(57)【要約】【課題】エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止する固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部１０２と、光電変換部１０２によって変換された信号電荷を読出すための電極１１１と、光電変換部１０２及び電極１１１の上方に形成され、上面に下方向の凸曲面形状を有する第１の絶縁膜１１４と、電極１１１の上方に第１の絶縁膜１１１を介して形成される段差調整膜１１５と、段差調整膜１１５及び第１の絶縁膜１１４の上方に形成される第２の絶縁膜１１６と、第２の絶縁膜１１６上に形成され、第２の絶縁膜１１６を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の第２の絶縁膜１１６に接するマイクロレンズ形状を有する第３の絶縁膜１１７とを備える。【選択図】図２
2008147397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極と、
前記光電変換部及び前記電極の上方に形成され、上面に下方向の凸曲面形状を有する第１の絶縁膜と、
前記電極の上方に前記第１の絶縁膜を介して形成される段差調整膜と、
前記段差調整膜及び前記第１の絶縁膜の上方に形成される第２の絶縁膜と、
前記第２の絶縁膜上に形成され、前記第２の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第２の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第３の絶縁膜とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記電極の上方に形成される遮光膜を備え、
前記第１の絶縁膜は、前記光電変換部及び前記遮光膜の上方に形成される
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記段差調整膜は、金属により構成される
こと特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記金属は、高融点金属である
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、
各列に配置された複数の前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための前記電極を含む複数の電極とを備え、
前記遮光膜は、前記行列状に配置される複数の光電変換部に対して列方向のストライプ状に配置され、かつ前記複数の電極の上方に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第３の絶縁膜が有する前記凸型のマイクロレンズ形状の曲率は、前記第１の絶縁膜が有する前記凸曲面形状の曲率より大きい
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とは、異なる屈折率の材料で形成される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第１のステップと、
前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極を形成する第２のステップと、
前記光電変換部及び前記電極の上に上面に下方向の凸曲面形状を有する第１の絶縁膜を形成する第３のステップと、
前記第１の絶縁膜の上にエッチングにより段差調整膜を形成する第４のステップと、
前記段差調整膜及び前記第１の絶縁膜の上に上面に下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜を形成する第５のステップと、
前記第２の絶縁膜のマイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第２の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第３の絶縁膜を形成する第６のステップとを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、層内レンズを備える固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光部で光電変換された電荷を転送するための電荷転送部を有する所謂固体撮像装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の種々の画像入力機器に使用されている。
【０００３】
近年、特にビデオカメラ及びデジタルスチルカメラは、高解像度化及びコンパクト化が強く求められている。この要求に応えるために、多画素化した（画素数を多くした）固体撮像装置が求められている。しかしながら、単に画素数だけを多くした場合、固体撮像装置の光学サイズが大きくなりコンパクト化できない。よって、光学サイズを維持したまま多画素化することが求められる。すなわち、画素サイズの微細化が必然的に求められる。
【０００４】
しかしながら、画素サイズを微細化した場合、単位画素に入射する光量が減少する。これにより、各画素の受光部の感度が低下するという課題が生じる。この課題に対して、画素サイズの微細化による感度特性の低下を防ぐために、各画素における集光効率を改善する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図１１は、特許文献１記載の従来の固体撮像装置の断面構造を示す図である。図１１（ａ）は、従来の固体撮像装置の水平方向の断面構造を示す図である。図１１（ｂ）は、従来の固体撮像装置の垂直方向の断面構造を示す図である。
【０００６】
図１１に示す従来の固体撮像装置５００は、半導体基板５０１と、受光部５０２と、垂直転送部５０３と、絶縁膜５０４、５０９及び５１０と、垂直転送電極５０５と、金属膜５０６と、エッチングストッパ５０７と、段差調整膜５０８と、保護膜５１１と、カラーフィルタ５１２と、マイクロレンズ５１３とを備える。
【０００７】
受光部５０２は、受光した入射光を光量に応じた信号電荷に変換し、蓄積する。垂直転送部５０３は、受光部５０２により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する。受光部５０２及び垂直転送部５０３は、半導体基板１０１に形成される。
【０００８】
垂直転送電極５０５は、受光部５０２によって変換された信号電荷を読み出すための電極である。垂直転送電極５０５は、絶縁膜５０４を介して、垂直転送部５０３上に形成される。金属膜５０６は、垂直転送電極５０５の上方に絶縁膜５０４を介して形成される。段差調整膜５０８は、金属膜５０６の上方にエッチングストッパ５０７を介して形成される。
【０００９】
絶縁膜５０９と、絶縁膜５１０とは異なる屈折率の材料で構成される。絶縁膜５０９と、絶縁膜５１０との界面は、下方向に凸形状である。これにより、絶縁膜５０９及び絶縁膜５１０により、層内レンズが形成される。また、従来の固体撮像装置５００は、段差調整膜５０８を備える。段差調整膜５０８の幅及び高さを制御することによって、熱フローにより形成される、絶縁膜５０９の凹部の形状を最適化する。これにより、層内レンズの形状を最適化し、入射光の受光部５０２に対する集光効率を改善することができる。
【特許文献１】特開２００２−３５３４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の固体撮像装置５００は、受光部５０２の周囲に、垂直転送電極５０５及び金属膜５０６が形成される。これにより、金属膜５０６が形成された領域と、受光部５０２の上方の領域（垂直転送電極５０５及び金属膜５０６が形成されていない領域）との間で、急峻な段差が存在する。
【００１１】
一方、段差調整膜５０８を形成する方法は、例えば、エッチングストッパ５０７上の全面に、スパッタ又はＣＶＤ（化学的気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により成膜を行った後、エッチングを行うことにより段差調整膜５０８のパターン形成する方法が用いられる。
【００１２】
しかしながら、受光部５０２上の金属膜５０６の裾野付近は、急峻な段差となり、エッチングの際に、狭い窪みなどに入り込んだ成膜を除去しきれず、残渣５２０が生じるという問題がある。この残渣５２０は、固体撮像装置の画像劣化の原因となる。
【００１３】
一方、この残渣５２０を除去するために長時間のエッチングを行う方法も考えられる。
しかしながら、長時間のエッチングを行った場合、プラズマ照射が半導体基板に与える影響は大きくなるため、固体撮像装置の画像劣化の原因となる暗電流が大きくなるという新たな問題が生じる。すなわち、長時間のエッチングを行う方法は好ましいものではない。
【００１４】
そこで本発明は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止する固体撮像装置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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極と、前記光電変換部及び前記電極の上方に形成され、上面に下方向の凸曲面形状を有する第１の絶縁膜と、前記電極の上方に前記第１の絶縁膜を介して形成される段差調整膜と、前記段差調整膜及び前記第１の絶縁膜の上方に形成される第２の絶縁膜と、前記第２の絶縁膜上に形成され、前記第２の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第２の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第３の絶縁膜とを備える。
【００１６】
この構成によれば、段差調整膜を用いることにより、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜により構成される層内レンズを、適切な層内レンズ形状にすることができる。さらに、第１の絶縁膜は、下方向の凸曲面形状を有する。これにより、段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状（第１の絶縁膜の上面）が滑らかな曲面であるため、被エッチング膜の断片が残渣となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。
【００１７】
すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止することができる。さらに、エッチング時の残渣の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。よって、高品質な固体撮像装置を実現することができる。
【００１８】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記電極の上方に形成される遮光膜を備え、前記第１の絶縁膜は、前記光電変換部及び前記遮光膜の上方に形成されてもよい。
【００１９】
この構成によれば、遮光膜により、電極が形成される領域等の光電変換部以外の領域への迷光の侵入を低減させることができる。これにより、スミア特性を向上させることができる。
【００２０】
また、前記段差調整膜は、金属により構成されてもよい。
この構成によれば、段差調整膜は、電極が形成される領域等の光電変換部以外の領域への光の入射を防止する。すなわち、段差調整膜が反射防止機能を有することで、光電変換部以外の領域への迷光の侵入を低減させることができる。これにより、スミア特性を向上させることができる。また、電極が形成される領域等に他の反射防止膜を形成しなくともよいので、固体撮像装置の構造を簡略化することができる。
【００２１】
また、前記金属は、高融点金属であってもよい。
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、各列に配置された複数の前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための前記電極を含む複数の電極とを備え、前記遮光膜は、前記行列状に配置される複数の光電変換部に対して列方向のストライプ状に配置され、かつ前記複数の電極の上方に配置されてもよい。
【００２２】
この構成によれば、光電変換部の行方向の断面においては、遮光膜上に段差調整膜が形成され、光電変換部の列方向の断面においては、遮光膜を介さずに段差調整膜が形成される。これにより、行方向（水平方向）と列方向（垂直方向）との断面において、半導体基板の表面から段差調整膜の上面までの段差が異なる。具体的には、垂直方向の段差が、水平方向の段差より低くなる。よって、光電変換部の垂直方向の幅が水平方向の幅より大きい場合（光電変換部のアスペクト比が１から外れた場合）に、垂直方向の断面において第２の絶縁膜の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状となることを防止することができる。これにより、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜とで構成される層内レンズの集光性が低下することを防止することができる。
【００２３】
すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、段差調整膜の膜厚及び格子の線幅に加え、この段差の違いにより、水平方向及び垂直方向の断面を、それぞれに独立して適切な曲率を有する形状に作製することができる。言い換えると、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを形成することができる。
【００２４】
また、前記第３の絶縁膜が有する前記凸型のマイクロレンズ形状の曲率は、前記第１の絶縁膜が有する前記凸曲面形状の曲率より大きくてもよい。
【００２５】
この構成によれば、第２の絶縁膜が有するマイクロレンズ形状の形状制御性を向上させることができる。具体的には、第１の絶縁膜に所定の曲率の下方向の凸形状を形成した後に、第１の絶縁膜が有する下方向の凸形状上に、下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜を形成ことで、第２の絶縁膜が有するマイクロレンズ形状の曲率を容易に制御することができる。
【００２６】
よって、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置と比較して、形状均一性及び形状制御性に優れた層内レンズを形成することができる。言い換えると、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを均一に形成することができる。
【００２７】
また、前記第１の絶縁膜と前記第２の絶縁膜とは、異なる屈折率の材料で形成されてもよい。
【００２８】
この構成によれば、第１の絶縁膜が有する下方向の凸曲面形状にレンズ機能を持たせることができる。これにより、入射光の光電変換部への集光効率を改善することができる。
【００２９】
また、本発明に係る製造方法は、固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第１のステップと、前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極を形成する第２のステップと、前記光電変換部及び前記電極の上に上面に下方向の凸曲面形状を有する第１の絶縁膜を形成する第３のステップと、前記第１の絶縁膜の上にエッチングにより段差調整膜を形成する第４のステップと、前記段差調整膜及び前記第１の絶縁膜の上に上面に下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜を形成する第５のステップと、前記第２の絶縁膜のマイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第２の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第３の絶縁膜を形成する第６のステップとを含む。
【００３０】
これによれば、段差調整膜を用いることにより、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜により構成される層内レンズを、適切な層内レンズ形状にすることができる。さらに、第１の絶縁膜は、光電変換部及び電極の上にフロー性を有する材料を用いて形成される。これにより、第１の絶縁膜は、滑らかな表面形状を有することができる。よって、第４のステップにおいて段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面であるため、被エッチング膜の断片が残渣となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。
【００３１】
すなわち、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止することができる。
【００３２】
さらに、エッチング時の残渣の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。
【００３３】
よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、高品質な固体撮像装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止する固体撮像装置及びそ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】
【００３５】
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
本発明に係る固体撮像装置は、異なる屈折率の材料で構成された２つの絶縁膜で構成される下方向に凸型の層内レンズを備える。また、層内レンズを構成する２つの絶縁膜の下層に凸曲面形状を有する絶縁膜を備える。これにより、段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面となるため、段差調整膜のエッチングの際の残渣の発生を防止することができる。
【００３７】
まず、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、ＣＣＤ型固体撮像装置である。固体撮像装置１００は、半導体基板１０１と、複数の受光部１０２と、複数の垂直転送部１０３と、水平転送部１０４と、アンプ部１０５とを備える。
【００３９】
半導体基板１０１は、例えば、Ｓｉ基板である。
複数の受光部１０２は、半導体基板１０１上に行列状に配置される。複数の受光部１０２は、受光した入射光を光量に応じた信号電荷に変換し、蓄積する。
【００４０】
複数の垂直転送部１０３は、各列の複数の受光部１０２に対して配置される。各垂直転送部１０３は、各列の受光部１０２により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する。例えば、垂直転送部１０３は、埋め込み型チャンネル構成である。各垂直転送部１０３は、信号電荷の垂直方向の転送を駆動する複数の垂直転送電極１１１（図１には図示せず。）を備える。
【００４１】
水平転送部１０４は、複数の垂直転送部１０３により転送された信号電荷を、水平方
向に転送する。例えば、水平転送部１０４は、埋め込み型チャンネル構成である。水平転送部１０４は、信号電荷の水平方向の転送を駆動する複数の水平転送電極（図１には図示せず。）を備える。
【００４２】
アンプ部１０５は、水平転送部１０４により水平転送された信号電荷を電圧に変換し出力する。
【００４３】
図２は、図１に示す固体撮像装置１００の断面構造を示す図である。図２（ａ）は、固体撮像装置１００の水平方向の断面構造を示す図であり、図１のＡ０−Ａ１における断面構造を示す図である。図２（ｂ）は、固体撮像装置１００の垂直方向の断面を示す図であり、図１のＢ０−Ｂ１における断面構造を示す図である。
【００４４】
図２に示すように、受光部１０２及び垂直転送部１０３は、半導体基板１０１に形成される。固体撮像装置１００は、さらに、絶縁膜１１０、１１２、１１４、１１６及び１１７と、垂直転送電極１１１と、金属膜１１３及び１１５と、保護膜１１８と、カラーフィルタ１１９と、マイクロレンズ１２０とを備える。
【００４５】
絶縁膜１１０は、受光部１０２及び垂直転送部１０３が形成された半導体基板１０１の表面に形成される。例えば、絶縁膜１１０は、酸化膜（ＳｉＯ2等）である。
【００４６】
垂直転送電極１１１は、受光部１０２によって変換された信号電荷を読み出すための電極である。垂直転送電極１１１は、絶縁膜１１０を介して、垂直転送部１０３上に形成される。すなわち、垂直転送電極１１１は、絶縁膜１１０上の受光部１０２の周囲に形成される。例えば、垂直転送電極１１１は、ポリシリコンで構成される。
【００４７】
絶縁膜１１２は、垂直転送電極１１１上に形成される。例えば、絶縁膜１１２は、酸化膜（ＳｉＯ2等）である。
【００４８】
金属膜１１３は、垂直転送電極１１１の上方に絶縁膜１１２を介して形成される。金属膜１１３は、垂直転送電極１１１に対する遮光膜として機能する。例えば、金属膜１１３は、垂直転送部１０３に対向する位置にストライプ状に配置される。
【００４９】
図３（ａ）は、金属膜１１３の配置例を示す平面図である。図３（ａ）に示すように、複数の金属膜１１３は、行列状に配置される複数の受光部１０２に対して列方向（図４における縦方向）のストライプ状に配置され、かつ複数の垂直転送部１０３上に形成される垂直転送電極１１１の上方に配置される。例えば、金属膜１１３は、高融点金属であるタングステン等で構成される。なお、図３（ａ）において、金属膜１１３は、垂直転送部１０３上に形成されているが、さらに、水平転送部１０４上に形成されてもよい。
【００５０】
また、図２に示すように、絶縁膜１１４は、絶縁膜１１２及び金属膜１１３上に形成される。絶縁膜１１４は、上面に下方向（半導体基板１０１の方向）の凸曲面形状を有する。絶縁膜１１４は、フロー性の材料で構成され、上面の凹凸が滑らか曲面形状を有する。例えば、絶縁膜１１４は、ＢＰＳＧ（リンホウ素シリケートガラス：Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）等で構成される。
【００５１】
なお、絶縁膜１１４は、後述する金属膜１１５形成時のエッチング処理に対してエッチングストッパ膜としての機能も備えている。
【００５２】
金属膜１１５は、絶縁膜１１４上に形成される。金属膜１１５は、金属膜１１３の上方に絶縁膜１１４を介して形成される。金属膜１１５は、受光部１０２の上方に開口を有するように垂直方向に隣接する受光部１０２間を遮光する機能を有する。また、金属膜１１５は、絶縁膜１１６と絶縁膜１１７とで構成される層内レンズの形成の際の段差調整膜として機能する。例えば、金属膜１１５は、高融点金属であるタングステン等で構成される。
【００５３】
図３（ｂ）は、金属膜１１５の配置例を示す平面図である。図３（ｂ）に示すように、金属膜１１５は、垂直転送電極１１１上に対向する位置に格子状に配置されている。すなわち、金属膜１１５は、金属膜１１３の上方以外にも形成される。なお、図３（ｂ）において、金属膜１１５は、垂直転送部１０３上に形成されているが、さらに、水平転送部１０４上に形成されてもよい。
【００５４】
また、図２に示すように、絶縁膜１１６は、絶縁膜１１４及び金属膜１１５上に形成される。絶縁膜１１６は、上面に下方向（半導体基板１０１の方向）の凸曲面形状のマイクロレンズ形状を有する。また、絶縁膜１１６が有する凸型のマイクロレンズ形状の曲率は、絶縁膜１１４が有する凸曲面形状の曲率より大きい。絶縁膜１１６は、フロー性の材料で構成され、上面の凹凸が滑らか曲面形状を有する。例えば、絶縁膜１１６は、ＢＰＳＧ等で構成され、ＣＶＤ（化学的気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成される。
【００５５】
絶縁膜１１７は、絶縁膜１１６上に形成される。絶縁膜１１７は、絶縁膜１１６の上面のマイクロレンズ形状を埋め込むように形成される。絶縁膜１１７は、絶縁膜１１６の屈折率より屈折率の大きい材料で構成される。例えば、絶縁膜１１７は、窒化膜（ＳｉＮ等）である。絶縁膜１１７の下面の形状は、下方向に凸型のマイクロレンズ形状であり、マイクロレンズ形状は絶縁膜１１６と接する。
【００５６】
すなわち、絶縁膜１１６と絶縁膜１１７とにより、層内レンズが形成される。層内レンズの形状は、下方向（半導体基板１０１の方向）に凸型である。
【００５７】
なお、固体撮像装置の光学特性によっては、絶縁膜１１７は、絶縁膜１１６の屈折率より屈折率の小さい材料で構成してもよい。絶縁膜１１７を絶縁膜１１６の屈折率より屈折率の小さい材料で構成した場合においても、絶縁膜１１７の下面の形状を下方向に凸型のマイクロレンズ形状とすることで、層内レンズとしての機能を得ることができる。
【００５８】
保護膜１１８は、絶縁膜１１７上に形成される。例えば、保護膜１１８は、アクリル系樹脂等で構成される。
【００５９】
カラーフィルタ１１９は、保護膜１１８上に形成される。例えば、カラーフィルタ１１９は、ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ及びｂｌｕｅのカラーフィルタから構成される所謂原色ベイヤ配列で形成される。
【００６０】
マイクロレンズ１２０は、カラーフィルタ１１９上に形成される。マイクロレンズ１２０は、入射光を受光部１０２に効率よく集光するレンズ（トップレンズ）である。
【００６１】
次に、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法を説明する。
図４〜図１０は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造過程における断面構造を示す図である。なお、図４（ａ）〜図１０（ａ）は、固体撮像装置１００の製造過程における水平方向（図１のＡ０−Ａ１）の断面構造を示す図である。図４（ｂ）〜図１０（ｂ）は、固体撮像装置１００の製造過程における垂直方向（図１のＢ０−Ｂ１）の断面構造を示す図である。
【００６２】
まず、既存技術により、半導体基板１０１に入射光を光電変換する受光部１０２と、受光部１０２で光電変換された電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部１０３とが形成される。次に、半導体基板１０１上に熱酸化によって絶縁膜１１０が形成される。次に、絶縁膜１１０上に垂直転送部１０３を駆動させるためのポリシリコンからなる垂直転送電極１１１が、垂直転送部１０３に対向するように形成される。次に、熱酸化又はＣＶＤ法により、受光部１０２上及び垂直転送電極１１１上に絶縁膜１１２が形成される。次に、絶縁膜１１２上の全面に、ＣＶＤ法又はスパッタ法によってタングステンの層が形成される。次に、受光部１０２上が開口するように垂直方向のストライプ状にエッチングする。これにより、金属膜１１３が形成される。以上の工程により、図４に示す構造が形成される。
【００６３】
次に、絶縁膜１１２及び金属膜１１３上に、フロー性を有するＢＰＳＧ等を形成する。これにより、表面の凹凸が滑らかな曲面を有し、表面が受光部１０２上に窪むような形状の絶縁膜１１４が形成される。さらに、加熱処理を施し絶縁膜１１４を固化する。以上の工程により、図５に示す構造が形成される。
【００６４】
次に、絶縁膜１１４上の全面に、ＣＶＤ法又はスパッタ法によってタングステンの層が形成される。以上の工程により、図６に示す構造が形成される。
【００６５】
次に、図７に示すように、受光部１０２が開口するよう格子状にレジスト１３０を形成する。次に、ＣＦ6またはＳＦ6を含有するガス種１３１で金属膜１１５をエッチングする。次に、エッチング後に残ったレジスト１３０及びエッチング時に発生した残渣を除去することで受光部１０２が開口するように格子状の金属膜１１５が形成される。なお、このエッチング時に、絶縁膜１１４はエッチングストッパとして機能する。以上の工程により、図８に示す構造が形成される。
【００６６】
次に、絶縁膜１１４及び金属膜１１５上に、フロー性を有するＢＰＳＧ等を形成する。これにより、絶縁膜１１４および金属膜１１５に沿った形状で、かつ表面が受光部１０２上に窪むような形状の絶縁膜１１６が形成される。さらに、加熱処理を施し絶縁膜１１６を固化する。以上の工程により、図９に示す構造が形成される。
【００６７】
次に、ＣＶＤ法により、絶縁膜１１６上に絶縁膜１１７が形成される。なお、絶縁膜１１７の表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化してもよい。また、平坦化の精度については光学的に大きな影響を及ぼさない程度、具体的には画素サイズの１／１０程度以下の大きさの凹凸があってもよい。以上の工程により、図１０に示す構造が形成される。
【００６８】
次に、アクリル系樹脂をスピンコートすることで、絶縁膜１１７上に保護膜１１８が形成される。次に、保護膜１１８上にカラーフィルタ１１９が形成される。次に、カラーフィルタ１１９上にマイクロレンズ１２０が形成される。なお、カラーフィルタ１１９及びマイクロレンズ１２０は、既存技術により形成することができる。以上により、図２に示す固体撮像装置１００が形成される。
【００６９】
以上より、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００及びその製造方法は、段差調整膜である金属膜１１５を用いることにより、水平方向及び垂直方向において適切な層内レンズ形状を得ることができる。
【００７０】
さらに、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００において絶縁膜１１４は、受光部１０２の上方及び金属膜１１３上にフロー性を有する材料を用いて形成される。これにより、絶縁膜１１４は、滑らかな表面形状を有することができる。よって、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面であるため、金属膜１１５をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の断片が残渣５２０となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。
【００７１】
さらに、エッチング時の残渣５２０の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。よって、高品質な固体撮像装置を実現することができる。
【００７２】
また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、垂直転送電極１１１及び金属膜１１３によって生じた角度のある装置形状を絶縁膜１１４によって角度のない（なだらかな）状態とした上で、金属膜１１５及び絶縁膜１１６によって下方向に凸型のマイクロレンズ形状を形成する。
【００７３】
例えば、絶縁膜１１４に所定の曲率の下方向の凸形状を形成した後に、絶縁膜１１４が有する下方向の凸形状上に、下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する絶縁膜１１６を形成ことで、絶縁膜１１６が有するマイクロレンズ形状の曲率を容易に制御することができる。
【００７４】
すなわち、絶縁膜１１６が有するマイクロレンズ形状の曲率を、絶縁膜１１４が有する下方向に凸形状の曲率より大きくすることで、絶縁膜１１６が有するマイクロレンズ形状の形状制御性を向上させることができる。
【００７５】
すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、従来の固体撮像装置と比較して、形状均一性及び形状制御性に優れた層内レンズを形成することができる。言い換えると、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを均一に形成することができる。
【００７６】
また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、段差調整膜である金属膜１１５をタングステン等の遮光性に優れた高融点金属により構成する。
【００７７】
これにより、垂直転送部１０３への迷光の侵入を低減させることができ、スミア特性を向上させることができる。
【００７８】
なお、必ずしも金属膜１１５はタングステン等の遮光性に優れた高融点金属である必要はない。その理由は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、垂直転送部１０３上を遮光する構造として金属膜１１３を備えているためである。
【００７９】
また、図１１に示す従来の固体撮像装置５００では、金属膜５０６及び段差調整膜５０８は、受光部５０２上に開口を有するように格子状に形成される。これにより、水平方向及び垂直方向の断面において、半導体基板５０１の表面（受光部５０２上のエッチングストッパ５０７）から段差調整膜５０８の上面までの段差が同じである。
【００８０】
よって、従来の固体撮像装置５００では、受光部５０２のアスペクト比が１から外れた場合（受光部５０２の半導体基板５０１の表面での水平方向の寸法と、垂直方向の寸法との比が１から外れた場合）に、より大きな開口を有する断面（例えば、図１１では垂直方向の断面）での絶縁膜５０９の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状になってしまう。これにより、絶縁膜５０９と絶縁膜５１０とで構成される層内レンズの入射光５２１に対する集光性が低下する。
【００８１】
一方、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、垂直方向のストライプ状に配置された金属膜１１３と、金属膜１１３の上方に格子状に配置された金属膜１１５とを備える。
【００８２】
これにより、受光部１０２の水平方向と垂直方向との断面において、半導体基板１０１の表面から段差調整膜である金属膜１１５の上面までの段差が異なる。具体的には、図２に示すように、受光部１０２の行方向（水平方向）の断面（図２（ａ））においては、金属膜１１３の上方に金属膜１１５が形成され、受光部１０２の列方向（垂直方向）の断面（図２（ｂ））においては、金属膜１１３を介さずに金属膜１１５が形成される。すなわち、垂直方向の段差が、水平方向の段差より低くなる。
【００８３】
よって、受光部１０２の垂直方向の幅が水平方向の幅より大きい場合（受光部１０２のアスペクト比が１から外れた場合）に、垂直方向の断面において絶縁膜１１６の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状となることを防止することができる。これにより、絶縁膜１１６と絶縁膜１１７とで構成される層内レンズの入射光１４０に対する集光性が低下することを防止することができる。
【００８４】
すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、金属膜１１５の膜厚及び格子の線幅に加え、この段差の違いにより、水平方向及び垂直方向の断面を、それぞれに独立して適切な曲率を有する形状に形成することができる。
【００８５】
言い換えると、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを形成することができる。
【００８６】
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００８７】
例えば、上記説明では、金属膜１１３は垂直転送部１０３に対向する位置にストライプ状に配置されるとしたが、受光部１０２以外を覆うように格子状に配置されてもよい。
【００８８】
また、上記説明では、絶縁膜１１４と絶縁膜１１６とは同一の材料で構成されるとしたが、異なる材料で構成されてもよい。
【００８９】
さらに、絶縁膜１１４及び絶縁膜１１６の材料を選択（具体的には屈折率の異なる材料を選択）することにより、絶縁膜１１４によって生じた下方向の凸曲面形状にレンズ機能を持たせることができる。
【００９０】
これにより、本発明に係る固体撮像装置は、絶縁膜１１６及び絶縁膜１１７により構成される層内レンズと、絶縁膜１１４及び絶縁膜１１６により構成される層内レンズとを備える。よって、２つの層内レンズにより入射光の受光部１０２への集光効率を改善することができる。
【００９１】
また、上記説明では、絶縁膜１１４及び１１６の曲面を、ＢＰＳＧを用いて熱フロー処理により形成したが、その他の膜材料及び曲面形成方法を用いて絶縁膜１１４及び１１６の曲面を形成してもよい。例えば、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）などをスピンコーティング（塗布）する方法により、絶縁膜１１４及び１１６の曲面を形成してもよい。さらに、オゾンＴＥＯＳ（珪酸エチル）−ＣＶＤにより膜形成する方法により、絶縁膜１１４及び１１６の曲面を形成してもよい。
【００９２】
また、上記説明では、ＣＣＤ型固体撮像装置を例に説明したが、本発明は、ＭＯＳ型固体撮像装置にも適用することができる。
【００９３】
ＭＯＳ型固体撮像装置では、一般的に配線層は多層からなるが、受光部に最も近い配線層から最も遠い配線層の、いずれの配線層においても本発明を適用することができる。
【００９４】
すなわち、配線層の上部に、図２に示したように絶縁膜１１４、ダミーパターン（金属膜）１１５及び絶縁膜１１６を形成して層内レンズを形成することにより、上述した本発明の実施の形態で示した効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の画像入力機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の金属膜の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００、５００  固体撮像装置
１０１、５０１  半導体基板
１０２、５０２  受光部
１０３、５０３  垂直転送部
１０４  水平転送部
１０５  アンプ部
１１０、１１２、１１４、１１６、１１７、５０４、５０９、５１０  絶縁膜
１１１、５０５  垂直転送電極
１１３、１１５、５０６  金属膜
１１８、５１１  保護膜
１１９、５１２  カラーフィルタ
１２０、５１３  マイクロレンズ
１４０、５２１  入射光
５０７  エッチングストッパ
５０８  段差調整膜
【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】
2008147397.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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