(57)【要約】【課題】層内レンズでの光の漏れや他の層内レンズへ入り込むことを防止することができる半導体素子及び半導体素子の製造方法を提供する。【解決手段】半導体素子１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された光電変換部３０とを備え、光電変換部３０の上方に層内レンズ７５が形成され、層内レンズ７５の少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層７３が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板上に形成された光電変換部とを備えた半導体素子であって、
前記光電変換部の上方に層内レンズが形成され、前記層内レンズの少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層が形成されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
前記遮光層における前記光電変換部の上方に位置するように開口部が形成され、前記開口部に前記層内レンズが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記遮光層が、周辺回路部の金属配線部を構成する金属材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子。
【請求項４】
半導体基板と、前記半導体基板上に形成された光電変換部とを備え、前記光電変換部の上方に層内レンズが形成され、前記層内レンズの少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層が形成されている半導体素子の製造方法であって、
前記光電変換部の上に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜上に前記遮光層を形成し、前記遮光層における、前記光電変換部の上方の位置にフォトリソグラフィによってパターニングし、エッチングすることで開口部を形成し、前記開口部にレンズ材料層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項５】
周辺回路部の金属配線部をパターニングする際に、前記遮光層を前記金属配線部と同じ金属材料で同時に形成することを特徴とする請求項４に記載の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、半導体素子及び半導体素子の製造方法に関し、具体的には光電変換部上に層内レンズを備えた構成の半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子としては、例えば、固体撮像素子のように、半導体基板と、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオードなどの光電変換部とを備えた構成のものが知られている。このような固体撮像素子は、例えば、下記特許文献１のように、光電変換部の上方の位置に層内レンズが形成されたレンズ形成層が設けられたものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２５３５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１では、各層内レンズが、レンズ形成層を介して他の層内レンズと連なっている構成であるため、層内レンズに入り込んだ光が、レンズ形成層を伝って、他の層内レンズに入り込むことで、光の漏れることや光電変換部での受光量が均一でなくなることが生じることが懸念される。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、層内レンズでの光の漏れや他の層内レンズへ入り込むことを防止することができる半導体素子及び半導体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】
【０００６】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板上に形成された光電変換部とを備えた半導体素子であって、前記光電変換部の上方に層内レンズが形成され、前記層内レンズの少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層が形成されていることを特徴とする半導体素子。
（２）前記遮光層における前記光電変換部の上方に位置するように開口部が形成され、前記開口部に前記層内レンズが形成されていることを特徴とする上記（１）に記載の半導体素子。
（３）前記遮光層が、周辺回路部の金属配線部を構成する金属材料からなることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の半導体素子。
（４）半導体基板と、前記半導体基板上に形成された光電変換部とを備え、前記光電変換部の上方に層内レンズが形成され、前記層内レンズの少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層が形成されている半導体素子の製造方法であって、前記光電変換部の上に絶縁膜を成膜し、前記絶縁膜上に前記遮光層を形成し、前記遮光層における、前記光電変換部の上方の位置にフォトリソグラフィによってパターニングし、エッチングすることで開口部を形成し、前記開口部にレンズ材料層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
（５）周辺回路部の金属配線部をパターニングする際に、前記遮光層を前記金属配線部と同じ金属材料で同時に形成することを特徴とする上記（４）に記載の半導体素子の製造方法。
【０００７】
本発明にかかる半導体素子は、層内レンズの周縁に遮光層が形成されているため、層内レンズに入射した光が光電変換部へ集光されずに層内レンズの外側へ漏れることを遮光層によって防止することができる。こうすれば、光の入射角に依存して層内レンズから光が漏れることを防止でき、画素部ごとに均一な集光性能を確保することができるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、層内レンズでの光の漏れや他の層内レンズへ入り込むことを防止することができる半導体素子及び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】
【０００９】
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、本発明にかかる半導体素子の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。なお、本実施形態では、半導体素子の一例として固体撮像素子の構成を説明したが、半導体素子はこれに限定されず、例えばＣＭＯＳ型のイメージセンサにも応用することができる。
【００１０】
図１，２に示す固体撮像素子１０は、ｎ型のシリコンからなる半導体基板１１の表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が多数形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図１のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。
【００１１】
電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応して半導体基板１１の表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極１３（第１の電極１３ａ、第２の電極１３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを有している。電荷転送電極１３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図１のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。
【００１２】
図２に示すように、半導体基板１１の表面部にはｐウェル層１９が形成され、ｐウェル層１９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００１３】
ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層１９には電荷読み出し領域３４が形成される。
【００１４】
シリコン基板１表面にはゲート絶縁膜１２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート絶縁膜１２を介して、第１の電極１３ａと第２の電極１３ｂが形成される。第１の電極１３ａと第２の電極１３ｂの間は電極間絶縁膜１５によって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。
【００１５】
電荷転送電極１３の上には酸化シリコン膜１６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる絶縁膜、７３は後述する層内レンズ７５を有する遮光層、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。中間層７０上方には、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が形成される。
【００１６】
本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。
【００１７】
図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１０は、絶縁膜７２の上に遮光性材料からなる遮光層７３が形成されている。遮光層７３を構成する材料としては、例えば、アルミニウムなどの金属材料を使用することができ、光を反射させることができるものを用いることが好ましい。
【００１８】
また、固体撮像素子１０は、フォトダイオード３０が配列されている画素部の周囲に図示しない周辺回路部が形成されている。この周辺回路部にはアルミニウムなどの金属材料で構成される金属配線部が設けられている。遮光層７３を金属配線部と同じ材料とすれば、金属配線部を形成する工程において同時に遮光層７３を形成することができ、製造の効率が良い。
【００１９】
遮光層７３の、フォトダイオード３０の上方に位置するように開口部７３ａが形成され、開口部７３ａに層内レンズ７５が形成されている。層内レンズ７５は、マイクロレンズ６０側から入射した光を下方のフォトダイオード３０に集光させるように機能する。本実施形態では、層内レンズ７５は、上面及び下面に凸面を有する、いわゆる両凸型のレンズ形状としたが特にこれに限定されない。例えば、下面にのみ凸面を有する、いわゆる下凸型のレンズ形状としてもよい。
【００２０】
本実施形態の固体撮像素子１０では、層内レンズ７５の形成された層をすべて遮光層で覆う構成としたが、層内レンズ７５の少なくとも周縁に遮光性材料からなる遮光層７３が形成されていればよい。
【００２１】
固体撮像素子１０は、層内レンズ７５の周縁に遮光層７３が形成されているため、層内レンズ７５に入射した光がフォトダイオード３０へ集光されずに層内レンズ７５の外側へ漏れることを遮光層７３によって防止することができる。こうすれば、光の入射角に依存して層内レンズ７５から光が漏れることを防止でき、画素部ごとに均一な集光性能を確保することができるようになる。
【００２２】
次に上記固体撮像素子の製造工程のうち、遮光層及び層内レンズの形成工程について図３から図７を参照して詳細に説明する。遮光層及び層内レンズの形成工程以外の製造工程は従来の固体撮像素子と同様である。
【００２３】
図３に示すように、半導体基板１１の上に絶縁膜７２を形成したあと、該絶縁膜７２における、層内レンズ７５の下凸面に位置する領域に、フォトリソグラフィによってレジストパターンを形成し、エッチングによって凹部７２ａを形成する。
【００２４】
図４に示すように、絶縁膜７２の上面に遮光性材料からなる遮光層７３を、ＰＶＤ(Physical Vapor Deposition)法又はＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によって成膜する。そして、図５に示すように、遮光層７３に図示しないレジスト層をパターニングし、エッチングすることによってフォトダイオード３０の上部の領域に開口部７３ａを形成する。
【００２５】
図６に示すように、遮光層７３に開口部７３ａを形成したあと、遮光層７３の上面に層内レンズ７５を構成するための図示しないレンズ材料層をＣＶＤで成膜し、層内レンズ７５の上凸面のレンズ形状に対応したレンズ用レジスト層を塗布する。そして、レンズ用レジスト層をエッチングすることで、開口部７３ａに層内レンズ７５を形成することができる。
【００２６】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
図７（ａ）から（ｃ）に示すように、開口部７３ａの形状は特に限定されず、画素部の構成によって適宜変更することができる。例えば、図７（ａ）に示すように、開口部７３ａの形状を正方形状としてもよく、または、図７（ｂ）に示すように、六角形などの多角形状としてもよい。さらに、図７（ｃ）に示すように、正円形状とすることで、光の入射方向にかかわらず、フォトダイオード３０に均一な光量を受光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】半導体素子の一実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面模式図である。
【図３】半導体素子の製造工程の手順を説明する断面図である。
【図４】半導体素子の製造工程の手順を説明する断面図である。
【図５】半導体素子の製造工程の手順を説明する断面図である。
【図６】半導体素子の製造工程の手順を説明する断面図である。
【図７】層内レンズを形成する開口部を平面視した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０    半導体素子
１１    半導体基板
７２    絶縁膜
７３    遮光層
７５    層内レンズ
【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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