JP2002110954A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固体撮像素子において、微細線幅を有し、パ
ターン剥がれ、現像残査のない反射防止膜の形成を可能
にする。 【解決手段】 複数の受光センサ部３を有する撮像領域
５上に平坦化膜７が形成され、 少なくとも受光センサ
部３に対応する部分を除いて、平坦化膜７に反射防止膜
８が埋め込まれるように形成されて成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像領域上に反射
防止膜を有する固体撮像素子及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子、例えば業務用等のＣＣＤ
固体撮像素子では、フレア対策としてメタル遮光膜上に
平坦化膜を介して反射防止膜を形成して構成される。図
５は、従来の反射防止膜を有するＣＣＤ固体撮像素子、
特にその撮像領域の要部を示す。このＣＣＤ固体撮像素
子２１は、半導体基体２２の一主面にマトリックス状に
例えばフォトダイオードからなる複数の受光センサ部２
３が形成され、各受光センサ部列に対応して垂直転送レ
ジスタ部２４が形成されてなる撮像領域２５を有して成
る。垂直転送レジスタ部２４は、半導体基体２２に形成
された埋め込みチャネル領域３１上に絶縁膜３２を介し
て、例えば多結晶シリコンからなる転送電極３３を形成
して構成される。転送電極３３は、読み出しゲート部３
４及びチャネルストップ領域３５上に跨がるように形成
される。

【０００３】撮像領域２５では、受光センサ部２３を除
く他部全面、即ち、垂直転送レジスタ部２４及び垂直方
向に隣り合う受光センサ部２３間上に、層間絶縁膜３６
を介して、例えばアルミニウム（Ａｌ）からなるメタル
遮光膜２６が格子状に形成され、アクリル系熱硬化性樹
脂、またはプラズマＳｉＮ等の無機膜による平坦化膜２
７を介して、反射防止膜２８が形成される。反射防止膜
２８は、黒顔料分散型フォトレジストを用いて下地のメ
タル遮光膜２６に重ね合わされるように形成され、受光
センサ部２３を除いて例えば格子状に、或いは垂直転送
レジスタ部２４の転送電極３３に沿うようにストライプ
状に形成される。さらに、光透過性の平坦化膜２９を介
して各受光センサ部２３に対応するオンチップレンズ３
０が形成される。

【０００４】かかる固体撮像素子２１において、入射光
がオンチップレンズ３０により集光されて受光センサ部
２３へ入射されるが、メタル遮光膜２６で蹴られてフレ
アの原因になる光については、メタル遮光膜２６へ到達
する前に反射防止膜２８で吸収され、受光センサ部２３
側へ入射されない。従って、フレア発生が防止される。

【０００５】図６〜図７は、上述のＣＣＤ固体撮像素子
２１の製造方法、特に、その反射防止膜２８の形成方法
を示す。図６Ａに示すように、半導体基体２２に受光セ
ンサ部２３、垂直転送レジスタ部２４、メタル遮光膜２
６、読み出しゲート部３４、チャネルストップ領域３５
等を形成した後、例えばアクリル系熱硬化性樹脂、また
はプラズマＳｉＮ膜等の無機膜により、平坦化膜２７を
形成する。次に、図６Ｂに示すように、平坦化膜２７上
に反射防止膜となる黒顔料分散型フォトレジスト膜（例
えばネガ型フォトレジスト膜）２８′を、例えばスピン
コートにより形成する。次に、図７Ｃに示すように、ス
テッパー等の露光装置を用い、形成すべき反射防止膜の
パターンに対応したパターンを有する露光マスク３７を
介して、黒顔料分散型フォトレジスト膜２８′を露光
し、次いで、図７Ｄに示すように、現像、ポストベーキ
ング処理して、所望の反射防止膜２８を形成する。この
後は、図５に示すように、光透過型の平坦化膜２９を形
成し、オンチップレンズ３０を形成して、ＣＣＤ固体撮
像素子２１を製造する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来は、上述したよう
に、反射防止膜２８を黒顔料分散型フォトレジストを用
いて公知のリソグラフィ法で形成していた。一方、近
年、固体撮像素子のユニットセルが縮小してきており、
これに伴って、反射防止膜の加工精度の向上が必須とな
ってきた。しかし、黒顔料分散型フォトレジストは、解
像度が低く、２μｍ以下の線幅を得ることができない。
また、ステッパーで露光する際、露光マスク３７を下地
のメタル遮光膜２６と重ね合わせてマスク合わせするが
（いわゆる露光マスクのアライメント）、照射するアラ
イメント光を黒顔料分散型フォトレジストが吸収してし
まい、アライメント精度が低下してしまう。即ち、アラ
イメント光の透過率が低くアライメント精度が悪いた
め、下地のメタル遮光膜２６とのズレが生じると、本来
の受光センサ部２３に集光される光が蹴られるのでデバ
イス感度が低下する。更に、現像残査やパターン剥がれ
が発生し易いため、画像欠陥不良による歩留り低下とい
った問題もあった。図８Ａは、ストライプ状の反射防止
膜２８において、正常なパターンに形成された例であ
る。図８Ｂは、パターン剥がれ４１及び現像残査４２が
発生した例である。

【０００７】本発明は、上述の点に鑑み、ユニットセル
の縮小化に対応した微細線幅の反射防止膜を有する固体
撮像素子及びその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る固体撮像素
子は、複数の受光センサ部を有する撮像領域上に平坦化
膜を形成し、 少なくとも受光センサ部に対応する部分
を除いて、平坦化膜に反射防止膜を埋め込むように形成
して構成する。

【０００９】本発明の固体撮像素子においては、フレア
を防止するための反射防止膜が平坦化膜に埋め込まれる
ように形成されるので、反射防止膜のパターン剥がれが
発生し難く、またリソグラフィ法を用いずに反射防止膜
の形成が可能になり、従来の現像残査が生じない。反射
防止膜の線幅も黒顔料分散型レジストの解像限界以下の
線幅が得られる。

【００１０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、
複数の受光センサ部を有する撮像領域上に平坦化膜を形
成する工程と、少なくとも受光センサ部に対応する部分
を除いて、平坦化膜に溝を形成する工程と、溝内に埋め
込むように、反射防止膜を形成する工程を有する。

【００１１】本発明の固体撮像素子の製造方法において
は、平坦化膜に溝を形成し、この溝内に埋め込むように
フレアを防止するための反射防止膜を形成する工程を有
することにより、リソグラフィ法を用いずに反射防止膜
の形成が可能になり、パターン剥がれ、現像残査を生じ
させないで反射防止膜の形成ができる。溝内に反射防止
膜を埋め込むので、反射防止膜と平坦化膜との接着面積
が増し、反射防止膜剥がれが生じ難い。反射防止膜とし
て、黒顔料分散型レジストの解像限界以下の線幅の反射
防止膜が形成できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１３】図１は、本発明の固体撮像素子をＣＣＤ固
体撮像素子に適用した場合の一実施の形態を示す。同図
は撮像領域の要部を示す。本実施の形態に係るＣＣＤ固
体撮像素子１は、例えばシリコン等による半導体基体２
の一主面にマトリックス状に例えばフォトダイオードか
らなる複数の受光センサ部３が形成され、各受光センサ
部列に対応して垂直転送レジスタ部４が形成されてなる
撮像領域５を有してなる。垂直転送レジスタ部４は、半
導体基体２に形成された埋め込みチャネル領域１１上に
絶縁膜１２を介して、例えば多結晶シリコンからなる転
送電極１３を形成して構成される。転送電極１３は、読
み出しゲート部１４及びチャネルストップ領域１５上に
跨がるように形成される。

【００１４】撮像領域５では、受光センサ部３を除く他
部全面、即ち、垂直転送レジスタ部４及び垂直方向に隣
り合う受光センサ部３間上に、層間絶縁膜１６を介し
て、アルミニウム（Ａｌ）等からなるメタル遮光膜６が
格子状に形成される。

【００１５】そして、本実施の形態では、特に、受光セ
ンサ部３、読み出しゲート部１４、垂直転送レジスタ部
４、チャネルストップ領域１５を含む全面上に平坦化膜
７を形成し、少なくとも受光センサ部３に対応する部分
を除いて、この平坦化膜７にフレアを防止するための反
射防止膜８を形成する。反射防止膜８は、下地のメタル
遮光膜６に重ね合わせて形成するものであり、受光セン
サ部３を除いて格子状に、或いは垂直転送レジスタ部４
の転送電極１３に沿うようにストライプ状に形成するこ
とができる。反射防止膜８は、平坦化膜７に溝を形成
し、この溝内に埋め込むようにして形成することができ
る。反射防止膜材料としては、例えば、感光性のない顔
料分散型樹脂、顔料分散型フォトレジスト等を用いるこ
とができる。

【００１６】さらに、反射防止膜８が埋め込まれた平坦
化膜７上に光透過性の平坦化膜９を介して各受光センサ
部３に対応するオンチップレンズ１０が形成される。カ
ラー固体撮像素子として構成するときは、光透過性の平
坦化膜９にオンチップカラーフィルタを形成することも
可能である。なお、図示せざるも、インターライン転送
（ＩＴ）方式であれば、撮像領域５に接続して水平転送
レジスタ部及び出力部が配置され、フレームインターラ
イン（ＦＩＴ）方式であれば、撮像領域５に接続して蓄
積領域、さらに水平転送レジスタ部及び出力部が配置さ
れる。

【００１７】このＣＣＤ固体撮像素子１では、受光量に
応じて各受光センサ部３に信号電荷が蓄積され、読み出
しゲート部１４を通して垂直転送レジスタ部４へ読み出
され、更に水平転送レジスタ部へ転送され、電荷電圧変
換されて出力部より出力される。受光時、入射光はオン
チップレンズ１０で集光されて受光センサ部３へ入射さ
れるが、フレアの原因となるメタル遮光膜６で蹴られそ
うな光は、メタル遮光膜６へ到達する前に反射防止膜８
により吸収される。従って、フレアは防止される。

【００１８】本実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像素子１
によれば、フレアを防止するための反射防止膜８を平坦
化膜７に埋め込まれるように形成するので、反射防止膜
８と平坦化膜７との接触面積が増し、両者の密着性が上
り半導体素子基板のパターン剥がれが発生し難くなる。
リソグラフィ法を用いずに反射防止膜８を形成すること
が可能になり、従来の現像残査が無くなり画像欠陥が生
じない。反射防止膜８と下地のメタル遮光膜６との重ね
合わせ精度が向上し、受光センサ部３に集光する入射光
がメタル遮光膜６において蹴られることがなく、デバイ
ス感度を向上することができる。従来の黒顔料分散型レ
ジストをリソグラフィ法を用いて反射防止膜を形成する
のに比べて、本実施の形態における反射防止膜８の線幅
は、黒顔料分散型レジストの解像度以下の線幅とするこ
とが可能になり、且つ線幅に均一性も向上する。

【００１９】次に、図２〜図４を用いて、本実施の形態
に係るＣＣＤ固体撮像素子の製造方法を説明する。図２
Ａに示すように、半導体基体２に受光センサ部３、垂直
転送レジスタ部４、メタル遮光膜６、読み出しゲート部
１４、チャネルストップ領域１５等を形成した後、全面
上に平坦化膜７を形成する。平坦化膜７は、後述の反射
防止膜となる顔料分散型樹脂のエッチング時に選択比の
高いものが望ましく、例えばＳｉＮ，ＳｉＯ等の無機膜
で形成するのが良い。

【００２０】次に、図２Ｂに示すように、平坦化膜７上
にフォトレジスト膜（例えばポジ型フォトレジスト膜）
を形成し、公知のリソグラフィ法によりレジストマスク
を形成する。即ち、ステッパー等の露光装置を用い、形
成すべき反射防止膜のパターンに対応したパターンを有
する露光マスクを介して、フォトレジスト膜を露光し、
現像処理してレジストマスク１７を形成する。露光マス
クのマスク合わせでは、通常のフォトレジストを用いる
ので、フォトレジストでのアライメント光の吸収はな
く、精度よくマスク合わせが行える。

【００２１】次に、図３Ｃに示すように、レジストマス
ク１７を介してドライエッチングにより、平坦化膜７の
表面にその後形成すべき反射防止膜のパターンに対応し
たパターンの溝１８を形成する。そして、図３Ｄに示す
ように、レジストマスク１７を剥離して溝１８の形成を
完了する。この溝１８は、下地のメタル遮光膜６に重ね
合わされるように形成するもので、受光センサ部３に対
応する部分を除いて、例えば格子状に、または転送電極
１３に沿うようなストライプ状に形成する。

【００２２】次に、図３Ｅに示すように、溝１８内を含
む平坦化膜７上の全面に反射防止膜材料層１９を形成す
る。本例では感光性を有しない顔料分散型樹脂層１９を
スピンコート法で形成する。この顔料分散型樹脂の材料
組成の一例を下記に示す。 〔顔料分散型樹脂組成〕 樹脂 アクリル樹脂 １０重量％ 顔料 赤顔料（Ｃ．Ｉ．ＰＲ２５４）、 青顔料（Ｃ．Ｉ．ＰＢ１５：６）、 緑顔料（Ｃ．Ｉ．ＰＧ７） ３重量％ 溶剤 ＰＥＧＭＥＡ ８７重量％

【００２３】次に、図４Ｆに示すように、顔料分散型樹
脂層１９に対しドライエッチングを施し、例えばＯ₂ プ
ラズマによるエッチバックを行って格子状、またはスト
ライプ状の溝１８内に埋め込まれた反射防止膜８を形成
する。このエッチバックはオーバーエッチ気味に行うを
可とする。これにより、反射防止膜８は溝内のみに形成
され、平坦化膜７の他の表面には残らない。

【００２４】その後、平坦化膜７上に光透過性の平坦化
膜９を形成し、さらにオンチップレンズ１０を形成し
て、図４Ｇに示すように、目的のＣＣＤ固体撮像素子１
を得る。

【００２５】反射防止膜８として、感光性のない顔料分
散型樹脂を使用したが、その他、従来法で使用している
顔料分散型フォトレジストも代用できる。

【００２６】本実施の形態の製造方法によれば、反射防
止膜材料、例えば顔料分散型樹脂を溝１８内に埋め込ん
で反射防止膜８を形成するようにしたので、反射防止膜
８のパターンの最小線幅は溝１８の形成時の加工サイズ
で決定され、微細線幅の反射防止膜８を形成することが
できる。即ち、反射防止膜パターンの最小線幅は、溝形
成に使うレジストの解像力とドライエッチングの加工精
度で決まる。本実施の形態では、従来の黒顔料分散型レ
ジストの解像限界以下の、例えば線幅１．０μｍの反射
防止膜８を容易に形成することができる。また、線幅の
均一性が良い反射防止膜を形成できる。

【００２７】反射防止膜８と下地のメタル遮光膜６との
重ね合わせ精度は、図３Ｃの溝１８のパターン形成で決
定するため、従来法より良好となる。反射防止膜８を平
坦化膜７に埋め込むことにより、反射防止膜８と平坦化
膜７との接触面積が増し、両者の密着性を向上すること
ができ、反射防止膜７のパターン剥がれを阻止すること
ができ、製造の歩留りを向上することができる。顔料分
散型樹脂層１９をエッチバックして反射防止膜８を形成
するので、顔料分散型樹脂の残査がなく、従来のような
現像残査による画像欠陥は発生しない。顔料分散型樹脂
を反射防止膜８として使用するので、耐光性、耐熱性に
優れる。

【００２８】上例では、本発明をＣＣＤ固体撮像素子に
適用したが、その他、例えばＣＭＯＳ型固体撮像素子等
の他の固体撮像素子にも適用することができる。

【００２９】本発明の平坦化膜に埋め込む反射防止膜
は、固体撮像素子以外の例えば、液晶表示装置、プラズ
マディスプレイなどの表示デバイスにおける外光反射防
止膜にも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、固体撮像素子における
反射防止膜として、従来の黒顔料分散型フォトレジスト
の解像限界以下の線幅が得られ、且つ均一性も向上する
ことができる。反射防止膜のパターン剥がれが発生しに
くいため、製造の歩留りを向上することができる。従来
の現像残査が生じないので、画像欠陥を発生することが
ない。反射防止膜と下地のメタル遮光膜との重ね合わせ
精度を向上することができ、信頼性の高い固体撮像素子
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像素子の一実施の形態を示
す要部の構成図である。

【図２】Ａ〜Ｂ 本発明に係る固体撮像素子の製造方法
の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。

【図３】Ｃ〜Ｅ 本発明に係る固体撮像素子の製造方法
の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。

【図４】Ｆ〜Ｇ 本発明に係る固体撮像素子の製造方法
の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。

【図５】従来例の固体撮像素子を示す要部の構成図であ
る。

【図６】Ａ〜Ｂ 従来例の固体撮像素子の製造方法を示
す製造工程図（その１）である。

【図７】Ｃ〜Ｄ 従来例の固体撮像素子の製造方法を示
す製造工程図（その２）である。

【図８】Ａ 固体撮像素子の反射防止膜の正常なパター
ン例を示す説明図である。 Ｂ 固体撮像素子の反射防止膜のパターン剥がれ、現像
残査が発生した例を示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・固体撮像素子、２・・・半導体基体、３・・・
受光センサ部、４・・・垂直転送レジスタ部、５・・・
撮像領域、６・・・メタル遮光膜、７・・・平坦化膜、
８・・・反射防止膜、９・・・平坦化膜、１０・・・オ
ンチップレンズ、１３・・・転送電極、１７・・・レジ
ストマスク、１８・・・溝、１９・・・反射防止膜材料
層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AA10 AB01 BA12 BA13 BA14 CA03 CA34 CA40 DA03 EA01 FA06 FA26 FA35 GB11 GD04 5C024 AX01 CX01 CY47 EX24 GY03 GY04 GY31 5F088 AA01 BA18 BB03 HA02 HA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の受光センサ部を有する撮像領域上
   に平坦化膜が形成され、 少なくとも前記受光センサ部に対応する部分を除いて、
   前記平坦化膜に反射防止膜が埋め込まれるように形成さ
   れて成ることを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 複数の受光センサ部を有する撮像領域上
   に平坦化膜を形成する工程と、 少なくとも前記受光センサ部に対応する部分を除いて、
   前記平坦化膜に溝を形成する工程と、 前記溝内に埋め込むように、反射防止膜を形成する工程
   を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記平坦化膜に溝を形成する工程の後、 前記溝内を含んで前記平坦化膜上に反射防止膜用材料層
   を形成し、該反射防止用材料層をエッチバック処理して
   前記溝内に反射防止膜を形成することを特徴とする請求
   項２に記載の固体撮像素子の製造方法。