(57)【要約】【課題】画素の微細化に際しても、受光部上方の表面傾斜を均等にして更なる集光効率の向上を図ることができて、小型で受光感度を高くする。【解決手段】層間絶縁膜１３の凹形状（水平方向距離ａ’；ダミー絶縁膜１２間距離と、垂直方向距離ｂ’；第２ゲート電極９上の遮光膜１１の上側差間距離）が、各受光部３をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で略同じ傾斜角に形成されている。層間絶縁膜１３の下地段差形状は、受光部３の表面に対する電荷転送電極としての第１ゲート電極７および第２ゲート電極９の上方の表面高さと、受光部３の上方の層間絶縁膜１３の凹形状の平面視距離とがそれぞれ、受光部５を中心とした平面視水平方向と垂直方向で略同等にそれそれ形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板または半導体領域に形成され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部上の電荷転送電極およびその上の遮光膜と該受光部との段差上に、該段差に起因して表面が該受光部上で凹形状となる層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜上に層内レンズが形成された固体撮像素子において、
該層間絶縁膜の凹形状が、該各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角がほぼ同等の断面対称形状に形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角が１５〜４０度の窪み曲率に設定されている請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角は、前記受光部の表面に対する傾斜角である請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記層間絶縁膜の下地段差形状は、前記受光部の表面に対する前記電荷転送電極上方の表面高さと、前記受光部上方の凹形状の平面視開口距離とがそれぞれ、該受光部を中心とした平面視水平方向と垂直方向で略同等の高さと距離にそれぞれ形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記表面高さおよび前記平面視開口距離を調整するためのダミー膜が設けられ、該ダミー膜により、前記層間絶縁膜の表面が、前記各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向で均等な凹形状の所定曲率に設定されている請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記受光部を中心とした平面視水平方向と垂直方向の少なくとも一方の前記遮光膜上部または下部に、前記表面高さおよび前記平面視開口距離を調整するためのダミー膜が形成されている請求項５または６に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記層間絶縁膜は不純物を含む絶縁膜である請求項１、５および６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記ダミー膜はダミー絶縁膜である請求項６または７に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部を形成すると共に、該各受光部からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、
該電荷転送部上に絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程と、
該電荷転送電極上に絶縁膜を介して、該受光部上を開口した遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
該電荷転送電極のうち高さが低い方の電荷転送電極上方の遮光膜上にダミー膜を形成するダミー膜形成工程と、
該遮光膜および該ダミー膜と該受光部との段差上に、該ダミー膜の形成により表面が、平面視水平方向および垂直方向で均等の凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該層間絶縁膜上に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部を形成すると共に、該各受光部からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、
該電荷転送部上に絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程と、
該電荷転送電極のうち高さが低い方の電荷転送電極上方にダミー膜を形成するダミー膜形成工程と、
該電荷転送電極および該ダミー膜上に、該受光部上を開口した遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、
該遮光膜と該受光部の段差上に、該ダミー膜の形成により表面が、平面視水平方向および垂直方向で均等の凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
該層間絶縁膜上に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
前記電荷転送電極形成工程は、前記受光部を中心として平面視水平方向では第２ゲート電極を形成し、平面視垂直方向では第１ゲート電極を形成した後にその上方に第２ゲート電極を形成し、
前記ダミー膜形成工程は、該平面視水平方向の第２ゲート電極上方の遮光膜上にダミー膜を形成する請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
前記電荷転送電極形成工程は、前記受光部を中心として平面視水平方向では第２ゲート電極を形成し、平面視垂直方向では第１ゲート電極を形成した後にその上方に第２ゲート電極を形成し、
前記ダミー膜形成工程は、該平面視水平方向の第２ゲート電極上方にダミー膜を形成する請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
前記層間絶縁膜は不純物を含む絶縁膜である請求項１０または１１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ダミー膜はダミー絶縁膜である請求項１０〜１３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１〜９のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生用のデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話装置などのニーズが高まっており、それらに搭載されるＣＣＤなどの固体撮像素子の高画素化が急ピッチに進んでいる。
【０００３】
従来より、固体撮像素子では、画質の向上が非常に強く要請されており、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、受光感度の向上を行うことが必要であり、そのためには、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。
【０００４】
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、各受光部への集光用の各画素毎の受光部の感度特性が低下する。
【０００５】
そこで、集光効率を向上させる方法として、特許文献１で開示されているように、オンチップレンズと受光部との間の層内に光透過材料膜からなるもう一つのレンズ（層内レンズ）を形成することにより、集光効率を更に向上させることが行われている。
【０００６】
この層内レンズは、光電変換を行なう各受光部の直上の層間絶縁膜中に形成される集光レンズであり、オンチップレンズと同様にこの層内レンズに入射した光をこの層内レンズの上面側や下面側の界面で屈折させて、各受光部にそれぞれ導くものである。
【０００７】
このような層内レンズの構造としては、特許文献２で開示されているように、例えば電荷転送電極およびその上の遮光膜と、各受光部上の表面との段差上に、表面が凹凸形状の所定の曲率を有するＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜を形成し、その上に比較的屈折率が高いプラズマＳｉＮ膜を形成して内部レンズとして層内に埋め込み、レジストエッチバック法により表面を平坦化して、屈折率が異なる２層の境界面を凹面とする下に凸の層内レンズ構造が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−１２１７１５号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の固体撮像素子では、層間絶縁膜は、電荷転送電極およびその上の遮光膜の表面である下地形状（凹凸表面形状）に反映されて成膜され、表面が所定の傾斜を持つレンズ形状になるように、熱処理によるリフロー処理を行っている。
【０００９】
この層間絶縁膜のリフロー形状は、層間絶縁膜中のボロン、リンの不純物濃度と、膜厚、リフロー温度によって調整することができる。
【００１０】
しかしながら、この固体撮像素子の構造や各種の画素サイズ（受光部サイズ）に対応して、層間絶縁膜の成膜時の下地形状が一律ではなく、とりわけ画素（受光部）の水平方向（横方向）と垂直方向（縦方向）で、電荷転送電極の配置が異なるため、各画素を中心とした水平方向と垂直方向で、層間絶縁膜の成膜時の下地形状（段差の表面傾斜）が異なっており、この影響で層間絶縁膜の表面形状は、一方では傾斜が緩やかで、もう一方では傾斜が大きい非対称な形状となっている。
【００１１】
この非対称な形状の状態で、層内レンズの曲面に光が入射した場合、表面傾斜が緩やかなレンズ部分では、レンズ効果が小さいことから、各受光部への集光率が低下してしまい、光か有効に取り込まれず、また一方で、表面傾斜が大きいレンズ部分では、斜め方向から層内レンズの曲面に光が入射した場合、その入射角度によっては、層内レンズの凹面（下に凸のレンズ内面）で光が全反射を起こし、各受光部に光が到達しないことがあり、これにより受光感度の向上が不十分になってしまうという虞がある。また、表面傾斜が大きすぎると、メタル配線材料の埋め込み不良や、図１０に示すようなレジスト残りＸによってエッチング残り（メタルＹ）が発生して、受光部上で黒傷不良になるという問題もある。
【００１２】
このように、層間絶縁膜の表面形状を如何に所定の曲率にして、プロセスマージンを確保させておくのかが問題となっており、上記従来の構造では、高い感度特性を維持して素子を微細化することに限界が生じることが懸念されている。
【００１３】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、画素の微細化に際しても、受光部上方の表面傾斜を均等にして更なる集光効率の向上を図ることができて、小型で受光感度が高い固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板または半導体領域に形成され、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部からの信号電荷を電荷転送する電荷転送部上の電荷転送電極およびその上の遮光膜と該受光部との段差上に、該段差に起因して表面が該受光部上で凹形状となる層間絶縁膜が形成され、該層間絶縁膜上に層内レンズが形成された固体撮像素子において、該層間絶縁膜の凹形状が、該各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１５】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角がほぼ同等の断面対称形状に形成されている。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角が１５〜４０度の窪み曲率に設定されている。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角は、前記受光部の表面に対する傾斜角である。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層間絶縁膜の下地段差形状は、前記受光部の表面に対する前記電荷転送電極上方の表面高さと、前記受光部上方の凹形状の平面視開口距離とがそれぞれ、該受光部を中心とした平面視水平方向と垂直方向で略同等の高さと距離にそれぞれ形成されている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記表面高さおよび前記平面視開口距離を調整するためのダミー膜が設けられ、該ダミー膜により、前記層間絶縁膜の表面が、前記各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向で均等な凹形状の所定曲率に設定されている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光部を中心とした平面視水平方向と垂直方向の少なくとも一方の前記遮光膜上部または下部に、前記表面高さおよび前記平面視開口距離を調整するためのダミー膜が形成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層間絶縁膜は不純物を含む絶縁膜である。
【００２２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるダミー膜はダミー絶縁膜である。
【００２３】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部を形成すると共に、該各受光部からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、該電荷転送部上に絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程と、該電荷転送電極上に絶縁膜を介して、該受光部上を開口した遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、該電荷転送電極のうち高さが低い方の電荷転送電極上方の遮光膜上にダミー膜を形成するダミー膜形成工程と、該遮光膜および該ダミー膜と該受光部との段差上に、該ダミー膜の形成により表面が、平面視水平方向および垂直方向で均等の凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜上に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部を形成すると共に、該各受光部からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、該電荷転送部上に絶縁膜を介して電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程と、該電荷転送電極のうち高さが低い方の電荷転送電極上方にダミー膜を形成するダミー膜形成工程と、該電荷転送電極および該ダミー膜上に、該受光部上を開口した遮光膜を形成する遮光膜形成工程と、該遮光膜と該受光部の段差上に、該ダミー膜の形成により表面が、平面視水平方向および垂直方向で均等の凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜上に層内レンズを形成する層内レンズ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２５】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における電荷転送電極形成工程は、前記受光部を中心として平面視水平方向では第２ゲート電極を形成し、平面視垂直方向では第１ゲート電極を形成した後にその上方に第２ゲート電極を形成し、前記ダミー膜形成工程は、該平面視水平方向の第２ゲート電極上方の遮光膜上にダミー膜を形成する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における電荷転送電極形成工程は、前記受光部を中心として平面視水平方向では第２ゲート電極を形成し、平面視垂直方向では第１ゲート電極を形成した後にその上方に第２ゲート電極を形成し、前記ダミー膜形成工程は、該平面視水平方向の第２ゲート電極上方にダミー膜を形成する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層間絶縁膜は不純物を含む絶縁膜である。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるダミー膜はダミー絶縁膜である。
【００２９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３１】
本発明においては、層間絶縁膜の凹形状が、各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されている。このように、画素の微細化に際しても、受光部上方の表面傾斜を均等にして更なる集光効率の向上が図られて、小型で受光感度が高い固体撮像素子が得られる。
【発明の効果】
【００３２】
以上により、本発明によれば、層間絶縁膜の凹形状が、各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されているため、画素の微細化に対応して受光部上方の表面傾斜を均等にして効果的な集光を確保できて、画像不良がなく小型で高感度の固体撮像素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１、２および、この固体撮像素子の実施形態１、２を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の要部構成例を示す平面図であり、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線の断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線の断面図であり、図３は、図１のＶ−Ｖ’線の断面図である。
【００３５】
図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施形態１の固体撮像素子２０は、ｎ型半導体基板１上に低濃度のｐ型ウェル２が形成されている。このｐ型ウェル２に、画素毎に、ｐ型ウェル２の深部まで選択的に形成され、被写体からの画像光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の受光部３（ｎ型シリコン領域）、各受光部３から読み出された信号電荷を所定方向（垂直方向）に電荷転送する電荷転送部４および、この電荷転送部４と受光部３の間に配設され、画素毎に分離するためのストッパ部である画素分離部５がそれぞれ形成されている。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、これらの受光部３、電荷転送部４および画素分離部５が形成された基板部上にゲート絶縁膜６を介して第２ゲート電極９が形成されている。この第２ゲート電極９の上面および側壁には例えば熱酸化膜などの絶縁膜１０を介して、受光部３上を開口する開口部を有する例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１が形成されている。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、受光部３、電荷転送部４および画素分離部５が形成された基板部上にゲート絶縁膜６を介して第１ゲート電極７が形成されている。この第１ゲート電極７の上面および側壁には例えば熱酸化膜などのゲート電極間の絶縁膜８を介して、第２ゲート電極９が積層されており、さらに、その上面および側壁には例えば熱酸化膜などの絶縁膜１０を介して、受光部３上で開口した開口部を有する例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１が設けられている。
【００３８】
図３のＶ−Ｖ’線の断面では、複数のＭＯＳキャパシタが隣接した構造になっており、画素分離部５上に２層のポリシリコン電極（第１ゲート電極７と第２ゲート電極９）が絶縁膜を間に挟みながら互いにオーバーラップして順に架け渡されて配置されている。これらの電極は、転送駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４が供給される４つの独立した電極が繰り返し配設されており、転送駆動パルスΦＶ１〜ΦＶ４により、各ＭＯＳキャパシタの電位の拡がりを制御して、その下部の電荷転送部を用いて信号電荷を各電極の並び方向にバケツリレー（パケット転送）のように電荷転送する。この場合に、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線の断面における第２ゲート電極９は、以上の転送駆動パルスΦＶ１およびΦＶ３を印加するための配線である。このように、受光部３の受光面積を最大にするために積層ポリ構造になっている。
【００３９】
ここで、図２（ａ）に示すように、遮光膜１１の上面に、例えばＣＶＤ酸化膜で形成されたダミー絶縁膜１２が形成されている。さらに、その上に、受光部３上に対応して凹形状を有する例えばＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜１３が形成されている。その上に表面が平坦なプラズマＳｉＮ膜からなる下に凸の層内レンズ１４が形成されている。
【００４０】
遮光膜１１の形成後、各受光部３を中心として平面視水平方向と垂直方向で、遮光膜１１およびダミー絶縁膜１２の表面と受光部の表面との段差形状を調整するために、所定の膜厚およびスペース幅で形成されており、ダミー絶縁膜１２によって、受光部３上方の層間絶縁膜１３の窪み曲率（レンズ曲率）は、平面視水平方向と垂直方向とでほぼ同等に形成されている。これにより、層内レンズ１４による集光効率を更に向上させることができる。
【００４１】
要するに、層間絶縁膜１３の凹形状（水平方向距離ａ’；ダミー絶縁膜１２間距離と、垂直方向距離ｂ’；第２ゲート電極９上の遮光膜１１の上側差間距離）が、各受光部３をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で略同じ傾斜角に形成されている。即ち、水平方向距離ａ’と垂直方向距離ｂ’とが等しいかまたは略等しい距離に設定されている。この水平方向距離ａ’は、第２ゲート電極９と第２ゲート電極９の間の距離ａよりも距離が小さく、この距離ａは、遮光膜１１の開口部寸法（水平方向寸法）よりも距離が大きい。また、垂直方向距離ｂ’は、第２ゲート電極９と第２ゲート電極９の間の距離ｂよりも距離が小さく、この距離ｂは、遮光膜１１の開口部寸法（垂直方向寸法）よりも距離が大きい。層間絶縁膜１３の下地段差形状は、受光部３の表面に対する電荷転送電極としての第１ゲート電極７および第２ゲート電極９の上方の表面高さと、受光部３の上方の層間絶縁膜１３の凹形状の平面視距離とがそれぞれ、受光部５を中心とした平面視水平方向と垂直方向で略同等にそれそれ形成されている。これによって、この表面高さおよびこの平面視距離調整用のダミー絶縁膜１２の形状寸法を調整することにより、層間絶縁膜１３の表面が凹形状の所定曲率に設定されている。
【００４２】
上記構成により、本実施形態例１の固体撮像素子２０の製造方法について、図４〜図７を用いて説明する。
【００４３】
まず、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したように、例えばｎ型シリコンからなるｎ型半導体基板１の上部に、ｐ型ウェル２を形成し、これに選択的にｎ型不純物を導入し、フォトダイオードとなる受光部３、電荷転送領域である電荷転送部４および、ｐ型不純物を導入して画素分離部５をそれぞれ形成する。このプロセスについては、従来の一般的なプロセスと同様であるので、ここではその詳細な説明は省略する。
【００４４】
次に、半導体基板１の表面に、例えば膜厚３０ｎｍの熱酸化膜からなるゲート絶縁膜６を形成する。
【００４５】
続いて、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、半導体基板１上のゲート絶縁膜６を介して、まず、例えば膜厚２００ｎｍのポリシリコンからなる第１ゲート電極７を形成し、次に、例えば基板全面を熱酸化し、第１ゲート電極７上部および側面を５０ｎｍ程度の膜厚で、酸化膜などのゲート間絶縁膜８を形成した後に、垂直転送部９に相当する箇所に例えば膜厚２００ｎｍのポリシリコンからなる第２ゲート電極９を形成するとなる。
【００４６】
さらに、固体撮像素子の構造や各種の画素サイズに対応して、画素の水平方向と垂直方向では、電荷転送電極の配置が異なっており、例えば、ここで、画素の水平方向（図５（ａ））の第２ゲート電極９間のスペース幅ａと、画素の垂直方向（図５（ｂ））の第２ゲート電極７上の第２ゲート電極９間のスペース幅ｂとの寸法差および、段差（高さの違い）が生じている。
【００４７】
さらに、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、例えば基板全面を熱酸化し、第２ゲート電極９の上部および側面を、膜厚が５０ｎｍ程度の酸化膜などの絶縁膜１０を形成した後に、例えばＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１と、ＣＶＤ法により例えば厚さが約２００ｎｍの酸化膜などのダミー絶縁膜１２を、第２ゲート電極９の上方に残した後に、受光部３のフォトダイオードに対応する箇所の遮光膜１１を開口する。
【００４８】
この遮光膜１１としては、アルミニウム（ＡＬ）膜や、更に遮光性の良好な高融点金属であるチタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステン（Ｗ）膜、それらの複合膜を使用することができる。
【００４９】
さらに、画素の水平方向と垂直方向で電荷転送電極の配置が異なっていても、ダミー絶縁膜１２は、その膜厚により高さが調整されて、その寸法により、間口スペース幅が調整され、その結果、画素の水平方向と垂直方向で下地の段差形状が、ほぼ対象の構造に調整される。
【００５０】
その後、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、遮光膜１１およびダミー絶縁膜１２上を被覆するように、基板全面にＣＶＤ法などにより、例えば膜厚３００ｎｍで不純物としてボロン（濃度４．５〜５．０ｗｔ％）、リン（濃度４．５〜６．０ｍｏｌ％）を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）などの層間絶縁膜１３を形成し、炉アニールにて８５０〜９５０度で６０分リフロー処理を行う。
【００５１】
この工程により、層間絶縁膜１３は、各受光部３の位置に対応して下に凸の表面形状（レンズ形状）でかつ、画素の水平方向と垂直方向で傾斜角をほぼ同等にすることができ、基板面に対して傾斜角度が１５〜４０度の窪み曲率に形成される。
【００５２】
その後、表面が平坦な層内レンズ１４として、プラズマＣＶＤ法などにより、シリコンナイトライドなどのパッシベーション膜を成膜し、レジストエッチバック法を用いてその表面を平坦化する。さらに、図示しないが、表面が平坦な層内レンズ１４上に、カラーフィルタさらにオンチップレンズなどを形成することにより、本実施形態１の固体撮像素子２０を製造することができる。
【００５３】
したがって、本実施形態１の固体撮像素子２０の製造方法は、半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部３をマトリクス状に形成すると共に、各受光部３から読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送するための電荷転送部４を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、電荷転送部４上に絶縁膜６を介して電荷転送電極（Ａ−Ａ’線断面では第２ゲート電極９、Ｂ−Ｂ’線断面では第１ゲート電極７および第２ゲート電極９）を形成する電荷転送電極形成工程と、この電荷転送電極上に絶縁膜１０を介して、受光部３上を開口部で開口した遮光膜１１を形成する遮光膜形成工程と、高い方の電荷転送電極と高さを合せるために低い方の電荷転送電極上方の遮光膜１１上にダミー絶縁膜１２を形成するダミー膜形成工程と、遮光膜１１および該ダミー絶縁膜１２と受光部３との段差上に、ダミー絶縁膜１２の形成により、その表面が凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜１３を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜１３上に層内レンズ１４を形成する層内レンズ形成工程とを有している。
【００５４】
これによって、層間絶縁膜１３上に、水平方向および垂直方向に傾斜角度が同等の表面を持つ層内レンズ１４により、各受光部３上への集光効率がより高まり、従来のようなメタル配線材料の埋め込み不良やエッチング残りが抑制されて十分なプロセスマージンを確保することができる。
【００５５】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ダミー絶縁膜１２は遮光膜１１の上層側にある場合について説明したが、本実施形態２では、ダミー絶縁膜１２は遮光膜１１の下層側にある場合について説明する。
【００５６】
図８（ａ）は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の要部構成例を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ’線と同様の位置の断面図であり、図８（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線と同様の位置の断面図である。
【００５７】
図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、本実施形態１の場合と同様に、本実施形態２の固体撮像素子２０Ａは、ｎ型半導体基板１上に低濃度のｐ型ウェル２が形成されている。このｐ型ウェル２に、画素毎に、ｐ型ウェル２の深部まで選択的に形成され、被写体からの画像光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の受光部３（ｎ型シリコン領域）、読み出された信号電荷を電荷転送する電荷転送部４および、この電荷転送部４と受光部３の間に配設され、画素毎に分離するためのストッパ部である画素分離部５がそれぞれ形成されている。
【００５８】
図８（ａ）に示すように、これらの受光部３、電荷転送部４および画素分離部５が形成された基板部上にゲート絶縁膜６を介して第２ゲート電極９が形成されている。この第２ゲート電極９の上面および側壁には例えば熱酸化膜などを介してダミー絶縁膜１２が形成され、ダミー絶縁膜１２上に絶縁膜１０を介して、受光部３上を開口する開口部を有する例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１が形成されている。
【００５９】
図８（ｂ）に示すように、受光部３、電荷転送部４および画素分離部５が形成された基板部上にゲート絶縁膜６を介して第１ゲート電極７が形成されている。この第１ゲート電極７の上面および側壁には例えば熱酸化膜などのゲート電極間の絶縁膜８を介して、第２ゲート電極９が積層されており、さらに、その上面および側壁には例えば熱酸化膜などの絶縁膜１０を介して、受光部３上で開口した開口部を有する例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１が設けられている。
【００６０】
この遮光膜１１の上面に、受光部３上に対応して凹形状を有する例えばＢＰＳＧ膜からなる層間絶縁膜１３が形成されている。その上に表面が平坦なプラズマＳｉＮ膜からなる下に凸の層内レンズ１４が形成されている。
【００６１】
遮光膜１１の高さおよびその間隔は、平面視水平方向と垂直方向との段差形状を調整するために、ダミー絶縁膜１２が所定の膜厚および所定平面形状寸法で形成されている。この場合、受光部３上方の層間絶縁膜１３の窪み曲率（レンズ曲率；傾斜角）は、水平方向と垂直方向とでほぼ同等に形成されている。これにより、層内レンズ１４による集光効率を向上させることができる。
【００６２】
上記構成の固体撮像素子２０Ａの製造方法について説明する。なお、第２ゲート電極９の形成までは、上記実施形態１の場合と同じである。
【００６３】
図８（ａ）に示すように、第２ゲート電極９の形成後、例えば基板全面を熱酸化し、第２ゲート電極９の上部および側面に熱酸化膜を形成し、さらに、第２ゲート電極９の上面および側壁には熱酸化膜を介して、ＣＶＤ法により例えば厚さが約２００ｎｍの酸化膜などのダミー絶縁膜１２を形成する。さらに、このダミー絶縁膜１２の形成後、例えば基板全面を熱酸化し、膜厚が５０ｎｍ程度の酸化膜などの絶縁膜１０を形成し、その上に例えばＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１１を、第２ゲート電極９の上方を残すと共に、受光部３（フォトダイオード）に対応する箇所の遮光膜１１を開口する。
【００６４】
さらに、画素の水平方向と垂直方向で電荷転送電極の配置が異なっていても、ダミー絶縁膜１２は、その膜厚により高さが調整されて、その寸法により、間口スペース幅が調整され、その結果、画素の水平方向と垂直方向で下地の段差形状が、ほぼ左右および上下対称の断面構造に調整される。
【００６５】
その後、遮光膜１１上を被覆するように、基板全面にＣＶＤ法などにより、例えば膜厚３００ｎｍで不純物としてボロン（濃度４．５〜５．０ｗｔ％）、リン（濃度４．５〜６．０ｍｏｌ％）を含むシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）などの層間絶縁膜１３を形成し、炉アニールにて８５０〜９５０度で６０分リフロー処理を行う。
【００６６】
この工程により、層間絶縁膜１３は、各受光部３の位置に対応して下に凸の表面形状（レンズ形状）でかつ、画素の水平方向と垂直方向で傾斜角をほぼ同等の対称形状にできて、基板面に対して表面角度が１５〜４０度の窪み曲率に形成される。
【００６７】
その後、表面が平坦な層内レンズ１４として、プラズマＣＶＤ法などにより、シリコンナイトライドなどのパッシベーション膜を成膜し、レジストエッチバック法を用いてその表面を平坦化する。さらに、図示しないが、表面が平坦な層内レンズ１４上に、カラーフィルタさらにオンチップレンズなどを形成することにより、本実施形態２の固体撮像素子２０Ａを製造することができる。
【００６８】
このように、例えば第２ゲート電極９のポリシリコン材を成膜した直後に、酸化膜を介してダミー絶縁膜１２を形成することにより、画素の水平方向と垂直方向で、距離寸法および高さ寸法が対称になるように調整する。
【００６９】
したがって、本実施形態２の固体撮像素子２０Ａの製造方法は、半導体基板または半導体領域に、入射光を光電変換して信号電荷を発生させる複数の各受光部３を形成すると共に、各受光部３からの信号電荷を電荷転送するための電荷転送部４を形成する受光部・電荷転送部形成工程と、電荷転送部４上に絶縁膜６を介して電荷転送電極（Ａ−Ａ’線断面では第２ゲート電極９、Ｂ−Ｂ’線断面では第１ゲート電極７および第２ゲート電極９）を形成する電荷転送電極形成工程と、高い方の電荷転送電極と高さを合せるために低い方の電荷転送電極（Ａ−Ａ’線断面での第２ゲート電極９）上にダミー膜を形成するダミー膜形成工程と、これらの電荷転送電極およびダミー絶縁膜１２上に、受光部３上を開口した遮光膜１１を形成する遮光膜形成工程と、遮光膜１１と受光部３との段差上に、ダミー絶縁膜の形成により表面が凹形状の所定曲率に設定された層間絶縁膜１３を形成する層間絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜１３上に層内レンズ１４を形成する層内レンズ形成工程とを有している。
【００７０】
これによって、層間絶縁膜１３上に、水平方向および垂直方向に傾斜角度が同等の凹部表面を持つ層間絶縁膜１３上の層内レンズ１４により、各受光部３上への集光効率がより高まり、従来のようなメタル配線材料の埋め込み不良やエッチング残りが抑制されて十分なプロセスマージンを確保することができる。
【００７１】
以上により、上記実施形態１、２においては、層間絶縁膜１３の凹形状が、各受光部３をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で略同じ傾斜角に形成されている。要するに、層間絶縁膜１３の下地段差形状は、受光部３の表面に対する電荷転送電極としての第１ゲート電極７および第２ゲート電極９の上方の表面高さと、受光部３の上方の層間絶縁膜１３の凹形状の平面視距離とがそれぞれ、受光部５を中心とした平面視水平方向と垂直方向で略同等の表面高さと平面視距離にそれそれ形成されている。このように、画素の微細化に際しても、受光部上方の表面傾斜を均等にして更なる集光効率の向上を図ることができて、小型で受光感度を高くすることができる。
【００７２】
なお、ダミー絶縁膜１２の加工は、基板へのプラズマダメージ抑制の観点から遮光膜１１の開口前や、遮光膜１１の下層にダミー絶縁膜１２を形成する場合は、ゲート電極材９のパターン形成前に行うことが望ましい。
【００７３】
（実施形態３）
図９は、本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子２０または２０Ａを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７４】
図９において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１、２の固体撮像素子２０または２０Ａからの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力装置９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００７５】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えば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、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００７６】
したがって、本実施形態３によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００７７】
なお、本実施形態１、２では、特に説明しなかったが、層間絶縁膜１３の凹形状が、各受光部３をそれぞれ中心として平面視水平方向と平面視垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されている。このように、画素の微細化に対応して受光部上方の表面傾斜を均等にして効果的な集光を確保できて、画像不良がなく小型で受光感度を高くすることができる本発明の目的を達成することができる。
【００７８】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜３を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜３に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜３の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、層間絶縁膜の凹形状が、各受光部をそれぞれ中心として平面視水平方向と垂直方向の断面で同じ傾斜角かまたは略同じ傾斜角に形成されているため、画素の微細化に対応して受光部上方の表面傾斜を均等にして効果的な集光を確保できて、画像不良がなく小型で高感度の固体撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の要部構成例を示す平面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線の断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線の断面図である。
【図３】図１のＶ−Ｖ’線の断面図である。
【図４】（ａ）は、図１の受光部、電荷転送部および画素分離部を形成する工程を示す図１のＡ−Ａ’線位置の断面図であり、（ｂ）は、その図１のＢ−Ｂ’線位置の断面図である。
【図５】（ａ）は、第１およおび第２ゲート電極を形成する工程を示す図１のＡ−Ａ’線位置の断面図であり、（ｂ）は、その図１のＢ−Ｂ’線位置の断面図である。
【図６】（ａ）は、遮光膜およびダミー絶縁膜を形成する工程を示す図１のＡ−Ａ’線位置の断面図であり、（ｂ）は、その図１のＢ−Ｂ’線位置の断面図である。
【図７】（ａ）は、層間絶縁膜を形成する工程を示す図１のＡ−Ａ’線位置の断面図であり、（ｂ）は、その図１のＢ−Ｂ’線位置の断面図である。
【図８】（ａ）は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の要部構成例を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ’線と同様の位置の断面図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線と同様の位置の断面図である。
【図９】本発明の実施形態３として、本発明の実施形態１、２の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１０】膜層の表面傾斜が大きすぎる場合に、レジスト残りによってメタルが残る様子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
１  ｎ型半導体基板
２  ｐ型ウェル
３  受光部（ｎ型シリコン領域）
４  電荷転送部
５  画素分離部
６  ゲート絶縁膜
７  第１ゲート電極
９  第２ゲート電極
８、１０  絶縁膜
１１遮光膜
１２  ダミー絶縁膜
１３  層間絶縁膜
１４  層内レンズ
２０、２０Ａ  固体撮像素子
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力装置
ΦＶ１〜ΦＶ４  転送駆動パルス
ａ’  水平方向距離（ダミー絶縁膜１２間距離）
ｂ’  垂直方向距離（第２ゲート電極９上の遮光膜１１の上側差間距離）
ａ  第２ゲート電極９と第２ゲート電極９の間の距離
ｂ  第２ゲート電極９と第２ゲート電極９の間の距離
【図２】
2009224488.tif 000003
【図３】
2009224488.tif 000004
【図４】
2009224488.tif 000005
【図５】
2009224488.tif 000006
【図６】
2009224488.tif 000007
【図７】
2009224488.tif 000008
【図８】
2009224488.tif 000009
【図９】
2009224488.tif 000010
【図１０】
2009224488.tif 000011
【図１】
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