(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の平面方向において複数形成された複数の受光部を含む撮像部と、
前記基板における前記撮像部の周辺部に形成されたヒューズ部であって、前記複数の受光部に蓄積される飽和信号電荷量を規定する基板バイアスを調整するための複数の抵抗素子の接続状態を決定する、過大電流の印加によって溶断可能な、複数のヒューズを有する、ヒューズ部と、
前記ヒューズ部の上の光入射側に形成された層間絶縁膜の上に、前記撮像部における前記複数の受光部の各々に対応した光入射側に形成された複数レンズであって、各レンズが前記対応する受光部への集光機能を有し、前記光入射方向において複数の光透過性レンズ材を重ねて構成された、複数のレンズと、
前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出させるための開口であって、各ヒューズに対応して、前記複数の光透過性レンズ材に形成された開口と、
前記複数の受光部の上部の前記複数の光透過性レンズ材の上、かつ、前記開口の底面の前記ヒューズの上部および前記開口の側壁に、前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出可能に光透過性の窒化シリコンで５００ｎｍ以下に形成されている、保護膜と、
を有し、
前記複数の光透過性レンズ材のうちの最上層の光透過性レンズ材と、その上に配設された前記保護膜とによるか、もしくは、前記保護膜によって、前記平面方向における隣接するレンズの距離を小さくしている、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記レンズを構成する光透過レンズ材は、無機材料により形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
基板の平面方向において複数形成された複数の受光部を含む撮像部と、前記基板における前記撮像部の周辺部に形成されたヒューズ部であって、前記複数の受光部に蓄積される飽和信号電荷量を規定する基板バイアスを調整するための複数の抵抗素子の接続状態を決定する、過大電流の印加によって溶断可能な、複数のヒューズを有する、ヒューズ部と、前記ヒューズ部の上の光入射側に形成された層間絶縁膜の上に、前記撮像部における前記複数の受光部の各々に対応した光入射側に形成された複数レンズであって、各レンズが前記対応する受光部への集光機能を有し、前記光入射方向において複数の光透過性レンズ材を重ねて構成された、複数のレンズと、前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出させるための開口であって、各ヒューズに対応して、前記複数の光透過性レンズ材に形成された開口と、前記複数の受光部の上部の前記複数の光透過性レンズ材の上、かつ、前記開口の底面の前記ヒューズの上部および前記開口の側壁に、前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出可能に光透過性の窒化シリコンで５００ｎｍ以下に形成されている、保護膜と、を有し、前記複数の光透過性レンズ材のうちの最上層の光透過性レンズ材と、その上に配設された前記保護膜とによるかもしくは前記保護膜によって、前記平面方向における隣接するレンズの距離を小さくしている、固体撮像装置の製造方法であって、
前記撮像部において前記基板に複数の受光部を形成する工程と、
前記基板上に前記複数のヒューズを有するヒューズ部を形成する工程と、
前記撮像部および前記ヒューズ部における前記基板上に、少なくとも前記ヒューズ部上において前記撮像部に比して薄くなるように前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記撮像部における前記層間絶縁膜上におよび前記ヒューズ部の上に、複数の光透過性レンズ材を形成し、当該複数の光透過性レンズ材のうち、前記複数の受光部に対応して前記受光部への集光機能を有する、レンズを形成する工程と、
前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出させるための開口であって、各ヒューズに対応して前記複数の光透過性レンズ材に当該開口を形成する工程と、
前記複数の受光部の上部の前記複数の光透過性レンズ材の上、かつ、前記開口の底面の前記ヒューズの上部および前記開口の側壁に、５００ｎｍ以下の光透過性の窒化シリコンで保護膜を形成する工程と、
を有する、
固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記複数の光透過性レンズ材により構成されるレンズを形成する工程は、
少なくとも前記撮像部における前記層間絶縁膜上に第１レンズ材を形成する工程と、
前記撮像部における前記第１レンズ材上にレンズ形状を有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層および前記第１レンズ材にエッチングを行い、前記第１レンズ材に前記レンズ形状を転写する工程と、
を有する、
請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１レンズ材に前記レンズ形状を転写する工程の後に、前記撮像部における前記第１レンズ材上に、前記隣接する第１レンズ材の間のギャップを小さくするように光透過性の第２レンズ材を形成する工程をさらに有する、
請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記レンズを形成する工程において、前記光透過性レンズ材として、無機材料からなるレンズを形成する、
請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、オンチップレンズを有し、ヒューズ部の切断状況に応じた所望の電圧が基板に印加されて受光部における蓄積電荷量が制御される固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＣＣＤ固体撮像素子は、画質の向上が非常に強く要請されている。
その要請に応えるためには、画素数を増やして解像度を高くすることと、感度の向上を行うことが必要であり、そのため、画素の配列密度を高くしつつ、さらに画素を小型化する必要がある。
【０００３】
ところが、画素サイズを縮小した場合、単位画素に入射する光量は減少し、各画素の受光部の感度特性が低下するという不具合が生じてしまう。ここで、感度向上目的で受光部の開口を大きくすると、電荷転送部への光の混入によるスミアが発生しやすくなるので、受光部の開口を大きくするのには限界がある。
この観点から、受光部上方にオンチップレンズを設け、受光部への集光効率を高める工夫がなされている。
【０００４】
そしてさらに、集光効率の向上を達成する新たな技術として、オンチップレンズと受光部との間の層内に光透過材料の膜からなる、もう一つの層内レンズを形成することで集光効率をさらに向上させることが行われている。
【０００５】
図１にＣＣＤ固体撮像素子の概略構成図を示す。
図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子は、ｐｎ接合で構成された多数の受光部１２が、垂直方向および水平方向にマトリックス状に配列され、受光部１２の各列に対して共通とされたＣＣＤによる垂直転送部７が複数配列されて構成された撮像部２を有する。
【０００６】
撮像部２の下部において、ＣＣＤによる水平転送部３が形成されている。この水平転送部３の一端には、例えば、フローティングゲートにて構成された電荷−電圧変換部４ａを有する出力部４が形成されている。
【０００７】
図１１に、図１に示すＣＣＤ固体撮像素子の撮像部の断面図を示す。
図１１に示すように、ｎ型のシリコン基板１０に、ｐ型ウェル１１が形成されており、ｐ型ウェル１１内には、例えば、ｎ型の不純物領域等からなりｐ型ウェル１１との間のｐｎ接合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、信号電荷を一定期間蓄積する受光部１２が形成されている。
【０００８】
受光部１２の横方向において、図示を省略した可変ポテンシャル領域を形成するｐ型不純物領域からなる読み出しゲート部を介して、ｎ型不純物領域からなる電荷転送部１３が形成されており、さらに、図示を省略した高濃度のｐ型不純物領域からなるチャネルストッパが形成されている。
【０００９】
基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁膜１４が形成され、電荷転送部１３上に、絶縁膜１４に埋め込まれるようにしてポリシリコンなどからなる転送電極１５が形成されている。
【００１０】
転送電極１５を被覆するようにして絶縁膜１４上に、例えば、タングステン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮光膜１６が形成されており、当該遮光膜１６には、受光部１２の上方に開口部１６ａが形成されており、光は、この開口部１６ａを通じて受光部１２に入射されるようになっている。
【００１１】
遮光膜１６およびその開口部１６ａを被覆して、例えば、ＰＳＧ(Phosphosilicate glass) またはＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) などからなる層間絶縁膜１７が形成されている。層間絶縁膜１７の表面には、下地の段差の形状を反映してできた窪み１７ａが形成されている。
【００１２】
層間絶縁膜１７上に、層内レンズ材１８が形成されており、窪み１７ａの形状を反映した所定の曲率を下面に有する層内レンズ材１８により層内レンズが構成される。層内レンズ材１８は、光透過率が十分高い材料、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）などから形成されている。
【００１３】
上面が平坦化された層内レンズ材１８を被覆して、光透過材料からなるレンズ材２１が形成されており、当該レンズ材２１の上面は所定の曲率の曲面を有し、当該レンズ材２１によりオンチップレンズ（ＯＣＬ：On Chip Lens) が構成される。
【００１４】
上記構成のＣＣＤ固体撮像素子において、光の入射によって受光部１２に蓄積される信号電荷ｅの許容量は、図１２のポテンシャル分布図に示すように、ｐ型ウェル１１で構成されるオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁の高さで決定される。
すなわち、オーバーフローバリアＯＦＢは、受光部１２に蓄積される飽和信号電荷量を決めるものであり、蓄積電荷量がこの飽和信号電荷量を越えた場合、その越えた分の電荷がオーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル領域を越えて基板側に掃き捨てられる。
【００１５】
この飽和信号電荷量は、デバイスのＳ／Ｎ特性、垂直転送部７の取扱い電荷量などにより決定されるが、製造ばらつきがあると、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁の高さがばらつくことになる。
オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁の高さは、基板１０に印加されるバイアス電位（以下、単に基板バイアスと称す）Ｖｓｕｂにて容易に制御することができるため、１個のＣＣＤ固体撮像素子ごと、すなわち、チップごとに最適な基板バイアスＶｓｕｂを設定して、オーバーフローバリアＯＦＢのポテンシャル障壁の高さを補正し、飽和信号電荷量をチップ間において一定に保つ必要がある。
【００１６】
従って、図１１に示すように、電源端子φｐとＧＮＤ（基準電位）との間に可変抵抗Ｒｆを主体とした基板バイアス発生回路４０が接続されており、この可変抵抗Ｒｆからの分圧が基板バイアスＶｓｕｂとして基板１０に印加されるようになっている。
【００１７】
この基板バイアス発生回路４０は、例えば、図１３に示すように、電源端子φｐとＧＮＤ間に複数の抵抗（例えば、多結晶シリコン層による抵抗層）を直列に接続した抵抗分割回路により構成される。
図示の例では、抵抗Ｒ０〜Ｒｎがそれぞれ直列に、電源端子φｐおよびＧＮＤ間に接続されている。
【００１８】
そして、各抵抗Ｒ０〜Ｒｎ間の接点ａ１〜ａｎからそれぞれ一方にアルミニウムからなる配線が引き出されて、各端部にパッドＰ１〜Ｐｎが形成されている。また、各接点ａ１〜ａｎから他方に配線が引き出され、それぞれヒューズＦ１〜Ｆｎを介して共通接点ｂに接続されている。各ヒューズＦ１〜Ｆｎは、例えば、多結晶シリコン層にて形成されている。
そして、上記共通接点ｂと基板バイアスＶｓｕｂの供給用の配線の途中から接点ｃを介して別の配線が引き出され、この配線の端部に共通パッドＣＰが形成されている。上記構成によって、基板バイアス発生回路４０が形成されている。この基板バイアス発生回路４０は、例えば、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子の撮像部２の周辺部Ｍに形成される。
【００１９】
図１４に、上記の撮像部２の周辺部Ｍに形成されるヒューズＦの断面図を示す。
図１４に示すように、ｎ型のシリコン基板１０に、酸化シリコンからなる絶縁膜１４ａが形成されており、当該絶縁膜１４ａ上に例えばポリシリコンなどからなるヒューズＦが形成されている。
【００２０】
ヒューズＦを被覆するようにして絶縁膜１４ａ上に、例えば、ＰＳＧまたはＢＰＳＧなどからなる層間絶縁膜１７が、６００〜７５０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００２１】
層間絶縁膜１７上に、撮像部において層内レンズとなる、例えば、窒化シリコンからなる層内レンズ材１８が形成されており、層内レンズ材１８上に、撮像部においてオンチップレンズとなるレンズ材２１ａが形成されている。
【００２２】
ヒューズＦ上方におけるレンズ材２１ａおよび層内レンズ材１８には、開口部Ｇが形成されている。
このように開口部Ｇが形成されているのは、ヒューズＦは、電気特性評価時にサージ電圧を印加することにより切断することとなるが、そのときに発生するエネルギーをヒューズＦの上部へ逃がす必要があるからであり、窒化シリコンからなる層内レンズ材１８やレンズ材２１ａが、例えば、５００ｎｍ以上存在するとエネルギーを上方へ抜ききれなくなってしまうからである。なお、エネルギーを上方に逃がす際に、６００〜７５０ｎｍ程度のＢＰＳＧなどからなる層間絶縁膜はさほどその障害とはならない。
【００２３】
開口部Ｇ内およびレンズ材２１ａを被覆して全面に、例えば、プラズマＣＶＤ法により形成した窒化シリコンからなる耐湿性向上用の保護膜３０が形成されている。
上記の保護膜３０は、ＢＰＳＧなどからなる層間絶縁膜１７を露出しておくと、耐湿性が低くなることから形成されており、少なくとも３００ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００２４】
上記構成の基板バイアス発生回路４０は、不要なヒューズＦを選択的に切断した後、電源端子φｐに定格の電源電圧（一定電位）Ｖｐを供給することにより、所望の電圧を抵抗分割にて発生させ、その電圧を基板バイアスＶｓｕｂとして供給するものである。
【００２５】
すなわち、ＣＣＤ固体撮像素子のチップ選別工程のウェーハ測定時において、チップごとに最適な基板バイアスを求める。その後、各チップ（ＣＣＤ固体撮像素子）において、基板バイアス発生回路４０における複数のパッドＰ１〜Ｐｎ中、そのＣＣＤ固体撮像素子の最適な基板バイアス値にするために、所定のパッドＰ１〜Ｐｎにサージ電圧印加のためのプローブ針を立て、他方の共通パッドＣＰにコモンとなるプローブ針を立てて、サージ電圧を印加する。
このサージ電圧の印加によって、複数のヒューズＦ１〜Ｆｎ中、不要なヒューズが切断される。そして、電源端子φｐに定格の電源電圧Ｖｐを供給することにより、ｎ型基板１０に、抵抗分割による最適な基板バイアスＶｓｕｂが供給されることになる。
【００２６】
上記構成のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について、図１５〜図１８を用いて説明する。なお、図１５〜図１８において、（ａ）は図１１に対応する撮像部における断面図であり、（ｂ）は図１４に対応する周辺部の断面図である。
【００２７】
まず、図１５に示すように、撮像部におけるｎ型のシリコン基板１０に、従来と同様な方法によって、不図示の領域において素子分離絶縁膜を形成した後、ｐ型ウェル１１、受光部１２、電荷転送部１３、図示を省略した読み出しゲート部、および、図示を省略したチャネルストッパを形成する。また、電荷転送部１３上の絶縁膜１４に埋め込んでポリシリコンからなる転送電極１５を形成し、絶縁膜１４上に、高融点金属の膜からなり受光部１２の上方で開口する遮光膜１６を形成する。
上記の工程において、撮像部における図示しない素子分離絶縁膜を形成する際に、ヒューズを形成する周辺部にも絶縁膜１４ａとして形成し、転送電極１５を形成する際に周辺部にポリシリコンからなるヒューズＦを形成する。
続いて、撮像部における遮光膜１６および周辺部におけるヒューズＦを被覆して全面に、例えばＰＳＧあるいはＢＰＳＧ膜を６００〜７５０ｎｍ程度成膜して、層間絶縁膜１７を形成する。ここで、撮像部における層間絶縁膜１７の上面には、下地の段差形状を反映した窪み１７ａが形成される。
さらに、撮像部および周辺部における層間絶縁膜１７上に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の光透過膜からなる層内レンズ材１８を形成し、撮像部において当該層内レンズ材１８により層内レンズが形成される。
【００２８】
次に、図１６に示すように、撮像部および周辺部の全面に、例えば、ＵＶＣＶＤ法により、光透過材料である窒化シリコンを堆積させてレンズ材２１ａを形成する。続いて、撮像部におけるレンズ材２１ａ上に、所定の曲率の曲面となったレンズ形状のレジストパターンＲＰを形成する。
【００２９】
次に、図１７に示すように、全面にＲＩＥ（Reactive Ion Etching) などの異方性エッチングを施して、撮像部において、レンズパターンをレンズ材２１ａに転写させて、上面がレンズ形状のレンズ材２１を形成する。当該レンズ材２１がオンチップレンズとなる。なお、このとき、周辺部においては、レンズ材２１ａの膜厚が減少することになる。
【００３０】
次に、図１８に示すように、周辺部において、ヒューズＦ上方のレンズ材２１ａおよび層内レンズ材１８をエッチング除去して、開口部Ｇを形成する。
【００３１】
以降の工程としては、周辺部において、例えば、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコンを堆積させて、耐湿性向上のための保護膜３０を形成することにより、図１１および図１４に示す構造のＣＣＤ固体撮像素子が形成される。
【００３２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、オンチップレンズを形成する際に、上記のように窒化シリコンなどの無機材料からなるレンズ材２１ａを堆積させる場合には、通常、無機レンズ材２１ａのエッチング速度がレジストパターンＲＰよりも速いことから、図１９に示すようにレンズギャップｄ１が発生し、このレンズギャップｄ１が大きいと、入射光の受光部１２への集光効率が落ちてしまい、受光感度が落ちる要因となってしまう。
【００３３】
上記のＵＶＣＶＤ法により形成される窒化シリコンなどの無機材料からなるレンズ材２１ａは、紫外光を通すことから、特に、紫外光を必要とする固体撮像装置において使用されるものである。
なお、従来から使用されていたレジストパターンＲＰとのエッチング選択比が１に近い有機材料からなるレンズ材は、一般に、紫外光を通さず、主に可視光を対象とする固体撮像装置において使用されている。
【００３４】
一方、周辺部においては、上述したように、サージ電圧を印加してヒューズＦを切断する際に発生するエネルギーを、ヒューズＦの上部へ逃がす必要がある。
【００３５】
層間絶縁膜１７の膜厚が、例えば６００〜７５０ｎｍ程度である場合に、ヒューズＦ上の層間絶縁膜１７上に存在する膜（本例では保護膜３０となる）の膜厚ｄ２が５００ｎｍ近辺を越えると、図２０に示すように、エネルギーが上方へ抜けきらなくなり、ヒューズＦ下方の絶縁膜１４ａを破壊してしまい、さらにはシリコン基板をもえぐってしまう場合もある。
基板にダメージを与えてしまうことはもとより、絶縁膜１４ａが破壊されても、切断後のヒューズの残骸と基板とが導通して、ショートしてしまうという問題がある。
しかしながら、耐湿性向上のための保護膜は、上述したように、層間絶縁膜１７上に３００ｎｍ程度は形成する必要がある。
【００３６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、レンズ間のギャップを小さくして感度を向上させつつ、ヒューズ切断時のダメージが基板方向へ向かうことによる不良を低減させることができる固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
【００３７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、
基板の平面方向において複数形成された複数の受光部を含む撮像部と、
前記基板における前記撮像部の周辺部に形成されたヒューズ部であって、前記複数の受光部に蓄積される飽和信号電荷量を規定する基板バイアスを調整するための複数の抵抗素子の接続状態を決定する、過大電流の印加によって溶断可能な、複数のヒューズを有する、ヒューズ部と、
前記ヒューズ部の上の光入射側に形成された層間絶縁膜の上に、前記撮像部における前記複数の受光部の各々に対応した光入射側に形成された複数レンズであって、各レンズが前記対応する受光部への集光機能を有し、前記光入射方向において複数の光透過性レンズ材を重ねて構成された、複数のレンズと、
前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出させるための開口であって、各ヒューズに対応して、前記複数の光透過性レンズ材に形成された開口と、
前記複数の受光部の上部の前記複数の光透過性レンズ材の上、かつ、前記開口の底面の前記ヒューズの上部および前記開口の側壁に、前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出可能に光透過性の窒化シリコンで５００ｎｍ以下に形成されている、保護膜と、
を有し、
前記複数の光透過性レンズ材のうちの最上層の光透過性レンズ材と、その上に配設された前記保護膜とによるか、もしくは、前記保護膜によって、前記平面方向における隣接するレンズの距離を小さくしている、
固体撮像装置が提供される。
【００３９】
好ましくは、前記レンズを構成する光透過層は、無機材料により形成されている。
【００４０】
上記の本発明の固体撮像装置によれば、撮像部におけるレンズ間のギャップを埋め、かつ、ヒューズ部を保護するように光透過性の保護膜が一体的に形成されており、ヒューズ部の近傍の保護膜が、ヒューズ部を切断する際に発生するエネルギーを基板面方向と異なる方向に発散させ得る膜厚に設定されていることから、レンズ間のギャップが保護膜により縮小されるとともに、ヒューズ切断時のダメージが基板面方向へ向かうことによる不良が低減される。
【００４１】
また本発明によれば、上記固体撮像装置を製造するため、
前記撮像部において前記基板に複数の受光部を形成する工程と、
前記基板上に前記複数のヒューズを有するヒューズ部を形成する工程と、
前記撮像部および前記ヒューズ部における前記基板上に、少なくとも前記ヒューズ部上において前記撮像部に比して薄くなるように前記層間絶縁膜を形成する工程と、
前記撮像部における前記層間絶縁膜上におよび前記ヒューズ部の上に、複数の光透過性レンズ材を形成し、当該複数の光透過性レンズ材のうち、前記複数の受光部に対応して前記受光部への集光機能を有する、レンズを形成する工程と、
前記ヒューズを溶断したときのエネルギーを放出させるための開口であって、各ヒューズに対応して前記複数の光透過性レンズ材に当該開口を形成する工程と、
前記複数の受光部の上部の前記複数の光透過性レンズ材の上、かつ、前記開口の底面の前記ヒューズの上部および前記開口の側壁に、５００ｎｍ以下の光透過性の窒化シリコンで保護膜を形成する工程と、
を有する、固体撮像装置の製造方法が提供される。
【００４３】
好ましくは、前記複数の光透過性レンズ材により構成されるレンズを形成する工程は、少なくとも前記撮像部における前記層間絶縁膜上に第１レンズ材を形成する工程と、前記撮像部における前記第１レンズ材上にレンズ形状を有するマスク層を形成する工程と、前記マスク層および前記第１レンズ材にエッチングを行い、前記第１レンズ材に前記レンズ形状を転写する工程とを有する。
【００４４】
好ましくは、前記第１レンズ材に前記レンズ形状を転写する工程の後に、前記撮像部における前記第１レンズ材上に、前記隣接する第１レンズ材の間のギャップを小さくするように光透過性の第２レンズ材を形成する工程をさらに有する。
また好ましくは、前記レンズを形成する工程において、前記光透過性レンズ材として、無機材料からなるレンズを形成する。
【００４５】
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、受光部およびヒューズ部を形成した後に、撮像部およびヒューズ部における基板上に、少なくともヒューズ部上において撮像部に比して薄くなるように層間膜を形成し、撮像部における層間膜上に、受光部への集光機能を有する複数のレンズを形成し、撮像部におけるレンズ間のギャップを埋め、かつ、ヒューズ部を保護するように一体的に光透過性の保護膜を形成することから、レンズ間のギャップが保護膜により縮小される。
また、ヒューズ部上において薄膜化された層間膜を形成しており、当該層間膜上に、ヒューズ部を切断する際に発生するエネルギーを基板面方向と異なる方向に発散させ得る膜厚で保護膜を形成することで、ヒューズ切断時のダメージが基板方向へ向かうことによる不良が低減される。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の固体撮像装置およびその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４７】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。
本実施形態に係る固体撮像装置１は、撮像部２、水平転送部３、出力部４を有する。出力部４は、例えば、フローティングゲートにて構成された電荷−電圧変換部４ａを有する。
【００４８】
撮像部２および水平転送部３の外側のチップ周辺部には、各種信号または電源電圧等の入出力のためにワイヤがボンディングされる電極パッド９が形成されている。
【００４９】
撮像部２は、受光部１２、読み出しゲート部６および垂直転送部７からなる画素８を、平面マトリックス状に多数配置させて構成されている。
各画素８間は、不図示のチャネルストッパで電気的に干渉しないように分離されている。
【００５０】
垂直転送部７は、受光部１２の列ごとに共通化され所定の本数、配置されている。電極パッド９を介して、垂直転送部７を駆動する４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４が入力され、電極パッド９を介して、水平転送部３を駆動する２相のクロック信号φＨ１，φＨ２が入力される。
【００５１】
上記の水平転送部３および垂直転送部７は、半導体基板の表面側に不純物が導入されて形成されたマイノリティ・キャリアの電位井戸と、絶縁膜を介在させた基板上に互いに絶縁分離して繰り返し形成された複数の電極（転送電極）とから構成されている。
これらの転送部３，７には、その転送電極に対して上記したクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４，φＨ１，φＨ２がそれぞれ周期的に位相をずらして印加される。
これら転送部３，７は、転送電極に印加されるクロック信号に制御されて前記電位井戸のポテンシャル分布が順次変化し、この電位井戸内の電荷をクロック信号の位相ずれ方向に転送する、いわゆるシフトレジスタとして機能する。
【００５２】
撮像部２の周辺部Ｍにおいて、チップごとに最適な基板バイアスＶｓｕｂを印加できるようにするための基板バイアス発生回路が形成されている。
【００５３】
図２（ａ）に、図１に示す撮像部２における断面図を示す。
図２（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０に、ｐ型ウェル１１が形成されており、ｐ型ウェル１１内には、例えば、ｎ型の不純物領域等からなりｐ型ウェル１１との間のｐｎ接合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、信号電荷を一定期間蓄積する受光部１２が形成されている。
【００５４】
受光部１２の横方向において、図示を省略した可変ポテンシャル領域を形成するｐ型不純物領域からなる読み出しゲート部を介して、ｎ型不純物領域からなる電荷転送部１３が形成されており、さらに、図示を省略した高濃度のｐ型不純物領域からなるチャネルストッパが形成されている。
【００５５】
基板１０上には、酸化シリコンなどの絶縁膜１４が形成され、電荷転送部１３上に、絶縁膜１４に埋め込まれるようにしてポリシリコンなどからなる転送電極１５が形成されている。なお、図２（ａ）に示す電荷転送部１３と転送電極１５が、図１に示す垂直転送部７に相当する。
【００５６】
転送電極１５を被覆するようにして絶縁膜１４上に、例えば、タングステン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮光膜１６が形成されており、当該遮光膜１６には、受光部１２の上方に開口部１６ａが形成されており、光は、この開口部１６ａを通じて受光部１２に入射されるようになっている。
【００５７】
遮光膜１６およびその開口部１６ａを被覆して、例えば、ＰＳＧ(Phosphosilicate glass) またはＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) などからなる層間絶縁膜１７が形成されている。層間絶縁膜１７の表面には、下地の段差の形状を反映してできた窪み１７ａが形成されている。
【００５８】
層間絶縁膜１７上に、層内レンズ材１８が形成されており、窪み１７ａの形状を反映した所定の曲率を下面に有する層内レンズ材１８により層内レンズが構成される。層内レンズ材１８は、光透過率が十分高い材料、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）などから形成されている。
【００５９】
上面が平坦化された層内レンズ材１８を被覆して、光透過性を有する窒化シリコンなどの無機材料からなる第１レンズ材２１が形成されており、当該第１レンズ材２１の上面は所定の曲率の曲面を有している。
上記の第１レンズ材２１のレンズギャップを小さくするために、第１レンズ材２１上に、光透過性を有する窒化シリコンなどの無機材料からなり、後述するヒューズ上方の耐湿性向上のための保護膜としても機能するレンズ材保護膜２３が形成されている。
上記の第１レンズ材２１およびレンズ材保護膜２３からオンチップレンズ（ＯＣＬ：On Chip Lens) が形成されている。
【００６０】
上記の固体撮像装置においては、図２（ａ）に示すように、電源端子φｐとＧＮＤ間に可変抵抗Ｒｆを主体とした基板バイアス発生回路４０が接続されており、この可変抵抗Ｒｆからの分圧が基板バイアスＶｓｕｂとしてｎ型基板１０に印加されるようになっている。
【００６１】
この基板バイアス発生回路４０は、例えば、図１３に示すように、電源端子φｐとＧＮＤ間に複数の抵抗（例えば、多結晶シリコン層による抵抗層）を直列に接続した抵抗分割回路により構成される。
図示の例では、抵抗Ｒ０〜Ｒｎがそれぞれ直列に、電源端子φｐおよびＧＮＤ間に接続されている。
【００６２】
そして、各抵抗Ｒ０〜Ｒｎ間の接点ａ１〜ａｎからそれぞれ一方にアルミニウムからなる配線が引き出されて、各端部にパッドＰ１〜Ｐｎが形成されている。また、各接点ａ１〜ａｎから他方に配線が引き出され、それぞれヒューズＦ１〜Ｆｎを介して共通接点ｂに接続されている。各ヒューズＦ１〜Ｆｎは、例えば、多結晶シリコン層にて形成されている。
そして、上記共通接点ｂと基板バイアスＶｓｕｂの供給用の配線の途中から接点ｃを介して別の配線が引き出され、この配線の端部に共通パッドＣＰが形成されている。上記構成によって、基板バイアス発生回路４０が形成されている。この基板バイアス発生回路４０は、例えば、図１に示すように、ＣＣＤ固体撮像素子の撮像部２の周辺部Ｍに形成される。
【００６３】
図２（ｂ）に図１に示す周辺部Ｍにおける断面図を示す。
図２（ｂ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１０に、酸化シリコンからなる絶縁膜１４ａが形成されており、当該絶縁膜１４ａ上に例えばポリシリコンなどからなるヒューズＦが形成されている。
【００６４】
ヒューズＦを被覆するようにして絶縁膜１４ａ上に、例えば、ＰＳＧまたはＢＰＳＧなどからなる層間絶縁膜１７が、６００〜７５０ｎｍ程度の膜厚で形成されている。
【００６５】
層間絶縁膜１７上に、撮像部において層内レンズとなる、例えば、窒化シリコンからなる層内レンズ材１８が形成されており、層内レンズ材１８上に、撮像部においてオンチップレンズ２０を構成する第１レンズ材２１ａが形成されている。
【００６６】
ヒューズＦ上における第１レンズ材２１ａおよび層内レンズ材１８には、開口部Ｇが形成されている。
このように開口部Ｇが形成されているのは、ヒューズＦは、電気特性評価時にサージ電圧を印加することにより切断することとなるが、そのときに発生するエネルギーをヒューズＦの上部へ逃がす必要があるからであり、窒化シリコンからなる層内レンズ材１８や第１レンズ材２１ａが、例えば、５００ｎｍ以上存在するとエネルギーを上方へ抜ききれなくなってしまうからである。なお、エネルギーを上方に逃がす際に、６００〜７５０ｎｍ程度のＢＰＳＧなどからなる層間絶縁膜はさほどその障害とはならない。
【００６７】
開口部Ｇ内および第１レンズ材２１ａを被覆して全面に、光透過性を有する窒化シリコンなどの無機材料からなり、ヒューズ上方の耐湿性向上のための保護膜として、かつ、前述した撮像部における第１レンズ材２１のレンズギャップを小さくする機能をも有するレンズ材保護膜２３が形成されている。
【００６８】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置では、オンチップレンズ２０を構成する第１レンズ材２１上には、レンズ材保護膜２３が形成されていることから、第１レンズ材２１のレンズギャップをレンズ材保護膜２３により小さくすることができ、オンチップレンズのレンズギャップｄを小さくすることができる。
ここで、レンズ材保護膜２３の膜厚を大きくするに従いレンズギャップｄを小さくすることができるが、レンズ材保護膜は、周辺部におけるヒューズＦ上の耐湿性向上のための保護膜を兼ねていることから、ヒューズＦを切断する際のエネルギーが上方に抜けきるだけの膜厚、すなわち、５００ｎｍ以下の範囲内において、レンズ材保護膜２３を形成することが好ましい。
【００６９】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図３〜図７を用いて説明する。なお、図３〜図７において、（ａ）は図２（ａ）に対応する撮像部における断面図であり、（ｂ）は図２（ｂ）に対応する周辺部における断面図である。
【００７０】
まず、図３に示すように、撮像部におけるｎ型のシリコン基板１０に、従来と同様な方法によって、不図示の領域において素子分離絶縁膜を形成した後、ｐ型ウェル１１、受光部１２、電荷転送部１３、図示を省略した読み出しゲート部、および、図示を省略したチャネルストッパを形成する。また、電荷転送部１３上の絶縁膜１４に埋め込んでポリシリコンからなる転送電極１５を形成し、絶縁膜１４上に、高融点金属の膜からなり受光部１２の上方に開口部１６ａを有する遮光膜１６を形成する。
上記の工程において、撮像部における図示しない素子分離絶縁膜を形成する際に、ヒューズを形成する周辺部にも絶縁膜１４ａとして形成し、転送電極１５を形成する際に周辺部にポリシリコンからなるヒューズＦを形成する。
続いて、撮像部における遮光膜１６および周辺部におけるヒューズＦを被覆して全面に、例えばＰＳＧあるいはＢＰＳＧ膜を６００〜７５０ｎｍ程度成膜して、層間絶縁膜１７を形成する。ここで、撮像部における層間絶縁膜１７の上面には、下地の段差形状を反映した窪み１７ａが形成される。
【００７１】
次に、図４に示すように、撮像部および周辺部における層間絶縁膜１７上に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）等の光透過膜からなる層内レンズ材１８を形成し、撮像部において当該層内レンズ材１８により層内レンズが形成される。
続いて、撮像部および周辺部の全面に、例えば、ＵＶＣＶＤ法により、光透過材料である窒化シリコンを堆積させて第１レンズ材２１ａを形成する。
【００７２】
次に、図５に示すように、撮像部における第１レンズ材２１ａ上に、所定の曲率の曲面となったレンズ形状のレジストパターンＲＰを形成する。
【００７３】
次に、図６に示すように、全面にＲＩＥ（Reactive Ion Etching) などの異方性エッチングを施して、撮像部において、レンズパターンを第１レンズ材２１ａに転写させて、上面がレンズ形状の第１レンズ材２１を形成する。ここで、第１レンズ材２１ａに無機材料を採用した場合には、第１レンズ材２１ａのエッチング速度がレジストパターンＲＰよりも速いことから、レンズギャップが生じることとなる。なお、当該工程後、周辺部における第１レンズ材２１ａの膜厚が減少することになる。
【００７４】
次に、図７に示すように、周辺部において、ヒューズＦ上方の第１レンズ材２１および層内レンズ材１８をエッチング除去して、開口部Ｇを形成する。
【００７５】
次に、撮像部および周辺部の全面に、例えば、ＵＶＣＶＤ法により窒化シリコンなどの無機材料を堆積させて、撮像部において第１レンズ材２１のレンズギャップを埋め、かつ、周辺部において耐湿性を向上させるレンズ材保護膜２３を形成する。
以上により、図２に示す構造の固体撮像装置が形成される。
【００７６】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、撮像部において、第１レンズ材２１のレンズギャップを埋め、かつ、周辺部において、耐湿性を向上させるレンズ材保護膜２３を形成することにより、上述した効果を有する固体撮像素子を形成することができ、従来に比して製造工程を増加させずに、オンチップレンズ２０のレンズギャップの小さい固体撮像装置を製造することができる。
【００７７】
第２実施形態
第１実施形態においては、レンズ材保護膜２３は、第１レンズ材２１のレンズギャップを小さくする機能と、ヒューズＦ上の耐湿性向上のための保護膜としての機能を全て担っていたため、その膜厚は、上述したように５００ｎｍ以下とすることが好ましいとしたが、第１レンズ材２１のレンズギャップを埋めるためには、第１レンズ材２１上に形成するレンズ材の膜厚を５００ｎｍ以上とする必要がある場合もある。
本実施形態では、そのような場合でもヒューズＦ上の層間絶縁膜１７上に存在する耐湿性向上のための保護膜の膜厚を５００ｎｍ以上とすることなしに、第１レンズ材２１のレンズギャップを効果的に小さくするものである。
【００７８】
図８（ａ）に本実施形態に係る固体撮像装置の撮像部における断面図を示し、図８（ｂ）に周辺部における断面図を示す。
図８において、撮像部における第１レンズ材２１下層、および周辺部における第１レンズ材２１ａ下層の構造については、第１実施形態と同様であるため、その説明は省略し、第１実施形態と異なる構造のみについて説明する。
【００７９】
図８（ａ）に示すように、撮像部において、オンチップレンズ２０を構成する第１レンズ材２１上には、第１レンズ材２１のレンズギャップを小さくするための第２レンズ材２２がさらに形成されており、第２レンズ材２２上にレンズ材保護膜２３が形成されている。
第１レンズ材２１、第２レンズ材２２、レンズ材保護膜２３からオンチップレンズ２０が形成されている。
【００８０】
一方、図８（ｂ）に示すように、周辺部において、第１レンズ材２１ａの上には、第２レンズ材２２が形成されている。
ヒューズＦ上における第２レンズ材２２、第１レンズ材２１ａおよび層内レンズ材１８には、開口部Ｇが形成され、開口部Ｇ内および第２レンズ材２２を被覆して全面に、レンズ材保護膜２３が形成されている。
【００８１】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置では、撮像部において、第１レンズ材２１のレンズギャップを小さくする機能を担う第２レンズ材２２をさらに形成していることから、第２レンズ材２２の膜厚を調整することで、ヒューズＦ上の層間絶縁膜１７上に存在するレンズ材保護膜２３の膜厚を５００ｎｍ以下に制御することができ、レンズギャップを最適な値まで小さくして感度を向上させつつ、周辺部において、ヒューズＦを切断する際の不良がない範囲内で耐湿性を向上させることができる。
【００８２】
上記構成のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について、図９〜図１０を用いて説明する。なお、図９〜図１０において、（ａ）は図８（ａ）に対応する撮像部における断面図であり、（ｂ）は図８（ｂ）に対応する周辺部の断面図である。
【００８３】
まず、第１実施形態と同様に、図３〜図６に示す工程を経て、撮像部および周辺部において第１レンズ材２１ａを形成し、撮像部において、レンズ形状が転写された第１レンズ材２１を形成する。
【００８４】
次に、図９に示すように、撮像部および周辺部の全面に、例えば、ＵＶＣＶＤ法により、光透過材料である窒化シリコンを堆積させて第２レンズ材２２を形成する。当該工程において、撮像部における第１レンズ材２１のレンズギャップが、第２レンズ材２２の膜厚に従い小さくなる。なお、第２レンズ材２２の膜厚は、特に限定はない。
【００８５】
次に、図１０に示すように、周辺部において、ヒューズＦ上方に形成された第２レンズ材２２、第１レンズ材２１ａ、および層内レンズ材１８をエッチング除去して、開口部Ｇを形成する。
【００８６】
次に、撮像部および周辺部の全面に、例えば、ＵＶＣＶＤ法により窒化シリコンなどの無機材料を堆積させて、撮像部において第２レンズ材２２のレンズギャップを埋め、かつ、周辺部において耐湿性を向上させるレンズ材保護膜２３を形成する。
以上により、図８に示す構造の固体撮像装置が形成されることとなる。
【００８７】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、第１実施形態に比して第２レンズ材２２を形成する工程を追加するのみで、レンズギャップを最適な値まで小さくして感度を向上させつつ、周辺部において、ヒューズＦを切断する際の不良がない固体撮像装置を製造することができる。
【００８８】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態では、レンズ材としてＵＶＣＶＤ法により形成される窒化シリコン膜を例に上げて説明したが、レジストパターンとのエッチング速度が異なることにより発生するレンズギャップを小さくすることが目的であるため、特にレンズ材の材料に限定はない。
また、本実施形態では、第１レンズ材２１と第２レンズ材２２とレンズ材保護膜２３とを同一の材料により形成する例について説明したが、それぞれ異なる材料により形成することもできる。
【００８９】
また、本実施形態では、一例として紫外光を通すレンズ材について説明したが、これに限られるものでなく、紫外光を必要としない通常の固体撮像装置にも同様に適用可能である。
また、本実施形態では、一例として層内レンズを有する固体撮像装置について説明したが、層内レンズを形成しない従来の固体撮像装置に適用することもできる。
さらに、本実施形態では、ヒューズＦが形成される部分として、撮像部２の周辺部分Ｍに形成するとしているが、その他の周辺部分であっても特に限定はない。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００９０】
【発明の効果】
本発明によれば、レンズ間のギャップを小さくして感度を向上させつつ、ヒューズ切断時のダメージが基板方向へ向かうことによる不良を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明および従来例に係る固体撮像装置の概略構成図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部の断面図であり、（ｂ）は周辺部におけるヒューズの断面図である。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、層間絶縁膜の形成工程までを示す断面図である。
【図４】第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、第１レンズ材の形成工程までを示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、レンズ形状を有するレジストパターンの形成工程までを示す断面図である。
【図６】第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、第１レンズ材へのレンズ形状の転写工程までを示す断面図である。
【図７】第１実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、ヒューズ上方の第１レンズ材および層内レンズ材の除去工程までを示す断面図である。
【図８】（ａ）は第２実施形態に係る固体撮像装置の撮像部の断面図であり、（ｂ）は周辺部におけるヒューズの断面図である。
【図９】第２実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、第１レンズ材のギャップを埋める第２レンズ材の形成工程までを示す断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、ヒューズ上方の第２レンズ材、第１レンズ材および層内レンズ材の除去工程までを示す断面図である。
【図１１】従来例に係る固体撮像装置の撮像部の断面図である。
【図１２】固体撮像装置における受光部の深さ方向のポテンシャル分布図である。
【図１３】固体撮像装置に形成される基板バイアス発生回路の構成を示す回路図である。
【図１４】従来例に係る固体撮像装置の周辺部に形成されたヒューズの断面図である。
【図１５】従来例に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、層内レンズ材の形成工程までを示す断面図である。
【図１６】従来例に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、レンズ形状を有するレジストパターンの形成工程までを示す断面図である。
【図１７】従来例に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、レンズ材へのレンズ形状の転写工程までを示す断面図である。
【図１８】従来例に係る固体撮像装置の撮像部および周辺部における製造において、ヒューズ上方のレンズ材および層内レンズ材の除去工程までを示す断面図である。
【図１９】従来例に係る固体撮像装置の撮像部の問題点を説明するための図である。
【図２０】従来例に係る固体撮像装置の周辺部の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１…固体撮像装置、２…撮像部、３…水平転送部、４…出力部、４ａ…電荷−電圧変換部、６…読み出しゲート部、７…垂直転送部、８…画素、１０…基板、１１…ｐ型ウェル、１２…受光部、１３…電荷転送部、１４…絶縁膜、１４ａ…絶縁膜、１５…転送電極、１６…遮光膜、１７…層間絶縁膜、１８…層内レンズ材、２１，２１ａ…（第１）レンズ材、２２…第２レンズ材、２３…レンズ材保護膜、３０…保護膜、４０…基板バイアス発生回路、Ｆ１〜Ｆｎ…ヒューズ、Ｐ１〜Ｐｎ…サージ電圧印加用のパッド、Ｒ０〜Ｒｎ…抵抗、ａ１〜ａｎ…接点、ｂ…共通接点、ｃ…接点、ＣＰ…共通パッド。
【図１】
0004940517.tif 000002
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004940517.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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