(57)【要約】【課題】フォトリソグラフィ工程を用いずに光導波路構造を実現する。【解決手段】半導体基板１内に形成された受光部２を有する固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板１上に、受光部２の上方に凹部Ａを有した絶縁層７を形成する工程と、絶縁層７上に光学機能材料層８ａを形成する光学機能材料層形成工程とを備え、光学機能材料層８ａは、その上に形成される層との界面で光を反射させる機能を有し、光学機能材料層８ａ全体をエッチングして、受光部２上方の光学機能材料層８ａに開口を形成する工程と、開口形成後、光学機能材料層８上に絶縁層９を形成する工程とを備え、光学機能材料層形成工程で形成された光学機能材料層８ａは、開口を形成すべき部分の厚みが、それ以外の部分よりも薄くなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成された受光部を有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に、前記受光部の上方に凹部を有した第一の絶縁層を形成する第一の絶縁層形成工程と、
前記第一の絶縁層上に光学機能材料層を形成する光学機能材料層形成工程とを備え、
前記光学機能材料層は、その上に形成される層との界面で光を反射させる機能を有し、
前記光学機能材料層全体をエッチングして、前記受光部上方に開口を有する光学機能層を形成する光学機能層形成工程と、
前記光学機能層形成工程後、前記光学機能層上に第二の絶縁層を形成する第二の絶縁層形成工程とを備え、
前記光学機能材料層形成工程で形成された前記光学機能材料層は、前記開口を形成すべき部分の厚みが、それ以外の部分よりも薄くなっている固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学機能材料層が金属材料からなる固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記金属材料がアルミニウムを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記光学機能材料層が、前記第二の絶縁層よりも低屈折率の材料からなる固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
半導体基板内に形成された受光部を有する固体撮像素子であって、
前記半導体基板上に形成され、前記受光部上方に凹部を有する第一の絶縁層と、
前記第一の絶縁層上に形成され且つ前記受光部上方に開口が形成された光学機能層であって、その上に形成される層との界面で光を反射させる機能を有する光学機能層と、
前記第一の絶縁層及び前記光学機能層の上に形成された第二の絶縁層とを備え、
前記光学機能層は、前記凹部よりも上の位置から前記開口に向かうにしたがって厚みが徐々に薄くなっている固体撮像素子。
【請求項６】
請求項５記載の固体撮像素子であって、
前記光学機能層が金属材料からなる固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６記載の固体撮像素子であって、
前記金属材料がアルミニウムを含む固体撮像素子。
【請求項８】
請求項５記載の固体撮像素子であって、
前記光学機能層が、前記第二の絶縁層よりも低屈折率の材料からなる固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板内に形成された受光部と、前記半導体基板上に形成され、前記受光部上方に開口が形成された遮光層とを有する固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤやＣＭＯＳ型イメージセンサなどの固体撮像素子は、半導体基板の表面に形成された受光部の上方に、入射光の集光効率を向上させるためのオンチップ型のマイクロレンズが設けられた構成のものが知られている。
また、近年では固体撮像素子の小型化及び高密度化が進められており、例えば下記特許文献に示すように、集光効率を更に改善するため、受光部の上層に下凸形状の高屈折率の材料からなる層を形成し、高屈折率材料層の周囲を屈折率の低い材料からなる層で形成することで、マイクロレンズを透過した入射光を、高屈折材料層を透過させて受光部に導く光導波路を形成する構成が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２４２４９号公報
【特許文献２】特開２００３−２４９６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路は、半導体基板の受光部の上方に、フォトリソグラフィ工程を用いてレジストパターンからなるマスクを形成し、このマスクを介して異方性ドライエッチングを行うことで、高屈折材料層を形成するための開口部を形成する。このとき、フォトリソグラフィのレジストパターンの位置が適正でないと、高屈折材料層と下部の受光部との位置にずれが生じてしまい、入射した光を受光部へ適正に導くことができなくなることに起因して、光学特性が劣化してしまう不具合が生じる。このため、フォトリソグラフィの位置合わせには高い位置精度が必要であった。
【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、フォトリソグラフィ工程を用いずに光導波路を形成することが可能な固体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】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に形成された受光部を有する固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板上に、前記受光部の上方に凹部を有した第一の絶縁層を形成する第一の絶縁層形成工程と、前記第一の絶縁層上に光学機能材料層を形成する光学機能材料層形成工程とを備え、前記光学機能材料層は、その上に形成される層との界面で光を反射させる機能を有し、前記光学機能材料層全体をエッチングして、前記受光部上方に開口を有する光学機能層を形成する光学機能層形成工程と、前記光学機能層形成工程後、前記光学機能層上に第二の絶縁層を形成する第二の絶縁層形成工程とを備え、前記光学機能材料層形成工程で形成された前記光学機能材料層は、前記開口を形成すべき部分の厚みが、それ以外の部分よりも薄くなっている。
【０００７】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記光学機能材料層が金属材料からなる。
【０００８】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記金属材料がアルミニウムを含む。
【０００９】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記光学機能材料層が、前記第二の絶縁層よりも低屈折率の材料からなる。
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に形成された受光部を有する固体撮像素子であって、前記半導体基板上に形成され、前記受光部上方に凹部を有する第一の絶縁層と、前記第一の絶縁層上に形成され且つ前記受光部上方に開口が形成された光学機能層であって、その上に形成される層との界面で光を反射させる機能を有する光学機能層と、前記第一の絶縁層及び前記光学機能層の上に形成された第二の絶縁層とを備え、前記光学機能層は、前記凹部よりも上の位置から前記開口に向かうにしたがって厚みが徐々に薄くなっている。
【００１１】
本発明の固体撮像素子は、前記光学機能層が金属材料からなる。
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、前記金属材料がアルミニウムを含む。
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、前記光学機能層が、前記第二の絶縁層よりも低屈折率の材料からなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、フォトリソグラフィ工程を用いずに光導波路を形成することが可能な固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１から図４は、本発明の実施形態である固体撮像素子の製造工程の手順を説明する図である。
まず、シリコン等の半導体基板１内に、フォトダイオード等の受光部２、この受光部２に対応する図示しない電荷転送チャネル、及び受光部２とそれに対応する電荷転送チャネルとの間の電荷読み出し領域等を、公知の手法によって形成する。次に、電荷転送チャネルに電荷転送パルスを供給し、電荷読み出し領域に読み出しパルスを供給するための電極４を半導体基板１上にゲート絶縁層３を介して形成する。電極４は、電荷転送チャネルと電荷読み出し領域の上方に形成される。次に、電極４の周囲を覆う絶縁層５を形成し、半導体基板１全面にタングステン等の遮光層６を形成し、フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって受光部２上方の遮光層６に開口を形成する。ここまでの工程は、公知である。
【００１７】
次に、半導体基板１全面に、ＢＰＳＧ（Boro-phospho silicate glass）などの光透過性を有する絶縁層７を形成し、この絶縁層７をリフローする。この工程により、電極４上の遮光層６のパターンを反映して、絶縁層７に凹部Ａが形成される（図１参照）。
【００１８】
次に、絶縁層７上に金属材料（例えば、光反射率の高いアルミニウム）からなる光学機能材料層８ａをスパッタ法やＣＶＤ法等によって形成する（図２参照）。このとき、電極４上方の光学機能材料層８ａの層厚が最も厚く、層厚が最大となる位置から凹部Ａの底部に向かうにしたがって、光学機能材料層８ａの層厚が徐々に薄くなるように、スパッタ条件又はＣＶＤ条件を調整する。
【００１９】
次に、光学機能材料層８ａ全体をエッチングして、光学機能材料層８ａの受光部２上方に開口を形成し、開口を有した光学機能層８を形成する（図３参照）。このときのエッチング条件は、光学機能材料層８ａのうち受光部２上の一部分は完全に除去でき、その他の部分は層が残るような条件にする。このエッチングにより、受光部２上方の層厚が薄くなっている部分のみが消失して開口が形成される。
【００２０】
エッチングとしては、異方性エッチング、等方性エッチングを使用することができる。異方性エッチングとしては、プラズマエッチング（ドライエッチング）を行う。プラズマエッチングの種類としては、ECR（電子サイクロトロン共鳴）方式、ICP（誘導結合プラズマ）方式などがあり、低圧力で高密度のプラズマによって、エッチングによる形状を一般的に異方性とすることができる。
【００２１】
次に、光学機能層８の上に、パッシベーション膜となる窒化シリコン等の光透過性を有する絶縁層９をＣＶＤ法等によって形成する（図４参照）。これにより、光学機能層８同士の間の領域に絶縁層９が埋め込まれた状態となる。隣接する２つの光学機能層８の間にある絶縁層９に入射した光は、絶縁層９と光学機能層８との界面で反射しながら下方に進み、受光部２へと入射する。つまり、隣接する２つの光学機能層８の間にある絶縁層９に入射した光は、受光部２以外の領域に侵入することなく、そのほとんどが受光部２に入射する。このように、隣接する２つの光学機能層８と、これらで挟まれる絶縁層９とによって、入射光を受光部２に効率的に導く光導波路が構成される。
【００２２】
図５は、本発明の実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。
図５に示す固体撮像素子は、上述した方法で図４に示す状態の素子を形成した後、絶縁層９上に平坦化層１０を形成し、その上に、カラーフィルタ１１を形成し、その上にマイクロレンズ１２を形成することで製造される。マイクロレンズ１２は、１つの光導波路に対応し、この光導波路内に光を集光するように構成されている。
【００２３】
マイクロレンズ１２に光が入射すると、この光が光導波路内に集光され、受光部２へと到達する。光導波路内に入射した光のうち、光学機能層８の表面に入射した光はここで反射しながら下方の受光部２に入射する。そして、受光部２に入射した光が信号電荷に変換され、半導体基板１に形成された転送チャネルによって転送される、信号電荷に応じた信号電圧が固体撮像素子から出力される。
【００２４】
上述した固体撮像素子の製造方法によれば、絶縁層７上に光学機能材料層８ａを形成した後、レジストマスクを用いずに光学機能材料層８ａ全体をエッチングして受光部２上の光学機能材料層８ａのみを完全に除去して開口を形成し、この開口を埋めるように絶縁層９を形成して、光導波路を形成することができる。従来のようにフォトリソグラフィ工程を用いていないため、フォトリソグラフィのレジストパターンの位置ズレに起因する光学特性の劣化を防止することができる。又、フォトリソグラフィ工程を行わないため、製造コストを削減することができる。
【００２５】
又、上述した固体撮像素子の製造方法によれば、図５に示すように、光学機能層８の層厚が、凹部Ａよりも上の位置から光学機能層８の開口に向かうにしたがって徐々に薄くなっている固体撮像素子を製造することができる。このような構成の固体撮像素子によれば、光導波路の容積が大きくなるため、導波できる光を増やすことができ、感度向上を実現することができる。
【００２６】
尚、光学機能材料層８ａ全体をエッチングして光学機能材料層８ａに開口を形成するためには、少なくとも次の条件を満たせば良く、上述した例に限らない。その条件とは、光学機能材料層８ａの開口を形成すべき部分の層厚を、それ以外の部分の層厚よりも薄くし、且つ、該開口を形成すべき部分の光学機能層８ａが完全に除去された状態で、それ以外の部分の光学機能層８ａが残るようなエッチング条件を適用することである。
【００２７】
又、以上の説明では、光学機能材料層８として金属材料を用いるものとしたが、光学機能材料層８は、その上に形成される絶縁層９との界面で光を反射させる反射機能を持たせることができる材料であれば良く、金属材料に限らない。例えば、光学機能材料層８の材料として、絶縁層９を構成する材料よりも低屈折率の絶縁材料を用いることでも、絶縁層９との屈折率差により、光学機能材料層８の界面に反射機能を持たせることができる。      
【００２８】
又、以上の説明では、光学機能材料層８ａの開口を形成すべき部分の層厚を、それ以外の部分の層厚よりも薄くするという条件を満たすために、光学機能材料層８ａの形成条件を調整するものとしたが、絶縁層７のリフロー条件の調整により凹部Ａの縦横のアスペクト比を調整し、光学機能材料層８ａは層厚を均一にして形成する条件とすることでも、上記形成条件を満たすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態である固体撮像素子の製造工程の手順を説明する図
【図２】本発明の実施形態である固体撮像素子の製造工程の手順を説明する図
【図３】本発明の実施形態である固体撮像素子の製造工程の手順を説明する図
【図４】本発明の実施形態である固体撮像素子の製造工程の手順を説明する図
【図５】本発明の実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す断面模式図
【符号の説明】
【００３０】
１  半導体基板
２  受光部
３  ゲート絶縁層
４  電極
５，７，９  絶縁層
８  光学機能層
【図１】
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【図２】
2008171857.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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