(57)【要約】【課題】感度を低下させずに小型化を実現することが可能な固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】Ｗ又はＡｌ等の光を透過しない遮光材料からなる遮光材料膜７１を、電荷転送電極３の形状を反映した形状となるように、ＣＶＤ又はスパッタによって堆積する（図３（ａ））。次に、フォトダイオード３０の一部の上方に形成された遮光材料膜７１をエッチング除去して、パターニングされた遮光膜７１を形成する（図３（ｂ））。次に、図３（ｂ）に示す状態からスパッタエッチングを行う。ここでは例えばアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行う。スパッタエッチングを行うと、エッジ部分に電界が集中するため、遮光材料膜７１のシリコン基板１に平行な面とシリコン基板１に垂直な面との境界部分が集中的に削られてなだらかになる（図３（ｃ））。以上の工程により、固体撮像素子の遮光膜を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含む電荷転送部と、前記半導体基板内の前記光電変換部の一部以外に光が入らないようにするための遮光膜とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜の形成工程が、
前記電荷転送電極の形成後、前記電荷転送電極上方に、前記電荷転送電極の形状を反映した形状の遮光材料膜を形成する遮光材料膜形成工程と、
前記光電変換部の一部の上方に形成された前記遮光材料膜を除去して前記遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
前記遮光材料膜の前記半導体基板に平行な表面と前記半導体基板に垂直な表面との境界部分を削る削り工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記削り工程は、前記遮光膜形成工程の前に行う固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記削り工程は、前記遮光膜形成工程の後に行う固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜形成工程では、前記遮光膜が、前記半導体基板に平行で且つ高さの異なる複数の表面を含むように前記遮光材料膜を除去する固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記削り工程は、前記境界部分をスパッタエッチングによって削る固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含む電荷転送部と、前記半導体基板内の前記光電変換部の一部以外に光が入らないようにするための遮光膜とを含み、前記遮光膜が前記半導体基板に平行で且つ高さの異なる複数の表面を含む固体撮像素子であって、
前記遮光膜の前記半導体基板に平行な表面と前記半導体基板に垂直な表面との境界部分がなだらかになっている固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含む電荷転送部と、前記半導体基板内の前記光電変換部の一部以外に光が入らないようにするための遮光膜とを有する固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型の固体撮像素子は、半導体基板上に設けた遮光膜に開口を設けることにより、光電変換素子に入射する光を制限している（例えば特許文献１参照）。近年の固体撮像素子は小型化が進んでいるため、光電変換素子からトップのマイクロレンズまでの距離も縮む傾向にある。例えば、図５（ａ）に示すように、光電変換素子１０２とマイクロレンズ１００との距離が十分にある場合は、マイクロレンズ１００で集光された光を全て遮光膜１０１の開口内に入射させることができるが、図５（ｂ）に示すように、光電変換素子１０２とマイクロレンズ１００との距離が図５（ａ）の場合よりも縮まると、マイクロレンズ１００で集光された光の一部が遮光膜１０１によってけられてしまうため、遮光膜１０１の開口内に入射させることできる光量が図５（ａ）の場合よりも減少してしまい、感度が低下してしまう。開口を大きくすればこのような状況は回避できるが、開口の大きさは、遮光膜の遮光性能等の関係から、それを大きくすることには限度がある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２８１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感度を低下させずに小型化を実現することが可能な固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子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】
【０００５】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含む電荷転送部と、前記半導体基板内の前記光電変換部の一部以外に光が入らないようにするための遮光膜とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜の形成工程が、前記電荷転送電極の形成後、前記電荷転送電極上方に、前記電荷転送電極の形状を反映した形状の遮光材料膜を形成する遮光材料膜形成工程と、前記光電変換部の一部の上方に形成された前記遮光材料膜を除去して前記遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、前記遮光材料膜の前記半導体基板に平行な表面と前記半導体基板に垂直な表面との境界部分を削る削り工程とを含む。
【０００６】
この方法によれば、光電変換部とその上方に設けるマイクロレンズとの距離を縮めた小型の固体撮像素子を、感度を低下させることなく製造することができる。
【０００７】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記削り工程を前記遮光膜形成工程の前に行う。
【０００８】
この方法によれば、削り工程において、光電変換部へのダメージを少なくすることができる。
【０００９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記削り工程を前記遮光膜形成工程の後に行う。
【００１０】
この方法によれば、遮光膜材料の除去によって境界部分が新たに形成された際、この境界部分も削ることができるため、光電変換部に集める光の量をより多くすることができ、感度をより向上させることができる。
【００１１】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記遮光膜形成工程では、前記遮光膜が、前記半導体基板に平行で且つ高さの異なる複数の表面を含むように前記遮光材料膜を除去する。
【００１２】
この方法によれば、遮光膜の遮光性能を上げることができる。
【００１３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記削り工程が、前記境界部分をスパッタエッチングによって削る。
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部で発生した電荷を転送する前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含む電荷転送部と、前記半導体基板内の前記光電変換部の一部以外に光が入らないようにするための遮光膜とを含み、前記遮光膜が前記半導体基板に平行で且つ高さの異なる複数の表面を含む固体撮像素子であって、前記遮光膜の前記半導体基板に平行な表面と前記半導体基板に垂直な表面との境界部分がなだらかになっている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、感度を低下させずに小型化を実現することが可能な固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。
図１，２に示す固体撮像素子は、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が多数形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。
【００１８】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された単層電極構造の電荷転送電極３（第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。電荷転送電極３は、第１の電極３ａの上に第２の電極３ｂの一部が重なった二層電極構造であっても良い。
【００１９】
図２に示すように、シリコン基板１の表面部にはｐウェル層９が形成され、ｐウェル層９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００２０】
ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層９には電荷読み出し領域３４が形成される。
【００２１】
シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５によって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。
【００２２】
電荷転送電極３の上には酸化シリコン膜６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられており、シリコン基板１内のフォトダイオード３０の一部以外に光が入らないようにしている。中間層７０上方には、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。
【００２３】
本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。
【００２４】
次に上述した固体撮像素子の製造工程のうち、遮光膜の形成工程について図３を参照して説明する。尚、図３では、図２に示した構成の一部を省略してある。又、図２と図３は固体撮像素子の断面を模式的に示したものであるため、その縮尺は正確なものではない。
【００２５】
シリコン基板１上にゲート酸化膜２を介して電荷転送電極３（第１の電極３ａ及び第２の電極３ｂ）を形成し、その周りに絶縁膜６を形成した後、酸化シリコン膜からなる絶縁膜７２を形成する。そして、その上に、Ｗ又はＡｌ等の光を透過しない遮光材料からなる遮光材料膜７１を、電荷転送電極３の形状を反映した形状となるように、ＣＶＤ（成膜条件例；ガス種，ガス流量：ＷＦ６＝５０ｓｃｃｍ、Ａｒ＝３０００ｓｃｃｍ、Ｈ２＝４００ｓｃｃｍ、N２＝３００ｓｃｃｍ、圧力：９０Ｔｏｒｒ、基板温度：４５０℃）によって形成する（図３（ａ））。ここで形成する遮光材料膜７１の厚みは、例えば２０００〜３０００Åとする。尚、ここで形成した遮光材料膜７１表面には微小の凹凸が存在するため、完全な面とはなっていないが、この凹凸は無視するものとする。
【００２６】
次に、レジストを塗布し、露光及び現像を行ってフォトダイオード３０の一部（開口をあけたい部分）以外をマスクするレジストパターンを形成し、このレジストパターンを用いて、フォトダイオード３０の一部の上方に形成された遮光材料膜７１をエッチング除去して、パターニングされた遮光膜７１を形成する（図３（ｂ））。このとき、最終的に形成される遮光膜７１が、シリコン基板１に平行で且つそれぞれ異なる高さの複数の表面を有するように遮光材料膜７１をエッチング除去する。例えば、図３（ｂ）に示した破線よりも開口側の部分を残すように遮光材料膜７１を除去する。このようにすることで、遮光膜７１の遮光性能を向上させることができる。
【００２７】
尚、図３（ｂ）において、最終的に形成される遮光膜７１が、シリコン基板１に平行で且つそれぞれ異なる高さの複数の表面を有しないように遮光材料膜７１をエッチング除去しても構わない。例えば、図３（ｂ）の遮光膜７１の破線よりも開口側の部分を除去してしまっても良い。尚、図３（ｂ）までの製造工程は、従来の固体撮像素子の製造工程と同様である。
【００２８】
次に、図３（ｂ）に示す状態からスパッタエッチングを行う。ここでは例えばアルゴンガスを用いたスパッタエッチングを行う。この時のスパッタエッチングの条件は、例えば、パワー：１００〜２００Ｗ、圧力：１０〜５０ｍＴｏｒｒ、ガス流量：１００ｓｃｃｍである。スパッタエッチングを行うと、エッジ部分に電界が集中するため、遮光材料膜７１のシリコン基板１に平行な面とシリコン基板１に垂直な面との境界部分が集中的に削られてなだらかになる（図３（ｃ））。以上の工程により、図２に示すような固体撮像素子の遮光膜を形成する。
【００２９】
図３（ｂ）に示す構成は、従来の固体撮像素子と同様の構成であり、この構成では、角度φ１で示される範囲から光を遮光膜７１の開口に集めることができるのに対し、図３（ｃ）に示す構成では、角度φ１よりも大きい角度φ２で示される範囲から光を遮光膜７１の開口に集めることができる。このため、フォトダイオード３０とマイクロレンズ６３との距離が縮んでも、開口のサイズを変えることなく、開口に入射される光量の減少を抑えることができる。
【００３０】
このように、本実施形態の製造方法によれば、フォトダイオード３０とマイクロレンズ６３との距離を縮めた場合、従来は遮光膜によってけられて開口に入射させることができなかった光を、遮光膜のエッジ部分をなだらかにする処理を行っておくことによって入射させることができるため、固体撮像素子の感度の低下を防ぎながら小型化を実現することができる。又、開口の大きさは変えずに上記効果を得ることができる。
【００３１】
尚、以上の説明では、フォトダイオード３０の一部の上方に形成された遮光材料膜７１をエッチング除去した後に、スパッタエッチングを行うものとしたが、フォトダイオード３０の一部の上方に形成された遮光材料膜７１をエッチング除去する前に、スパッタエッチングを行うことでも、光量の減少を防ぐ効果を得ることができる。この場合は、図３（ａ）の状態からスパッタエッチングを行って、遮光材料膜７１のシリコン基板１に平行な面とシリコン基板１に垂直な面との境界部分をなだらかにしておく。その後、フォトダイオード３０の一部の上方に形成された遮光材料膜７１をエッチング除去して、パターニングされた遮光膜７１を形成するようにすれば良い。このように、遮光材料膜７１をパターニングする前にスパッタエッチングを行っておくことで、スパッタエッチング時のシリコン基板１に与えるダメージを少なくすることができるため、固体撮像素子の性能劣化等を防ぐことができる。
【００３２】
又、図３（ｂ）の状態から、遮光膜７１を保護するための酸化シリコン膜等の保護膜７５を図４（ａ）に示すように形成し、この後、スパッタエッチングを行って、図４（ｂ）に示すように、遮光材料膜７１及び保護膜７５それぞれのシリコン基板１に平行な面とシリコン基板１に垂直な面との境界部分をなだらかにするようにしても良い。
【００３３】
尚、本実施形態において「なだらか」とは、スパッタエッチングによって電界が集中して削れてしまう程、角張っていない状態のことを言う。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面模式図
【図３】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の遮光膜の製造工程を示す図
【図４】本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の遮光膜の製造工程を示す図
【図５】従来の固体撮像素子を小型化したときの問題を説明するための図
【符号の説明】
【００３５】
１  シリコン基板
２  ゲート酸化膜
３ａ  第１の電極
３ｂ  第２の電極
３  電荷転送電極
５  電極間絶縁膜
６  絶縁膜
７１  遮光膜
７２  絶縁膜
【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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