(57)【要約】      （修正有）【課題】小型化を図るとともに集光率を向上し高感度化を図ることができる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１に形成されたフォトダイオード２およびＣＣＤチャンネル３と、ＣＣＤチャンネル３の上方にゲート絶縁膜４を介して形成されたゲート電極５ａ、５ｂと、このゲート電極５ａ、５ｂを覆った平坦化層７と、この平坦化層７上に形成された上凸状のマイクロレンズ８と、マイクロレンズ８の領域を除いて形成された遮光膜６ｂとを備えている。マイクロレンズ８の上方にマイクロレンズ８を除いて形成された遮光膜６ｂを設けることによって、遮光膜６ｂ間の開口を通った入射光がマイクロレンズ８で集光されてフォトダイオード２に入射するため、遮光膜厚による反射ロスをなくすことができ、スミア特性を劣化させることなく入射光を増大させ感度特性を向上させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された電荷蓄積部および電荷転送部と、前記電荷転送部の上方にゲート絶縁膜を介して形成された電荷転送電極と、この電荷転送電極を覆った平坦化層と、この平坦化層上に形成された上凸状のマイクロレンズと、前記マイクロレンズの領域を除いて形成された遮光膜とを備えた固体撮像装置。
【請求項２】
電荷転送電極の側壁に側面遮光膜を有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
半導体基板に電荷蓄積部および電荷転送部を形成し、前記電荷転送部の上方にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極の形成後に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に上凸状のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズ形成後に前記マイクロレンズの領域を除いて遮光膜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４】
電荷転送電極の形成後に、前記電荷転送電極を覆って形成された絶縁膜を介して金属膜を形成し、前記金属膜を異方性エッチングしてサイドウォールを形成する工程を含む請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
遮光膜を上凸状の前記マイクロレンズの形成直後に形成する請求項３または請求項４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】
固体撮像装置は、入射光を集光するレンズ部と入射光を光電変換する受光部と、電荷を転送する電荷転送部から構成されている。近年の固体撮像素子において、高解像度化や多画素化の要求からますますセルの小型化が進んで行く一方で、感度特性は従来と同レベルが要求されている。これに伴ってオンチップレンズだけでは集光性が不十分となり、受光部（フォドダイオード）に近い位置にさらにマイクロレンズを形成して集光性を高める技術が用いられている。
【０００３】
従来のこの種の固体撮像装置について、図７にその断面模式図を示し、図８に平面模式図を示し、さらに図９に製造工程の断面模式図を示す。ｐ型シリコン基板１上に電荷蓄積部（受光部）であるｎ型不純物領域２（以下フォトダイオードと記す）と、電荷転送部であるｎ型不純物領域３（以下ＣＣＤチャネルと記す）が形成されている。ゲート絶縁膜４を介して、電荷転送電極である第１ゲート電極５ａと第２ゲート電極５ｂが電荷転送方向に沿って交互に配置されている。第１ゲート電極５ａおよび第２ゲート電極５ｂを覆ってゲート絶縁膜４ａを介して遮光膜６がパターンニングされている。遮光膜（金属膜）６上に第１平坦化層７を形成し（図９（ａ））、第１平坦化層７の上に凸型のマイクロレンズ８が形成されている（図９（ｂ））。凸型マイクロレンズ８上にはアクリル系樹脂からなる第２平坦化層９を形成して平坦化され、その上にカラーフィルタ１０が形成されている。さらにカラーフィルタ１０の上にはオンチップレンズ１１が形成されている（図９（ｃ））。このオンチップレンズ１１とマイクロレンズ８により集光性を高めることができるのである。ａ７、ｂ７、ｃ７、ｄ７は入射する光の経路を示す。
【０００４】
【特許文献】
特開平６−２０４４４３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来提案されている上記構造では、セルサイズが小さくなった時に遮光膜６に斜めに入射する光ｂ７による反射ロスが大きくなり高感度化の妨げとなっている。ここで、遮光膜厚はＣＣＤチャネル上方から入射する入射光ａ７の遮光性により決定されるため、単純に薄くするとＣＣＤチャネルに透過光成分が入光し疑似信号（スミア）となる。このため遮光膜厚が一定の時に、セルサイズが小さくなって開口幅Ｌ７が小さくなると、開口幅Ｌ７に対する遮光膜厚のアスペクト比が大きくなり斜め光ｂ７に対する集光率が低下する。特に上記のマイクロレンズ８を用いた構造では入射光の斜め光ｂ７が増大するため、開口部の遮光膜６に入射する入射光ｂ７が遮光膜６によってケラれを生じ、これによって集光率が低下する。高感度化を図るためには、開口幅Ｌ７を拡大することが考えられるが、単純な開口幅Ｌ７の拡大はＣＣＤチャネルへ入光する疑似信号を増大させスミアを劣化させる。
【０００６】
したがって、この発明の目的は、小型化を図るとともに集光率を向上し高感度化を図ることが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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固体撮像装置は、半導体基板に形成された電荷蓄積部および電荷転送部と、前記電荷転送部の上方にゲート絶縁膜を介して形成された電荷転送電極と、この電荷転送電極を覆った平坦化層と、この平坦化層上に形成された上凸状のマイクロレンズと、前記マイクロレンズの領域を除いて形成された遮光膜とを備えたものである。
【０００８】
請求項１記載の固体撮像装置によれば、遮光膜間を通った入射光がレンズで集光されて電荷蓄積部に入射するため、従来に比べて遮光膜厚による反射ロスをなくすことができ、入射光を増大させ感度特性を向上させることができる。また、電荷転送部に直接入射する光を少なくすることができるため、スミア特性を劣化させることを防止できる。さらに、電荷蓄積部とレンズ間距離を小さくできるため集光率を高め、感度を向上させることができる。
【０００９】
請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１において、電荷転送電極の側壁に側面遮光膜を有するものである。
【００１０】
請求項２記載の固体撮像装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、電荷転送電極の側壁に例えば金属膜のサイドウォールを設けることによりさらに電荷転送部へ入り込む乱反射成分を抑制でき、スミア特性を劣化させることなく感度を向上させることができる。
【００１１】
請求項３記載の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に電荷蓄積部および電荷転送部を形成し、前記電荷転送部の上方にゲート絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極の形成後に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に上凸状のマイクロレンズを形成する工程と、前記マイクロレンズ形成後に前記マイクロレンズの領域を除いて遮光膜を形成する工程とを含むものである。
【００１２】
請求項３記載の固体撮像装置の製造方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００１３】
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項３において、電荷転送電極の形成後に、前記電荷転送電極を覆って形成された絶縁膜を介して金属膜を形成し、前記金属膜を異方性エッチングしてサイドウォールを形成する工程を含むものである。
【００１４】
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法によれば、その後平坦化層を形成して、平坦化層上に上凸状のマイクロレンズを設けて、マイクロレンズ上方にマイクロレンズを除いて形成された遮光膜を設けることにより、請求項２と同様な効果がある。
【００１５】
請求項５記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項３または請求項４において、遮光膜を上凸状の前記マイクロレンズの形成直後に形成するものである。
【００１６】
請求項５記載の固体撮像装置の製造方法によれば、請求項３または請求項４と同様な効果がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置とその製造方法について、図１および図２に基づいて説明する。なお、実施の形態の全図において、同一の部分には同一の符号を付す。
【００１８】
第２ゲート電極５ｂの形成まで（図２（ａ））は上記従来と同様であるので、同じ箇所に同一の符号を付して記述を省略する。第１ゲート電極５ａおよび第２ゲート電極５ｂを覆って第１平坦化層７が形成され、第１平坦化層７の上に凸型マイクロレンズ８が形成されている（図２（ｂ））。凸型マイクロレンズ８上には絶縁膜９ａが形成され、絶縁膜９ａ上にマイクロレンズ８を除いて遮光膜６ｂが形成されている（図２（ｃ））。さらにこれらの上にアクリル系樹脂からなる第２平坦化層９ｂを形成して平坦化され、その上にカラーフィルタ１０が形成されている。さらにカラーフィルタ１０の上にはオンチップレンズ１１が形成されている（図２（ｄ））。
【００１９】
具体的には、第１ゲート電極５ａおよび第２ゲート電極形５ｂの形成後に、全面にＣＶＤ膜を用いて第１平坦化層７を形成する。平坦化する方法としてはＣＭＰ（ケミカル・メカニカル・ポリッシュ）法による方法やＣＶＤ膜としてＢＰＳＧ膜を用いてリフローさせる方法がある。いずれにしてもＣＶＤ膜の屈折率は１．４〜１．６の低屈折率材料を用いる。
【００２０】
次に、プラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜（屈折率１．９〜２．０）からなる凸型マイクロレンズ８を形成する。従来の方法では遮光膜形成後にマイクロレンズが形成されるが、本実施の形態ではマイクロレンズ８の形成後に遮光膜６ｂを形成する。これによってマイクロレンズ８のゲート絶縁膜４の形成位置からの高さｈ１が従来例の高さｈ７と比較して小さくできる。フォトダイオード２とレンズ８間距離が小さく出来ると、より集光性を高めることが出来る。具体的には遮光膜６ｂの厚さ分の２００〜４００ｎｍ小さく出来る。
【００２１】
次に、ＣＶＤ絶縁膜９ａと金属膜の遮光膜６ｂを成膜して、マイクロレンズ８を除いて遮光膜６ｂをパターンニングする。ＣＶＤ絶縁膜９ａは遮光膜６ｂのドライエッチング時にオーバーエッチングによるマイクロレンズ８へのダメージを緩和させるために形成しており、エッチング条件によってはＣＶＤ絶縁膜９ａを省略することができる。
【００２２】
遮光膜６ｂの開口率（すなわち遮光膜６ｂ間の開口幅Ｌ１）によってマイクロレンズ８に入射する光が制御できるが、遮光膜６ｂとマイクロレンズ８とがオーバーラップすると集光率が減少し、また、遮光膜６ｂとマイクロレンズ８間距離が大きくなると、入射光ａ１成分を遮光する効果が減少しスミアが増大する。具体的にはマイクロレンズ８とオンチップレンズ１１のレンズ端を結んだ領域１２以内に遮光膜６ｂがあることが好ましい。つまり、マイクロレンズ８と遮光膜６ｂ間距離は５０〜３００ｎｍに設定するのが好ましい。
【００２３】
次に、アクリル系樹脂（屈折率１．３〜１．６）からなる第２平坦化層９を形成する。このアクリル系樹脂より凸型マイクロレンズ８の屈折率が大きいことからレンズとして集光ができる。さらにカラーフィルタ１０の形成後にオンチップレンズ１１を形成している。なおｂ１、ｃ１、ｄ１はオンチップレンズ１１およびマイクロレンズ８に入射した入射光である。
【００２４】
この発明の第２の実施の形態を図３から図６に基づいて説明する。すなわち、第１の実施の形態において、第１ゲート電極５ａおよび第２ゲート電極５ｂの形成後に、これらの電極を覆う絶縁膜７ａを形成し、さらに金属膜６ａを成膜した後（図６（ａ））、金属膜６ａを異方性エッチング（エッチバック）してサイドウォールの側面遮光膜を第１ゲート電極５ａおよび第２ゲート電極５ｂの側方に設けている（図６（ｂ））。その後は第１の実施の形態と同様に第１平坦化層７およびマイクロレンズ８を順次製造してゆく（図６（ｃ）、（ｄ））。
【００２５】
金属膜６ａによる反射膜のサイドウォールによって乱反射されて入射する光を阻止することができ、スミア抑制効果を高めることができる。
【００２６】
金属膜６ａの平面パターンは、図４および図５に示している。図４はマイクロレンズ８がかまぼこ形の場合、図５はマイクロレンズ８が円形の場合である。遮光膜６ｂは、マイクロレンズ８よりも外側に形成する。マイクロレンズ８よりも内側に遮光膜６ｂが形成されると、遮光膜６ｂにより入射光がケラれるため、フォトダイオード２に入射する光自体が減少し感度が低下する。金属膜６ａのパターン形成ばらつきを考慮してマイクロレンズ８と遮光膜６ｂは１００ｎｍ以上離すことが望ましい。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１記載の固体撮像装置によれば、遮光膜間を通った入射光がレンズで集光されて電荷蓄積部に入射するため、従来に比べて遮光膜厚による反射ロスをなくすことができ、入射光を増大させ感度特性を向上させることができる。また、電荷転送部に直接入射する光を少なくすることができるため、スミア特性を劣化させることを防止できる。さらに、電荷蓄積部とレンズ間距離を小さくできるため集光率を高め、感度を向上させることができる。
【００２８】
請求項２記載の固体撮像装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、電荷転送電極の側壁に例えば金属膜のサイドウォールを設けることによりさらに電荷転送部へ入り込む乱反射成分を抑制でき、スミア特性を劣化させることなく感度を向上させることができる。
【００２９】
請求項３記載の固体撮像装置の製造方法によれば、請求項１と同様な効果がある。
【００３０】
請求項４記載の固体撮像装置の製造方法によれば、その後平坦化層を形成して、平坦化層上に上凸状のマイクロレンズを設けて、マイクロレンズ上方にマイクロレンズを除いて形成された遮光膜を設けることにより、請求項２と同様な効果がある。
【００３１】
請求項５記載の固体撮像装置の製造方法によれば、請求項３または請求項４と同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の要部断面図である。
【図２】その製造工程図である。
【図３】第２の実施の形態の要部断面図である。
【図４】マイクロレンズがかまぼこ形の場合の平面図である。
【図５】マイクロレンズが円形の場合の平面図である。
【図６】製造工程図である。
【図７】従来例の要部断面図である。
【図８】その平面図である。
【図９】製造工程図である。
【符号の説明】
１・・・ｐ型シリコン基板
２・・・フォトダイオード
３・・・ＣＣＤチャネル
４、４ａ・・・ゲート絶縁膜
５ａ・・・第１ゲート電極
５ｂ・・・第２ゲート電極
６、６ｂ・・・遮光膜
６ａ・・・金属膜
７ａ・・・絶縁膜
７・・・第１平坦化層
８・・・凸型マイクロレンズ
９ａ・・・ＣＶＤ絶縁膜
９・・・第２平坦化層
１０・・・カラーフィルタ
１１・・・オンチップレンズ
１２・・・領域
ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１・・・・入射光成分
ｈ１・・・マイクロレンズの高さ
Ｌ１・・・開口幅
【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】
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