(57)【要約】【課題】  固体撮像素子のスミアの原因となる遮光膜端から、受光部以外の領域に光が入射することを抑制する。【解決手段】  半導体基板１に形成された拡散層からなる受光部２と、受光部２上に形成された反射防止膜７と、反射防止膜７の領域が開口部となるように半導体基板１上に形成された遮光膜６とを備え、反射防止膜７が上方に凸の曲面を有する。これにより、遮光膜６の開口部から斜めに光が入射しても、曲面で屈折して受光部２の中央部に光を集めることができる。したがって、受光部２に隣接して形成されている電荷転送部３にまで入射光が到達せず、スミアを低減することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された拡散層からなる受光部と、前記受光部上に形成された反射防止膜と、前記反射防止膜の領域が開口部となるように前記半導体基板上に形成された遮光膜とを備え、前記反射防止膜が上方に凸の曲面を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記反射防止膜の周辺部は前記遮光膜の開口部端部とオーバーラップし、前記反射防止膜の曲面は少なくとも前記オーバーラップした部分を含む前記周辺部に形成されている請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記遮光膜は、前記反射防止膜の上に形成されてオーバーラップしている請求項１または２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記反射防止膜の膜厚は、４０〜２００ｎｍである請求項１，２または３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
半導体基板に拡散層からなる受光部を形成する工程と、前記受光部を含む半導体基板上に反射防止膜を形成する工程と、前記受光部直上の前記反射防止膜の部分上に樹脂膜のマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンの断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、前記マスクパターンおよび前記反射防止膜をエッチングして、前記反射防止膜の断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、前記反射防止膜を形成した前記半導体基板上に、前記受光部領域部分が開口部となっている遮光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６】
前記マスクパターンはレジストであり、熱フローによって前記レジストの断面形状を上方に凸となるように形成する請求項５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】
この発明は、特に半導体基板に形成された受光部上に凸形の反射防止膜を備えた固体撮像素子構造とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体撮像素子としては入射光によって生成された信号電荷の読み出しにＣＣＤ（電荷結合素子）を使用したものが主流となっている。そして、画像の高解像度化とカメラなどの光学システム系の小型化を図るため、固体撮像素子の画素数の増加・小型化が進むに伴い、感度の維持あるいは向上が課題となってきている。固体撮像素子は、フォトダイオードが受光部として形成されたシリコン基板上に絶縁膜を介して電荷転送ゲート電極が形成され、その上にさらに、層間絶縁膜、受光部上方に開口を有する遮光膜、および表面保護膜が順に積層した構造を有している。このような固体撮像素子においては、遮光膜の開口部より入射した光がフォトダイオードで光電変換されて信号電荷として集積され、この信号電荷がＣＣＤで読み出され、出力アンプ部に転送される。
【０００３】
このような固体撮像素子においては、受光部上に形成されている層間絶縁膜（通常シリコン酸化膜）とシリコン基板を構成するシリコンとの屈折率の差により、基板表面において遮光膜の開口部からシリコン基板に入射した入射光の一部が上方へ反射するために、フォトダイオードまで到達する光が低減し、感度の低下を招くという問題があった。この問題に対する対策としては、例えばシリコン基板と層間絶縁膜との間にシリコン窒化膜からなる反射防止膜を設けることにより、多重干渉効果を利用して入射光の損失を低減し、感度の向上を図ることが提案されている。
【０００４】
図３は反射防止膜が設けられた従来の固体撮像素子の構成であるが、シリコン基板２１の表面領域内にフォトダイオードである受光部２２と転送部３の拡散層とが形成され、転送部３の上には絶縁膜を介して電荷転送用ゲート電極２５が設けられている。そして基板全面にわたって層間絶縁膜２４が形成され、さらにその上には受光部２２の領域上に開口部を有する遮光膜２６が設けられており、遮光膜２６の開口部領域には反射防止膜２７が設けられた構造となっている。反射防止膜を受光部領域上に形成した構造の固体撮像素子の例は特許文献１および２に記載されている。
【特許文献１】特開昭６３−１４４６６号公報
【特許文献２】特開平４−１５２６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、図３に示す従来の固体撮像素子では、遮光膜２６の開口部からシリコン基板２１に対して入射する光のうち、シリコン基板に対して斜め方向から開口部端部付近に入射する入射光２８の場合は、反射防止膜２７に入射して屈折し受光部２２に入るが、一部は半導体基板２１の表面で反射した後上方の導電性遮光膜２６の下面で再び反射して受光部２２ではなく転送部２３に入射する。こうなると転送部２３で光が電荷に変換されるスミア現象が発生するという問題が従来あった。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、前記に鑑み、固体撮像素子のスミアの原因となる遮光膜端から、受光部以外の領域に光が入射することを抑制することができる固体撮像素子およびその製造方法を提供することである。
【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にこの発明の請求項１記載の固体撮像素子は、半導体基板に形成された拡散層からなる受光部と、前記受光部上に形成された反射防止膜と、前記反射防止膜の領域が開口部となるように前記半導体基板上に形成された遮光膜とを備え、前記反射防止膜が上方に凸の曲面を有する。
【０００８】
請求項２記載の固体撮像素子は、請求項１記載の固体撮像素子において、前記反射防止膜の周辺部は前記遮光膜の開口部端部とオーバーラップし、前記反射防止膜の曲面は少なくとも前記オーバーラップした部分を含む前記周辺部に形成されている。
【０００９】
請求項３記載の固体撮像素子は、請求項１または２記載の固体撮像素子において、前記遮光膜は、前記反射防止膜の上に形成されてオーバーラップしている。
【００１０】
請求項４記載の固体撮像素子は、請求項１，２または３記載の固体撮像素子において、前記反射防止膜の膜厚は、４０〜２００ｎｍである。
【００１１】
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に拡散層からなる受光部を形成する工程と、前記受光部を含む半導体基板上に反射防止膜を形成する工程と、前記受光部直上の前記反射防止膜の部分上に樹脂膜のマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンの断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、前記マスクパターンおよび前記反射防止膜をエッチングして、前記反射防止膜の断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、前記反射防止膜を形成した前記半導体基板上に、前記受光部領域部分が開口部となっている遮光膜を形成する工程とを含む。
【００１２】
請求項６記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項５記載の固体撮像素子の製造方法において、前記マスクパターンはレジストであり、熱フローによって前記レジストの断面形状を上方に凸となるように形成する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の請求項１記載の固体撮像素子によれば、半導体基板に形成された拡散層からなる受光部と、受光部上に形成された反射防止膜と、反射防止膜の領域が開口部となるように半導体基板上に形成された遮光膜とを備え、反射防止膜が上方に凸の曲面を有するので、遮光膜の開口部から斜めに光が入射しても、曲面で屈折して受光部の中央部に光を集めることができる。したがって、受光部に隣接して形成されている電荷転送部にまで入射光が到達せず、スミアを低減することができる。
【００１４】
請求項２では、反射防止膜の周辺部は遮光膜の開口部端部とオーバーラップし、反射防止膜の曲面は少なくともオーバーラップした部分を含む周辺部に形成されているので、遮光膜の開口部端部を含む範囲で反射防止膜の周辺部を曲面とすることができ、さらに受光部の中央方向へ光を屈折させることできる。
【００１５】
請求項３では、請求項１または２記載の固体撮像素子において、遮光膜は、反射防止膜の上に形成されてオーバーラップしていることが望ましい。遮光膜の開口部端部の下を含む範囲で反射防止膜の周辺部を曲面とすることができる。
【００１６】
請求項４では、請求項１，２または３記載の固体撮像素子において、反射防止膜の膜厚は、４０〜２００ｎｍであること望ましい。
【００１７】
この発明の請求項５記載の固体撮像素子の製造方法によれば、受光部直上の反射防止膜の部分上に樹脂膜のマスクパターンを形成する工程と、マスクパターンの断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、マスクパターンおよび反射防止膜をエッチングして、反射防止膜の断面形状を上方に凸となる曲面を有する形状にする工程と、反射防止膜を形成した半導体基板上に、受光部領域部分が開口部となっている遮光膜を形成する工程とを含むので、反射防止膜が上方に凸の曲面を有する形状にできる。このため、遮光膜の開口部から斜めに光が入射しても、曲面で屈折して受光部の中央部に光を集めることができ、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１８】
請求項６では、請求項５記載の固体撮像素子の製造方法において、マスクパターンはレジストであり、熱フローによってレジストの断面形状を上方に凸となるように形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態に係る固体撮像素子を図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態における固体撮像素子の断面図である。
【００２０】
図１において、シリコン基板（半導体基板）１（シリコン基板内に形成されたウエルであってもよい。例えばＰ型）の表面領域内に拡散層からなる受光部２（例えばＮ型）と転送部３（例えばＮ型）とが形成され、転送部３の上には絶縁膜を介して電荷転送ゲート電極５が設けられ、さらにゲート電極５上と受光部２上全面に層間絶縁膜４がある。その上に受光部２上に開口部を有する遮光膜６が設けられている。また、層間絶縁膜４を介して受光部２上に反射防止膜７が形成されている。
【００２１】
ここで、反射防止膜７は、遮光膜６の開口部の下に一部入り込む状態、すなわち、その周辺部が開口部の端部とオーバーラップする形で設けられているが、従来技術とは異なり反射防止膜の断面形状が凸形になっていることがこの固体撮像素子の特徴である。
【００２２】
反射防止膜７が凸形の形状となることにより、遮光膜６の開口部に入射する光８は受光部２の中央方向に屈折し、受光部２の中央部へ集光されるようになり、従来のように遮光膜６とシリコン基板１の間の絶縁膜中を多重反射して、受光部２の横に隣接して形成されている転送部３への光の入射を低減できるのでスミアを抑制することができる。なお、反射防止膜７の周辺部は遮光膜６の開口部端部とオーバーラップし、反射防止膜７の曲面は少なくともオーバーラップした部分を含む周辺部に形成されていればよい。また、遮光膜の下に反射防止膜が形成されていることが望ましい。
【００２３】
次に図１に示した固体撮像素子の製造工程を図２を用いて説明する。図２は本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法を示す工程断面図であり、画素部の断面を示す。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、Ｐ型シリコン基板１１内にＮ型の拡散層からなる受光部１２および転送部１３を形成し、シリコン基板１１表面上に絶縁膜１４を形成する。次に転送部１３の領域の絶縁膜１４上にゲート電極１５を形成した後、ゲート電極１５上と受光部１２上を含み全面に層間絶縁膜１４を形成する。
【００２５】
ついで図２（ｂ）に示すように層間絶縁膜１４上にシリコン窒化膜からなる反射防止膜１７をＣＶＤ法等により形成する。反射防止膜１７の膜厚は４０ｎｍ〜２００ｎｍが好ましい。また、反射防止膜材料はシリコン窒化膜以外に酸化チタン、酸化タンタルも使用可能である。次に図２（ｃ）に示すように反射防止膜１７上に樹脂膜のマスクパターンであるレジスト１８を塗布し、受光部上１２にレジスト１８が残るように露光を行う。そして、レジスト１８を熱フローすることにより図２（ｄ）に示すような上方に凸のレンズ形状にする。次に異方性ドライエッチング法を用いてレンズ形状のレジスト１８と反射防止膜１７をエッチングすることにより、レンズ形状を反射防止膜１７に転写すると同時に受光部１２領域以外の反射防止膜材料を除去すると図２（ｅ）に示す形状となる。その後、図２（ｆ）に示すようにタングステン、タングステンシリサイドのような高融点金属やその化合物の遮光膜１６を形成し、受光部１２の領域を開口する。
【００２６】
上記製造工程においては、レジスト１８の熱フロー後は、少なくとも遮光膜１６の開口部境界を含むある程度の幅のレジスト１８の周辺領域が曲面を持つように断面形状を形成すればよいが、レジスト１８の全領域にわたって凸レンズ形状になっていてもよい。このような形状の制御は、レジスト１８の熱処理温度、時間を調節することによって可能である。
【００２７】
本実施形態に拠れば、遮光膜６の開口部に、受光部表面に対して光が斜めに入射した場合でも、反射防止膜１７の形状により受光部中心方向に光を屈折集光させることができるので、スミア現象の原因となる転送部への光の入射を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る固体撮像素子およびその製造方法は、反射防止膜の表面を上に凸の曲面形状にしたことにより、遮光膜の開口部から斜めに光が入射しても、曲面で屈折して受光部の中央部に光を集めることができる。従って、固体撮像素子におけるスミアを低減させる方法の一つとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態における固体撮像素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態による固体撮像素子の製造方法を示す工程断面図である。
【図３】従来の固体撮像素子とその問題点を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１，１１，２１  シリコン基板
２，１２，２２  受光部
３，１３，２３  転送部
４，１４，２４  層間絶縁膜
５，１５，２５  ゲート電極
６，１６，２６  遮光膜
７，２７，３７  反射防止膜
８，２８  入射光
１８  レジスト
【図１】
2006041026.tif 000003
【図２】
2006041026.tif 000004
【図３】
2006041026.tif 000005