(57)【要約】【課題】  均質な画像データが得られるとともに簡易的に製造することが可能な固体撮像素子と、当該固体撮像素子の製造方法と、を提供する。【解決手段】  固体撮像素子１は、基板１１と、基板１１の内部に複数形成され入射する光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部１２と、基板１１の上方に形成され光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜１５と、第１遮光膜１５の上方に形成され光電変換部１２に入射する光を遮る第２遮光膜１７と、を備える。また、固体撮像素子１には、光電変換部１２に光が入射する第１領域３０と、光電変換部１２が第２遮光膜１７によって覆われることで遮光される第２領域５０と、第１領域３０及び第２領域５０の間に位置して光電変換部１２が第１遮光膜１５によって覆われることで遮光される第３領域９０と、が設けられている。【選択図】  図３
2014086552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の内部に複数形成されて入射する光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部と、
前記基板の上方に形成されて前記光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜と、
前記第１遮光膜よりも上方に形成されて前記光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜と、を備え、
前記光電変換部が、前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜によって覆われないことで光が入射する第１領域と、
前記光電変換部が、前記第１遮光膜によって覆われず前記第２遮光膜によって覆われることで遮光される第２領域と、
前記第１領域及び前記第２領域の間に位置するとともに、前記光電変換部が、前記第２遮光膜によって覆われず前記第１遮光膜によって覆われることで遮光される第３領域と、
が設けられていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に形成される層間絶縁膜と、
前記第１領域の前記光電変換部の直上に形成され、入射する光を前記光電変換部に対して集光する層内レンズと、をさらに備え、
前記第２遮光膜及び前記層内レンズが、前記層間絶縁膜の上面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に形成される層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜及び前記第２遮光膜の上方を埋め尽くすように全面的に形成される平坦化膜と、
前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記平坦化膜の上面に形成され、所定の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタと、
前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記カラーフィルタの上面に形成され、入射する光を集光して前記カラーフィルタを透過させるオンチップレンズと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
入射する光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部が内部に複数形成された基板の上方に、前記光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜を形成する第１遮光膜形成ステップと、
前記第１遮光膜の上方に、前記光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜を形成する第２遮光膜形成ステップと、を備え、
前記第１遮光膜形成ステップ及び前記第２遮光膜形成ステップによって、
前記光電変換部が、前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜によって覆われないことで光が入射する第１領域と、
前記光電変換部が、前記第１遮光膜によって覆われず前記第２遮光膜によって覆われることで遮光される第２領域と、
前記第１領域及び前記第２領域の間に位置するとともに、前記光電変換部が、前記第２遮光膜によって覆われず前記第１遮光膜によって覆われることで遮光される第３領域と、
を設けることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１遮光膜形成ステップでは、前記第１遮光膜を全面的に形成した後、前記第１領域及び前記第２領域における前記光電変換部のそれぞれの直上の一部または全部となる部分の前記第１遮光膜を同時に除去し、
前記第２遮光膜形成ステップでは、前記第２遮光膜を全面的に形成した後、前記第１領域及び前記第３領域の前記第２遮光膜を同時に除去することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記第１遮光膜形成ステップと前記第２遮光膜形成ステップとの間に、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップを備え、
前記第２遮光膜形成ステップ後に、前記層間絶縁膜の上方と、前記層間絶縁膜の上面に形成された前記第２遮光膜の上方と、を埋め尽くすようにレンズ材料膜を全面的に形成するレンズ材料膜形成ステップと、
前記レンズ材料膜を加工することで、入射する光を前記光電変換部に対して集光する層内レンズを、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記層間絶縁膜の上面に形成する層内レンズ形成ステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項４または５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１遮光膜形成ステップと前記第２遮光膜形成ステップとの間に、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップと、
前記第２遮光膜形成ステップの後に、前記層間絶縁膜及び前記第２遮光膜の上方を埋め尽くすように全面的に平坦化膜を形成する平坦化膜形成ステップと、
前記平坦化膜形成ステップ後に、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記平坦化膜の上面に、所定の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップと、
前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記カラーフィルタの上面に、入射する光を集光して前記カラーフィルタを透過させるオンチップレンズを形成するオンチップレンズ形成ステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項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、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子と、当該固体撮像素子の製造方法と、に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに限らず、携帯電話やパソコンなどの様々な電子機器に、固体撮像素子が搭載されるようになってきている。固体撮像素子は、複数の光電変換部（例えば、フォトダイオード）を備え、入射する光を光電変換することによって電荷を生成する。そして、固体撮像素子は、当該電荷を蓄積、読出、増幅等することによって画素データを生成し、さらに画素データを統合的に処理することによって画像データを生成する。
【０００３】
固体撮像素子は、画素データの基になる電荷を生成する光電変換部だけでなく、暗電流などのノイズによって発生する電荷を検出するための光電変換部も備え得る（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような固体撮像素子の一例について、図面を参照して説明する。図７は、従来の固体撮像素子の全体構造について示す平面図である。また、図８及び９は、従来の固体撮像素子の製造方法について示す断面図である。なお、図８及び９は、図７に示す平面に対して垂直な断面を示したものである。また、図７〜９に示す固体撮像素子は、ＣＣＤイメージセンサである。
【０００５】
まず、図７を参照して、固体撮像素子１の全体構造について説明する。図７に示すように、固体撮像素子１００は、画素データの基になる電荷を生成する光電変換部を含む有効画素領域１３０と、有効画素領域１３０の外周側に設けられノイズを検出するための光電変換部を含むオプティカルブラック（以下、ＯＢとする）領域１５０と、ＯＢ領域１５０の外周側に設けられ電荷の読出を制御するドライバなどの各種回路が形成される周辺領域１７０と、を有する。
【０００６】
また、図８及び９を参照して、固体撮像素子１の製造方法について説明する。最初に、図８（ａ）に示すように、基板１１１の内部に、光電変換部１１２を複数形成する。次に、基板１１１の上面に対して、ゲート絶縁膜１１３を形成する。次に、ゲート絶縁膜１１３の上面であり光電変換部１１２の直上部分に隣接した位置に、ゲート電極１１４を形成する。次に、ゲート絶縁膜１１３及びゲート電極１１４の上方を埋め尽くすように、第１遮光膜１１５を全面的に形成する。
【０００７】
次に、図８（ｂ）に示すように、光電変換部１１２の直上を避けて、第１遮光膜１１５の上面にフォトレジストＲ１０を形成する。そして、第１遮光膜１１５のフォトレジストＲ１０が上面に形成されていない部分を選択的にエッチングすることで、光電変換部１１２の直上が開口した第１遮光膜１１５を形成する。そして、この工程の後、フォトレジストＲ１０を除去することで、図８（ｃ）に示す構造が得られる。
【０００８】
次に、図９（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１１３及び第１遮光膜１１５の上方を埋め尽くすように、層間絶縁膜１１６を全面的に形成する。次に、層間絶縁膜１１６の上面に、第２遮光膜１１７を全面的に形成する。
【０００９】
次に、図９（ｂ）に示すように、ＯＢ領域１５０を避けて、第２遮光膜１１７の上面にフォトレジストＲ２０を形成する。そして、第２遮光膜１１７のフォトレジストＲ２０が上面に形成されていない部分を選択的にエッチングすることで、第２遮光膜１１７の膜厚を部分的に小さくする。そして、この工程の後、フォトレジストＲ２０を除去することで、図９（ｃ）に示す構造が得られる。
【００１０】
次に、図９（ｄ）に示すように、有効画素領域１３０を避けて、第２遮光膜１１７の上面にフォトレジストＲ３０を形成する。そして、第２遮光膜１１７のフォトレジストＲ３０が上面に形成されていない部分を選択的にエッチングすることで、第２遮光膜１１７を部分的に除去する。そして、この工程の後、フォトレジストＲ３０を除去することで、図９（ｅ）に示す構造が得られる。
【００１１】
さらに、この図９（ｅ）に示す構造に対して、カラーフィルタやオンチップレンズなどの光学部材を形成することによって、固体撮像素子１００が得られる。
【００１２】
ところで、特許文献１で提案されている固体撮像素子では、上述の固体撮像素子１００とは異なり、ＯＢ領域に対して、均一な膜厚の第２遮光膜を形成する。しかし、このような構造を採用すると、有効画素領域とＯＢ領域との境界に、第２遮光膜の急峻な段差が形成されてしまう。すると、当該段差の影響を受けて、有効画素領域内のＯＢ領域側に形成する光学部材が傾いたり、当該光学部材の大きさが他と大きく異なることでばらついたりするため、均質な画像データが得られない可能性がある。
【００１３】
そこで、上述の固体撮像素子１００では、図９（ｃ）〜（ｅ）に示すように、ＯＢ領域１５０の第２遮光膜１１７を部分的に薄くする構造を採用することで、ＯＢ領域１５０の光電変換部１１２に入射する光を遮断しながらも、第２遮光膜１１７の段差を緩和している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−１４４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述の固体撮像素子１００では、第２遮光膜１１７を部分的に薄くする必要がある。そのため、フォトレジストＲ２０を形成して第２遮光膜１１７をエッチングするという工程を別途追加する必要があり、製造工程が煩雑化することが問題となる。
【００１６】
さらに、図９（ｄ）及び（ｅ）に示すように、上述の固体撮像素子１００では、有効画素領域１３０の第２遮光膜１１７を確実に除去するべく、有効画素領域１３０の第２遮光膜１１７だけでなく、既に膜厚が小さくなっているＯＢ領域１５０の第２遮光膜１１７の一部までエッチングする。この場合、ＯＢ領域１５０において、エッチングが過度に進行して、第２遮光膜１１７の下地である層間絶縁膜１１６などがエッチングされると（図９（ｅ）中の矢印Ａの部分）、例えばゲート電極１１４の破壊などの故障が生じ得るため、問題となる。
【００１７】
そこで、本発明は、均質な画像データが得られるとともに簡易的に製造することが可能な固体撮像素子と、当該固体撮像素子の製造方法と、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】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明は、基板と、前記基板の内部に複数形成されて入射する光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部と、前記基板の上方に形成されて前記光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜と、前記第１遮光膜よりも上方に形成されて前記光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜と、を備え、前記光電変換部が、前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜によって覆われないことで光が入射する第１領域と、前記光電変換部が、前記第１遮光膜によって覆われず前記第２遮光膜によって覆われることで遮光される第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に位置するとともに、前記光電変換部が、前記第２遮光膜によって覆われず前記第１遮光膜によって覆われることで遮光される第３領域と、が設けられていることを特徴とする固体撮像素子を提供する。
【００１９】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に形成される層間絶縁膜と、前記第１領域の前記光電変換部の直上に形成され、入射する光を前記光電変換部に対して集光する層内レンズと、をさらに備え、前記第２遮光膜及び前記層内レンズが、前記層間絶縁膜の上面に形成されていてもよい。
【００２０】
さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に形成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜及び前記第２遮光膜の上方を埋め尽くすように全面的に形成される平坦化膜と、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記平坦化膜の上面に形成され、所定の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタと、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記カラーフィルタの上面に形成され、入射する光を集光して前記カラーフィルタを透過させるオンチップレンズと、をさらに備えてもよい。
【００２１】
また、本発明は、入射する光を光電変換することで電荷を生成する光電変換部が内部に複数形成された基板の上方に、前記光電変換部に入射する光を遮る第１遮光膜を形成する第１遮光膜形成ステップと、前記第１遮光膜の上方に、前記光電変換部に入射する光を遮る第２遮光膜を形成する第２遮光膜形成ステップと、を備え、前記第１遮光膜形成ステップ及び前記第２遮光膜形成ステップによって、前記光電変換部が、前記第１遮光膜及び前記第２遮光膜によって覆われないことで光が入射する第１領域と、前記光電変換部が、前記第１遮光膜によって覆われず前記第２遮光膜によって覆われることで遮光される第２領域と、前記第１領域及び前記第２領域の間に位置するとともに、前記光電変換部が、前記第２遮光膜によって覆われず前記第１遮光膜によって覆われることで遮光される第３領域と、を設けることを特徴とする固体撮像素子の製造方法を提供する。
【００２２】
さらに、上記特徴の固体撮像素子の製造方法において、前記第１遮光膜形成ステップでは、前記第１遮光膜を全面的に形成した後、前記第１領域及び前記第２領域における前記光電変換部のそれぞれの直上の一部または全部となる部分の前記第１遮光膜を同時に除去し、前記第２遮光膜形成ステップでは、前記第２遮光膜を全面的に形成した後、前記第１領域及び前記第３領域の前記第２遮光膜を同時に除去すると、好ましい。
【００２３】
さらに、上記特徴の固体撮像素子の製造方法において、前記第１遮光膜形成ステップと前記第２遮光膜形成ステップとの間に、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップを備え、前記第２遮光膜形成ステップ後に、前記層間絶縁膜の上方と、前記層間絶縁膜上に形成された前記第２遮光膜の上方と、を埋め尽くすようにレンズ材料膜を全面的に形成するレンズ材料膜形成ステップと、前記レンズ材料膜を加工することで、入射する光を前記光電変換部に対して集光する層内レンズを、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記層間絶縁膜の上面に形成する層内レンズ形成ステップと、をさらに備えてもよい。
【００２４】
さらに、上記特徴の固体撮像素子の製造方法において、前記第１遮光膜形成ステップと前記第２遮光膜形成ステップとの間に、前記第１遮光膜の上方と、前記第１遮光膜によって覆われていない前記光電変換部の上方と、を埋め尽くすように全面的に層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成ステップと、前記第２遮光膜形成ステップの後に、前記層間絶縁膜及び前記第２遮光膜の上方を埋め尽くすように全面的に平坦化膜を形成する平坦化膜形成ステップと、前記平坦化膜形成ステップ後に、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記平坦化膜の上面に、所定の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップと、前記第１領域の前記光電変換部の直上となる前記カラーフィルタの上面に、入射する光を集光して前記カラーフィルタを透過させるオンチップレンズを形成するオンチップレンズ形成ステップと、をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００２５】
上記特徴の固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法によれば、光電変換部に光が入射する第１領域と、第２遮光膜によって光電変換部への光の入射が遮られる第２領域と、の間に、第２遮光膜ではなく第１遮光膜によって光電変換部への光の入射が遮られる第３領域が設けられた固体撮像素子が得られる。この固体撮像素子では、第２領域に形成する第２遮光膜の段差の影響を、第１領域と第２領域との間の第３領域で緩和することができるため、当該影響が第１領域に及ぶことを抑制することができる。したがって、当該固体撮像素子は、第１領域内の第２領域側に形成する光学部材が傾くことや、当該光学部材の大きさが他と大きく異なることを抑制することによって、均質な画像データを生成することが可能である。
【００２６】
さらに、この固体撮像素子は、第１領域及び第２領域における第１遮光膜を部分的に除去するとともに、第１領域及び第３領域における第２遮光膜を除去するだけで得られる。即ち、この固体撮像素子は、第１遮光膜を除去する位置と、第２遮光膜を除去する位置と、のそれぞれを調整するのみで、何らかの特殊な工程を行うことなく、製造することが可能である。したがって、この固体撮像素子は、簡易的に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造例について示す平面図。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法例について示す断面図。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法例について示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図。
【図５】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の製造方法例について示す断面図。
【図６】本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図。
【図７】従来の固体撮像素子の全体構造について示す平面図。
【図８】従来の固体撮像素子の製造方法について示す断面図。
【図９】従来の固体撮像素子の製造方法について示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサを例示して説明する。
【００２９】
最初に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の全体構造例について示す平面図である。
【００３０】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１は、画素データの基になる電荷を生成する光電変換部を含む有効画素領域３０（第１領域）と、有効画素領域３０の外周側に設けられ所定の光電変換部を含む無効画素領域９０（第３領域）と、無効画素領域９０の外周側に設けられノイズを検出するための光電変換部を含むＯＢ領域５０（第２領域）と、ＯＢ領域５０の外周側に設けられ電荷の読出を制御するドライバなどの各種回路が形成される周辺領域７０と、を有する。
【００３１】
有効画素領域３０の光電変換部が生成する電荷は、蓄積、読出、増幅等されることによって、画素データとなる。一方、無効画素領域９０の光電変換部及びＯＢ領域５０の光電変換部は、後述のように遮光されているため、これらの光電変換部が生成する電荷を直接的に示した画素データは生成されない。
【００３２】
ただし、ＯＢ領域５０の光電変換部が生成する電荷については、有効画素領域３０の光電変換部が生成する電荷から画素データを生成する際に、暗電流等のノイズ成分を示すものとして利用される。具体的に例えば、有効画素領域３０内及びＯＢ領域５０内のそれぞれの光電変換部が生成する電荷から得られるそれぞれの信号の差分を用いて、画素データが生成される。
【００３３】
なお、無効画素領域９０の光電変換部が生成する電荷については、破棄してもよいし、ＯＢ領域５０の光電変換部が生成する電荷と同様に、有効画素領域３０の光電変換部が生成する電荷から画素データを生成する際に利用してもよい。
【００３４】
また、無効画素領域９０は、必ずしも有効画素領域３０の外周全体を囲む必要はなく、一部が途切れていてもよい。同様に、ＯＢ領域５０及び周辺領域７０も、一部が途切れていてもよい。ただし、固体撮像素子１において、有効画素領域３０とＯＢ領域５０との間に無効画素領域９０が設けられている部分が存在するものとする。
【００３５】
次に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について、図面を参照して説明する。図２及び３は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法例について示す断面図である。なお、図２及び３は、図１に示す平面に対して垂直な断面を示したものである。
【００３６】
最初に、図２（ａ）に示すように、基板１１の内部に、光電変換部１２を複数形成する。次に、基板１１の上面に対して、ゲート絶縁膜１３を形成する。次に、ゲート絶縁膜１３の上面であり光電変換部１２の直上に対して隣接した位置に、ゲート電極１４を形成する。次に、ゲート絶縁膜１３及びゲート電極１４の上方を埋め尽くすように、第１遮光膜１５を全面的に形成する。この第１遮光膜１５は、例えば入射した光がゲート電極１４で反射することによってノイズが発生することを防止する目的で、ゲート電極１４の上面及び側面を覆うように形成する。
【００３７】
光電変換部１２は、基板１１とは異なる導電型の半導体から成る領域であり、イオン注入などの方法を用いて、基板１１に不純物を添加することにより形成される。例えば、基板１１がシリコンから成る場合、ホウ素などを添加することでｐ型となり、リンやヒ素などを添加することでｎ型となる。
【００３８】
例えば、基板１１がｐ型の半導体から成る（またはp型のウェルを有する）場合、光電変換部１２はｎ型の領域から成り、光電変換によって生成された電子を蓄積する。また例えば、基板１１がｎ型の半導体から成る（またはｎ型のウェルを有する）場合、光電変換部１２はｐ型の領域から成り、光電変換によって生成された正孔を蓄積する。なお、厳密には、光電変換部１２と、基板１１の周囲の領域と、でフォトダイオードが構成されている。そのため、例えば、光電変換部１２がｎ型である場合、内部で生成した電子を蓄積するだけでなく、内部で生成した正孔を基板１１の周囲の領域に排出するとともに、基板１１の周囲の領域で生成された電子を取得して蓄積する。また例えば、光電変換部１２がｐ型である場合、内部で生成した正孔を蓄積するだけでなく、内部で生成した電子を基板１１の周囲の領域に排出するとともに、基板１１の周囲の領域で生成された正孔を取得して蓄積する。
【００３９】
ゲート絶縁膜１３は、例えばシリコンから成る基板１１の熱酸化によって得られる酸化シリコンから成る。また、ゲート電極１４は、例えばポリシコンから成り、第１遮光膜１５は、例えば金属から成る。なお、例えばゲート電極１４は、ゲート絶縁膜１３上にゲート電極１４を成す材料の膜を全面的に形成した後、ゲート電極１４を形成すべき部分の上面にのみフォトレジストを形成して、さらにエッチングを行うことで形成することが可能である。
【００４０】
ゲート電極１４に所定の電圧を印加すると、ゲート電極１４の直下となる基板１１内の転送領域に対して、当該転送領域の所定の方向（例えば、図中左方向）に隣接する光電変換部１２に蓄積された電荷が、読み出される。なお、この所定の方向とは逆方向（例えば、図中右方向）に電荷が読み出されることを防止するために、基板１１と同じ導電型で基板１１よりも不純物濃度が高い領域を、転送領域と当該逆方向に隣接する光電変換部１２との間に形成してもよい。
【００４１】
次に、図２（ｂ）に示すように、有効画素領域３０における光電変換部１２のそれぞれの直上の一部（中央部分）と、ＯＢ領域５０における光電変換部１２のそれぞれの直上の一部（中央部分）と、を避けて第１遮光膜１５の上面にフォトレジストＲ１を形成する。そのため、無効画素領域９０における光電変換部１２のそれぞれの直上となる第１遮光膜１５の上面には、フォトレジストＲ１が形成される。なお、周辺領域７０における第１遮光膜１５の上面に対しては、例えば形成しようとする回路等に応じて、適宜フォトレジストＲ１を形成すればよい。
【００４２】
次に、第１遮光膜１５の、上面にフォトレジストＲ１が形成されていない部分を、エッチングにより除去する。これにより、第１遮光膜１５の、有効画素領域３０における光電変換部１２のそれぞれの直上の一部（中央部分）と、ＯＢ領域５０における光電変換部１２のそれぞれの直上の一部（中央部分）と、が除去されて開口する。しかし、第１遮光膜１５の、無効画素領域９０における光電変換部１２のそれぞれの直上となる部分は、除去されないため開口しない。なお、第１遮光膜１５の、有効画素領域３０における光電変換部１２のそれぞれの直上の全部と、ＯＢ領域５０における光電変換部１２のそれぞれの直上の全部と、を除去して開口してもよい。そして、この工程の後、フォトレジストＲ１を除去することで、図２（ｃ）に示す構造が得られる（図２（ａ）の第１遮光膜１５を形成する工程から図２（ｃ）に示す構造が得られるまでの工程が、第１遮光膜形成ステップに相当する）。
【００４３】
次に、図３（ａ）に示すように、ゲート絶縁膜１３及び第１遮光膜１５の上方を埋め尽くすように、層間絶縁膜１６を全面的に形成する（層間絶縁膜形成ステップ）。次に、層間絶縁膜１６の上面に、第２遮光膜１７を全面的に形成する。層間絶縁膜１６は、例えば酸化シリコンから成り、第２遮光膜１７は、例えば金属から成る。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、有効画素領域３０及び無効画素領域９０を避けて、第２遮光膜１７の上面にフォトレジストＲ２を形成する。そのため、ＯＢ領域５０及び周辺領域７０の第２遮光膜１７の上面には、フォトレジストＲ２が形成される。
【００４５】
次に、第２遮光膜１７の、上面にフォトレジストＲ２が形成されていない部分を、エッチングにより除去する。これにより、有効画素領域３０及び無効画素領域９０の第２遮光膜１７が、除去される。しかし、ＯＢ領域５０及び周辺領域７０における第２遮光膜１７は、除去されずに残留する。そして、この工程の後、フォトレジストＲ２を除去することで、図３（ｃ）に示す構造が得られる（図３（ａ）の第２遮光膜１７を形成する工程から図３（ｃ）に示す構造が得られるまでの工程が、第２遮光膜形成ステップに相当する）。
【００４６】
以上の工程によって得られる図３（ｃ）に示す構造は、有効画素領域３０、ＯＢ領域５０及び無効画素領域９０で、それぞれ異なる。具体的に、有効画素領域３０は、光電変換部１２が、第１遮光膜１５及び第２遮光膜１７によって覆われないことで光が入射する構造となる。一方、ＯＢ領域５０は、光電変換部１２が、第１遮光膜１５によって覆われず第２遮光膜１７によって覆われることで遮光される構造となる。また、無効画素領域９０は、第２遮光膜１７によって覆われず第１遮光膜１５によって覆われることで遮光される構造となる。
【００４７】
図３（ｃ）に示した構造に対して、光学部材等を設けて完成させた固体撮像素子の構造例について、図面を参照して説明する。図４は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図である。なお、図４は、図２及び３と同様の断面を示すものである。
【００４８】
図４に示すように、固体撮像素子１は、図３（ｃ）に示した構造に加えて、層間絶縁膜１６及び第２遮光膜１７の上方を埋め尽くすように全面的に形成される平坦化膜１８と、有効画素領域３０の光電変換部１２の直上となる平坦化膜１８の上面に形成されるカラーフィルタ１９と、有効画素領域３０の光電変換部１２の直上となるカラーフィルタ１９の上面に形成されるオンチップレンズ２０と、を備える。
【００４９】
平坦化膜１８は、例えば酸化シリコンや樹脂などから成る。カラーフィルタ１９は、例えば顔料を含んだ感光性の樹脂から成り、所定の色（波長）の光を選択的に透過する。オンチップレンズ２０は、例えば感光性の樹脂から成り、入射する光を集光してカラーフィルタ１９を透過させる。例えば、カラーフィルタ１９は、平坦化膜１８の上面に対して感光性の樹脂を全面的に塗布した後、部分的に光を照射して感光させることで形成される。同様に例えば、オンチップレンズ２０は、カラーフィルタ１９の上面に対して感光性の樹脂を全面的に塗布した後、部分的に光を照射して感光させることで形成される。
【００５０】
電荷蓄積領域１２と、当該電荷蓄積領域１２の直上に位置するカラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２０と、から成る画素は、例えば基板１１に沿ってマトリクス状に配置されている。具体的に例えば、当該画素は、カラーフィルタ１９を透過する色に着目すると、ベイヤ配列で配置されている。
【００５１】
固体撮像素子１では、入射する光がオンチップレンズ２０で集光され、カラーフィルタ１９を透過する。このとき、カラーフィルタ１９は、所定の色（波長）の光を選択的に透過させる。カラーフィルタ１９を透過した光は、平坦化膜１８、層間絶縁膜１６及びゲート絶縁膜１３をそれぞれ透過して、基板１１内に入射する。すると、光電変換部１２（及び周囲の基板１１の領域）によって、基板１１内に入射した光が光電変換され、所定の種類の電荷（電子または正孔）が光電変換部１２に蓄積される。
【００５２】
そして、所定のタイミングで、ゲート電極１４に所定の電圧が印加されると、光電変換部１２に蓄積された電荷が転送領域に読み出され、さらに当該電荷の転送（紙面垂直方向への転送）が順次行われる。そして、最終段まで転送された電荷による電位を増幅することによって、光電変換部１２に入射した光に応じた信号が得られる。
【００５３】
これと同様に、光が入射しないＯＢ領域５０でも、電荷の蓄積及び転送が行われる。ただし、この動作によって得られる信号は、暗電流などのノイズ成分を示すものである。そして、固体撮像素子１は、有効画素領域３０の光電変換部１２から得られた電荷に基づく信号と、ＯＢ領域５０の光電変換部１２から得られた電荷に基づく信号と、の差分を用いて、画素データを生成する。
【００５４】
固体撮像素子１において、平坦化膜１８は、混色や感度の低下を防止する観点から、膜厚を小さくすると好ましい。ただし、平坦化膜１８の膜厚を小さくすると、図４に示すように、第２遮光膜１７を設けたことによる段差を、十分に緩和することが困難になる。
【００５５】
この問題に対して、ＯＢ領域５０の光電変換部１２を、第１遮光膜１５を用いて遮光することで解決することが考えられる。しかし、ＯＢ領域５０の光電変換部１２において、有効画素領域３０の光電変換部１２で発生しているノイズ成分と同様のノイズ成分を精度良く検出するためには、ＯＢ領域５０の光電変換部１２の周辺の構造を、有効画素領域３０の光電変換部１２の周辺の構造と同様にする必要がある。即ち、ＯＢ領域５０では、有効画素領域３０と同様に、光電変換部１２の直上の第１遮光膜１５を、開口させる必要がある。そのため、ＯＢ領域５０の光電変換部１２の遮光は、やはり光電変換部１２から離れた位置に設けた第２遮光膜１７によって行う必要がある。
【００５６】
そこで、固体撮像素子１では、光電変換部１２に光が入射する有効画素領域３０と、第２遮光膜１７によって光電変換部１２への光の入射が遮られるＯＢ領域５０と、の間に、第２遮光膜１７ではなく第１遮光膜１３によって光電変換部１２への光の入射が遮られる無効画素領域９０を設けている。固体撮像素子１は、ＯＢ領域５０に形成する第２遮光膜１７の段差の影響を、有効画素領域３０とＯＢ領域５０との間の無効画素領域９０で緩和することによって、当該影響が有効画素領域３０に及ぶことを抑制する。
【００５７】
具体的に例えば、固体撮像素子１は、第２遮光膜１７を設けたことによって生じる平坦化膜１８の段差を、主に無効画素領域９０に出現させる。これにより、有効画素領域３０における平坦化膜１８に段差が生じることが、抑制される（図４参照）。
【００５８】
したがって、固体撮像素子１は、有効画素領域３０のＯＢ領域５０側に形成する光学部材（カラーフィルタ１９、オンチップレンズ２０など）が傾くことや、当該光学部材の大きさが他と大きく異なることを抑制することによって、均質な画像データを生成することが可能である。
【００５９】
さらに、固体撮像素子１は、有効画素領域３０及びＯＢ領域５０における第１遮光膜１５を部分的に除去するとともに、有効画素領域３０及び無効画素領域９０における第２遮光膜１７を除去するだけで得られる。即ち、固体撮像素子１は、第１遮光膜１５を除去する位置と、第２遮光膜１７を除去する位置と、のそれぞれを調整するのみで、何らかの特殊な工程を行うことなく、製造することが可能である。したがって、固体撮像素子１は、簡易的に製造することが可能である。
【００６０】
また、固体撮像素子１は、無効画素領域９０の光電変換部１２の直上に、第１遮光膜１５が形成される。そのため、例えば強い光が固体撮像素子１に入射した場合などにおいて、無効画素領域９０からＯＢ領域５０に光が漏れ出すことを、抑制することが可能である。
【００６１】
なお、図４では、有効画素領域３０にのみ、カラーフィルタ１９やオンチップレンズ２０などの光学部材が形成される場合について例示したが、無効画素領域９０やＯＢ領域５０にも光学部材を形成してもよい。ただし、無効画素領域９０では、光学部材が傾いて形成されたり、光学部材の大きさが他と大きく異なることでばらついたりすることが予想される。そのため、無効画素領域９０に形成する光学部材が、有効画素領域３０の光電変換部１２やＯＢ領域５０の光電変換部１２に対して悪影響を及ぼすおそれ（例えば、無効画素領域９０に入射する光が、有効画素領域３０やＯＢ領域５０に導かれるなど）が無い場合にのみ、無効画素領域９０における光学部材の形成を許容すると、好ましい。
【００６２】
＜変形等＞
［１］  図４に示した固体撮像素子１は、オンチップレンズ２０のみを備えたものであるが、これに加えて（または代えて）、層内レンズを備えてもよい。この層内レンズの形成方法について、図面を参照して説明する。図５は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の製造方法例について示す断面図である。なお、図５は、図２〜４と同様の断面を示すものである。また、図５では、層内レンズを形成するために、層間絶縁膜１６を平坦化した場合について例示しているが、特に必要がなければ層間絶縁膜１６を平坦化しなくてもよい。
【００６３】
図５（ａ）に示すように、上述の固体撮像素子１の製造方法例と同様に（図３（ｃ）参照）、ＯＢ領域５０における層間絶縁膜１６の上面に第２遮光膜１７を形成する。次に、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１６及び第２遮光膜１７の上方を埋め尽くすように、レンズ材料膜２１を形成する。
【００６４】
レンズ材料膜２１は、層間絶縁膜１６及び第２遮光膜１７の上方を埋め尽くすように形成する点において、上述の固体撮像素子１における平坦化膜１８と同様である（図４参照）。そのため、レンズ材料膜２１も、無効画素領域９０においては段差が生じているが、有効画素領域３０では平坦であり、均一な膜厚となっている。
【００６５】
レンズ材料膜２１は、例えば感光性の樹脂から成る。例えば、レンズ材料膜２１がネガ型であれば、有効画素領域３０内の層内レンズを形成すべき位置を感光し、感光していない部分を除去する。また例えば、レンズ材料膜２１がポジ型であれば、有効画素領域３０内の層内レンズを形成すべき位置を除いて感光させ、感光させた部分を除去する。この工程により、図５（ｃ）に示す構造が得られる。
【００６６】
そして、図５（ｄ）に示すように、残ったレンズ材料膜２１を加熱したり感光させたりするなどして、レンズとして作用する形状にすることで、層内レンズ２１Ａを形成する。具体的に例えば、図５（ｄ）に示すように、層間絶縁膜１６側が平坦であり反対側が凸状になる層内レンズ２１Ａを形成する。なお、例えば層間絶縁膜１６を平坦化しない場合などにおいて、層間絶縁膜１６側が凸状になる層内レンズを形成してもよい。
【００６７】
このようにして形成される層内レンズ２１Ａは、有効画素領域３０におけるレンズ材料膜２１の膜厚が均一であるため、高さのばらつきを小さくすることが可能である。具体的に例えば、層内レンズ２１Ａの高さのばらつきを、３００ｎｍ以下にまで抑制することが可能となるため、十分に均質な画像データを生成することが可能となる。
【００６８】
また、図５（ｄ）に示した構造に対して、光学部材等を設けて完成させた固体撮像素子の構造例について、図面を参照して説明する。図６は、本発明の別実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図である。なお、図６は、図５と同様の断面を示すものである。
【００６９】
図６に示す固体撮像素子１ａは、図４に示す固体撮像素子１と同様に、平坦化膜１８、カラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２０を備える。なお、平坦化膜１８、カラーフィルタ１９及びオンチップレンズ２０の製造方法も、図４に示す固体撮像素子１と同様である。ただし、固体撮像素子１ａにおける平坦化膜１８は、層内レンズ２１Ａが上面に形成されている層間絶縁膜１６の上方を埋め尽くすように、形成される。
【００７０】
図６に示す固体撮像素子１ａにおいても、図４に示す固体撮像素子１と同様に、有効画素領域３０のＯＢ領域５０側に形成する光学部材（カラーフィルタ１９、オンチップレンズ２０など）が傾くことや、当該光学部材の大きさが他と大きく異なることを抑制することによって、均質な画像データを生成することが可能である。
【００７１】
［２］  ゲート絶縁膜１３、ゲート電極１４、第１遮光膜１５、層間絶縁膜１６、第２遮光膜１７、平坦化膜１８、カラーフィルタ１９、オンチップレンズ２０及びレンズ材料膜２１などのそれぞれの膜は、単層の膜であってもよいし、複数層の膜であってもよい。また、層間絶縁膜１６及び第２遮光膜１７と平坦化膜１８との間や、第２遮光膜１７とレンズ材料膜２１との間に、何らかの膜を追加してもよい。
【００７２】
［３］  固体撮像素子１として、ＣＣＤイメージセンサを例示して説明したが、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他の固体撮像素子にも、本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、遮光した光電変換部を備えた固体撮像素子に、好適に利用され得る。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ  ：  固体撮像素子
１１      ：  基板
１２      ：  光電変換部
１３      ：  ゲート絶縁膜
１４      ：  ゲート電極
１５      ：  第１遮光膜
１６      ：  層間絶縁膜
１７      ：  第２遮光膜
１８      ：  平坦化膜
１９      ：  カラーフィルタ
２０      ：  オンチップレンズ
２１      ：  レンズ材料膜
２１Ａ    ：  層内レンズ
３０      ：  有効画素領域（第１領域）
５０      ：  ＯＢ領域（第２領域）
７０      ：  周辺領域
９０      ：  無効画素領域（第３領域）
【図１】
2014086552.tif 000003
【図２】
2014086552.tif 000004
【図３】
2014086552.tif 000005
【図４】
2014086552.tif 000006
【図５】
2014086552.tif 000007
【図６】
2014086552.tif 000008
【図７】
2014086552.tif 000009
【図８】
2014086552.tif 000010
【図９】
2014086552.tif 000011