(57)【要約】【課題】工程数を増加させることなく、受光センサ部上に導波路を設けて集光効率を向上させる。【解決手段】受光センサ部１２上方の絶縁層１４に導波路１８が設けられ、この導波路１８の側壁部に反射膜１７が設けられた固体撮像素子１０を製造する際に、図１のイオン化スパッタリング装置１によるイオン化スパッタリング法により、導波路形成用穴１８ａ内に反射膜１７を形成することにより、導波路形成用穴１８ａの側壁表面に直に均一な反射膜１７を形成すると同時に、イオン化されたターゲット材料７により導波路形成用穴１８ａの底部などに堆積した反射膜１７が除去される。これによって、従来技術のように、導波路１８の底部に形成された金属膜の反射膜１７を除去する工程は不要となる。また、反射膜１７と導波路形成用穴１８ａの側壁表面との間には従来のように下地膜が形成されない。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、
イオン化スパッタリング法により該導波路側壁にのみ反射膜を形成する反射膜形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
半導体基板の表面部に、入射光を光電変換する複数の受光センサ部が設けられ、該受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、
該導波路を形成する際に、該受光センサ部上の絶縁層に導波路形成用穴を形成する穴形成工程と、イオン化スパッタリング法により該導波路形成用穴内の側壁表面にのみ反射膜を形成する反射膜形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記反射膜が形成された導波路形成用穴内を透明材料で埋め込む導波路材料埋込工程をさらに有する請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記反射膜形成工程は、反射膜形成時に、イオン化されたターゲット材料により、前記導波路形成用穴の底部および該導波路形成用穴の外部平面に堆積される反射膜材料を逆スパッタリングして除去する請求項２または３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記反射膜形成工程は、前記導波路形成用穴内の側壁表面に下地膜を形成せずに、直接、前記絶縁層に接して前記反射膜を形成する請求項２または４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記反射膜として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、またはそれらの合金からなる金属膜を形成する請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記反射膜として、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜を形成する請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記反射膜として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、またはそれらの合金からなる金属膜と、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜との積層膜を形成する請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記絶縁層として、シリコン酸化膜を形成する請求項１、２および５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記反射膜形成工程は、前記反射膜の形成時に、基板バイアス用ＲＦ電源を用いて前記半導体基板にバイアス電圧を印加して、前記反射膜となる材料のイオン化粒子を該半導体基板の方向に電気的に引き付ける請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
前記基板バイアス用ＲＦ電源のバイアス電力パワーを４００Ｗ以上２０００Ｗ        以下に設定する請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記導波路材料埋込工程後に、前記絶縁層上に、前記受光センサ部と前記導波路を介して対向するように集光用のマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程をさらに有する請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、
半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板の導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたイオン化スパッタリング装置を、
前記イオン化スパッタリング法に用いて該所望の堆積材料膜として前記反射膜を形成する請求項１、２、４〜８、１０および１１のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記穴形成工程の前に、前記半導体基板の各所定位置にそれぞれ前記受光センサ部をそれぞれ形成し、その上に前記絶縁層および配線層を多層に形成する受光部・多層配線形成工程をさらに有する請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造され、
前記反射膜と前記絶縁膜とが直に接している固体撮像素子。
【請求項１６】
請求項１〜１４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器。
【請求項１７】
所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、
半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板の導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたイオン化スパッタリング装置。
【請求項１８】
所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、
半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板に設けられた側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたイオン化スパッタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像するＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子などの固体撮像素子およびその製造方法、特に、受光センサ部上に光の集光効率を高めるための導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法および、この製造方法により製造された固体撮像素子、さらに、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器、この固体撮像素子の製造方法に用いられるイオン化スパッタリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子としてＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子を用いた固体撮像装置では、２次元状に配列された複数の画素の一つ一つを構成するフォトダイオードなどの受光センサ部上に、絶縁層を挟んでオンチップマイクロレンズを設けた構成が主流となっている。この構成では、オンチップマイクロレンズを透過した入射光の焦点が受光センサ部の近傍に位置するように設定することによって、光を受光センサ部上に効率良く集光して導くことができるからである。
【０００３】
しかしながら、画素寸法の縮小化や配線の多層化などに伴って各受光センサ部上の絶縁層が厚くなり、各受光センサ部上への光の集光効率が低くなるという問題が生じてきている。
【０００４】
この問題を解決するために、例えば特許文献１には、各受光センサ部上の絶縁層中に、受光センサ部と対応するように導波路を対向して設けた固体撮像素子の構成が開示されている。この構成によれば、オンチップマイクロレンズを透過して来た入射光が導波路により効率的に受光センサ部上へ導かれるようにすることができる。
【０００５】
以下に、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子およびその製造方法について、図４を用いて詳細に説明する。
【０００６】
図４は、従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。なお、この従来の固体撮像素子は、その撮像領域に、複数の画素部が２次元状で行方向と列方向にマトリクス状に配列されているが、図４では、従来の固体撮像素子の１画素部に相当する断面構造が示されている。
【０００７】
図４に示すように、半導体基板３１の所定位置に、画素部を構成する受光センサ部３２が形成されている。この受光センサ部３２が形成された半導体基板３１上には、絶縁・表面保護および受光センサ部３０２への水素供給などの機能を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）３３が設けられている。この受光センサ部３２上は、ＳｉＮ膜３３を介してシリコン酸化膜などの絶縁層３４で覆われており、絶縁層３４の所定位置に配線材料、例えば３層の配線層３５が埋め込まれて設けられている。このように、配線層３５の多層化によって受光センサ部３２上の絶縁層３４が厚く構成されている。
【０００８】
受光センサ部３２上の絶縁層３４には、入射効率を向上させるために、導波路形成過程で導波路形成用穴が設けられる。この導波路形成用穴の側壁には、下地金属膜３６を介してＡｌなどの高反射率を有する金属膜からなる反射膜３７が設けられている。この導波路形成用穴の内部には、透明材料が埋め込まれて導波路３８が構成されている。
【０００９】
多層配線の最上層の配線層３５上方には、絶縁層３４を介して平坦化され、その上にパッシベーション膜３９およびカラーフィルタ４０がこの順に設けられ、このカラーフィルタ４０上の受光センサ部３２と対応する対向位置には、受光センサ部３２上に被写体光を集光するためのオンチップマイクロレンズ４１が設けられている。
【００１０】
以上により、受光センサ部３２上に光の集光効率を高めるための導波路３８が設けられた従来の固体撮像素子３０が構成される。
【００１１】
このような構成の固体撮像素子３０では、オンチップマイクロレンズ４１さらにカラーフィルタ４０を介して導波路３８内に入射された光が、導波路形成用穴の側壁を覆う反射膜３７によって反射されながら受光センサ部３２上へ導かれるため、光の利用効率をより向上させることができる。
【００１２】
上記構成の固体撮像素子３０を、以下のようにして製造することができる。
【００１３】
図５Ａ（ａ）〜図５Ａ（ｃ）および図５Ｂ（ｄ）〜図５Ｂ（ｆ）は、図４の固体撮像素子を製造するための各製造工程を説明する要部縦断面図である。
【００１４】
まず、図５Ａ（ａ）に示すように、半導体基板３１の各所定位置に、入射光（被写体光）を受光して光電変換する複数の受光センサ部３２を形成し、その上にシリコン窒化膜３３を形成し、さらにその上に、絶縁層３４および配線層３５を順次積層して、この絶縁層３４内に多層（ここでは３層）の配線層３５を形成する。
【００１５】
次に、図５Ａ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、受光センサ部３２に対応する絶縁層３４に導波路形成用穴３８ａを形成する。
【００１６】
さらに、反射膜の下地膜となる下地金属膜３６として、Ａｌ膜などの金属膜をスパッタリング法により成膜する。これにより、図５Ａ（ｃ）に示すように、導波路形成用穴３８ａ内部を含む絶縁層３４の表面に下地金属膜３６を形成する。
【００１７】
続いて、図５Ｂ（ｄ）に示すように、導波路形成用穴３８ａを含む下地金属膜３６上に、反射膜３７となる金属膜としてＡｌ膜などをＣＶＤ法により成膜する。
【００１８】
その後、例えば反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）などを用いて、導波路形成用穴３８ａ内の側壁を覆う下地金属膜３６およびその上の反射膜３７を残して、それ以外の位置の下地金属膜３６および反射膜３７を除去する。これによって、図５Ｂ（ｅ）に示すように、導波路形成用穴３８ａ内の側壁のみに下地金属膜３６およびその下地金属膜３６の表面に反射膜３７が形成された状態になる。
【００１９】
さらに、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法（ＨＤＰ法）などを用いて、例えば酸化シリコン膜ＳｉＯ２膜などの透明材料が導波路形成用穴３８ａ内に埋め込まれる。または、塗布法を用いて、例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）やＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）などの透明材料を導波路形成用穴３８ａ内に埋め込む。その後に、平坦化処理が行われて、導波路形成用穴３８ａ内以外の部分に形成された材料膜が除去されて、図５Ｂ（ｆ）に示すように、受光センサ部３２上に光の集光効率を高めるための導波路３８を形成する。
【００２０】
その後、絶縁層３４および導波路形成用穴３８ａ内に埋め込まれた透明材料を含む全面に、パッシベーション膜３９およびカラーフィルタ４０をこの順に形成し、カラーフィルタ４０の受光センサ部３２と対応する対向位置、すなわち導波路３８の上部にオンチップマイクロレンズ４１を形成する。
【００２１】
以上により、図５Ｂ（ｆ）に示すように、受光センサ部３２上に光の集光効率を高める導波路３８を備えたＣＭＯＳ型の固体撮像素子３０を製造することができる。
【特許文献１】特開２００５−５４７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、上述した従来の固体撮像素子３０の製造方法には、以下のような問題がある。
【００２３】
まず、反射膜３７となる金属膜をＣＶＤ法により形成した後で、受光センサ部３２上に光を入射させるために、導波路３８の底部に形成された金属膜を除去する工程が必要である。このため、工程数が増加する。
【００２４】
さらに、従来の固体撮像素子３０の製造方法では、被覆性が良好な低温ＣＶＤ法によりＡｌ膜などの反射膜３７を形成する際に、導波路形成用穴３８ａの側壁を覆っている絶縁層３４上に直接Ａｌ膜を成長させることが困難であることから、絶縁層３４上に容易に形成可能なスパッタリング法によりＡｌ膜などの下地金属膜３６を設けている。このため、このような下地金属膜３６を形成する下地金属膜成膜工程がさらに必要となって工程数がさらに増加する。
【００２５】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、工程数の増加なく、受光センサ部上に導波路を設けて集光効率を向上させることができる固体撮像素子の製造方法および、この製造方法により製造された固体撮像素子、この固体撮像素子を、画像入力デバイス（固体撮像装置）として撮像部に用いた電子情報機器、この固体撮像素子の製造方法に用いられるイオン化スパッタリング装置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】
【００２６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換する受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、イオン化スパッタリング法により該導波路側壁にのみ反射膜を形成する反射膜形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換する受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、イオン化スパッタリング法により該導波路側壁に反射膜を形成する反射膜形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２７】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の表面部に、入射光を光電変換する複数の受光センサ部が設けられ、該受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該導波路を形成する際に、該受光センサ部上の絶縁層に導波路形成用穴を形成する穴形成工程と、イオン化スパッタリング法により該導波路形成用穴内の側壁表面にのみ反射膜を形成する反射膜形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の表面部に、入射光を光電変換する複数の受光センサ部が設けられ、該受光センサ部上の絶縁層中に導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該導波路を形成する際に、該受光センサ部上の絶縁層に導波路形成用穴を形成する穴形成工程と、イオン化スパッタリング法により該導波路形成用穴内の側壁表面に反射膜を形成する反射膜形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２８】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記反射膜が形成された導波路形成用穴内を透明材料で埋め込む導波路材料埋込工程をさらに有する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜形成工程は、反射膜形成時に、イオン化されたターゲット材料により、前記導波路形成用穴の底部および該導波路形成用穴の外部平面に堆積される反射膜材料を逆スパッタリングして除去する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜形成工程は、前記導波路形成用穴内の側壁表面に下地膜を形成せずに、直接、前記絶縁層に接して前記反射膜を形成する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、またはそれらの合金からなる金属膜を形成する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜として、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜を形成する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、またはそれらの合金からなる金属膜と、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜との積層膜を形成する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における絶縁層として、シリコン酸化膜を形成する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における反射膜形成工程は、前記反射膜形成時に、基板バイアス用ＲＦ電源を用いて前記半導体基板にバイアス電圧を印加して、前記反射膜となる材料のイオン化粒子を該半導体基板の方向に電気的に引き付ける。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記基板バイアス用ＲＦ電源のバイアス電力パワーを４００Ｗ以上２０００Ｗ以下に設定する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における導波路材料埋込工程後に、前記絶縁層上に、前記受光センサ部と前記導波路を介して対向するように集光用のマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程をさらに有する。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板上に所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたイオン化スパッタリング装置を、前記イオン化スパッタリング法に用いて該所望の堆積材料膜として前記反射膜を形成する。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記穴形成工程の前に、前記半導体基板の各所定位置にそれぞれ前記受光センサ部をそれぞれ形成し、その上に前記絶縁層および配線層を多層に形成する受光部・多層配線形成工程をさらに有する。
【００４０】
本発明の固体撮像素子は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造され、前記反射膜と前記絶縁膜とが直に接しているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４１】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４２】
本発明のイオン化スパッタリング装置は、所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板の導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。このように、導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するためには、逆スパッタリングを作用させる必要があり、そのためには、基板バイアス電圧印加手段のバイアス電力パワーを４００Ｗ以上２０００Ｗ以下に設定すればよい。
【００４３】
また、本発明のイオン化スパッタリング装置は、所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させて該ターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させるイオン化手段と、半導体基板にバイアス電圧を印加して、該イオン化粒子を該半導体基板の方向へ引き込むことにより、該半導体基板に設けられた側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜するための基板バイアス電圧印加手段とを備えたものであり、そのことにより上記目的が達成される。  上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４４】
本発明では、被写体光を光電変換する複数の受光センサ部上の絶縁層に各導波路がそれぞれ設けられ、その導波路の側壁部に反射膜が設けられた固体撮像素子を製造する際に、イオン化スパッタリング法により反射膜を形成することにより、導波路形成用穴の側壁に均一な反射膜が、従来のように下地膜（下地金属膜）なしで直に形成されると同時に、イオン化されたターゲット材料により導波路形成用穴の底部および導波路形成用穴（導波路）の外部平面に堆積される反射膜が叩かれて除去される（逆スパッタリング）。これによって、従来技術のように、導波路の底部および導波路形成用穴（導波路）の外部平面に形成された反射膜を除去する工程は不要となる。また、反射膜と導波路形成用穴の側壁との間に下地膜（下地金属膜）が形成されないため、従来技術のように、反射膜と導波路形成用穴の側壁との間に下地膜（下地金属膜）を形成する工程も不要となる。
【００４５】
このとき、基板バイアス用ＲＦ電源のバイアス電力パワーを４００Ｗ以上２０００Ｗ        以下に設定する。バイアス電力パワーが４００Ｗ以上で、逆スパッタリングが作用してスパッタリング方向に対向する面上の反射膜が取り除かれる。ここでは、装置能力の最大値を２０００Ｗとしている。
【００４６】
また、反射膜としては、例えばＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕなどの金属膜や、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷ、ＷＳｉなどの金属化合膜を用いて、高反射率の良好な反射膜とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００４７】
以上により、本発明によれば、被写体光を光電変換する複数の受光センサ部上の絶縁層にそれぞれ設けられた各導波路の側壁にイオン化スパッタリング法により均一な反射膜を直に形成すると同時に、導波路底部および該導波路形成用穴の外部平面に堆積される反射膜を自然に除去することができるため、工程数を削減して製造工程を簡略化することが可能となり、集光効率に優れ感度が良好な固体撮像素子を、簡略化された製造工程により容易に作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下に、本発明の固体撮像素子の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する前に、これに用いて導波路用の反射膜を形成するためのイオン化スパッタリング法について、図１を用いて詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本実施形態の固体撮像素子の製造方法に用いられるイオン化スパッタリング装置の構成例を説明するための模式図である。
【００５０】
図１において、イオン化スパッタリング装置１は、高密度プラズマ２を生成させるためのイオン化手段としてのコイル３および高密度プラズマ生成用ＲＦ電源４と、半導体基板としてのウェハ５にバイアス電圧を印加するための基板バイアス電圧印加手段としての基板バイアス用ＲＦ電源６とを有している。
【００５１】
イオン化手段（コイル３および高密度プラズマ生成用ＲＦ電源４）は、所望の堆積材料により構成されたターゲットに対して、不活性ガスイオンを衝突させてターゲットから放出された粒子を、発生させた高密度プラズマ中でイオン化粒子としてイオン化させる。
【００５２】
基板バイアス電圧印加手段（基板バイアス用ＲＦ電源６）は、ウェハ５にバイアス電圧を印加して、イオン化粒子をウェハ５の方向へ引き込むことにより、ウェハ５の導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜を成膜する。このように、導波路形成用穴内の側壁表面にのみ所望の堆積材料膜（反射膜）を成膜するためには、逆スパッタリングを作用させる必要があり、そのためには、基板バイアス電圧印加手段のバイアス電力パワーを４００Ｗ以上２０００Ｗ以下に設定すればよい。
【００５３】
なお、元々、イオン化スパッタリング装置１は、導波路形成用穴内の底部にも所望の堆積材料膜を十分に成膜するためのものであるが、本発明では、イオン化スパッタリング装置１を逆スパッタリングを作用させて、導波路形成用穴内の底部に所望の堆積材料膜（反射膜）を成膜しないように用いる場合である。
【００５４】
上記構成により、このイオン化スパッタリング装置１では、まず、所望の堆積材料により構成されたターゲット７に対して、例えばＮ２やＡｒなどの不活性ガスのイオンを衝突させる。このターゲット７から放出された粒子を、高密度プラズマ生成用ＲＦ電源４から供給される電圧によってコイル３の内側で生成された高密度プラズマ２中でイオン化させることにより、イオン化粒子８を生成する。このターゲット７として、例えばＡｌ材料などを用いることができる。
【００５５】
次に、基板バイアス用ＲＦ電源６を用いてウェハ５上に加えたバイアス電圧（イオン化粒子と逆極性の電圧）によってイオン化粒子８をウェハ５側の方向へ引き込むことにより、ウェハ５上に所望の堆積材料膜（例えばＡｌ膜）を成膜する。
【００５６】
図２は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。なお、本実施形態の固体撮像素子は、その撮像領域に、複数の画素部が２次元状で行方向と列方向にマトリクス状に配列されているが、図２では、要部構成として、本実施形態の固体撮像素子の１画素部に相当する断面構成を示している。
【００５７】
図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０は、半導体基板１１の各所定位置にそれぞれ、被写体からの画像光を光電変換する受光センサ部１２がそれぞれ形成されている。半導体基板１１上には、絶縁・表面保護および受光センサ部１２への水素供給などの機能を有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）１３が設けられている。この受光センサ部１２上には、ＳｉＮ膜１３を介してシリコン酸化膜などの絶縁層１４で覆われており、絶縁層１４の各所定位置にそれぞれ形成された溝内に配線材料が順次埋め込まれて、絶縁層１４に多層（ここでは例えば３層）の配線層１５が設けられている。
【００５８】
受光センサ部１２の上方の絶縁層１４には、入射効率を向上させるために導波路１８が設けられるが、この導波路形成過程で導波路形成用穴が設けられる。この導波路形成用穴の側壁には、金属膜からなる反射膜１７が設けられている。この反射膜１７は、イオン化スパッタリング法により、導波路形成用穴の側壁に、従来のように下地金属膜なしで直に形成できる。この導波路形成用穴の底部には、受光センサ部１２上への光の入射の必要から、後述するように、この反射膜１７は逆スパッタリングにより取り除かれて設けられていない。また、導波路形成用穴の内部には、図示しない透明材料が埋め込まれて導波路１８が構成されている。
【００５９】
このように、多層（ここでは例えば３層）の配線層１５が内部に設けられて絶縁層１４の層厚が厚くなっても、導波路１８の側壁に反射膜１７が形成されて導波路１８の内部を光が反射を繰り返しながら受光センサ部１２上に導かれるため、受光センサ部１２上への光の集光効率を高めることができる。
【００６０】
最上層の配線層１５上には絶縁層１４が平坦化されて設けられ、この絶縁層１４上にパッシベーション膜１９およびカラーフィルタ２０がこの順に設けられている。このカラーフィルター２０上の受光センサ部１２と対応する対向位置に、受光センサ部１２上への集光用のオンチップマイクロレンズ２１が設けられている。
【００６１】
以上により、受光センサ部１２上に光の集光効率を高めるための導波路１８が設けられた本実施形態の固体撮像素子１０が構成される。
【００６２】
このような構成の固体撮像素子１０では、オンチップマイクロレンズ２１を介して導波路１８内に入射された光が、導波路形成用穴の側壁を覆う反射膜１７によって反射されながら受光センサ部１２上へ導かれるため、光の利用効率を向上させることができる。
【００６３】
図１のイオン化スパッタリング装置１によるイオン化スパッタリング法を用いて、反射膜１７を従来の下地金属膜なしで直に形成する反射膜形成工程を含む図２の固体撮像素子１０の製造方法について、図３Ａ（ａ）〜図３Ｂ（ｄ）を参照して詳細に説明する。
【００６４】
図３Ａ（ａ）〜図３Ｂ（ｄ）は、図２の固体撮像素子を製造するための各製造工程を説明するための要部縦断面図である。
【００６５】
まず、図３Ａ（ａ）の受光部・多層配線形成工程に示すように、半導体基板１１の各所定位置にそれぞれ、入射光を受光して光電変換する各受光センサ部１２がそれぞれ形成され、その上にシリコン窒化膜１３が形成され、さらに、シリコン酸化膜などからなる絶縁層１４および、この絶縁層１４内の３層の配線層１５の各層を形成する。
【００６６】
次に、図３Ａ（ｂ）の穴形成工程に示すように、フォトリソグラフィーおよびエッチングの各処理により、受光センサ部１２に対応した対向位置であってシリコン窒化膜１３までの絶縁層１４に、四角穴や丸穴などの導波路形成用穴１８ａを形成する。ここでは、例えば反応性イオンエッチング法を行う際に用いられる反応ガスを選定することにより、絶縁層１４であるＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜１３との間で、ある程度の選択比を確保することが可能となり、導波路形成用穴１８ａの底部にあるＳｉＮ膜１３を突き抜けることを防止することができる。
【００６７】
さらに、図３Ｂ（ｃ）の反射膜形成工程に示すように、図１のイオン化スパッタリング装置１によるイオン化スパッタリング法により、導波路形成用穴１８ａの内周側壁表面に反射膜１７となる金属膜としてＡｌ膜などが成膜される。即ち、導波路形成用穴１８ａの側壁表面に従来のように下地金属膜（Ａｌ膜）を形成せずに、直接、絶縁層１４に接して反射膜１７を形成する。このイオン化スパッタリング法では、図１を用いて説明したように、反射膜１７の形成時に、ターゲット７からスパッタリングされる堆積材料の少なくとも一部をイオン化して、そのイオン化されたターゲット材料（例えばＡｌ材料；アルミニウム材料）のイオン化粒子を、基板バイアス用ＲＦ電源６を用いて半導体基板１１（ウェハ５）にバイアス電圧を印加して、半導体基板１１の方へ電気的に引き付けることにより、反射膜１７を成膜する。
【００６８】
このとき、基板バイアス用ＲＦ（高周波）電源６から半導体基板１１（ウェハ５）側に供給されるバイアス電力パワーを、例えば４００Ｗ以上２０００Ｗ以下の範囲内に上げることによって、導波路形成用穴１８ａの底部および導波路形成用穴１８ａの外部平面など、導波路形成用穴１８ａの側壁以外の部分に堆積される金属膜が、イオン化されたターゲット材料（反射膜１７となるＡｌ材料のイオン化粒子）により叩かれて逆スパッタリングされて取り除かれる。この場合に、イオン化粒子の照射方向に直交する基板面の導波路形成用穴１８ａの底部および該導波路形成用穴外部の平面部などの金属膜（反射膜１７）が、イオン化粒子により叩かれて逆スパッタリングされて取り除かれる。バイアス電力パワーが４００Ｗ以上になると逆スパッタリングが作用し、最大装置能力として２０００Ｗとした場合であり、それ以上の３０００Ｗの最大装置能力がある装置ができれば、バイアス電力パワーを４００Ｗ以上３０００Ｗ以下の範囲内とすることができ、要は、バイアス電力パワーを、逆スパッタリングが作用する４００Ｗ以上であればよい。
【００６９】
このように、反射膜形成時に、イオン化されたターゲット材料（Ａｌ材料）により、導波路形成用穴１８ａの底部に堆積される反射膜１７の材料を逆スパッタリングして除去する。これにより、図３Ｂ（ｃ）に示すように、導波路形成陽穴１８ａ内の側壁表面にのみ、Ａｌ膜などの金属膜からなる反射膜１７を形成することができる。
【００７０】
続いて、図３Ｂ（ｄ）の導波路材料埋込工程に示すように、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法（ＨＤＰ法）などを用いて、例えば酸化シリコン膜ＳｉＯ２膜などの透明材料が導波路形成用穴１８ａ内に埋め込まれる。または、塗布法を用いて、例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）やＳＯＤ（Ｓｐｉｎ  ｏｎ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）などの透明材料が導波路形成用穴１８ａ内に埋め込まれる。
【００７１】
その導波路形成用穴１８ａ内への透明材料の埋め込処理後（導波路材料埋込工程後）、平坦化処理が行われて、導波路形成用穴１８ａ内以外の部分に形成された透明材料膜（導波路材料膜）が除去されて、導波路形成用穴１８ａ内だけに図３Ｂ（ｄ）に示すような導波路１８を形成する。
【００７２】
以上の穴形成工程、導波路材料埋込工程および反射膜形成工程により導波路形成工程が構成されており、この導波路形成工程後に、絶縁層１４上に、受光センサ部１２と導波路１８を介して対向するように集光用のオンチップマイクロレンズ２１を形成するマイクロレンズ形成工程が行われる。
【００７３】
このマイクロレンズ形成工程は、絶縁層１４上、および導波路形成用穴１８ａ内に埋め込まれた透明材料膜上を含む全面に、パッシベーション膜１９およびカラーフィルタ２０をこの順に形成し、カラーフィルタ２０の受光センサ部１２と対応する位置（対向位置）、即ち、導波路１８上部にオンチップマイクロレンズ２１を形成する。
【００７４】
以上により、図３Ｂ（ｄ）に示すように、受光センサ部１２上の絶縁層１４に導波路１８が設けられ、この導波路１８の側壁表面にのみ反射膜１７を直に形成して、集光効率を高めることができるＣＭＯＳ型の固体撮像素子１０を製造することができる。
【００７５】
以上のように、本実施形態によれば、受光センサ部１２上方の絶縁層１４に導波路１８が設けられ、この導波路１８の側壁部に反射膜１７が設けられた固体撮像素子１０を製造する際に、図１のイオン化スパッタリング装置１によるイオン化スパッタリング法により、導波路形成用穴１８ａ内の側壁表面にのみ反射膜１７を形成することにより、導波路形成用穴１８ａの側壁表面に直に均一な反射膜１７を形成すると同時に、イオン化されたターゲット材料７による逆スパッタリングにより導波路形成用穴１８ａの底部および導波路形成用穴外部の平面部に堆積した反射膜１７が打つかって除去される。これによって、従来技術のように、導波路１８の底部および導波路１８外部の平面部に形成された金属膜の反射膜１７を除去する従来の工程は不要となる。また、反射膜１７と導波路形成用穴１８ａの側壁表面との間には従来のように下地膜（下地金属膜）が形成されないため、反射膜１７と導波路形成用穴１８ａの側壁表面との間に下地膜を形成する従来の工程は不要となる。これによって、導波路１８による集光効率を高めた固体撮像素子１０を、簡略化された製造工程により容易かつ確実に作製することができる。
【００７６】
なお、上記実施形態では、反射膜１７としてＡｌ膜を形成したが、Ａｌに限らず、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＷもしくはＣｕ、またはそれらの合金などからなる金属膜を形成して反射膜として用いることができる。また、反射膜として、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜を形成してもよい。さらに、反射膜として、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔｉ、ＷもしくはＣｕ、またはそれらの合金からなる金属膜と、ＴｉＮ、ＷＮ、ＴｉＷまたはＷＳｉからなる金属化合膜との積層膜を形成してもよい。この場合に、反射率の良好な反射膜となる。
【００７７】
また、上記実施形態では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置１０について説明したが、これに限らず、本発明は、ＣＣＤ型の固体撮像装置にも適用可能である。
【００７８】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、要は、入射光（被写体光）を光電変換する受光センサ部１２上の絶縁層１４中に導波路１８が設けられた固体撮像素子の製造方法において、イオン化スパッタリング法により導波路１８の側壁にのみ反射膜１７を形成する反射膜形成工程を有する場合に、工程数の増加なく、受光センサ部１２上に導波路１８を設けて集光効率を向上させることができる本発明の目的を達成することができる。また同様に、要は、半導体基板１１の表面部（または表面側の所定深さ部分）に、入射光を光電変換する複数の受光センサ部１２が設けられ、受光センサ部１２上の絶縁層１４中に導波路１８が設けられた固体撮像素子の製造方法において、導波路１８を形成する際に、受光センサ部１２上の絶縁層１４に導波路形成用穴１８ａを形成する穴形成工程と、イオン化スパッタリング法により導波路形成用穴１８ａの側壁表面にのみ反射膜１７を形成する反射膜形成工程とを有する場合にも、工程数の増加なく、受光センサ部１２上に導波路１８を設けて集光効率を向上させることができる本発明の目的を達成することができる。即ち、受光センサ部１２上の絶縁層１４に導波路１８が設けられて集光率を向上させた固体撮像素子を製造する際に、イオン化スパッタリング法により逆スパッタリングを作用させつつ、導波路形成用穴１８ａ内の側壁にのみ、従来のように下地膜なしで反射膜１７を直に形成するように構成すれば、従来のように工程数の増加なく、受光センサ部１２上に導波路１８を設けて集光効率を向上させることができる。
【００７９】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像素子１０を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像素子１０を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００８０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像するＣＣＤ型固体撮像素子やＣＭＯＳ型固体撮像素子などの固体撮像素子およびその製造方法、特に、受光センサ部上に光の集光効率を高めるための導波路が設けられた固体撮像素子の製造方法および、この製造方法により製造された固体撮像素子、さらに、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器、この固体撮像素子の製造方法に用いられるイオン化スパッタリング装置の分野において、受光センサ部上の絶縁層に設けられた導波路の側壁に反射膜を形成する際に、イオン化スパッタリング法により導波路側壁に均一な反射膜を形成すると同時に、導波路底部に堆積した反射膜を除去することができるため、工程数を大幅に削減することが可能となり、集光効率に優れ感度が良好な固体撮像素子を、簡略化した製造工程により作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本実施形態の固体撮像素子の製造方法に用いられるイオン化スパッタリング装置の構成例を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図３Ａ】（ａ）および（ｂ）は、図２の固体撮像素子を製造するための各製造工程（その１）を説明する要部縦断面図である。
【図３Ｂ】（ｃ）および（ｄ）は、図２の固体撮像素子を製造するための各製造工程（その２）を説明する要部縦断面図である。
【図４】従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図５Ａ】（ａ）〜（ｃ）は、図４の固体撮像素子を製造するための各製造工程（その１）を説明する要部縦断面図である。
【図５Ｂ】（ｄ）〜（ｆ）は、図４の固体撮像素子を製造するための各製造工程（その２）を説明する要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１  イオン化スパッタリング装置
２  高密度プラズマ
３  コイル
４  高密度プラズマ生成用ＲＦ電源
５  ウェハ
６  基板バイアス用ＲＦ電源
７  ターゲット
８  イオン化粒子
１０  固体撮像素子（固体撮像装置）
１１  半導体基板
１２  受光センサ部
１３  ＳｉＮ膜
１４  絶縁層
１５  配線層
１７  反射膜
１８  導波路
１８ａ  導波路形成用穴
１９  パッシベーション膜
２０  カラーフィルタ
２１  オンチップマイクロレンズ
【図１】
2008034699.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2008034699.tif 000006
【図４】
2008034699.tif 000007
【図５Ａ】
2008034699.tif 000008
【図５Ｂ】
2008034699.tif 000009