(57)【要約】【課題】層内レンズにボイドが生じることを防止できる半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、基板１１に形成された光電変換部１２を備えた半導体素子の製造方法であって、基板１１の光電変換部１２上に凹部を有するリフロー膜１７を形成し、リフロー膜の上面をレンズの表面とする層内レンズを構成するシリコン窒化膜１８を成膜し、シリコン窒化膜１８の凹部１８ａの周縁にフォトリソグラフィ工程によって等方性エッチングし、その後、更にシリコン窒化膜１９を成膜し、エッチバックすることで層内レンズを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された光電変換部を備えた半導体素子の製造方法であって、
前記基板の前記光電変換部上に凹部を有するリフロー膜を形成し、前記リフロー膜の上面をレンズの表面とする層内レンズを構成するシリコン窒化膜を成膜し、前記シリコン窒化膜の凹部の周縁にフォトリソグラフィ工程によって等方性エッチングし、その後、更にシリコン窒化膜を成膜し、エッチバックすることで前記層内レンズを形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子などの半導体素子の製造方法に関し、特に、層内レンズにボイドが生じることを防止できる半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、基板と、基板上に形成された光電変換部と、光電変換部によって生じた電荷信号を転送する電荷転送部とを備えており、照射される光を光源変換部に集光させる層内レンズを有する半導体素子が知られている（例えば下記特許文献１及び２など）。
【０００３】
図６は、固体撮像素子の層内レンズを形成する従来の手順を説明する図である。
図６（ａ）に示すように、最初に、シリコンなどの基板１にフォトダイオード等の光電変換部２を形成し、基板１のデバイス領域側の面にゲート絶縁膜３を成膜し、フォトリソグラフィ工程によって導電性材料からなる電荷転送電極４を形成する。電荷転送電極４上を層間絶縁膜５で覆い、該層間絶縁膜５を介して遮光膜６で覆う。次に、デバイス領域にリフロー膜７を形成する。リフロー膜７には、電荷転送電極４同士の間の領域で、光電変換部２の上方の位置に層内レンズの凸部を区画する凹部が形成される。そして、図６（ｂ）に示すように、リフロー膜７の上層に層内レンズを構成するシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）８を成膜し、シリコン窒化膜８上に表面平坦なレジスト膜９を成膜する（図６（ｃ））。シリコン窒化膜８には、リフロー膜７に形成された凹部に下方に突出するレンズ凸部（以下、下凸部という。）が形成されている。その後、シリコン窒化膜８及びレジスト膜９をエッチバックすることで、層内レンズの上面に相当するシリコン窒化膜８の上面が平坦化される。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８７６７２号公報
【特許文献２】特開２００３−８６７７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、固体撮像素子の微細化に伴い、リフロー膜７を形成した後において、シリコン窒化膜８の下凸部アスペクト比は高くなる傾向がある。また、シリコン窒化膜８は、もともと凹部への埋め込み性が良くないことから、シリコン窒化膜８を成膜する際に、リフロー膜７の凹部に十分にシリコン窒化膜８を充填することができず、図６（ｂ）などに示すように、ボイドＶと称される空隙が生じてしまうことがあった。このようなボイドＶが層内レンズに生じると、固体撮像素子の感度低下等の光学特性劣化の要因となってしまう点で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、層内レンズにボイドが生じることを防止できる固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、基板に形成された光電変換部を備えた半導体素子の製造方法であって、前記基板の前記光電変換部上に凹部を有するリフロー膜を形成し、前記リフロー膜の上面をレンズの表面とする層内レンズを構成するシリコン窒化膜を成膜し、前記シリコン窒化膜の凹部の周縁にフォトリソグラフィ工程によって等方性エッチングし、その後、更にシリコン窒化膜を成膜し、エッチバックすることで前記層内レンズを形成することを特徴とする半導体素子の製造方法によって達成される。
【０００８】
本発明にかかる半導体素子の製造方法は、リフロー膜上に形成された層内レンズを構成するシリコン窒化膜の凹部の周縁を等方性エッチングすることによって、該シリコン窒化膜の凹部の周縁及びその近傍をなだらかにすることができ、該凹部が底の深さを変えることなく開口を広くなる。そして、等方性エッチングされたシリコン窒化膜に更にシリコン窒化膜を成膜することで凹部にシリコン窒化膜を確実に埋め込むことができ、ボイドの発生を防止することができる。したがって、層内レンズにボイドがなく、感度低下等の光学特性の劣化を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、層内レンズにボイドが生じることを防止できる半導体素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本実施形態の固体撮像素子の製造手順を示すフロー図である。図２から図５は、本実施形態の固体撮像素子の製造手順を示す断面図である。なお、以下の実施形態では、固体撮像素子の構成を例に説明するが、本発明にかかる半導体素子は固体撮像素子に限定されず、例えば、ＣＭＯＳ型のイメージセンサなどにも適用することができる。
【００１１】
図２（ａ）に示すように、シリコンやゲルマニウム等の半導体からなる基板１１に、光電変換部として機能するフォトダイオード１２を形成する。また、基板１１に、フォトダイオード１２で生じた電荷を転送するための電荷転送部を有する電荷転送領域を構成する不純物領域を不純物イオンのドーピングによって形成する（ステップＳ１）。
【００１２】
基板１１の表面に、ＣＶＤ法によってゲート絶縁膜１３を形成する。ゲート絶縁膜１３は、例えば、熱酸化によって形成されたシリコン酸化膜と、減圧ＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化膜と、ＣＶＤ法によって形成されたＨＴＯ膜との３層膜で構成することができる。
【００１３】
ゲート絶縁膜１３上に、ポリシリコン等の導電性材料からなる電荷転送電極１４を形成する（ステップＳ２）。電荷転送電極１４は、ゲート絶縁膜１３上に導電性材料からなる層を積層し、フォトリソグラフィ工程によって形成されたレジストパターンをマスクとして使用してエッチングすることで、形成される。電荷転送電極１４としては、単一層に複数の電極が配置された単層電極構造としてもよく、または、複数の電極を積層させた積層電極構造としてもよい。そして、電荷転送電極１４を覆うように層間絶縁膜１５と、遮光膜１６を形成する（ステップＳ３）。遮光膜１６上には、ＢＰＳＧ膜を成膜する（ステップＳ４）。
【００１４】
次に、熱処理によってリフロー膜１７を成膜する（ステップＳ５）。リフロー膜１７には、電荷転送電極１４の間で、かつ、光電変換部１２上の領域に凹部１７ａが形成されている。リフロー膜１７は、例えば、リンやボロンを含むシリコン酸化膜を熱処理することによって形成される。
【００１５】
リフロー膜１７を成膜した後に、図２（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）１８をＣＶＤ法によって成膜する（ステップＳ６）。ここで、シリコン窒化膜１８を２００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の膜厚で成膜することが好ましい。
【００１６】
図３（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１８上にフォトレジスト層２１を塗布し、図３（ｂ）に示すように、フォトレジスト２１をフォトリソグラフィ工程によって所定のレジストパターンに形成する（ステップＳ７）。パターニングされたフォトレジスト２１は、シリコン窒化膜１８の凹部の周縁の相当する部位を露呈させるための開口２１ａを有している。そして、フォトレジスト２１をマスクとして等方性エッチングを行う（ステップＳ８）。
等方性エッチングの条件として、ＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）装置でガス系がＣＦ４リッチな条件で、Ｐ−ＳｉＮ／レジストの選択比を大きくし、レジストがほとんど削られずにＰ−ＳｉＮだけエッチングする条件とする。
【００１７】
図４（ａ）に示すように、等方性エッチングを行うことで、シリコン窒化膜１８の凹部１８ａの周縁とその近傍が滑らかになり、凹部１８ａの深さを変えることなく開口が大きくなる。フォトレジスト２１をパターニングするときには、シリコン窒化膜１８の凹部中央をエッチングしないように、一部フォトレジスト２１を残すことが好ましい。図４（ｂ）に示すように、等方性エッチングした後、フォトレジスト２１を全て除去する。
【００１８】
図５（ａ）に示すように、等方性エッチングされたシリコン窒化膜１８に、更にシリコン窒化膜１９をＣＶＤ法によって成膜する（ステップＳ９）。このとき、シリコン窒化膜１９の膜厚を１０００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度とする。そして、シリコン窒化膜１９の上に、図示しないレジスト層を塗布し、このレジスト層にエッチバックを施す（ステップＳ１０）。
ここで、エッチバックとしては、Ｐ−ＳｉＮ／レジストの選択比を１とするプラズマエッチングを行う。
【００１９】
図５（ｂ）に示すように、エッチバックによって、シリコン窒化膜１８（１９）の上面を平坦化し、層内レンズが完成する。
【００２０】
上記実施形態の固体撮像素子の製造方法によれば、リフロー膜１７上に形成された層内レンズを構成するシリコン窒化膜１８の凹部１８ａの周縁を等方性エッチングすることによって、凹部１８ａの周縁及びその近傍をなだらかにすることができ、凹部１８ａの底の深さを変えることなく開口を広くなる。そして、等方性エッチングされたシリコン窒化膜１８に更にシリコン窒化膜１９を成膜することで凹部１８ａにシリコン窒化膜を確実に埋め込むことができ、ボイドの発生を防止することができる。したがって、層内レンズにボイドがなく、感度低下等の光学特性の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明にかかる半導体素子の製造手順を示すフロー図である
【図２】半導体素子の製造手順を示す断面図である。
【図３】半導体素子の製造手順を示す断面図である。
【図４】半導体素子の製造手順を示す断面図である。
【図５】半導体素子の製造手順を示す断面図である。
【図６】半導体素子の層内レンズを形成する従来の手順を説明する図である。
【符号の説明】
【００２２】
１１    基板
１２    フォトダイオード（光電変換部）
１４    電荷転送電極
１７    リフロー膜
１８，１９    シリコン窒化膜
１８ａ    凹部
２１    フォトレジスト
【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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