(57)【要約】【課題】感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成できるようにする。【解決手段】固体撮像装置は、輝度に対して感度が高い高感度画素（緑色の画素１１）と、該緑色の画素１１よりも感度が低い低感度画素（青色の画素１４）等とが所定の配列に従って周期的且つ２次元的に配置され、被写体光によって各高感度画素及び各低感度画素に蓄積された信号電荷のそれぞれを画像信号として出力する。複数の高感度画素における各受光部の上には、屈折率が高い材料からなる第１の平坦化膜３１（埋め込み部３１ａ）が形成されており、複数の低感度画素における各受光部の上には、屈折率が第１の平坦化膜よりも低い材料からなる層間絶縁膜が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度に対して感度が高い複数の高感度画素と、該高感度画素よりも感度が低い複数の低感度画素とが所定の配列に従って周期的且つ２次元的に配置され、被写体光によって前記各高感度画素及び前記各低感度画素に蓄積された信号電荷のそれぞれを画像信号として出力する固体撮像装置であって、
前記複数の高感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高い材料からなる高屈折率膜と、
前記複数の低感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が前記高屈折率膜よりも低い材料からなる低屈折率膜とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記高屈折率膜は、その周囲が前記低屈折率膜に囲まれることにより、光導波路を形成し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。
【請求項３】
前記各低感度画素は、半導体基板に形成された第１の光電変換領域と、該第１の光電変換領域の上に形成された第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜の上に形成され、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜とを有し、前記低屈折率膜は前記第２の絶縁膜の上に形成されており、
前記各高感度画素は、前記半導体基板に形成された第２の光電変換領域と、該第２の光電変換領域の上に形成された前記第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜の上に形成され、前記第２の絶縁膜と同一の材料からなる第３の絶縁膜とを有し、前記高屈折率膜は前記第３の絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第３の絶縁膜の膜厚は、前記第２の絶縁膜の膜厚よりも薄いことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第３の絶縁膜は、前記各高感度画素における前記受光部を含む領域に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第３の絶縁膜は、前記高屈折率膜と同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記高屈折率膜、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記各高感度画素の上及び前記各低感度画素の上に形成され、前記被写体光のうち同一の波長帯域を有する光を集光するカラーフィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記カラーフィルタは、緑色を透過するカラーフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
半導体基板の上部に、それぞれが第１導電型領域及び第２導電型領域が積層された複数の光電変換領域を形成する工程（ａ）と、
前記複数の光電変換領域の上の全面に低屈折率膜を形成する工程（ｂ）と、
前記複数の光電変換領域の一部に対して、前記低屈折率膜を選択的に除去する工程（ｃ）と、
前記低屈折率膜が除去された前記一部の光電変換領域の上に、前記低屈折率膜よりも屈折率が高い高屈折率膜を形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ａ）と前記工程（ｂ）との間に、
前記半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程（ｅ）をさらに備え、
前記工程（ｃ）において、前記絶縁膜は、前記低屈折率膜を除去する際に前記低屈折率膜のエッチングストッパとして機能することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁膜は、前記低屈折率膜よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記高屈折率膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な固体撮像装置では、２次元配列された複数の画素において、被写体からの入射光は、各画素に形成されたフォトダイオードにより光電変換され、信号電荷として蓄積される。
【０００３】
一方、信号電荷がフォトダイオードから溢れるほど入射光量が多い画素においては、入射光量の増大に対して信号電荷がリニアリティを保ちつつ増大することができないため、この信号電荷に基づく出力信号はリニアリティを保っている光量範囲と比較して増大せずにほぼ一定となるため、フォトダイオードの飽和レベル以上の入射光量に対しては、その光学的な波長帯域の輝度を解像することができない。
【０００４】
特に、チップサイズの縮小及び多画素化のために画素サイズの縮小が図られている近年の固体撮像装置においては、フォトダイオード自体の大きさも縮小されているため、入射光量に対する解像度を示す指標であるダイナミックレンジが低下している。
【０００５】
このダイナミックレンジを拡大する技術として、感度が高い高感度画素と感度が低い低感度画素とを１組とした画素を２次元的に配列し、高感度画素と低感度画素との各フォトダイオードから得られる各電荷を各組の画素同士で混合した後、撮影信号に変換して出力することにより、広いダイナミックレンジを得るという技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００６】
以下、特許文献１に記載された従来の方法について図面を参照しながら具体的に説明する。
【０００７】
図６は従来の固体撮像装置の要部の平面構成を示している。図６に示すように、従来の固体撮像装置は、半導体基板の上に２次元的に配列され、感度が高い第１のフォトダイオード１と、感度が低い低感度の第２のフォトダイオード２と、各フォトダイオード１、２の垂直配列方向に沿って設けられた複数本の垂直転送部３と、該垂直転送部３の端部に隣接して設けられた水平転送部４と、該水平転送部４の端部に設けられた出力アンプ部５とを有している。
【０００８】
各フォトダイオード１、２によって光電変換された信号電荷は、垂直転送部３と水平転送部４とを通して出力アンプ５により出力される。
【０００９】
ここでは、第１のフォトダイオード１及びそれと隣接する第２のフォトダイオード２を１組とし、フォトダイオード１、２の大きさ又はフォトダイオード１、２上のそれぞれの遮光膜の開口面積を異ならせるなどすることにより、各組におけるフォトダイオード１、２の互いの感度特性を変えている。各組のフォトダイオード１、２の信号電荷は読み出し時に加算して出力される。
【００１０】
このような構成によれば、感度が高い第１のフォトダイオード１は高輝度光の入射に対してすぐに飽和してしまうが、感度が低い第２のフォトダイオード２はすぐには飽和しない。さらに、入射光の輝度が低い場合は、感度が低い第２のフォトダイオード２ではほとんど検知できないが、感度が高い第１のフォトダイオード１では十分に検知することができる。従って、従来技術の固体撮像装置によると、広いダイナミックレンジを実現できる。
【特許文献１】特開平３−１１７２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、近年の固体撮像装置は、画素サイズの縮小が進み、従来技術において高感度画素を実現するために、広い開口領域又は広い面積の蓄積領域を持つフォトダイオードを構成することが困難となってきている。特に、１辺が２．０μｍ以下のセル構造においては、開口領域の縮小と共に感度に高低を付した場合は感度が低い画素の極端に低い感度が、暗電流及び光ショットノイズ等のＳ／Ｎ比を劣化させる点で問題となるため、全体のダイナミックレンジを大きくする有効な手段とはなっていない。
【００１２】
このことから、感度が低い画素に対しても開口領域の上部に反射防止膜等を形成することが必要となってきている。従って、このような反射防止膜等が形成されて感度を高めた低感度の画素構造に対して、感度が高い画素はさらに高い感度を得られる構造を必要とする。
【００１３】
前記に鑑み、本発明は、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明は、固体撮像装置を、感度が高い画素の受光部の上には高屈折率膜を設け、感度が低い画素の受光部の上には低屈折率膜を設ける構成とする。
【００１５】
具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、輝度に対して感度が高い複数の高感度画素と、該高感度画素よりも感度が低い複数の低感度画素とが所定の配列に従って周期的且つ２次元的に配置され、被写体光によって各高感度画素及び各低感度画素に蓄積された信号電荷のそれぞれを画像信号として出力する固体撮像装置を対象とし、複数の高感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高い材料からなる高屈折率膜と、複数の低感度画素における各受光部の上に形成され、屈折率が高屈折率膜よりも低い材料からなる低屈折率膜とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の固体撮像装置によると、高感度画素の受光部の上には高屈折率膜が形成され、一方、低感度画素の受光部の上には低屈折率膜が形成されている。このため、高感度画素と低感度画素とを隣接して交互に配置した場合には、入射光を高感度画素の受光部に集光させる光導波路として機能するので、高感度画素における感度を確実に増大させることができる。一方、低屈折率膜を有する低感度画素は、高感度画素と面積を異ならせることなく、高感度画素よりもその感度を低くすることができる。従って、高感度画素の広い開口面積によって発生する混色を低減することが可能である。また、低感度画素は高感度画素よりも面積を小さくする必要がなくなるため、低感度画素の感度が極端に低くなることがなく、暗電流及び光ショットノイズ等によるＳ/Ｎ比の劣化も生じることがない。これにより、広いダイナミックレンジを実現することができる。
【００１７】
本発明の固体撮像装置において、高屈折率膜はその周囲が低屈折率膜に囲まれることにより、光導波路を形成していることが好ましい。
【００１８】
本発明の固体撮像装置において、各低感度画素は、半導体基板に形成された第１の光電変換領域と、該第１の光電変換領域の上に形成された第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜の上に形成され、第１の絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜とを有し、低屈折率膜は第２の絶縁膜の上に形成されており、各高感度画素は、半導体基板に形成された第２の光電変換領域と、該第２の光電変換領域の上に形成された第１の絶縁膜と、該第１の絶縁膜の上に形成され、第２の絶縁膜と同一の材料からなる第３の絶縁膜とを有し、高屈折率膜は第３の絶縁膜の上に形成されていることが好ましい。
【００１９】
このように、各低感度画素において低屈折率膜は第１の絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜の上に形成されているため、該第２の絶縁膜が高反射膜として機能するので、入射光の反射成分を低減することができる。このため、低感度画素において感度が極端に低下してＳ／Ｎ比が劣化することがない。また、高感度画素においては、第２の絶縁膜と同一の材料からなる第３の絶縁膜の上に高屈折率膜が形成されているため、製造時に、例えば低屈折率膜を半導体基板の上の全面に形成し、その後、低屈折率膜における高感度画素の受光部の上側部分のみを選択的に除去するような場合には、第３の絶縁膜を光導波路構造を形成する際のエッチングストッパとして用いることができるため、製造工程を簡略化することができる。
【００２０】
この場合に、第３の絶縁膜の膜厚は、第２の絶縁膜の膜厚よりも薄くてもよい。
【００２１】
また、この場合に、第３の絶縁膜は、各高感度画素における受光部を含む領域に形成されていることが好ましい。
【００２２】
このようにすると、低屈折率膜をエッチングする領域に対するマスク合わせを行う際のマージンを得ることができる。
【００２３】
また、この場合に、第３の絶縁膜は、高屈折率膜と同一の材料により形成されていることが好ましい。
【００２４】
このようにすると、第３の絶縁膜と高屈折率膜との互いの屈折率が等しくなるため、高屈折率膜と第３の絶縁膜との界面における入射光の反射成分を低減することができる。
【００２５】
また、この場合に、高屈折率膜、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。
【００２６】
このようにすると、本発明に係る高屈折率膜、高反射膜としての第２の絶縁膜及びエッチングストッパとしての第３の絶縁膜を確実に得ることができる。
【００２７】
本発明の固体撮像装置は、各高感度画素の上及び各低感度画素の上に形成され、被写体光のうち同一の波長帯域を有する光を集光するカラーフィルタをさらに備えていることが好ましい。
【００２８】
この場合に、カラーフィルタは、緑色を透過するカラーフィルタであることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、人間の目に対して最も比視感度が高い波長に対して、広ダイナミックレンジを実現することができる。
【００３０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上部に、それぞれが第１導電型領域及び第２導電型領域が積層された複数の光電変換領域を形成する工程（ａ）と、複数の光電変換領域の上の全面に低屈折率膜を形成する工程（ｂ）と、複数の光電変換領域の一部に対して、低屈折率膜を選択的に除去する工程（ｃ）と、低屈折率膜が除去された一部の光電変換領域の上に、低屈折率膜よりも屈折率が高い高屈折率膜を形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
【００３１】
本発明の固体撮像装置の製造方法によると、高感度画素の受光部の上には高屈折率膜が選択的に形成され、低感度画素の受光部の上には低屈折率膜が形成される。このため、高感度画素と低感度画素とを隣接して交互に配置した場合には、入射光を高感度画素の受光部に集光させる光導波路として機能するので、高感度画素における感度を確実に増大させることができる。一方、低屈折率膜を有する低感度画素は、高感度画素と面積を異ならせることなく、高感度画素よりもその感度を低くすることができる。従って、高感度画素の広い開口面積によって発生する混色を低減することが可能である。また、低感度画素は高感度画素よりも小さくする必要がなくなるため、低感度画素の感度が極端に低くなることがなく、暗電流及び光ショットノイズ等によるＳ/Ｎ比の劣化も生じることがない。これにより、広いダイナミックレンジを実現することができる。
【００３２】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、工程（ａ）と工程（ｂ）との間に、半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程（ｅ）をさらに備え、工程（ｃ）において、絶縁膜は、低屈折率膜を除去する際に低屈折率膜のエッチングストッパとして機能することが好ましい。
【００３３】
このようにすると、エッチングストッパを設ける工程を省略できるため、製造工程を簡略化することができる。
【００３４】
この場合に、絶縁膜は、低屈折率膜よりも屈折率が高いことが好ましい。
【００３５】
このようにすると、絶縁膜は低感度画素において高反射膜として機能するため、入射光の反射成分を低減することができるので、低感度画素において感度が極端に低下してＳ／Ｎ比が劣化することがない。
【００３６】
また、この場合に、絶縁膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。
【００３７】
本発明の固体撮像装置の製造方法において、高屈折率膜は、窒化シリコン又は窒化酸化シリコンからなることが好ましい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成することができ、その結果、広いダイナミックレンジを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１は本発明の一実施形態に係るＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置の平面構成を模式的に示している。
【００４１】
図１に示すように、半導体基板１０の主面上には、素子分離領域によって絶縁分離された画素１１、１２、１３及び１４が、例えばベイヤ（Bayer）配列となるように配置されている。
【００４２】
ここで、符号１１は緑色（Ｇ：Green）の高感度画素を表し、符号１２は緑色（Ｇ：Green）の低感度画素を表し、符号１３は赤色（Ｒ：Red）の画素を表し、符号１４は青色（Ｂ：Blue）の画素を表している。
【００４３】
具体的には、高感度画素１１は、輝度に対して感度が高い、すなわち光学的な波長帯域に対して感度が高く、低感度画素１２は、高感度画素１１と比較して感度が低い、すなわち光学的な波長帯域に対して高感度画素１１よりも感度が低い。また、赤色の画素１３及び青色の画素１４は、赤色の低感度画素１２と同一の構成を採る。
【００４４】
なお、各画素の配列法は、ベイヤ配列に限られない。また、ベイヤ配列とする場合には、本実施形態のように、２つの緑色の画素にそれぞれ高感度画素１１及び低感度画素１２を設ける配列とする構成の他に、赤色、緑色及び青色（ＲＧＢ）の各画素をそれぞれ高感度画素と低感度画素とに分けて配置する構成としてもよい。
【００４５】
また、図１においては、垂直転送部、水平転送部及び出力アンプ部等は図示していないが、本実施形態においても、図６に示した従来例と同様の垂直転送部、水平転送部及び出力アンプ部を有する構成であってもよく、また、他の構成であってもよい。すなわち、本発明は、固体撮像装置としてＣＣＤ型固体撮像装置に限られず、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型固体撮像装置にも適用可能であり、さらには、裏面照射型撮像装置にも適用可能である。
【００４６】
図２に図１のII−II線における断面構成を模式的に示す。
【００４７】
図２を参照しながら、まず、低感度画素である緑色の画素１２と同等の構成を持つ青色の画素１４の構成を説明する。
【００４８】
図２に示すように、例えば、ｎ−型のシリコンからなる半導体基板１０の上部にｐ−−型領域１０ａが形成され、該ｐ−−型領域１０ａの上部にｎ型領域１０ｂが選択的に形成されることにより、光電変換領域である第１のフォトダイオード領域２１Ｌが形成されている。また、ｎ型領域１０ｂと半導体基板１０の表面との間にはｐ＋型領域１０ｃが形成されている。
【００４９】
半導体基板１０における第１のフォトダイオード領域２１Ｌの側方の一方には第１の読み出し領域２２Ｌを介して第１の電荷転送領域２３Ｌが形成され、これら第１のフォトダイオード領域２１Ｌ、第１の読み出し領域２２Ｌ及び第１の電荷転送領域２３Ｌにより、青色の画素１４が構成される。
【００５０】
ここで、第１の読み出し領域２２Ｌはｐ−−型領域１０ａの一部からなり、第１の電荷転送領域２３Ｌはｐ−−型領域１０ａの上部に選択的に形成されたｐ−型領域とその上のｎ型領域とからなる。
【００５１】
半導体基板１０の主面上には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなるゲート絶縁膜２５が形成されており、ゲート絶縁膜２５における第１のフォトダイオード領域２１Ｌの受光部の上側部分には、ゲート絶縁膜２５よりも屈折率が高い窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる反射防止膜２６が形成されている。なお、反射防止膜２６は、必ずしも設ける必要はない。
【００５２】
さらに、ゲート絶縁膜２５における第１の電荷転送領域２３Ｌ及び第１の読み出し領域２２Ｌの上側部分には、例えばポリシリコンからなる電極２７が形成されている。電極２７は酸化シリコンからなる絶縁膜２８によりその上面及び側面を覆われており、絶縁膜２８の上には、第１のフォトダイオード領域２１Ｌの受光部の上側に開口部を持つ、例えばタングステン（Ｗ）からなる遮光膜２９が形成されている。
【００５３】
反射防止膜２６を含む第１のフォトダイオード領域２１Ｌの上及び遮光膜２９の上には、例えばボロン及びリンが添加されたＢＰＳＧ（Boro-phospho Silicate Glass）からなる透明な層間絶縁膜３０が形成されている。層間絶縁膜３０の上には、該層間絶縁膜３０の表面の凹凸を平坦化するための、屈折率が層間絶縁膜３０よりも高い材料、例えば窒化シリコンからなる第１の平坦化膜３１が形成されている。従って、層間絶縁膜３０は低屈折率膜であるのに対して、第１の平坦化膜３１は高屈折率膜である。
【００５４】
第１の平坦化膜３１上における第１のフォトダイオード領域２１Ｌの受光部の上側部分には、例えば窒化シリコンからなる層内凸レンズ３２が形成されている。さらに、層内凸レンズ３２の上には、該層内凸レンズ３２による凹凸を平坦化するための、例えばＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass）からなる第２の平坦化膜３３が形成されている。
【００５５】
第２の平坦化膜３３上における層内凸レンズ３２の上側部分にはカラーフィルタ３４が形成されている。青色の画素１４における第１のフォトダイオード領域２１Ｌの上方には青色のカラーフィルタ３４が形成されている。カラーフィルタ３４の上には、マイクロレンズ３５が形成されている。このように、層内凸レンズ３２及びマイクロレンズ３５は、入射光を第１のフォトダイオード領域２１Ｌに集光可能な位置に構成されている。
【００５６】
次に、高感度画素である緑色の画素１１の構成について説明する。
【００５７】
緑色の画素１１には、半導体基板１０のｐ−−型領域１０ａの上部に、青色の画素１４との間にｐ＋型領域からなるチャネルストップ領域２４を介在させてｎ型領域１０ｂが形成されている。ここでも、ｎ型領域１０ｂと半導体基板１０の表面との間にはｐ＋型領域１０ｃが形成され、ｐ−−型領域１０ａ及びｎ型領域１０ｂにより、光電変換領域である第２のフォトダイオード領域２１Ｈが形成されている。
【００５８】
半導体基板１０における第２のフォトダイオード領域２１Ｈに対して青色の画素１４と反対側の領域には読み出し領域２２Ｈを介して電荷転送領域２３Ｈが形成され、これら第２のフォトダイオード領域２１Ｈ、第２の読み出し領域２２Ｈ及び第２の電荷転送領域２３Ｈにより、緑色の画素１１が構成される。
【００５９】
高感度画素でない青色の画素１４との違いは、緑色の画素１１において、層間絶縁膜３０における第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部の上側部分に開口部３０ａが形成され、形成された開口部３０ａに、第１の平坦化膜３１が埋め込まれてなる埋め込み部３１ａを有している点である。このように、層間絶縁膜３０における第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部の上側部分の開口部３０ａに、層間絶縁膜３０を構成する酸化シリコンよりも屈折率が高い窒化シリコンからなる第１の平坦化膜３１を埋め込むことにより、第１の平坦化膜３１における第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部上の埋め込み部３１ａが光導波路として機能する。なお、緑色の画素１１における第２のフォトダイオード領域２１Ｈの上方には緑色のカラーフィルタ３４が形成されている。
【００６０】
すなわち、本実施形態においては、緑色の画素１１に入射される入射光は、マイクロレンズ３５及び層内凸レンズ３２によって集光され且つ回折される。さらに、第１の平坦化膜３１における第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部上の埋め込み部３１ａは、その周囲の層間絶縁膜３０よりも屈折率が高いため、第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部上の埋め込み部３１ａに入射された入射光は、該埋め込み部３１ａに閉じ込められる。この埋め込み部３１ａによる光閉じ込め効果は、光の回折効果よりも大きいため、第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部の感度の向上に、より大きく寄与することになる。
【００６１】
なお、第１の平坦化膜３１における埋め込み部３１ａの底部とゲート絶縁膜２５の間には、青色の画素１４を構成する反射防止膜２６と同一の材料である窒化シリコンからなるエッチングストッパ膜２６ａが形成されている。
【００６２】
なお、エッチングストッパ膜２６ａは、必ずしも反射防止膜２６と同一の材料である必要はなく、例えば層間絶縁膜３１と同一の材料を用いてもよい。但し、後述するように、エッチングストッパ膜２６ａを反射防止膜２６と同一の材料により形成すると、エッチングストッパ膜２６ａを独立して形成する工程を省略することができる。
【００６３】
また、エッチングストッパ膜２６ａは、第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部又は該受光部を含む領域に形成されていることが望ましい。
【００６４】
以下、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００６５】
図３（ａ）、図３（ｂ）、図４（ａ）、図４（ｂ）及び図５は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００６６】
まず、図３（ａ）に示すように、ｐ型不純物を用いたイオン注入法により、ｎ−型シリコンからなる半導体基板１０の上部に、接合深さが３μｍ程度のｐ−型領域１０ａを形成する。続いて、図１に示すように、ｎ型不純物を用いたイオン注入法により、ｐ−型領域１０ａの上部に、複数のｎ型領域１０ｂをアレイ状に形成する。続いて、イオン注入法により、各ｎ型領域１０ｂの各列の一方の側方に、ｐ−型領域及びｎ型領域を積層した第１の電荷転送領域２３Ｌ及び第２の電荷転送領域２３Ｈを形成する。これにより、第１の電荷転送領域２３Ｌとｎ型領域１０ｂとの間、及び第２の電荷転送領域２３Ｈとｎ型領域１０ｂとの間にそれぞれｐ−−型領域１０ａからなる第１の読み出し領域２２Ｌ及び第２の読み出し領域２２Ｈが形成される。また、イオン注入法により、各ｎ型領域１０ｂの他方の側方と各読み出し領域２２Ｌ、２２Ｈとの間に、ｐ＋型領域からなるチャネルストップ領域２４をそれぞれ形成する。さらに、各ｎ型領域１０ｂと半導体基板１０の表面との間にｐ＋型領域１０ｃを形成する。これにより、青色の画素１４においては、ｐ−−型領域１０ａ及びｎ型領域１０ｂにより、第１のフォトダイオード領域２１Ｌが形成され、緑色の画素１１においては、ｐ−−型領域１０ａ及びｎ型領域１０ｂにより、第２のフォトダイオード領域２１Ｈが形成される。
【００６７】
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１０の主面上に、熱酸化法等により、厚さが４０ｎｍの酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２５を形成する。続いて、化学気相堆積（ＣＶＤ）法により、ゲート絶縁膜２５の上に全面にわたって、ゲート絶縁膜２５を構成する酸化シリコンよりも屈折率が高い、例えばシリコン窒化膜を形成する。続いて、リソグラフィ法及びエッチング法により、シリコン窒化膜を各フォトダイオード領域２１Ｌ、２１Ｈの受光部を含む領域に残すようにパターニングすることにより、シリコン窒化膜から反射防止膜２６をそれぞれ形成する。その後、ゲート絶縁膜２５の上における第１の電荷転送領域２３Ｌ及び第１の読み出し領域２２Ｌの上側部分、並びに第２の電荷転送領域２３Ｈ及び第２の読み出し領域２２Ｈの上側部分に、例えばポリシリコンからなり、列方向に延びる電極２７をそれぞれ形成する。その後、形成された各電極２７を覆うように、酸化シリコンからなる絶縁膜２８を形成し、続いて、ＣＶＤ法又はスパッタ法により、反射防止膜２６及び絶縁膜２８を覆うように、タングステンからなる遮光膜２９を形成する。さらに、形成した遮光膜２９に対して、各フォトダイオード領域２１Ｌ、２１Ｈの上の反射防止膜２６がそれぞれ露出するように選択的にエッチングして除去する。
【００６８】
次に、図４（ａ）に示すように、ＣＶＤ法により、半導体基板１０の上の全面に遮光膜２９及び反射防止膜２６を覆うように、厚さが４００ｎｍのＢＰＳＧからなる層間絶縁膜（低屈折率膜）３０を形成する。その後、層間絶縁膜３０に熱処理を施して該層間絶縁膜３０をリフローする。これにより、層間絶縁膜３０の表面は、電極２７及び遮光膜２９による段差に対応した凹凸形状を有し、且つ各フォトダイオード領域２１Ｌ、２１Ｈの上に凹部が形成された層内凹レンズ形状となる。
【００６９】
次に、図４（ｂ）に示すように、リソグラフィ法により、層間絶縁膜３０の上にレジスト膜４０を成膜し、続いて、第２のフォトダイオード領域２１Ｈの受光部の上側部分を露出する開口パターンを形成する。続いて、開口パターンが形成されたレジスト膜４０をマスクとして、層間絶縁膜３０に対して異方性のエッチングを行って層間絶縁膜３０に反射防止膜２６に達する開口部３０ａを形成する。このとき、高感度画素である緑色の画素１１においては、反射防止膜２６がエッチングストッパ膜２６ａとして機能する。このとき、エッチングストッパ膜２６ａは、上部がエッチングされて元の反射防止膜２６と比べてその膜厚が薄くなる。このように、本実施形態においては、高感度画素でない青色の画素１４において用いられる反射防止膜２６を、特に反射防止膜２６を設ける必要がない高感度画素である緑色の画素１１においてエッチングストッパ膜２６ａとして用いるため、エッチングストッパ膜２６ａを成膜する工程を省くことができるので、製造プロセスを簡略化することができる。
【００７０】
次に、図５に示すように、ＣＶＤ法により、層間絶縁膜３０の上に窒化シリコンからなり、層間絶縁膜３０よりも屈折率が高い第１の平坦化膜（高屈折率膜）３１を、層間絶縁膜３０に形成された開口部３０ａを埋め込むように形成する。これにより、高感度画素である緑色の画素１１においては、第１の平坦化膜３１における開口部３０ａへの埋め込み部３１ａが入射光の光導波路構造として形成され、一方、高感度画素ではない青色の画素１４及び図１に示す低感度画素である緑色の画素１２においては、層内凹レンズ形状が形成される。続いて、形成された第１の平坦化膜３１の表面をリフロー又は化学機械研磨（ＣＭＰ）法により平坦化する。なお、本実施形態においては、反射防止膜２６、エッチングストッパ膜２６ａ及び第１の平坦化膜３１には、窒化シリコン（ＳｉＮ）を用いたが、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）を用いてもよい。
【００７１】
続いて、ＣＶＤ法により、第１の平坦化膜３１の上にシリコン窒化膜を形成し、リソグラフィ法及びエッチング法により、シリコン窒化膜における各フォトダイオード領域２１Ｌ、２１Ｈのそれぞれの上方の領域に、シリコン窒化膜から断面凸状の層内凸レンズ３２を形成する。ここで、表面が平坦なシリコン窒化膜から断面凸状の複数の層内凸レンズ３２を形成する方法としては、例えば、シリコン窒化膜上における層内凸レンズ形成領域にレジスト膜を形成した後、該レジスト膜をリフローして断面凸状に形成し、断面凸状のレジスト膜を用いてシリコン窒化膜のエッチバックを行うことにより形成することができる。
【００７２】
続いて、ＣＶＤ法により、層内凸レンズ３２を含む第１の平坦化膜３１の上に、ＮＳＧからなる第２の平坦化膜３３を形成し、その後、形成した第２の平坦化膜３２の表面を平坦化する。
【００７３】
続いて、第２の平坦化膜３３における各層内凸レンズ３２の上側の領域に、有機材からなり、各色の画素と対応する光を透過するカラーフィルタ３４を形成し、続いて、各カラーフィルタ３４の上に、透明な有機材からなるマイクロレンズ３５をそれぞれ形成する。
【００７４】
以上の製造方法により、高感度画素である緑色の画素１１においては、第２のフォトダイオード領域２１Ｈの上側の層間絶縁膜３０にのみ、第１の平坦化膜３１の埋め込み部３１ａからなる光導波路構造が形成され、低感度画素と高感度の画素との互いの平面積が同等の本発明の固体撮像装置を得ることができる。
【００７５】
なお、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、上記の一実施形態に限定されず、例えば、層間絶縁膜３０の表面形状を用いた第１の平坦化膜３１による層内凹レンズ形状及び層内凸レンズ３２を省略した構成等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、感度が低い画素に対して必要な感度を確保しつつ、感度が低い画素よりも感度が高い画素を確実に形成することができ、例えばデジタルカメラ、携帯電話又は医療用カメラ向けの固体撮像装置及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置を示す模式的な平面図である。
【図２】図１のII−II線における断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程順の断面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図６】従来の固体撮像装置示す模式的な平面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０    半導体基板
１０ａ  ｐ−−型領域
１０ｂ  ｎ型領域
１０ｃ  ｐ＋型領域
１１    緑色の画素（高感度画素）
１２    緑色の画素（低感度画素）
１３    赤色の画素
１４    青色の画素
２１Ｌ  第１のフォトダイオード領域（第１の光電変換領域）
２１Ｈ  第２のフォトダイオード領域（第２の光電変換領域）
２２Ｌ  第１の読み出し領域
２２Ｈ  第２の読み出し領域
２３Ｌ  第１の電荷転送領域
２３Ｈ  第２の電荷転送領域
２４    チャネルストップ領域
２５    ゲート絶縁膜
２６    反射防止膜
２６ａ  エッチングストッパ膜
２７    電極
２８    絶縁膜
２９    遮光膜
３０    層間絶縁膜（低屈折率膜）
３０ａ  開口部
３１    第１の平坦化膜（高屈折率膜）
３１ａ  埋め込み部
３２    層内凸レンズ
３３    第２の平坦化膜
３４    カラーフィルタ
３５    マイクロレンズ
４０    レジスト膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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