(57)【要約】【課題】スミア特性のばらつきが少ない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、入射光を光電変換する光電変換部が形成され、光電変換部の周囲に下地層を形成し、下地層を覆うように金属膜を形成し、金属膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成する撮像素子の製造方法であって、下地層の上方に堆積させた金属膜同士の間隔が、開口部の目標寸法と略同じとなる厚みで金属膜を形成し、その後、金属膜上にフォトリソグラフィによってレジスト層をパターニングし、異方性エッチングにより開口部を形成する。【選択図】図４
2008117911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、入射光を光電変換する光電変換部が形成され、前記光電変換部の周囲に下地層を形成し、前記下地層を覆うように金属膜を形成し、前記金属膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成する撮像素子の製造方法であって、
前記下地層の上方に堆積させた前記金属膜同士の間隔が、前記開口部の目標寸法と略同じとなる厚みで前記金属膜を形成し、その後、前記金属膜上にフォトリソグラフィによってレジスト層をパターニングし、異方性エッチングにより前記開口部を形成することを特徴とする撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記金属膜を堆積させた後、エッチバックを行うことで、前記下地層の上方の厚みを薄くすることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記光電変換部の周囲に、該光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送電極を形成し、前記電荷転送電極を覆うように、前記金属膜からなる遮光膜を形成し、前記遮光膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで前記開口部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の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、撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子は、例えば、シリコンなどからなる半導体基板に、ウエル領域、電荷転送領域、チャンネルストップ領域、フォトダイオードなどの光電変換部が形成され、半導体基板上にポリシリコン等の電荷転送電極が形成され、該電荷転送電極の上方に遮光膜が形成された固体撮像素子がある。固体撮像素子において、遮光膜には光電変換部の上方に対応する部分に開口部がパターニングにより形成されている。固体撮像素子は、照射した光が光電変換部にのみ入射するとともに、電荷転送電極に入射することを回避する構成である。従来の固体撮像素子としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３４７３７４号公報
【特許文献２】特開２００６−１５６５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、固体撮像素子の製造方法では、タングステン（W）やアルミニウム（Al）などからなる遮光膜に開口部を形成する際に、マスクとなるレジストを形成した後で、フォトリソグラフィ工程によって遮光膜の開口部の部位を除去する。このとき、マスク位置が開口部の適正な位置とのズレが生じると、エッチングプロセスを行った後で、形成された開口部の開口端部と周囲の電荷転送電極との距離に偏りが生じてしまうことがある。すると、開口部の開口端部と電荷転送電極との距離が小さい領域では、開口部から入射した光が電荷転送電極に入射してしまい、スミア特性にばらつきが大きくなる点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、スミア特性のばらつきが少ない撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記によって達成される。
（１）半導体基板上に、入射光を光電変換する光電変換部が形成され、前記光電変換部の周囲に下地層を形成し、前記下地層を覆うように金属膜を形成し、前記金属膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成する撮像素子の製造方法であって、前記下地層の上方に堆積させた前記金属膜同士の間隔が、前記開口部の目標寸法と略同じとなる厚みで前記金属膜を形成し、その後、前記金属膜上にフォトリソグラフィによってレジスト層をパターニングし、異方性エッチングにより前記開口部を形成することを特徴とする撮像素子の製造方法。
（２）前記金属膜を堆積させた後、エッチバックを行うことで、前記下地層の上方の厚みを薄くすることを特徴とする上記（１）に記載の撮像素子の製造方法。
（３）前記光電変換部の周囲に、該光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送電極を形成し、前記電荷転送電極を覆うように、前記金属膜からなる遮光膜を形成し、前記遮光膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで前記開口部を形成することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の撮像素子の製造方法。
【０００７】
本発明の撮像素子の製造方法は、下地層に金属膜を堆積させる際に、金属膜に形成する開口部の目標寸法に合わせて、下地層上の金属膜同士の隙間を形成している。このとき、金属膜同士の隙間と開口部の目標寸法を同じとなるように、厚く金属膜を堆積させることで、金属膜上にフォトリソグラフィによってパターン形成するレジスト層の位置合わせが行いやすくなる。こうすることで、金属膜に形成された開口部の開口端部と周囲の下地層との距離に偏りが生じてしまうことを防止でき、パターン形成の精度が向上する。
【０００８】
また、本発明において、光電変換部の周囲に、該光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部を形成し、電荷転送部を覆うように、金属膜からなる遮光膜を形成し、遮光膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成することが好ましい。こうすれば、固体撮像素子の製造工程において、光電変換部上の遮光膜の開口部の開口端部と電荷転送部との距離が一定となるように形成することができ、開口部から入射した光が電荷転送部に入射してしまい、スミア特性にばらつきが生じることを抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、スミア特性のばらつきが少ない撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明にかかる実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、撮像素子の構成を説明する断面図である。図２から５は、本実施形態の撮像素子の製造工程の一部を示す断面図である。なお、以下の実施形態においては、撮像素子の一例として固体撮像素子の構成を用いて説明するが、特にこれに限定されず、例えばＣＭＯＳ型の撮像素子であってもよい。
【００１１】
本実施形態の撮像素子１０は、シリコンや化合物半導体からなる半導体基板１１上に、フォトダイオード等の光電変換部３２が形成されている。また、図示しないが、半導体基板１１には、ウエル領域、チャンネルストップ領域が形成されている。
【００１２】
半導体基板１１の光が入射する側の面には、ゲート絶縁膜１２が形成されている。ゲート絶縁膜１２は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）からなる３層構造とすることでいわゆるＯＮＯ膜構造となっていてもよい。
【００１３】
半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１２を介して、光電変換部３２で生じた電荷を転送するための電荷転送部として機能する電荷転送電極１４が形成されている。電荷転送電極１４は、それぞれポリシリコンで形成された第１電荷転送電極１４ａと第２電荷転送電極１４ｂとから構成されている。
【００１４】
なお、本実施形態の撮像素子１０は、第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂが単一の層に形成された、いわゆる単層電極構造を有している。しかし、電荷転送部として機能すれば、電荷転送電極の構造は特に限定されず、例えば、第１電荷転送電極１４ａの上方に第２電荷転送電極１４ｂの一部が積層された、いわゆる２層電極構造としてもよい。
【００１５】
第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂ上は、シリコン酸化膜などの絶縁膜１６で覆われており、第１電荷転送電極１４ａと第２電荷転送電極１４ｂとは電極間絶縁膜１６ａによって電気的に絶縁されている。
【００１６】
また、半導体基板１１の上面の光電変換部３２上の領域及び第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂ上の一部の領域にわたって、シリコン窒化膜などからなる反射防止膜１８が形成されている。反射防止膜１８における、第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂ上には、シンター処理時に水素を通過させるための開口が形成されている。
【００１７】
反射防止膜１８上には、シリコン酸化膜などの絶縁膜２２が形成されている。また、絶縁膜２２上には、第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂを覆うように、タングステンやアルミニウム等の遮光膜２４が形成されている。遮光膜２４の光電変換部３２上には開口部２４ａが形成されている。
【００１８】
絶縁膜２２及び遮光膜２４上には、パッシベーション膜などを含む平坦化層２６が形成されている。平坦化層２６の上層には、複数の光電変換部３２のそれぞれの上方にＲＧＢのいずれかの光を透過するカラーフィルタがそれぞれパターン配列されたカラーフィルタ層２８が形成されている。カラーフィルタ層２８の上面には、入射する光を下方に位置する光電変換部３２へ集光するためのマイクロレンズ３４が形成されている。
【００１９】
また、撮像素子１０は、本実施形態の構成に限定されず、例えば、マイクロレンズ３４によって集光された入射光を効率良く光電変換部３２に入社させるための層内レンズなどが形成されていてもよい。
【００２０】
次に、本実施形態の撮像素子１０の製造方法の手順を図２から５に基づいて説明する。なお、以下で説明する製造方法の手順の前後の手順については、従来より行われている工程を用いることができるため、特に説明せず省略する。
【００２１】
図２に示すように、半導体基板１１に不純物イオンをドーピングして光電変換部などを形成した後、半導体基板１１上にゲート絶縁膜１２を形成する。ゲート絶縁膜１２上に、第１電荷転送電極１４ａ及び第２電荷転送電極１４ｂを形成し、その上に酸化シリコン膜からなる絶縁膜１６を形成する。さらに、半導体基板１１上に窒化シリコン膜からなる反射防止膜１６を形成し、反射防止膜１６における電荷転送部上に、フォトリソグラフィ工程を用いてシンター時に水素を通過させるための開口を形成する。その後、反射防止膜１６上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜２２を形成する。
【００２２】
絶縁膜２２上に、タングステン又はアルミニウムからなる遮光膜２４を半導体基板１１の上面全体に所定の厚さ（膜厚０．２μｍ〜０．４μｍ）で堆積させる。この状態で、電荷転送部１４の上方に堆積された遮光膜２４の隆起した凸部同士の間の間隔をＷ１とする。このとき、間隔Ｗ１が遮光膜２４を厚く堆積させるほど小さくなる。本実施形態では、間隔Ｗ１が、図１に示す撮像素子の開口部２４ａの目標寸法Ｗと略同じとなるように、遮光膜２４を適正な厚さで堆積させる。遮光膜２４を形成する手法としては、例えば、ＣＶＤを用いることができる。
【００２３】
次に、図３に示すように、遮光膜２４を形成した後、異方性ドライエッチングを用いて、ゲート絶縁膜１２及び電荷転送部１４の上方に堆積した遮光膜２４の図中上下方向の厚みを所定の厚みＴとなるようにエッチバック処理を施す。異方性ドライエッチングによってエッチバック処理を行う際に、電荷転送部１４の側面に堆積した遮光膜２４にはエッチバックの影響を及ぼさないようにすることで、電荷転送部１４の上方に堆積された遮光膜２４同士の間隔Ｗ１が変化しない。
【００２４】
エッチバック処理の後、図４に示すように、フォトリソグラフィ工程によって、マスクとなるレジスト層Ｒをパターン形成する。このとき、レジスト層Ｒにおける開口部に対応する部位の開口幅をＷ２としたとき、開口幅Ｗ２が電荷転送部１４の上方に堆積された遮光膜２４同士の間隔Ｗ１より大きくなる。
【００２５】
レジスト層Ｒを形成した後、異方性エッチングを行う。図５に示すように、異方性エッチングによって電荷転送部１４の側部に堆積した遮光膜２４の一部がエッチングされる。また、遮光膜２４における、光電変換部３２上の開口部２４ａに相当する領域に存在する部位がエッチングされることで開口する。こうすることで、遮光膜２４に目標寸法Ｗとほぼ等しい寸法で開口部２４ａを形成することができる。
【００２６】
本実施形態の製造方法によれば、光電変換部３２の周囲に、該光電変換部３２で生じた電荷を転送する電荷転送部１４を形成し、電荷転送部１４を覆うように、遮光膜２４を形成し、遮光膜２４にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成することが好ましい。こうすれば、固体撮像素子１０の製造工程において、光電変換部３２上の遮光膜２４の開口部２４ａの開口端部と電荷転送部１４との距離が一定となるように形成することができ、開口部２４ａから入射した光が電荷転送部１４に入射してしまい、スミア特性にばらつきが生じることを抑制することができる。
【００２７】
本実施形態の製造方法は、固体撮像素子の製造方法に限定されず、他の構造の撮像素子に適用することができ、金属膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成する工程を有するものであれば適用することができる。電荷転送部の代わりに光電変換部の周囲に下地層を形成し、下地層を覆うように金属膜を形成し、金属膜にフォトリソグラフィ工程を用いて所定のパターンで開口部を形成する。そして、下地層の上方に堆積させた金属膜同士の間隔が、開口部の目標寸法と略同じとなる厚みで金属膜を形成し、その後、金属膜上にフォトリソグラフィによってレジスト層をパターニングし、異方性エッチングにより開口部を形成する。こうすることで、金属膜に形成された開口部の開口端部と周囲の下地層との距離に偏りが生じてしまうことを防止でき、パターン形成の精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にかかる撮像素子の構成を説明する断面図である。
【図２】本発明にかかる撮像素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図３】本発明にかかる撮像素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図４】本発明にかかる撮像素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる撮像素子の製造工程の一部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    固体撮像素子
１１    半導体基板
１４    電荷転送部
２４    遮光膜
Ｒ    レジスト層
【図１】
2008117911.tif 000003
【図２】
2008117911.tif 000004
【図３】
2008117911.tif 000005
【図４】
2008117911.tif 000006
【図５】
2008117911.tif 000007