(57)【要約】【課題】  層内マイクロレンズと半導体基板に形成された受光部との間の距離を、集光効率を考慮した設計上の値に作り込むとともに周辺回路部の層間絶縁膜を厚く保ち、周辺回路部の動作特性を維持する。【解決手段】  受光部３および周辺回路領域２１が形成された半導体基板上全面に絶縁膜７を形成する工程と、絶縁膜７上に周辺回路領域２１の電気的接続を取るように導電材料膜８を形成する工程と、導電材料膜８を選択的に除去し、絶縁膜７上の周辺回路領域２１に配線パターンを形成する工程と、配線パターンをマスクとして少なくとも受光部３を含む領域上の絶縁膜７を所定の厚さになるまでエッチングする工程と、絶縁膜７上の受光部３と対向する位置にマイクロレンズ１１を形成する工程とを含む。このようにすれば周辺回路領域２１で絶縁膜７を厚く保つことができる。【選択図】  図１
2005317710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部および周辺回路領域が形成された半導体基板上全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記周辺回路領域の電気的接続を取るように導電材料膜を形成する工程と、前記導電材料膜を選択的に除去し、前記絶縁膜上の周辺回路領域に配線パターンを形成する工程と、前記配線パターンをマスクとして少なくとも前記受光部を含む領域上の前記絶縁膜を所定の厚さになるまでエッチングする工程と、前記絶縁膜上の前記受光部と対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記配線パターンを形成する工程と前記絶縁膜をエッチングする工程とは、同一のエッチング装置内で連続して行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜をエッチングする工程は、前記配線パターンを形成する工程を行うためのエッチングにおけるオーバーエッチングによってなされることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記導電材料膜はアルミニウムを主成分とする材料膜であることを特徴とする請求項１，２または３記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、層内マイクロレンズと素子受光部との間の距離を簡便に所望の値に設定して製造できる固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、画素への映像集光能力向上を目的として、画素形成領域を構成する多層膜内にも層内マイクロレンズを有した固体撮像素子が開発されてきている（映像集光能力を向上した固体撮像素子については例えば、特許文献１参照）。このような構成の固体撮像素子においては、半導体基板に形成された画素受光部（フォトダイオード）に集められる光の量は、層内マイクロレンズの曲率などのような垂直断面形状と、そのレンズと受光部との距離によって決まる。よって層内マイクロレンズと素子受光部との間の距離を設計通りの所定の値に作り込むことは、層内マイクロレンズを有する固体撮像素子製造上重要な因子のひとつとなっている。
【０００３】
以下、従来の固体撮像素子の製造方法について、図面を参照しながら説明する。図２は、層内マイクロレンズを有する固体撮像素子の画素部（受光部／電荷転送部）２０と周辺回路部２１とを同時に示した工程断面図である。図２（Ａ）において、１はシリコン基板、２はシリコン基板に形成された電荷転送部で拡散層からなる。３は受光部、４は薄い酸化膜、５はポリシリコン電極、６は金属遮光膜である。次に、素子の表面を平坦化するための平坦化膜として、４．４〜５．４（ｗｔ％）の濃度のボロンと４．６〜５．６（ｗｔ％）の濃度のリンを含有するＢＰＳＧ膜７を充分な厚さに、ポリシリコン電極５を含む全面に堆積する。堆積膜厚は６００〜７００ｎｍの範囲で行う（図２（Ｂ））。その後、図２（Ｃ）にて、ＢＰＳＧ膜７を熱処理しリフローさせて平坦化する。熱処理温度は８００℃〜９００℃の範囲である。
【０００４】
次に図２（Ｄ）にて平坦化されたＢＰＳＧ膜７ａを設計上の所定の厚さまで、希釈したＨＦ液で１００〜２００ｎｍ全面一様にウエットエッチングする。７ｂは目標とする設計値となった厚さのＢＰＳＧ膜である。次に図２（Ｅ）にて、周辺回路領域の電気的接続を得るためにコンタクトホールをドライエッチング法で形成し、そこをＷ材で埋め込み、その上に導電配線材膜を堆積させる。この導電配線材膜は例えば微量の銅を含有したアルミをスパッタ法にて堆積させればよい。８は配線材膜、９は埋め込まれたＷ層である。配線材膜８上に配線パターン化されたレジストパターン１０を形成し（図２（Ｆ））、このレジストパターン１０をマスクとして配線材膜８のエッチング処理を施す（図２（Ｇ））。そして配線上に残ったレジストパターン１０を灰化処理にて除去し、受光部３に対応するＢＰＳＧ膜７ａ上に層内マイクロレンズ１１を形成する（図２（Ｈ））。
【０００５】
この層内マイクロレンズ１１は、ＳｉＮやＳｉＯ2からなっており、この膜上にレンズのレジストパターンを形成し、そのレジストパターンを熱処理してレンズ形状の断面とし、エッチバック法を用い凸状の層内マイクロレンズ１１を形成する。最後に図２（Ｉ）にて、素子全面に保護膜１２を堆積する。この後、保護膜１２の上部に中間層、カラーフィルター層、最終レンズを形成し固体撮像素子が完成する。
【特許文献１】特開平０３−１４８１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のような従来の製造方法では、層内マイクロレンズとフォトダイオードなど受光部との距離を、集光量が例えば最大となるような所定の距離に調整するためにＢＰＳＧ膜７を一様にエッチングし、所定の厚さにするのであるが、この場合、エッチングする必要のない周辺回路部のＢＰＳＧ膜までエッチングされる。周辺回路部のＢＰＳＧ膜はトランジスタのゲート電極とＡｌを主成分とする配線との容量を低減し高速動作を行うためにはできるだけ厚い方がよい。しかしながら従来の工程を採用すると、周辺回路部のＢＰＳＧ膜のような層間絶縁膜が自動的に薄く形成されるという不都合があった。
【０００７】
したがって、この発明の目的は、このような従来の欠点を解決し、層内マイクロレンズを有する固体撮像素子において、層内マイクロレンズと半導体基板に形成された受光部との間の距離を、集光効率を考慮した設計上の値に作り込むとともに周辺回路部の層間絶縁膜を厚く保ち、周辺回路部の動作特性を維持し、しかも工程数を増加させない簡便な方法で形成できる固体撮像素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、この発明の請求項１記載の固体撮像素子の製造方法は、受光部および周辺回路領域が形成された半導体基板上全面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上に前記周辺回路領域の電気的接続を取るように導電材料膜を形成する工程と、前記導電材料膜を選択的に除去し、前記絶縁膜上の周辺回路領域に配線パターンを形成する工程と、前記配線パターンをマスクとして少なくとも前記受光部を含む領域上の前記絶縁膜を所定の厚さになるまでエッチングする工程と、前記絶縁膜上の前記受光部と対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを含む。
【０００９】
請求項２記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項１記載の固体撮像素子の製造方法において、前記配線パターンを形成する工程と前記絶縁膜をエッチングする工程とは、同一のエッチング装置内で連続して行う。
【００１０】
請求項３記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項１または２記載の固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜をエッチングする工程は、前記配線パターンを形成する工程を行うためのエッチングにおけるオーバーエッチングによってなされる。
【００１１】
請求項４記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項１，２または３記載の固体撮像素子の製造方法において、前記導電材料膜はアルミニウムを主成分とする材料膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１記載の固体撮像素子の製造方法によれば、導電材料膜を選択的に除去し、絶縁膜上の周辺回路領域に配線パターンを形成する工程と、配線パターンをマスクとして少なくとも受光部を含む領域上の絶縁膜を所定の厚さになるまでエッチングする工程と、絶縁膜上の受光部と対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを含むので、固体撮像装置の周辺回路の領域に配線を形成した後、その下の絶縁膜をエッチングすることで、配線下の絶縁膜は薄くならず、したがってこの絶縁膜に関する容量を小さく保つことができ、回路の動作速度が劣化しない。その結果、最小限の工程数で層内マイクロレンズを有する固体撮像素子の製造上重要な因子の一つである層内マイクロレンズと受光部との間の距離を設計上の値に作り込むことができ、しかも周辺回路の性能を低下させることがない。
【００１３】
請求項２では、配線パターンを形成する工程と絶縁膜をエッチングする工程とは、同一のエッチング装置内で連続して行うので、工程数が低減でき、したがって製造コスト的に有利なものとなる。
【００１４】
請求項３では、請求項１または２記載の固体撮像素子の製造方法において、絶縁膜をエッチングする工程は、配線パターンを形成する工程を行うためのエッチングにおけるオーバーエッチングによってなされることが望ましい。これにより従来の製造方法と比べて工程数が少なく、コスト低減に寄与する。
【００１５】
請求項４では、請求項１，２または３記載の固体撮像素子の製造方法において、導電材料膜はアルミニウムを主成分とする材料膜であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態の固体撮像素子を製造する工程断面図であり、図１と同じく固体撮像素子の画素部（受光部／電荷転送部）２０と周辺回路部２１とを示している。
【００１７】
まず、図１（Ａ）において、１はシリコン基板（半導体基板）、２はシリコン基板１に形成された電荷転送部である転送ゲートの下に形成された拡散層、３はフォトダイオードからなる受光部、４はゲート酸化膜を構成する酸化膜、５はポリシリコン電極、６は受光部３のみに光を入射させる金属遮光膜である。
【００１８】
このように受光部３および周辺回路領域２１が形成された半導体基板上全面に絶縁膜７を形成する工程と、絶縁膜７上に周辺回路領域２１の電気的接続を取るように導電材料膜８を形成する工程と、導電材料膜８を選択的に除去し、絶縁膜７上の周辺回路領域２１に配線パターンを形成する工程と、配線パターンをマスクとして少なくとも受光部３を含む領域上の絶縁膜７を所定の厚さになるまでエッチングする工程と、絶縁膜７上の受光部３と対向する位置にマイクロレンズ１１を形成する工程とを含む。
【００１９】
この場合、図１（Ｂ）のように平坦化膜（絶縁膜）として、４．４〜５．４（ｗｔ％）の濃度のボロンと４．６〜５．６（ｗｔ％）の濃度のリンを含有するＢＰＳＧ膜７を平坦化するに充分な厚さに堆積する。堆積膜厚は６００〜７００ｎｍの範囲で行うのが望ましい。この後、ＢＰＳＧ膜７を熱処理しリフローして平坦化させ平坦化ＢＰＳＧ膜７ａとする。熱処理温度は８００℃〜９００℃の範囲である（図１（Ｃ））。次に周辺回路領域２１のトランジスタのゲート電極、拡散層などに電気的接続を取るためのコンタクトホールをドライエッチング法でＢＰＳＧ膜７ａに形成する。そしてＷ材９でコンタクトホール内を埋め込み、その上に導電配線材膜（導電材料膜）８を堆積させる。この例では微量の銅を含有したアルミニウム膜をスパッタ法にて堆積させる（図１（Ｄ））。
【００２０】
次に、配線材膜８上にレジストパターン１０を形成し（図１（Ｅ））、レジストパターン１０をマスクとして配線材膜８のエッチング処理を施して配線パターンを形成した後、同一エッチング装置内あるいはその同一エッチングチャンバー内でエッチングガスを切り替え、配線パターンをマスクとして続けてＢＰＳＧ膜７ａを、所定の厚さまでエッチングし、膜厚を調整する（図１（Ｆ））。具体的に、配線材膜８がアルミニウムを主成分とする合金膜である場合には、エッチングガスとして塩素を含むガスを用い、ＢＰＳＧ膜７ａのエッチングにはフルオロカーボンガスなどを用いることができる。このようにして周辺回路部２１に配線パターンを形成する。なお、上記のプロセスではエッチングガスの種類を切り替えて連続的にエッチングしたが、配線材膜８をエッチングしたのち、同一チャンバー内でそれに連続して配線材膜８のエッチングガスでＢＰＳＧ膜７ａをオーバーエッチングしてＢＰＳＧ膜厚を調整してもよい。
【００２１】
次に配線上に残ったレジストパターン１０を酸素プラズマで灰化処理にて除去する。その後層内マイクロレンズ用材料としてシリコン窒化膜やシリコン酸化膜を形成し、さらにレジストパターン（図示していない）を受光部３領域上のＢＰＳＧ膜７ａ上に形成し、熱処理して断面がレンズ形状になるようにする。次いでレジストエッチバック法を用い全面エッチバックして、前記シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる凸状の層内マイクロレンズ１１を受光部３上に形成する（図１（Ｇ））。次に素子全面にプラズマＣＶＤ法などで保護膜１２を堆積する（図１（Ｈ））。最後に保護膜１２の上部に中間層、カラーフィルター層、最終レンズ（図示せず）を順次形成し固体撮像素子を完成する。
【００２２】
以上のように、本発明の実施形態による製造方法では、周辺回路部２１の配線パターンを形成すると同時にＰＢＳＧ膜７ａをエッチングして膜厚を調整することが特徴である。従って層内マイクロレンズ１１とシリコン基板１に形成された受光部３との距離を設計値、つまり受光部３への入射光が最大となるようにすることができる。それと同時に周辺回路部２１においては配線とその下のトランジスタのゲート電極間のＢＰＳＧ膜７ａは厚く維持できるから、配線層間容量が増大せず、回路の高速動作が可能となる。また、配線材膜８とＢＰＳＧ膜７ａのエッチングを同時に行っているので従来の製造方法と比べて工程数が少なく、コスト低減にも寄与するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、最小限の工程数で層内マイクロレンズを有する固体撮像素子の製造上重要な因子の一つである層内マイクロレンズと受光部との間の距離を設計上の値に作り込むことができ、しかも周辺回路の性能を低下させることがない等の効果を有し、最終マイクロレンズと、層内マイクロレンズを有する高感度固体撮像素子を形成する方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態による固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図である。
【図２】従来の固体撮像素子の製造工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  シリコン基板
２  電荷転送部
３  受光部
４  酸化膜
５  ポリシリコン電極
６  金属遮光膜
７，７ａ，７ｂ  ＢＰＳＧ膜
８  導電配線材膜
９  Ｗ材
１０  レジストパターン
１１  層内マイクロレンズ
１２  保護膜
【図１】
2005317710.tif 000003
【図２】
2005317710.tif 000004