(57)【要約】【課題】製造スループットが悪化することなく、入射光の半導体基板表面での反射による迷光を抑制できる固体撮像素子を提供する。【解決手段】半導体基板１の表層部に形成されたフォトダイオード２の中央部を囲うように、コンタクト層間膜７にエアギャップＡＧ１を形成する。コンタクト層間膜７にエアギャップＡＧ１が形成されているので、入射光Ｌ１の半導体基板表面での反射による迷光Ｌ２が隣接画素に入射することを抑制できる。また、コンタクト層間膜７のみにエアギャップＡＧ１を形成しているので、エアギャップＡＧ１を形成するための異方性ドライエッチングを長時間行う必要がなく、製造スループットが悪化することもない。【選択図】図１
2008010544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された第１の層間膜と、
前記第１の層間膜より上方に形成された第２の層間膜内に形成された多層の配線と、
最下層の前記配線と前記半導体基板間の前記第１の層間膜に、前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように形成された中空部と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記中空部は、その上端が、最上層の前記配線よりも高い位置まで延設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】
前記中空部は、その上端が、前記中空部の幅の０．５〜３倍の大きさの間隔だけ、最上層の前記配線よりも低い位置まで延設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４】
前記フォトダイオード直上に形成され、シリコン酸化膜よりも屈折率の高い絶縁膜をさらに備え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５】
前記絶縁膜の材質は、シリコン窒化膜若しくはシリコン酸窒化膜であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記中空部は、前記絶縁膜の上方に形成され、その下端は、前記絶縁膜内に達していることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記フォトダイオードは、
前記半導体基板の表層部に配置された第１導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の表層部に配置された第２導電型の第２不純物領域と、
を備え、
前記中空部は、前記第１不純物領域上に配置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８】
前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように前記第２の層間膜に形成され、かつ所定の前記配線上に配置された別の中空部をさらに備え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９】
前記中空部は、
第１中空部と、
前記第１中空部上に配置された第２中空部と、
を備え、
前記第２中空部の幅は、前記第１中空部の幅より狭い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１０】
前記半導体基板に形成され、かつ前記フォトダイオードに隣接して配置されたＭＯＳトランジスタをさらに備え、
前記中空部は、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極上に配置された領域を備え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１１】
最上層の前記配線を覆うように形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に形成されたカラーフィルタと、
前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように前記カラーフィルタ内に形成され、かつ前記最上層の配線上に配置された別の中空部と、
をさらに備え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１２】
前記中空部は、前記配線をマスクに用いて自己整合的に形成された中空部であ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１３】
前記半導体基板に形成され、かつ前記フォトダイオードに隣接するように配置されたＭＯＳトランジスタをさらに備え、
前記中空部は、平面視で前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極上には形成されていない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１４】
前記中空部の形状は、平面視で５角形以上の多角形の形状であ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１５】
最上層の前記配線を覆うように形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に、シリコン酸化膜よりも屈折率の大きな材料で形成された層内レンズと、
をさらに備え、
前記中空部の高さは、前記層内レンズにより集光される入射光を遮らない高さに設定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１６】
前記中空部の形状は、平面視で、前記層内レンズの形状と相似形状であることを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記フォトダイオードを平面視で囲うように、前記半導体基板に形成された溝内に埋め込まれた素子分離膜と、
前記素子分離膜内に配置された別の中空部と、
をさらに備え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１８】
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードを平面視で囲うように、前記半導体基板に形成された溝内に埋め込まれた素子分離膜と、
前記素子分離膜内に配置された中空部と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１９】
前記フォトダイオードは、
前記半導体基板の表層部に配置された第１導電型の第１不純物領域と、
前記第１不純物領域の表層部に配置された第２導電型の第２不純物領域と、
を備え、
前記半導体基板の表層部に形成され、前記第１不純物領域よりも高濃度の第３不純物領域をさらに備え、
前記第３不純物領域は、前記素子分離膜に囲われた領域に、前記フォトダイオードに隣接するように配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の固体撮像素子。
【請求項２０】
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された層間膜と、
前記層間膜に形成された多層の配線と、
前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように前記層間膜に形成され、かつ所定の前記配線上に配置された中空部と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２１】
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された層間膜と、
前記層間膜に形成された多層の配線と、
最上層の前記配線を覆うように形成されたパッシベーション膜と、
前記パッシベーション膜上に形成されたカラーフィルタと、
前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように前記カラーフィルタ内に形成され、かつ前記最上層の配線上に配置された中空部と、
を備えることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入射光を所望の領域に集光するためのエアギャップを備える固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像素子は、固体撮像素子に斜め方向から入射光が入射すると、本来入射されるべき画素に入射せず、迷光となって隣接画素に入射して光電変換される場合があった。そのため、隣接画素間で撮像特性の劣化（隣接画素間クロストーク）が生じていた。そこで、特許文献１の発明は、画素間にエアギャップ（中空部）を設け、迷光をエアギャップにより光学的に全反射することで、隣接画素に斜め入射光が入射する確率を小さくしている。
【０００３】
なお、本発明に関連する先行技術が特許文献２，３に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００５／００４０３１７号明細書
【特許文献２】特開平８−５０３０８号公報（段落［００８３］〜［００８９］、図５４〜６３参照）
【特許文献３】特開平１０−４１５２１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、特許文献１におけるエアギャップを有する固体撮像素子では、第１層目のメタル配線下に形成されるコンタクト層間膜内にエアギャップを設けていないので、半導体基板表面等での反射による低い位置での迷光を抑制することができない。その結果、隣接画素間で撮像特性の劣化を生じる。
【０００６】
また、特許文献１の構造において、エアギャップをコンタクト層間膜にまで伸ばして形成すると、半導体基板表面等での反射による迷光は抑制することができる。しかし、エアギャップを形成するときに行う異方性ドライエッチングの時間をさらに長く設定する必要があり、製造スループットが悪くなるだけでなく、それに伴って必要なレジスト膜厚の厚膜化を行うことが必須となる。その結果、エアギャップ幅を微細化できないという問題を生じる。
【０００７】
そこで、本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、製造スループットが悪化することなく、入射光の半導体基板表面での反射による迷光を抑制できる固体撮像素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の固体撮像素子は、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された第１の層間膜と、前記第１の層間膜より上方に形成された第２の層間膜内に形成された多層の配線と、最下層の前記配線と前記半導体基板間の前記第１の層間膜に、前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように形成された中空部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項１８に記載の固体撮像素子は、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードを平面視で囲うように、前記半導体基板に形成された溝内に埋め込まれた素子分離膜と、前記素子分離膜内に配置された中空部と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２０に記載の固体撮像素子は、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された層間膜と、前記層間膜に形成された多層の配線と、前記フォトダイオードの中央部を平面視で囲うように前記層間膜に形成され、かつ所定の前記配線上に配置された中空部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２１に記載の固体撮像素子は、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に前記フォトダイオードを覆うように形成された層間膜と、前記層間膜に形成された多層の配線と、最上層の前記配線を覆うように形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に形成されたカラーフィルタと、前記フォトダイオードの中央部を囲うように、前記カラーフィルタ内の前記最上層の配線上に配置された中空部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の固体撮像素子によれば、最下層の配線と半導体基板間の第１の層間膜に中空部を設けているので、半導体基板表面による低い位置での反射光が隣接画素に入射するのを抑制できる。その結果、隣接画素間でのクロストークを抑制できる。また、最下層の配線と半導体基板間の第１の層間膜のみに中空部を形成することで、中空部を形成する際の異方性ドライエッチングを長時間行う必要がなくなり、製造スループットが悪化することもない。
【００１３】
請求項１８に記載の固体撮像素子によれば、斜め入射光が半導体基板内で隣接する画素に抜けていくことを中空部により抑制できるので、隣接画素間のクロストークの抑制や、感度の向上を実現できる。
【００１４】
請求項２０に記載の固体撮像素子によれば、中空部を形成するための層間膜のエッチングをメタル配線でストップできる。そのため、層間膜のみに中空部を形成し易くなるので、例えば、最上層の配線から半導体基板表面まで全階層に連続して一度に中空部を形成する必要がなくなる。その結果、必要となるレジスト膜厚を薄膜化することができるので、その結果として中空部の幅を狭くでき、長時間のドライエッチングに対する処理装置のクリーニング処理などが省略できるので、製造のスループットを向上することができる。
【００１５】
請求項２１に記載の固体撮像素子によれば、カラーフィルタ内に中空部が存在することで、隣接画素への光の入射が抑制できる。その結果、隣接画素間クロストークの抑制や、感度の向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
＜実施の形態１＞
＜Ａ．構成＞
図１は、本実施の形態１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。そして図２は、本実施の形態１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す上面図である。また、図１は、図２のＡ−Ａ線断面図に対応している。半導体基板（基板）１の表層部にフォトダイオード２が形成されている。フォトダイオード２を覆うように、コンタクト層間膜７（第１の層間膜）及びヴィア層間膜９（第２の層間膜）からなる層間膜が形成されている。
【００１７】
層間膜には、メタル配線８、メタル配線１０からなる多層の配線が形成されている。具体的には、コンタクト層間膜７上に、最下層の配線であるメタル配線８が形成されている。そして、メタル配線８を覆うようにコンタクト層間膜７上にヴィア層間膜９が形成され、ヴィア層間膜９上に最上層の配線であるメタル配線１０が形成されている。メタル配線１０を覆うようにパッシベーション膜１１（ガラスコート膜とも言う）が形成されている。
【００１８】
そして、最下層の配線であるメタル配線８と半導体基板１間の層間膜であるコンタクト層間膜７に、エアギャップＡＧ１（中空部）が形成されている。エアギャップＡＧ１の幅は、光を全反射できるように、２００ｎｍ以上の幅で形成されている。
【００１９】
図２に示すように、エアギャップＡＧ１は、平面視でフォトダイオード２の中央部を囲うように、四角形状に形成されている。そして、図２に示すように、フォトダイオード２に隣接して、ＭＯＳトランジスタが配置されている。フォトダイオード２に隣接してＭＯＳトランジスタのゲート電極４が形成され、ゲート電極４に隣接してＮ+拡散層３が形成されている。ゲート電極４には、コンタクトホール５が設けられている。
【００２０】
なお、図１において、エアギャップＡＧ１の下端は半導体基板１の表面に接しても、接していなくてもどちらでもよい。さらに、図１には、後述する斜め入射光Ｌ１と、半導体基板表面での反射によって生じた迷光Ｌ２を図示している。
【００２１】
＜Ｂ．製造方法＞
次に、図３から６を参照して、本実施の形態１に係る固体撮像素子の製造方法について説明する。図３から６は、本実施の形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。ここで、エアギャップＡＧ１を形成する工程以外は、周知の固体撮像素子の製造工程と同様であるため、以下、エアギャップＡＧ１を形成するための工程のみを説明する。
【００２２】
まず、図３に示す工程では、フォトダイオード２が形成された半導体基板１を準備する。そして、ＣＶＤ法により、フォトダイオード２を覆うように、２００００〜３００００Åの厚みのＢＰＴＥＯＳ膜１２を基板１上に成膜する。続いて、ＣＭＰ法によりＢＰＴＥＯＳ膜を研磨した後、ＣＶＤ法により、ＢＰＴＥＯＳ膜１２上に１０００〜３０００Åの酸化膜１３を成膜する。ここで、酸化膜１３として、ウェットエッチングによるエッチング速度がＢＰＴＥＯＳ膜１２に比べて小さい膜、例えばＰ（プラズマ）−ＳｉＯ膜が用いられる。
【００２３】
次に、図４に示す工程では、通常の写真製版工程を用いて酸化膜１３上にエアギャップＡＧ１を形成するためのマスクを形成し、ドライエッチング法などにより、酸化膜１３及びＢＰＴＥＯＳ膜１２をエッチングすることで溝１４を形成する。
【００２４】
次に、図５に示す工程では、ＢＰＴＥＯＳ膜１２及び酸化膜１３をフッ酸を用いてウェットエッチングする。このとき、ウェットエッチングに対するエッチングレートは、下層のＢＰＴＥＯＳ膜１２に比べて酸化膜１３の方が遅いため、ＢＰＴＥＯＳ膜１２のエッチングが早く進行し、溝１４の形状は、間口部の幅が狭く、内部の幅が広い形状になる。これは、ＢＰＴＥＯＳはＴＥＯＳ酸化膜中にＢ（ボロン）やＰ（リン）などの不純物を含むため、不純物を含まないシリコン酸化膜よりもウェットエッチング速度が大きくなることによる。
【００２５】
次に、図６に示す工程では、溝１４内を埋め込むように酸化膜１６を成膜する。このとき、Ｐ−ＳｉＯ膜のようなステップカバレッジの悪い酸化膜１６で溝１４内を埋め込む。すると、酸化膜１６では、溝１４内を完全に埋め込むことはできず、溝１４の幅の狭い開口部が閉塞することとなる。その結果、溝１４内にエアギャップＡＧ１が形成される。また、ＢＰＴＥＯＳ膜１２、酸化膜１３，１６によりコンタクト層間膜７が形成される。
【００２６】
ここで、酸化膜１６で溝１４を埋め込んだだけでは、溝１４上の閉塞した部分には筋（線）が入り、後工程でのウェットエッチングなどでエッチング液がエアギャップＡＧ１に染み込むおそれがある。そのため、さらにＨＤＰ（High Density Plasma）−ＣＶＤによる酸化膜の成膜とエッチバックを組み合わせることにより、溝１４上の筋を少なくすることができる。なお、図６において、エアギャップＡＧ１の形状が図１と異なるが、図１ではエアギャップＡＧ１の形状を簡略化して図示している。以下の実施の形態でも同様である。
【００２７】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態１に係る固体撮像素子の効果について説明する前に、比較のために従来の固体撮像素子の構成について説明する。図７は、従来の固体撮像素子の構成を示す断面図である。図７に示すように、従来の固体撮像素子では、ヴィア層間膜９部分にエアギャップＡＧ１Ｄが形成されており、コンタクト層間膜７にはエアギャップが形成されていない。そのため、斜め入射光Ｌ１がエアギャップＡＧ１Ｄで全反射し、さらに半導体基板１の表面で反射して低い位置での迷光Ｌ２となると、迷光Ｌ２が隣接画素に入射するのを抑制できない。
【００２８】
本実施の形態１に係る固体撮像素子は、図１に示すように、コンタクト層間膜７にエアギャップＡＧ１を設けている。エアギャップＡＧ１により半導体基板１表面からの反射光を全反射させることで、反射光が隣接画素に迷光Ｌ２として入射することを抑制できるので、隣接画素間でのクロストークを抑制できる。なお、前述したように、エアギャップＡＧ１の幅は、２００ｎｍ以上であればセンサとして必要な波長の光を全反射することができる。
【００２９】
また、ヴィア層間膜９にはエアギャップがなく、コンタクト層間膜７にのみエアギャップＡＧ１を形成しているので、エアギャップＡＧ１を形成する際の異方性ドライエッチングを長時間行う必要がなく、製造スループットの悪化を抑制できる。
【００３０】
なお、本実施の形態１に係る固体撮像素子は、ヴィア層間膜９にエアギャップがないので、第１層目のメタル配線８上のような高い位置に入射する斜め入射光Ｌ１が隣接画素に入射することが考えられる。しかし、その多くはチップ上のカラーフィルタ上に形成されるマイクロレンズや、パッシベーション膜１１（ガラスコート膜とも言う）上に形成される層内レンズ（インナーレンズとも言う）によってある程度集光される。そのため、第１層目のメタル配線８上などの高い位置から隣接画素に入射する可能性のある角度で入射する光の量は少ないため、実質的には問題とならない。
【００３１】
＜実施の形態２＞
＜Ａ．構成＞
図８は、本実施の形態２に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。本実施の形態２に係る固体撮像素子では、エアギャップＡＧ２（中空部）は、その上端が、隣接する最上層の配線であるメタル配線１０の高さよりも高い位置まで延設されている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００３２】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態２に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ２は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法をコンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９及びパッシベーション膜１１に適用することで形成することができる。その他の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３３】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態２に係る固体撮像素子は、エアギャップＡＧ２は、その上端が、最上層の配線であるメタル配線１０の高さよりも高い位置まで延設されている。エアギャップＡＧ２の上端と隣接するメタル配線１０との間の隙間が小さいため、メタル配線８やメタル配線１０の上方を通るような高い位置での斜め入射光Ｌ１が、メタル配線８やメタル配線１０とエアギャップＡＧ２の隙間を通って隣接画素に入射するおそれがない。
【００３４】
さらに、エアギャップＡＧ２により斜め入射光Ｌ１が遮られるため、メタル配線８，１０の側壁に光が当たらず、メタル配線側壁の凹凸やエッチングばらつきによる形状変動に伴って、メタル配線側壁での反射光量や反射光の反射方向がばらつくことがなくなる。
【００３５】
＜実施の形態３＞
＜Ａ．構成＞
図９は、本実施の形態３に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。本実施の形態３に係る固体撮像素子は、エアギャップＡＧ３（中空部）は、その上端が、隣接する最上層の配線であるメタル配線１０よりも低い位置まで延設されている。エアギャップＡＧ３の上端から隣接するメタル配線１０の下辺までの間隔Ｓは、エアギャップＡＧ３の幅の０．５〜３倍の間隔に設定されている。
【００３６】
ここで、間隔ＳをエアギャップＡＧ３の幅の０．５〜３倍の距離に設定する根拠について説明する。エアギャップＡＧ３となる溝をコンタクト層間膜７及びヴィア層間膜９に形成したのち、その溝の開口部をキャップさせるために必要な膜厚の下限値は、エアギャップ幅の０．５倍である。
【００３７】
そして、膜厚の上限値を決める要因は、溝をキャップするのに必要な膜厚のばらつきと、エアギャップ上の層間膜の平坦化に必要な膜厚である。また、センサとして一般的に必要とされる斜め入射角を実現するためには、膜厚が厚すぎても特性劣化を引き起こす。そのため、最適な値はエアギャップ幅の０．５〜３倍の膜厚となる。すなわち、間隔Ｓは、エアギャップＡＧ３の幅の０．５〜３倍になる。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００３８】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態３に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ３は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、コンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９に適用することで形成することができる。その他の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００３９】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態３に係る固体撮像素子は、エアギャップＡＧ３の上端が隣接するメタル配線１０の下辺よりも、エアギャップＡＧ３の幅の０．５〜３倍の大きさの間隔Ｓだけ低い位置に配置されているので、実施の形態２に固体撮像素子に比べて、エアギャップＡＧ３の上端によって斜め入射光がけられて入射効率が落ちることがない。
【００４０】
＜実施の形態４＞
＜Ａ．構成＞
図１０は、本実施の形態４に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。本実施の形態４に係る固体撮像素子は、フォトダイオード２直上に入射する光を反射させにくくするための反射防止膜１７が設けられている。反射防止膜１７は、一般的にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）よりも屈折率が高く、かつＳｉよりも屈折率が低い材質の絶縁膜を使用することが多く、例えばシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）などの材質の絶縁膜が用いられる。
【００４１】
本実施の形態４の例では、反射防止膜１７としてシリコン窒化膜を用いている。そして、エアギャップＡＧ４の下端は、反射防止膜１７中に存在し、エアギャップＡＧ４の上端は、最上層のメタル配線１０下に配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。なお、図１０では、反射防止膜１７を溝のエッチング時のストッパとして用いているため反射防止膜１７中に、エアギャップＡＧ４の下端が存在するようにしたが、後述するように反射防止膜１７上に存在するようにしてもよい。また、反射防止膜は、例えばシリコン窒化膜とシリコン酸化膜、シリコン窒化膜の積層構造であってもよい。これにより反射防止効果を高めるとともに反射防止膜内の所望の位置でエッチングをストップさせることが可能となる。
【００４２】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態４に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ４は、フォトダイオード２の直上に反射防止膜１７を形成した後、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、コンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９に適用することで形成できる。ここで、反射防止膜は、溝のドライエッチング時のエッチングストッパとしての役割も有している。従って、反射防止膜の材質は、コンタクト層間膜と異なる材料である必要がある。その他の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００４３】
＜Ｃ．効果＞
実施の形態１において説明したように、エアギャップＡＧ４を形成する際にまずフォトダイオード２の中央部を囲うように形成した溝を形成する必要があり、この溝は一般的に異方性ドライエッチングによって開口する。この溝を開口するためのドライエッチングを行う際に、フォトダイオード２上の半導体基板１までドライエッチングが到達すると、そのドライエッチングによる格子欠陥等が要因となり暗電流（微小なリーク電流）が生じる。
【００４４】
しかし、エアギャップＡＧ４を形成するためのドライエッチングを、半導体基板１の表面にまで到達させないようにするためには時間指定によるドライエッチングを行う必要がある。そして、エアギャップＡＧ４が形成されるコンタクト層間膜７及びヴィア層間膜９の仕上がり膜厚ばらつきを考えると、時間指定によるドライエッチングは、製造の安定性に問題がある。
【００４５】
本実施の形態４に係る固体撮像素子は、フォトダイオード２直上に反射防止膜１７が設けられている。そのため、エアギャップＡＧ４を形成するための溝を形成する際、反射防止膜１７をエッチングストッパ膜として利用し、反射防止膜１７の膜中でドライエッチングを止めることができる。
【００４６】
その結果、エアギャップ形成のためのドライエッチングによって、半導体基板表面がエッチングされることがないので、半導体基板表面のドライエッチングによる欠陥を起因とした暗電流が生じることがない。また、時間指定のエッチングを行っている場合においてもコンタクト層間膜７が非常に薄い方向に大きく変動したときにおいても反射防止膜１７により、フォトダイオード表面へのドライエッチング損傷が届くことはない。
【００４７】
なお、本実施の形態４に係る固体撮像素子では、エアギャップＡＧ４の下端は、反射防止膜１７としてのシリコン窒化膜上または中でストップさせる構造になっているが、この構造に限ったものではない。例えば、可能であればコンタクト層間膜７の中間位置でドライエッチングをストップしてもよい。また、反射防止膜としての機能を有さないコンタクト層間膜７とは材質の異なる新たな膜を設け、その膜上若しくは膜中でドライエッチングをストップさせることも可能である。
【００４８】
つまり、半導体基板表面に達するまでに存在するコンタクト層間膜７とは異なる材質の膜においてストップする場合も含まれる。かつ、ドライエッチングを反射防止膜１７でストップさせて溝を形成し、その溝を若干埋め込むことで、最終的にエアギャップＡＧ１４の下端がコンタクト層間膜７中に存在する場合も含まれる。
【００４９】
＜実施の形態５＞
＜Ａ．構成＞
図１１は、本実施の形態５に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。図１１に示すように、Ｎ型のフォトダイオード２は、Ｐ型（第１導電型）のＰウェル領域３８（第１不純物領域）とＰウェル領域３８の表層部に配置されたＮ型（第２導電型）のＮ-領域３６（第２不純物領域）により構成されている。そして、エアギャップＡＧ５（中空部）は、Ｐウェル領域３８上に配置されている。つまり、エアギャップＡＧ５の下端は、Ｐウェル領域３８と同一電位の半導体基板１上に配置されている。
【００５０】
また、本実施の形態５では、エアギャップＡＧ５の上端は最上層のメタル配線１０よりも上方に形成されている。その他の構成は、実施の形態１と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態５に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ５は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、コンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９及びパッシベーション膜１１に適用することで形成することができる。その他の固体撮像素子の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５２】
＜Ｃ．効果＞
以下、Ｎ型のフォトダイオード２の場合について説明する。Ｎ型のフォトダイオード２を形成するためには、一般的には、Ｎ型の半導体基板１中にＰ型のＰウェル領域３８をイオン注入及び熱処理によって形成した後に、Ｎ型の不純物をイオン注入で導入することでＮ-／Ｐ-ウェルのフォトダイオード２を形成する。ここで、Ｐ型のフォトダイオードを形成する場合には、上記の導電型を全て反対に考えればよい。
【００５３】
本実施の形態５に係る固体撮像素子は、Ｐウェル領域３８上でエアギャップＡＧ５を形成するためのドライエッチングをストップすることで、フォトダイオード２へのエッチングダメージを無くすことができ、リーク電流などの不良が生じにくくなる。その結果、本実施の形態５に係る固体撮像素子は、実施の形態４の固体撮像素子に比べて、反射防止膜１７などのシリコン窒化膜を設ける必要がなく、製造工程を少なくできる。なお、エアギャップＡＧ５の下端は、半導体基板１に接している必要はなく、ドライエッチングをストップする領域をＰウェルと導電位の領域に設けていればよい。
【００５４】
＜実施の形態６＞
＜Ａ．構成＞
図１２は、本実施の形態６に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。図１２に示すように、フォトダイオード２の中央部を囲うように、エアギャップＡＧ６１（中空部）が半導体基板１上に形成されている。エアギャップＡＧ６１の上方には、メタル配線８が配置されている。そしてフォトダイオード２の中央部を平面視で囲うようにヴィア層間膜９に、かつ所定の配線であるメタル配線８上に、別の中空部であるエアギャップＡＧ６２が形成されている。そしてエアギャップＡＧ６２の上方には、メタル配線１０が配置されている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００５５】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態６に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ６２は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、メタル配線８上のヴィア層間膜９に適用することで形成できる。また、エアギャップＡＧ６１は、形成位置を除いて、実施の形態１のエアギャップＡＧ１の形成方法により形成できる。その他の固体撮像素子の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００５６】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態６に固体撮像素子は、エアギャップＡＧ６２をメタル配線８上に配置しているので、エアギャップＡＧ６２を形成するためのヴィア層間膜９のエッチングをメタル配線８でストップできる。そのため、ヴィア層間膜９のみにエアギャップＡＧ６２を形成し易くなるので、例えば、最上層のメタル配線１０から半導体基板表面まで全階層に連続して一度にエアギャップを形成する必要がなくなる。そのため、そのドライエッチングに必要なレジスト膜厚を薄膜化でき、結果としてエアギャップＡＧ６１，ＡＧ６２の幅を狭くできプロセスマージンの向上と画素面積の縮小を実現することができる。また、長時間のドライエッチングによる装置のクリーニング処理などが省略できるので、製造のスループットを向上することもできる。
【００５７】
また、本実施の形態６に係る固体撮像素子は、図１２に示すように、最上層のメタル配線１０から半導体基板１の表面までのほとんどの領域をエアギャップＡＧ６１，ＡＧ６２とメタル配線８，１０で囲むこともできる。
【００５８】
なお、最上層のメタル配線１０下から半導体基板表面までをエアギャップＡＧ６１，ＡＧ６２でカバーする必要はなく、例えばコンタクト層間膜７でのエアギャップＡＧ６１は存在しなくてもよい。さらに、図１２では、エアギャップＡＧ６２は、メタル配線８上ではなく、メタル配線１０上にあってもよい。
【００５９】
また、ヴィア層間膜９のエアギャップＡＧ２もフォトダイオード２を完全に囲んでいる必要はない。メタル配線は、メタル配線８，１０以外にも画素内の素子を結線するためにいろいろな部分で使用されており、その回路に使用しているメタル配線にエアギャップのドライエッチングをストップさせてもよいし、また、ダミーメタルのようにフローティングのメタル配線でストップさせてもよい。
【００６０】
さらに、本実施の形態６では、エアギャップＡＧ６１をフォトダイオード２の外側に配置しているが、実施の形態１に示したように、フォトダイオード２上に形成するようにしてもよい。
【００６１】
＜実施の形態７＞
＜Ａ．構成＞
図１３は、本実施の形態７に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。図１３に示すように、本実施の形態７に係る固体撮像素子は、コンタクト層間膜７、及びヴィア層間膜９にわたってエアギャップＡＧ７（中空部）が形成されている。そして、エアギャップＡＧ７は、エアギャップＡＧ７１（第１中空部）とエアギャップＡ７１上に形成されたエアギャップＡＧ７２（第２中空部）を備えている。
【００６２】
そして、図１３に示すように、エアギャップＡＧ７２の幅は、エアギャップＡＧ７１の幅より狭くなっている。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００６３】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態７に係る固体撮像素子において、エアギャップＡＧ７は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、コンタクト層間膜７とヴィア層間膜９の２層に適用することで形成できる。ここで、エアギャップＡＧ７２形成のための溝は、エアギャップＡＧ７１形成のための溝に比べて細くなるように形成する。その他の固体撮像素子の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６４】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態７に係る固体撮像素子は、上層のエアギャップＡＧ７２の幅が、下層のエアギャップＡＧ７１の幅に比べて狭く形成されているので、エアギャップＡＧ７２に囲われる面積は、エアギャップＡＧ７１に囲われる面積よりも広くできる。そのため、エアギャップＡ７１の幅と同一の幅で下層から上層までエアギャップを形成するよりも、斜め入射光がエアギャップＡＧ７に囲まれた領域に入り込み易くなり（光がけられにくくなり）、センサの特性を向上できる。
【００６５】
なお、エアギャップＡＧ７は、幅の太いエアギャップＡＧ７１と細いエアギャップＡＧ７２を連続して形成する必要はなく、例えば、実施の形態６に示したように、コンタクト層間膜７のメタル配線８下に幅の太いエアギャップＡＧ７１を形成し、メタル配線８をストッパにしてヴィア層間膜９をエッチングすることで、細い幅のエアギャップＡＧ７２をメタル配線８上に形成してもよい。
【００６６】
＜実施の形態８＞
＜Ａ．構成＞
図１４は、本実施の形態８に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。図１４は、図２のＢ−Ｂ線断面に対応している。画素内の回路を構成するＭＯＳトランジスタが、半導体基板１に形成され、かつフォトダイオード２に隣接して配置されている。ＭＯＳトランジスタのＮ+拡散層３が、フォトダイオード２に隣に配置されている。
【００６７】
半導体基板１上に、フォトダイオード２とＮ+拡散層３にまたがるように、ゲート絶縁膜２２が形成され、ゲート絶縁膜２２上には、ゲート電極４が形成されている。エアギャップＡＧ８がフォトダイオード２の中央部を囲うように形成されている。そして、エアギャップＡＧ８は、ゲート電極４上に配置された領域を備えている。その他の構成は、実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００６８】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態８に係る固体撮像素子においては、エアギャップＡＧ８は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、コンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９及びパッシベーション膜１１に適用することで形成することができる。その他の固体撮像素子の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６９】
＜Ｃ．効果＞
実施の形態４や実施の形態５では、エアギャップ形成のための溝を開口するためのドライエッチングを反射防止膜１７やＰウェル領域３８上においてストップする発明について説明した。本実施の形態８では、エアギャップ形成のための溝を開口するためのドライエッチングをゲート電極４上でストップしている。通常、ゲート電極４に対するコンタクトホール（第１層目のメタル配線８への接続孔）は、素子分離膜上などの酸化膜厚が厚い領域の上で行っているが、本実施の形態８では素子分離上または活性領域上、それらの両方にまたがっていてもよい。
【００７０】
本実施の形態８に係る固体撮像素子は、実施の形態４や実施の形態５のように反射防止膜１７や半導体基板１と同電位の領域を新たに設けるような工程は不要であり、製造コストを低減できる。また、ドライエッチングをストップするゲート電極４は、画素内の回路を構成するＭＯＳトランジスタに使用しているものであり、新たに工程を追加して設けるものではない。
【００７１】
そのため、製造コストが増加することはない。さらに、ゲート電極４は、回路を構成するために使用しているゲート電極であってもよいし、または電位的にはフローティングのゲート電極であってもよく、エアギャップＡＧ８には導電性がないので、全く問題とならない。なお、ゲート電極４上のエアギャップＡＧ８の下端は、ゲート電極４内に存在してもよく、ゲート電極４の高さよりも上の位置に存在していてもよい。
【００７２】
＜実施の形態９＞
＜Ａ．構成＞
図１５は、本実施の形態９に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。図１６は、本実施の形態９に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。図１５は、図１６のＣ−Ｃ線断面図に対応している。最上層の配線であるメタル配線１０を覆うようにパッシベーション膜１１が形成されている。そして、パッシベーション膜１１上に各画素においてＲ／Ｇ／Ｂのどれかの光のみを通過させるカラーフィルタ２５が形成されている。図１５，１６に示すように、エアギャップＡＧ９（中空部）が、フォトダイオード２の中央部を平面視で囲うようにカラーフィルタ２５内に形成され、かつ最上層の配線であるメタル配線１０上に配置されている。
【００７３】
カラーフィルタ２５上には、入射光を集光するためのマイクロレンズ２３が形成されている。ここで、マイクロレンズ２３とエアギャップＡＧ９の上端との間にも隙間が存在している。その他の構成は、実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【００７４】
なお、図１５において、エアギャップＡＧ９は、センサデバイス再表面上のパッシベーション膜１１上でストップするように形成しているが、最上層のメタル配線１０上でストップするように形成してもよい。
【００７５】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態９に係る固体撮像素子おいては、エアギャップＡＧ９は、実施の形態１において説明したエアギャップＡＧ１の形成方法を、カラーフィルタ２５に適用することで形成することができる。その他の固体撮像素子の製造方法は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００７６】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態９に係る固体撮像素子は、カラーフィルタ２５内にもエアギャップＡＧ９が存在することで、隣接画素への光の入射が抑制できる。さらに、エアギャップＡＧ９を形成するために、カラーフィルタ２５をエッチングする工程において、パッシベーション膜１１または最上層のメタル配線１０でエッチングをストップできるので、製造マージンを非常に大きくできる。また、マイクロレンズ２３とエアギャップＡＧ９の上端との間に隙間が存在することで、マイクロレンズ２３のギャップが非常に小さい場合や無い場合に、マイクロレンズ端で集光された光が効率良くエアギャップＡＧ９に囲まれた領域に導かれる。
【００７７】
カラーフィルタ２５の表面から半導体基板表面までドライエッチングを行うことでエアギャップＡＧ９を形成すると、長時間のドライエッチング処理によってクリーニング頻度が増加する。また、最も懸念されるのが異物発生による歩留まり低下である。しかし、本実施の形態９に係る固体撮像素子は、長時間のドライエッチング処理もないので、安定して高い歩留まりで製造できる。
【００７８】
なお、本実施の形態９では、カラーフィルタ２５内にエアギャップＡＧ９を形成するようにしたが、コンタクト層間膜７やヴィア層間膜９にエアギャップをさらに形成してもよい。
【００７９】
＜実施の形態１０＞
＜Ａ．構成＞
図１７は、本実施の形態１０に係る固体撮像素子の構成を示す断面図である。本実施の形態１０に係る固体撮像素子は、メタル配線８に接するようにエアギャップＡＧ１０（中空部）が形成されている。また、本実施の形態１０に係るエアギャップＡＧ１０は、メタル配線８をマスクに用いて自己整合的に形成したエアギャップである。その他の構成は、実施の形態１と同様であり同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８０】
＜Ｂ．製造方法＞
次に、図１８，１９を参照して本実施の形態１０に係る固体撮像素子の製造方法について説明する。図１８，１９は、本実施の形態１０に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。まず、通常の工程に従って、コンタクト層間膜７上にメタル配線８が形成された半導体基板１を準備する。次に、ＣＶＤ法により、メタル配線８を覆うようにコンタクト層間膜７上に酸化膜を成膜し、ＣＭＰ法により平坦化することで、層間膜４１を形成する。次に、写真製版工程により、平面視で開口部４２がメタル配線８に重なるようにフォトレジスト４０を層間膜４１上に形成する。
【００８１】
次に、図２０に示す工程では、ドライエッチングにより、フォトレジスト４０をマスクに用いて層間膜４１及びコンタクト層間膜７をエッチングすることにより、溝４３を形成する。このとき、メタル配線８がマスクとなって、メタル配線８に接するように自己整合的に溝４３が形成される。
【００８２】
フォトレジスト４０を除去した後、ステップカバレッジの悪い膜で溝４３内を埋め込む。このとき、ステップカバレッジの悪い膜では、溝４３内を完全に埋め込むことができず、エアギャップＡＧ１０が形成される。以上の工程により、本実施の形態１０に係る固体撮像素子は、自己整合的にエッチングを行うことで、メタル配線８に接するようにエアギャップＡＧ１０が形成される。続いて、エアギャップＡＧ１０を形成した後、最上層のメタル配線１０の形成、パッシベーション膜１１の成膜等の工程を経て固体撮像素子を得ることができる。
【００８３】
＜Ｃ．効果＞
従来は、メタル配線８にぶつからないように、メタル配線８とある程度の間隔をあけてエアギャップ形成のための溝を形成しなければならず、結果としてエアギャップ形成のための溝を中央のフォトダイオード２側に寄せなければならなかった。その結果、エアギャップが囲む面積が小さくなり、光が入射しにくくなるという欠点があった。
【００８４】
本実施の形態１０に係る固体撮像素子は、エアギャップ形成のためのドライエッチングを行う際にマスクとなるフォトレジスト４０の開口部４２を予めメタル配線８にまでかかるように形成している。一般的にエアギャップＡＧ１０は、メタル配線８にはぶつからないように形成するが、本実施の形態１０では、メタル配線８を使用して自己整合的なエアギャップ形成のドライエッチングを行うことを特徴としている。そのため、メタル配線８にエアギャップＡＧ１０を近づけることができる。その結果、エアギャップＡＧ１０の囲む領域が広くなるので、光の入射光量を大きくできる。
【００８５】
なお、本実施の形態１０では、メタル配線８をマスクに用いてエアギャップを形成する方法について説明したが、メタル配線１０をマスクに用いても同様に自己整合的にエアギャップを形成することができる。
【００８６】
＜実施の形態１１＞
＜Ａ．構成＞
図２０は、本実施の形態１１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。ＭＯＳトランジスタが、半導体基板１に形成され、かつフォトダイオード２に隣接するように配置されている。そして、エアギャップＡＧ１１（中空部）が、平面視でＭＯＳトランジスタのゲート電極４を挟むように形成されている。つまり、エアギャップＡＧ１１は、ゲート電極４上には形成されておらず、平面視でリング形状のように線が閉じた形状ではなく、線が閉じてない形状で形成されている。
【００８７】
なお、エアギャップＡＧ１１は、直線形状のエアギャップを４つ組み合わせることにより形成してもよい。この際、４つのエアギャップが図２０に示すように、連続的に繋がって形成される必要はなく、４つのエアギャップが離れて形成されてもよい。その他の構成は、実施の形態１の図２と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８８】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態１１に係る固体撮像素子の製造方法は、平面視でゲート電極４を挟むようにエアギャップＡＧ１１を形成することを除いて、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００８９】
＜Ｃ．効果＞
ゲート電極４上にエアギャップを形成するには、エアギャップ形成のためのドライエッチングをゲート電極４上にも行う必要がある。その際に、ゲート電極４は通常、活性領域より高い位置に存在するので、ゲート電極４上のエアギャップ形成のための溝だけが溝幅が大きくなり、キャップしにくくなるという欠点がある。
【００９０】
本実施の形態１１に係る固体撮像素子は、ゲート電極４上にエアギャップＡＧ１１を形成していないので、エアギャップＡＧ１１となる溝をキャップしにくくなることがなく、ほぼ均一な幅のエアギャップＡＧ１１を形成できる。
【００９１】
また、エアギャップをゲート電極４を避けるようにリング形状に形成した場合、エアギャップが囲う領域の面積が小さくなり、マイクロレンズによる集光率が高くない場合には入射光の収集効率が劣化する可能性がある。本実施の形態１１に係る固体撮像素子では、エアギャップＡＧ１１をリング形状に形成していないため、エアギャップＡＧ１１が囲う面積を広くとることができ、入射光の収集効率が劣化することがない。
【００９２】
＜実施の形態１２＞
＜Ａ．構成＞
図２１は、本実施の形態１２に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。本実施の形態１２に係る固体撮像素子では、平面視で５角形以上の角をもつ多角形のエアギャップＡＧ１２（中空部）が形成されている。図２１の例では、８角形のエアギャップＡＧ１２を形成している。その他の構成は、実施の形態１の図２と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９３】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態１２に係る固体撮像素子の製造方法は、多角形にエアギャップＡＧ１２を形成することを除いて、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００９４】
＜Ｃ．効果＞
通常のように、長方形や正方形の形状をしたエアギャップであると、図２２に示すように、エアギャップ形成のために開口した溝４４の上辺の溝幅は、直線部分の溝幅Ａに比べてコーナー部分の溝幅Ｂの方が大きくなる。ここで、図２２は、平面視で、長方形若しくは正方形に形成された溝４４の一部の構成を示す図である。
【００９５】
この溝の上辺の幅の違いが、溝をキャップするときの特性に影響を与える。つまり、上辺の幅が大きくなるほど、キャップされにくくなり、キャップするために必要なデポ膜厚を厚くしなければならない。デポする膜厚が厚くなると、例えばコンタクト層間膜７にコンタクトホールを形成しようとすると、コンタクトホールの深さが深くなりホール径が小さくなることで、歩留まりの劣化に繋がることが懸念される。
【００９６】
本実施の形態１２では、コーナー部分の上辺の幅を小さくするために５角形以上の多角形の形にエアギャップＡＧ１２を形成している。その結果、エアギャップＡＧ１２となる溝の上辺の幅が、コーナー部分と直線部分でほぼ同一となり、溝をキャップするために必要なデポ膜厚を均一にできる。その結果、歩留まりの劣化を抑制できる。
【００９７】
なお、本実施の形態１２に係る固体撮像素子は、多角形の辺が閉じたエアギャップＡＧ１２について説明したが、例えば、多角形の一部が繋がっていなくてもよく、結果として直角に曲がる部分を直角よりも小さい角度で曲げることによって溝をキャップし易くなっていればよい。また、エアギャップを円形とすると、溝幅を全周にわたって均一にできる。
【００９８】
＜実施の形態１３＞
＜Ａ．構成＞
図２３は、本実施の形態１３に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。本実施の形態１３に係るパッシベーション膜１１上に層内レンズ（インナーレンズ）２９が形成されている。ここで、層内レンズ２９とは、カラーフィルタ上に形成されるマイクロレンズとは異なり、固体撮像素子を形成する材料と同じものを使用して、最上層のメタル配線１０の上方に設けられるレンズである。層内レンズ２９の材質としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2）よりも屈折率の高いシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）などがよく使用される。
【００９９】
本実施の形態１３では、固体撮像素子の内部に層内レンズ２９とエアギャップＡＧ１３（中空部）の両方が存在している。そして、エアギャップＡＧ１３の高さは、層内レンズ２９により集光される入射光Ｌ１を遮らない高さに設定されている。ここで、集光可能範囲Ｒ１は、層内レンズ２９により入射光を集光可能な範囲を示している。その他の構成は実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【０１００】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態１３に係る固体撮像素子の製造方法は、層内レンズ２９を形成する他は、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１０１】
＜Ｃ．効果＞
例えば、曲率が固定された層内レンズ２９のみが設けられた固体撮像素子では、コンタクト層間膜７、ヴィア層間膜９及びパッシベーション膜１１のトータルの膜厚がばらつくと、層内レンズ２９の形状がばらついてフォトダイオード２上に光をうまく集光できず、隣接画素に光が入射するおそれがある。
【０１０２】
一方、エアギャップだけが設けられた固体撮像素子は、エアギャップの高さが低いと斜め入射光が、エアギャップ上を通って隣接画素へ入射するおそれがある。そのため、エアギャップを最上層のメタル配線１０以上に高くする必要があり、エアギャップ形成のためのドライエッチング時の異物発生に伴う歩留まり低下が懸念される。
【０１０３】
本実施の形態１４に係る固体撮像素子は、層内レンズ２９で集光できる集光可能範囲Ｒ１にまで、エアギャップＡＧ１３の高さを高くしている。そのため、隣接画素への光の入射はほぼ完全に抑制することができる。その結果、製造マージンも大きくすることができ、歩留まり向上だけでなく、生産効率も向上させることができる。
【０１０４】
＜実施の形態１４＞
＜Ａ．構成＞
図２４は、本実施の形態１４に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。本実施の形態１４に係る固体撮像素子は、平面視で、６角形の層内レンズ２９と相似形状のエアギャップＡＧ１４（中空部）が形成されている。その他の構成は、実施の形態１２と同様であり、実施の形態１２と同一の構成には同一の符号を付し重複する説明は省略する。
【０１０５】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態１４に係る固体撮像素子の製造方法は、層内レンズ２９と相似形状のエアギャップＡＧ１４を形成する他は実施の形態１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【０１０６】
＜Ｃ．効果＞
図２５は、平面視で、長方形状のエアギャップＡＧ１４Ｄと、８角形の層内レンズ２９を備える固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。このような固体撮像素子では、層内レンズ２９により領域Ｒ２に集光された光は、エアギャップＡＧ１４Ｄ内に入ることができない。
【０１０７】
本実施の形態１４に係る固体撮像素子は、図２４に示すように、平面視で層内レンズ２９と相似形状のエアギャップＡＧ１４が形成されているため、効率良く光を集光できる。以上説明したように、本実施の形態１４は、エアギャップＡＧ１４と層内レンズ２９の平面形状が相似形であればよく、例えばエアギャップＡＧ１４が６角形であるが角の部分が切れて６つの辺だけになっていてもよい。
【０１０８】
＜実施の形態１５＞
＜Ａ．構成＞
図２６は、本実施の形態１５に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。実施の形態１と同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。半導体基板１に形成されたＰウェル領域３８の表層部に、Ｎ-領域３６から所定間隔隔ててＮ+拡散層３が形成されている。そして、ゲート電極４がゲート絶縁膜２２を介して、Ｐ+領域３５、及びＮ-領域３６、Ｐウェル領域３８を覆うように半導体基板１上に形成されている。ゲート電極４の側壁には、サイドウォール３２が形成されている。
【０１０９】
ここで、図２６中において、フォトダイオード２は、表面Ｐ+領域３５及びＰウェル領域３８とＮ-領域３６との間の接合で形成されている。そして、図２６に示すように、ＳＴＩなどの素子分離膜３３が、フォトダイオード２及びＭＯＳトランジスタなどが形成される活性領域を平面視で囲うように形成されている。エアギャップＡＧ１５（中空部）が、半導体基板１に形成され、かつ素子分離膜３３の下に配置されている。ここで、エアギャップＡＧ１５は、素子分離膜３３を形成するための溝内に配置されている。
【０１１０】
＜Ｂ．製造方法＞
次に、本実施の形態１５に係る固体撮像素子の製造方法について説明する。エアギャップＡＧ１５の形成方法以外は、従来と同様であるため、エアギャップＡＧ１５の製造方法についてのみ説明する。まず、半導体基板１にＳＴＩなどのように溝（トレンチ）を形成する。次に、溝内に絶縁膜を埋め込む時に、溝を完全に埋め込まないようにする。
【０１１１】
すなわち、一般的にＳＴＩでは半導体基板表面にトレンチを形成し、そこに酸化膜を埋め込むことで形成するが、その際にトレンチを完全に埋め込まないことにより、エアギャップ３４を形成する。具体的には、埋め込み特性の悪いＰ−ＳｉＯ膜等の酸化膜を用いて埋め込みを行う。その結果、エアギャップＡＧ１５と、エアギャップＡＧ１５を取り囲んで蓋をするように素子分離膜３３が形成される。
【０１１２】
＜Ｃ．効果＞
本実施の形態１５に係る固体撮像素子は、エアギャップＡＧ１５を備えているので、斜め入射光が半導体基板１内で隣接する画素に抜けていくことを抑制することができ、結果として画素間クロストークの抑制や感度の向上を実現できる。また、誘電率の低い中空部を素子分離内に設けることにより、素子分離本来の分離特性を向上することもできる。
【０１１３】
なお、本実施の形態１５においても、実施の形態１、２のように、コンタクト層間膜７やヴィア層間膜９内にエアギャップをさらに形成してもよい。
【０１１４】
＜実施の形態１６＞
＜Ａ．構成＞
図２７は、本実施の形態１６に係る固体撮像素子の構成を示す断面図である。本実施の形態１６に係る固体撮像素子は、素子分離膜３３に囲われた領域に、フォトダイオード２に隣接するように、Ｐウェル領域３８よりもＰ型の不純物が高濃度に添加されたＰ++領域３７（第３不純物領域）が形成されている。その他の構成は実施の形態１５と同様であり、同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１５】
＜Ｂ．製造方法＞
本実施の形態１６に係る固体撮像素子は、フォトダイオード２と素子分離膜３３間にイオン注入などにより、Ｐ++領域３７を形成する。その他の製造方法は、実施の形態１５と同様であるので詳細な説明は省略する。
【０１１６】
＜Ｃ．効果＞
実施の形態１５のように半導体基板１内をエアギャップＡＧ１５で分離すると、フォトダイオード２内に存在する金属原子がゲッタリングされにくくなり、暗電流による劣化が懸念される。
【０１１７】
そこで、本実施の形態１６に係る固体撮像素子は、エアギャップ３４に囲まれた領域内において、金属原子をゲッタリングできる不純物を高濃度に添加したＰ++領域３７を設けている。そのため、エアギャップ３４に囲まれた領域内でもゲッタリングの効果を得ることができる。その結果、暗電流を抑制できる。なお、Ｐ++領域３７は、エアギャップＡＧ１５の左右や下側の半導体基板１に設けても効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す上面図である。
【図３】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図６】実施の形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図７】実施の形態１に係る従来の固体撮像素子の構成を示す断面図である。
【図８】実施の形態２に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図９】実施の形態３に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１０】実施の形態４に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１１】実施の形態５に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１２】実施の形態６に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１３】実施の形態７に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１４】実施の形態８に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１５】実施の形態９に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図１６】実施の形態９に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。
【図１７】実施の形態１０に係る固体撮像素子の構成を示す断面図である。
【図１８】実施の形態１０に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図１９】実施の形態１０に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図２０】実施の形態１１に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。
【図２１】実施の形態１２に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。
【図２２】実施の形態１２に係る平面視で、長方形若しくは正方形に形成された溝の一部の構成を示す平面図である。
【図２３】実施の形態１３に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図２４】実施の形態１４に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。
【図２５】実施の形態１４に係る平面視で、長方形状のエアギャップと、６角形の層内レンズを備える固体撮像素子の画素領域の構成を示す平面図である。
【図２６】実施の形態１５に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【図２７】実施の形態１６に係る固体撮像素子の画素領域の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  半導体基板、２  フォトダイオード、３  拡散層、４  ゲート電極、５  コンタクトホール、６  エアギャップ、７  コンタクト層間膜、８，１０  メタル配線、９  ヴィア層間膜、１１  パッシベーション膜、１２  ＢＰＴＥＯＳ膜、１３，１６  酸化膜、１４  溝、１７  反射防止膜、ＡＧ１〜ＡＧ５，ＡＧ７〜ＡＧ１５，ＡＧ１Ｄ，ＡＧ１４Ｄ，ＡＧ６１，ＡＧ６２，ＡＧ７１，ＡＧ７２  エアギャップ、２２  ゲート絶縁膜、２３  マイクロレンズ、２５  カラーフィルタ、２９  層内レンズ、３２  サイドウォール、３３  素子分離膜、３５  Ｐ+領域、３６  Ｎ-領域、３７  Ｐ++領域、３８  Ｐウェル領域、４０  フォトレジスト、４１  層間膜、４２  開口部、４３，４４  溝、Ｌ１  入射光、Ｌ２  迷光。
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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