(57)【要約】【課題】微細化に際しても、高感度で、低スミアの固体撮像素子を提供する。【解決手段】シリコン基板１上に形成された、光電変換領域２と、光電変換領域２からの電荷を読み出す読み出し領域３と、読み出された電荷を転送する電荷転送領域４と、電荷転送領域４上に形成された電荷転送電極７とを備え、電荷転送電極７上に遮光膜１０が形成され、遮光膜１０は光電変換領域２上に開口部を有し、光電変換領域２上の開口部と電荷転送電極７上とに反射防止膜８が形成されており、開口部に形成された反射防止膜８の電荷転送電極７側における端部は遮光膜１０下にまで延在しておらず、電荷転送電極７上に形成された反射防止膜８の読み出し方向における端部は電荷転送電極７の側壁まで延在していない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された、光電変換領域と、前記光電変換領域からの電荷を読み出す読み出し領域と、読み出された前記電荷を転送する電荷転送領域と、前記電荷転送領域上に形成された電荷転送電極とを備え、
前記電荷転送電極上に遮光膜が形成され、前記遮光膜は前記光電変換領域上に開口部を有し、
前記光電変換領域上の前記開口部と前記電荷転送電極上とに反射防止膜が形成されており、前記開口部に形成された前記反射防止膜の前記電荷転送電極側における端部は前記遮光膜下にまで延在しておらず、前記電荷転送電極上に形成された前記反射防止膜の前記読み出し方向における端部は前記電荷転送電極の側壁まで延在していない
固体撮像素子。
【請求項２】
前記光電変換領域上に形成された反射防止膜の前記電荷転送電極側における端部と前記電荷転送電極上に形成された反射防止膜の前記読み出し方向における端部との距離は、０．２０μｍから０．５０μｍである請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記電荷転送電極上に形成された反射防止膜上に、シリコン系絶縁膜が積層されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
基板上に形成された、光電変換領域と、前記光電変換領域からの電荷を読み出す読み出し領域と、読み出された前記電荷を転送する電荷転送領域と、前記電荷転送領域上に形成された電荷転送電極とを備える固体撮像素子の製造方法であって、
前記光電変換領域上と前記電荷転送電極上とに反射防止膜を形成する反射防止膜形成ステップと、
前記反射防止膜上に遮光膜を形成する遮光膜形成ステップと、
前記遮光膜形成ステップでは、前記遮光膜のうち、前記光電変換領域上の部分に開口部を形成するステップを含み、
前記反射防止膜形成ステップでは、前記光電変換領域上に形成する前記反射防止膜の前記電荷転送電極側における端部が前記遮光膜下にまで延在せず、かつ、前記電荷転送電極上に形成する前記反射防止膜の前記読み出し方向における端部が前記電荷転送電極の側壁まで延在しないように、前記反射防止膜を形成する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記反射防止膜形成ステップでは、前記反射防止膜を複数回に分けてパターニングする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記反射防止膜形成ステップでは、一部をシリコン系絶縁膜のハードマスクによりパターニングすることによって、前記反射防止膜を形成する請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記反射防止膜形成ステップでは、ＬＰ−ＣＶＤで前記反射防止膜を形成する請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子およびその製造方法に関し、特に反射防止膜の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、多画素化が進められ、画素寸法の微細化も進む一方である。そのため、感度向上策として、光電変換部上には反射防止となる高屈折率膜を形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１４に従来の固体撮像素子の断面構造の一例を示す。シリコン基板１には、フォトダイオード（光電変換領域）２、読み出し領域３、垂直転送部（転送領域）４、非読み出し領域５が形成されている。シリコン基板１の上面にゲート絶縁膜６を介して電荷転送電極７が形成されており、この上層に絶縁膜を介して窒化シリコン膜などの反射防止膜８が形成され、この上層に、受光領域上に開口を有する遮光膜１０が形成されている。反射防止膜８は暗電流の低減のために、電荷転送電極７上の一部が取り除かれ、その後に水素を外部から送り込むシンタ処理が行われる。
【特許文献１】特許第３２０４２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の固体撮像素子の一例の構成では、今後のさらなる微細化に伴い画素寸法が小さくなると、電荷転送電極７の側壁における、遮光膜１０の端部とシリコン基板１との間に反射防止膜８が介在しているために、遮光膜１０の端部とシリコン基板１との間の膜厚が厚くなり、そこから入射する斜め入射光がスミアを悪化させるという問題がある。さらに、電荷転送電極７の側壁を覆う遮光膜１０と電荷転送電極７の側壁との間の膜厚も厚くなるため、受光領域を規定する開口面積が小さくなり、感度が低下するという問題もある。
【０００５】
また、微細化に伴い画素寸法が小さくなって、電荷転送電極７上部の反射防止膜８の一部を取り除くことが加工上困難になるという課題を有している。
【０００６】
前記に鑑み、本発明は、微細化に際しても、電荷転送電極上部の反射防止膜の一部を取り除くという複雑な加工をすることなく、高感度で、低スミアの固体撮像素子およ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】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、基板上に光電変換領域と、光電変換領域からの電荷を読み出す読み出し領域と、読み出された電荷を転送する電荷転送領域と、電荷転送領域上に電荷転送電極を備え、電荷転送電極上に遮光膜が形成され、遮光膜は光電変換領域上に開口部を有し、光電変換領域上の開口部と電荷転送電極上に反射防止膜が形成されており、開口部の反射防止膜の端部は遮光膜下にまで延在しておらず、読み出し方向の電荷転送電極上の反射防止膜の端部は電荷転送電極側壁まで延在していないことを特徴とする。
【０００８】
この構成により、反射防止膜は、光電変換領域上の部分と電荷転送電極上の部分とが連続的に形成されるのではなく、離間されて形成されるので、電荷転送電極の側壁における遮光膜の端部とシリコン基板との間に反射防止膜が介在することが避けられ、それによって、遮光膜の端部とシリコン基板との間の膜厚が薄くなり、そこから入射する斜め入射光が抑制され、スミアを悪化させるという従来の問題が解消される。さらに、電荷転送電極の側壁を覆う遮光膜の端部と電荷転送電極の側壁との間の膜厚も薄くなるため、受光領域を規定する開口面積が小さくなることが避けられ、感度が低下するという問題も解消される。よって、今後の更なる微細化に際しても、高感度で、低スミアをはかることができる。
【０００９】
また、反射防止膜は、光電変換領域上の部分と電荷転送電極上の部分とが離間されて形成されるので、外部よりシンタ処理によって送り込まれた水素がこの離間部分を介して容易にフォトダイオードに到達するので、従来のように電荷転送電極上の反射防止膜の一部を取り除くという複雑な加工が不要となる。つまり、複雑な加工をすることなく、暗電流を低減することができる。
【００１０】
また、本発明の固体撮像素子は、上記構成において、光電変換領域上の反射防止膜の端部と電荷転送電極上の反射防止膜の端部の距離は、０．２０μｍから０．５０μｍであるのが好ましい。
【００１１】
この構成により、光電変換領域上および電荷転送電極上の反射防止膜の面積を大きくとることができ、高感度で、低スミアをはかることができる。また、電荷転送電極上の反射防止膜の面積を大きくとることにより、電荷転送電極上での遮光膜との耐圧低下を低減することができる。特に、電荷転送電極が単層構造の場合は、電極スペース間で絶縁膜が局所的に薄くなりやすいため、有効である。また、遮光膜をシャント配線に使用する場合も、例えば電荷転送電極に１２Ｖ、遮光膜に−６Ｖが印加され高電界となるため、有効である。
【００１２】
また、本発明の固体撮像素子は、上記構成において、電荷転送電極上の反射防止膜上に、シリコン系絶縁膜が積層されている構成が好ましい。
【００１３】
この構成により、シリコン基板から電荷転送電極上の遮光膜までの高さを制御でき、所望の下凸層内レンズ形状を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の方法は、基板上に、光電変換領域と、光電変換領域からの電荷を読み出す読み出し領域と、読み出された電荷を転送する電荷転送領域と、電荷転送領域上に電荷転送電極を備え、電荷転送電極上に遮光膜が形成された固体撮像素子の製造方法において、遮光膜は光電変換領域上に開口部を有し、光電変換領域上の開口部と電荷転送電極上に反射防止膜を形成する。
【００１５】
この構成により、斜め入射光によってスミアを悪化させるという問題が解消されるとともに、受光領域を規定する開口面積が小さくなるという問題が解消され、今後の更なる微細化に際しても、暗電流を増加させることなく、高感度で、低スミアをはかることができる。
【００１６】
また、本発明の方法は、上記方法において、前記反射防止膜を数回に分けてパターニングするのが好ましい。
【００１７】
この構成により、反射防止膜の微細パターニングが容易となる。また、各パターニングにおいて、例えば光電変換領域上のパターニングと電荷転送電極上のパターニングに分けて行うことにより、それぞれ適切なフォーカスでパターニングを行うことができる。
【００１８】
また、本発明の方法は、上記方法において、前記反射防止膜は、一部をシリコン系絶縁膜のハードマスクによりパターニングするのが好ましい。
【００１９】
この構成により、反射防止膜の微細パターニングが容易となる。また、シリコン基板から電荷転送電極上の遮光膜までの高さを制御でき、所望の下凸層内レンズ形状を得ることができる。
【００２０】
また、本発明の方法は、上記方法において、前記反射防止膜は、ＬＰ−ＣＶＤで形成するのが好ましい。
【００２１】
この構成により、反射防止膜成膜時のプラズマダメージがないため、暗電流を低減することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固体撮像素子によれば、今後の更なる微細化に際しても、電荷転送電極上部の反射防止膜の一部を取り除くという複雑な加工をすることなく、高感度で、かつ、低スミアをはかることができる。
【００２３】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、反射防止膜の微細パターニングが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態における固体撮像素子３０の概略構成図、図２は、その固体撮像素子３０の平面図である。図３はと図４は反射防止膜を２回に分けてパターニングするときのレイアウト、図５はその結果得られる反射防止膜のレイアウト、図６は遮光膜のレイアウトである。
【００２６】
図１において、フォトダイオード（光電変換領域）２、読み出し領域３、垂直転送部（転送領域）４、非読み出し領域５がＳｉ基板１に形成されている。Ｓｉ基板１内の垂直転送部（電荷転送領域）４上にはゲート絶縁膜６を介して電荷転送電極７が形成されている。電荷転送電極７を覆うように遮光膜１０が形成されている。反射防止膜８は、遮光膜１０の開口部（光電変換領域上）と、電荷転送電極７上に形成されている。また、電荷転送電極７上において、反射防止膜８と遮光膜１０との層間には、シリコン系絶縁膜９が形成されている。なお、遮光膜１０の上には、パシベーション膜１０ａ、下凸層内レンズ１１、上凸層内レンズ１２、平坦化膜１３、カラーフィルタ１４、平坦化膜１５、マイクロレンズ１６が積層されている。
【００２７】
この固体撮像素子３０では、電荷転送電極７上に遮光膜１０が形成され、その遮光膜１０はフォトダイオード２上に開口部を有し、そのフォトダイオード２上の開口部と電荷転送電極７上とに反射防止膜８が形成されており、その開口部上に形成された反射防止膜８の電荷転送電極７側における端部は遮光膜１０下にまで延在しておらず、電荷転送電極７上に形成された反射防止膜８の読み出し方向における端部は電荷転送電極７の側壁まで延在していない点に特徴がある。
【００２８】
図２に示されるように、この固体撮像素子３０は、平面的には、垂直転送部３３（図１の垂直転送部４）とフォトダイオード３２（図１のフォトダイオード２）の列とが交互に配置されてなる撮像領域３１と、垂直転送部４から転送されてきた電荷を水平方向に転送する水平転送部３４と、水平転送部３４から転送されてきた電荷を電圧で出力する出力アンプ３５とを備える。
【００２９】
上記構成を備える本実施の形態における固体撮像素子３０がスミアおよび感度に対する効果を有する理由は以下による。
【００３０】
反射防止膜８のうち、光電変換領域（フォトダイオード２）上の部分と電荷転送電極７上の部分とは連続的に形成されるのではなく、離間されて（平面的には開口部を設けて）形成されている。これにより、電荷転送電極７の側壁における遮光膜１０の端部とシリコン基板１（本図では、フォトダイオード２および非読み出し領域５）との間に反射防止膜８が介在することが避けられ、それによって、遮光膜１０の端部とシリコン基板１との間の膜厚は薄くなり、そこから入射する斜め入射光によるスミア悪化を低減することができる。さらに、電荷転送電極７の側壁を覆う遮光膜１０と電荷転送電極７の側壁との間には反射防止膜８が形成されていないため、電荷転送電極７の側壁を覆う遮光膜１０と電荷転送電極７の側壁との間の膜厚は薄くなるので、受光領域を規定する開口面積を０．１μｍ程度大きくでき、感度を向上することができる。
【００３１】
また、電荷転送電極７上の反射防止膜８の寸法および反射防止膜８上に積層されたシリコン系絶縁膜９の膜厚を調整することで、電荷転送電極７から遮光膜１０までの膜厚を調整できるので、所望の下凸層内レンズ１１の形状を形成できるため、レンズの最適化が容易となる。
【００３２】
また、反射防止膜８は開口部内に隙間を持って形成されているため、その隙間を介して、外部よりシンタ処理によって送り込まれた水素がフォトダイオードに容易に到達するので暗電流を低減することができる。つまり、従来のように電荷転送電極上の反射防止膜の一部を取り除くという複雑な加工をすることなく、暗電流を低減することができる。
【００３３】
次に、図７から図１３を参照しながら、本発明の実施の形態における固体撮像素子３０の製造方法を説明する。
【００３４】
図７はシリコン基板１の上面に、酸化シリコンのゲート絶縁膜６を介して電荷転送電極７を形成し、この上層に絶縁膜７ａを形成した状態を示した図である。この際、光電変換領域（フォトダイオード２）上のゲート絶縁膜６の膜厚は、１０〜１００ｎｍが好ましく、更に２５ｎｍ程度がより好ましい。
【００３５】
この後、図８に示すように窒化シリコンからなる反射防止膜８と酸化シリコンからなるシリコン系絶縁膜９を形成する。反射防止膜８の膜厚は、３０〜１００ｎｍが好ましく、更に５０ｎｍ程度がより好ましい。シリコン系絶縁膜９の膜厚は、１０〜１００ｎｍが好ましく、更に１５ｎｍ程度がより好ましい。従来は、曲率のきつい下凸層内レンズ１１の形状を形成するのは困難であったが、本発明ではシリコン系絶縁膜９の膜厚を調整して、所望の下凸層内レンズ１１の形状を形成できる。
【００３６】
この後、図９に示すようにレジストパターン３６を形成して（そのレイアウトは、図３参照）、電荷転送電極７上以外の領域のシリコン系絶縁膜９を例えばウエットエッチングにより除去する。
【００３７】
この後、図１０に示すようにレジストパターン３７を形成して（そのレイアウトは、図４参照）、反射防止膜８をエッチングにより除去する。エッチングは、例えば、シリコン系絶縁膜９と高選択比のとれるケミカルドライエッチでＣＦ４を用いた混合ガスで行う。このとき、電荷転送電極７上はシリコン系絶縁膜９で保護されているため、光電変換領域上の反射防止膜８のみが除去される。これにより、図３および図４に示される複数回（ここでは、２回）のパターニングによって、図５に示されるレイアウトの反射防止膜８が形成される。図５に示されるように、反射防止膜８は、電荷転送電極７と光電変換領域（フォトダイオード２）との境界付近が除去され、開口部３８が形成されている。この開口部３８の電荷読み出し方向における距離（光電変換領域上の反射防止膜８の端部と電荷転送電極７上の反射防止膜の端部との距離）は、例えば、０．２０μｍから０．５０μｍである。
【００３８】
この後、図１１に示すように酸化シリコン膜９ａを形成する。酸化シリコン膜９ａの膜厚は、２〜８０ｎｍが好ましく、更に１０ｎｍ程度がより好ましい。
【００３９】
この後、図１２に示すようにタングステンからなる遮光膜１０を形成する。遮光膜１０の膜厚は、８０〜３００ｎｍが好ましく、更に１００ｎｍ程度がより好ましい。
【００４０】
この後、図１３に示すようにレジストパターン３９を形成して、遮光膜１０をエッチングにより除去する。その結果、図６に示されるレイアウトの遮光膜１０が形成される。
【００４１】
この後、図１に示すように下凸層内レンズ１１および上凸層内レンズ１２、カラーフィルタ１４およびマイクロレンズ１６の形成を行う。ここで、層内レンズ１１および１２は一体となるように単一の膜で形成しても良い。この層内レンズ１１および１２により、フォトダイオード２への集光効率をさらに高めることができると同時に、本発明の固体撮像素子では、遮光膜１０がＳｉ基板１に近接して形成されているため、層内レンズ１１および１２によって屈折された光によるスミアも、十分に防止することができる。
【００４２】
本発明の構成によれば、反射防止膜８を２回のパターニング（図９および図１０に示される工程）に分けて形成することにより、微細化により画素寸法が小さくなっても加工が容易である。そして、光電変換領域（フォトダイオード２）上および電荷転送電極７上の反射防止膜の面積を大きくとることができ、高感度で、低スミアをはかることができる。また、電荷転送電極７は、一部が除去されていない反射防止膜８とシリコン系絶縁膜９によって覆われるので、電荷転送電極７上での遮光膜１０との耐圧低下を低減することができる。
【００４３】
また、反射防止膜８は開口部内に隙間を持って形成されているため、外部よりシンタ処理によって送り込まれた水素がその隙間を介してフォトダイオードに容易に到達するので、暗電流を低減できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、低スミア化及び高感度化をはかることができ、微細画素の固体撮像素子に有効である。特に、デジタルカメラや携帯電話等に備えられるＣＣＤ型の固体撮像素子として、利用でできる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像素子の概略構成図
【図２】本発明の実施の形態における固体撮像素子の平面図
【図３】本発明の実施の形態における固体撮像素子の反射防止膜の第一の平面図
【図４】本発明の実施の形態における固体撮像素子の反射防止膜の第二の平面図
【図５】本発明の実施の形態における固体撮像素子の反射防止膜の最終的な平面図
【図６】本発明の実施の形態における固体撮像素子の遮光膜の平面図
【図７】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図８】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図９】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図１０】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図１１】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図１２】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図１３】本発明の実施の形態における固体撮像素子の製造工程を示す図
【図１４】従来の固体撮像素子の概略構成図
【符号の説明】
【００４６】
１  シリコン基板
２  フォトダイオード（光電変換領域）
３  読み出し領域
４  垂直転送部（電荷転送領域）
５  非読み出し領域
６  ゲート絶縁膜
７  電荷転送電極
８  反射防止膜
９  シリコン系絶縁膜
１０  遮光膜
１１  下凸層内レンズ
１２  上凸層内レンズ
１３  平坦化膜
１４  カラーフィルタ
１５  平坦化膜
１６  マイクロレンズ
３０  固体撮像素子
３１  撮像領域
３２  フォトダイオード
３３  垂直転送部（電荷転送領域）
３４  水平転送部（電荷転送領域）
３５  出力アンプ
３６  反射防止膜形成時の第一のパターン
３７  反射防止膜形成時の第二のパターン
３８  反射防止膜の開口パターン
３９  遮光膜形成時のパターン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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