(57)【要約】【課題】額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子を実現する。【解決手段】本発明に係る固体撮像素子１は、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域Ａと、有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域Ｂとから構成される画素領域を有する。固体撮像素子１は、オプティカルブラック領域Ｂを遮光する金属遮光膜６を備え、金属遮光膜６は、少なくとも有効画素領域Ａとオプティカルブラック領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からオプティカルブラック領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子において、
上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を備え、
上記金属遮光膜は、少なくとも上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界に隣接する部分に、当該境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
上記金属遮光膜の上記境界に隣接する部分の厚さが０であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
上記傾斜面は、傾斜角度が一定であることを特徴する請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
上記傾斜面は、傾斜角度が上記外周に向かって徐々に増加することを特徴する請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
上記傾斜面は、上記境界と上記外周との間に連続して形成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、
少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にポジ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記レジストに対して露光する露光工程と、
露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程と、
を含み、
上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を減少させることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、
少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にネガ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、
上記レジストに対して露光する露光工程と、
露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程と、
を含み、
上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を増加させることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
上記露光工程において、透過率を部分的に変化させたグレイスケールマスクを用いることを特徴とする請求項６または７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
上記金属膜エッチング工程において、上記有効画素領域に形成された上記金属遮光層の除去と、上記オプティカルブラック領域の周囲に配置された周辺回路の金属配線のパターニングとを同時に行うことを特徴とする請求項６、７または８に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】
本発明は、固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関し、より詳細には、オプティカルブラック領域に金属遮光膜を備えた固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子を集積した固体撮像素子が、デジタルスチルカメラだけでなくビデオカメラや携帯電話など、様々な電子機器に搭載されている。
【０００３】
この種の固体撮像素子、例えば、ＣＣＤ((Charge Coupled Device：電荷結合素子)を用いた固体撮像素子では、固体撮像素子の中央部分に形成された有効画素領域と、その周囲に配置される金属遮光膜で覆われたオプティカルブラック領域（以下、ＯＢ領域と称する）との境界部分に、当該金属遮光膜によって大きな段差が生じる。このような段差が生じた状態で、後の工程においてオンチップカラーフィルタやオンチップレンズを形成した場合、オンチップカラーフィルタやオンチップレンズが当該段差の影響により傾いて形成され、それらの膜厚や形状が不均一になる。この場合、ＯＢ領域に近い有効画素領域の周辺部分では、オンチップレンズから入射して集光された光が遮光膜の開口部を通して光電変換部（フォトダイオード部）に適正に入射することができず、また、オンチップカラーフィルタの不均一な膜厚による色特性の変動により、額縁状の感度ムラ(感度不均一)や色ムラ(色不均一）が発生するため、撮像不良が生じてしまう。
【０００４】
そこで、従来の固体撮像素子の製造方法では、金属遮光膜の膜厚を部分的に薄くすることにより、有効画素領域とその周囲のＯＢ領域との境界部分の金属遮光膜による段差を低減する段差低減加工を行うことで、額縁状の感度ムラや色ムラを改善して画質の向上を図っている。
【０００５】
以下、従来の固体撮像素子の製造方法を、図７を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は、従来の固体撮像素子１０１の製造方法を示す断面図である。
【０００６】
図７（ａ）に示されるように、従来の固体撮像素子１０１の製造方法では、まず、フォトリソグラフィ技術を用いて、金属遮光層１０６Ａの表面に塗布したフォトレジスト１０７を、フォトマスクＭを介して露光し現像する。これにより、図７（ｂ）に示されるように、ＯＢ領域Ｂに塗布されたフォトレジスト１０７のみを除去して、金属遮光膜１０６を露出させる。そして、図７（ｃ）に示されるように、露出させた金属遮光層１０６Ａをエッチングして、ＯＢ領域Ｂの金属遮光層１０６Ａを薄く加工し（段差低減加工）、その後、フォトレジスト１０７を除去する。
【０００７】
次に、図７（ｄ）に示されるように、フォトリソグラフィ技術を用いて、金属遮光層１０６Ａの表面に塗布したフォトレジスト１０８のうち、有効画素領域Ａのフォトレジスト１０７を開口する。そして、図７（ｅ）に示されるように、周辺回路領域Ｃの配線加工と同時に有効画素領域Ａの金属遮光層１０６Ａを除去する。
【０００８】
このように、固体撮像素子の製造方法では、段差低減加工を行い、金属遮光膜１０６のＯＢ領域Ｂの膜厚を薄く加工することで、有効画素領域とその周囲のＯＢ領域との境界部分の金属遮光膜１０６による段差を低減している。
【０００９】
このような段差低減加工の例として、特許文献１には、周辺回路領域のアルミニウム配線のみをエッチングして段差を低減する技術が開示されている。
【００１０】
また、段差低減加工の他の例として、特許文献２には、連続した３次元形状のグレイスケールマスクを用いることにより、マイクロレンズアレイ表面のレンズ曲面を連続的に形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−７６３２２号公報（２００２年３月１５日公開）
【特許文献２】特開２００４−１２９４０号公報（２００４年１月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の固体撮像素子１０１では、金属遮光膜１０６は、階段形状を有しているため、有効画素領域Ａとその周囲のＯＢ領域Ｂとの境界部分に、金属遮光膜１０６による段差が残存してしまう。このため、後の工程で形成されるオンチップカラーフィルタやオンチップレンズが不均一な膜厚や形状になることを避けることができず、有効画素領域Ａの周辺部分に額縁状の感度ムラや色ムラが生じるという問題を依然として有している。
【００１３】
また、上記従来の固体撮像素子１０１の製造方法では、金属遮光膜１０６の膜厚を途中まで除去する段差低減加工を行うための工程を追加する必要があり、段差低減加工と配線加工とは別の工程で行われるため、生産効率が低下するという問題を有している。
【００１４】
さらに、上記従来の固体撮像素子１０１では、段差低減加工と配線加工とにおいて、それぞれエッチング処理が行われる。このため、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分において、双方の領域のオーバーラップによってゲート電極１０３上の層間絶縁膜１０５がオーバーエッチングされることにより（図７（ｅ）の１０５ａ参照）、ゲート電極１０３の破壊を起こす危険性を有している。
【００１５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子を実現することにある。また、本発明の他の目的は、生産効率に優れ、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子の製造方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る固体撮像素子は、上記課題を解決するために、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子において、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を備え、上記金属遮光膜は、少なくとも上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界に隣接する部分に、当該境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面を有することを特徴としている。
【００１７】
上記発明によれば、金属遮光膜は、少なくとも有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分に、当該境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面を有する構成である。
【００１８】
このため、従来のような階段形状の金属遮光膜に比べて、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分の金属遮光膜の厚みを薄くすることができるので、当該境界における金属遮光膜による段差を効果的に低減することができる。これにより、画素領域上に配置されるオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズの傾きを防止して、均一な膜厚や形状に形成することが可能となる。
【００１９】
従って、本発明によれば、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子を実現することができる。
【００２０】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記金属遮光膜の上記境界に隣接する部分の厚さが０であることが好ましい。
【００２１】
上記発明によれば、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分の厚さが０であるため、当該境界のおける金属遮光膜による段差を解消することができる。このため、オンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズをより均一な膜厚や形状に形成することが可能となる。
【００２２】
これにより、額縁状の感度ムラや色ムラのないより良好な画質を実現することができる。
【００２３】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記傾斜面は、傾斜角度が一定であることが好ましい。
【００２４】
上記発明によれば、金属遮光膜は、傾斜角度が一定である平面状の傾斜面を有する構成である。このため、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界における金属遮光膜による段差を効果的に低減すると共に、金属遮光膜の形状を単純化することで、金属遮光膜の加工を簡略化することができる。
【００２５】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記傾斜面は、傾斜角度が上記外周に向かって徐々に増加することが好ましい。
【００２６】
上記発明によれば、金属遮光膜は、傾斜角度がオプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に増加した曲面状の傾斜面を有する構成である。このため、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分における傾斜面の傾斜角度をさらに小さくすることができるので、金属遮光膜の厚みを効率的に低減することが可能となる。
【００２７】
これにより、有効画素領域とＯＢ領域との境界における金属遮光膜による段差をより効果的に低減することができる。
【００２８】
また、本発明に係る固体撮像素子では、上記傾斜面は、上記境界と上記外周との間に連続して形成されていることが好ましい。
【００２９】
上記発明によれば、金属遮光膜が有する傾斜面は、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界と、オプティカルブラック領域の外周との間に連続して形成された構成である。すなわち、傾斜面が、オプティカルブラック領域において連続して形成されている構成である。
【００３０】
これにより、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分における傾斜面の傾斜角度をより小さくすることができるため、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界における金属遮光膜による段差をより効果的に低減することができる。
【００３１】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、上記課題を解決するために、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にポジ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストに対して露光する露光工程と、露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程とを含み、上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を減少させることを特徴としている。
【００３２】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、上記課題を解決するために、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にネガ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストに対して露光する露光工程と、露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程とを含み、上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を増加させることを特徴としている。
【００３３】
上記発明によれば、レジスト塗布工程において塗布された金属遮光層上のレジストに対して露光する露光工程と、露光工程において露光されたレジストをマスクとして、金属遮光層をエッチングし、オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程とを含んでいる。
【００３４】
ここで、上記発明では、露光工程において、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を減少または増加させて、金属遮光層上のレジストに対して露光する。すなわち、ポジ型のレジストを使用した場合は露光量を徐々に減少させ、一方、ネガ型のレジストを使用した場合は露光量を徐々に増加させて露光する。このため、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増す形状にレジストを成形することができる。そして、金属膜エッチング工程において、成形後のレジストをマスクとして金属遮光層をエッチングすることにより、少なくとも有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分に、当該境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面を有する形状の金属遮光膜を形成することができる。
【００３５】
それゆえ、従来のような階段形状の金属遮光膜に比べて、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界に隣接する部分の金属遮光膜を薄くすることができるので、当該境界における金属遮光膜による段差を効果的に低減することができる。これにより、後の工程において画素領域上に配置するオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズの傾きを防止して、均一な膜厚や形状に形成することが可能となるため、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子を製造することができる。
【００３６】
また、上記発明によれば、図７（ｂ）および（ｃ）に示される段差低減加工を行うための工程を追加する必要がない。このため、工程数を削減することが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００３７】
また、上記発明によれば、金属膜エッチング工程において、遮光面を有する金属遮光膜の形成と、オプティカルブラック領域の周囲に配置された周辺回路の金属配線のパターニングとを同時に行うことができる。すなわち、１回のエッチング処理で段差低減加工と配線加工とを同時に行うことができる。
【００３８】
さらに、１回のエッチング処理で配線加工と段差低減加工とを同時に行うことにより、従来のような画素領域におけるオーバーエッチングを抑制し、ゲート破壊を起こす危険性を低下させることができる。
【００３９】
従って、本発明によれば、生産効率に優れ、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子の製造方法を実現することができる。
【００４０】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、上記露光工程において、透過率を部分的に変化させたグレイスケールマスクを用いることが好ましい。
【００４１】
上記発明によれば、露光工程において透過率を部分的に変化させたグレイスケールマスクを用いる構成である。
【００４２】
これにより、有効画素領域とオプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を減少させる露光を容易に行うことができる。
【００４３】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、上記金属膜エッチング工程において、上記有効画素領域に形成された上記金属遮光層の除去と、上記オプティカルブラック領域の周囲に配置された周辺回路の金属配線のパターニングとを同時に行うことが好ましい。
【００４４】
上記発明によれば、金属膜エッチング工程において、有効画素領域に形成された上記金属遮光層の除去と、オプティカルブラック領域の周囲に配置された周辺回路の金属配線のパターニングとを同時に行う構成である。すなわち、１回のエッチング処理で段差低減加工と配線加工とを同時に行うことにより、従来のような画素領域におけるオーバーエッチングを抑制し、ゲート破壊を起こす危険性を低下させることができる。
【００４５】
これにより、工程数をさらに減少させることが可能となり信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４６】
以上のように、本発明に係る固体撮像素子は、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子において、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を備え、上記金属遮光膜は、少なくとも上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界に隣接する部分に、当該境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面を有するものである。
【００４７】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にポジ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストに対して露光する露光工程と、露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程とを含み、上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を減少させるものである。
【００４８】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域と、当該有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域とから構成される画素領域を有する固体撮像素子の製造方法において、少なくとも上記有効画素領域および上記オプティカルブラック領域に形成された金属遮光層にネガ型のレジストを塗布するレジスト塗布工程と、上記レジストに対して露光する露光工程と、露光された上記レジストをマスクとして、上記金属遮光層をエッチングして、上記オプティカルブラック領域を遮光する金属遮光膜を形成する金属膜エッチング工程とを含み、上記露光工程では、上記有効画素領域と上記オプティカルブラック領域との境界から当該オプティカルブラック領域の外周に向かって徐々に露光量を増加させるものである。
【００４９】
それゆえ、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子、並びに、生産効率に優れ、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子の製造方法を提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態に係る固体撮像素子の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示される固体撮像素子の一部を示す拡大断面図である。
【図３】図２に示される固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】露光工程において、膜厚がｔのフォトレジストに対して紫外線を照射したときの、露光量とフォトレジストの膜厚との関係を示すグラフである。
【図５】金属膜エッチング工程においてマスクとして利用されるフォトレジストの膜厚と、形成される金属遮光膜の膜厚との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本実施形態に係る金属遮光膜の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る金属遮光膜の他の変形例を示す断面図である。
【図７】従来の固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
本発明に係る固体撮像素子に関する実施の一形態について図１〜図６に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態ではＣＣＤ型の固体撮像素子に本発明を適用する場合について説明する。
【００５２】
〔１．固体撮像素子の構成〕
図１は、本実施形態に係る固体撮像素子１の概略構成を示す平面図である。図１に示されるように、固体撮像素子１は、中央部に形成された矩形の有効画素領域Ａと、当該有効画素領域Ａの周囲に配置されたＯＢ（オプティカルブラック）領域Ｂと、さらに当該ＯＢ領域Ｂの周囲に配置された周辺回路領域Ｃとを有している。
【００５３】
有効画素領域ＡおよびＯＢ領域Ｂには、フォトダイオード（光電変換素子）がマトリクス状に配列されており、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとで画素領域を構成している。
【００５４】
有効画素領域Ａは、マトリクス状に配列されたフォトダイオードのうち、実際に撮像に用いられるフォトダイオードが配置された領域であり、被写体からの入射光を光電変換して信号電荷を生成する。
【００５５】
ＯＢ領域Ｂは、マトリクス状に配列されたフォトダイオードのうち、黒の検出に用いられるフォトダイオードが配置された領域である。
【００５６】
周辺回路領域Ｃは、信号転送や信号読み出しを制御するドライバ（周辺回路）などが配置された領域である。
【００５７】
図２は、図１に示される固体撮像素子１の一部を示す拡大断面図である。図２に示されるように、固体撮像素子１は、アレイ基板２と、ゲート電極３と、遮光膜４と、層間絶縁膜５と、金属遮光膜６とを備えている。
【００５８】
アレイ基板２には、有効画素領域ＡおよびＯＢ領域Ｂにフォトダイオード（図示省略）がマトリクス状に配列されている。有効画素領域Ａに配列されたフォトダイオードは、実際に撮像に用いられ、被写体からの入射光を光電変換して信号電荷を生成する。一方、ＯＢ領域Ｂに配列されたフォトダイオードは、黒の検出に用いられ、黒画像の基準となる信号電荷を生成する。
【００５９】
ゲート電極３は、フォトダイオードによって光電変換された信号電荷の電荷転送を制御する電極である。ゲート電極３は、アレイ基板２上に複数配置されており、各フォトダイオードにそれぞれが接続されている。なお、ゲート電極３は、例えば、ポリシリコンで形成することができる。
【００６０】
遮光膜４は、各ゲート電極３の上面および側面を覆うように形成された、遮光性の材料からなる膜である。各ゲート電極３の上面および側面を遮光膜４によって覆うことにより、入射光がゲート電極３によって反射されてノイズが発生することを防止することができる。
【００６１】
また、遮光膜４は、有効画素領域Ａにおいて、フォトダイオードの上方で開口しており、これにより、遮光膜開口部４ａが形成されている。当該遮光膜開口部４ａを通って、被写体からの入射光をフォトダイオードの受光部上に集光させるができる。すなわち、遮光膜開口部４ａは、集光された入射光を受光する受光部として作用するものである。
【００６２】
層間絶縁膜５は、ゲート電極３および遮光膜４が配置されたアレイ基板２の受光面を覆うように形成された絶縁性および透光性を有する膜である。
【００６３】
金属遮光膜６は、層間絶縁膜５上に形成された遮光性を有する金属膜であり、有効画素領域Ａの外周に沿ってＯＢ領域Ｂおよび周辺回路領域Ｃに設けられている。金属遮光膜６は、例えば、層間絶縁膜５の側からチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）および窒化チタン（ＴｉＮ）が順に積層された積層膜により構成されている。なお、金属遮光膜６を構成する金属として、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）および銅（Ｃｕ）などを用いてもよい。
【００６４】
ここで、固体撮像素子１では、図２に示されるように、金属遮光膜６は、少なくとも有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有している。このため、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分の金属遮光膜６の厚みを薄くすることができるので、層間絶縁膜５上における有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分における金属遮光膜６による段差を低減することができる。
【００６５】
従って、図７（ｅ）に示される従来の階段形状の金属遮光膜１０６に比べて、層間絶縁膜５上に配置されるオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズ（何れも図示省略）を、より均一な膜厚や形状に形成することが可能となり、有効画素領域Ａの周辺部分に額縁状の感度ムラや色ムラが生じることを抑制することができる。
【００６６】
なお、層間絶縁膜５上に配置されるオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズには、公知のものを用いることが可能である。すなわち、オンチップカラーフィルタには、画素領域ごとに、例えば、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の何れかに着色されたフィルタを用いることができる。また、オンチップレンズは、オンチップカラーフィルタ上に配置された集光用のレンズであり、例えば、ネガ型感光樹脂などの透光性の材料で形成することができる。オンチップレンズは、有効画素領域Ａに設けられ、オンチップカラーフィルタとオンチップレンズとで光学機能層を形成している。
【００６７】
このように、固体撮像素子１は、金属遮光膜６が少なくとも有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増す形状の金属遮光膜６を備えている。
【００６８】
このため、層間絶縁膜５上における有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分における金属遮光膜６による段差を低減することができる。このため、層間絶縁膜５上に配置されるオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズを、より均一な膜厚や形状に形成することが可能となるため、感度ムラや色ムラのない良好な画質を実現することができる。
【００６９】
〔２．固体撮像素子の製造方法〕
次に、本実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。
【００７０】
図３は、本実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）に示されるように、まず、金属遮光層６Ａの表面にフォトレジスト７を塗布し（レジスト塗布工程）、塗布されたフォトレジスト７に対して、透過率を部分的に変化させたグレイスケールマスクＧＭを介して紫外線を照射する（露光工程）。これにより、露光工程では、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に露光量を減少させることができる。
【００７１】
ここで、露光工程における露光量とフォトレジスト７の膜厚との関係を、図４を参照して説明する。
【００７２】
図４は、露光工程において、膜厚がｔのフォトレジスト７に対して紫外線を照射したときの、露光量とフォトレジスト７の膜厚との関係を示すグラフである。なお、図４は、フォトレジスト７としてポジ型のフォトレジストを用いた場合の特性曲線（感光曲線）を示しており、縦軸がフォトレジスト７の膜厚を示し、横軸がフォトレジスト７に対する紫外線の露光量を示している。
【００７３】
図４に示されるように、露光量がｖ１以下である場合、フォトレジスト７の膜厚は変化せずｔのまま一定である。また、露光量がｖ１超、ｖ３未満である場合、フォトレジスト７の膜厚は露光量の増加に伴い徐々に減少する。そして、露光量がｖ３以上である場合、フォトレジスト７の膜厚は０になる。すなわち、フォトレジスト７は完全に除去される。
【００７４】
従って、図３（ａ）に示される金属遮光層６Ａの表面に塗布されたフォトレジスト７の膜厚をｔとした場合、例えば、周辺回路領域Ｃのフォトレジスト７に対する露光量がｖ１、有効画素領域Ａのフォトレジスト７に対する露光量がｖ３となるように、グレイスケールマスクＧＭの透過率を設定する。また、ＯＢ領域Ｂのフォトレジスト７に対する露光量が周辺回路領域Ｃから有効画素領域Ａに向かってｖ１からｖ２まで徐々に増加するようにグレイスケールマスクＧＭの透過率を設定する。
【００７５】
このような透過率に設定されたグレイスケールマスクＧＭを用いてフォトレジスト７を露光し、アルカリ性現像液を散布して現像することにより、図３（ｂ）に示されるような形状にフォトレジスト７を成形することができる。すなわち、有効画素領域Ａ側の膜厚（ｔ０）に対して周辺回路領域Ｃ側の膜厚（ｔ１）が厚くなるように徐々に厚みが増す形状にフォトレジスト７を成形することができる。また、有効画素領域Ａのフォトレジスト７を完全に除去することができる。
【００７６】
次に、図３（ｃ）に示されるように、成形後のフォトレジスト７をマスクとして金属遮光層６Ａのエッチング処理を行う（金属膜エッチング工程）。これにより、有効画素領域Ａの金属遮光層６Ａを除去すると共に、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有する形状の金属遮光膜６を形成する。
【００７７】
図５は、金属膜エッチング工程においてマスクとして利用される成形後のフォトレジスト７の膜厚と、形成される金属遮光膜６の膜厚との関係を示すグラフである。なお、図５では、縦軸が形成される金属遮光膜６の膜厚を示し、横軸がマスクとして利用されるフォトレジスト７の膜厚を示している。
【００７８】
図５に示されるように、フォトレジスト７の膜厚がｔ０以下の場合、金属遮光膜６の膜厚は０となる。すなわち、金属遮光膜６は完全に除去される。また、フォトレジスト７の膜厚がｔ０超、ｔ１未満である場合、フォトレジスト７の膜厚が増加するに伴い、金属遮光膜６の膜厚も増加する。そして、フォトレジスト７の膜厚がｔ１以上である場合、金属遮光膜６の膜厚は一定になる。すなわち、金属遮光膜６は全く除去されない。
【００７９】
従って、成形後のフォトレジスト７をマスクとしてエッチング処理を行うことにより、図３（ｃ）に示されるように、有効画素領域Ａの金属遮光膜６を除去すると共に、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂに向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有する形状の金属遮光膜６を形成することができる。なお、金属遮光膜６の形成と同時に、周辺回路領域Ｃの金属配線をパターニングする配線加工を行うことも可能である。
【００８０】
例えば、層間絶縁膜５上に形成された金属遮光層６Ａを、Ｔｉ(１５ｎｍ)／ＴｉＮ（１５０ｎｍ）／Ａｌ−Ｃｕ（８００ｎｍ）／ＴｉＮ（４５ｎｍ）で構成成した場合、ＯＢ領域Ｂのフォトレジスト７を、例えば、有効画素領域Ａ側の膜厚が５００ｎｍ、周辺回路領域Ｃ側の膜厚が１０００ｎｍとなるように、徐々に厚みが増すように成形する。また、周辺回路領域Ｃのフォトレジスト７を、例えば、膜厚が２０００ｎｍとなるように成形する。そして、有効画素領域Ａのフォトレジスト７が完全に除去された状態で、金属遮光層６Ａの金属膜エッチング工程を行う。
【００８１】
これにより、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分の膜厚が１６５ｎｍ以上、２６５以下（Ｔｉ：１５ｎｍ／ＴｉＮ：１５０ｎｍ／Ａｌ−Ｃｕ：０〜１００ｎｍ）、ＯＢ領域Ｂと周辺回路領域Ｃとの境界部分の膜厚が３６５ｎｍ以上、５６５以下（Ｔｉ：１５ｎｍ／ＴｉＮ：１５０ｎｍ／Ａｌ−Ｃｕ：２００〜４００ｎｍ）、周辺回路領域Ｃの膜厚が１０１０ｎｍ（Ｔｉ：１５ｎｍ／ＴｉＮ：１５０ｎｍ／Ａｌ−Ｃｕ：８００ｎｍ／ＴｉＮ：４５ｎｍ）である金属遮光膜６を形成することができる。
【００８２】
そして、最後に、オンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズを形成することにより、固体撮像素子１を製造することができる。
【００８３】
なお、オンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズを画素領域上に形成する方法には、公知の方法を適用することが可能であるため、ここでは説明を省略する。
【００８４】
このように、本実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法によれば、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域の外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有する金属遮光膜を備えたことを特徴とする固体撮像素子１を好適に製造することができる。
【００８５】
〔３．総括〕
以上のように、本実施形態に係る固体撮像素子１は、入射した光を光電変換して信号電荷を生成する有効画素領域Ａと、有効画素領域Ａの周囲に配置されたＯＢ領域Ｂとから構成される画素領域を有し、ＯＢ領域Ｂを遮光する金属遮光膜６を備え、金属遮光膜６は、少なくとも有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有している。
【００８６】
このため、従来のような階段形状の金属遮光膜に比べて、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分の金属遮光膜６の厚みを薄くすることができるので、当該境界における金属遮光膜６による段差を効果的に低減することができる。
【００８７】
これにより、画素領域上に配置されるオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズの傾きを防止して、均一な膜厚や形状に形成することが可能となる。
【００８８】
また、本実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法は、金属遮光層６Ａにフォトレジスト７を塗布するレジスト塗布工程と、フォトレジスト７に対して露光する露光工程と、露光されたフォトレジスト７をマスクとして、金属遮光層６Ａをエッチングして、ＯＢ領域Ｂを遮光する金属遮光膜６を形成する金属膜エッチング工程とを含んでいる。
【００８９】
そして、露光工程において、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に露光量を減少させることを特徴としている。このため、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増す形状のフォトレジスト７を成形し、成形後のフォトレジスト７をマスクとして、金属膜エッチング工程において、金属遮光層６Ａをエッチングする。これにより、少なくとも有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分に、当該境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に厚みが増すように傾斜した傾斜面６ａを有する金属遮光膜６を形成することができる。
【００９０】
それゆえ、従来のような階段形状の金属遮光膜に比べて、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界に隣接する部分の金属遮光膜６を薄くすることができるので、当該境界における金属遮光膜６による段差を効果的に低減することができる。これにより、後の工程において層間絶縁膜５上に配置するオンチップカラーフィルタおよびオンチップレンズの傾きを防止して、均一な膜厚や形状に形成することが可能となるため、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子１を製造することができる。
【００９１】
また、本実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法によれば、金属膜エッチング工程において、面６ａを有する金属遮光膜６の形成と、周辺回路領域Ｃの金属配線のパターニングとを同時に行うこと可能である。すなわち、１回のエッチング処理で段差低減加工と配線加工とを同時に行うことができる。このため、工程数を削減することが可能となり、生産効率を向上させることができる。
【００９２】
さらに、１回のエッチング処理で配線加工と段差低減加工とを同時に行うことにより、従来のような画素領域におけるオーバーエッチングを抑制し、ゲート破壊を起こす危険性を低下させることができる。
【００９３】
従って、本実施形態によれば、額縁状の感度ムラや色ムラのない良好な画質の固体撮像素子１、並びに、生産効率および信頼性に優れた、固体撮像素子１の製造方法を実現することができる。
【００９４】
なお、本実施形態では、露光工程において、グレイスケールマスクＧＭを用いてレジストパターンを得る方法について説明した。これにより、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に露光量を減少させる露光を行い、有効画素領域Ａ側の膜厚に対して周辺回路領域Ｃ側の膜厚が厚くなるように徐々に厚みが増す形状にフォトレジスト７を容易に成形することができる。しかしながら本発明はこれに限定されず、同様なレジスト形状が得られる他の手法を用いてもよい。例えば、グレイスケールマスクの代わりに、いくつかの異なった透過率を持つハーフトーンマスクを使用する場合であっても、多段の階段状のレジストを形成できるため、本発明の目的を達成可能である。
【００９５】
また、本実施形態では、ポジ型のフォトレジスト７を使用する場合について説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、ポジ型のフォトレジスト７に代えて、ネガ型のフォトレジスト７を使用してもよい。ネガ型のフォトレジスト７を使用する場合、露光工程では、有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界からＯＢ領域Ｂの外周に向かって徐々に露光量を増加させながら露光を行うことで、図３（ｂ）に示されるような、有効画素領域Ａ側の膜厚に対して周辺回路領域Ｃ側の膜厚が厚くなるように徐々に厚みが増す形状にフォトレジスト７を成形することができる。
【００９６】
また、本実施形態では、ＣＣＤ型の固体撮像素子１の製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ＣＭＯＳ型の固体撮像素子に適用することもできる。
【００９７】
〔４．変形例〕
上記実施形態では、図２に示されるように、傾斜角度が一定である傾斜面６ａを金属遮光膜６が有する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されない。例えば、図６に示されるような傾斜面であってもよい。
【００９８】
図６（ａ）は本実施形態に係る固体撮像素子１の変形例を示す断面図であり、（ｂ）は本実施形態に係る固体撮像素子１の他の変形例を示す断面図である。図６（ａ）に示されるように、固体撮像素子１１が備える金属遮光膜１６は、有効画素領域ＡからＯＢ領域Ｂの方向に向かって傾斜角度が徐々に増加する傾斜面１６ａを有している。
【００９９】
これにより、層間絶縁膜５上における有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分における傾斜面の傾斜角度をさらに小さくすることができるので、金属遮光膜６による段差が発生することをより効果的に抑制することができる。
【０１００】
また、図６（ｂ）に示されるように、固体撮像素子２１が備える金属遮光膜２６は、傾斜面２６ａはＯＢ領域Ｂの途中まで形成され、その後、金属遮光膜２６の膜厚が一旦減少してから、再び徐々に厚みが増加する形状である。
【０１０１】
このような形状であっても、層間絶縁膜５上における有効画素領域ＡとＯＢ領域Ｂとの境界部分に、金属遮光膜６による段差が発生することを抑制することができるため、本発明の目的を達成することが可能である。
【０１０２】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明は、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器が備える固体撮像素子に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１    固体撮像素子
２    アレイ基板
３    ゲート電極
４    遮光膜
５    層間絶縁膜
６    金属遮光膜
６ａ  傾斜面
６Ａ  金属遮光層
７    フォトレジスト（レジスト）
１１    固体撮像素子
１６    金属遮光膜
１６ａ  傾斜面
２１    固体撮像素子
２６    金属遮光膜
２６ａ  傾斜面
１０１    固体撮像素子
１０２    アレイ基板
１０３    ゲート電極
１０４    遮光膜
１０５    層間絶縁膜
１０６    金属遮光膜
１０６Ａ  金属遮光層
１０７    フォトレジスト
１０８    フォトレジスト
Ａ    有効画素領域
Ｂ    ＯＢ領域（オプティカルブラック領域）
Ｃ    周辺回路領域
ＧＭ    グレイスケールマスク
【図１】
2012049295.tif 000003
【図２】
2012049295.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012049295.tif 000007
【図６】
2012049295.tif 000008
【図７】
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