(57)【要約】【課題】微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、斜め方向からの光を効率よく集光し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供する。製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板上に形成された光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部と、電荷転送部で得られた出力を処理する周辺回路部とを具え、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に孔部を有し前記半導体基板表面を覆うように形成された反射性材料部と、前記孔部に形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する透光性膜とで構成される。【選択図】図１
2006310825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された光電変換部と、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを有する固体撮像素子であって、
前記光電変換部上に孔部を有し、前記半導体基板表面を覆うように形成された反射性材料部を備え、
前記光導波路は、前記孔部に形成された、導光機能を有する透光性膜で構成された固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記孔部は前記半導体基板の上方部に向けて開口するテーパ面を構成する固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
前記反射性材料部は、導電性材料で構成され、
前記周辺回路部では、前記導電性材料で構成された配線部を備えた固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子であって、
前記導電性材料は、アルミニウム、銀、金、タングステンのうちの少なくとも１種を含む材料である固体撮像素子。
【請求項５】
請求項３または４に記載の固体撮像素子であって、
前記光導波路を構成する前記透光性膜は、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成する固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記周辺回路部では、前記配線部は、前記反射性材料部よりも上層に形成される固体撮像素子。
【請求項７】
請求項３に記載の固体撮像素子であって、
前記反射性材料部を覆う平坦化層が前記導電性材料で構成された配線部のパッシベーション膜を構成する固体撮像素子。
【請求項８】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記反射性材料部は、絶縁性材料で構成され、
前記周辺回路部では、配線部を覆うパッシベーション膜を構成する固体撮像素子。
【請求項９】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記透光性膜は、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜あるいは有機膜との積層膜である固体撮像素子。
【請求項１０】
半導体基板上に形成された光電変換部と、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記光導波路の形成工程は、
前記撮像部の形成された半導体基板表面を覆うように、反射性材料膜を形成する工程と、
前記反射性材料膜に対し、光電変換部上に相当する領域に孔部を形成する工程と、
前記孔部に、形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する透光性膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記孔部を形成する工程は、前記反射性膜に対し、所定のテーパ面を形成するようにエッチング条件を制御してエッチングを行う工程である固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光導波路の形成工程は、
半導体基板表面全体に、導電性材料膜を形成する工程と、
前記撮像部では前記光電変換部に孔部を形成するとともに、前記周辺回路部では、配線部を形成するように、前記導電性材料膜をパターニングする工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性材料膜は、アルミニウム、銀、金、タングステンのうちの少なくとも１種を含む材料である固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記導電性材料膜をパターニングする工程の後に、前記孔部および前記周辺回路部の前記配線部上を覆うように透光性膜を形成する工程を含み、前記撮像部では、前記光導波路を構成するとともに、前記透光性膜は、前記周辺回路部では配線部を覆うパッシベーション膜を構成するようにした固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記周辺回路部の配線部を形成する工程は、前記反射性材料部を形成する工程後に、実行される固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記反射性材料部を覆う平坦化層の形成工程は、前記導電性材料で構成された配線部を覆うパッシベーション膜と同時に形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記反射性材料膜の形成工程は、前記半導体基板表面全体に、絶縁性材料を成膜する工程を含み、同時に、前記周辺回路部では、配線部を覆うパッシベーション膜を構成する工程である固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０に記載の固体撮像素子であって、
前記透光性膜の成膜工程は、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
透光性膜上にカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成する工程を含む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係り、特に微細構造をもつ固体撮像素子の特性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサ等の撮像デバイスであるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。
【０００４】
そこで、開口部周辺に到達した光を効率よく光電変換部に集光するための種々の方法が提案されている。
【０００５】
例えば、受光部の直上位置の平坦化層に孔部を形成し、その後、高屈折率材料を孔部に埋め込むことにより、光導波路を形成し、光導波路となる高屈折率膜と平坦化層との界面で光を全反射させて、受光部に取り込む技術が開示されている。また、基板に形成された受光部と、前記基板上に形成された層間膜内に、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記受光部へ導く光導波路を有するように構成された固体撮像装置において、光導波路と前記層間膜の間に、間隙を形成し、導光機能をさらに向上するようにした構造が提案されている。
【０００６】
この導波路構造の固体撮像素子の一例として、より集光性を高めるために、図１０に示すように、フォトダイオードに対して酸化シリコンなどの絶縁層２３Ｉをエッチングして光導波路用穴を形成し、この穴の側壁に金属薄膜からなる反射膜Ｍを形成した構造が提案されている（特許文献１）。そしてこの孔内には酸化シリコン膜などの透光性材料を充填し、光導波路を形成している。
この固体撮像素子は、フォトダイオード（光電変換部）３０と電荷転送部４０との形成された半導体基板表面に、光導波路を形成すると共にこの光導波路の側壁に金属薄膜からなる反射膜Ｍを形成したものである。
【０００７】
この構造では、光導波路の開口が狭いため、斜め方向からの光をフォトダイオードに導くのが困難であった。
そこで、固体撮像素子において、受光部の感度を低下させることなく、位置合わせずれや小Ｆ値等における光路ずれの影響を少なくして、効率良く入射光を受光部に導くことを企図して、図１１に示すように開口をテーパ面で構成し光導波路の開口を広げた構造が提案されている（特許文献２）。
【０００８】
この構造では、光導波路の開口は大きくなったが、開口部にテーパ面を形成した場合、反射膜Ｍを異方性エッチングにより、テーパ面に選択的に残そうとすると、傾斜のついた側面も削られ、制御性よく、テーパ面に金属薄膜を形成するのは困難であった。
【０００９】
図１２（ａ）乃至（ｃ）、図１３（ａ）乃至（ｃ）は、図１０に示した固体撮像素子の製造工程図、図１４（ａ）乃至（ｃ）、図１５（ａ）乃至（ｃ）は、図１１に示した固体撮像素子の製造工程図であり、各工程は後述する実施の形態１にそれぞれ互いに対応している。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−４５８０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１１８２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、光導波路の側面が基板表面に垂直となるように構成した特許文献１（図１０）の場合は、光導波路の開口が狭いため斜めからの光をフォトダイオードに導くのが困難であり、十分な集光効率を得ることができないという問題があった。また、開口部にテーパ面を形成した特許文献２（図１１）の構造の場合、光導波路の開口は大きくすることができたが、反射膜Ｍを異方性エッチングにより、テーパ面に選択的に残そうとすると、傾斜のついた側面も削られ、制御性よく、金属薄膜を形成するのは困難であった。
また、斜め方向からの光が十分に集光できず、光電変換効率が低下したり、隣接画素からの光が入射し混色の原因となることもあった。
【００１２】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、斜め方向からの光を効率よく集光し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子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】
【００１３】
そこで本発明では、半導体基板上に形成された光電変換部と、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路とを有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に孔部を有し前記半導体基板表面を覆うように形成された反射性材料部と、前記孔部に形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する透光性膜とで構成されたことを特徴とする。
【００１４】
この構成により、光導波路を囲む領域が、遮光性材料層で構成されているため、斜め方向からの入射光が確実に遮光され、マイクロレンズの位置あわせずれによる焦点ずれに対しても受光むらをなくし、効率よく集光することができる。また、反射膜ではなく光導波路を囲む壁全体が反射性材料で構成されているため、隣接画素への入射も確実に防止され、混色を防ぐことができる。さらにまた、工数を増大することなく、確実な集光構造を形成することが可能となる。
【００１５】
また本発明の固体撮像素子は、前記孔部は前記半導体基板の上方部に向けて開口するテーパ面を構成する反射性材料部は、前記光電変換部の孔を除く撮像部の表面全体を覆うように形成されるものを含む。
【００１６】
この構成により、前記孔部は前記半導体基板の上方部に向けて開口するテーパ面を構成しているため、斜め方向からの光を導くこともでき、集光性の更なる向上をはかることができる。
【００１７】
また本発明の固体撮像素子は、前記反射性材料部は、導電性材料で構成され、前記周辺回路部では、前記導電性材料で構成された配線部を備えたものを含む。
【００１８】
この構成により、画素部の光導波路と、周辺回路部の配線材料とが同一であるため、これらが同一工程で同時形成可能であり、工数の低減を図ることができる。
【００１９】
また本発明の固体撮像素子は、前記導電性材料は、アルミニウム、銀、金、タングステンのうちの少なくとも１種を含む材料であるものを含む。
【００２０】
また本発明の固体撮像素子は、前記光導波路を構成する前記透光性膜は、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成するものを含む。
【００２１】
この構成により、前記光導波路を構成する前記透光性膜は、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成するため、これらも同一工程で同時形成可能であり、工数の低減を図ることができる。
【００２２】
また本発明の固体撮像素子は、前記周辺回路部では、前記配線部は、前記反射性材料部よりも上層に形成されるものを含む。
【００２３】
この構成により、成膜あるいはエッチングなどの工程でプラズマプロセスを用いる場合にも、導体層が後の工程で形成されているため、アンテナ効果によるプラズマダメージのおそれもない。
【００２４】
また本発明の固体撮像素子は、前記反射性材料部を覆う平坦化層が前記導電性材料で構成された配線部のパッシベーション膜を構成するものを含む。
【００２５】
この構成により、平坦化層と、パッシベーション膜とについても、これらも同一工程で同時形成可能であり、工数の低減を図ることができる。
【００２６】
また本発明の固体撮像素子は、前記反射性材料部は、絶縁性材料で構成され、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成するものを含む。
【００２７】
この構成により、反射性材料部と、前記配線部を覆うパッシベーション膜とが同一工程で形成されるため、工数の低減をはかることができる。
【００２８】
また本発明の固体撮像素子は、前記透光性膜は、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜または有機膜との積層膜であるものを含む。
この構成により、より集光率を高めることができる。
【００２９】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に形成された光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部と、電荷転送部で得られた出力を処理する周辺回路部とを具え、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子の製造方法であって、前記光導波路の形成工程は、前記撮像部の形成された半導体基板表面を覆うように、反射性材料膜を形成する工程と、前記反射性材料膜に対し、光電変換部上に相当する領域に孔部を形成する工程と、前記孔部に、形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する透光性膜を形成することを特徴とする。
【００３０】
この構成により、孔部の内壁に反射性材料膜を形成するのではなく壁全体を反射性材料膜で構成しているため、工数の低減をはかり、集光効率の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００３１】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記孔部を形成する工程は、前記反射性膜に対し、所定のテーパ面を形成するようにエッチング条件を制御してエッチングを行う工程を含む。
【００３２】
この構成により、容易に高精度の形状を得ることができるように制御することができる。
【００３３】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記光導波路の形成工程が、半導体基板表面全体に、導電性材料膜を形成する工程と、前記撮像部では前記光電変換部に孔部を形成するとともに、前記周辺回路部では、配線部を形成するように前記導電性材料膜をパターニングする工程とを含む。
【００３４】
この方法によれば、光導波路を囲む反射性材料としての導電性材料膜の壁と配線部とが同一工程で形成され、表面の平坦化を図ることができるとともに、工数の低減を図ることができる。
【００３５】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記導電性材料膜は、アルミニウム、銀、金、タングステンのうちの少なくとも１種を含む材料であるものを含む。
【００３６】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記導電性材料膜をパターニングする工程の後に、前記孔部および前記周辺回路部の前記配線部上を覆うように透光性膜を形成する工程を含み、前記撮像部では、前記光導波路を構成するとともに、前記透光性膜は、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成するようにしたものを含む。
【００３７】
この方法によれば、光導波路を構成する透光性膜と、周辺回路部のパッシベーション膜とが同一工程で形成され、表面の平坦化を図ることができるとともに、工数の低減を図ることができる。
【００３８】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記周辺回路部の前記配線部を形成する工程は、前記反射性材料部を形成する工程後に、実行されるものを含む。
【００３９】
この方法によれば、前記反射性材料部を形成する工程後に、前記周辺回路部の前記配線部が形成されるため、材料の選択自由度が増大する上、周辺回路の配線部が最上層に近い位置で形成されるため、後続工程にプラズマを用いた場合にもアンテナ効果によるプラズマチャージングの影響も低減できる。
【００４０】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記反射性材料部を覆う平坦化層の形成工程は、前記導電性材料で構成された配線部を覆うパッシベーション膜と同時に形成する工程であるものを含む。
【００４１】
この方法によれば、前記反射性材料部を覆う平坦化層と、パッシベーション膜とが同一工程で形成され、表面の平坦化を図ることができるとともに、工数の低減を図ることができる。
【００４２】
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記反射性材料部の形成工程は、前記半導体基板表面全体に、絶縁性材料を成膜する工程を含み、同時に、前記周辺回路部では、前記配線部を覆うパッシベーション膜を構成する工程であるものを含む。
【００４３】
この方法によれば、前記反射性材料部と、パッシベーション膜とが同一工程で形成され、表面の平坦化を図ることができるとともに、工数の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、本発明では、マイクロレンズの位置あわせずれによる焦点ずれの低減をはかるとともに、斜め方向からの光を効率よく集光し、光電変換部であるフォトダイオードに導くことができる。その結果微細で高感度の固体撮像素子を形成することができる。
また反射性材料を厚く形成することができ、確実な集光が可能となる。
さらにまた周辺回路の配線材をもかねることができるため、撮像部の光導波路と周辺回路の配線とを同時に形成することが可能となり、工数の低減をはかることができる。
撮像部と周辺回路部の配線の高さを揃えることができ、撮像部と周辺回路部との透光性膜の膜厚むらによるシェーディングの改善をはかることができる。
さらにまた画素エリアは受光部を除く全体が反射性材料で覆われているため、隣接する画素からの光の混入を防止することができ、混色を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１は固体撮像素子の要部を示す断面図、図２は撮像領域の要部平面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面である。この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード３０上に形成される光導波路２２が、半導体基板表面を覆い、フォトダイオード３０上に孔部を有する反射性材料膜２３に形成されるように形成したことを特徴とする。またこの孔部は前記半導体基板の上方部に向けて開口するテーパ面を構成し、より集光性を高めることができるようになっている。この反射性材料膜２３はアルミニウムの単層膜で構成される。
【００４７】
固体撮像素子の撮像部の上方には、フォトダイオード３０に相当する領域に開口を形成したアルミニウム膜で構成される反射性材料膜２３が設けられており、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化層２１を介して、導波路２２をかねる平坦化層２４、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０が順次積層して設けられる。ここで平坦化膜２４は窒化シリコン膜からなるカバー膜と有機系の樹脂膜とで構成される。
【００４８】
すなわち、この固体撮像素子は、図１に示すように、シリコン基板１に形成され、ｐｎ接合（図示せず）を有するフォトダイオード３０と、ゲート酸化膜２上に形成された電荷転送電極３を備え、フォトダイオード３０で生起された電荷を転送する電荷転送部４０とを具備している。
【００４９】
この固体撮像素子の撮像部は、図２に概略平面図を示すように、半導体基板上に複数のフォトダイオード３０とフォトダイオード３０で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送部４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。
【００５０】
またシリコン基板１内にはｐウェルが形成され、ｐウェルとｐｎ接合を形成するｎ型不純物領域と、このｎ型不純物領域表面に形成された表面電位調整層としての高濃度のｐ型不純物領域とでフォトダイオードが形成されている。この構造については実施の形態２で詳述する。
【００５１】
そしてこの電荷転送電極３の上層には酸化シリコン膜（図示せず）を介して膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６が形成されている。そしてこの上層はスパッタリング法により形成された膜厚５０ｎｍのチタンナイトライド層（図示せず）を介して遮光層７としての、フォトダイオード３０の受光領域に開口を有する膜厚２００ｎｍのタングステン薄膜が形成されている。さらにこの上層は、反射防止膜としての窒化シリコン膜（図示せず）とＢＰＳＧ膜からなる平坦化層２１で覆われている。この上層の導波路は前述したとおりである。
【００５２】
また、反射性膜２３は、フォトダイオード３０上にテーパ状側面を有する孔部を形成するようにパターニングされたアルミニウム膜であり、この孔部を含む表面にＣＶＤ法により形成した窒化シリコン膜からなるカバー膜（図示せず）を介して平坦化膜２４が形成され、孔部内では、透光性膜２２が導波路２２を構成している。他の領域については、通例の固体撮像素子と同様に形成される。
【００５３】
次にこの固体撮像素子の製造工程について簡単に説明する。
フォトダイオードと電荷転送部については説明を省略するが通例の方法で形成される。  そして図３（ａ）に示すように、フォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板１の表面に低温ＣＶＤ法により酸化シリコン膜を形成し、ＣＭＰにより平坦化層２１を形成する。
【００５４】
そしてこの上層に、図３（ｂ）に示すように、スパッタリングにより反射性材料膜２３として膜厚５００〜１０００ｎｍのアルミニウム層を形成する。
【００５５】
さらにこの上層に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングすることによりレジストパターンＲ１を形成し、これをマスクとして異方性エッチング（ＲＩＥ）により側壁に析出物を形成し、テーパ状断面が形成されるような条件で反射性材料膜２３をパターニングし、孔部を形成する。
【００５６】
この後、図４（ａ）に示すように、導波路２２をかねる平坦化層２４を形成する。ここで平坦化層２４は窒化シリコン膜からなるカバー膜と有機系の膜とで形成される。
【００５７】
そして、図４（ｂ）に示すように、カラーフィルタ層５０を形成する。順次Ｒ，Ｇ，Ｂの３色が並置されるようにフォトリソグラフィにより形成する。
【００５８】
そして、図４（ｃ）に示すように、塗布法により有機膜からなる平坦化層７０を形成した後、マイクロレンズ６０を形成する。
このようにして、固体撮像素子が完成する。
【００５９】
本実施の形態によれば、孔部の内壁に反射性材料膜を形成するのではなく壁全体を反射性材料膜であるアルミニウム層で構成しているため、工数の低減をはかり、集光効率の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。またテーパ状断面の形成も、所定のテーパ面を形成するようにエッチング条件を制御してエッチングを行うことにより容易に高精度の形状を得ることができるように制御することができる。
【００６０】
また、壁全体を反射性材料膜であるアルミニウム層で構成しているため、隣接する画素からの光の混入を防止することができ、混色を抑制することができる。
さらにテーパ状断面をなすように孔部が形成されているため、マイクロレンズ６０の位置あわせずれによる焦点ずれや、斜め方向からの光を効率よく集光し、光電変換部であるフォトダイオードに導くことができ、微細で高感度の固体撮像素子を形成することができる。
また反射性材料を厚く形成することができ、確実な集光が可能となる。
さらにまた画素エリアは受光部を除く全体が反射性材料で覆われているため、混色を防止することができる。
なお本実施の形態では、説明を容易にするために簡略化した。
【００６１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態では、前記実施の形態１において説明したように、撮像部に形成するこの反射性材料膜２３を、図５に示すように周辺回路部におけるアルミニウム層からなる配線層２３eの形成工程と同一工程で、形成したことを特徴とするものである。
【００６２】
概略は実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では基板内における電荷転送部およびフォトダイオードを形成した。破断線の左側が周辺回路部、右側が撮像部である。
固体撮像素子の撮像部の上方には、フォトダイオード３０に相当する領域に開口を形成したタングステン膜で構成される反射性材料膜７が設けられており、この上層に、ＢＰＳＧ膜からなる平坦化層２１を介して、さらにフォトダイオード３０に対応して開口を形成するアルミニウム層からなる反射性材料膜２３が撮像部の表面全体に形成されている。この孔部内は導波路２２を構成する有機膜からなる平坦化層２４で覆われている。２５はプラズマＣＶＤ法で形成した窒化シリコン膜からなるカバー膜。そしてこの上層に、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０が順次積層して設けられる。
【００６３】
すなわち、この固体撮像素子は、図５に示すように、単層電極構造の電荷転送電極を有するものであるが、２回に分けて電極形成がなされるためここでは第１層電極、第２層電極と呼ぶ。この固体撮像素子は、シリコン基板１に形成された前記電荷転送部の電荷転送電極３が、第１層電極３ａと第２層電極３ｂとで構成されゲート酸化膜２は、前記半導体基板表面に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ）膜からなるボトム酸化膜と、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン（ＳｉＮ）膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン（ＳｉＯ）膜からなるトップ酸化膜とを含む積層構造（ＯＮＯ）膜で構成される。
【００６４】
この固体撮像素子チップは、平面図は省略するが、半導体基板上にフォトダイオードと電荷転送部とで構成された撮像領域と、この周辺に形成されたアンプなどの周辺回路部とを備え、周縁部に外部接続端子としてのパッド部を構成してなるものである。図５に示すように、素子分離領域１１で分離されたｐウェル１２に、複数のフォトダイオード３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード３０の間に蛇行形状を呈するように形成される（要部の平面図は実施の形態１と同様であり、図２参照）。電荷転送部４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル１４は、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。
【００６５】
またｐウェル１２の下方には高濃度のｐ型半導体層が形成されており、電圧を印加することにより、電荷の引き出しができるようになっている。電荷転送部４０表面には、ゲート酸化膜２を介して第１層電極３ａと第２層電極３ｂとが酸化シリコン膜とＨＴＯ膜とからなる電極間絶縁膜４を介して配列されている。そしてフォトダイオード３０は、ｐウェル１２とｐｎ接合を形成するｎ型不純物領域３１と、このｎ型不純物領域３１表面に形成された表面電位調整層３２としての高濃度のｐ型不純物領域とで形成されている。
【００６６】
そしてこの第１層電極３ａおよび第２層電極３ｂの上層には酸化シリコン膜５を介して膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６が形成されている。そしてこの上層はスパッタリング法により形成された膜厚５０ｎｍのチタンナイトライド層（図示せず）を介して遮光層７としての、フォトダイオード３０の受光領域に開口を有する膜厚２００ｎｍのタングステン薄膜が形成されている。さらにこの上層は、反射防止膜６としての窒化シリコン膜とＢＰＳＧ膜からなる平坦化層２１で覆われている。この上層は前述したとおりである。
【００６７】
次にこの固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、通常の方法でフォトダイオード領域および単層電極構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部を形成する。すなわち素子分離膜１７の形成された不純物濃度１．０×１０１６ｃｍ−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚２５ｎｍの酸化シリコン膜と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜と、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜を形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００６８】
続いて、このゲート酸化膜２上に、ＰＨ３とＮ２とＳｉＨ４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．２５μｍのリンドープの第１層ドープトアモルファスシリコン膜を形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。
【００６９】
この後、フォトリソグラフィにより第１層ドープトアモルファスシリコン膜をパターニングし、第１層電極を形成し、この第１層電極表面を熱酸化することにより膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜４を形成する。このパターニングに際してはＨＢｒとＯ２との混
合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第１層電極３ａおよび周辺回路の配線３ｅを形成する。ここではＥＣＲ (電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００７０】
そしてこの上層に同様にしてＰＨ３とＮ２とＳｉＨ４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜
厚０．６μｍのリンドープの第２層ドープトアモルファスシリコン膜を形成し、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法を用いて平坦化を行い、ゲート酸化膜２上に第１および第２層電極が並置されるように第２層電極３ｂを形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜５を形成する。このとき、第１層ドープトアモルファスシリコン膜上が過度に酸化されないように窒化シリコン膜で被覆しておくようにするのが望ましい。
【００７１】
そして、フォトダイオード上の窒化シリコン膜を除去した後、この上層にＨＴＯ薄膜１０ｎｍを減圧ＣＶＤ法により成膜し、さらにＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６を形成し、これをパターニングする。
【００７２】
続いて、そしてこの上層にＣＶＤ法により酸化シリコン膜６Ｓを形成し、さらに密着性層（図示せず）としてのチタンナイトライド層、遮光層７としてのタングステン膜を形成する。
この後、図６（ａ）に示すように、常圧ＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜２１を形成し、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱し、ＣＭＰあるいはレジストエッチバックにより表面を平坦化する。
【００７３】
この後、図６（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより周辺回路部のコンタクト形成領域に開口するレジストパターンＲ２を形成する。エッチングに際しては、図６（ｃ）に示すように、等方性エッチングによりラウンド状をなすようにＢＰＳＧ膜をエッチングし、続いて図７（ａ）に示すように、異方性エッチングにより断面垂直となるコンタクトホールＨを形成する。
そして酸素プラズマを用いたアッシングにより図７（ｂ）に示すようにレジストパターンＲ２を剥離除去する。
【００７４】
この後、図７（ｃ）に示すように、スパッタリングによりアルミニウム層を成膜したのち、フォトリソグラフィによりこのアルミニウム層をパターニングし、コンタクトホールを形成し周辺回路部の配線２３ｅを形成するとともに、撮像部では反射性膜２３となるようにする。
【００７５】
この後、図８（ａ）に示すように、レジストパターンＲ３を形成し、これをマスクとしてアルミニウム層をパターニングし、撮像部のフォトダイオード上に孔部を形成する。このとき同時に周辺回路部の配線２３ｅについてもパターニングする。そしてレジストパターンをアッシングにより除去する（図８（ｂ））。ここでアルミニウム層のパターニングは、側壁に析出物を形成するようなエッチング条件でＲＩＥを行い、テーパ断面を形成するようにする。
【００７６】
そして、図９（ａ）に示すように、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなるアルミニウムカバー膜２５を形成し、図９（ｂ）に示すように、有機膜からなる平坦化層２４を成膜し、エッチバックあるいはＣＭＰにより平坦化し、フォトダイオード上の孔部に充填する。孔部内では導波路２２となる。また、プラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜は省略してもよい。
【００７７】
この後、図９（ｃ）に示すように、ＲＧＢ各色のカラーフィルタを順次形成し、カラーフィルタ層５０を形成する。このとき周辺回路部ではいずれかの色を残し、平坦化層７０Ｓとして表面の平坦化をはかるようにしている。
そしてこの上層に有機系膜を形成し表面の平坦化を行い、平坦化層７０を形成した後、この上層にマイクロレンズ６０を形成して、固体撮像素子が完成する。
【００７８】
この方法によれば、光導波路を囲む導電性材料膜（反射性材料）の壁と配線部とが同一工程で形成され、表面の平坦化を図ることができるとともに、工数の低減を図ることができる。工数の低減を図ることができる。
このようにしてチップ表面全体が、平坦な固体撮像素子を、工数の増大なしに形成することができる。また、一連の製造工程が効率化され製造コストの低減が容易になる。
【００７９】
なお、本実施の形態によれば、周辺回路部の配線部と反射性材料部とを同一工程で形成したが、前記反射性材料部を形成する工程の後に、前記周辺回路部の前記配線部が形成されるようにしてもよい。これにより、材料の選択自由度が増大する上、周辺回路の配線部が最上層に近い位置で形成されるため、後続工程にプラズマを用いた場合にもアンテナ効果によるプラズマチャージングの影響も低減できる。
また別工程で形成する場合には、反射性材料部としては、遮光性の絶縁性材料で構成してもよい。
【００８０】
また前記実施の形態では、電極を形成する導電性膜としてドープトアモルファスシリコン層をアニールすることによって形成したドープトポリシリコン膜を用いたが、ノンドープのアモルファスシリコン層を成膜し、成膜後ドーピングを行なうようにしてもよい。
なお、前記実施の形態では、撮像部に電荷転送素子（ＣＣＤ）を用いた例について説明したが、ＣＭＯＳ素子を用いた場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００８１】
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図である。
【図２】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の要部断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２を説明する固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２を説明する固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２を説明する固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図１０】従来例の固体撮像素子の断面概要図である。
【図１１】従来例の固体撮像素子の断面概要図である。
【図１２】従来例の固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図１３】従来例の固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図１４】従来例の固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【図１５】従来例の固体撮像素子の製造工程の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１    シリコン基板
２    ゲート酸化膜
３    電荷転送電極
３ａ  第１層アモルファスシリコン膜
３ｂ  第２層アモルファスシリコン膜
４    電極間絶縁膜
５    酸化シリコン膜
６    反射防止膜(窒化シリコン膜)
７    遮光膜
Ｒ１    レジストパターン
Ｒ２    レジストパターン
３０  フォトダイオード
４０  電荷転送部
５０  カラーフィルタ
６０  マイクロレンズ
７０  平坦化層
【図１】
2006310825.tif 000003
【図２】
2006310825.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006310825.tif 000007
【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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【図１５】
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