(57)【要約】【課題】製造プロセスの難易度を上げることなく、低スミアを実現できる固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る固体撮像素子１０は、基板１１上に、光電変換部３０と、光電変換部３０で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極１３を備えた電荷転送部４０と、電荷転送電極１３を被覆する反射防止膜１７と、電荷転送部３０を覆い、光電変換部３０上で開口した遮光膜１６とを備え、反射防止膜１７には、電荷転送電極１３上を除く部位で且つ光電変換部３０上で開口する開口部１７ａが形成されている。【選択図】図２
2007150095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、光電変換部と、
前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
前記電荷転送電極を被覆する反射防止膜と、
前記電荷転送部を覆い、前記光電変換部上で開口した遮光膜とを備えた固体撮像素子であって、
前記反射防止膜には、前記電荷転送電極上を除く部位で且つ前記光電変換部上で開口する開口部が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
基板上に、光電変換部と、
前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、
前記電荷転送電極を被覆する反射防止膜と、
前記電荷転送部を覆い、前記光電変換部上で開口した遮光膜とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記反射防止膜における、前記電荷転送電極上を除く部位で且つ前記光電変換部上で開口部を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関し、特に、シンター処理工程の際に発生する水素ガスの通路を確保し、固体撮像素子の微細化に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子においては、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでおり、画素領域の微細化も高まる一方である。このような状況の中で、フォトダイオードで構成される光電変換部上には反射防止用の高屈折率膜を形成し、低スミア化のために、受光領域の周りはタングステン遮光膜で被覆した構造が提案されている（特許文献１）。
【０００３】
従来の固体撮像素子は、図８に断面構造の要部の一例を示すように、シリコン基板１表面にゲート絶縁膜２（ボトム酸化膜２ａと窒化シリコン膜２ｂと酸化シリコン膜２ｃからなる。）を介して電荷転送電極３が形成され、該電荷転送電極３の上層に絶縁膜５を介して窒化シリコン膜などの反射防止膜７が形成されている。また、反射防止膜７の上層に、光電変換部上に開口６ａを有する遮光膜６が形成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１６４４８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、反射防止膜７と遮光膜６との間には、酸化膜８が形成されている。ここで、反射防止膜７には、シンター処理（未結合手終端処理）を行う際に発生した水素ガスを通過させるため、電荷転送電極３の上方の位置に開口部７ａが形成されている。この構成では、酸化膜８の厚さ分だけ遮光膜６と反射防止膜７との間にギャップｇを確保する必要があり、固体撮像素子の更なる微細化を図るうえで一定の制約となってしまっていた。遮光膜６と反射防止膜７との間のギャップｇが大きくなればスミアが悪化してしまう。一方で、酸化膜８を形成せずに反射防止膜７上に遮光膜６を形成しギャップｇがない構成とすると、水素ガスの通過が妨げられることでシンター処理の効果が低下するとともに、画素領域の微細化に伴なって高い加工精度が必要となり、製造プロセスの難易度が高くなる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、製造プロセスの難易度を上げることなく、低スミアを実現できる固体撮像素子及び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、基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送電極を被覆する反射防止膜と、前記電荷転送部を覆い、前記光電変換部上で開口した遮光膜とを備えた固体撮像素子であって、前記反射防止膜には、前記電荷転送電極上を除く部位で且つ前記光電変換部上で開口する開口部が形成されていることを特徴とする固体撮像素子によって達成される。
【０００８】
また、本発明の上記目的は、基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送電極を被覆する反射防止膜と、前記電荷転送部を覆い、前記光電変換部上で開口した遮光膜とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記反射防止膜における、前記電荷転送電極上を除く部位で且つ前記光電変換部上で開口部を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。
【０００９】
本発明に係る固体撮像素子の構成では、反射防止膜の開口部が、光電変換部上における遮光膜が開口した部位に位置するように形成されている。すると、遮光膜と反射防止膜に酸化膜を形成しない構成としても、シンター処理を施す際に発生した水素ガスが開口部を流通することが妨げられることが回避できるとともに、シンター処理の効果が抑制されてしまうことがない。このように、開口部の位置を変えることで、遮光膜と反射防止膜との間に酸化膜を形成しないで、遮光膜と反射防止膜との間の距離を小さくすることが可能となり、低スミア化を実現することができる。また、このような固体撮像素子を製造する場合には、開口部の位置を変えてパターニングすればよく、他の製造プロセスは従来と同様の手順を行えばよいため、製造プロセスの難易度が高くなることがない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、製造プロセスの難易度を上げることなく、低スミアを実現できる固体撮像素子及び固体撮像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】
【００１１】
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、本発明に係る固体撮像素子の平面図である。図２は、図１の固体撮像素子のＡ−Ａ線を矢印方向の状態を示す断面図である。
本実施形態の固体撮像素子１０は、図２に示すように、シリコン基板１１の表面にはｐウェル層３１が形成されている。ｐウェル層３１内に、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂとが形成され、これらがｐｎ接合を形成している。ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂとが、光電変換部として機能するフォトダイオード３０を構成している。このフォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。
【００１２】
フォトダイオード３０の右方には、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３１に電荷読み出し領域３４が形成され、電荷転送部４０を構成している。
【００１３】
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シリコン基板１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とを含む。
【００１４】
シリコン基板１１表面にはゲート酸化膜１２が形成されている。ゲート酸化膜１２は、図示しないが、ボトム酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との３層からなる多層構造膜（いわゆる、ＯＮＯ膜）である。
【００１５】
電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、電荷転送電極１３が形成される。電荷転送電極１３の間は酸化シリコン膜などからなる電極間絶縁膜１４が形成されている。
【００１６】
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との分離がなされている。
【００１７】
電荷転送電極１３の上層には酸化シリコン膜とプラズマ窒化シリコン膜との２層膜などで構成された絶縁膜１５が形成されている。また、絶縁膜１５の上層には、窒化シリコン膜などからなる反射防止膜１７が形成されている。
【００１８】
反射防止膜１７の上層に、フォトダイオード３０上に開口１６ａを有し、タングステン膜からなる遮光膜１６が形成される。
【００１９】
遮光膜１６の上層には、中間層として、ＢＰＳＧ（borophospho  silicate  glass）からなる平坦化膜７２と、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜（いわゆる、パッシベーション膜）７３と、透明樹脂等からなる下側平坦化膜７４とが形成されている。また、中間層は、下側平坦化膜７４の上層に形成されたカラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂと、カラーフィルタ５０Ｇ，５０Ｂ上に形成された、絶縁性の透明樹脂等からなる上側平坦化膜６１とを有している。カラーフィルタ５０Ｇは緑色フィルタ層であり、カラーフィルタ５０Ｂは青色フィルタ層であって、更に、図示しないが赤色フィルタ層が形成されている。また、カラーフィルタには、図示しないフィルタ分離領域が形成されていてもよい。
【００２０】
中間層の上側表面には、マイクロレンズ６０が設けられる。
【００２１】
固体撮像素子１０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水平電荷転送路（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ように構成されている。すなわち、固体撮像素子１０は、シリコン基板１１上に、光電変換部、電荷転送部、ＨＣＣＤ、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とが形成された構成である。
【００２２】
固体撮像素子１０は、反射防止膜１７に、遮光膜１６の開口１６ａにおいて、少なくとも一部が開口する開口部１７ａが形成されている。従来の固体撮像素子では、反射防止膜の開口部が電荷転送電極上に形成されていたが、本実施形態の固体撮像素子１０では、電荷転送電極１３上を除く領域に開口部１７ａが形成されている。そして、電荷転送電極１３を被覆する反射防止膜１７の直ぐ上に、酸化膜等を形成することなく、遮光膜１６が形成されている。
【００２３】
遮光膜１６の開口１６ａにおいて、反射防止膜１７の開口部１７ａが開口する部位（以下、水素パス）Ｗは、シリコン基板１１の界面にシンター処理を行う際に、発生する水素を逃がす機能を有している。
【００２４】
次に、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の一実施形態を説明する。図３から図７は、本実施形態の固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００２５】
固体撮像素子１０は、反射防止膜１７を形成する際に、その開口部１７ａが遮光膜１６の開口１６ａの位置とする点で、従来の固体撮像素子とは相違する。なお、本実施形態の固体撮像素子のシリコン基板１１の構成、中間層及びマイクロレンズ６０の形成の手順は従来の固体撮像素子と同様の製造プロセスであるため、図示せず、説明を省略する。
【００２６】
最初に、図３に示すように、フォトダイオード３０が形成されたシリコン基板１１上に、フィールド酸化膜１２を形成する。フィールド酸化膜１２は、上述したように、ボトム酸化膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との３層からなる多層構造膜とする。
【００２７】
続いて、図４に示すように、フィールド酸化膜１２上に、ＰＨ３とＮ２とを添加したＳｉＨ４を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、第１のアモルファスシリコン膜を成膜する。その後、第１のアモルファスシリコン膜をパターニングし、第１の電極を形成する。なお、図示しないが、第１の電極表面を熱酸化することにより膜厚１５ｎｍ程度の酸化シリコン膜を形成してもよい。同様に第２のアモルファスシリコン膜を形成、パターニングし、第２の電極を形成する。本実施形態の固体撮像素子１０は、第１の電極と第２の電極とが単層において並列された単層電極構造を有している。これら第１の電極及び第２の電極を電荷転送電極１３とする。
【００２８】
電荷転送電極１３を形成した後、該電荷転送電極１３の上層には、酸化シリコン膜とプラズマ窒化シリコン膜との２層膜などで構成された絶縁膜１５を形成する。
【００２９】
絶縁膜１５を形成した後、図５に示すように、絶縁膜１５上の全面にＣＶＤ法又はイオンドーピングによって高屈折率材料である窒化シリコン膜からなる膜厚３０ｎｍ程度の反射防止膜１７を形成する。
【００３０】
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ工程によって反射防止膜１７に開口部１７ａを形成する。このとき、開口部１７ａが、電荷転送電極１３上を除く部位で且つフォトダイオード３０（光電変換部）上に位置するように、所定のパターンを有するマスクを使用し、露光、現像を行う。
【００３１】
反射防止膜１７を形成した後、タングステン薄膜からなる遮光膜１６を、電荷転送部４０を覆うように形成する。遮光膜１６は、フォトダイオード３０上を除く領域に形成されており、フォトダイオード３０上に開口１６ａが設けられる。
【００３２】
反射防止膜１７の開口部１７ａの寸法は特に限定されないが、少なくとも一部が遮光膜１６の開口１６ａにおいて開口するように構成する。この開口した部位が、シリコン基板１１のシンター処理時における水素パスとして機能する。
【００３３】
本実施形態によれば、固体撮像素子１０は、反射防止膜１７の開口部１７ａが、フォトダイオード３０（光電変換部）上における、遮光膜１６の開口１６ａにおいて開口する位置に形成されている。すると、遮光膜１６と反射防止膜１７との間に酸化膜を形成しない構成としても、シリコン基板１１にシンター処理を施す際に発生した水素ガスが開口部１７ａを流通することが妨げられることが回避できるとともに、シンター処理の効果が抑制されてしまうことがない。このように、反射防止膜１７の開口部１７ａを形成する位置を変えることで、遮光膜１６と反射防止膜１７との間に酸化膜を形成しない構成として、遮光膜１６と反射防止膜１７との間の距離を小さくすることが可能となり、低スミア化を実現することができる。また、このような固体撮像素子１０を製造する場合には、開口部１７ａの位置を変えてパターニングすればよく、他の製造プロセスは従来と同様の手順を行えばよいため、製造プロセスの難易度が高くなることがない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の構成を示す平面図である。
【図２】図１の固体撮像素子のＡ−Ａ線の矢印方向視した状態を示す断面図である。
【図３】本発明に係る固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。
【図４】本発明に係る固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。
【図５】本発明に係る固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。
【図６】本発明に係る固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。
【図７】本発明に係る固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。
【図８】従来の固体撮像素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０    固体撮像素子
１１    シリコン基板
１３    電荷転送電極
１６    遮光膜
１７    反射防止膜
１７ａ    （反射防止膜の）開口部
３０    光電変換部（フォトダイオード）
【図１】
2007150095.tif 000003
【図２】
2007150095.tif 000004
【図３】
2007150095.tif 000005
【図４】
2007150095.tif 000006
【図５】
2007150095.tif 000007
【図６】
2007150095.tif 000008
【図７】
2007150095.tif 000009
【図８】
2007150095.tif 000010