(57)【要約】【課題】  受光感度を向上させることのできる固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明の個体撮像装置の製造方法は、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂ上に絶縁膜２１を形成する工程と、受光領域Ｌ上の絶縁膜上にレンズ形成用のマスクパターン２３を形成し、非受光領域Ｂ上の絶縁膜２１上にレンズ形成用のダミーマスクパターン２３ｄを形成する工程と、マスクパターン２３及びダミー・マスクパターン２３ｄをマスクとして、絶縁膜２１をエッチングし、絶縁膜２１に複数の凸部ａを形成する工程と、絶縁膜２１上に第１のレンズ膜２４を形成する工程と、第１のレンズ膜２４上に、これよりエッチングレートが低い平坦化膜２５を形成する工程と、第１のレンズ膜２４及び平坦化膜２５をエッチバックする工程と、第１のレンズ膜２４上に第２のレンズ膜２６を形成する工程と、を有するものである。【選択図】  図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配置されて成る受光領域と、該受光領域に隣接する非受光領域とを有した固体撮像装置の製造方法において、
前記受光領域及び前記非受光領域上に絶縁膜を形成する工程と、
前記受光領域上の絶縁膜上にレンズ形成用のマスクパターンを形成し、前記非受光領域上の絶縁膜上にレンズ形成用のダミーマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターン及びダミーマスクパターンをマスクとして、前記絶縁膜をエッチングし、前記絶縁膜に複数の凸部を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、第１のレンズ膜を形成する工程と、
前記第１のレンズ膜上に、これよりエッチングレートが低い平坦化膜を形成する工程と、
前記第１のレンズ膜及び前記平坦化膜をエッチバックする工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチバックされた第１のレンズ膜上に、第２のレンズ膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記マスクパターン及びダミーマスクパターンをマスクとして、前記絶縁膜をエッチングし、前記絶縁膜に複数の凸部を形成する工程は、
前記絶縁膜を異方的にエッチングする工程と、
前記絶縁膜を等方的にエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化膜は、有機膜もしくは無機膜であることを特徴とする請求項１,２,３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１のレンズ膜は、前記絶縁膜よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項１,２,３,４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２のレンズ膜は、前記第２のレンズ膜の上層の物質よりも屈折率が高いことを特徴とする請求項２,３,４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１のレンズ膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１,２,３,４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２のレンズ膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項２,３,４のいずれか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、受光効率を改善した固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）といった固体撮像装置は、携帯電話や個体認識装置などに用いられ、その応用分野は広がりつつある。
【０００３】
以下に、従来の固体撮像装置の構成例を、図面を参照して説明する。
【０００４】
図１２は、従来のフレーム転送方式の固体撮像装置の概略構成を示す図である。フレーム転送方式の固体撮像装置１は、撮像部１ｉ、蓄積部１ｓ、水平転送部１ｈ及び出力部１ｄを備えて構成される。撮像部１ｉは、垂直方向に互いに平行に配列される複数の垂直シフトレジスタから構成され、垂直シフトレジスタの各ビットが各受光画素を形成する。蓄積部１ｓは、撮像部１ｉを構成する複数の垂直シフトレジスタに連続する複数の垂直シフトレジスタから構成される。水平転送部１ｈは、蓄積部１ｓの出力側に設けられる１列の水平シフトレジスタから構成され、その各ビットが、複数の垂直シフトレジスタの各列に対応付けられる。出力部１ｄは、水平転送部１ｈから出力される情報電荷を受ける容量を備えて構成される。
【０００５】
この構成において、撮像部１ｉに構成される複数の受光画素で発生する情報電荷は、所定の期間各受光領域に蓄えられ、フレーム転送クロックφｆに応答して、高速で蓄積部１ｓに転送される。そして、蓄積部１ｓに一時的に蓄積され、垂直転送クロックφｖに応答して、順次１ライン単位で水平転送部１ｈに転送される。
【０００６】
水平転送部１ｈに転送された情報電荷は、水平転送クロックφｈに応答して、順次１画素単位で出力部１ｄに転送され、逐次電圧値に変換されて画像信号Ｙ（ｔ）として出力される。
【０００７】
図１３は、撮像部１ｉの一部構成を示す平面図であり、図１４は、図１３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【０００８】
Ｎ型のシリコン基板２の一主面上に、素子領域となるＰ型の拡散層３が形成される。
このＰ型の拡散層３の表面領域に、Ｐ型の不純物が高濃度に注入された複数の分離領域４が互いに一定距離を隔てて平行に配置される。これらの分離領域４の間には、Ｎ型の拡散層が形成され、情報電荷の転送経路となる複数のチャネル領域５が形成される。複数のチャネル領域５の上には、薄い酸化シリコンからなるゲート絶縁膜６を介して、多結晶シリコンの複数の転送電極７が、複数のチャネル領域５と交差する方向に延在して互いに平行に配置される。これらの転送電極７には、例えば、３相のフレーム転送クロックφｆ１〜φｆ３が印加され、これらのクロックパルスによってチャネル領域５のポテンシャルの状態が制御される。
【０００９】
複数の転送電極７の上には、ゲート絶縁膜６と同一材料の層間絶縁膜が形成され、この層間絶縁膜上で分離領域４を覆うように、例えば、アルミニウムからなる複数の電力供給線８が配置される。これら複数の電力供給線８は、分離領域４と転送電極７との交点で、層間絶縁膜に所定の間隔で形成されるコンタクトホール１１を介して転送電極７に接続される。例えば、３相駆動の場合、転送電極７の２本おきにコンタクトホール１１が設けられ、各電力供給線８が転送電極７の２本おきに接続される。これら複数の電力供給線８を覆うように更に層間絶縁膜９が形成され、更に、この層間絶縁膜９の上に窒化シリコンからなる保護膜１０が形成される。
【００１０】
なお、関連する先行技術文献には、例えば特許文献１が挙げられる。
【特許文献１】特開２０００−９１５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の固体撮像装置の場合、受光領域上で分離領域４を覆うように複数の電力供給線８が形成されている。これら複数の電力供給線８で用いられているアルミニウム材料は、一般に光を反射する特性を有している。このため、受光領域に一様に入射される光のうち、電力供給線８上に入射される光が、電力供給線８の表面で反射してしまう。従って、電力供給線８上に入射される光がチャネル領域５に導かれず、情報電荷として取り込まれないという不都合があった。
【００１２】
そこで本発明は、上述の問題を解決するべく、効率良く光を画素領域に取り込んで、受光感度を向上させることのできる固体撮像装置の製造方法を提供することを特徴とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、複数の画素が配置されて成る受光領域と、該受光領域に隣接する非受光領域とを有した固体撮像装置の製造方法において、以下の工程を有することを特徴とするものである。
【００１４】
即ち、受光領域及び非受光領域上に絶縁膜を形成する工程と、受光領域上の絶縁膜上にレンズ形成用のマスクパターンを形成し、非受光領域上の絶縁膜上にレンズ形成用のダミーマスクパターンを形成する工程と、マスクパターン及びダミーマスクパターンをマスクとして、絶縁膜をエッチングし、絶縁膜に複数の凸部を形成する工程と、絶縁膜上に第１のレンズ膜を形成する工程と、第１のレンズ膜上に、これよりエッチングレートが低い平坦化膜を形成する工程と、第１のレンズ膜及び平坦化膜をエッチバックする工程と、を有するものである。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、エッチバックされた第１のレンズ膜上に、第２のレンズ膜を形成する工程を有するものである。
【００１６】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、絶縁膜に複数の凸部を形成する工程は、絶縁膜を異方的にエッチングして凸部を形成する工程と、絶縁膜を等方的にエッチングして絶縁膜の凸部近傍に曲部を形成する工程と、を含むものである。
【００１７】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、上位構成に加えて、平坦化膜は、有機膜もしくは無機膜であり、第１及び第２のレンズ膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、第１及び第２のレンズ膜により、電力供給線上に入射され遮られてしまう光を、画素上に導く固体撮像装置を実現できる。これにより、入射する光を効率的に光電変換することが可能となり、固体撮像装置の受光感度が向上する。
【００１９】
また、受光領域内の画素の境界上に第１及び第２のレンズ膜を形成し、かつ画素が形成されない非受光領域においても、画素間と同距離の間隔を隔てて第１及び第２のレンズ膜を形成することができる。これにより、受光領域内の下層及び上層レンズ膜のレンズ形状が均一となり、レンズ形状が不均一なために発生する色むら不良の発生を抑制できる。
【００２０】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、従来の工程における工程数を増加することなしに実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略の平面図である。受光領域Ｌ上には、複数の画素Ｐがマトリックス状に形成されている。この画素Ｐの構造は、従来例に係る図１３及び図１４に示した撮像部１ｉの構造と同様である。さらに、図示しないが、複数の画素Ｐ上には、後述する第１及び第２のレンズ膜が形成されている。
【００２３】
一方、非受光領域Ｂ上には、これを覆うように、メタル等から成る遮光カバーＢＣが形成されている。
【００２４】
次に、上述した固体撮像装置の製造方法を、図２乃至図１１を参照して説明する。
【００２５】
図２に示すように、シリコン基板２０上の受光領域Ｌに、複数の画素Ｐが形成される。この画素Ｐの構造は、従来例に係る図１４に示した撮像部１ｉの分離領域４に囲まれる区間の構造と同様である。それらの複数の画素Ｐ上に、絶縁膜２１（例えばＢＰＳＧから成る）を形成する。なお、図示しないが、シリコン基板２０上の非受光領域Ｂには、画素を制御する論理回路等が形成されるが、これには限られず、画素Ｐが形成されていてもよい。
【００２６】
そして、図３に示すように、受光領域Ｌにおいて、絶縁膜２１上に、例えばポジレジストから成るホトレジスト層２２を形成し、露光及び現像処理により、複数の画素Ｐの境界上に、ホトレジスト層２２から成るマスクパターン２３を形成する。即ち、ホトレジスト層２２がポジレジストから成る場合は、複数の画素Ｐの境界近傍上に位置するホトレジスト層２２上にマスクＭを設け、マスクＭが覆わない箇所のホトレジスト層２２を露光及び現像して除去する。このマスクパターン２３は、受光領域Ｌの画素Ｐ上に、後述する第１及び第２のレンズ膜を形成するためのマスクパターンである。
【００２７】
一方、非受光領域Ｂには、ホトレジスト層２２から成るダミー・マスクパターン２３ｄを形成する（不図示）。即ち、ホトレジスト層２２がポジレジストから成る場合は、受光領域Ｌの絶縁膜２１上に形成されるマスクパターン２３と同距離の間隔を隔てて、非受光領域Ｂのホトレジスト層２２上にマスクＭを設け、マスクＭが覆わない箇所のホトレジスト層２２を露光及び現像して除去する（不図示）。このダミー・マスクパターン２３ｄは、非受光領域Ｂの論理回路（もしくは画素Ｐ）上に、後述する受光領域Ｌに形成されるものと同様の第１及び第２のレンズ膜を形成するためのマスクパターンである。
【００２８】
なお、ホトレジスト層２２がネガレジストから成る場合には、複数の画素Ｐの境界近傍上に位置するホトレジスト層２２以外の上方にマスクＭを設け、マスクＭに覆わない箇所のホトレジスト層２２を露光及び現像により残す（不図示）。
【００２９】
そして、図４に示すように、マスクパターン２３及びダミー・マスクパターン２３ｄをマスクとして、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域の絶縁膜２１を異方性エッチング（例えばドライエッチング）し、画素Ｐの境界上に位置する絶縁膜２１に凸部ａを形成する。このとき、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域共に、均一な高さ及び形状を有した凸部ａを形成するように絶縁膜２１をエッチングする。その後、マスクパターン２３及びダミー・マスクパターン２３ｄを除去する。
【００３０】
そして、図５に示すように、異方性エッチングした絶縁膜２１の全面に対し、さらに等方性エッチング（例えばウェットエッチング）を行い、絶縁膜２１の凸部ａの垂直面から下部水平面にかけて、所定の変化率を有した曲面を形成する。
【００３１】
そして、図６に示すように、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域において、絶縁膜２１上の全面に、第１のレンズ膜（例えば窒化シリコンから成る）を形成する。ここで、第１のレンズ膜２４は、絶縁膜２１よりも高い屈折率を有することが好ましい。
【００３２】
また、第１のレンズ膜２４は、絶縁膜２１の凸部ａの垂直面から下部水平面に沿って曲面をもつ凹部ｂを有している。この凹部ｂの曲面は、不図示の電力供給線８（図１４参照）上に入射した光を、画素Ｐに形成される不図示のチャネル領域５（図１４参照）の中心部方向に屈折させる所定の形状及び屈折率を有するものである。
【００３３】
また、第１のレンズ膜２４は、絶縁膜２１の凸部ａの起伏に応じて、画素Ｐの境界上の位置に、曲面をもった凸部ｃを有する。この第１のレンズ膜２４の凸部ｃは、均一な高さ及び形状を有した絶縁膜２１の凸部ａに対応して、均一な高さ及び形状を有している。
【００３４】
そして、図７に示すように、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域において、第１のレンズ膜２４上の全面に、平坦化膜（例えば有機膜,無機膜から成る）２５を形成する。この平坦化膜２５は、後述するエッチバック工程のため、第１のレンズ膜２４に比して低いエッチングレートを有するものであることが好ましい。
【００３５】
平坦化膜２５の形成は、例えば有機膜もしくは無機膜，もしくはＢＡＲＣの回転塗布により行う。ここで、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域において、第１のレンズ膜２４の凸部ｃは均一な高さ及び形状を有しているため、上記平坦化膜２５は、第１のレンズ膜２４上の全面に均一な膜厚の水平面を有して形成される。
【００３６】
もし仮に、非受光領域Ｂの絶縁膜２１上に、第１のレンズ膜２４が形成されていない場合、即ち、図３に示した工程のダミー・マスクパターン２３ｄが形成されず、図４及び図５に示したエッチング工程で絶縁膜２１に凸部ａが形成されていない場合、平坦化膜２５は、不均一な膜厚を有して形成されてしまう。即ち、この場合、図８に示すように、平坦化膜２５は、受光領域Ｌから非受光領域Ｂへ向かうに従って薄くなるように、不均一な膜厚を有して形成される。そこで本実施形態に係る製造方法は、平坦化膜２５が均一な膜厚で形成されるように、非受光領域Ｂにおいて第１のレンズ膜２４を形成するためのダミー・マスクパターン２３ｄを形成する工程を含むものである。
【００３７】
第１のレンズ膜２４上の全面に平坦化膜２５を均一に形成した後、図９に示すように、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域において、画素Ｐの境界上に位置する平坦化膜２５をエッチバックする。
【００３８】
即ち、平坦化膜２５は、第１のレンズ膜２４に形成された凸部ｃの頭部が露出するまでは、均等にエッチバックされる。第１のレンズ膜２４に形成された凸部ｃの頭部が露出した後は、平坦化膜２５のエッチングレートが第１のレンズ膜２４のエッチングレートに比して低いことにより、平坦化膜２５よりも早く、凸部ｃがエッチバックされる。そして、第１のレンズ膜２４の凸部ｃ以外の領域が露出するまでエッチバックを行う。これにより、画素Ｐの境界上に位置する第１のレンズ膜２４の表面に、曲面を有した凹ｄ部が形成される。この凹部ｄは、受光領域Ｌ及び非受光領域Ｂの両領域において、均一な深度及び形状で形成される。
【００３９】
もし仮に、非受光領域Ｂの絶縁膜２１上に、第１のレンズ膜２４が形成されておらず、平坦化膜２５が均一な膜厚を有して形成されていない場合、図１０に示すように、平坦化膜２５及び第１のレンズ膜２４をエッチバックして形成した第１のレンズ膜２４の凹部ｄは、不均一な深度及び形状で形成されてしまう。従って、第１のレンズ膜２４の凹部ｄに形成される曲面は不均一な形状となるため、後述する第２のレンズ膜２６が不均一に形成されてしまう。
【００４０】
そして、上記の製造工程に加え、さらに、図１１に示すように、第１のレンズ膜２４上に、第２のレンズ膜（例えば窒化シリコンから成る）２６を形成する。ここで、第２のレンズ膜２６は、各画素Ｐ上において、均一な形状で形成され、画素Ｐの境界上において曲面ｅを有している。この曲面ｅは、第２のレンズ膜２６を通して不図示の電力供給線８（図１４参照）上に入射する光を、画素Ｐに形成される不図示のチャネル領域５（図１４参照）の中心部方向に屈折させる所定の形状及び屈折率を有するものである。
【００４１】
なお、第２のレンズ膜２６は、その上に形成される不図示の保護膜よりも高い屈折率を有することが好ましい。
【００４２】
上述したように、第１のレンズ膜２４の各凹部ｂ、及び第２のレンズ膜の曲面ｅが、受光領域Ｌ及び受光領域Ｌの両領域において均一な形状で形成されるため、入射する光の屈折による各画素Ｐへの集光を、均一に行うことができる。これにより、各画素Ｐが受光する際の色ムラ等の受光不良を防ぐことが可能となる。
【００４３】
また、上記製造方法は、既存の固体撮像装置の製造方法を用いることで実現できるため、工程数を増加させる必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の概略の平面図である。
【図２】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】従来例に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図９】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】従来例に係る固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】本発明を実施するための最良の形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】従来例に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来例に係る固体撮像装置の一部の構成を示す平面図である。
【図１４】図１３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  固体撮像装置
１ｉ  撮像部          １ｓ  蓄積部      １ｈ  水平転送部    １ｄ  出力部
２  Ｎ型シリコン基板    ３  Ｐ型拡散層    ４  分離領域      ５  チャネル領域
６  ゲート絶縁膜        ７  転送電極      ８  電力供給線    ９  絶縁膜
１０  表面保護膜      １１  コンタクトホール
２０  シリコン基板+    Ｐ  画素    Ｌ  受光領域    Ｂ  非受光領域
ＢＣ  遮光カバー    ２１  絶縁膜    ２２  ホトレジスト層    Ｍ  マスク
２３  マスクパターン    ２３ｄ  ダミー・マスクパターン
２４  第１のレンズ膜    ２５  平坦化膜    ２６  第２のレンズ膜
【図１】
2005057137.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
2005057137.tif 000013
【図１２】
2005057137.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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