(57)【要約】【課題】周辺回路部の金属配線部が露呈してしまうことなく、所望の形状の層内レンズを形成することができる半導体素子の製造方法お呼び半導体素子を提供する。【解決手段】本発明は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に設けられた画素部１０と周辺回路部２０とを備える半導体素子の製造方法であって、半導体基板１１上に層内レンズの材料となる窒化膜１７を塗布し、層内レンズの形状に合わせパターニングされたレンズ用レジストＲを塗布して露光することで層内レンズを形成する工程で、周辺回路部２０の金属配線部Ｍを覆う窒化膜１７の上面にレンズ用レジストＲを塗布する。【選択図】図１
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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設けられた画素部と周辺回路部とを備える半導体素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に層内レンズの材料となる窒化膜を形成し、前記層内レンズの形状に合わせパターニングされたレンズ用レジストを塗布して露光することで層内レンズを形成する工程で、前記周辺回路部の金属配線部を覆う前記窒化膜の上面に前記レンズ用レジストを塗布することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記レンズ用レジストを、前記窒化膜上における少なくとも前記金属配線部の上方部分に塗布することを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた画素部と周辺回路部とを備える半導体素子であって、
前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部を覆うように形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された、窒化膜からなる層内レンズとを有し、前記周辺回路部が、前記絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された金属配線部とを有し、少なくとも前記金属配線部が前記窒化膜によって被覆されていることを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素部に層内レンズを備えた半導体素子の製造方法及び半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサなどの半導体素子では、集光効果を高めるため、各画素上に層内レンズを形成する構造がよく用いられる。
【０００３】
図５，６は、従来の層内レンズの形成する工程を説明する断面図である。
図５に示すように、画素部１００において、半導体基板１０１にフォトダイオードなどの光電変換部１０５が形成され、半導体基板１０１の上面にゲート絶縁膜１０２を介して電荷転送電極１０３が形成されている。また、画素部１００の半導体基板１０１上には、電荷転送電極１０３を覆うように層間絶縁膜１０８と、遮光膜１０４とが形成され、半導体基板１０１上に酸化シリコン膜１０６とが設けられている。ここで、層内レンズを形成する際には、酸化シリコン膜１０６上に層内レンズを構成する窒化膜１０７を形成し、層内レンズの上凸形状を転写するためのレンズ用レジスト１１０を塗布する。また、周辺回路部２００では、半導体基板１０１の表面に局所酸化（ＬＯＣＯＳ）により酸化シリコン層２０１が設けられている。酸化シリコン層２０１の上面にはゲート絶縁膜１０２が形成され、ゲート絶縁膜１０２上に電荷転送電極１０３と、層間絶縁膜１０８と酸化シリコン膜１０６とが形成されている。また、周辺回路部２００は、酸化シリコン膜１０６上にアルミなどの金属配線部２１０が形成され、この金属配線部２１０が画素部１００と同じ窒化膜１０７によって被覆されている。そして、図６（ａ）に示すように、レンズ用レジスト１１０をマスクとして窒化膜１０７にエッチバック処理を施すことで、上凸形状の層内レンズを形成することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１６４８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、図６に示すように、窒化膜１０７にエッチバック処理を行うと、周辺回路部２００の金属配線部２１０を被覆する窒化膜１０７も同様にエッチバックによって薄くなる。層内レンズの高さを低く構成する場合には、窒化膜１０７をエッチングする量も多くなるため、窒化膜１０７に被覆されている金属配線部２１０の一部が露呈しまうことが懸念される。
【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、周辺回路部の金属配線部が露呈してしまうことなく、所望の形状の層内レンズを形成することができる半導体素子の製造方法及び半導体素子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、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた画素部と周辺回路部とを備える半導体素子の製造方法であって、前記半導体基板上に層内レンズの材料となる窒化膜を形成し、前記層内レンズの形状に合わせパターニングされたレンズ用レジストを塗布して露光することで層内レンズを形成する工程で、前記周辺回路部の金属配線部を覆う前記窒化膜の上面に前記レンズ用レジストを塗布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】
レンズ用レジストを、窒化膜上における少なくとも金属配線部の上方部分に塗布することが好ましい。
【０００９】
また、本発明の上記目的は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた画素部と周辺回路部とを備える半導体素子であって、前記画素部が、光電変換部と、前記光電変換部を覆うように形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された、窒化膜からなる層内レンズとを有し、前記周辺回路部が、前記絶縁膜と、該絶縁膜上に形成された金属配線部とを有し、少なくとも前記金属配線部が前記窒化膜によって被覆されていることを特徴とする半導体素子。
【００１０】
本発明は、画素部に層内レンズを形成する際に、層内レンズを形成するためのレンズ用レジストを周辺回路部における窒化膜上にも形成するものである。層内レンズの材料となる窒化膜をエッチングしたとき、周辺回路部では窒化膜の上にレンズ用レジストが形成されており、エッチング後においても窒化膜を残すことができ、窒化膜に覆われた金属配線部が露呈することを防止することができる。また、レンズ用レジストを用いるため、周辺回路部の窒化膜上に、窒化膜を覆うための膜を形成する工程を別途に行う必要がない。
【００１１】
レンズ用レジストを、窒化膜上における少なくとも金属配線部の上方部分に塗布することが好ましい。周辺回路部の全域にレンズ用レジストを塗布した場合に、半導体基板におけるエッチングを行う面の被覆率が大きくなるため、画素部においてエッチングガスを十分に注入することができなくなる。すると、レンズ用レジストを構成する窒化膜がエッチングされにくくなり、レンズ形状が所望の高さより高くなってしまうことや略台形状となってしまうことなどの不具合が生じてしまう。そこで、レンズ用レジストを、窒化膜上における少なくとも金属配線部の上方部分に塗布することで、窒化膜のエッチング時に、画素部に十分のエッチングガスを注入でき、所望の形状の層内レンズを得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、周辺回路部の金属配線部が露呈してしまうことなく、所望の形状の層内レンズを形成することができる半導体素子の製造方法及び半導体素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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及び図２は、本発明にかかる半導体素子の製造方法の第１実施形態を説明する断面図である。なお、本実施形態では、半導体素子として固体撮像素子を例示して説明するが、半導体素子はこれに限定されず、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサなどの半導体素子に適用することができる。
【００１４】
本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板１１上に、図１（ａ）に示す画素部１０と、図１（ｂ）に示す周辺回路部２０とを備えている。半導体基板１１は、例えばシリコンなどから形成されている。画素部１０における半導体基板１１の表面にはフォトダイオードなどの光電変換部１５が形成され、光電変換部１５で発生した電荷を転送する電荷転送チャンネルなどが形成される。また、周辺回路部２０における半導体基板１１の表面にはＬＯＣＯＳにより形成された酸化シリコン層２１が形成される。
【００１５】
半導体基板１１の上面には、画素部１０及び周辺回路部２０を覆うようにゲート絶縁膜１２が成膜される。ゲート絶縁膜１２は、図示しないが、ゲート絶縁膜１２は熱酸化によって形成された酸化シリコン膜と減圧ＣＶＤ法によって形成された窒化シリコン膜と、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。
【００１６】
画素部１０において、ゲート絶縁膜１２上にドープドポリシリコンなどからなる電荷転送電極１３が形成され、該電荷転送電極１３上には、層間絶縁膜１８を介して遮光膜１４が形成される。そして、電荷転送部１５の上方及び遮光膜１４を含む画素部１０上の領域に透明の酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜などの絶縁膜１６が成膜される。
【００１７】
周辺回路部２０において、ゲート絶縁膜１２上に電荷転送電極１３と、電荷転送電極１３を覆うように層間絶縁膜１８が形成され、その上面に画素部１０と同じ絶縁膜１６が成膜されている。周辺回路部２０では、絶縁膜１６上にアルミニウムなどからなる金属配線部Ｍが形成される。
【００１８】
画素部１０において、絶縁膜１６上に層内レンズを形成する場合に、先ず層内レンズの材料となる、プラズマシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）などの窒化膜１７を絶縁膜１６上に成膜する。そして、上側に凸型形状を有する層内レンズのレンズ形状とその配置に応じたパターニングされたレンズ用レジストＲを形成する。
【００１９】
また、周辺回路部２０において、絶縁膜１６上に形成された金属配線部Ｍを覆うように窒化膜１７が形成される。本実施形態において、画素部１０に層内レンズを形成するためのレンズ用レジストＲを、周辺回路部２０の窒化膜１７上にも所定の膜厚で成膜する。
【００２０】
次に、半導体基板上の画素部１０及び周辺回路部２０の窒化膜１７を、レンズ用レジストＲをパターニングマスクとしてドライエッチング（エッチバック）する。
【００２１】
窒化膜１７をエッチングすると、図２に示すように、画素部１０においては、上凸形状を有する層内レンズとして機能する窒化膜１７が形成される。一方、周辺回路部２０では、窒化膜１７がエッチングにより程度まで薄くなるように除去されるものの、金属配線部Ｍが窒化膜１７で被覆されて露呈しない状態となる。これは、エッチングする際に、窒化膜１７上にレンズ用レジストＲを予め成膜することで、エッチングにより除去される窒化膜１７の厚さを低減しているためである。
【００２２】
図３，４に、本発明にかかる第２実施形態を示す。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。図３，４では、周辺回路部の状態のみを示しており、画素部については図１（ａ）及び図２（ａ）に示す第１実施形態と同様の構成及び手順であるため図示せず省略している。
【００２３】
本実施形態では、図３に示すように、周辺回路部２０において、金属配線部Ｍを覆う窒化膜にレンズ用レジストＲを塗布する際に、レンズ用レジストＲを窒化膜１７上における少なくとも金属配線部Ｍの上方部分に塗布する。このとき、レンズ用レジストＲの断面寸法（図３において左右方向に対する長さ）Ｓ１が金属配線部Ｍの断面寸法Ｓ２よりも大きくなるようにする。
【００２４】
そして、図４に示すように、エッチングすることで、図示しない画素部に窒化膜１７からなる層内レンズが形成されるとともに、周辺回路部２０において、レンズ用レジストＲによって被覆された領域以外の窒化膜１７が除去される。このとき、レンズ用レジストＲによって被覆されなかった領域にも僅かな厚さで窒化膜１７が残っていてもよい。
【００２５】
レンズ用レジストを、窒化膜上における少なくとも金属配線部の上方部分に塗布すれば、周辺回路部の全域にレンズ用レジストを塗布した場合に、半導体基板１１におけるエッチングを行う面の被覆率が大きくなることに起因して画素部にエッチングガスを十分に注入できなくなることを防止できる。このため、レンズ用レジストＲを構成する窒化膜１７がエッチングされにくくなることがなく、レンズ形状が所望の高さより高くなってしまうことや略台形状となってしまうことなどの不具合が生じることを防止できる。したがって、窒化膜１７のエッチングによって、所望の形状の層内レンズを得ることができる。
【００２６】
上記実施形態に示すように、本発明は、画素部１０に層内レンズを形成する際に、層内レンズを形成するためのレンズ用レジストＲを周辺回路部２０における窒化膜１７上にも形成するものである。層内レンズの材料となる窒化膜１７をエッチングしたとき、周辺回路部では窒化膜１７の上にレンズ用レジストＲが形成されており、エッチング後においても窒化膜１７を残すことができ、窒化膜１７に覆われた金属配線部Ｍが窒化膜１７から露呈することを防止することができる。また、レンズ用レジストＲを用いるため、画素部１０においてレンズ用レジストＲを塗布する工程と同時に行うことで、周辺回路部２０の窒化膜１７上に該窒化膜１７を覆うための膜を形成する工程を別途に行う必要がない。
【００２７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】半導体素子の製造方法の第１実施形態を説明する断面図である。
【図２】半導体素子の製造方法の第１実施形態を説明する断面図である。
【図３】半導体素子の製造方法の第２実施形態を説明する断面図である。
【図４】半導体素子の製造方法の第２実施形態を説明する断面図である。
【図５】従来の層内レンズの形成する工程を説明する断面図である。
【図６】従来の層内レンズの形成する工程を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    画素部
１１    半導体基板
１６    絶縁膜
１７    窒化膜
２０    周辺回路部
Ｍ    金属配線部
Ｒ    レンズ用レジスト
【図１】
2007305923.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007305923.tif 000005
【図４】
2007305923.tif 000006
【図５】
2007305923.tif 000007
【図６】
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