(57)【要約】  【課題】  フォトダイオード周囲の上部に入射した光を、広範囲で有効にフォトダイオードに集光することを可能とする。  【解決手段】  １次元または２次元状に配列されたフォトダイオード群１と、フォトダイオードの上に形成された透光性の無機物質からなる無機誘電体膜８ｂ、８ｃと、無機誘電体膜中に、無機誘電体膜からなる内側側壁および外側側壁に挟まれた状態に形成された中空層９とを備え、中空層は、フォトダイオードの上部周辺部を起点としてフォトダイオードから離れるに従って開口が広がる漏斗形状を有する。【選択図】  図１
2005175442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元または２次元状に配列されたフォトダイオード群と、
前記フォトダイオードの上に形成された透光性の無機物質からなる無機誘電体膜と、
前記無機誘電体膜中に、前記無機誘電体膜からなる内側側壁および外側側壁に挟まれた状態に形成された中空層とを備え、
前記中空層は、前記フォトダイオードの上部周辺部を起点として前記フォトダイオードから離れるに従って開口が広がる漏斗形状を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記フォトダイオードに隣接して配置され前記フォトダイオードにより光電変換され蓄積された電荷を転送するＣＣＤと、前記中空層の下方に前記ＣＣＤを覆って形成され前記フォトダイオード上部に開口部を有する遮光膜とをさらに備え、前記中空層の前記起点部は前記遮光膜の開口部の内側に位置する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フォトダイオードから所定距離離れた位置における前記中空層の開口は、前記遮光膜の開口部よりも大きい請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記中空層を形成する前記無機誘電体膜からなる前記内側側壁および外側側壁は、略平行に形成された請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記フォトダイオードの周辺における前記遮光膜の端部は、前記中空層の最下部よりも上方に位置する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記中空層が段差部を有する請求項１〜５いずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基板上に１次元または２次元状に配列形成された複数のフォトダイオードの少なくとも周辺部上方に、無機物質からなる外壁誘電体膜を形成する工程と、
前記外壁誘電体膜上に前記外壁誘電体膜とは異なる無機物質からなる中空形成誘電体膜を形成する工程と、
前記中空形成誘電体膜のフォトダイオード開口部に対応する部分をエッチング除去する工程と、  前記中空形成誘電体膜と前記フォトダイオード開口部の上に前記中空形成誘電体膜とは異なる無機物質からなる内壁誘電体膜を形成する工程と、
前記各フォトダイオードを含む単位セルの境界外周部において前記内壁誘電体膜を前記中空形成誘電体膜上までエッチングする工程と、
前記外壁誘電体膜及び内壁誘電体膜に挟まれた前記中空形成誘電体膜を、前記外壁誘電体膜及び内壁誘電体膜をマスクとして選択的にエッチングして中空層を形成する工程とを備えた固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記外壁誘電体膜を形成する工程の前に、前記複数のフォトダイオードの周辺部上方に、前記フォトダイオード上部に開口部を有する遮光膜を形成する工程を備え、前記外壁誘電体膜を形成する工程では、前記遮光膜および前記フォトダイオードの上部に前記外壁誘電体膜を形成する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記外壁誘電体膜上に中空形成誘電体膜を形成する工程の前に、前記外壁誘電体膜を、前記フォトダイオードの開口部より大きく、前記フォトダイオードを１つ備えた単位セルの境界部より小さい領域において所定の深さでエッチングする工程を備えた請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記フォトダイオード周辺における前記遮光膜の端部を、前記中空層の最下部よりも上方に形成する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記中空形成誘電体膜をＣｌまたはＦまたはその両方を主成分とするガスを用いてエッチングする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記中空形成誘電体膜をＣｌの活性種もしくはＦの活性種もしくはその両方が主成分となるガスを用いてエッチングし、前記エッチング工程においてウェハを設置する台座温度を５０℃以上とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記中空形成誘電体膜をＨＦを主成分とする溶液を用いてエッチングする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記中空形成誘電体膜をＣｘＨｙの活性種が主成分となるガスを用いてエッチングする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記外壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成し、前記内壁誘電体膜をＳｉＯＮ膜で形成する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記内壁誘電体膜はシリカガラスであり、前記シリカガラスを塗布してアニールする工程を有する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記内壁誘電体膜を形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化する工程を有する請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２０】
前記中空形成誘電体膜は導電膜である請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２１】
前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉを主成分とする膜で形成する請求項２０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２２】
前記中空形成誘電体膜をハロゲン元素を主成分としたガスを用いてエッチングする請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２３】
前記中空形成誘電体膜を高融点金属の成分を持つ膜で形成する請求項７または請求項２０に記載の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、デジタルスチルカメラや一体型ビデオカメラ等に利用できる固体撮像装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置は、一体型ビデオカメラやデジタルスチルカメラの撮像部などに広く実用に供されている。その中でインターライン転送方式ＣＣＤ型固体撮像装置（以下ＩＴ−ＣＣＤという）は、低雑音特性を有することから、特に注力されている。
【０００３】
図８は、一般的なＩＴ−ＣＣＤの構成を示す模式図である。図８において、１は光電変換機能を有するフォトダイオード、２は信号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、３は垂直転送を制御する垂直転送ゲート、４は信号電荷を水平方向に転送する水平転送部、５は出力部である。
【０００４】
図９は、図８のフォトダイオード１、垂直転送部２、および垂直転送ゲート３を含む単位画素Ｐを表す図である。図９のＡ−Ａ’における断面模式図を、図１０に示す。図１０における、フォトダイオード１、垂直転送部２は、シリコン基板１１内に形成されている。垂直転送ゲート３は、シリコン基板１１上に形成されている。６は遮光膜であり、入射光をフォトダイオード１以外の、垂直転送部２などの領域には入射させないように設けられている。８ａ、８ｂはそれぞれ、ＳｉＯ2を主成分とする第１および第２の誘電体膜、１０は保護膜である。保護膜１０の上部に、有機の誘電体膜１２が形成され平坦化されている。有機の誘電体膜１２の上部には、有機膜で形成されたレンズ７が設けられ、入射光をフォトダイオード１に集光する。誘電体膜１２は、平坦化の役割と色フィルターの役割を兼用する。
【０００５】
図１１は、上記従来の固体撮像装置の製造工程を示す。図１１（ａ）は、遮光膜６を形成し、第２の誘電体膜８ｂを形成した後、保護膜１０を形成した段階における断面の状態を示す。なお、第２の誘電体膜８ｂは、成膜後熱フローさせる工程を施すことにより、図示するような形状になる。保護膜１０を形成した後、図１１（ｂ）に示すように有機の誘電体膜１２を形成し、さらにレンズ７を形成する。
【０００６】
しかしながら上記構成の固体撮像装置では、レンズ７の集光が不十分な場合に、入射光を有効に利用することができないという課題を有していた。すなわち、固体撮像装置に入射する光は、垂直に入射するときにはレンズ７により効果的に集光され、フォトダイオード１に有効に入射するが、入射角度が垂直方向から外れるとフォトダイオード１に集光されず、遮光膜６の表面で乱反射して、入射光を有効利用することが出来なかった。
【０００７】
特に、カメラの小型化に伴い、固体撮像装置の単位画素の小型化と、カメラに使用されるレンズの短射出瞳距離化が顕著であるため、上記の課題が重要度を増している。例えば、単位画素の小型化にともない、遮光膜６の開口であるフォトダイオード開口幅Ｗが縮小される一方、垂直転送ゲート３の膜厚は、開口幅の縮小率の割合では薄膜化出来ない。そのため、開口部が狭い縦穴状の構造になり、入射光の集光が困難になってきている。また、カメラレンズの短射出瞳距離化は、固体撮像装置への入射光の角度が垂直から離れている光の割合が増加することの原因となり、これらもフォトダイオード１への入射光の有効な集光を困難にする。
【０００８】
これに対して、特許文献１には、光電変換部の上方に位置する光路形成部の側壁部に低屈折領域層を設けることで、転送電極側面に入射する光、あるいは隣接画素へ侵入してくる光を光電変換部に入射させて、感度、解像度、画質の向上を図る構成が開示されている。特許文献１には、低屈折領域層として気体層を設けるために、水溶性の樹脂を塗布してその上部を別の樹脂で覆い、後に水溶性樹脂を溶かすことで気体層を形成する方法が開示されている。
【特許文献１】特許第２８６９２８０号（段落０００８、段落００１４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の低屈折領域層の構造は、フォトダイオード周囲の上部に入射した光を、広範囲でフォトダイオードに集光させるには不十分であった。
【００１０】
すなわち、フォトダイオード１周囲の他のフォトダイオードとの中間領域に入射した光は、遮光膜６に対して垂直に近い角度で入射するため遮光膜６表面で反射が起こり、この領域に入射した光はフォトダイオード１に集光することができなかった。
【００１１】
また、特許文献１に記載の製造方法では、水溶性樹脂を凹凸の激しい固体撮像装置表面に薄く均一に塗布することが困難で、凹部に液だまりを生じたり、あるいは凹部全体が樹脂で埋まったり、あるいは、凹部の一部に泡状に樹脂が塗布できない領域が出来たりして、均一な特性の低屈折領域層を得ることは容易ではなかった。
【００１２】
本発明は、フォトダイオード周囲の上部に入射した光を、広範囲で有効にフォトダイオードに集光することが出来る固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、均一な特性の低屈折領域層を容易に形成することができる固体撮像装置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】
【００１４】
本発明の固体撮像装置は、１次元または２次元状に配列されたフォトダイオード群と、前記フォトダイオードの上に形成された透光性の無機物質からなる無機誘電体膜と、前記無機誘電体膜中に、前記無機誘電体膜からなる内側側壁および外側側壁に挟まれた状態に形成された中空層とを備え、前記中空層は、前記フォトダイオードの上部周辺部を起点として前記フォトダイオードから離れるに従って開口が広がる漏斗形状を有する。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に１次元または２次元状に配列形成された複数のフォトダイオードの少なくとも周辺部上方に無機物質からなる外壁誘電体膜を形成する工程と、前記外壁誘電体膜上に前記外壁誘電体膜とは異なる無機物質からなる中空形成誘電体膜を形成する工程と、前記中空形成誘電体膜のフォトダイオード開口部に対応する部分をエッチング除去する工程と、前記外壁誘電体膜および前記中空形成誘電体膜の上に前記中空形成誘電体膜とは異なる無機物質からなる内壁誘電体膜を形成する工程と、前記内壁誘電体膜を平坦化する工程と、前記各フォトダイオードを含む単位セルの境界外周部において前記内壁誘電体膜を前記中空形成誘電体膜上まで選択的にエッチングする工程と、前記外壁誘電体膜及び内壁誘電体膜に挟まれた前記中空形成誘電体膜を、前記外壁誘電体膜及び内壁誘電体膜をマスクとして選択的にエッチングして中空層を形成する工程とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成の固体撮像装置によれば、中空層を設けて誘電膜の屈折率差を最大限にし、全反射を利用することで、入射光を有効にフォトダイオードに集光することが出来る。さらに、中空層が漏斗形状を有するので、フォトダイオード周囲の上部に入射した光を、広範囲で有効にフォトダイオードに集光することが可能である。それにより、固体撮像装置の単位画素の縮小に伴うフォトダイオードの深い縦坑状化や、カメラレンズの短射出瞳距離化による入射光角度の変化に対処して、良好な撮像特性を得ることが出来る。
【００１７】
また、上記の製造方法によれば、中空層を均一に形成することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の固体撮像装置において、前記フォトダイオードに隣接して配置され前記フォトダイオードにより光電変換され蓄積された電荷を転送するＣＣＤと、前記中空層の下方に前記ＣＣＤを覆って形成され前記フォトダイオード上部に開口部を有する遮光膜とをさらに備え、前記中空層の前記起点部は前記遮光膜の開口部の内側に位置する構成とすることが好ましい。
【００１９】
また好ましくは、前記フォトダイオードから所定距離離れた位置における前記中空層の開口は、前記遮光膜の開口部よりも大きい構成とする。それにより、全反射を利用した入射光のガイドをより広範囲に機能させることが出来る。また好ましくは、前記中空層を形成する前記無機誘電体膜からなる前記内側側壁および外側側壁は、略平行に形成される。それにより、下地の形状に合わせて中空層の内側領域を最大限広く取ることができるため、集光領域を最大化することができる。また、前記フォトダイオードの周辺における前記遮光膜の端部は、前記中空層の最下部よりも上方に位置する構成とすることが好ましい。それにより、入射光ガイドを利用し、フォトダイオードの開口を拡大して、感度を向上させることができる。また、中空層が段差部を有する構成とすることで、前記遮光膜の開口部より広い領域での全反射可能領域を更に拡大することができる。
【００２０】
また、単位画素の微細化が進みフォトダイオード面が深部に位置するとき、中空層は、深部においてフォトダイオード上部の起点からほぼ垂直に、もしくは一部フォトダイオード中心に近づきその開口を狭める形状をとりながら上昇し、十分上部においてその開口が広がるような形状をしていても良い。この場合においても上部において集光された光が全反射によるガイドにより深部にあるフォトダイオードに効率よく導かれる。
【００２１】
また、中空層がフォトダイオード上部の起点からほぼ垂直に、もしくは一部フォトダイオード中心に近づきその開口を狭める形状をとりながら上昇し、上部においてその開口が広がる形状をしていなくても、上部中空層開口において集光された光は全反射によるガイドにより深部にあるフォトダイオードに効率よく導かれ、中空層を用いた全反射による入射光のガイド効果は十分得ることが出来る。
【００２２】
本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記外壁誘電体膜上に中空形成誘電体膜を形成する工程の前に、前記外壁誘電体膜を、前記フォトダイオードの開口部より大きく、前記フォトダイオードを１つ備えた単位セルの境界部より小さい領域において所定の深さでエッチングする工程を備えた構成とすることもできる。また、前記フォトダイオード周辺における前記遮光膜の端部を、前記中空層の最下部よりも上方に形成することが好ましい。
【００２３】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法において、外壁誘電体膜を形成する工程の前に、前記複数のフォトダイオードの周辺部上方に、前記フォトダイオード上部に開口部を有する遮光膜を形成する工程を備え、前記外壁誘電体膜を形成する工程では、前記遮光膜および前記フォトダイオードの上部に無機物質からなる外壁誘電体膜を形成するようにしてもよい。
【００２４】
また、前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成することができる。その場合、前記中空形成誘電体膜をＣｌまたはＦまたはその両方を主成分とするガスを用いてエッチングすることができる。あるいは、前記中空形成誘電体膜をＣｌの活性種もしくはＦの活性種もしくはその両方が主成分となるガスを用いてエッチングし、前記エッチング工程においてウェハを設置する台座温度を５０℃以上としてもよい。
【００２５】
また、前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成することができる。その場合、前記中空形成誘電体膜をＨＦを主成分とする溶液を用いてエッチングすることができる。あるいは、前記中空形成誘電体膜をＣｘＨｙの活性種が主成分となるガスを用いてエッチングしてもよい。
【００２６】
また、前記外壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉＮを主成分とする膜で形成し、前記内壁誘電体膜をＳｉＯＮ膜で形成することもできる。
【００２７】
また、前記内壁誘電体膜はシリカガラスであり、前記シリカガラスを塗布してアニールする工程を有する構成とすることもできる。あるいは、前記内壁誘電体膜を形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化する工程を有する構成とすることもできる。
【００２８】
また、前記中空形成誘電体膜を導電膜とすることができる。例えば、前記外壁誘電体膜および前記内壁誘電体膜をＳｉＯ2を主成分とする膜で形成し、前記中空形成誘電体膜をＳｉを主成分とする膜で形成することができる。その場合、前記中空形成誘電体膜をハロゲン元素を主成分としたガスを用いてエッチングすることができる。
【００２９】
また、前記中空形成誘電体膜を高融点金属の成分を持つ膜で形成してもよい。
【００３０】
なお、本発明は、ＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型の固体撮像装置に適用して、同様の効果を奏することができる。その他のいかなる構造であっても、光電変換機能を有するフォトダイオードを備えた固体撮像装置に対して、本発明は適用可能である。
【００３１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、各実施の形態における固体撮像装置の全体の構造は、図８に示した従来例と同様である。以下の参照図面および説明では、図９に示した単位画素の領域と同様の領域の構成について説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面構造を示した図であり、図９のＡ−Ａ’における断面構造図である。
【００３３】
図１において、１はフォトダイオード、２は埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部であり、シリコン基板１１内に形成されている。シリコン基板１１上部に、垂直転送ゲート３が形成されている。６は遮光膜であり、フォトダイオード１以外の、垂直転送部２などの領域を入射光から遮光するように設けられている。垂直転送ゲート３の上部に、遮光膜６を挟んで無機物質、例えばＳｉＯ2を主成分とする有機の誘電体膜８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。誘電体膜８ｂ、８ｃは透光性であり、それぞれを内壁、外壁として、中空層９が形成されている。したがって以降の説明では、誘電体膜８ｂ、８ｃをそれぞれ、外壁誘電体膜、内壁誘電体膜と称する。中空層９は、フォトダイオード１の上部周辺部を起点として、フォトダイオード１から離れるに従って開口が広がる漏斗の側壁状に形成されている。
【００３４】
内壁誘電体膜８ｃの上面には保護膜１０が形成されている。保護膜１０の上部には有機の誘電体膜１２が形成され、平坦化されている。有機の誘電体膜１２の上部には、有機膜により形成されたレンズ７が設けられ、入射光をフォトダイオード１に集光する。誘電体膜１２は、平坦化の役割と色フィルターの役割を兼用する。
【００３５】
以上のように構成された実施の形態１の固体撮像装置においては、中空層９と内壁誘電体膜８ｃの境界部で、その屈折率は内壁誘電体膜８ｃの方が大きく、また、中空層９の誘電率が真空の誘電率１であり、その屈折率差は最大となる。従って内壁誘電体膜８ｃから中空層９の界面において、その屈折率差に応じて全反射が生じる。
【００３６】
内壁誘電体膜８ｃの屈折率をｎとすると全反射角θは、
ｃｏｓθ＝１／ｎ   ・・・（式１）
で表される角度になる。ｎが１．５であるときは、式１に従うとθは４８．１°になる。これは内壁誘電体膜８ｃと中空層９の境界で、その点に接する面から４８．１°の角度までの範囲で全反射が起こることを意味する。これにより、レンズ７により入射光が直接フォトダイオード１の開口部に集光されなくとも、中空層９の界面での全反射による入射光のガイドによりフォトダイオード１へ有効に集光することが出来る。
【００３７】
また、特許文献１の技術では、中空層は垂直転送ゲート（転送電極）上部でフラットになっており、入射光に対して直角に近い角度になっているが、本実施の形態では、中空層９は漏斗の側壁状に形成される。それにより、垂直転送ゲート３の上部に入射した光も、広範囲でフォトダイオード１に集光させることが出来る。
【００３８】
また、本実施の形態では、中空層９は外壁誘電体膜８ｂの形状に沿ってほぼ平行（中空層９の厚みが均一）に形成されている。従って、外壁誘電体膜の形状が外側に広がっている部分ではそれに沿って中空層９も広がって形成されている。それにより、集光のための中空層の内壁領域を最大限に取ることができ、フォトダイオードへの集光効果をより向上させることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態によれば、入射光をフォトダイオード１に効率良く導入し、垂直転送部２に不要な光が入らないようにできるため、遮光膜６は必ずしも必要ではない。
【００４０】
中空層９の製造方法としては、２つの誘電体膜に挟まれた他の誘電体膜を等方性エッチングにてエッチングして除去する方法を用いることができる。以下に、上記構成の固体撮像装置の製造方法について、図２を参照して説明する。
【００４１】
図２（ａ）は、遮光膜６を形成し、さらに外壁誘電体膜８ｂを形成した後に、ＳｉＮを主成分とする誘電体膜である中空形成誘電体膜１３を形成した状態を示す。外壁誘電体膜８ｂを形成する工程までは、従来の固体撮像装置の製造方法と同様である。外壁誘電体膜８ｂは、成膜後熱フローの工程を施すことにより、図示される形状になる。中空形成誘電体膜１３の形成には、例えばプラズマやＵＶを利用して、膜の形成温度を低下させたＣＶＤ等を用いる。
【００４２】
次に図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト１４をフォトダイオード１の上部で開口するようにパターニングし、これにより中空形成誘電体膜１３をエッチングする。次にフォトレジスト１４を除去し、内壁誘電体膜８ｃを形成し平坦化して、図２（ｃ）に示す状態を得る。次に図２（ｄ）に示すように、フォトレジスト１５のパターンを形成し、内壁誘電体膜８ｃを、隣接する単位セルとの境界部でエッチングして、中空形成誘電体膜１３の露出部１３ａを形成する。
【００４３】
次に図２（ｅ）に示すように、フォトレジスト１５を除去し、露出部１３ａから中空形成誘電体膜１３をエッチングして除去する。それにより、中空層９が形成される。中空形成誘電体膜１３のエッチングには、例えば、ＣＦ4や、ＣＣｌ4などＦ（フッ素）やＣｌ（塩素）がエッチングの主成分となるガスを用いてドライエッチすることにより、選択的にＳｉＮを主成分とする中空形成誘電体膜１３のみを除去する。次に図２（ｆ）に示すように、保護膜１０で全体を覆い、その後、有機膜１２と有機膜のレンズ７を形成する。
【００４４】
上記の製造工程において、中空形成誘電体膜１３であるＳｉＮ膜を、ＦやＣｌを活性種とするプラズマでエッチングすることで、等方性と、ＳｉＯ2膜との十分な選択性を得ることができ、中空層を良好に形成することが出来る。
【００４５】
またＳｉＮ膜はＣＶＤ法等の成膜方法により形成されるため、特許文献１に示されたような、水溶性の樹脂を塗布する方法の場合に問題であった、形成膜の均一性については全く問題ない。
【００４６】
また、中空形成誘電体膜１３として上述のＳｉＮ膜の代わりにＳｉ膜を使用すると、ＳｉがＦやＣｌの活性種と反応しやすく、更に良好なエッチング特性が得られる。これは、ＳｉＯ2膜をＳｉＮ膜で挟んだ時に、ＨＦ溶液や、ＣｘＨｙガスの活性種でエッチングするときも同様である。
【００４７】
また、中空形成誘電体膜１３をエッチングするときには有機のフォトレジストを使用せず、パターニングされた内壁誘電体膜８ｃをフォトレジスト代わりにしている。フォトレジストをドライエッチ時に使用すると、エッチング途中にフォトレジストから発生した生成物がエッチング活性種となり、選択性を低下させるからである。本実施の形態の技術によれば、中空形成誘電体膜１３エッチング時にフォトレジストを使用しないので、良好な選択性を得ることが出来る。また、ＨＦによるウェットエッチを行うときも、長時間エッチ時のフォトレジスト剥がれ等を防止することが出来、安定に製造工程を行うことが出来る。
【００４８】
また、上述の中空層９形成のためのエッチングでは、ドライエッチングする場合にウェハ温度制御が重要である。ウェハ温度が低温になると、エッチングにより発生した反応生成物が中空層９の側壁やエッチングチャンバーの側壁に再付着するようになる。反応生成物が中空層９側壁に付着すると、中空エッチングが所定の深さまで達する前に止まってしまう。また、反応生成物がエッチングチャンバー側壁に付着すると、それがダストとなってウェハ上面に落下し、やはりエッチングの妨げになり、エッチングチャンバー内の清掃を頻繁に行う必要が生じる。これらを防止するために、エッチングチャンバー内のウェハステージ温度を５０℃以上に保つことで、大幅な効果が得られる。特にＣｘＨｙ系のガスは再付着しやすく、温度管理が必須である。
【００４９】
また、内壁誘電体膜８ｃとしてシリカガラスを用い、シリカガラスを塗布してアニールすることにより内壁誘電体膜８ｃを形成してもよい。
【００５０】
また、内壁誘電体膜８ｃを形成後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により平坦化することもできる。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態２における固体撮像装置について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態における固体撮像装置の断面構造を示し、図９のＡ−Ａ’断面に相当する。
【００５２】
図３における各要素に対して、実施の形態１を示す図１に示した要素と同様の要素については、同一の参照符号を付して説明を簡略化する。本実施の形態においては、中空層１６を形成する外壁誘電体膜１７ａおよび内壁誘電体膜１７ｂの形状が、実施の形態１における中空層９とは相違する。
【００５３】
外壁誘電体膜１７ａは、フォトダイオード１の開口部の外方で、且つ、フォトダイオード１を１つ含む単位セルの境界部よりも内部の領域に屈曲部１８ａ、１８ｂを有し、屈曲部１８ａ、１８ｂ間に段差部１９が形成されている。中空層１６の形状は、漏斗状側壁の上口部である段差部１９において、一定の角度を維持している。屈曲部１８ａ、１８ｂが形成されることにより、そのような形状をとり易くなっている。
【００５４】
以上の構成において、中空層１６と内壁誘電体膜１７ｂとの境界で得られる屈折率差により、その境界において全反射を生じ、入射光をフォトダイオード１に有効にガイドする機能を持つことは、実施の形態１と同様である。さらに、本実施の形態においては、中空層１６は漏斗の上口部の形状が単位フォトダイオードの境界部まで一定の角度が保たれているので、レンズ７からの入射光をより広い範囲でフォトダイオード１にガイドすることが出来る。
【００５５】
具体的には、フォトダイオード１の上方のレンズ７による集光から外れた光は、フォトダイオード１の並びの境界部分において垂直に近い角度で入射してくる。これに対して中空層１６は、全反射が起こる角度（例えば実施の形態１で有れば４８．１°）に形成されている領域が、より周辺領域まで拡大されている。そのような周辺領域で全反射した光は、フォトダイオード１の開口部直上近傍にある中空層１６により再度全反射してフォトダイオード１に入射する。すなわちレンズ７からもしくはレンズ７の境界領域等、レンズ７から外れた部分を通って入射した光についても広範囲でフォトダイオード１にガイドすることができる。
【００５６】
段差部１９が無い形状においては、段差部１９の下部境界である屈曲部１８ａに対応する部分より上部では、中空層は基板に対して平行に近づきつつあり、入射光の角度に対して全反射が起こらず、入射光のガイドとしての機能が失われている。しかしながら、段差１９が有るために、中空層１６はより広い範囲で全反射を起こす角度を保つことができ、遮光膜６の開口部より更に広い範囲でレンズ７からの入射光をフォトダイオード１にガイドすることが出来る。
【００５７】
特にＣＣＤ固体撮像装置では、フォトダイオード１の開口部面積が繰り返しの単位画素面積に対して小さいので、周辺入射光をフォトダイオード１に有効にガイドできることは、感度特性向上に対しての効果が非常に大きい。
【００５８】
本実施の形態のける固体撮像装置の製造方法について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、遮光膜６を形成し、さらに外壁誘電体膜１７ａを形成した後に、フォトレジスト２０のパターンを形成した状態を示す。外壁誘電体膜１７ａを形成する工程までは、従来の固体撮像装置の製造方法と同様である。フォトレジスト２０のパターンは、フォトダイオード１の開口部より大きく、且つ、単位セルの境界部より小さい領域に開口を有するように形成する。
【００５９】
次に図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト２０をマスクとして外壁誘電体膜１７ａを所定の深さまでエッチングする。さらにフォトレジスト２０を除去して、ＳｉＮを主成分とする中空形成誘電体膜１３を形成する。中空形成誘電体膜１３の形成には、例えばプラズマやＵＶを利用して膜の形成温度を低下させたＳｉＮ膜の形成方法を用いる。
【００６０】
その後、実施の形態１における固体撮像装置の製造方法と同様な工程を経て、有機膜のレンズ７を形成する工程まで完了した状態を図４（ｃ）に示す。すなわち、図４（ｂ）に示した状態以降、フォトダイオード１上部で開口するように中空形成誘電体膜１３をエッチングし、その後、内壁誘電体膜１７ｂを形成し平坦化し、さらに、内壁誘電体膜１７ｂを隣接する単位セルの境界部でエッチングして露出部を形成する。その後、内壁誘電体膜１７ｂの露出部からＳｉＮを主成分とした中空形成誘電体膜１３をエッチングして中空層１６を形成する。次に保護膜１０で全体を被覆し、その後、有機膜１２と有機膜のレンズ７を形成する。
【００６１】
上述の例において、段差部１９は１箇所だけ設けられているが、図４（ａ）および（ｂ）の工程を複数回実施することで、段差部を複数個設けた構造にしてもよい。
【００６２】
図５は、本実施の形態において、複数個の段差部１９ａ、１９ｂを形成した例の断面構造を示す。この例によれば、複数個の段差部１９ａ、１９ｂを設けることで、より周辺領域に入射した光を、全反射によりフォトダイオード１にガイドすることができる。
【００６３】
図６は、本実施の形態において、フォトダイオード１が周囲の外壁誘電体膜１７ａに対して深部に形成され、段差部２１が大きく形成された例の断面構造を示す。フォトダイオード１が外壁誘電体膜１７ａに対して深部に形成された構造としては、例えば外壁誘電体膜１７ａ内部に多層の配線層等が形成されており、その絶縁層間膜がフォトダイオード１に対して高く形成された場合でもよいし、単に誘電体膜を厚く形成した結果でも良い。
【００６４】
本実施の形態によれば、フォトダイオード１が深部に形成されていても、段差部２１を設けて周辺入射光に対しても全反射を起こす角度に設定することにより、有効にフォトダイオード１に光をガイドすることができる。
【００６５】
なお、本実施の形態で示した図においては、フォトダイオード１に隣接して垂直転送部２が形成され、その上部に遮光膜６が形成されているが、本発明においては、全反射により入射光をフォトダイオード１に効率良く導入し、垂直転送部２に不要な光が入らないようにできるため、遮光膜６は必ずしも必要ではない。ＭＯＳセンサのように電荷検出用のトランジスタが隣接し、または、遮光膜が形成されていなくても、上記実施の形態と同様な効果が得られることは自明である。
【００６６】
（実施の形態３）
実施の形態３における固体撮像装置について、図７を参照して説明する。図７は本実施の形態における固体撮像装置の断面構造を示し、図９のＡ−Ａ’断面に相当する。
【００６７】
図７における各要素に対して、実施の形態１を示す図１に示した要素と同様の要素については、同一の参照符号を付して説明を簡略化する。本実施の形態においては、遮光膜２２の形状が、実施の形態１における遮光膜６とは相違する。本実施の形態では、遮光膜２２は垂直転送ゲート３の側面を覆っておらず、フォトダイオード１の開口を広く取れるようになっている。
【００６８】
従来の技術の場合、垂直転送ゲート３の側面に遮光膜が無ければ、そこからの無効な光入射のため、スミア特性が劣化していた。これに対して、本実施の形態によれば、中空膜９による入射光のガイドにより、当該部分からの無効な光入射が抑制される。従って、スミア特性を劣化することなくフォトダイオード１の開口を広く取ることができ、感度特性を大幅に向上することが出来る。これは、中空層９の形成と、開口拡大の両方の技術が相乗効果をもたらした結果である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明の固体撮像装置は、入射光を有効にフォトダイオードに集光することが出来、さらに、フォトダイオード周囲の上部に入射した光を、広範囲で有効にフォトダイオードに集光することが可能であるので、デジタルスチルカメラや一体型ビデオカメラ等の固体撮像装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の断面構造を示す断面図
【図２】同固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図３】実施の形態２における固体撮像装置の断面構造を示す断面図
【図４】同固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【図５】実施の形態２における固体撮像装置の断面構造の他の例を示す断面図
【図６】実施の形態２における固体撮像装置の断面構造の更に他の例を示す断面図
【図７】実施の形態３における固体撮像装置の断面構造を示す断面図
【図８】従来の固体撮像装置の概略構成を示す平面図
【図９】従来の固体撮像装置の単位画素の概略構成を示す平面図
【図１０】図９におけるＡ−Ａ’線に沿った断面構造を示す断面図
【図１１】従来の固体撮像装置の製造方法を示す断面図
【符号の説明】
【００７１】
１  フォトダイオード
２  垂直転送部
３  垂直転送ゲート
４  水平転送部
５  出力部
６  遮光膜
７  レンズ
８ａ  第１の誘電体膜
８ｂ、１７ａ  外壁誘電体膜
８ｃ、１７ｂ  内壁誘電体膜
９、１６  中空膜
１０  保護膜
１１  シリコン基板
１２  有機誘電体膜
１３  中空形成誘電体膜
１３ａ  露出部
１４、１５、２０  フォトレジスト
１８ａ、１８ｂ  屈曲部
１９、１９ａ、１９ｂ、２１  段差部
２２  遮光膜
【図１】
2005175442.tif 000003
【図２】
2005175442.tif 000004
【図３】
2005175442.tif 000005
【図４】
2005175442.tif 000006
【図５】
2005175442.tif 000007
【図６】
2005175442.tif 000008
【図７】
2005175442.tif 000009
【図８】
2005175442.tif 000010
【図９】
2005175442.tif 000011
【図１０】
2005175442.tif 000012
【図１１】
2005175442.tif 000013