(57)【要約】【課題】輝度シェーディングと配線層間リークとを改善させた固体撮像素子を提供する。【解決手段】複数の画素が配置された画素領域２０を有する固体撮像素子１０であって、半導体基板１０１と、半導体基板１０１における画素領域２０に形成され、画素毎に光電変換を行う受光部１０２と、配線１１１ｂ、配線１１１ｂを絶縁する絶縁膜１１２ｂ、及び、配線１１１ｂに含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜１１３ｂを有する配線層１０５ｂを備え、半導体基板１０１の上方における画素領域２０に形成された多層配線層１０５とを備え、多層配線層１０５に含まれる絶縁膜１１２ｂの、画素領域２０の周辺部２１における膜厚は、画素領域２０の中央部２２における膜厚より小さい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子であって、
半導体基板と、
前記半導体基板における前記画素領域に形成され、前記画素毎に光電変換を行う受光部と、
配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有し、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成された多層配線層とを備え、
前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚は、前記画素領域の中央部における膜厚より小さい
固体撮像素子。
【請求項２】
前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、
前記多層配線層は、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに形成され、
前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域における膜厚は、前記周辺領域における膜厚より大きい
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記拡散防止膜は、前記配線上と前記受光部上方とのうち前記配線上のみに形成される
請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜は、前記受光部上方において、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記多層配線層の最上層に含まれる前記拡散防止膜は、最上層に含まれる前記配線上と前記受光部上方とに形成されており、
前記最上層に含まれる前記拡散防止膜より下方で、かつ、前記受光部上方に形成された前記絶縁膜は、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記固体撮像素子は、さらに、
前記多層配線層の上方に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に形成され、前記受光部に光を集光するマイクロレンズとを備える
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記配線は、Ｃｕ配線であり、
前記拡散防止膜は、ＳｉＮ膜である
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板における前記画素領域に、前記画素毎に光電変換を行う受光部を形成する受光部形成ステップと、
配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有する多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成する多層配線層形成ステップとを含み、
前記多層配線層形成ステップでは、
前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚が、前記画素領域の中央部における膜厚より小さくなるように、前記多層配線層を形成する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記多層配線層形成ステップは、
前記半導体基板の上方における前記画素領域に前記絶縁膜を堆積する堆積ステップと、
前記堆積ステップで堆積した絶縁膜をパターニング及びエッチングすることで、前記絶縁膜に、前記画素領域の中央部において周辺部よりも当該絶縁膜が密となるダミーパターンを形成するダミーパターン形成ステップと、
前記ダミーパターンが形成された絶縁膜を研磨することで、当該絶縁膜の前記画素領域の周辺部における膜厚を前記画素領域の中央部における膜厚より小さくする研磨ステップとを含む
請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、
前記多層配線層形成ステップは、
前記多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに、当該多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の前記画素領域における膜厚が、前記周辺領域における膜厚より大きくなるように形成する
請求項８又は９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、半導体基板上に形成される固体撮像素子及びその製造方法に関するもので、特に、多層配線構造を有する固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子において、多画素化や画素寸法の縮小が進んでおり、これに伴って使用される配線がＡｌ配線からＣｕ配線に変更されてきている。また、画素寸法が大きな固体撮像素子であっても、周辺回路の微細化や高速化が進んでおり、微細画素を有する固体撮像素子と同様にＡｌ配線からＣｕ配線に変更されてきており、感度、混色、シェーディング特性の向上の要求も著しい。
【０００３】
感度向上やノイズ低下の方法として、半導体基板上に形成される多層配線層において、受光部が形成されている領域である受光領域上に配置される領域を単一の屈折率を有する膜で構成することによって、受光部への反射や多重干渉の影響を低減させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下では、図１５〜図１８を参照しながら、特許文献１に示されている従来の固体撮像素子について説明する。従来の固体撮像素子７０は、図１５に示すように、複数の画素が２次元アレイ状に配置された画素領域８０と、その周辺領域である周辺回路領域９０とを備える。なお、画素領域８０は、さらに、画素領域８０の中心を含む領域である中央部８２と、中央部８２の周囲の領域である周辺部８１とを含む。
【０００５】
図１６は、従来の固体撮像素子７０の構造を示す構造断面図である。なお、図１６は、画素領域８０に含まれる１画素について示している。
【０００６】
図１６に示すように、従来の固体撮像素子７０では、Ｓｉ基板３０１に、光電変換を行う受光部３０２が形成されている。さらに、Ｓｉ基板３０１の上面にＳｉＮ膜３０３及びｐｏｌｙ層間膜３０４が配置されている。ｐｏｌｙ層間膜３０４上には、配線３１１ａ、絶縁膜３１２ａ及び拡散防止膜３１３ａが配置されている。
【０００７】
さらに、拡散防止膜３１３ａ上に、配線３１１ｂ、絶縁膜３１２ｂ及び拡散防止膜３１３ｂが配置され、さらに、その上に、配線３１１ｃ、絶縁膜３１２ｃ及び拡散防止膜３１３ｃが配置され、さらに、その上に層間膜３１２ｄが配置される。以上のように、従来の固体撮像素子７０は、三層の第１配線層３０５ａ、第２配線層３０５ｂ及び第３配線層３０５ｃを含む多層構造を構成する多層配線層３０５を備える。また、多層配線層３０５上には、ＳｉＮ膜からなる保護膜３０６、カラーフィルタ３０７、及びマイクロレンズ３０８が配置されている。
【０００８】
図１６に示すように、各拡散防止膜３１３ａ、３１３ｂ及び３１３ｃは、受光領域にて開口を有しており、各拡散防止膜上、及び、開口によって露出した絶縁膜上に、各絶縁膜を堆積後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によって、堆積した絶縁膜を平坦化している。
【０００９】
上記のように、受光領域上に配置される領域を単一の屈折率を有する膜によって構成することにより、受光部３０２への反射や多重干渉の影響を低減させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３１１０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来技術では、斜め光が入射した場合に、画素領域の周辺部では配線による入射光のケラレが大きくなり、輝度シェーディングが悪化するという課題がある。具体的には、以下の通りである。
【００１２】
各拡散防止膜を受光領域の上方において開口することによって段差が生じ、この段差によって、堆積した絶縁膜にも段差が生じる。その後、ＣＭＰ法によって絶縁膜を平坦化した場合、図１７に示すように、エロージョンにより画素領域８０の中央部８２の絶縁膜３１２ｂが、画素領域８０の周辺部８１の絶縁膜３１２ｂより薄くなる。なお、図１７は、図１５のＣ−Ｃ線の概略断面図を示している。
【００１３】
また、画素領域８０とその周辺回路領域９０とにおいて、それぞれの配線密度は、画素領域８０の方が、配線の面積率が小さく、疎となっているため、配線をＣＭＰ法によって平坦化した場合も、同様に画素領域８０でエロージョンが発生する。
【００１４】
このように、画素領域８０でエロージョンが発生することにより、画素領域８０の中央部８２と周辺部８１とにおいて、絶縁膜３１２ｂ及び３１２ｃの膜厚に差が生じる。したがって、図１８に示すように、絶縁膜３１２ｂ及び３１２ｃの膜厚差により多層配線層３０５の高さが画素領域８０の中央部８２より周辺部８１で高くなる。
【００１５】
このため、斜め光が入射した場合に、画素領域８０の周辺部８１では配線での入射光のケラレが大きくなり、輝度シェーディングが悪化する。特に、画素領域８０が広く大きな画素を有する固体撮像素子７０ではエロージョンの影響が顕著となり、画素領域８０の中央部８２で絶縁膜が薄くなることで配線層間リークの問題も生じる。
【００１６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、Ｃｕ配線を含む多層配線を有する固体撮像素子で、輝度シェーディングを改善し、かつ、層間リークも改善した固体撮像素子及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】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明に係る固体撮像素子は、複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子であって、半導体基板と、前記半導体基板における前記画素領域に形成され、前記画素毎に光電変換を行う受光部と、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有し、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成された多層配線層とを備え、前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚は、前記画素領域の中央部における膜厚より小さい。
【００１８】
これにより、画素領域の中央部における絶縁膜の膜厚が、周辺部における絶縁膜の膜厚より大きくなるように形成されており、周辺部に入力された光に対する、配線によるケラレを小さくすることができるので、輝度シェーディングを改善することができる。また、絶縁膜の膜厚を大きくすることで、層間リークを改善することもできる。これらは、特に、大きな画素を有する固体撮像素子において大きな効果を発揮する。
【００１９】
また、前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、前記多層配線層は、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに形成され、前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域における膜厚は、前記周辺領域における膜厚より大きくてもよい。
【００２０】
これにより、配線が多く配置された画素領域における絶縁膜の膜厚を、周辺領域における絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができるので、層間リークをさらに改善することができる。
【００２１】
また、前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記拡散防止膜は、前記配線上と前記受光部上方とのうち前記配線上のみに形成されてもよい。
【００２２】
これにより、受光部の上方には拡散防止膜が形成されていないために、拡散防止膜を介して入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。
【００２３】
また、前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜は、前記受光部上方において、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成されてもよい。
【００２４】
これにより、受光部の上方の領域を単一の屈折率を有する膜で形成することにより、入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。
【００２５】
また、前記多層配線層の最上層に含まれる前記拡散防止膜は、最上層に含まれる前記配線上と前記受光部上方とに形成されており、前記最上層に含まれる前記拡散防止膜より下方で、かつ、前記受光部上方に形成された前記絶縁膜は、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成されてもよい。
【００２６】
これにより、受光部の上方の領域を単一の屈折率を有する膜で形成することにより、入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。
【００２７】
また、前記固体撮像素子は、さらに、前記多層配線層の上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成され、前記受光部に光を集光するマイクロレンズとを備えてもよい。
【００２８】
また、前記配線は、Ｃｕ配線であり、前記拡散防止膜は、ＳｉＮ膜であってもよい。
【００２９】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板における前記画素領域に、前記画素毎に光電変換を行う受光部を形成する受光部形成ステップと、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有する多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成する多層配線層形成ステップとを含み、前記多層配線層形成ステップでは、前記多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚が、前記画素領域の中央部における膜厚より小さくなるように、前記多層配線層を形成する。
【００３０】
これにより、画素領域の中央部における絶縁膜の膜厚が、周辺部における絶縁膜の膜厚より大きくなるように形成されており、周辺部に入力された光の配線によるケラレを小さくすることができるので、輝度シェーディングを改善することができる。また、絶縁膜の膜厚を大きくすることで、層間リークを改善することもできる。
【００３１】
また、前記多層配線層形成ステップは、前記半導体基板の上方における前記画素領域に前記絶縁膜を堆積する堆積ステップと、前記堆積ステップで堆積した絶縁膜をパターニング及びエッチングすることで、前記絶縁膜に、前記画素領域の中央部において周辺部よりも当該絶縁膜が密となるダミーパターンを形成するダミーパターン形成ステップと、前記ダミーパターンが形成された絶縁膜を研磨することで、当該絶縁膜の前記画素領域の周辺部における膜厚を前記画素領域の中央部における膜厚より小さくする研磨ステップとを含んでもよい。
【００３２】
これにより、周辺部より中央部において絶縁膜が密になるダミーパターンが形成された当該絶縁膜をＣＭＰ法などにより研磨することで、容易に、中央部における絶縁膜の膜厚を周辺部における絶縁膜における膜厚より厚くすることができる。
【００３３】
また、前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、前記多層配線層形成ステップは、前記多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに、当該多層配線層に含まれる少なくとも１つの前記絶縁膜の前記画素領域における膜厚が、前記周辺領域における膜厚より大きくなるように形成してもよい。
【００３４】
これにより、配線が多く配置された画素領域における絶縁膜の膜厚を、周辺領域における絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができるので、層間リークをさらに改善することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法によると、輝度シェーディングと層間リークとを改善することがでる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像素子の構成の一例を示す概略平面図である。
【図２】実施の形態１に係る固体撮像素子の構成の一例を示す構造断面図である。
【図３Ａ】実施の形態１に係るＣＭＰ法による研磨を行う前の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。
【図３Ｂ】実施の形態１に係るＣＭＰ法による研磨を行った後の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。
【図４Ｃ】実施の形態１に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。
【図５】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図６】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図７】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図８】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図９】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図１０】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図１１】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。
【図１２】実施の形態２に係る固体撮像素子の構成の一例を示す概略平面図である。
【図１３Ａ】実施の形態２に係るＣＭＰ法による研磨を行う前の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。
【図１３Ｂ】実施の形態２に係るＣＭＰ法による研磨を行った後の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。
【図１４】実施の形態２に係る絶縁膜の段差パターンの一例を示す概略平面図である。
【図１５】従来の固体撮像素子の構成を示す概略平面図である。
【図１６】従来の固体撮像素子の構成を示す構造断面図である。
【図１７】従来のＣＭＰ法による研磨を行った後の絶縁膜の構成を示す概略断面図である。
【図１８】従来の固体撮像素子の画素領域の中央部と周辺部との構成を示す構造断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下では、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板における画素領域に形成され、画素毎に光電変換を行う受光部と、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を備え、半導体基板の上方における画素領域に形成された多層配線層とを備え、多層配線層に含まれる少なくとも１つの絶縁膜の、画素領域の周辺部における膜厚は、画素領域の中央部における膜厚より小さいことを特徴とする。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０の構成の一例を示す概略平面図である。図１は、チップ化された固体撮像素子１０を示しており、固体撮像素子１０は、複数の画素が２次元状に配列された画素領域２０と、画素領域２０の周辺に形成された周辺回路領域３０とを含む。画素領域２０には、光電変換を行う受光部が画素毎に形成されている。また、周辺回路領域３０は、画素領域２０の周辺に配される回路領域で、シフトレジスタやＡＤコンバータなどを含む領域である。
【００４０】
画素領域２０は、中央部２２と周辺部２１とに分けられる。中央部２２は、画素領域２０の中心を含み、かつ、画素領域２０の周縁を含まない所定の領域である。周辺部２１は、中央部２２の周囲の領域であって、画素領域２０の周縁を含む領域である。なお、固体撮像素子１０に含まれる２つの画素について、平面内で画素領域２０の中心に近い方の画素を中央部２２に含まれる画素、他方の画素を周辺部２１に含まれる画素とみなしてもよい。
【００４１】
図２は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０の構成の一例を示す構造断面図である。図２には、画素領域２０の周辺部２１に含まれる画素の断面と、画素領域２０の中央部２２に含まれる画素の断面とを示している。
【００４２】
図２に示すように、固体撮像素子１０は、半導体基板１０１と、受光部１０２と、ＳｉＮ膜１０３と、ｐｏｌｙ層間膜１０４と、多層配線層１０５と、保護膜１０６と、カラーフィルタ１０７と、マイクロレンズ１０８とを備える。
【００４３】
半導体基板１０１は、例えば、Ｓｉ基板である。半導体基板１０１は、平面方向において図１に示すように、画素領域２０と周辺回路領域３０とに分けられる。
【００４４】
受光部１０２は、例えば、光電変換を行うフォトダイオードである。受光部１０２は、半導体基板１０１における画素領域２０に画素毎に形成されている。
【００４５】
ＳｉＮ膜１０３は、半導体基板１０１及び受光部１０２上に形成された絶縁膜の一例であって、ＳｉＯ2膜でもよい。なお、ＳｉＮ膜１０３は、受光部１０２に入射する光の反射防止膜として機能してもよい。
【００４６】
ｐｏｌｙ層間膜１０４は、ＳｉＮ膜１０３上に形成されたＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などの層間絶縁膜の一例である。
【００４７】
多層配線層１０５は、積層された複数の配線層を含む。図２に示す例では、多層配線層１０５は、３層の配線層、すなわち、第１配線層１０５ａ、第２配線層１０５ｂ及び第３配線層１０５ｃを含む。
【００４８】
第１配線層１０５ａは、配線１１１ａと、配線１１１ａを絶縁する絶縁膜１１２ａと、配線１１１ａに含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜１１３ａとを備える。同様に、第２配線層１０５ｂは、配線１１１ｂと、絶縁膜１１２ｂと、拡散防止膜１１３ｃとを備え、第３配線層１０５ｃは、配線１１１ｃと、絶縁膜１１２ｃと、拡散防止膜１１３ｃとを備える。
【００４９】
配線１１１ａ、１１１ｂ及び１１１ｃは全てＣｕ配線である。また、配線１１１ａの膜厚は例えば２６０ｎｍ、配線１１１ｂ及び配線１１１ｃの膜厚は例えば１９０ｎｍである。
【００５０】
絶縁膜１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃは全てＳｉＯ2膜である。絶縁膜１１２ｂ及び１１２ｃの膜厚は、画素領域２０の中央部２２より周辺部２１の方が小さい。絶縁膜１１２ａの膜厚は例えば２８０ｎｍ、絶縁膜１１２ｂ及び絶縁膜１１２ｃの膜厚は例えば、画素領域２０の中央部２２で３２０ｎｍ、画素領域２０の周辺部２１では１７０〜２２０ｎｍである。受光部１０２上方に形成された絶縁膜１１２ａ、１１２ｂ及び１１２ｃは、拡散防止膜１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｃの屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される。
【００５１】
拡散防止膜１１３ａ、１１３ｂ及び１１３ｃは全てＳｉＮ膜である。拡散防止膜１１３ａ及び１１３ｂのうち、受光領域の上方の部分が除去されている。具体的には、拡散防止膜１１３ａ及び１１３ｂはそれぞれ、配線１１１ａ及び１１１ｂ上と受光領域の上方とのうちでは、配線１１１ａ及び１１１ｂ上のみに形成されていればよい。なお、受光領域は、受光部１０２が形成されている領域である。拡散防止膜１１３ａ及び拡散防止膜１１３ｂの膜厚は例えば１６５ｎｍであり、拡散防止膜１１３ｃの膜厚は１００ｎｍである。
【００５２】
多層配線層１０５の最上層である第３配線層１０５ｃに含まれる拡散防止膜１１３ｃの膜厚が他の拡散防止膜１１３ａ及び１１３ｂより小さく、また、拡散防止膜１１３ｃの受光領域の上方の部分が除去されていないのは、拡散防止膜１１３ｃ上に同じ材質で構成される保護膜１０６が形成されているためである。したがって、拡散防止膜１１３ｃは、保護膜１０６と兼用させてもよい。
【００５３】
保護膜１０６は、拡散防止膜１１３ｃ上に形成され、多層配線層１０５の表面を保護するＳｉＮ膜などである。なお、保護膜１０６は、表面の平坦性を保つ平坦化膜としても機能する。
【００５４】
カラーフィルタ１０７は、保護膜１０６上に形成された、所定の色成分の光を透過させるフィルタである。例えば、カラーフィルタ１０７は、画素毎に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）などの光をそれぞれ透過させるように形成される。なお、カラーフィルタの代わりに赤外線フィルタが形成されてもよい。
【００５５】
マイクロレンズ１０８は、カラーフィルタ１０７上に形成され、受光部１０２に入射光を集光する。
【００５６】
図２に示すように、絶縁膜１１２ｂ及び１１２ｃの膜厚を画素領域２０の中央部２２より周辺部２１を小さくすることによって、斜めの入射光が入射した場合でも配線１１１ｃによるケラレを低減し、輝度シェーディングを改善することができる。
【００５７】
続いて、本実施の形態に係る固体撮像素子１０において、画素領域２０の中央部２２の絶縁膜１１２ｂの膜厚と、周辺部２１の絶縁膜１１２ｂの膜厚とを異ならせる方法について説明する。
【００５８】
図３Ａは、図１に示すＡ−Ａ線における、ＣＭＰ法による研磨を行う前の絶縁膜１１２ｂを示す概略断面図である。図３Ｂは、図１に示すＡ−Ａ線における、ＣＭＰ法による研磨を行った後の絶縁膜１１２ｂを示す概略断面図である。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、簡単のため、ＳｉＮ膜１０３及びｐｏｌｙ層間膜１０４と、第１配線層１０５ａに含まれる配線１１１ａ及び拡散防止膜１１３ａとを示していない。また、受光部１０２は、上述したように画素毎に分離されて形成されているが、簡単のため、分離されている様子を示していない。
【００５９】
図３Ａに示すように、第１配線層１０５ａ上に絶縁膜１１２ｂを全面に堆積させた後、フォトリソグラフィーなどのパターニング及びエッチングにより絶縁膜１１２ｂにダミーパターン１２０を形成する。ダミーパターン１２０は、画素領域２０の中央部２２で密となっており、周辺部２１で疎となっている。すなわち、ダミーパターン１２０は、中央部２２に残された絶縁膜１１２ｂが、周辺部２１に残された絶縁膜１１２ｂよりも、その体積比が大きくなるようなパターンである。
【００６０】
図３Ａに示すようなダミーパターン１２０が形成された絶縁膜１１２ｂをＣＭＰ法により研磨することで、図３Ｂに示すように、中央部２２において周辺部２１よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜１１２ｂが形成される。
【００６１】
図４Ａ〜図４Ｃに、ダミーパターン１２０の例を示す。各図に示すように、中央部２２には、周辺部２１に比べてより多くの絶縁膜１１２ｂが残されるようなダミーパターン１２０ａ、１２０ｂ及び１２０ｃが形成されている。
【００６２】
なお、上記では絶縁膜１１２ｂについて説明したが、絶縁膜１１２ｃについても同様のダミーパターンを形成した後にＣＭＰ法によって研磨することで、中央部２２において周辺部２１よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜１１２ｃを形成することができる。
【００６３】
次に、本実施の形態に係る固体撮像素子１０の製造方法について、図５〜図１１を用いて説明する。図５〜図１１は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０の製造方法の各工程を示す構造断面図である。
【００６４】
まず、半導体基板１０１に、光電変換を行う受光部１０２を形成する。受光部１０２を含む画素が２次元状に配列された画素領域２０における半導体基板１０１上にＳｉＮ膜１０３を形成する。さらに、ＳｉＮ膜１０３上にＢＰＳＧなどを堆積し、ＣＭＰ法によって平坦化することで、ｐｏｌｙ層間膜１０４を形成する。以上の工程を経ることで、図５に示すような構成が形成される。図５に示すように、半導体基板１０１、ＳｉＮ膜１０３及びｐｏｌｙ層間膜１０４の膜厚は、画素領域２０の周辺部２１と中央部２２とにおいて、同じである。
【００６５】
次に、図６に示すように、ｐｏｌｙ層間膜１０４上に第１配線層１０５ａを形成する。具体的には、まず、ｐｏｌｙ層間膜１０４上に絶縁膜１１２ａを堆積し、デュアルダマシン法によって配線１１１ａを形成する。さらに、配線１１１ａ及び絶縁膜１１２ａ上の全面に、拡散防止膜１１３ａを形成する。このとき、絶縁膜１１２ａの膜厚は、画素領域２０の周辺部２１と中央部２２とにおいて、同じである。
【００６６】
次に、図７に示すように、受光部１０２の上方に形成された拡散防止膜１１３ａを除去することで、受光領域に対応した開口をフォトリソグラフィー及びエッチングにより形成する。さらに、拡散防止膜１１３ａ上、及び、拡散防止膜１１３ａに形成された開口に露出している絶縁膜１１２ａ上に絶縁膜１１２ｂを堆積させる。なお、絶縁膜１１２ｂに対してＣＭＰ法による研磨をまだ行っていないので、堆積させた時点での絶縁膜１１２ｂの膜厚は、画素領域２０の周辺部２１と中央部２２とにおいて、同じである。
【００６７】
このとき、図３Ａに示すように、絶縁膜１１２ｂにフォトリソグラフィー及びエッチングによってダミーパターンを形成する。ダミーパターンのパターン密度は、画素領域２０の中央部２２より周辺部２１の方が、面積率が小さく疎となるように形成する。
【００６８】
この後、図８に示すように、絶縁膜１１２ｂをＣＭＰ法により平坦化することによって、絶縁膜１１２ｂは、画素領域２０の中央部２２より周辺部２１をおよそ５０〜１００ｎｍだけ薄く形成することができる（図３Ｂ参照）。
【００６９】
次に、図９に示すように、図６及び図７と同様にして、配線１１１ｂ、拡散防止膜１１３ｂを形成し、受光部１０２の上方に形成された拡散防止膜１１３ｂを除去することで、受光領域に対応した開口を形成する。さらに、拡散防止膜１１３ｂ上、及び、拡散防止膜１１３ｂに形成された開口に露出している絶縁膜１１２ｂ上に絶縁膜１１２ｃを堆積させる。なお、絶縁膜１１２ｃに対してＣＭＰ法による研磨をまだ行っていないので、堆積させた時点での絶縁膜１１２ｃの膜厚は、画素領域２０の周辺部２１と中央部２２とにおいて、同じである。
【００７０】
このとき、絶縁膜１１２ｃ上にフォトリソグラフィー及びエッチングによって、絶縁膜１１２ｂと同様にダミーパターンを形成する。そして、絶縁膜１１２ｃをＣＭＰ法により平坦化することによって、図１０に示すように、絶縁膜１１２ｃは、画素領域２０の中央部２２より周辺部２１をおよそ５０〜１００ｎｍだけ薄く形成することができる（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。
【００７１】
次に、図１１に示すように、絶縁膜１１２ｃに、図６と同様にして配線１１１ｃ及び拡散防止膜１１３ｃとを形成する。さらに、拡散防止膜１１３ｃ上に、保護膜１０６、カラーフィルタ１０７及びマイクロレンズ１０８を形成することで、図２に示す固体撮像素子１０を製造することができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像素子１０は、配線、絶縁膜及び拡散防止膜を含む配線層が複数積層した構造を有する多層配線層１０５を備え、多層配線層１０５に含まれる少なくとも１つの絶縁膜の、画素領域２０の周辺部２１における膜厚が、画素領域２０の中央部２２における膜厚よりも小さいことを特徴とする。
【００７３】
この構成により、斜め光が入射した場合であっても、周辺部２１において上位層の配線である配線１１１ｃによるケラレを低減することができ、輝度シェーディングを改善することができる。また、画素領域２０において厚い絶縁膜が形成されていることで、配線層間リークを低減することができる。
【００７４】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る固体撮像素子は、画素領域を囲む領域である周辺領域を有し、半導体基板の上方における画素領域に形成された絶縁膜の膜厚は、半導体基板の上方における周辺領域に形成された絶縁膜の膜厚より大きいことを特徴とする。
【００７５】
図１２は、本実施の形態に係る固体撮像素子４０の構成の一例を示す概略平面図である。図１２は、チップ化された固体撮像素子４０を示しており、固体撮像素子４０は、複数の画素が２次元状に配列された画素領域５０と、画素領域５０の周辺に形成された周辺回路領域６０とを含む。画素領域５０には、光電変換を行う受光部が画素毎に形成されている。また、周辺回路領域６０は、画素領域の周辺に配される回路領域で、シフトレジスタやＡＤコンバータなどを含む領域である。
【００７６】
本実施の形態に係る固体撮像素子４０において、各画素の構成については、図２に示す実施の形態１に係る固体撮像素子１０の断面構造と同じであるので、以下では説明を省略する。また、本実施の形態に係る固体撮像素子４０の製造方法については、図５〜図１１を用いて説明した実施の形態１に係る固体撮像素子１０の製造方法とほぼ同じであるので、以下では、同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００７７】
本実施の形態に係る固体撮像素子４０の製造方法は、実施の形態１に係る固体撮像素子１０の製造方法に比べて、絶縁膜１１２ｂを形成する際にダミーパターンを形成するのではなく、段差パターンを形成する点が異なっている。具体的には、以下の通りである。
【００７８】
図１３Ａは、図１２に示すＢ−Ｂ線における、ＣＭＰ法による研磨を行う前の絶縁膜１１２ｂを示す概略断面図である。図１３Ｂは、図１２に示すＢ−Ｂ線における、ＣＭＰ法による研磨を行った後の絶縁膜１１２ｂを示す概略断面図である。なお、図１３Ａ及び図１３Ｂでは、簡単のため、ＳｉＮ膜１０３及びｐｏｌｙ層間膜１０４と、第１配線層１０５ａに含まれる配線１１１ａ及び拡散防止膜１１３ａとを示していない。また、受光部１０２は、上述したように画素毎に分離されて形成されているが、簡単のため、分離されている様子を示していない。
【００７９】
図１３Ａに示すように、第１配線層１０５ａ上に絶縁膜１１２ｂを全面に堆積させた後、フォトリソグラフィー及びエッチングにより絶縁膜１１２ｂに段差パターン２２０を形成する。段差パターン２２０では、周辺回路領域６０より画素領域５０の方が絶縁膜１１２ｂの膜厚が大きくなるように形成されたパターンである。
【００８０】
図１３Ａに示すような段差パターン２２０が形成された絶縁膜１１２ｂをＣＭＰ法により研磨することで、図１３Ｂに示すように、画素領域５０において周辺回路領域６０よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜１１２ｂが形成される。例えば、画素領域５０における絶縁膜１１２ｂの膜厚は、周辺回路領域６０における絶縁膜１１２ｂの膜厚より、１００〜２００ｎｍ厚く形成する。なお、絶縁膜１１２ｂの膜厚は、例えば、画素領域５０において３２０ｎｍである。
【００８１】
図１４は、段差パターン２２０の一例を示す概略平面図である。同図に示す例では、段差パターン２２０は、画素領域５０と周辺回路領域６０との境界で段差が形成されている。
【００８２】
これにより、エロージョンによる画素領域５０の絶縁膜１１２ｂが薄くなることで発生する配線間のリーク又はショートを改善することができる。また、段差パターン２２０の画素領域５０に実施の形態１で説明したダミーパターンを形成することで、実施の形態１と同様に、画素領域５０の周辺部における輝度シェーディングを改善することもできる。
【００８３】
以上、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、各種変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【００８４】
例えば、実施の形態１では、絶縁膜１１２ｂ及び１１２ｃの２層の絶縁膜の膜厚を画素領域の中央部と周辺部とで異ならせる構成について説明したが、いずれか１層だけの膜厚を異ならせてもよく、あるいは、絶縁膜１１２ａの膜厚も異ならせてもよい。実施の形態２についても同様である。すなわち、多層配線層１０５に含まれる複数の絶縁膜の少なくとも１つの膜の、画素領域の中央部における膜厚が、画素領域の周辺部における膜厚より厚くなるようにすればよい。
【００８５】
また、実施の形態において、カラーフィルタ１０７やマイクロレンズ１０８は必ずしも必要ではなく、これらを設けない構造についても同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法は、輝度シェーディングと配線層間リークとを改善することができるという効果を奏し、例えば、デジタルカメラなどの固体撮像装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８７】
１０、４０、７０  固体撮像素子
２０、５０、８０  画素領域
２１、８１  周辺部
２２、８２  中央部
３０、６０、９０  周辺回路領域
１０１  半導体基板
１０２、３０２  受光部
１０３、３０３  ＳｉＮ膜
１０４、３０４  ｐｏｌｙ層間膜
１０５、３０５  多層配線層
１０５ａ、３０５ａ  第１配線層
１０５ｂ、３０５ｂ  第２配線層
１０５ｃ、３０５ｃ  第３配線層
１０６、３０６  保護膜
１０７、３０７  カラーフィルタ
１０８、３０８  マイクロレンズ
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ  配線
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ  絶縁膜
１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ  拡散防止膜
１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ  ダミーパターン
２２０  段差パターン
３０１  Ｓｉ基板
【図１】
2011009311.tif 000003
【図２】
2011009311.tif 000004
【図３Ａ】
2011009311.tif 000005
【図３Ｂ】
2011009311.tif 000006
【図４Ａ】
2011009311.tif 000007
【図４Ｂ】
2011009311.tif 000008
【図４Ｃ】
2011009311.tif 000009
【図５】
2011009311.tif 000010
【図６】
2011009311.tif 000011
【図７】
2011009311.tif 000012
【図８】
2011009311.tif 000013
【図９】
2011009311.tif 000014
【図１０】
2011009311.tif 000015
【図１１】
2011009311.tif 000016
【図１２】
2011009311.tif 000017
【図１３Ａ】
2011009311.tif 000018
【図１３Ｂ】
2011009311.tif 000019
【図１４】
2011009311.tif 000020
【図１５】
2011009311.tif 000021
【図１６】
2011009311.tif 000022
【図１７】
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【図１８】
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