺画素を構成する受光部に対する第１のコンタクトの配置は、中心画素を構成する受光部に対する第１のコンタクトの配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ１でずれて配置されている。ズレ量ｓ１はズレ量ｒよりも大きい。
【選択図】図８

Description

本発明は、光電変換部等の受光部を備えた固体撮像装置に関する。

一般に、例えばＭＯＳイメージセンサのような固体撮像装置では、受光部（フォトダイオード等の光電変換部）を設けた半導体基板上に、遮光パターンや配線パターンのような各種の膜を多層状に配置した構造となっている。このような固体撮像装置を小型化した場合、必然的にカメラレンズの瞳距離が短くなり、複数の画素が２次元配列された画素アレイ部（撮像領域）、特に画素アレイ部の周縁部に入射する光の斜め成分が増大する。このため、画素単位で考えた場合、光の進入角度が大きければ大きくなるほど、配線等によって光が遮られ、受光面に直接入射する光量は減少する。これにより、画質を高いレベルで維持することが困難になる。

現在、多くの固体撮像装置では、集光率を向上させる目的で、各画素毎にオンチップマイクロレンズが設けられているが、斜め方向からの入射光が多くなる撮像領域の周辺部においては、集光レンズによる集光中心が受光部の中心からずれる。このため、受光部への集光率が低下することにより、感度が低下する。この感度の低下は、撮像領域の中心部から周辺部に向かって大きくなるという問題があった。

上記問題に対して、従来の固体撮像装置では、撮像領域の集光レンズをずらすと共に、最上層の配線層のみをずらした構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。

図１４は、上記従来の固体撮像装置の構造を示す要部断面図である。

図１４に示すように、半導体基板１００における上部には受光センサ部１０１が形成されており、半導体基板１００及び受光センサ部１０１の上には、層間絶縁膜１０２を介して第１〜第３の配線層１０３〜１０５が形成されている。最上層の第３の配線層１０５の上には、平坦化膜１０６を介してカラーフィルタ１０７が形成されている。

上記構成を有する従来の固体撮像装置では、全画素領域で集光レンズ（図示せず）の中心が同じピッチとなるように配置されており、撮像領域の周辺部において、受光センサ部１０１に対する集光レンズの配置を、矢印ｂに示すように、撮像領域の周辺部から中心部に向かって水平方向又は垂直方向にずらして構成されている。さらに、集光レンズをずらした構成だけでは、入射光ａが最上層の配線層で遮られることで生じる感度の低下を防止する目的で、撮像領域の周辺部において、受光センサ部１０１から最も離れた最上層の第３の配線層１０５のみをずらしている。

このように、最上層の配線層のみを水平方向又は垂直方向の一方向にのみずらす構成により、各配線層同士の接続及びレイアウトが容易であるにも関わらず、撮像領域の周辺部における斜めの入射光が配線層の最上層で蹴られることなく、受光部に対する集光率が向上して感度の低下を防止することができる。
特許第３７０９８７３号

ところで、固体撮像装置が小型化されていくと、カメラレンズの瞳距離が必然的に短くなるため、複数の画素が２次元的に配列されてなる画素アレイ部（撮像領域）における特に周辺部において、入射する光の斜め入射角度が大きくなり、その入射角度は基板表面の垂直方向に対して２５°〜３５°程度となる。このため、上記従来の固体撮像装置のように、最上層の配線層をずらす構成だけでは、感度を保持するには不十分であり、最上層よりも下方に配置される配線層の存在により、入射光が蹴られて感度が大幅に低下するという問題があった。

一方で、最上層の配線層のみならず該配線層よりも下方に配置される配線層をもずらす場合には、配線層同士がコンタクトを介して電気的に接続されているため、配線層を構成する全ての構成要素をずらしたレイアウトを有する固体撮像装置を実現することは困難であるという問題があった。

前記に鑑み、本発明の目的は、簡易なレイアウトで各配線層間の接続を維持しながら、撮像領域の周辺部における感度の低下を抑制できる構造を備えた固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明の一形態に係る固体撮像装置は、半導体基板上に入射光を光電変換する受光部を含む画素が行列状に複数個配置された撮像領域を備えた固体撮像装置であって、半導体基板の上に第１の層間絶縁膜を介して形成され、各受光部の上方に第１の開口部を有する複数の構成要素からなる第１の配線層と、第１の配線層の上に第２の層間絶縁膜を介して形成され、各受光部の上方に第２の開口部を有する複数の構成要素からなる第２の配線層と、第１の層間絶縁膜を貫通して形成され、半導体基板の活性領域と第１の配線層とを電気的に接続する基板コンタクトと、第２の層間絶縁膜を貫通して形成され、第１の配線層と第２の配線層とを電気的に接続する第１のコンタクトとを備え、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する基板コンタクトの配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する基板コンタクトの配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｒ（但し、０＜ｒ）でずれて配置されているか、又はずれずに配置されており、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第１のコンタクトの配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第１のコンタクトの配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ１（但し、０＜ｓ１）でずれて配置されており、撮像領域の周辺部における基板コンタクトがずれて配置されている場合に、ズレ量ｓ１はズレ量ｒよりも大きい。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第１の配線層の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第１の配線層の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ２（但し、０＜ｓ２）でずれて配置されており、撮像領域の周辺部における基板コンタクトがずれて配置されている場合に、ズレ量ｓ２はズレ量ｒよりも大きい。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、ズレ量ｓ１とズレ量ｓ２とは同じである。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の配線層を構成する複数の構成要素のうちの一部のみがズレ量ｓ２でずれて配置されている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の配線層を構成する一部の構成要素は、第１のコンタクトと直接接続されている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第２の配線層の上に第３の層間絶縁膜を介して形成され、各受光部の上方に第３の開口部を有する複数の構成要素からなる第３の配線層と、第３の層間絶縁膜を貫通して形成され、第２の配線層と第３の配線層とを電気的に接続する第２のコンタクトとをさらに備え、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第２のコンタクトの配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第２のコンタクトの配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｔ１（但し、０＜ｔ１）でずれて配置されており、ズレ量ｔ１はズレ量ｓ１以上である。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第２の配線層の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第２の配線層の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｔ２（但し、０＜ｔ２）でずれて配置されており、ズレ量ｔ２はズレ量ｓ１以上である。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第２の配線層を構成する複数の構成要素の全てがズレ量ｔ２でずれて配置されている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、ズレ量ｔ２はズレ量ｔ１と同じである。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第３の配線層を構成する複数の構成要素の一部の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第３の配線層を構成する複数の構成要素の一部の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｕ１（但し、０＜ｕ１）でずれて配置されており、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部に対する第３の配線層を構成する複数の構成要素の他の一部の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部に対する第３の配線層を構成する複数の構成要素の他の一部の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｕ２（但し、０＜ｕ２）でずれて配置されており、ズレ量ｕ１及びズレ量ｕ２は、互いに大きさが異なり、且つ、ズレ量ｔ１よりも大きい。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の配線層と第２の層間絶縁膜との間に形成された第１の配線保護膜と、第２の配線層と第３の層間絶縁膜との間に形成された第２の配線保護膜と、第３の配線層の上に形成された第３の配線保護膜とをさらに備えている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の配線保護膜及び第２の配線保護膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、及びシリコン酸化膜のうちから選択される少なくとも２種類以上よりなる積層膜である、固体撮像装置。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の配線保護膜は、各受光部の上方に第１の開口部と連通する開口部を有し、第２の配線保護膜は、各受光部の上方に第２の開口部と連通する開口部を有している。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の開口部と連通する開口部の形状、及び、第２の開口部と連通する開口部の形状は、撮像領域の周辺部から中心部に向かって画素毎に異なっている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第１の開口部と連通する開口部の形状、及び第２の開口部と連通する開口部の形状は、撮像領域の周辺部と中心部とにおいて異なっている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第１の開口部と連通する開口部の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第１の開口部と連通する開口部の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ２でずれて配置されており、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第２の開口部と連通する開口部の配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第２の開口部と連通する開口部の配置よりも、周辺部から中心部に向かってズレ量ｔ２でずれて配置されている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第１の開口部と連通する開口部の面積は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第１の開口部と連通する開口部の面積よりも小さく、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第２の開口部と連通する開口部の面積は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられた第２の開口部と連通する開口部の面積よりも小さい。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、第３の配線保護膜は、各受光部の上方に第３の開口部と連通する開口部を有していない、
本発明の一形態に係る固体撮像装置において、オンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズをさらに備え、撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられたオンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズの配置は、撮像領域の中心部において該中心部に位置する画素を構成する受光部の上方に設けられたオンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズの配置よりも、周辺部から中心部に向かってずれて配置されている。

本発明の一形態に係る固体撮像装置において、
周辺部から中心部に向かってのずれは、水平方向又は垂直方向へのずれである。

本発明の一形態に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、簡易なレイアウトで各配線層間の接続を維持しながら、撮像領域の周辺部において、入射光を効率よく受光部に集めて感度の低下を抑制することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る固体撮像装置について、ＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）を例として図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。

−撮像領域の基本構成−
図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の撮像領域を示す平面図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板上に入射光を光電変換するフォトダイオード等の受光部を含む単位画素セル２が行列状（水平方向１０ａ及び垂直方向１０ｂ）に複数個配置された撮像領域（画素部）１を備え、受光部に蓄積された電荷を光電変換により電気信号として信号検出回路によって検出するものである。なお、図１に示した水平方向１０ａ及び１０ｂは、本明細書及び特許請求の範囲において、撮像領域の周辺部から中心部に向かってのずれが、撮像領域の周辺部から中心部に向かって水平方向１０ａ又は垂直方向１０ｂのいずれか、あるいは、水平方向１０ａ及び垂直方向１０ｂの両方にずれることを説明するものである。

−単位画素セルの回路構成例−
図２は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の上記撮像領域１を構成する単位画素セルの一例を示す回路模式図であって、ここでは、２つのフォトダイオードで１つの電荷蓄積部を共有する２画素１セル構造の場合を例に示している。

図２に示すように、本実施形態における単位画素セルは、光電変換素子であるフォトダイオード１２−１、１２−２と、電荷転送トランジスタ１３−１、１３−２と、増幅トランジスタ１４−１と、電荷を消去するためのリセットトランジスタ１５−１とから構成されている。

ここで、光電変換領域は、フォトダイオード１２−１、１２−２から構成されており、信号検出回路は、増幅トランジスタ１４−１とリセットトランジスタ１５−１とから構成されている。また、電荷転送トランジスタ１３−１、１３−２は、フォトダイオード１２−１、１２−２をソースとして、電荷転送トランジスタ１３−１、１３−２のゲート電極をドレインとソースとの間に形成された構造を有している。さらに、増幅トランジスタ１４−１は、ゲート電極の両端にソースとドレインとが形成された構造を有している。増幅トランジスタ１４−１のドレインとリセットトランジスタ１５−１のドレインとは、電源電圧供給線（ドレイン電圧入力用配線）２５−１に接続されている。また、増幅トランジスタ１４−１のソースに垂直信号配線（信号読み出し用配線）２５−２が接続されている。上記の構成を有する単位画素セル２が行列状に複数個配置されて、上記図１に示した撮像領域１が構成されている。

−中心画素における配線層とコンタクトの構成及び配置−
図３（ａ）及び（ｂ）〜図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する撮像領域１の中心部の画素（中心画素）の主要構成要素の配置を示す平面図である。

具体的には、図３（ａ）は、基板表面及びゲート電極と最下層のコンタクトの配置を示しており、（ｂ）は、最下層のコンタクトと１層目の金属配線（第１の配線層）の配置を示している。また、図４（ａ）は、１層目の金属配線と１層目のコンタクト（第１のコンタクト）の配置を示しており、（ｂ）は、１層目のコンタクトと２層目の金属配線（第２の配線層）の配置を示している。また、図５（ａ）は、２層目の金属配線と２層目のコンタクト（第２のコンタクト）の配置を示しており、（ｂ）は、２層目のコンタクトと３層目の金属配線（第３の配線層）の配置を示している。なお、基板コンタクトとは、最下層のコンタクトであって、半導体基板の活性化領域と１層目の金属配線とを接続するコンタクトであり、１層目のコンタクトとは、１層目の金属配線と２層目の金属配線とを接続するコンタクトであり、２層目のコンタクトとは、２層目の金属配線と３層目の金属配線とを接続するコンタクトである。

まず、図３（ａ）に示す基板表面及びゲート電極と最下層のコンタクトの配置では、電荷蓄積部１１−１Ａ、フォトダイオード１２−１、１２−２、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａ、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａ、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａ、増幅トランジスタのソース２５−２Ａが形成されており、最下層のコンタクトとして、電荷蓄積部１１−１Ａの最下層のコンタクト１１−１１Ｂ、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａの最下層のコンタクト１３−１Ｂ、１３−２Ｂ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの最下層のコンタクト１４−１Ｂ、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａの最下層のコンタクト１５−１Ｂ、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの最下層のコンタクト２５−１Ｂ、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの最下層のコンタクト２５−２Ｂが形成されている。なお、同図において、実線で囲まれる閉曲線内部が活性化領域であり、それ以外の部分は、例えばＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）又はＬＯＣＯＳからなる素子分離領域である。また、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａは、ポリシリコン、又はポリメタルゲート（タングステンシリサイド／ポリシリコン）からなり、ポリシリコンからなる場合には、接触抵抗を低減する目的で、最下層のコンタクト１３−１Ｂ、１３−２Ｂの下部にコバルトシリサイド、チタンシリサイド、又はニッケルシリサイドなどのシリサイドを形成することが好ましい。なお、直線ｌは、フォトダイオード１２−１、１２−２を距離２ａで等分する中心線を示している。

次に、図３（ｂ）に示す最下層のコンタクトと１層目の金属配線の配置では、電荷蓄積部１１−１Ａの最下層のコンタクト１１Ｂに接続する電荷蓄積部１１−１Ａの上下配線の接続用コンタクト（１層目の金属配線を構成する）１１−１Ｃ、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａの最下層のコンタクト１３−１Ｂ、１３−２Ｂに接続する転送ゲート電圧入力用配線（１層目の金属配線を構成する）２４−１、２４−２と、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの最下層のコンタクト１４−１Ｂに接続する増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部（１層目の金属配線を構成する）１４−１Ｃと、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａの最下層のコンタクト１５−１Ｂに接続するリセット電圧入力用配線（１層目の金属配線を構成する）２３−１と、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの最下層のコンタクト２５−１Ｂに接続するリセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの上下配線の接続用配線部（１層目の金属配線を構成する）２５−１Ｃと、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの最下層のコンタクト２５−２Ｂに接続する増幅トランジスタのソース２５−２Ａの上下配線の接続用配線部（１層目の金属配線を構成する）２５−２Ｃとが形成されている。なお、同図に示すように、ダミーパターン１００−１、１０１−１（１層目の金属配線を構成する）が配置されている。また、同図において、距離２ｂは、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの上下配線の接続用配線部２５−２Ｃから直線ｌまでの等しい距離を示している。

次に、図４（ａ）に示す１層目の金属配線と１層目のコンタクトの配置では、電荷蓄積部１１−１Ａの上下配線の接続用コンタクト１１−Ｃに接続する電荷蓄積部１１−１Ａの１層目のコンタクト１１−Ｄと、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部１４−１Ｃに接続する増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの１層目のコンタクト１４−１Ｄと、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの上下配線の接続用配線部２５−１Ｃに接続するリセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの１層目のコンタクト２５−１Ｄと、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの上下配線の接続用配線部２５−２Ｃに接続する増幅トランジスタのソース２５−２Ａの１層目のコンタクト２５−２Ｄとが形成されている。なお、同図において、距離２ｃ１は、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの上下配線の接続用配線部２５−２Ｃから直線ｌまでの等しい距離（距離２ｂとも等しい）を示しており、距離２ｃ２は、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの１層目のコンタクト１４−１Ｄから直線ｌまでの等しい距離を示している。

次に、図４（ｂ）に示す１層目のコンタクトと２層目の金属配線の配置では、電荷蓄積部１１−１Ａの１層目のコンタクト１１−Ｄに接続する電荷蓄積部１１−１Ａの上下配線の接続用コンタクト（２層目の金属配線を構成する）１１−Ｅと、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの１層目のコンタクト１４−１Ｄに接続する増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部（２層目の金属配線を構成する）１４−１Ｅと、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの１層目のコンタクト２５−１Ｄに接続するドレイン電圧入力用配線（２層目の金属配線を構成する）２５−１と、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの１層目のコンタクト２５−２Ｄに接続する信号読み出し用配線（２層目の金属配線を構成する）２５−２とが形成されている。なお、同図において、距離２ｄは、信号読み出し用配線２５−２から直線ｌまでの等しい距離を示している。

次に、図５（ａ）に示す２層目の金属配線と２層目のコンタクトの配置では、電荷蓄積部１１−１Ａの上下配線の接続用コンタクト１１−Ｅに接続する電荷蓄積部１１−１Ａの２層目のコンタクト１１−１Ｆと、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部１４−１Ｅに接続する電荷蓄積部１１−１Ａの２層目のコンタクト１４−１Ｆとが形成されている。なお、同図において、距離２ｅは、信号読み出し用配線２５−２から直線ｌまでの等しい距離（距離２ｄとも等しい）を示している。

次に、図５（ｂ）に示す２層目のコンタクトと３層目の金属配線の配置では、配線２６−１（３層目の金属配線を構成する）と、電荷蓄積部１１−１Ａの２層目のコンタクト１１−１Ｆを介して電荷蓄積部１１−１Ａと配線２６−１とを接続する接続用配線パッド（３層目の金属配線を構成する）１１−１Ｇと、電荷蓄積部１１−１Ａの２層目のコンタクト１４−１Ｆを介して増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａと配線２６−１とを接続する接続用配線パッド（３層目の金属配線を構成する）１４−１Ｇとが形成されている。なお、同図に示すように、ダミーパターン１０２−１、１０２−２（３層目の金属配線を構成する）が形成されている。３層目の金属配線の一部を構成するこのダミーパターン１０２−２は、他の配線との電気的接続はしない。各フォトダイオードの周辺の配線形状が大きく異なると、各画素での集光率が異なり、感度がばらつく要因となるため、画素に対する配線の形状を可能な限り、同様にすることが好ましく、ダミーパターン１０２−２を形成することにより、感度のばらつきを抑制することができる。この点については、１層目の金属配線の一部を構成するダミーパターン１０１−１についても同様の理由で配置している。また、同図において、距離２ｆ１は、配線２６−１から直線ｌまでの等しい距離を示しており、距離２ｆ２は、接続用配線パッド１４−１Ｇ、ダミーパターン１０２−２から直線ｌまでの等しい距離を示している。

ここで、図２に示した単位画素セルの回路構成図と図３（ａ）及び（ｂ）〜図５（ａ）及び（ｂ）に示した配線層及びコンタクトの配置との対応関係について説明する。

図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、フォトダイオード１２−１、１２−２に蓄積された電荷を電荷蓄積部１１−１Ａに転送する転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａは、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａへの最下層のコンタクト１３−１Ｂ、１３−２Ｂを介して、１層目の金属配線である転送ゲート電圧入力用配線２４−１、２４−２に接続されているが、これは図２におけるＣ１−Ｖ２、Ｃ１−Ｖ３にそれぞれ相当している。そして、転送ゲート１３−１Ａ、１３−２Ａへの電圧は、電源電圧供給線である転送ゲート電圧入力用配線２４−１、２４−２を通じて印加される。

また、フォトダイオード１２−１、１２−２の隣接部には、素子分離領域を介して、転送ゲート１３−１Ａ，１３−２ＡをＯＮにして、電荷を電荷蓄積部１１−１Ａに転送する前に電荷蓄積部１１−１Ａの電荷を除去する役割を果たすリセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａとリセットトランジスタのドレイン２５−１Ａとが配置され、リセットのゲート電極１５−１Ａは、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａの最下層のコンタクト１５−１Ｂを介して、リセット電圧入力用配線２３−１に接続されているが、これは図２のＣ１−Ｖ１に相当している。そして、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａへの電圧は、リセット電圧入力用配線２３−１を通じて印加される。

さらに、図３（ａ）及び（ｂ）〜図５（ａ）及び（ｂ）に示したように、増幅トランジスタのソース２５−２Ａ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａ、及び増幅トランジスタのドレイン２５−１Ａからなる増幅トランジスタでは、電荷蓄積部１１−Ａに蓄積される電荷を増幅して、増幅トランジスタのソース２５−１Ａから信号読み出し用配線２５−２に信号を出力する役割を果たす。ここで、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａは、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの最下層のコンタクト１４−１Ｂ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部１４−１Ｃ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの１層目のコンタクト１４−１Ｄ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの上下配線の接続用配線部１４−１Ｅ、及び、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの２層目のコンタクト１４−１Ｆを介して、接続用配線パッド１４−１Ｇに接続されることで、電荷蓄積部１１−１Ａと増幅ゲートの接続配線２６−１とが接続されるが、これは図２のＣ３−Ｖ２に相当している。さらに、電荷蓄積部１１−１Ａと増幅ゲートの接続配線２６−１とは、電荷蓄積部１１−１Ａの最下層のコンタクト１１−１Ｂ、電荷蓄積部１１−１Ａの上下配線の接続用コンタクト１１−１Ｃ、電荷蓄積部１１−１Ａの１層目のコンタクト１１−１Ｄ、電荷蓄積部１１−１Ａの２層目の上下配線の接続用コンタクト１１−１Ｅ、及び、電荷蓄積部１１−１Ａの２層目のコンタクト１１−１Ｆを介して接続されているが、これは図２のＣ３−Ｖ１に相当している。このようにして、複数の配線とコンタクトを介して、電荷蓄積部１１−１Ａと増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａとは電気的に接続されている。

また、電荷蓄積部１１−Ａ、リセットトランジスタのゲート電極１５−１Ａ、及びリセットトランジスタのドレイン２５−１Ａからなるリセットトランジスタと、増幅トランジスタのソース２５−２Ａ、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａ、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａからなる増幅トランジスタとにおいて、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの領域は共用されている。リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａは、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの最下層のコンタクト２５−１Ｂ、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの上下配線の接続用配線部２５−１Ｃ、及び、リセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの１層目のコンタクト２５−１Ｄを介してドレイン電圧入力用配線２５−１に接続されているが、これは図２のＣ２−Ｖ１に相当している。

また、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａへの信号は、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの電位として増幅して出力される。増幅トランジスタのソース２５−２Ａは、増幅トランジスタの最下層のコンタクト２５−２Ｂ、増幅トランジスタのソースの上下配線の接続用配線部２５−２Ｃ、及び、増幅トランジスタのソースの１層目のコンタクト２５−２Ｄを介して信号読み出し用配線２５−２に接続されているが、これは図２のＣ２−Ｖ２に相当している。

−周辺画素における配線層とコンタクトの構成及び配置−
まず、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の撮像領域１の周辺部の画素（周辺画素）における基板表面、ゲート電極、最下層のコンタクト、１層目のコンタクト、２層目のコンタクト、１層目の金属配線、２層目の金属配線、及び３層目の金属配線は、それぞれ、上述の図３（ａ）及び（ｂ）〜図５（ａ）及び（ｂ）を用いて説明した中心画素の場合の構成と同様であって、また、図２に示した回路構成図との対応関係も同様であるため、その説明は繰り返さない。

ここで、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の特徴は、周辺画素における配線層とコンタクトとの配置であって、具体的に本実施形態では、１層目の金属配線、１層目のコンタクト、２層目の金属配線、２層目のコンタクト、及び、３層目の金属配線の配置を上記中心画素における対応する配置に対してずらしている点である。このため、以下では、そのずらし配置について、中心画素における対応する配置と比較しながら具体的に説明する。

図６（ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目の金属配線と１層目のコンタクトとの配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目のコンタクトと２層目の金属配線との配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。

図６（ａ）に示すように、周辺画素における１層目の金属配線の配置については、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの上下配線の接続用配線部２５−２Ｃ、及びダミーパターン１０１−１をずらして配置している。すなわち、図６（ａ）の上下図を対比して分かるように、周辺画素における１層目の金属配線（２５−２Ｃ、１０１−１）の配置が、中心画素における対応する１層目の金属配線（２５−２Ｃ、１０１−１）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）にズレ量ｓ２（但し、０＜ｓ２）でずれて配置されている。

また、周辺画素における１層目のコンタクトの配置については、増幅トランジスタのゲート電極１４−１Ａの１層目のコンタクト１４−１Ｄ、増幅トランジスタのソース２５−２Ａの１層目のコンタクト２５−２Ｄ、電化蓄積部１１−１Ａの１層目のコンタクト１１−１Ｄ、及びリセットトランジスタのドレイン２５−１Ａの１層目のコンタクト２５−１Ｄをずらして配置している。すなわち、図６（ａ）の上下図と対比すると明らかなように、周辺画素における１層目のコンタクト（１４−１Ｄ、１１−１Ｄ、２５−１Ｄ、２５−２Ｄ）の配置が、中心画素における対応する１層目のコンタクト（１４−１Ｄ、１１−１Ｄ、２５−１Ｄ、２５−２Ｄ）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）にズレ量ｓ１（但し、０＜ｓ１）でずれて配置されている。ここでは、ズレ量ｓ１とズレ量ｓ２が同じズレ量ｓである（つまり、直線ｌと直線ｌ１との距離がｓとなり、周辺画素では距離２ｃ１及び２ｃ２は直線ｌ１を介して等しくなる）場合を図示しているが、ズレ量ｓ１は、１層目の金属配線との接続が確保される範囲でズレ量ｓ２よりも大きくすることもできる。また、ダミーパターン１０１−１も、上記ずらして配置した１層目のコンタクト及び１層目の金属配線と同様にずらして配置している。これにより、画素毎の集光率の差を低減できる。

このように、１層目の金属配線を構成する全部の要素をずらすのではなく一部の要素のみをずらして配置したのは、以下の理由によるものである。すなわち、例えば１層目の金属配線のズレ量ｓと、２層目の金属配線のズレ量ｔと、３層目の金属配線のズレ量ｕとした場合に、オンチップマイクロレンズ及び層内（集光）レンズによって集光されてフォトダイオードへ入射する光は上層に位置する程光の拡がりが大きくなるという性質を考慮すると、通常、ｕ＞ｔ＞ｓの関係を満たすズレ量で配置することが望ましいが、金属配線間のコンタクトの接続が断絶されないようにするためには、光の拡がりが小さくて光の蹴られが小さい１層目の金属配線ではその一部の要素のみをずらして配置すれば十分である一方で、隣接する位置に１層目の他の金属配線（例えば、１００−１、１０１−１、２３−１）による配置の制約があるからである。

また、図６（ｂ）に示すように、周辺画素における上記１層目のコンタクトの配置に対する２層目の金属配線の配置については、上記１層目のコンタクトをずらして配置したのに対応させて、２層目の金属配線の全ての要素をずらして配置している。すなわち、図６（ｂ）の上下図と対比すると明らかなように、周辺画素における２層目の金属配線（１４−１Ｅ、１１−１Ｅ、２５−１、２５−２）の配置が、中心画素における対応する２層目の金属配線（１４−１Ｅ、１１−１Ｅ、２５−１、２５−２）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）にズレ量ｔ２（但し、０＜ｔ２）でずれて配置されている（つまり、直線ｌと直線ｌ１との距離がｔ２となり、周辺画素では距離２ｄは直線ｌ１を介して等しくなる）。ここでは、ズレ量ｔ２とズレ量ｓ１が同じズレ量である（つまり、ズレ量ｓ２も同じ）場合を図示しているが、ズレ量ｔ２は、１層目のコンタクトとの接続が確保される範囲でズレ量ｓ１よりも大きくすることもできる。

このようにすると、２層目の金属配線を構成する要素の全てを同一方向に同一距離だけずらして配置しても、１層目のコンタクト、１層目の金属配線、及び最下層のコンタクトとの接続を確保しながら、入射光の蹴られを抑えて感度の低下を防止することができる。

次に、図７（ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目の金属配線と２層目のコンタクトとの配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素でずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目のコンタクトと３層目の金属配線との配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。

図７（ａ）に示すように、周辺画素における上記２層目の金属配線の配置に対する２層目のコンタクトの配置については、上記２層目の金属配線をずらして配置したのに対応させて、２層目のコンタクトの全てをずらして配置している。すなわち、図７（ａ）の上下図と対比すると明らかなように、周辺画素における２層目のコンタクト（１４−１Ｆ、１１−１Ｆ）の配置が、中心画素における対応する２層目のコンタクト（１４−１Ｅ、１１−１Ｅ、２５−１、２５−２）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）にズレ量ｔ２（但し、０＜ｔ２）でずれて配置されている（つまり、直線ｌと直線ｌ１との距離がｔ１となり、周辺画素では距離２ｅは直線ｌ１を介して等しくなる）。ここでは、ズレ量ｔ１とズレ量ｔ２が同じズレ量である（つまり、ズレ量ｓ１、ズレ量ｓ２も同じ）場合を図示しているが、ズレ量ｔ１は、２層目の金属配線との接続が確保される範囲でズレ量ｔ２よりも大きくすることもできる。

また、図７（ｂ）に示すように、周辺画素における上記２層目のコンタクトの配置に対する３層目の金属配線の配置については、３層目の金属配線を構成する全てをずらしているが、そのズレ量を２種類としている。すなわち、図７（ｂ）の上下図と対比すると明らかなように、周辺画素における３層目の金属配線の一部（１４−１Ｇ、１１−１Ｇ、１０２−２）の配置が、中心画素における対応する３層目の金属配線の一部（１４−１Ｇ、１１−１Ｇ、１０２−２）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）にズレ量ｕ１（但し、０＜ｕ１）でずれて配置されている（つまり、直線ｌと直線ｌ１との距離がｕ１となり、周辺画素では距離２ｆ２は直線ｌ１を介して等しくなる）。ここでは、ズレ量ｕ１とズレ量ｔ２が同じズレ量である（つまり、ズレ量ｔ１、ズレ量ｓ１、ズレ量ｓ２も同じ）場合を図示しているが、ズレ量ｕ１は、２層目のコンタクトとの接続が確保される範囲でズレ量ｔ２よりも大きくすることもできる。また、周辺画素における３層目の金属配線の他の一部（２６−１、１０２−１）の配置が、中心画素における対応する３層目の金属配線の他の一部（２６−１、１０２−１）の配置よりも、撮像領域１の周辺部から中心部に向かってここでは水平方向１０ａ（図１参照）に、ズレ量ｕ１よりも大きいズレ量ｕ２（但し、０＜ｕ２）でずれて配置されている（つまり、直線ｌと直線ｌ２との距離がｕ２となり、周辺画素では距離２ｆ１は直線ｌ２を介して等しくなる）。

このようにするのは、ズレ量ｕ１の３層目の金属配線の一部（１４−１Ｇ、１１−１Ｇ）は、２層目のコンタクト（１４−１Ｆ、１１−１Ｆ）との電気的接続を保持するように配置したものであって、ここでは、２層目の金属配線のズレ量ｔ１と同じだけずらしている。一方、ズレ量ｕ２の３層目の金属配線の一部（２６−１、１０２−１）は、ズレ量ｕ１よりも大きいズレ量でずらして配置している。これは、斜め方向から入射する光は、基板表面から離れる程、フォトダイオード中心からも遠くなり、さらに、周辺画素である程光の蹴られが大きくなることを考慮して、２層目のコンタクトとの電気的接続の制約を受けない３層目の金属配線の一部（２６−１、１０２−１）を大きくずらして配置したのである。

このようにすると、２層目の金属配線、２層目のコンタクト、及び３層目の金属配線との接続を確保しながら、入射光の蹴られを抑えて感度の低下を防止することができる。

図８（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素の断面図であって、（ａ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIa-VIIIa線に対応する基板までの断面であり、（ｂ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIb-VIIIb線に対応する基板までの断面であり、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する周辺画素の断面図であって、（ｃ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIc-VIIIc線に対応する基板までの断面であり、（ｄ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIId-VIIId線に対応する基板までの断面である。

図８（ａ）及び（ｃ）は互いに対応する断面であって、中心画素の断面図（ａ）と周辺画素の断面図（ｃ）では、半導体基板１０上の層間絶縁膜２９中において、最下層のコンタクト（２５−２Ｂ）は、１層目の金属配線の一部（２５−２Ｃ）、及び１層目のコンタクト（２５−２Ｄ）を介して、２層目の金属配線の一部（２５−２）に接続される。従って、周辺画素では、（ｃ）に示すように、これらの電気的接続を保持するために、最下層のコンタクト（２５−２Ｂ）、１層目の金属配線の一部（２５−２Ｃ）、１層目のコンタクト（２５−２Ｄ）、及び２層目の金属配線の一部（２５−２）を上述の図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）で説明したずれ量で（本実施形態では同一方向に同一量で）ずらして配置している。一方で、半導体基板１０上の層間絶縁膜２９中において、３層目の金属配線の一部（２６−１）は、電気的接続の制約がないため、上述の図７（ｂ）で説明したずれ量で（上記ズレ量よりも大きいズレ量で）ずらして配置している。

また、図８（ｂ）及び（ｄ）に示す互いに対応する断面であって、中心画素の断面図（ｂ）と周辺画素の断面図（ｄ）では、同様に、半導体基板１０上の層間絶縁膜２９中において、最下層のコンタクト（１１−１Ｂ）は、１層目の金属配線の一部（１１−１Ｃ）、１層目のコンタクト（１１−１Ｄ）、２層目の金属配線の一部（１１−１Ｅ）、及び２層目のコンタクト（１１−１Ｆ）を介して、３層目の金属配線の一部（１１−１Ｇ）に接続される。従って、周辺画素では、（ｄ）に示すように、これらの電気的接続を保持するために、最下層のコンタクト（１１−１Ｂ）、１層目の金属配線の一部（１１−１Ｃ）、１層目のコンタクト（１１−１Ｄ）、２層目の金属配線の一部（１１−１Ｅ）、２層目のコンタクト（１１−１Ｆ）、及び３層目の金属配線の一部（１１−１Ｇ）を上述の図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）で説明したずれ量で（本実施形態では同一方向に同一量で）ずらして配置している。一方で、半導体基板１０上の層間絶縁膜２９中において、３層目の金属配線の一部（２６−１）は、電気的接続の制約がないため、上述の図７（ｂ）で説明したずれ量で（上記ズレ量よりも大きいズレ量で）ずらして配置している。このようにすると、周辺画素において、入射光の金属配線層による蹴られを低減して、感度を向上させることができる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する周辺画素の断面図であって、（ａ）は、配線ずらし無しの配置を示す上記図８（ａ）に対応する断面図であり、（ｂ）は、配線ずらし有りの配置を示す上記図８（ｃ）に対応する断面図である。

図９（ａ）及び（ｂ）では、層間絶縁膜２９上に、層内（集光）レンズ３１及び有機絶縁膜３２を介してオンチップマイクロレンズ３０を備え、これら層内レンズ３１及びオンチップマイクロレンズ３０をずらして配置している。この構成において、（ａ）に示す配線ずらし無しの配置では、入射光は金属配線層（例えば２６−１）で蹴られ（反射）るため、感度が大きく低下する一方で、（ｂ）に示す配線ずらし有りの配置では、入射光の金属配線層による蹴られを大幅に低減して、感度を大きく向上できる。

なお、本実施形態において、１層目〜３層目の金属配線としては、例えば、アルミニウム配線、アルミ銅配線、タングステン配線、又は銅配線が用いられる。

また、本実施形態において、層内（集光）レンズ３１としては、例えば、シリコン窒素膜、及びシリコン酸窒素膜などの無機物質、又はアクリル材料もしくはフッ化樹脂などが用いられる。

また、本実施形態において、オンチップマイクロレンズ３０としては、例えば、アクリル樹脂、又はフッ化樹脂が用いられる。

また、本実施形態において、基板コンタクトである最下層のコンタクト（１４−１Ｂ、１５−２Ｂ、１１−１Ｂ、１５−１Ｂ、２５−１Ｂ）は、ずらして配置していない場合を例に説明したが、ずらして配置する構成であってもかまわない。その場合のズレ量ｒ（ｒ＜０）としては、最下層のコンタクト付近では入射光の金属配線による蹴られは少ないため、１層目の金属配線の一部をずらして配置した場合のズレ量ｓ１と同じかそれ以下のズレ量で十分となる。

また、本実施形態において、図２に示した２画素１セルの構成の場合を例に説明したが、他の多画素１セルの構成の場合や、１画素１セルの構成の場合であっても、上記と同様に実施可能であって、同様の効果を得ることができる。

［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。

本発明の第２の実施形態における固体撮像装置では、上述した第１の実施形態における固体撮像装置の構造、すなわち、周辺画素における金属配線及びコンタクトの配置が中心画素における対応する部分の配置に対して上述したようにずらして配置された構造を有するものであって、金属配線として銅配線を用いた場合の構造に特徴を有するものである。従って、以下では、その特徴部分を中心に説明し、上述した第１の実施形態と同様の部分の説明については同様であるから繰り返さない。

図１０（ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素において、配線ずらし無しの配置を有する場合の入射光の動きを説明する断面図であって、（ｂ）は、周辺画素において、配線ずらし有りの配置を有する場合の入射光の動きを説明する断面図である。

図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、１層目の金属配線（２５−２Ｃ）、２層目の金属配線（２５−１、２５−２）、及び３層目の金属配線（２６−１）が銅配線からなるので、ＣＭＯＳプロセスをそのままＣＭＯＳセンサにそのまま適用する場合には、上述した図９（ａ）及び（ｂ）と比較して明らかなように、１層目の金属配線（２５−２Ｃ）、２層目の金属配線（２５−１、２５−２）、及び３層目の金属配線（２６−１）のそれぞれの上面を覆うように、第１の層間絶縁膜３６−１と第２の層間絶縁膜３６−２との間、第２の層間絶縁膜３６−２と第３の層間絶縁膜３６−３との間、及び第３の層間絶縁膜３６−３と有機絶縁膜３２との間に、第１の配線保護膜３５−１、第２の配線保護膜３５−２、及び第３の配線保護膜３４がそれぞれ形成される。

ここで、第１〜第３の層間絶縁膜３６−１、３６−２、３６−３は、通常、シリコン酸化膜、ＢＰＳＧ膜（Borophosphosilicate glass）、又はＦＳＧ膜（Fluorosilicate glass）などの膜が用いられるのに対して、第１〜第３の配線保護膜３５−１、３５−２、３４は、窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）、又は酸窒化シリコン膜（ＳＩＯＮ膜）が用いられる。このように、第１〜第３の層間絶縁膜３６−１、３６−２、３６−３と第１〜第３の配線保護膜３５−１、３５−２、３４との屈折率は通常大きく異なるため、入射光はこれらの界面で反射されて感度低下が生じることになる（図１０（ａ）及び（ｂ）参照）。例えば、第１〜第３の層間絶縁膜３６−１、３６−２、３６−３にシリコン酸化膜を用いた場合、その屈折率は１．４５程度であるのに対して、第１〜第３の配線保護膜３５−１、３５−２、３４にシリコン窒化膜を用いた場合、その屈折率は２．０５程度であるため、それぞれの界面において入射光は反射され、この場合、２０％程度減衰して感度低下が生じることになる。

そこで、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置は、上記図１０（ａ）及び（ｂ）に示した第１〜第３の配線保護膜３５−１、３５−２、３４のうち、入射光の蹴られ（反射）が問題になる第１及び第２の配線保護膜３５−１、３５−２に対して、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように開口部を設けた構造を備えている。

すなわち、図１１（ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素で配線ずらし無の配置であって、第１及び第２の配線保護膜３５−１、３５−２に開口部を設けた構造を示しており、（ｂ）は、周辺画素で配線ずらし有りの配置であって、第１及び第２の配線保護膜３５−１、３５−２に開口部を設けた構造を示している。

図１１（ａ）に示すように、中心画素の配線ずらし無しの配置では、半導体基板１０のフォトダイオードＰＤの上部が開口するように、第１及び第２の配線保護膜３５−１、３５−２に開口部を設けている。一方、図１１（ｂ）に示すように、周辺画素の配線ずらし有りの配置では、金属配線コンタクトのずらし配置に対応するように開口部を設けている。これにより、フォトダイオードＰＤに斜め方向から入射する光が反射されないようにすることができる。また、当該開口部の形成は、金属配線上には形成されないようにすることが望ましい。このようにするのは、通常、金属配線上にＣＶＤ法（Chemical vapor deposition）などにより堆積した配線保護膜をドライエッチングによって開口部を形成するが、銅配線からなる金属配線上でエッチングが行われるとメタルが飛散して装置汚染の原因となるという事態を回避するためである。

図１２（ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目の金属配線と１層目のコンタクトの配置において、１層目の金属配線上の配線保護膜に設けた開口部の配置を示しており、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素でずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目のコンタクトと２層目の金属配線との配置において、２層目の金属配線上の配線保護膜に設けた開口部の配置を示しており、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。

図１２（ａ）に示すように、上図の中心画素における開口部が形成された領域４０−１Ａに対して、下図の周辺画素における開口部が形成された領域４０−１Ｂは、１層目の金属配線の一部（２５−２Ｃ、１０１−１）のずらし配置に対応した領域となっている。同様に、図１２（ｂ）に示すように、上図の中心画素における開口部が形成された領域４０−２Ａに対して、下図の周辺画素における開口部が形成された領域４０−２Ｂは、２層目の金属配線の全て（２５−１、２５−２、１４−１Ｅ）のずらし配置に対応した領域となっている。ただし、開口部を形成する領域４０−１Ａ、４０−２Ａのレイアウトは、中心画素から周辺画素へ画素毎に徐々に変化するようにすることが好ましい。このようにすると、急激に変化するレイアウトによる集光率（感度）の急激な変化に起因して画像に異常線が表れることを防止することができる。なお、周辺画素における開口部の形成は、中心画素における開口部の形成よりも、その開口面積が小さくなるようにしてもかまわない。このようにするのは、入射光が開口部付近を通過するときに、光の横方向（半導体基板１０の表面と平行方向）の広がりが、開口部の幅よりも十分に小さくなるように、オンチップマイクロレンズ３０と層内（集光）レンズ３１で集光するように設計すれば、開口面積が小さくても、集光率が低下しないようにすることが可能であるためである。

なお、最上層（本実施形態では３層目）の配線保護膜には、開口部を形成する必要はない。これは、層内レンズ３１と第３の配線保護膜３４は、通常ほぼ同じ屈折率の材料で形成されているため、入射光の反射による感度低下が生じないためである。すなわち、層内レンズ３１は、シリコン窒素膜若しくはシリコン酸窒素膜などの無機物質、アクリル材料、又はフッ化樹脂などから形成されており、上述した第１〜第３の配線保護膜３５−１、３５−２、３４の材料とほぼ同等の屈折率を有している。ただし、最上層（ここでは３層目）の配線保護膜３４と層内レンズ３１との間に、屈折率の異なる材料が挿入される場合には、開口部を形成した方がよい場合もある。また、オンチップマイクロレンズ３０と層内レンズ３１との間にカラーフィルタとして有機絶縁膜３２（樹脂アクリル樹脂、フッ素樹脂）が形成されている場合には、オンチップマイクロレンズ３０及び層内レンズ３１と同様にずらして配置することが望ましい。

−変形例−
図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例における固体撮像装置の構造を示す断面図であって、（ａ）は中心画素で配線ずらし無しの配置を示す断面図であって、（ｂ）は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す断面図である。

図１３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例における固体撮像装置の構造は、上述した図１１（ａ）及び（ｂ）に示した本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構造と比較すると、第１及び第２の配線保護膜に開口部を設けていないがその材料として反射防止膜として機能する材料を用いている点で異なっている。

すなわち、第１及び第２の配線保護膜３９−１、３９−２には、シリコン酸化膜又は窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）と酸窒化シリコン膜（ＳＩＯＮ膜）などの屈折率の異なる物質の積層膜が用いられており、開口部は設けていない。このような材料の積層膜からなる第１及び第２の配線保護膜３９−１、３９−２を用いて、その膜厚を最適化することにより、ＳｉＮ膜の単層から構成した場合と比較して、入射光の反射を大幅に低減することが可能である。ここで、第１及び第２の配線保護膜３９−１、３９−２を構成する積層膜の組み合わせとしては、２層膜構造（ＳｉＮ膜上部にＳｉＯＮ膜を備えた構造）、又は３層膜構造（ＳｉＮ膜／ＳｉＯＮ膜／ＳＩＮ膜）であることが好ましい。このように、３層以下の積層構造とするのは、４層以上の積層構造を採用する場合には、膜厚が極めて大きくなるため加工が困難となるからである。通常、ＳｉＮ膜の単層を用いた場合には１０％程度の感度低下が見込まれるが、積層膜を用いることによって２％程度まで感度低下を低減することができる。

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の種々の画像入力機器にとって有用である。

本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の撮像領域を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する単位画素の一例を示す回路構成図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する基板表面及びゲート電極と基板コンタクトとの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する基板コンタクトと１層目の金属配線との配置を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目の金属配線と１層目のコンタクトとの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目のコンタクトと２層目の金属配線との配置を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目の金属配線と２層目のコンタクトとの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目のコンタクトと３層目の金属配線との配置を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目の金属配線と１層目のコンタクトとの配置について、上図は、中心画素でずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目のコンタクトと２層目の金属配線との配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目の金属配線と２層目のコンタクトとの配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素でずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する２層目のコンタクトと３層目の金属配線との配置について、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素の断面図であって、（ａ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIa-VIIIa線に対応する基板までの断面であり、（ｂ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIb-VIIIb線に対応する基板までの断面であり、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する周辺画素の断面図であって、（ｃ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIIc-VIIIc線に対応する基板までの断面であり、（ｄ）は、図６（ａ）及び（ｂ）並びに図７（ａ）及び（ｂ）におけるVIIId-VIIId線に対応する基板までの断面である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置を構成する周辺画素の断面図であって、（ａ）は、配線ずらし無しの配置を示す断面図であり、（ｂ）は、配線ずらし有りの配置を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素において、配線ずらし無しの配置を有する場合の入射光の動きを説明する断面図であって、（ｂ）は、周辺画素において、配線ずらし有りの配置を有する場合の入射光の動きを説明する断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する中心画素で配線ずらし無の配置を示す断面図であって、（ｂ）は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目の金属配線と１層目のコンタクトの配置において、１層目の金属配線上の配線保護膜に設けた開口部の配置を示しており、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素でずらし有りの配置を示す平面図であり、（ｂ）は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置を構成する１層目のコンタクトと２層目の金属配線との配置において、２層目の金属配線上の配線保護膜に設けた開口部の配置を示しており、上図は、中心画素で配線ずらし無しの配置を示す平面図であり、下図は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す平面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態の変形例における固体撮像装置の構造を示す断面図であって、（ａ）は中心画素で配線ずらし無しの配置を示す断面図であって、（ｂ）は、周辺画素で配線ずらし有りの配置を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の構造を示す要部断面図である。

符号の説明

１０ 半導体基板
１１−１ 電荷蓄積部
１２−１、２ フォトダイオード
１３−１、２ 増幅トランジスタ
１４−１ 増幅トランジスタ
１５−１、１５−２ リセットトランジスタ
Ｃ１−Ｖ１、Ｃ１−Ｖ２、Ｃ１−Ｖ３、Ｃ２−Ｖ１、Ｃ２−Ｖ２、Ｃ３−Ｖ１、Ｃ３−Ｖ２ 各交差する配線の接点部
２３−１ リセット電圧入力用配線（１層目配線）
２４−１、２４−２ 転送ゲート電圧入力用配線（１層目配線）
２５−１ ドレイン電圧入力用配線（２層目配線）
２５−２ 信号読み出し用配線（２層目配線）
２６−１ 電荷蓄積部と増幅ゲートの接続配線（３層目配線）
１１−１Ａ 電荷蓄積部
１１−１Ｂ 電荷蓄積部の最下層のコンタクト
１１−１Ｃ 電荷蓄積部の上下配線の接続用コンタクト
１１−１Ｄ 電荷蓄積部の１層目コンタクト
１１−１Ｅ 電荷蓄積部の上下配線の接続用コンタクト
１１−１Ｆ 電荷蓄積部の２層目コンタクト
１１−１Ｇ 電荷蓄積部を配線２６−１と接続する接続用配線パッド
１３−１Ａ、１３−２Ａ 転送ゲート
１３−１Ｂ、１３−２Ｂ 転送ゲートへの最下層のコンタクト
１４−１Ａ 増幅トランジスタのゲート電極
１４−１Ｂ 増幅トランジスタのゲート電極の最下層のコンタクト
１４−１Ｃ 増幅トランジスタのゲート電極の上下配線の接続用配線部
１４−１Ｄ 増幅トランジスタのゲート電極の１層目コンタクト
１４−１Ｅ 増幅トランジスタのゲート電極の上下配線の接続用配線部
１４−１Ｆ 電荷蓄積部の２層目コンタクト
１４−１Ｇ 増幅トランジスタのゲート電極を配線２６−２と接続する接続用配線パッド
１５−１Ａ リセットトランジスタのゲート電極
１５−１Ｂ リセットトランジスタのゲート電極の最下層のコンタクト
２５−１Ａ リセットトランジスタのドレイン
２５−１Ｂ リセットトランジスタのドレインの最下層のコンタクト
２５−１Ｃ リセットトランジスタのドレインの上下配線の接続用配線部
２５−１Ｄ リセットトランジスタのドレインの１層目コンタクト
２５−２Ａ 増幅トランジスタのソース
２５−２Ｂ 増幅トランジスタのソースの最下層のコンタクト
２５−２Ｃ 増幅トランジスタのソースの上下配線の接続用配線部
２５−２Ｄ 増幅トランジスタのソースの１層目コンタクト
１００−１ ダミーパターン
１０１−１ ダミーパターン
１０２−１ ダミーパターン
１０２−２ ダミーパターン
２９ 絶縁膜
３０ オンチップマイクロレンズ
３１ 層内（集光）レンズ
３２ 有機絶縁膜
３４ 第３の配線保護膜
３５−１ 第１の配線保護膜
３５−２ 第２の配線保護膜
３６−１ 第１の層間絶縁膜
３６−２ 第２の層間絶縁膜
３６−３ 第３の層間絶縁膜
ＰＤ フォトダイオード
３９−１ 配線保護膜
３９−１ 配線保護膜
４０−１Ａ 中心画素の第１の配線保護膜の開口部
４０−１Ａ 周辺画素の第１の配線保護膜の開口部
４０−２Ａ 中心画素の第２の配線保護膜の開口部
４０−２Ｂ 周辺画素の第２の配線保護膜の開口部

Claims (20)

1. 半導体基板上に入射光を光電変換する受光部を含む画素が行列状に複数個配置された撮像領域を備えた固体撮像装置であって、
   前記半導体基板の上に第１の層間絶縁膜を介して形成され、前記各受光部の上方に第１の開口部を有する複数の構成要素からなる第１の配線層と、
   前記第１の配線層の上に第２の層間絶縁膜を介して形成され、前記各受光部の上方に第２の開口部を有する複数の構成要素からなる第２の配線層と、
   前記第１の層間絶縁膜を貫通して形成され、前記半導体基板の活性領域と前記第１の配線層とを電気的に接続する基板コンタクトと、
   前記第２の層間絶縁膜を貫通して形成され、前記第１の配線層と前記第２の配線層とを電気的に接続する第１のコンタクトとを備え、
   前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記基板コンタクトの配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記基板コンタクトの配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｒ（但し、０＜ｒ）でずれて配置されているか、又はずれずに配置されており、
   前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第１のコンタクトの配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第１のコンタクトの配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ１（但し、０＜ｓ１）でずれて配置されており、
   前記撮像領域の周辺部における前記基板コンタクトがずれて配置されている場合に、
   前記ズレ量ｓ１は前記ズレ量ｒよりも大きい、固体撮像装置。
2. 請求項１に記載の固体撮像装置において、
   前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第１の配線層の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第１の配線層の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｓ２（但し、０＜ｓ２）でずれて配置されており、
   前記撮像領域の周辺部における前記基板コンタクトがずれて配置されている場合に、
   前記ズレ量ｓ２は前記ズレ量ｒよりも大きい、固体撮像装置。
3. 請求項２に記載の固体撮像装置において、
   前記ズレ量ｓ１と前記ズレ量ｓ２とは同じである、固体撮像装置。
4. 請求項２又は３に記載の固体撮像装置において、
   前記第１の配線層を構成する前記複数の構成要素のうちの一部のみが前記ズレ量ｓ２でずれて配置されている、固体撮像装置。
5. 請求項４に記載の固体撮像装置において、
   前記第１の配線層を構成する前記一部の構成要素は、前記第１のコンタクトと直接接続されている、固体撮像装置。
6. 請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
   前記第２の配線層の上に第３の層間絶縁膜を介して形成され、前記各受光部の上方に第３の開口部を有する複数の構成要素からなる第３の配線層と、
   前記第３の層間絶縁膜を貫通して形成され、前記第２の配線層と前記第３の配線層とを電気的に接続する第２のコンタクトとをさらに備え、
   前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第２のコンタクトの配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第２のコンタクトの配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｔ１（但し、０＜ｔ１）でずれて配置されており、
   前記ズレ量ｔ１は前記ズレ量ｓ１以上である、固体撮像装置。
7. 請求項６に記載の固体撮像装置において、
   前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第２の配線層の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第２の配線層の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｔ２（但し、０＜ｔ２）でずれて配置されており、
   前記ズレ量ｔ２は前記ズレ量ｓ１以上である、固体撮像装置。
8. 請求項７に記載の固体撮像装置において、
   前記第２の配線層を構成する前記複数の構成要素の全てが前記ズレ量ｔ２でずれて配置されている、固体撮像装置。
9. 請求項７又は８に記載の固体撮像装置において、
   前記ズレ量ｔ２は前記ズレ量ｔ１と同じである、固体撮像装置。
10. 請求項６〜９のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第３の配線層を構成する前記複数の構成要素の一部の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第３の配線層を構成する前記複数の構成要素の一部の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｕ１（但し、０＜ｕ１）でずれて配置されており、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第３の配線層を構成する前記複数の構成要素の他の一部の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部に対する前記第３の配線層を構成する前記複数の構成要素の他の一部の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってズレ量ｕ２（但し、０＜ｕ２）でずれて配置されており、
    前記ズレ量ｕ１及び前記ズレ量ｕ２は、互いに大きさが異なり、且つ、前記ズレ量ｔ１よりも大きい、固体撮像装置。
11. 請求項６〜１０のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記第１の配線層と前記第２の層間絶縁膜との間に形成された第１の配線保護膜と、
    前記第２の配線層と前記第３の層間絶縁膜との間に形成された第２の配線保護膜と、
    前記第３の配線層の上に形成された第３の配線保護膜とをさらに備えている、固体撮像装置。
12. 請求項１１に記載の固体撮像装置において、
    前記第１の配線保護膜及び前記第２の配線保護膜は、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、及びシリコン酸化膜のうちから選択される少なくとも２種類以上よりなる積層膜である、固体撮像装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の固体撮像装置において、
    前記第１の配線保護膜は、前記各受光部の上方に前記第１の開口部と連通する開口部を有し、
    前記第２の配線保護膜は、前記各受光部の上方に前記第２の開口部と連通する開口部を有している、固体撮像装置。
14. 請求項１３に記載の固体撮像装置において、
    前記第１の開口部と連通する開口部の形状、及び、前記第２の開口部と連通する開口部の形状は、前記撮像領域の周辺部から中心部に向かって前記画素毎に異なっている、固体撮像装置。
15. 請求項１３に記載の固体撮像装置において、
    前記第１の開口部と連通する開口部の形状、及び前記第２の開口部と連通する開口部の形状は、前記撮像領域の周辺部と中心部とにおいて異なっている、固体撮像装置。
16. 請求項１２又は１３に記載の固体撮像装置において、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第１の開口部と連通する開口部の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第１の開口部と連通する開口部の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かって前記ズレ量ｓ２でずれて配置されており、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第２の開口部と連通する開口部の配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第２の開口部と連通する開口部の配置よりも、前記周辺部から中心部に向かって前記ズレ量ｔ２でずれて配置されている、固体撮像装置。
17. 請求項１３〜１６のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第１の開口部と連通する開口部の面積は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第１の開口部と連通する開口部の面積よりも小さく、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第２の開口部と連通する開口部の面積は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記第２の開口部と連通する開口部の面積よりも小さい、固体撮像装置。
18. 請求項１３〜１７のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記第３の配線保護膜は、前記各受光部の上方に前記第３の開口部と連通する開口部を有していない、固体撮像装置。
19. 請求項１〜１８のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    オンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズをさらに備え、
    前記撮像領域の周辺部において該周辺部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記オンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズの配置は、前記撮像領域の中心部において該中心部に位置する前記画素を構成する前記受光部の上方に設けられた前記オンチップマイクロレンズ、カラーフィルタ、及び層内レンズの配置よりも、前記周辺部から中心部に向かってずれて配置されている、固体撮像装置。
20. 請求項１〜１９のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
    前記周辺部から中心部に向かっての前記ずれは、水平方向又は垂直方向へのずれである、固体撮像装置。

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