(57)【要約】【課題】遮光膜の遮光性を悪化させずに遮光膜の薄膜化を可能とし、感度の向上、白キズの低減を図る。【解決手段】入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部１５上に開口部２６を形成した遮光膜２５を備えた固体撮像素子１であって、前記遮光膜２５は非晶質の金属膜からなることを特徴とし、例えば、遮光膜２５を金属膜で形成した後でセンサ部１５上に開口部２６を形成する前に、遮光膜２５をイオン注入により非晶質化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を備えた固体撮像素子であって、
前記遮光膜は非晶質の金属膜からなる
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記非晶質の金属膜はイオン注入を行って非晶質化された金属膜からなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を形成する工程を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜を金属膜で形成した後で前記センサ部上に開口部を形成する前に、前記遮光膜を非晶質化する処理を行う
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記非晶質化する処理をイオン注入により行う
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記イオン注入は前記金属膜を構成する金属元素よりも重いイオンを注入する
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を備えた固体撮像素子を備えた撮像装置であって、
前記遮光膜は非晶質の金属膜からなる
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スミアを防止する遮光膜を備えた固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＣＣＤ固体撮像素子について、図６の概略構成断面図によって説明する。
【０００３】
図６に示すように、ｎ型半導体基板１１１の表面部に第１ｐ型ウェル領域１１２が形成されている。上記第１ｐ型ウェル領域１１２には、上層よりホール蓄積層となるｐ型拡散層１１３、ｎ型拡散層１１４が積層状態に形成され、第１ｐ型ウエル領域１１２およびｎ型拡散層１１４によって光電変換が行われ、信号電荷を生成するフォトダイオード部１１５が構成されている。
【０００４】
上記フォトダイオード部１１５の一方側における第１ｐ型ウエル領域１１２には、電荷読み出し領域となるｐ型ウエル領域１１６を介して電荷転送部１１７が形成されている。上記電荷転送部１１７（１１７ａ）は、ｎ型ウエル領域１１８と、その下部に形成した第２ｐ型ウエル領域１１９とから構成されている。
【０００５】
また、フォトダイオード部１１５の他方側には、分離用ｐ型ウエル領域１２１を介して、別のフォトダイオードから読み出した電荷を転送する電荷転送部１１７（１１７ｂ）が形成されている。この別の電荷転送部１１７ｂも上記電荷転送部１１７ａと同様に、ｎ型ウエル領域１１８と、その下部に形成した第２ｐ型ウエル領域１１９とから構成されている。上記電荷転送部１１７上には、絶縁膜１２２ａを介して電極１２３（１２３ａ）が形成されている。さらに絶縁膜１２２ｂを介して電極１２３（１２３ｂ）が形成されている。
【０００６】
上記電極１２３を被覆するように、絶縁膜１２４を介して遮光膜１２５が形成され、遮光膜１２５には上記フォトダイオード１１５上に開口部１２６が形成されている。上記遮光膜１２５上には、上記開口部１２６も被覆する透光性の保護膜１２７が形成され、さらに、必要に応じて、透光性の平坦化膜１２８を介してカラーフィルタ（図示せず）が形成されている。通常の固体撮像素子では、図示はしないが、上記開口部１２６上に、さらに透光性の平坦化膜を介してオンチップレンズが形成されている。
【０００７】
次に、上記構成されたＣＣＤ固体撮像素子１０１の動作を説明する。
【０００８】
上記ｐ型拡散層１１３の上方から光が入射すると、ｐ型拡散層１１３、ｎ型拡散層１１４および第１Ｐ型ウエル領域１１２において、光電変換が行われ、電子・ホール対が発生する。発生した電子は、前記フォトダイオード部１１５のｎ型拡散層１１４に集まり、信号電荷として蓄積される。次に、電極１２３にパルス信号が印加されると、信号電荷は、電荷転送部１１７のｎ型ウエル領域１１８に読み出された後、外部取り出し段まで転送され、外部に出力される。これにより、各ＣＣＤ固体撮像素子に入射した光の強度を判定することができる。
【０００９】
上記構成の固体撮像素子では、スミアが発生する。その発生のメカニズムを、図７によって説明する。なお、ｎ型半導体基板１１１、第１Ｐ型ウエル領域１１２の断面を示すハッチングの図示は省略した。
【００１０】
図７に示すように、（Ａ）長波長光により第１Ｐ型ウエル領域１１２近傍で光電変換された電荷が、信号電荷を蓄積するフォトダイオードのＮ型領域にすべて集まらず、ある割合で電荷転送部１１７のｎ型ウエル領域１１８に吸収される。また、（Ｂ）電荷転送部１１７を遮光している遮光膜１２５とｎ型半導体基板１１１の隙間から入射光が乱反射して、ｎ型ウエル領域１１８に直接とびこみ、ｎ型ウエル領域１１８中で光電変換を起こしてしまう。さらに、（Ｃ）遮光膜１２５が完全に光を遮光できず、遮光膜１２５を通過した入射光がｎ型ウエル領域１１８に飛び込んでしまう。
【００１１】
そこで、スミア発生を抑えるため、遮光膜１２５には、タングステン（Ｗ）スパッタリング膜やタングステン（Ｗ）ＣＶＤ膜を数百ｎｍの膜厚に形成したものを用いている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
ところが、画素サイズの微小化により、遮光膜１２５の膜厚が厚いと集光面積が減少されることになるので、感度の低下を引き起こす。また、集光面積を稼ぐために、遮光膜１２５の膜厚を薄くすると、遮光性が悪化し、スミアが悪化する。また、遮光膜の加工では、通常、異方性ドライエッチング技術を用いる。そのため、遮光膜１２５の膜厚が厚いとエッチング時間がかかるため、センサ部に加工ダメージを与え、白キズの原因となる。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２２８９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
解決しようとする問題点は、集光面積を稼ぐために、遮光膜の膜厚を薄くすると、遮光性が悪化し、スミアが悪化するという点である。
【００１５】
本発明は、遮光性を悪化させずに遮光膜の薄膜化を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を備えた固体撮像素子であって、前記遮光膜は非晶質の金属膜からなることを特徴とする。
【００１７】
本発明の固体撮像素子では、遮光膜が非晶質の金属膜からなるので、通常の結晶質の金属膜よりも反射率を高めることができるため、遮光性の向上が図れる。よって、従来の遮光膜の膜厚より薄い膜厚で遮光膜を形成できる。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を形成する工程を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記遮光膜を金属膜で形成した後で前記センサ部上に開口部を形成する前に、前記遮光膜を非晶質化する処理を行うことを特徴とする。
【００１９】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、遮光膜を金属膜で形成した後で前記センサ部上に開口部を形成する前に、前記遮光膜を非晶質化する処理を行うことから、遮光膜は非晶質の金属膜で形成されるため、通常の結晶質の金属膜よりも反射率を高めることができるので、遮光性の向上が図れる。よって、従来の遮光膜の膜厚より薄い膜厚で遮光膜を形成できる。
【００２０】
本発明の撮像装置は、入射光を光電変換して電気信号を出力するセンサ部上に開口部を形成した遮光膜を備えた固体撮像素子を備えた撮像装置であって、前記遮光膜は非晶質の金属膜からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の撮像装置では、本願発明の固体撮像素子を用いることから、上記説明したのと同様に、従来の遮光膜の膜厚より薄い膜厚で遮光膜を形成できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の固体撮像素子によれば、従来の遮光膜の膜厚より薄い膜厚で遮光膜を形成できるため、集光性の向上と集光面積の拡大が可能となり、固体撮像素子の感度を向上できるという利点がある。また、遮光膜の薄膜化により遮光膜の開口部を形成する時のエッチング時間が短くなることで、センサ部への加工ダメージが低減されるので、白キズが低減された固体撮像素子となるという利点がある。
【００２３】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、従来の遮光膜の膜厚より薄い膜厚で遮光膜を形成できるため、集光性の向上と集光面積の拡大が可能となり、固体撮像素子の感度を向上できるという利点がある。また、遮光膜の薄膜化により遮光膜の開口部を形成する時のエッチング時間を短くできるため、センサ部への加工ダメージが低減できるので、白キズを低減することができるという利点がある。
【００２４】
本発明の撮像装置によれば、本願発明の固体撮像素子を備えていることから、感度の向上が図れるので、高感度な撮影が可能になり、また白キズの発生を低減することができるので、高品質な画像が得られるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の固体撮像素子に係る一実施の形態（実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００２６】
図１に示すように、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板１１の表面部に第１導電型とは逆の第２導電型（例えばｐ型）の第１ウエル領域１２が形成されている。上記第１ウエル領域１２には、上層よりホール蓄積層となる第２導電型拡散層（以下ｐ型拡散層という）１３、第１導電型拡散層（以下ｎ型拡散層という）１４が積層状態に形成され、ｐ型ウエル領域１２およびｎ型拡散層１４によって光電変換が行われ、信号電荷を生成するセンサ部（例えばフォトダイオード）１５が構成されている。
【００２７】
上記センサ部１５の一方側における上記第１ウエル領域１２には、電荷読み出し領域となる第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１６を介して電荷転送部１７が形成されている。上記電荷転送部１７（１７ａ）は、第１導電型（ｎ型）ウエル領域１８と、その下部に形成した第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１９とから構成されている。
【００２８】
また、センサ部１５の他方側には、第２導電型（ｐ型）の分離領域２１を介して、別のフォトダイオードから読み出した電荷を転送する電荷転送部１７（１７ｂ）が形成されている。この別の電荷転送部１７ｂも上記電荷転送部１７ａと同様に、第１導電型ウエル領域（以下ｎ型ウエル領域という）１８と、その下部に形成した第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１９とから構成されている。上記電荷転送部１７上には、絶縁膜２２ａを介して電極２３（２３ａ）が形成されている。さらに絶縁膜２２ｂを介して電極２３（２３ｂ）が形成されている。
【００２９】
上記電極２３を被覆するように、絶縁膜２４を介して遮光膜２５が形成されている。この遮光膜２５の上記センサ部１５上には開口部２６が形成されている。
【００３０】
上記遮光膜２５は、例えばイオン注入により非晶質化されたタングステン（Ｗ）膜で形成され、その膜厚は１５０ｎｍ〜３００ｎｍの厚さに形成されている。本実施例では、例えば２００ｎｍの厚さに形成した。上記膜厚は、２００ｎｍよりも薄くなると、遮光性が不十分になり、スミアの発生を来す。一方、開口部２６の面積が小さくなってきた場合、２００ｎｍよりも厚くなると、開口面積が十分に取れなくなるため、感度低下を来す。よって、上記膜厚に設定されることが好ましい。
【００３１】
上記遮光膜２５上には、上記開口部２６も被覆する透光性の保護膜２７が形成され、さらに、必要に応じて、透光性の平坦化膜２８を介してカラーフィルタ（図示せず）が形成されている。通常の固体撮像素子では、図示はしないが、さらに上記開口部２６上方の上記カラーフィルタ上に、透光性の平坦化膜を介してオンチップレンズが形成されている。
【００３２】
次に、上記構成されたＣＣＤ固体撮像素子１の動作を説明する。
【００３３】
上記ｐ型拡散層１３の上方から光が入射すると、ｐ型拡散層１３、ｎ型拡散層１４および第１ウエル領域１２において、光電変換が行われ、電子・ホール対が発生する。発生した電子は、センサ部１５のｎ型拡散層１４に集まり、信号電荷として蓄積される。次に、電極２３にパルス信号が印加されると、信号電荷は、電荷転送部１７のｎ型ウエル領域１８に読み出された後、外部取り出し段まで転送され、外部に出力される。これにより、各ＣＣＤ固体撮像素子に入射した光の強度を判定することができる。
【００３４】
上記固体撮像素子１では、遮光膜２５が非晶質の金属膜、例えば非晶質（アモルファス）のタングステン膜からなるので、通常の結晶質の金属膜（例えばタングステン膜）よりも反射率を高めることができるため、遮光性の向上が図れる。
【００３５】
ここで、非晶質（アモルファス）のタングステン膜の反射率および結晶質のタングステン膜の反射率と、照射光の波長との関係を、図２によって説明する。
【００３６】
図２に示すように、波長が３００ｎｍ〜７００ｎｍの領域ではイオン注入を行ったほうが、反射率がおよそ１．８５倍に高まった。言い換えれば、透過率が大幅に低くなった。このときのイオン注入条件は、イオン種に二フッ化ホウ素（ＢＦ2）を用い、注入エネルギーを２０ｋｅＶ、ドーズ量を３×１０15／ｃｍ2に設定した。
【００３７】
よって、従来の遮光膜が数百ｎｍの膜厚が必要であったのに対して、５０ｎｍ〜１５０ｎｍという薄い膜厚で遮光膜２５を形成できる。このため、遮光膜２５の膜厚を薄くできる分だけ、特に開口部２６の側壁部に形成される膜厚を薄くできる分だけ、センサ部１５の実効的な面積を広くとることができるので、集光性の向上と集光面積の拡大が可能となり、固体撮像素子１の感度を向上させることができるという利点がある。また、遮光膜２５の薄膜化により遮光膜２５の開口部２６を形成する時のエッチング時間が短くなることで、センサ部１５への加工ダメージが低減されるので、白キズが低減された固体撮像素子１となるという利点がある。
【００３８】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、図３および図４の製造工程断面図によって説明する。
【００３９】
既存の製造方法により、図３（１）に示す構成を形成する。すなわち、図３（１）に示すように、第１導電型（例えばｎ型）の半導体基板１１の表面部に第１導電型とは逆の第２導電型（例えばｐ型）の第１ウエル領域１２を形成する。上記第１ウエル領域１２には、上層よりホール蓄積層となる第２導電型拡散層（以下ｐ型拡散層という）１３、第１導電型拡散層（以下ｎ型拡散層という）１４を積層状態に形成し、ｐ型ウエル領域１２およびｎ型拡散層１４によって光電変換が行われるもので、信号電荷を生成するセンサ部（例えばフォトダイオード）１５を構成する。
【００４０】
上記センサ部１５の一方側における上記第１ウエル領域１２に、電荷読み出し領域となる第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１６を介して電荷転送部１７を形成する。上記電荷転送部１７（１７ａ）は、第１導電型（ｎ型）ウエル領域１８と、その下部に形成した第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１９とから構成される。
【００４１】
また、センサ部１５の他方側には、第２導電型（ｐ型）の分離領域２１を介して、別のフォトダイオードから読み出した電荷を転送する電荷転送部１７（１７ｂ）を形成する。この別の電荷転送部１７ｂも上記電荷転送部１７ａと同様に、第１導電型ウエル領域（以下ｎ型ウエル領域という）１８と、その下部に形成した第２導電型（ｐ型）の第２ウエル領域１９とから構成される。上記電荷転送部１７上には、絶縁膜２２ａを介して電極２３（２３ａ）を形成する。さらに絶縁膜２２ｂを介して電極２３（２３ｂ）を形成する。
【００４２】
上記電極２３を被覆するように、絶縁膜２４を介して、上記センサ部１５上に遮光膜２５を形成する。この遮光膜２５は、例えばタングステン膜で形成し、その膜厚が５０ｎｍ〜１５０ｎｍの厚さになるように形成する。
【００４３】
次に、上記遮光膜２５にイオン注入を行って、遮光膜２５を非晶質化（アモルファス化）する。このイオン注入は、例えば、タングステンイオン、モリブデンイオン、ゲルマニウムイオン、フッ化タングステンイオン、二フッ化ホウ素イオン、（一、二、三）フッ化シリコンイオン、（一、二、三）フッ化ゲルマニウムイオン等のイオン種を用いる。また、注入エネルギーは注入イオンが遮光膜２５を突き抜けないエネルギーに設定され、ドーズ量は１０14／ｃｍ2〜１０16／ｃｍ2に設定される。これにより、遮光膜２５が非晶質化される。
【００４４】
非晶質化については、効率よく非晶質化するために、遮光膜２５の構成元素より質量が大きいイオンとして、例えば構成元素の分子イオンを用いることが好ましい。例えばタングステン（Ｗ）膜では、タングステンの分子イオンを用いることができ、また、タングステンイオンよりも重くなるモリブデンの分子イオンを用いることも好ましい。このように、重い分子イオンを用いることで、ドーズ量を少なくできる点で有効である。
【００４５】
本実施例では、遮光膜２５にタングステンを用いたが、例えば、タングステン以外の遮光性を有する金属で非晶質化することで反射率が高まるを用いることもできる。
【００４６】
次に、図３（２）に示すように、上記遮光膜２５に開口部を形成するためのエッチングマスク４１を、上記遮光膜２５上に形成する。このエッチングマスク４１には、通常のリソグラフィー技術によって、上記センサ部１５上に開口部４２を形成する。
【００４７】
次に、図４（３）に示すように、遮光膜２５に開口部２６を形成するエッチングを施す。このときのエッチング条件は、一例として、反応性イオンエッチングにより、エッチングガスにSF6+Cl2ガスを用い、エッチング雰囲気の圧力を約６７０Ｐａ、基板温度を２０℃に設定した。例えば、遮光膜２５が１５０ｎｍの厚さの場合、エッチング時間は３０秒であった。これは、従来の厚膜の遮光膜のエッチング時間と比較して、およそ１．３分の１となる。その後、上記エッチングマスク４１〔前記図３（２）参照〕を除去する。この図面ではエッチングマスク４１を除去した状態を示した。
【００４８】
図示はしないが、その後、上記遮光膜２５上に、上記開口部２６も被覆する透光性の保護膜を形成し、必要に応じて、透光性の平坦化膜を介してカラーフィルタを形成する。さらに、上記開口部２６上方のカラーフィルタ上に、透光性の平坦化膜を介してオンチップレンズを形成する。
【００４９】
上記製造方法では、従来の遮光膜が数百ｎｍの膜厚が必要であったのに対して、５０ｎｍ〜１５０ｎｍという薄い膜厚で遮光膜２５を形成することができる。このため、遮光膜２５の膜厚を薄くできる分だけ、特に開口部２６の側壁部に形成される膜厚を薄くできる分だけ、センサ部１５の実効面積（入射光を受光できる面積）を広くとることができるので、集光性の向上と集光面積の拡大が可能となり、固体撮像素子１の感度を向上させることができるという利点がある。また、遮光膜２５の薄膜化により遮光膜２５の開口部２６を形成する時のエッチング時間が短くなることで、センサ部１５への加工ダメージが低減されるので、白キズが低減された固体撮像素子１となるという利点がある。
【００５０】
また、遮光膜２５の非晶質化を熱処理ではなく、熱工程を必要としないイオン注入によって行ったことから、センサ部１５や電荷転送部１７等における不必要な不純物拡散を防ぐことができる。これにより、高精度な固体撮像素子１の形成が可能になる。
【００５１】
次に、本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図５のブロック図によって説明する。
【００５２】
図５に示すように、撮像装置５０は、固体撮像素子５１を備えている。この固体撮像素子５１の集光側には像を結像させる結像光学系５２が備えられ、また、固体撮像素子５１には、それを駆動する駆動回路５３が接続されている。そして固体撮像素子５１で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路５４が接続されている。上記信号処理回路５４によって処理された画像信号は画像記憶部５５によって記憶される。このような撮像装置５０において、上記固体撮像素子５１には、前記実施の形態で説明した固体撮像素子１を用いることができる。
【００５３】
本発明の撮像装置５０では、固体撮像素子５１に本発明の固体撮像素子１を用いているため、感度の向上が図れるので、高感度な撮影が可能になり、また白キズの発生を低減することができるので、高品質な画像が得られるという利点がある。
【００５４】
なお、本発明の撮像装置５０は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像素子を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の固体撮像素子に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。
【図２】イオン注入の有無によるタングステン遮光膜の反射率と入射光の波長との関係図である。
【図３】本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。
【図４】本発明の固体撮像素子の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。
【図５】本発明の撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。
【図６】従来の固体撮像素子の一例を示した概略構成断面図である。
【図７】従来の固体撮像素子の課題を示した概略構成断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…固体撮像素子、１５…センサ部、２５…遮光膜、２６…開口部
【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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