(57)【要約】【課題】従来、層内レンズの形状がその下層のＢＰＳＧ膜の凹凸形状に依存するため、ウェハ面内におけるレンズ間、もしくはウェハ間においてレンズの集光特性がばらつくという問題があった。【解決手段】ＢＰＳＧ膜９の表面を平坦化し、その上に層内レンズ１０を形成することで、同一ウェハ面内に形成される複数の層内レンズ１０の形状の均一化、および、ウェハ間における層内レンズ１０の形状の均一化が図れ、固体撮像素子が微細化されてもウェハ面内もしくはウェハ間におけるレンズの集光特性のばらつきを抑制できる。また、ＢＰＳＧ膜９の下に酸化膜８を形成することで、平坦化による熱処理でＢＰＳＧ膜９から染み出したボロンとリンが受光部３や基板内部へ拡散するのを防止でき、固体撮像素子の特性を損なうこともない。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一表面が一導電型領域からなる基板の前記一導電型領域の表面に形成された他導電型の領域からなる受光部と、前記一導電型領域の表面で前記受光部の近傍に形成された他導電型の領域からなる電荷転送部と、前記電荷転送部上に形成された転送電極と、前記受光部以外の領域に前記転送電極上を覆うように形成された遮光膜と、前記遮光膜上および受光部上の全面に形成された第１の酸化膜と、前記第１の酸化膜上に形成され表面が平坦なＢＰＳＧ膜と、前記ＢＰＳＧ膜の平坦な表面上に前記受光部に対応して形成された層内レンズと、前記層内レンズの上部に前記受光部に対応して形成されたマイクロレンズとを備えた固体撮像装置。
【請求項２】
前記ＢＰＳＧ膜のボロン濃度が４．４〜５．４［ｗｔ％］、リン濃度が４．６〜５．６［ｗｔ％］の範囲内であ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ＢＰＳＧ膜の厚さが４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内であ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４】
前記第１の酸化膜の厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であ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５】
前記遮光膜と前記転送電極の間に第２の酸化膜が形成され、さらに前記第２の酸化膜は前記転送電極の端部の前記一導電型領域上から前記受光部上を覆うように形成されたことを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
表面が一導電型領域からなる基板の前記一導電型領域の表面に、他導電型の領域からなる受光部と電荷転送部とを形成する工程と、
前記電荷転送部上に転送電極を形成する工程と、
前記受光部以外の領域に前記転送電極上を覆うように遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜上および受光部上の全面に酸化膜を堆積する工程と、
前記酸化膜上にＢＰＳＧ膜を堆積する工程と、
熱処理を行うことにより前記ＢＰＳＧ膜表面を平坦化する工程と、
前記ＢＰＳＧ膜の平坦な表面上に前記受光部に対応して層内レンズを形成する工程と、
前記層内レンズの上部に前記受光部に対応してマイクロレンズを形成する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記酸化膜は、３８０度以上の温度で堆積することを特徴とする、請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記酸化膜は、熱ＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤにより形成することを特徴とする、請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図４は、従来の固体撮像装置の撮像部断面図を示している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この従来の固体撮像装置は、ｎ型半導体基板１上にｐウェル層２を備え、ｐウェル層２の表面部分に受光部３、電荷転送部４が選択的に形成されている。また、ｐウェル層２上にシリコン酸化膜と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）からなるＯＮＯ膜５があり、そのＯＮＯ膜５上にポリシリコン電極６が形成され、受光部３上を除くポリシリコン電極６上全面に遮光膜（タングステン膜）７が形成されている。また遮光膜７上にＢＰＳＧ膜９、半導体素子表面保護膜１１、層内レンズ１０、カラーフィルタ層１３、中間透明膜１２が下から順に形成され、中間透明膜１２上にはマイクロレンズ１４を備えた構造を有している。
【０００４】
この構成によれば、マイクロレンズ１４および層内レンズ１０を各受光部３に対応させて配置し、マイクロレンズ１４から入った光は、層内レンズ１０でさらに集光され、続いてｐウェル層２表面に形成された受光部３で受光される。受光部３で受光され光電変換された受光データは、隣接するポリシリコン電極６の電圧印加により、電荷転送部４へ転送され、さらに電荷転送部４内を転送されて出力部から出力される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３１６４４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、固体撮像装置の微細化が進むにつれ、従来方法では受光部３に十分な集光を行える層内レンズ１０を安定して形成することが出来ないという問題がある。これは、層内レンズ１０の形状が、層内レンズ１０の下にあるＢＰＳＧ膜９表面の凹凸形状に依存するため、レンズの曲率が各箇所で変わってくる場合がある。その結果、ウェハ面内におけるレンズ間、もしくはウェハ間においてレンズの集光特性がばらつき、受光特性がレンズによって変化するため、画像処理の精度が低下する。
【０００７】
本発明の目的は、ウェハ面内もしくはウェハ間において層内レンズの集光特性のばらつきを抑制することのできる固体撮像装置およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、一表面が一導電型領域からなる基板の一導電型領域の表面に形成された他導電型の領域からなる受光部と、一導電型領域の表面で受光部の近傍に形成された他導電型の領域からなる電荷転送部と、電荷転送部上に形成された転送電極と、受光部以外の領域に転送電極上を覆うように形成された遮光膜と、遮光膜上および受光部上の全面に形成された第１の酸化膜と、第１の酸化膜上に形成され表面が平坦なＢＰＳＧ膜と、ＢＰＳＧ膜の平坦な表面上に受光部に対応して形成された層内レンズと、層内レンズの上部に受光部に対応して形成されたマイクロレンズとを備えている。
【０００９】
この構成によれば、表面が平坦なＢＰＳＧ膜上に層内レンズを形成することにより、同一ウェハ面内に形成される複数の層内レンズの形状の均一化、および、ウェハ間における層内レンズの形状の均一化が図れ、固体撮像素子が微細化されてもウェハ面内もしくはウェハ間におけるレンズの集光特性のばらつきを抑制することができる。また、ＢＰＳＧ膜の下に酸化膜（第１の酸化膜）を形成することで、ＢＰＳＧ膜から染み出したボロンとリンが受光部へ拡散するのを防止でき、固体撮像素子の特性を損なうこともない。
【００１０】
この場合、ＢＰＳＧ膜のボロン濃度を４．４〜５．４［ｗｔ％］、リン濃度を４．６〜５．６［ｗｔ％］の範囲内とすることで、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦化が容易となる。また、ＢＰＳＧ膜の厚さは４００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲内とすればよい。また、第１の酸化膜の厚さは５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内にすればよい。また、遮光膜と転送電極の間に第２の酸化膜が形成され、さらに第２の酸化膜は転送電極の端部の一導電型領域上から受光部上を覆うように形成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、表面が一導電型領域からなる基板の一導電型領域の表面に、他導電型の領域からなる受光部と電荷転送部とを形成する工程と、電荷転送部上に転送電極を形成する工程と、受光部以外の領域に転送電極上を覆うように遮光膜を形成する工程と、遮光膜上および受光部上の全面に酸化膜を堆積する工程と、酸化膜上にＢＰＳＧ膜を堆積する工程と、熱処理を行うことによりＢＰＳＧ膜表面を平坦化する工程と、ＢＰＳＧ膜の平坦な表面上に受光部に対応して層内レンズを形成する工程と、層内レンズの上部に受光部に対応してマイクロレンズを形成する工程とを含んでいる。
【００１２】
この製造方法によれば、表面が平坦なＢＰＳＧ膜上に層内レンズを形成することにより、同一ウェハ面内に形成される複数の層内レンズの形状の均一化、および、ウェハ間における層内レンズの形状の均一化が図れ、固体撮像素子が微細化されてもウェハ面内もしくはウェハ間におけるレンズの集光特性のばらつきを抑制することができる。また、ＢＰＳＧ膜の下に酸化膜を形成することで、ＢＰＳＧ膜から染み出したボロンとリンが受光部へ拡散するのを防止でき、固体撮像素子の特性を損なうこともない。
【００１３】
この場合、酸化膜は、３８０度以上の温度で堆積することにより、画像不良を伴う異常の発生を抑制することができる。また、酸化膜は、熱ＣＶＤ法もしくはプラズマＣＶＤにより形成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明では、層内レンズの下層のＢＰＳＧ膜表面を平坦化することにより、レンズの集光特性がばらつくのを抑えることに特徴がある。また、平坦化に適したＢＰＳＧ膜を形成するためには、基板内や受光部にボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）が拡散するのを防ぐために、ＢＰＳＧ膜下に酸化膜を備えていることが望ましい。まず、この理由について（発明の原理）として説明する。
【００１５】
（発明の原理）
ＢＰＳＧ膜の表面の凹凸形状を制御し平坦化するには、ＢＰＳＧ膜のボロン及びリンの濃度を濃くして熱処理する必要がある。しかし、ボロン及びリンの濃度が高濃度であると熱処理により基板中にボロンやリンが拡散し、拡散層の不純物濃度が変化する場合がある。また、拡散したボロンやリンが受光部の中に入り込んでしまい、固体撮像素子の特性を損ねてしまう恐れがある。
【００１６】
そこで本発明では、ＢＰＳＧ膜から染み出したボロンとリンがＢＰＳＧ膜下にある受光部や基板内部へ拡散するのを防止するために、保護層（酸化膜）を形成する。その結果、固体撮像素子が微細化されてもウェハ間もしくはウェハ面内においてレンズの集光特性がばらつくことなく、かつ固体撮像素子の特性を損なわない固体撮像装置を提供することが出来る。
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態の固体撮像装置の構成を示す撮像部断面図である。図１において、１はｎ型半導体基板、２はｐウェル層、３はｎ型領域の受光部、４はｎ型領域の電荷転送部、５はＯＮＯ膜、６はポリシリコン電極（転送電極）、７は遮光膜、８は酸化膜（ＮＳＧ膜）、９はＢＰＳＧ膜、１０は層内レンズ、１１は半導体素子表面保護膜、１２は中間透明膜、１３はカラーフィルタ層、１４はマイクロレンズ、１５は酸化膜である。
【００１９】
本実施形態の固体撮像装置は、ｎ型半導体基板１上にｐウェル層２を有し、ｐウェル層２上に、レンズにより集光された光を検知する受光部３と、受光部３の隣に電荷転送部４とを有している。電荷転送部４上にＯＮＯ膜５を介してポリシリコン電極６を備え、ポリシリコン電極６上および受光部３上を覆うように全面に酸化膜１５を設けている。また、その層上に受光部３以外の領域を覆う遮光膜７を有し、その層上に全面に酸化膜（ＮＳＧ膜）８を備えている。
【００２０】
さらに、酸化膜８上には高濃度のＢＰＳＧ膜９が堆積され、ＢＰＳＧ膜９表面には各受光部３に対応して層内レンズ１０が形成されている。ＢＰＳＧ膜９はボロンの濃度が例えば４．４〜５．４［ｗｔ％］で、リンの濃度が例えば４．６〜５．６［ｗｔ％］と高く、より平坦化に適した膜質を有しており、その下にある酸化膜（ＮＳＧ膜）８は、ＢＰＳＧ膜９中のボロンとリンが基板方向（下方）へ拡散するのを防ぐ働きを備えている。また、その層上に素子表面保護膜１１として、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜及びＳｉＮ膜から選ばれる少なくとも一つの膜を形成する。これらは半導体のパッシベーション（表面保護）に一般的に使われる材料で、表面ダストによる素子内汚染や水分浸透を防止することができる。
【００２１】
さらに、半導体素子保護膜１１上には樹脂材料を塗布・平坦化し、中間透明膜１２が形成されている。中間透明膜１２の内部の層にカラーフィルタ層１３が形成され、中間透明膜１２表面には各受光部３に対応してマイクロレンズ１４が形成されている。また白黒撮像や３板式撮像装置の場合は、カラーフィルタ層１３は不要である。
【００２２】
以上のように構成される本実施形態の固体撮像装置の製造方法について図２を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板１の上に不純物注入法または不純物注入後のドライブイン炉を用いて、ｐウェル層２を形成し、その表層部に不純物注入法を用いて、受光部３および電荷転送部４を形成する。次にパイロ酸化低圧ＣＶＤによりシリコン酸化膜と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）の合体したＯＮＯ膜５を堆積する。次に低圧ＣＶＤ法を用いて、ポリシリコン電極膜を堆積した後、エッチングによりポリシリコン電極６をＯＮＯ膜５上にパターン形成する。この後、受光部３上のＯＮＯ膜５もエッチングにより除去する。さらに、ＣＶＤ法により全面に酸化膜１５を堆積する。
【００２４】
次に、遮光膜７としてタングステン（Ｗ）膜またはタングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜を１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で堆積させ、受光部３の上の部分のみエッチングで除去する（図２（ｂ））。本実施形態では、遮光膜７はスパッタ法およびＣＶＤ法を用いてＷを厚さ２００ｎｍに形成した。
【００２５】
次に、遮光膜７上及び受光部３領域上を含め全面に酸化膜（ＮＳＧ膜）８を堆積する（図２（ｃ）。堆積膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で行い、成膜温度を３８０℃以上にて行う。ここで、堆積温度が３８０℃以上必要である理由について説明する。
【００２６】
酸化膜８堆積時の成膜温度が３８０℃以下である場合、画像不良を伴う異常が発生する。具体的には、酸化膜８と遮光膜７の構成成分であるＷとが部分的に反応し、その反応が起こった部分の膜質が変質ししみが発生するためであると考えられる。遮光膜７（Ｗ）に囲まれていない画素部以外の部分にはそのしみの発生はない。その結果、その変質部分は撮像素子として機能する際に、ＲＧＢいずれかを表示できない状態、つまり画像不良となる。
【００２７】
ここで、酸化膜８堆積時の成膜温度と画像不良を伴う異常の発生頻度の関係を図３に示す。このグラフは、横軸に酸化膜８堆積時の成膜温度を、縦軸に画像不良を伴う異常の発生頻度を示しており、酸化膜（ＮＳＧ膜）８堆積時の温度を３８０℃以上にすると異常の発生頻度が大幅に低下していることがわかる。本実施形態では、常圧ＣＶＤ法を用いて、成膜温度を３９０℃にし、厚さ１００ｎｍに形成した。ここでは熱ＣＶＤ法の１つである常圧ＣＶＤを使用したが、プラズマＣＶＤを使用してもかまわない。
【００２８】
次に、酸化膜８上にＢＰＳＧ膜９を堆積する（図２（ｄ））。ＢＰＳＧ膜８のボロン濃度は４．４〜５．４［ｗｔ％］、リン濃度は４．６〜５．６［ｗｔ％］、堆積膜厚は４００〜１０００ｎｍの範囲で行う。本実施形態では、常圧ＣＶＤ法を用いて、ボロン濃度４．６［ｗｔ％］、リン濃度４．９［ｗｔ％］、膜厚７００ｎｍに形成した。
【００２９】
さらにフロー炉にて８００℃〜９００℃で熱処理を行うことにより、ＢＰＳＧ膜９の平坦化処理を行う（図２（ｅ））。本実施形態では、９００℃で６０分間熱処理を行った。
【００３０】
次に、ＢＰＳＧ膜９上にプラズマＣＶＤ法によりプラズマ窒化膜１０Ａを堆積する（図２（ｆ））。
【００３１】
次に、プラズマ窒化膜１０Ａ上にレジスト（図示せず）を塗布、熱処理を行い凸の形状にし、レジストエッチバックによりプラズマ窒化膜を凸の層内レンズ１０の形状に加工する（図２（ｇ））。この層内レンズ１０は、各受光部３に対応させてその上部に形成する。本実施形態では、凸の層内レンズ１０をプラズマ窒化膜としたが、プラズマ酸化膜であってもかまわない。
【００３２】
さらに、上部全面に素子表面保護膜１１として、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＮ膜及びＳｉＮ膜から選ばれる少なくとも一つの膜を形成する（図２（ｈ））。
【００３３】
次に、素子表面保護膜１１上に、樹脂材料を塗布・平坦化し、中間透明膜１２を形成する。ここで、中間透明膜１２内部にカラーフィルタ層１３を形成し、中間透明膜１２表面に各受光部３に対応させてその上部にマイクロレンズ１４を形成する（図２（ｉ））。本実施形態では，カラーフィルタ層１３を形成したが、白黒撮像や３板式撮像装置の場合は、カラーフィルタ層１３の形成は不要である。
【００３４】
以上のように本実施形態によれば、ＢＰＳＧ膜９表面を平坦化し、その上に層内レンズ１０を形成することで、同一ウェハ面内に形成される複数の層内レンズ１０の形状の均一化、および、ウェハ間における層内レンズ１０の形状の均一化が図れ、固体撮像素子が微細化されてもウェハ面内もしくはウェハ間におけるレンズの集光特性のばらつきを抑制することができる。また、ＢＰＳＧ膜９の下に酸化膜８を形成することで、平坦化による熱処理でＢＰＳＧ膜９から染み出したボロンとリンが受光部３や基板内部へ拡散するのを防止でき、固体撮像素子の特性を損なうこともない。
【００３５】
なお、ポリシリコン電極６上および受光部３上を覆うように形成されている酸化膜（ＳｉＯ２膜）１５の膜厚は、厚くしすぎると、光が迷光となって受光部３以外の部分にもれていくので好ましくなく、また薄くしすぎると、その上の遮光膜７をエッチングするときのダメージを吸収できなくなるので、５０〜１００ｎｍの範囲内に設定するのが好ましい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、表面が平坦なＢＰＳＧ膜上に層内レンズを形成することにより、同一ウェハ面内に形成される複数の層内レンズの形状の均一化、および、ウェハ間における層内レンズの形状の均一化が図れ、固体撮像素子が微細化されてもウェハ面内もしくはウェハ間におけるレンズの集光特性のばらつきを抑制することができる。また、ＢＰＳＧ膜の下層に酸化膜を堆積することによって、ＢＰＳＧ膜中のボロン及びリンが受光部のある半導体基板へ拡散することを防ぐという効果を得る事が出来る。その結果、固体撮像素子の特性を損なわずＢＰＳＧ膜を平坦にすることができ、固体撮像素子を微細化しても受光部に集光できる層内レンズを安定して製造することができる。また、酸化膜の堆積温度を３８０℃以上とすることにより、画像不良を伴う異常の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の固体撮像装置の撮像部断面図
【図２】本発明の実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す工程断面図
【図３】本発明の実施形態における酸化膜８堆積時の成膜温度と画像不良を伴う異常の発生頻度の関係を示す図
【図４】従来の固体撮像装置の撮像部断面図
【符号の説明】
１  ｎ型半導体基板
２  ｐウェル層
３  受光部
４  電荷転送部
５  ＯＮＯ膜
６  ポリシリコン電極
７  遮光膜
８  酸化膜
９  ＢＰＳＧ膜
１０  層内レンズ
１１  半導体素子表面保護膜
１２  中間透明膜
１３  カラーフィルタ層
１４  マイクロレンズ
１５  酸化膜
【図１】
2004363356.tif 000003
【図２】
2004363356.tif 000004
【図３】
2004363356.tif 000005
【図４】
2004363356.tif 000006