(57)【要約】【課題】多層配線層中の拡散防止膜に形成された受光部に対応する開口が高画素化により開口幅が縮小することに起因する、回折現象に伴う混色を抑制する。【解決手段】光電変換を行う受光部２と、受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層６、９、１２と、各々の配線層上に形成され配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜７、１０、１３と、複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜４、５、８、１１とを備える。拡散防止膜は、受光部の受光領域に対応する受光開口部１８、１９、２０を有する。所定波長の光に対して、拡散防止膜を通過する光の位相と受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、拡散防止膜の膜厚が設定されている。【選択図】図１Ａ
2009245986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う受光部と、
前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、
各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、
前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、
前記拡散防止膜は前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する固体撮像素子において、
所定波長の光に対して、前記拡散防止膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記拡散防止膜の膜厚が設定されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
光電変換を行う受光部と、
前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、
各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、
前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、
前記拡散防止膜は前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する固体撮像素子において、
前記受光開口部の周縁領域である開口周縁部の前記拡散防止膜の膜厚と、前記配線層上の前記拡散防止膜の膜厚が異なっており、
所定波長の光に対して、前記開口周縁部の前記拡散防止膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記開口周縁部の前記拡散防止膜の膜厚が設定されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
光電変換を行う受光部と、
前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、
各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、
前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、
前記拡散防止膜は前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する固体撮像素子において、
前記拡散防止膜は、前記受光開口部の周辺に形成され前記受光開口部より小さい面積の補助パターンを有し、
所定波長の光に対して、前記補助パターンを通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が、９０度から２７０度の範囲となるように前記補助パターンの膜厚が設定されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記拡散防止膜がＳｉＣ膜からなり、前記受光部上の前記受光開口部に位置する層がシリコン酸化膜からなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記拡散防止膜が、異なる屈折率を有する複数層の絶縁膜で構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、前記拡散防止膜が前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する固体撮像素子を製造する方法において、
前記複数層の前記配線層を形成した各々の工程の後、前記拡散防止膜を堆積する工程と、
前記拡散防止膜および前記拡散防止膜下の前記層間絶縁膜にエッチング加工を施して、前記受光領域よりも広い範囲で、前記拡散防止膜に開口を形成するとともに、前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に絶縁膜を堆積して、前記絶縁膜を前記開口内に埋め込んだ後、前記絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
前記絶縁膜に前記受光領域に対応した受光開口部を形成する工程とを含み、
所定波長の光に対して、前記受光開口部の周縁領域の前記絶縁膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記受光開口部の周縁領域の前記絶縁膜の膜厚を設定することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、前記拡散防止膜が前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する固体撮像素子を製造する方法において、
前記複数層の前記配線層を形成した各々の工程の後、前記拡散防止膜を堆積する工程と、
前記拡散防止膜及び前記拡散防止膜下の前記層間絶縁膜にエッチング加工を施して、前記受光部の受光領域周辺部における前記拡散防止膜に補助パターン開口を形成するとともに、前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、
前記拡散防止膜上に絶縁膜を堆積して、前記絶縁膜を前記補助パターン開口内に埋め込んで補助パターンを形成した後、前記絶縁膜の上面を平坦化する工程と、
前記絶縁膜及び前記拡散防止膜に、前記受光領域に対応した受光開口部を形成する工程とを含み、
前記補助パターンの面積を前記受光開口部より小さく設定し、
所定波長の光に対して、前記補助パターンを通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が、９０度から２７０度の範囲となるように前記補助パターンの膜厚を設定することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記拡散防止膜がＳｉＣ膜からなり、前記受光部上の前記受光開口部に位置する層がシリコン酸化膜からなる請求項６または７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、ＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子、及びその製造方法に関する。特に、銅配線を用いた場合に効果的な固体撮像素子の構成、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子において多画素化や画素寸法の縮小化が進んでおり、これに伴って、使用される配線がＡｌ配線層からＣｕ配線層に変更されてきている。
【０００３】
図８は、従来の固体撮像素子における受光部周辺の積層構造の一例を示す断面図である。シリコン基板１の表層領域に、光電変換を行う受光部を構成するフォトダイオード２が、例えば２次元アレイ状に複数形成されている（図８には１個のみ図示。以下同様）。このシリコン基板１の上面に、ＳｉＮ膜３及びｐｏｌｙ層間膜４が配置され、その上にＣｕからなる第１配線層６、及び第１配線層間膜５が配置されている。
【０００４】
さらにその上に、第１拡散防止膜７、第２配線層間膜８、及びＣｕからなる第２配線層９が配置されている。さらにその上に、第２拡散防止膜１０、第３配線層間膜１１、及びＣｕの第３配線層１２が配置され、多層配線層が構成されている。そして、さらにその上に、第３拡散防止膜１３、及び層間膜１４が配置され、その上に保護膜１５、カラーフィルタ１６、及びマイクロレンズ１７が配置されている。
【０００５】
なお、各層間膜５、８、１１、１４にはＳｉＯ2膜が用いられ、各拡散防止膜７、１０、１３にはＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜が用いられる。
【０００６】
図８に示すように、Ｃｕ配線層を適用する場合には、酸化膜中でのＣｕの拡散係数が大きいことから、Ｃｕの拡散を防止する層である拡散防止膜７，１０，１３を形成することが必要になる。このように、固体撮像素子に多層でＣｕ配線層を適用する場合、受光部では、通常の層間膜と、Ｃｕ拡散防止膜であるＳｉＣ膜またはＳｉＮ膜が、多層に形成されることとなる。
【０００７】
上記構成の従来の固体撮像素子のように、シリコン基板１に形成されたフォトダイオード２の上部に、屈折率が異なる層が積層されることは、各層間膜の界面での反射（例えば図８に矢線３０で示される）や多重干渉（例えば図８に矢線３１で示される）による影響で、受光部への入射光の光量低下やノイズ発生の原因となる。そこで、特許文献１では、Ｃｕ拡散防止膜をフォトダイオード２からなる受光領域の上部領域で除去することにより、複層配線層の受光領域上に配置される領域は、Ｃｕ拡散防止膜とは異なる単一の屈折率を有するシリコン酸化膜によって形成する方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００５−３１１０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、高画素化に伴い、受光部上の配線間隔が縮小され、配線位置からアライメントマージンをもって分離された拡散防止膜開口の幅も狭くなる。その結果、拡散防止膜の開口幅がフォトダイオードへ入射する光の波長以下になると、回折現象により入射光が隣接画素に混入するという問題（クロストーク）が発生する。
【０００９】
そこで本発明は、多層配線層中の拡散防止膜に形成された受光部に対応する開口が高画素化により開口幅が縮小することに起因する、回折現象に伴う混色を抑制することが可能な固体撮像素子、及びその製造方法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】
【００１０】
本発明の固体撮像素子は、基本的な構成として、光電変換を行う受光部と、前記受光部の周辺の領域に積層された複数層の配線層と、各々の前記配線層上に形成され前記配線層の材料の拡散を防止する拡散防止膜と、前記複数層の配線層の各層間に配置された層間絶縁膜とを備え、前記拡散防止膜は前記受光部の受光領域に対応する受光開口部を有する。
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第１の構成の固体撮像素子の構成によれば、所定波長の光に対して、前記拡散防止膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記拡散防止膜の膜厚が設定されている。
【００１２】
また、本発明の第２の構成の固体撮像素子の構成によれば、前記受光開口部の周縁領域である開口周縁部の前記拡散防止膜の膜厚と、前記配線層上の前記拡散防止膜の膜厚が異なっており、所定波長の光に対して、前記開口周縁部の前記拡散防止膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記開口周縁部の前記拡散防止膜の膜厚が設定されている。
【００１３】
また、本発明の第３の構成の固体撮像素子の構成によれば、前記拡散防止膜は、前記受光開口部の周辺に形成され前記受光開口部より小さい面積の補助パターンを有し、所定波長の光に対して、前記補助パターンを通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が、９０度から２７０度の範囲となるように前記補助パターンの膜厚が設定されている。
【００１４】
本発明の第１の固体撮像素子の製造方法は、上記第２の構成の固体撮像素子を製造する方法であって、前記複数層の前記配線層を形成した各々の工程の後、前記拡散防止膜を堆積する工程と、前記拡散防止膜および前記拡散防止膜下の前記層間絶縁膜にエッチング加工を施して、前記受光領域よりも広い範囲で、前記拡散防止膜に開口を形成するとともに、前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記拡散防止膜上に絶縁膜を堆積して、前記絶縁膜を前記開口内に埋め込んだ後、前記絶縁膜の上面を平坦化する工程と、前記絶縁膜に前記受光領域に対応した受光開口部を形成する工程とを含み、所定波長の光に対して、前記受光開口部の周縁領域の前記絶縁膜を通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が９０度から２７０度の範囲になるように、前記受光開口部の周縁領域の前記絶縁膜の膜厚を設定する。
【００１５】
また本発明の第２の固体撮像素子の製造方法は、上記第３の構成の固体撮像素子を製造する方法であって、前記複数層の前記配線層を形成した各々の工程の後、前記拡散防止膜を堆積する工程と、前記拡散防止膜及び前記拡散防止膜下の前記層間絶縁膜にエッチング加工を施して、前記受光部の受光領域周辺部における前記拡散防止膜に補助パターン開口を形成するとともに、前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記拡散防止膜上に絶縁膜を堆積して、前記絶縁膜を前記補助パターン開口内に埋め込んで補助パターンを形成した後、前記絶縁膜の上面を平坦化する工程と、前記絶縁膜及び前記拡散防止膜に、前記受光領域に対応した受光開口部を形成する工程とを含み、前記補助パターンの面積を前記受光開口部より小さく設定し、所定波長の光に対して、前記補助パターンを通過する光の位相と前記受光開口部を通過する光の位相の差が、９０度から２７０度の範囲となるように前記補助パターンの膜厚を設定する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、拡散防止膜の開口周縁部または補助パターンを通過する光の位相と受光開口部を通過する光の位相の差が、９０度から２７０度の範囲になるように、拡散防止膜の膜厚が設定されていることにより、受光開口部の周縁近傍を通過する光の回折が抑制され、高画素化に伴い開口幅が狭くなっても回折現象による隣接画素への入射光の混入（クロストーク）を低減させることができる。その結果、色再現性を低下させることなく、受光部への反射や多重干渉の影響を低減でき、光量の向上や低ノイズ化を実現することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、上記構成を基本として、以下のような態様を採ることができる。
【００１８】
すなわち、上記構成の固体撮像素子において、前記拡散防止膜がＳｉＣ膜からなり、前記受光部上の前記受光開口部に位置する層がシリコン酸化膜からなる構成とすることができる。
【００１９】
また、前記拡散防止膜を、異なる屈折率を有する複数層の絶縁膜で構成することができる。
【００２０】
また、上記第１または第２の固体撮像素子の製造方法において、前記拡散防止膜がＳｉＣ膜からなり、前記受光部上の前記受光開口部に位置する層がシリコン酸化膜からなる構成とすることができる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１Ａは、実施の形態１における固体撮像素子について、受光部周辺の積層構造を示す断面図である。図１Ｂは、受光部上の配線層および拡散防止膜に形成された受光開口部のレイアウトを示す平面図である。図１Ａの断面は、図１ＢにおけるＡ−Ａ線に沿った断面である。なお、本実施の形態の説明及び各図において、説明を簡単にするために、シリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の詳細な構成は省略する。
【００２３】
図１Ａの固体撮像素子では、シリコン基板（半導体基板）１の表層領域に、光電変換を行う受光部を構成するフォトダイオード２が、例えば２次元アレイ状に複数形成されている。但し、図では１画素分のみを示す。このシリコン基板１の上面に、ＳｉＮ膜３及びｐｏｌｙ層間膜４が形成され、その上に第１配線層６及び第１配線層間膜５が配置されている。さらにその上に、第１拡散防止膜７、第２配線層間膜８及び第２配線層９が配置されている。さらにその上に、第２拡散防止膜１０、第３配線層間膜１１及び第３配線層１２が配置され、その上に第３拡散防止膜１３、及び層間膜１４が配置されている。このように、三層の複層配線層（一般的には多層配線層という）が形成されている。また、その上に上部層として、保護膜１５、カラーフィルタ１６、及びマイクロレンズ１７が配置されている。
【００２４】
第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３は、フォトダイオード２からなる受光領域の上部領域が除去された、開口１８、１９、２０を有する。
【００２５】
本実施の形態において、第１〜第３配線層６、９、１２は全てＣｕ配線層であり、膜厚はどの層も２００ｎｍである。また、各層間膜５、８、１１、１４は全てＳｉＯ2膜であり、膜厚は、第１配線層間膜５が１５０ｎｍ、第２及び第３配線層間膜８、１１が約４５０ｎｍ、上層の層間膜１４が約１５０ｎｍである。また、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３は全てＳｉＣ膜からなり、膜厚はどの層も２１５ｎｍである。また、ｐｏｌｙ層間膜４の膜厚は４５０ｎｍ、ＳｉＮ膜３の膜厚は５０ｎｍである。
【００２６】
上記断面構成の固体撮像素子が、図１Ｂに示すような平面構成にレイアウトされている。すなわち、フォトダイオード２の受光領域の周辺に、第１〜第３配線層６、９、１２が配置されている（但し、図１Ｂでは、第３配線層１２の図示は省略）。その内側に、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の開口１８、１９、２０が、第１〜第３配線層６、９、１２に対して、重ねあわせマージン分の間隔をおいてレイアウトされている。
【００２７】
また、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の厚さｄ［ｎｍ］は、次式で示すように、拡散防止膜を通過する光と開口１８等を通過する光の位相差が１８０°になるように設定されている。
【００２８】
ｄ＝λ／２（ｎ１−ｎｏ）
ここで、λ［ｎｍ］はグリーン光の波長、ｎ１はＳｉＣの屈折率、ｎｏはＳｉＯ2の屈折率である。
【００２９】
図２（ａ）は、受光部に入る入射光の位相分布、図２（ｂ）は、入射光強度分布を示す。横軸は、拡散防止膜の水平方向における位置に対応し、矢印Ｗで示した範囲が受光開口部１８の位置に対応する。受光部周辺には第１〜第３配線層６、９、１２がレイアウトされ、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の受光開口部１８、１９、２０の周辺は、それらの配線層により遮光されているため、位相及び入射光強度はゼロとなっている。図２（ａ）に示すように、ＳｉＣからなる拡散防止膜を通過した入射光は、拡散防止膜の受光開口部を通過した入射光と１８０度の位相差を有している。そのため、図２（ｂ）に示すように、拡散防止膜の受光開口部の境界下での光強度は、打ち消しあってほぼ０となる。それにより、光強度分布の広がりが押さえられ、隣接画素への入射光の広がりが低減されて混色（クロストーク）が低減する。
【００３０】
上述の例では、第１〜第３配線層６、９、１２上の第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の膜厚を、その透過光が各々の拡散防止膜の受光開口部の透過光に対して１８０度位相がずれるように設定する場合を示したが、これに限られない。すなわち、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３のうちの１層、または２層を適宜選択して上述のように膜厚の設定を行っても、混色（クロストーク）を改善することができる。また、拡散防止膜と受光部上の受光開口部を通過する光の位相差が１８０度ではなくとも、９０度〜２７０度の範囲であれば、位相差による干渉効果により開口エッジ部での入射光広がりが抑制されて、隣接画素への混色（クロストーク）を低減させることができる。
【００３１】
また、上記実施の形態のように拡散防止膜をＳｉＣ単一の膜で構成するのではなく、ＳｉＮ膜単一膜や、位相と透過率を制御するために、異なる屈折率を有する複数層の拡散防止膜、例えばＳｉＮとＳｉＯＮとの複合膜を用いた場合でも、拡散防止膜上の受光開口部からの回折光広がりを低減でき、その結果混色も低減させることができる。
【００３２】
また、上記実施の形態では、固体撮像素子の感度が要求されるグリーン光に対して拡散防止膜の位相を１８０度位相反転させるように膜厚を設定した例を示したが、各色のフィルター毎に、入射光の波長に対して拡散防止膜の位相を１８０度反転させるような膜厚に設定することで、各色に対して隣接画素への回り込みがなくなり、混色（クロストーク）が低減される。
【００３３】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２における固体撮像素子について、受光部周辺の積層構造を示す断面図である。なお、図１に示した固体撮像素子と同様の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。また、本実施の形態の説明及び各図において、説明を簡単にするために、シリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の詳細な構成は省略する。
【００３４】
本実施の形態においては、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の各々の受光開口部１８、１９、２０の周縁領域は、膜厚の大きい開口周縁部７ａ、１０ａ、１３ａが設けられている点が、実施の形態１と相違する。
【００３５】
本実施の形態において、第１〜第３配線層６、９、１２は全てＣｕ配線層であり、膜厚はどの層も２００ｎｍである。また、各層間膜５、８、１１、１４は全てＳｉＯ2膜であり、膜厚は、第１配線層間膜５が３００ｎｍ、第２、第３配線層間膜８、１１が約４５０ｎｍ、上層の層間膜１４が約１５０ｎｍである。また、各拡散防止膜７、１０、１３は全てＳｉＮ膜であり、膜厚は、配線領域で２００ｎｍ、受光部上の開口周縁部７ａ、１０ａ、１３ａで４６０ｎｍである。また、ｐｏｌｙ層間膜４の膜厚は４５０ｎｍ、ＳｉＮ膜３の膜厚は５０ｎｍである。
【００３６】
本実施の形態の固体撮像素子では、受光部上の受光開口部に位置する層間膜を構成するＳｉＯ2膜と、拡散防止膜を構成するＳｉＮ膜との屈折率差が少ない。そのため、それぞれを通過する光の位相を１８０度反転させるためには、拡散防止膜の膜厚を厚くする必要がある。しかし、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３を厚くすると、受光部とマイクロレンズ１７間の距離が拡大し、感度劣化が起こる。
【００３７】
これを回避するため、本実施の形態では、受光部上の受光開口部１８、１９、２０の周縁のみに、ＳｉＮ膜を埋め込んで開口周縁部７ａ、１０ａ、１３ａを設ける。それにより、受光部とマイクロレンズ１７間の距離が拡大しないので、感度低下を回避することができる。
【００３８】
上述の例では、ＳｉＮ単一の拡散防止膜の場合を示したが、ＳｉＮとＳｉＣや、ＳｉＮとＳｉＯＮの複合膜を用いた場合にも、同様に本実施の形態を適用することができる。
【００３９】
（実施の形態３）
図４（ａ）は、実施の形態３における固体撮像素子について、受光部周辺の積層構造を示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を示す平面図である。なお、図１に示した固体撮像素子と同様の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。また、本実施の形態の説明及び各図において、説明を簡単にするために、シリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の詳細な構成は省略する。
【００４０】
本実施の形態の固体撮像素子では、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の受光開口部１８、１９、２０により形成された主パターンの周囲に、入射光の波長以下の幅をもった補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂが配置される。補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂは、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３の膜厚を異ならせることにより形成される。補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂの膜厚は、主パターンである受光開口部１８、１９、２０と、補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂの通過光の間に、所定の位相差（シフタ）が生じるように設定される。
【００４１】
本実施の形態において、第１〜第３配線層６、９、１２は全てＣｕ配線層であり、膜厚はどの層も２００ｎｍである。また、各層間膜５、８、１１、１４は全てＳｉＯ2膜であり、膜厚は、第１配線層間膜５が３００ｎｍ、第２、第３配線層間膜８、１１が約４５０ｎｍ、上層の層間膜１４が約１５０ｎｍである。また、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３は全てＳｉＮ膜からなり、膜厚は、配線領域で２００ｎｍ、補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂの部分で４６０ｎｍである。また、ｐｏｌｙ層間膜４の膜厚は４５０ｎｍ、ＳｉＮ膜３の膜厚は５０ｎｍである。
【００４２】
以下に、補助パターン７ｂ、１０ｂ、１３ｂを設けることによる効果について説明する。一般に、孤立した透過パターンの光振幅分布はベッセル関数で与えられ、中心の０次ピークの周囲にいくつかの高次ピークを持つ。例えば補助パターン１３ｂの中心位置を、この高次のピークのうち、同相で最大のピークの位置に配置する。これにより、主パターンである受光開口部２０の光強度分布の裾の部分が、周辺の逆位相の補助パターン１３ｂによって相殺されて、実効的に主パターンの光強度分布が狭まる。
【００４３】
また、周辺の補助パターン１３ｂによる光振幅分布が、補助パターン１３ｂの中心部だけでなく、周辺にも高次のピークをもつ。ピークの位置が本来の主パターンの位置と一致することにより、主パターンの中央付近の光強度が強調されるため、光強度分布のコントラストも増大する。
【００４４】
補助パターン１３ｂは、主パターンから離して形成してもよいが、主パターンに補助パターン１３ｂを接触させた配置にしても効果がある。また補助パターン１３ｂは、受光開口部２０の斜め対角方向に配置することが好ましいが、第３配線層１２との位置関係で配置できない場合は、左右、または上下方向の位置に配置してもよい。
【００４５】
（実施の形態４）
図５は、実施の形態４における固体撮像素子の製造方法を説明する断面図である。この製造方法は、図１に示した実施の形態１の構成を有する固体撮像素子を製造するための方法である。
【００４６】
まず、図５（ａ）に示すように、フォトダイオード２を形成したシリコン基板１の上に、ＳｉＮ膜３、ｐｏｌｙ層間膜４、第１配線層６、第１配線層間膜５を形成する。その上に第１拡散防止膜７を形成するためのＳｉＣ膜を、ＣＶＤ法により全面形成して２２５ｎｍ堆積する。更に、レジストをリソグラフィ技術によりパターン形成して、第１拡散防止膜７の受光領域に対応した部分に受光開口部を形成するためのマスク２１を設ける。
【００４７】
そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）技術により、第１拡散防止膜７をエッチング加工し、アッシング技術及び後処理技術により、レシスト２１を剥離して、図５（ｂ）に示すように、第１拡散防止膜７に、受光領域に対応した受光開口部１８を形成する。
【００４８】
次に図５（ｃ）に示すように、第２配線層間膜８を例えばＣＶＤ法により積層する。なお、この時、受光領域上の拡散防止膜７を除去することで生じた段差の影響を受け、第２配線層間膜８に段差が生じることがある。そこで図５（ｄ）に示すように、第２配線層間膜８の上面をＣＭＰ法によって平坦化した後、図５（ｅ）に示すように、第２配線層間膜８の上面に第２配線層９を埋め込み形成する。
【００４９】
次に、第２拡散防止膜１０を形成するためのＳｉＣ膜を全面形成した後、上述と同様の工程を繰り返し、それぞれ受光開口部を有する第２、第３拡散防止膜１０、１３（図５には図示せず）を形成する。
【００５０】
以降の工程は図示を省略するが、従来と同様の工程により、図１に示したように、上層の保護膜１５、カラーフィルタ１６、及びマイクロレンズ１７を形成し、最終的に図１に示した固体撮像素子を作成する。
【００５１】
なお、上述の製造方法では、第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３を形成するＳｉＣ膜の膜厚を各々２２５ｎｍとしたが、単一膜または２層の拡散防止膜のみの膜厚を、透過光における受光開口部との位相差が１８０度になるように製造してもよい。
【００５２】
また、この種の固体撮像素子において、カラーフィルタやマイクロレンズは必ずしも必要ではなく、これらを設けない構造についても同様に本実施の形態を適用可能である。
【００５３】
（実施の形態５）
図６は、実施の形態５における固体撮像素子の製造方法を説明する断面図である。この製造方法は、図３に示した実施の形態２の構成を有する固体撮像素子を製造するための方法である。
【００５４】
まず、図６（ａ）に示すように、フォトダイオード２を形成したシリコン基板１の上にＳｉＮ膜３、ｐｏｌｙ層間膜４、第１配線層６、第１配線層間膜５を形成する。その上に第１拡散防止膜７を形成するためのＳｉＮ層を、ＣＶＤ法により全面に２００ｎｍ堆積する。そして、リソグラフィ技術を用いレジストをパターン形成して、第１拡散防止膜７に開口を形成するためのマスク２２を設ける。
【００５５】
次に、ＲＩＥ技術により、第１拡散防止膜７、及び第１拡散防止膜７の下部の第１配線層間膜５の一部をエッチング加工して、図６（ｂ）に示すように、第１拡散防止膜７に開口を形成するとともに、第１配線層間膜５の上面部に浅い凹部を形成する。更に、アッシング技術及び後処理技術により、マスク２２を剥離する。そして、再度ＳｉＮ層２３をＣＶＤ法により５００ｎｍ堆積する。
【００５６】
次に、図６（ｃ）に示すように、ＳｉＮ層２３の上面をＣＭＰ法によって平坦化することにより、受光開口部内に膜厚４５０〜５００ｎｍの範囲で埋め込み部２４を形成する。
【００５７】
次に、図６（ｄ）に示すように、リソグラフィ技術を用いレジストをパターン形成して、埋め込み部２４に受光領域に対応した受光開口部を形成するためのマスク２５を設ける。
【００５８】
次に、図６（ｅ）に示すように、ＲＩＥ技術により、埋め込み部２４をエッチング加工して受光領域に対応した受光開口部１８を設けることにより、開口周縁部７ｂを有する第１拡散防止膜７が形成される。その後、アッシング技術及び後処理技術により、マスク２５を剥離する。
【００５９】
次に、図６（ｆ）に示すように、、第２配線層間膜８を例えばＣＶＤ法により積層する。  更に、第２拡散防止膜１０を形成するためのＳｉＮ層を全面形成した後、同様の工程を繰り返し、それぞれ受光開口部を有する第２、第３拡散防止膜１０、１３を形成する。更に、従来と同様の工程で上層の保護膜１５、カラーフィルタ１６、及びマイクロレンズ１７を形成し、最終的に図３に示した固体撮像素子が作成される。
【００６０】
本実施の形態では  受光部上の第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３と、開口周縁部７ｂ、１０ｂ、１３ｂの複合膜の膜厚を各々４５０〜５００ｎｍとしたが、単一膜または２層の拡散防止膜のみの膜厚を受光開口部との位相差が１８０度になるように製造してもよい。
【００６１】
また本実施の形態では、拡散防止膜と受光部上の受光開口部を通過する光の位相差が、１８０度になるように設定したが、位相差が９０度〜２７０度の範囲であれば位相差による干渉効果により、開口エッジ部での入射光広がりが抑制されて隣接画素への混色（クロストーク）が低減する。
【００６２】
また、この種の固体撮像素子において、カラーフィルタやマイクロレンズは必ずしも必要ではなく、これらを設けない構造についても同様に適用できるものである。
【００６３】
（実施の形態６）
図７は、実施の形態６における固体撮像素子の製造方法を説明する断面図である。この製造方法は、図４に示した実施の形態３の構成を有する固体撮像素子を製造するための方法である。
【００６４】
まず、図７（ａ）に示すように、フォトダイオード２を形成したシリコン基板１の上にＳｉＮ膜３、ｐｏｌｙ層間膜４、第１配線層６、第１配線層間膜５を形成する。その上に第１拡散防止膜７を形成するためのＳｉＮ膜を、ＣＶＤ法により全面形成して２００ｎｍ堆積する。そして、リソグラフィ技術を用いてレジストをパターン形成してマスク２６を設ける。マスク２６は、受光領域に対応させて第１拡散防止膜７に形成する予定の受光開口部の周辺部に、補助パターン７ｂ（図４参照）に対応する開口２７を有する。
【００６５】
さらに、ＲＩＥ技術により、第１拡散防止膜７および第１拡散防止膜７下の第１配線層間膜５をエッチング加工して、受光領域の周辺部の第１拡散防止膜７に補助パターン７ｂに対応する凹部２８を形成する。その後、アッシング技術及び後処理技術によりマスク２６を剥離する。
【００６６】
次に、図７（ｂ）に示すように、再度ＳｉＮ層２９をＣＶＤ法により５００ｎｍ堆積して、凹部２８内に膜厚４５０〜５００ｎｍの範囲で補助パターン７ｂに相当するＳｉＮを埋め込む。その後、図７（ｃ）に示すように、ＳｉＮ層２９の上面をＣＭＰ法によって平坦化して、補助パターン７ｂを有する第１拡散防止膜７を形成する。
【００６７】
次に、図７（ｄ）に示すように、開口を有するマスク３０を形成する。そして、ＲＩＥ技術により、図７（ｅ）に示すように、第１拡散防止膜７をエッチング加工して、第１拡散防止膜７に受光領域に対応した受光開口部１８を形成する。その後、アッシング技術及び後処理技術により、マスク３０を剥離する。
【００６８】
次に、第２配線層間膜８を例えばＣＶＤ法により積層後、第２拡散防止膜１０を全面形成した後、同様の工程を繰り返し、それぞれ受光開口部を有する拡散防止膜１０、１３を形成する。その後、従来と同様の工程で、上層の保護膜１５、カラーフィルタ１６、及びマイクロレンズ１７を形成していき、最終的に図４に示した固体撮像素子を完成する。
【００６９】
上述の例では、受光部上の第１〜第３拡散防止膜７、１０、１３とＳｉＮからなる補助パターン７ｂの複合膜の膜厚を、各々４５０〜５００ｎｍとしたが、単一膜または２層の拡散防止膜のみの膜厚を、受光開口部との位相差が１８０度になるように設定してもよい。
【００７０】
また本発明の実施の形態では、拡散防止膜と受光部上の受光開口部を通過する光の位相差が１８０度になるように設定したが、位相差が９０度〜２７０度の範囲であれば位相差による干渉効果により開口エッジ部での入射光広がりが抑制されて隣接画素への混色（クロストーク）が低減する。
【００７１】
また、この種の固体撮像素子において、カラーフィルタやマイクロレンズは必ずしも必要ではなく、これらを設けない構造についても同様に適用できるものである。
【００７２】
なお、上述の実施の形態では、第１拡散防止膜７上にＣＶＤ法により堆積したＳｉＮ膜を平坦化する際、ＣＭＰ法を用いたが、エッチングバック法により平坦化してもよい。
【００７３】
以上のように、本実施の形態の固体撮像素子では、高画素化に伴い開口幅が狭くなっても、回折現象による隣接画素への入射光の混入（クロストーク）が低減することができる。その結果、色再現性を低下させることなく、受光部への反射や多重干渉の影響を低減でき、光量の向上や低ノイズ化を実現することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る固体撮像素子は、受光部への入射光の回折効果による広がりに起因する感度低下や混色（クロストーク）を効果的に抑制することができ、出力画像の画質や感度が要求されるカラーカメラ等に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１における固体撮像素子の受光部周辺の積層構造を示す断面図
【図１Ｂ】同固体撮像素子の受光部上の配線層および拡散防止膜上の受光開口部のレイアウトを示す平面図
【図２】同固体撮像素子の受光部への入射光の振幅及強度分布を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における固体撮像素子の受光部周辺の積層構造を示す断面図
【図４】（ａ）は、本発明の実施の形態３における固体撮像素子の受光部周辺の積層構造を示す断面図、（ｂ）はその一部の構成を示す平面図
【図５】本発明の実施の形態４における固体撮像素子の製造方法を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態５における固体撮像素子の製造方法を示す断面図
【図７】本発明の実施の形態６における固体撮像素子の製造方法を示す断面図
【図８】従来の固体撮像素子における受光部周辺の積層構造を示す断面図
【符号の説明】
【００７６】
１  シリコン基板
２  フォトダイオード（受光部）
３  ＳｉＮ膜
４  ｐｏｌｙ層間膜
５  第１配線層間膜
６  第１配線層
７  第１拡散防止膜
７ａ、１０ａ、１３ａ  開口周縁部
７ｂ、１０ｂ、１３ｂ  補助パターン
８  第２配線層間膜
９  第２配線層
１０  第２拡散防止膜
１１  第３配線層間膜
１２  第３配線層
１３  第３拡散防止膜
１４  層間膜
１５  保護膜
１６  カラーフィルタ
１７  マイクロレンズ
１８〜２０  受光開口部
２１、２２、２５、２６、３０  マスク
２３、２９  ＳｉＮ層
２４  埋め込み部
２７  開口
２８  凹部
【図１Ａ】
2009245986.tif 000003
【図１Ｂ】
2009245986.tif 000004
【図２】
2009245986.tif 000005
【図３】
2009245986.tif 000006
【図４】
2009245986.tif 000007
【図５】
2009245986.tif 000008
【図６】
2009245986.tif 000009
【図７】
2009245986.tif 000010
【図８】
2009245986.tif 000011