JP2002353428A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】層内レンズの形状を最適化することができ、入
射光の集光状態が改善された固体撮像装置およびその製
造方法を提供する。 【解決手段】基板１１に形成された複数の受光部１２
と、基板１１上に形成され、受光部１２の上方に開口部
を有する遮光膜１６と、遮光膜１６上に形成された段差
調整膜１８と、少なくとも受光部１２上に形成され、段
差調整膜１８の形成状態に応じて所定の曲率をもった窪
み１９ａを上面に有する光学的に透明な層間膜１９と、
少なくとも窪み１９ａの上に形成され、集光機能を有す
る光透過膜２０とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光部とオンチッ
プレンズとの間の層間膜上に形成され、当該層間膜の形
状を反映したレンズ曲面を下面に有する層内レンズが形
成された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、チップサ
イズの小型化および多画素化が非常に強く望まれてい
る。

【０００３】しかし、現状の画素サイズのままチップを
小型化したのでは、画素数が減少し、その結果として解
像度が低下する。また、現状の画素サイズのまま多画素
化したのでは、チップサイズが大きくなり、生産コスト
の増大あるいはチップ歩留りの低下を招く。

【０００４】従って、チップサイズの小型化または多画
素化を実現するには、画素サイズを現状より縮小するこ
とが必須となる。これができれば、解像度を維持したま
ま小型のＣＣＤ固体撮像素子を提供することができ、あ
るいは逆に素子サイズを維持したまま解像度を上げるこ
とができる。

【０００５】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。受光部の
光電変換効率を向上させることにより感度特性を維持す
ることも可能であるが、その場合、ノイズ成分も増幅し
てしまうため、ＣＣＤ固体撮像素子から出力される映像
信号のＳ／Ｎ比が低下する。つまり、画素サイズを縮小
したときの感度特性の維持を光電変換の効率向上のみで
達成するべきではなく、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐために各
画素への集光効率をできるだけ向上させることが必要と
なってくる。

【０００６】この観点から、受光部上方に設けたカラー
フィルタ上にオンチップレンズ（ＯＣＬ：On Chip Len
s) 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。しかし、例えば４×４μｍ以下の画素サイズを
有するＣＣＤ固体撮像素子では、オンチップレンズ単独
で集光効率を高めることは、ほぼ限界に近づいている。
そこで、この限界を打開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。

【０００７】この層内レンズを有するＣＣＤ固体撮像素
子の製造方法について、図９（ａ）〜図１１（ｅ）を用
いて説明する。まず、図９（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１１に、従来と同様な方法によって、受光部１
２、電荷転送部１３、受光部１２と電荷転送部１３との
間に図示を省略した読み出しゲート部、および、受光部
１２と電荷転送部１３との間に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。

【０００８】次に、図９（ｂ）に示すように、遮光膜１
６およびその開口部上に、ＰＳＧ(Phosphosilicate gla
ss) あるいはＢＰＳＧ（Borophosphosilicate glass)膜
を成膜して層間絶縁膜１９を形成し、リフロー処理を施
す。ただし、完全に平坦化する必要はなく、層間絶縁膜
１９の上面には窪み１９ａが形成されている。

【０００９】次に、図１０（ｃ）に示すように、層間絶
縁膜１９上に、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコン
（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）等からなる
光透過膜２０ａを形成し、当該光透過膜２０ａ上にレジ
ストＲを塗布し平坦化する。

【００１０】次に、図１０（ｄ）に示すように、レジス
トＲと光透過膜２０ａの材料との選択比がほぼ１となる
条件でエッチングを行い、表面が平坦化されその下面に
所定の曲率のレンズ面を有する層内レンズ２０を形成す
る。

【００１１】次に、図１１（ｅ）に示すように、層内レ
ンズ２０上に、例えば酸化シリコンからなるパッシベー
ション膜２１を形成し、当該パッシベーション膜２１上
に、既知の方法を用いてオンチップカラーフィルタ２２
とオンチップレンズ２３を形成する。以上により、層内
レンズを有するＣＣＤ固体撮像素子が形成される。

【００１２】また、上記の層内レンズのように下面にレ
ンズ曲面を形成するのに加えて、その上面にも凸レンズ
を形成することで集光効率をさらに向上させる技術が、
特開平１１−４０７８７号公報に開示されている。

【００１３】この公報に開示された両面にレンズ曲面が
形成された層内レンズを有するＣＣＤ固体撮像素子の製
造方法について、図１２（ａ）〜図１５（ｇ）を用いて
説明する。まず、図１２（ａ）に示すように、シリコン
基板１１に、従来と同様な方法によって、受光部１２、
電荷転送部１３、受光部１２と電荷転送部１３との間に
図示を省略した読み出しゲート部、および、受光部１２
と電荷転送部１３との間に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。

【００１４】次に、図１２（ｂ）に示すように、遮光膜
１６およびその開口部上に、ＰＳＧあるいはＢＰＳＧ膜
を成膜して層間絶縁膜１９を形成し、リフロー処理を施
す。ただし、完全に平坦化する必要はなく、層間絶縁膜
１９の上面には窪み１９ａが形成されている。

【００１５】次に、図１３（ｃ）に示すように、層間絶
縁膜１９上に、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコン
（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）等からなる
光透過膜３１ａを形成し、当該光透過膜３１ａ上にレジ
ストＲを塗布し平坦化する。

【００１６】次に、図１３（ｄ）に示すように、レジス
トＲと光透過膜３１ａの材料との選択比がほぼ１となる
条件でエッチングを行い、表面が平坦化された光透過膜
からなる第１レンズ３１を形成する。

【００１７】次に、図１４（ｅ）に示すように、表面が
平坦化された第１レンズ３１上に、プラズマＣＶＤ法に
より、さらに、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂ ）等からなる光透過膜３２ａを形成す
る。続いて、光透過膜３２ａ上にレジストを塗布し、レ
ジストを受光部１２を中心とした領域が残るようにパタ
ーニングした後、リフロー処理する。これにより、表面
が所定の曲率の曲面となった凸レンズ状のレジストパタ
ーンＲＰが形成される。

【００１８】次に、図１４（ｆ）に示すように、レジス
トパターンＲＰと光透過膜３２ａの材料との選択比がほ
ぼ１となる条件でエッチングを行う。これにより、レジ
ストパターンＲＰの形状をよく反映した光透過膜からな
る凸状の第２レンズ３２が形成され、その下面が第１レ
ンズ３１、その上面が第２レンズ３２からなる層内レン
ズ３０を形成する。

【００１９】次に、図１５（ｇ）に示すように、所定の
曲率の表面を有する層内レンズ３０を埋め込むように、
平坦化膜３３を形成して表面を平坦化した後、当該平坦
化膜３３上に、既知の方法を用いてオンチップカラーフ
ィルタ２２とオンチップレンズ２３を形成する。以上に
より、下面が第１レンズ３１、上面が第２レンズ３２か
らなる層内レンズ３０を有するＣＣＤ固体撮像素子が形
成される。

【００２０】上記の層内レンズを有する固体撮像素子に
おいては、オンチップレンズ２３のレンズ曲面（凸状曲
面）で受けた光が集光され、層内レンズ２０，３０で更
に光が集光されて受光部１２に入射されることとなる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、層内レンズ２０および層内レンズ３０の下面の形状
は、その下地となる層間絶縁膜１９の上面の形状により
決定される。

【００２２】層間絶縁膜１９の形状は、その成膜条件に
より決定され、主としてボロン（Ｂ）あるいはリン
（Ｐ）などの不純物濃度、膜厚、リフロー温度の３つの
条件により決定される。すなわち、層間絶縁膜１９は、
成膜時には下地の形状を反映するように形成され、その
後、その上面が所定の曲率を有する球形状となるように
リフロー処理を行っているが、このリフロー時におい
て、層間絶縁膜１９中の不純物濃度、リフロー温度、膜
厚が大きければ、よりリフロー後の形状をなめらかにす
ることができる。

【００２３】しかしながら、上記の３つの条件を制御す
るのみでは、様々な画素サイズを有する多くのＣＣＤ固
体撮像素子に対し、集光状態の最適化を行うのは困難と
なっている。

【００２４】例えば、画素サイズの大きいものにおい
て、集光状態の最適化から受光部１２から層内レンズ２
０，３０までの距離を十分確保する必要があるが、この
場合に、ＢＰＳＧの膜厚を増やすと、リフロー処理後の
層間絶縁膜１９の上面の窪み１９ａがなくなってしま
う。

【００２５】その結果、図１６に示すように、層間絶縁
膜１９上に形成する層内レンズ２０がほとんどレンズ曲
面を有さなくなってしまうことから、オンチップレンズ
２３を通過した入射光Ｌの受光部１２への集光率が低く
なってしまう。

【００２６】また、上記のレンズ形状の最適化のための
３つの成膜条件のうち、リフロー温度は、通常９００℃
程度であるが、これ以上、高い温度で成膜すると基板１
１に導入された不純物の拡散度合が変化してしまうこと
から、従来、実質的には、不純物濃度と膜厚の２つの成
膜条件をコントロールすることでしか、層内レンズ２０
の形状を最適化することはできなかった。

【００２７】以上のように、層内レンズを有するＣＣＤ
固体撮像素子において、層内レンズ２０の形状を最適化
するためのさらなる方法が求められている。

【００２８】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、層内レンズの形状を最適化するこ
とができ、入射光の集光状態が改善された固体撮像装置
およびその製造方法を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の固体撮像装置は、基板に形成された複数の
受光部と、前記基板上に形成され、前記受光部の上方に
開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜上に形成された段
差調整膜と、少なくとも前記受光部上に形成され、前記
段差調整膜の形成状態に応じて所定の曲率をもった窪み
を上面に有する光学的に透明な層間膜と、少なくとも前
記窪みの上に形成され、集光機能を有する光透過膜とを
有する。

【００３０】好適には、各受光部に対応する前記光透過
膜の光軸中心が、前記基板面内における当該各受光部の
位置毎に異なるように形成されている。

【００３１】好適には、各受光部に対応する前記窪みの
形状が、前記基板面内における当該各受光部の位置毎に
異なるように形成されている。

【００３２】前記基板と絶縁して形成された転送電極を
さらに有し、前記遮光膜は、前記転送電極を被覆するよ
うに、前記基板および前記転送電極上に形成されてい
る。

【００３３】前記光透過膜の上方に形成されたオンチッ
プレンズをさらに有する。

【００３４】上記の本発明の固体撮像装置によれば、遮
光膜上には段差調整膜が形成されていることから、少な
くとも受光部上に形成される層間膜の上面には、段差調
整膜の形成状態に応じて所定の曲率をもった窪みが形成
され、その結果、少なくとも窪み上に形成される光透過
膜は、当該窪みの曲率に応じた集光機能を有することと
なる。上記の段差調整膜の厚み、受光部を挟んで対向す
る段差調整膜間の距離、あるいは遮光膜上に形成する段
差調整膜の位置等の段差調整膜の形成状態を変化させる
ことで、光透過膜が形成される窪みの曲率、窪みの受光
部までの距離、受光部に対する光透過膜の光軸中心の位
置等が最適化され、光透過膜の集光機能が最適化される
こととなる。

【００３５】さらに、上記の目的を達成するため、本発
明の固体撮像装置の製造方法は、基板に複数の受光部を
形成する工程と、前記基板上に、前記受光部の上方に開
口部を有する遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜上に
段差調整膜を形成する工程と、少なくとも前記受光部上
に、前記段差調整膜の形成状態に応じて所定の曲率をも
った窪みを上面に有する光学的に透明な層間膜を形成す
る工程と、少なくとも前記窪みの上に集光機能を有する
光透過膜を形成する工程とを有する。

【００３６】前記段差調整膜を形成する工程の前に、少
なくとも前記遮光膜上に前記段差調整膜と所定のエッチ
ング選択比を有するエッチングストッパ膜を形成する工
程をさらに有し、前記段差調整膜を形成する工程は、前
記エッチングストッパ膜上に段差調整膜用層を形成する
工程と、前記段差調整膜用層をエッチング加工して前記
段差調整膜を形成する工程とを有する。

【００３７】前記層間膜を形成する工程の後に、熱処理
により当該層間膜を軟化して、前記窪みの深さを調節す
る。

【００３８】上記の本発明の固体撮像装置の製造方法に
よれば、遮光膜上に段差調整膜を形成し、少なくとも受
光部上に、段差調整膜の形成状態に応じて所定の曲率を
もった窪みを上面に有する光学的に透明な層間膜を形成
し、少なくとも窪みの上に集光機能を有する光透過膜を
形成することから、段差調整膜の形状状態を最適化する
ことで、所望の集光機能を有する光透過膜が形成され
る。

【００３９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の固体撮像装置の
実施の形態について、図面を参照して説明する。

【００４０】図１は本実施形態に係る固体撮像装置の主
要な構成を示す図である。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。

【００４１】撮像部２は、光電変換を行う受光部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。

【００４２】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。撮像部２に、垂
直転送部７を駆動する４相のクロック信号φＶ１，φＶ
２，φＶ３，φＶ４が入力される。水平転送部３に、こ
れを駆動する２相のクロック信号φＨ１，φＨ２が入力
される。

【００４３】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。

【００４４】図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図
である。図２に示すように、シリコン基板またはシリコ
ン基板に形成されたｐ型ウェル（以下、基板という）１
１等に、例えば、ｎ型不純物領域などからなり基板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。

【００４５】受光部１２の一方側と他方側に、それぞれ
所定距離をおいて、主にｎ型不純物領域からなる電荷転
送部１３が形成されている。なお、図示を省略したが、
受光部１２と一方の電荷転送部１３との間に、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
しゲート部が形成され、受光部１２と他方の電荷転送部
１３との間に、高濃度のｐ型不純物領域からなるチャネ
ルストッパが基板深部にまで形成されている。

【００４６】基板１１上には、酸化シリコンなどの絶縁
膜１４ａが形成され、電荷転送部１３上には絶縁膜１４
ａを介して、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。

【００４７】電荷転送部１３および受光部１２上には、
２層の絶縁膜１４ｂおよび絶縁膜１４ｃが形成されてい
る。絶縁膜１４ｃ上には、転送電極１５を被覆するよう
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が形成されてい
る。遮光膜１６が転送電極１５を被覆するように形成さ
れているのは、遮光膜１６の電荷転送部１３に対する遮
光性を高めスミアを抑えるためである。

【００４８】遮光膜１６上および開口部１６ａ内の絶縁
膜１４ｃ上を被覆して、例えば、酸化シリコンからなる
エッチングストッパ膜１７が形成されている。また、遮
光膜１６上には、エッチングストッパ膜１７を介して、
例えば、タングステン等からなる段差調整膜１８が形成
されている。

【００４９】段差調整膜１８およびエッチングストッパ
膜１７を被覆して、例えば、ＰＳＧ(Phosphosilicate g
lass) またはＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) な
どからなる層間絶縁膜１９が形成されている。層間絶縁
膜１９の表面には、上記の段差調整膜１８およびエッチ
ングストッパ膜１７により形成された下地の段差の形状
を反映して窪み１９ａが形成されている。

【００５０】層間絶縁膜１９上には、受光部１２の上方
領域にその窪み１９ａの形状を反映して所定の曲率のレ
ンズ面を下面に有する層内レンズ２０が形成されてお
り、層内レンズ２０の上面は平坦化されている。層内レ
ンズ２０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。

【００５１】上面が平坦化された層内レンズ２０を被覆
して、酸化シリコンなどからなるパッシベーション膜２
１が形成されている。パッシベーション膜２１上に、オ
ンチップカラーフィルタ２２が形成されている。オンチ
ップカラーフィルタ２２は、原色系のカラーコーディン
グ方式では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかに
着色され、補色系では、例えば、シアン（Ｃｙ）、マゼ
ンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）などのいず
れかに着色されている。

【００５２】オンチップカラーフィルタ２２上に、ネガ
型感光樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ
（ＯＣＬ）２３が形成されている。オンチップレンズ２
３は遮光膜上方の光も有効利用して受光部１２に入射さ
せるため、無効領域となる隙間をできるだけ少なくする
ように形成されている。オンチップレンズ２３のレンズ
曲面（凸状曲面）で受けた光が集光され、層内レンズ２
０で更に光が集光されて受光部１２に入射されることと
なる。

【００５３】次に、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（ａ）〜図５（ｆ）を用いて説明
する。なお、図３（ａ）〜図５（ｆ）は、図２に対応し
た断面図である。

【００５４】図３（ａ）に至るまでの工程について説明
する。まず、既知の方法に従って、シリコン基板内の各
種の不純物領域の形成を行う。すなわち、ｐ型のシリコ
ン基板またはシリコン基板に形成されたｐ型ウェル（以
下、基板という）１１に、ｐ型不純物を高濃度にイオン
注入して、図示しないチャネルストッパを形成する。ま
た、チャネルストッパの一方側にｎ型不純物を所定条件
でイオン注入して受光部１２を形成し、チャネルストッ
パの他方側にｎ型不純物を所定条件でイオン注入して電
荷転送部１３を形成し、電荷転送部１３と受光部１２と
の間にｎ型不純物を所定条件でイオン注入して図示しな
い読み出しゲート部を形成する。続いて、各種不純物領
域を形成した基板１１上に、熱酸化法またはＣＶＤ（Ch
emical Vapor Deposition)法により、酸化シリコン膜な
どを堆積させ、絶縁膜１４ａを形成する。続いて、絶縁
膜１４ａ上に、ＣＶＤ法により、不純物が添加されて導
電率を高めたポリシリコンを堆積させ、当該ポリシリコ
ンをパターニングして転送電極１５を形成する。続い
て、転送電極１５および受光部１２上を被覆して、例え
ば、酸化シリコン、窒化シリコンなどからなる２層の絶
縁膜１４ｂ，１４ｃを形成する。さらに、絶縁膜１４ｃ
上にタングステン（Ｗ）などの高融点金属をＣＶＤ法に
より堆積させ、当該高融点金属膜を受光部１２の上方で
開口部１６ａを有するようにパターニングして遮光膜１
６を形成する。以上で図３（ａ）に示す構造が形成され
る。

【００５５】次に、図３（ｂ）に示すように、遮光膜１
６およびその開口部１６ａ内の絶縁膜１４ｃ上に、ＣＶ
Ｄ法により、例えば酸化シリコンを堆積させて、エッチ
ングストッパ膜１７を形成する。なお、このエッチング
ストッパ膜１７は後に形成する段差調整膜をパターニン
グする際に、下地を保護するためのものであるから、段
差調整膜を構成する材料との高いエッチング選択比を有
する材料であればよい。

【００５６】次に、図４（ｃ）に示すように、エッチン
グストッパ膜１７上に、ＣＶＤ法により、例えば、タン
グステンを堆積させ、少なくとも受光部１２上方のタン
グステンを除去して、所望のパターンを有する段差調整
膜１８を形成する。

【００５７】次に、図４（ｄ）に示すように、段差調整
膜１８およびエッチングストッパ膜１７を被覆して、例
えば、ＣＶＤ法により、ＰＳＧまたはＢＰＳＧなどから
なる層間絶縁膜１９を形成する。ＰＳＧ膜またはＢＰＳ
Ｇ膜は、段差被覆性が高いので、成膜時には段差調整膜
１８により形成された下地の段差をなぞるようにして形
成され、必要に応じてリフロー処理を行うことで、受光
部１２の上方の層間絶縁膜１９の上面に、所定の曲率を
有する窪み１９ａを形成する。

【００５８】次に、図５（ｅ）に示すように、層間絶縁
膜１９上に、プラズマＣＶＤ法により、窒化シリコン
（ＳｉＮ）または酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）などからな
る光透過膜２０ａを形成し、当該光透過膜２０ａ上にレ
ジストＲを塗布し平坦化する。

【００５９】次に、図５（ｆ）に示すように、レジスト
Ｒと光透過膜２０ａの材料との選択比がほぼ１となる条
件でエッチングを行い、表面が平坦化され、その下面に
レンズ形状を有する層内レンズ２０を形成する。

【００６０】以降の工程としては、層内レンズ２０上に
例えば酸化シリコンからなるパッシベーション膜２１を
形成する。続いて、パッシベーション膜２１上に、例え
ば、染色法によりオンチップカラーフィルタ２２を形成
する。染色法では、カゼインなどの高分子に感光剤を添
加して塗布し、露光、現像、染色および定着を色ごとに
繰り返す。その他、分散法、印刷法または電着法等を用
いてオンチップカラーフィルタ２２を形成してもよい。
最後に、例えば、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をマスクとしたエッチングにより、
ネガ型感光性樹脂などの光透過性樹脂を加工してオンチ
ップレンズ２３を形成することで、図２に示す固体撮像
装置を製造することができる。

【００６１】本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法
では、従来例に比して、遮光膜１６上にエッチングスト
ッパ膜１７を形成する工程と、エッチングストッパ膜１
７を挟んで遮光膜１６上に、所定形状にパターニングさ
れた段差調整膜１８を形成する工程のみを追加すること
で足り、追加工程をできるだけ少なくしつつ、以下に説
明するように受光部１２への集光状態を改善することと
している。

【００６２】すなわち、層内レンズの形状を決定するこ
ととなる、図４（ｄ）に示す層間絶縁膜１９を形成する
工程において、当該層間絶縁膜１９は、下地の段差形状
を反映して形成されることから、段差調整膜１８の膜厚
を制御することにより、リフロー後の層間絶縁膜１９の
形状を最適化することができる。具体的には、図６に示
すように、段差調整膜１８の膜厚を大きくすることによ
り、層間絶縁膜１９に形成される窪み１９ａと受光部１
２との距離ｄおよび窪み１９ａの曲率を大きくすること
ができ、また、その逆も可能である。従って、段差調整
膜１８の膜厚を制御することで、層間絶縁膜１９の窪み
１９ａの形状を反映して形成される層内レンズ２０の受
光部１２との距離ｄおよびレンズの曲率を最適化するこ
とができ、画素サイズ毎に受光部１２への集光状態を最
適化することができる。これにより、固体撮像装置の感
度を向上させることができ、スミアの発生を低減するこ
とができる。

【００６３】また、段差調整膜１８として、遮光膜１６
と同じ材料であるタングステンなどを使用することによ
り、段差調整膜１８は、遮光性をも有することから、斜
め光が電荷転送部１３へ混入することによるスミアの発
生を低減することができる。

【００６４】さらに、同一チップ面内において、段差調
整膜１８のパターンを変化させることも有効である。す
なわち、撮像部２の周辺領域における画素８には、光が
斜めに入るので集光効果が落ちて、中央部分の画素８に
比して暗くなってしまうというシェーディング効果が生
じる。これを防止するため、撮像部２の周辺領域におい
ては、図７に示すように、例えば、光が左斜めから主に
入射する場合には、受光部１２に対して斜め光Ｌａが入
射する方向に存在する段差調整膜１８ａと受光部１２の
開口との間の距離Ａを、その反対方向に存在する段差調
整膜１８ｂと受光部１２の開口との間の距離Ｂに比して
大きくするように段差調整膜をパターニングすることに
より、形成される層内レンズ２０の光軸中心を受光部１
２の中心に対して、光の入射方向にずらすことができ、
斜め光Ｌａを有効に受光部１２に集光させることができ
る。このようにして、オンチップレンズ２３に用いられ
ている瞳補正と同様に、同一チップ内にて、受光部１２
に対する段差調整膜１８ａ，１８ｂのパターンをずら
し、このずらし量を最適化することで、シェーディング
を低減することができる。また、斜め光Ｌａが効率的に
受光部１２に集光されることにより、斜め光Ｌａが電荷
転送部１３へ混入することによるスミアの発生を低減す
ることもできる。

【００６５】また、段差調整膜１８の膜厚を変化させる
以外にも、同一チップ面内における画素部８の位置ごと
に、各層内レンズ２０の形状を最適化することもでき
る。すなわち、図８に示すように、遮光膜１６上に形成
された段差調整膜１８間の距離Ｃを変化させることによ
り、層間絶縁膜１９を形成する際の下地の段差形状を変
化させることができることから、層内レンズ２０の曲率
を変化させることができ、その結果、同一チップ面内に
おける各位置ごとに層内レンズ２０の形状を最適化する
ことができる。

【００６６】本発明は、上記の実施形態の説明に限定さ
れない。例えば、本実施形態においては、段差調整膜１
８として、遮光性を有する金属であるタングステンを使
用したがその他の金属膜により形成することもできる
し、また、金属以外にも、窒化シリコン膜などの無機膜
を使用することもできる。例えば、段差調整膜１８に無
機膜として窒化シリコン膜を使用する場合には、エッチ
ングストッパ膜１７として、同様に酸化シリコン膜を使
用することができる。また、本実施形態においては、エ
ッチングストッパ膜１７として、酸化シリコン膜を使用
することとしたが、窒化シリコン膜などの他の無機膜で
もよく、段差調整膜１８として使用する材料とのエッチ
ング選択比がとれる材料であれば特に限定はない。

【００６７】また、同一チップ面内において、段差調整
膜１８のパターンを変化させる際に、用途に応じて、図
７に示した受光部１２に対して斜め光Ｌａが入射する方
向に存在する段差調整膜１８ａと受光部１２の開口との
間の距離Ａを、その反対方向に存在する段差調整膜１８
ｂと受光部１２の開口との間の距離Ｂに比して小さくす
るように段差調整膜をパターニングして、形成される層
内レンズ２０の光軸中心を受光部１２の中心に対して、
光の入射方向とは反対の方向にずらしてもよい。さら
に、図７に示した同一チップ面内における段差調整膜間
の距離Ｃは、用途に応じて、チップ中央部の画素に比し
てチップ周辺部の画素における距離Ｃを大きくすること
も、またその逆も可能であり特に限定はない。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。

【００６８】

【発明の効果】本発明によれば、入射光の集光状態を改
善することができ、スミアやシェーディングを低減しつ
つ、感度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【図３】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、エッチングストッパ膜の形成工程までを示す断面図
である。

【図４】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、層間絶縁膜の形成工程までを示す断面図である。

【図５】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、層内レンズの形成工程までを示す断面図である。

【図６】本実施形態に係る固体撮像装置において、層内
レンズの形状を最適化するための一例を示す断面図であ
る。

【図７】本実施形態に係る固体撮像装置において、層内
レンズの形状を最適化するための他の一例を示す断面図
である。

【図８】本実施形態に係る固体撮像装置において、層内
レンズの形状を最適化するためのさらに他の一例を示す
断面図である。

【図９】従来例１に係る固体撮像装置の製造において、
層間絶縁膜の形成工程までを示す断面図である。

【図１０】従来例１に係る固体撮像装置の製造におい
て、層内レンズの形成工程までを示す断面図である。

【図１１】従来例１に係る固体撮像装置の製造におい
て、オンチップレンズを形成する最終工程までを示す断
面図である。

【図１２】従来例２に係る固体撮像装置の製造におい
て、層間絶縁膜の形成工程までを示す断面図である。

【図１３】従来例２に係る固体撮像装置の製造におい
て、第１レンズの形成工程までを示す断面図である。

【図１４】従来例２に係る固体撮像装置の製造におい
て、第１レンズと第２レンズを有する層内レンズの形成
工程までを示す断面図である。

【図１５】従来例２に係る固体撮像装置の製造におい
て、オンチップレンズを形成する最終工程までを示す断
面図である。

【図１６】従来例に係る固体撮像装置の問題点を説明す
るための断面図である。

【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、１１…基板、１２…受
光部、１３…電荷転送部、１４，１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ…絶縁膜、１５…転送電極、１６…遮光膜、１７…エ
ッチングストッパ膜、１８…段差調整膜、１９…層間絶
縁膜、２０…層内レンズ、２１…パッシベーション膜、
２２…オンチップカラーフィルタ、２３…オンチップレ
ンズ、３０…層内レンズ、３１…第１レンズ、３２…第
２レンズ、３３…平坦化膜、Ｒ…レジスト、ＲＰ…レジ
ストパターン。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に形成された複数の受光部と、 前記基板上に形成され、前記受光部の上方に開口部を有
   する遮光膜と、 前記遮光膜上に形成された段差調整膜と、 少なくとも前記受光部上に形成され、前記段差調整膜の
   形成状態に応じて所定の曲率をもった窪みを上面に有す
   る光学的に透明な層間膜と、 少なくとも前記窪みの上に形成され、集光機能を有する
   光透過膜とを有する固体撮像装置。
2. 【請求項２】各受光部に対応する前記光透過膜の光軸中
   心が、前記基板面内における当該各受光部の位置毎に異
   なるように形成されている請求項１記載の固体撮像装
   置。
3. 【請求項３】各受光部に対応する前記窪みの形状が、前
   記基板面内における当該各受光部の位置毎に異なるよう
   に形成されている請求項１記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】前記基板と絶縁して形成された転送電極を
   さらに有し、 前記遮光膜は、前記転送電極を被覆するように、前記基
   板および前記転送電極上に形成されている請求項１記載
   の固体撮像装置。
5. 【請求項５】前記光透過膜の上方に形成されたオンチッ
   プレンズをさらに有する請求項１記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】基板に複数の受光部を形成する工程と、 前記基板上に、前記受光部の上方に開口部を有する遮光
   膜を形成する工程と、 前記遮光膜上に段差調整膜を形成する工程と、 少なくとも前記受光部上に、前記段差調整膜の形成状態
   に応じて所定の曲率をもった窪みを上面に有する光学的
   に透明な層間膜を形成する工程と、 少なくとも前記窪みの上に集光機能を有する光透過膜を
   形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記段差調整膜を形成する工程において、
   各受光部に対応する前記光透過膜の光軸中心が、前記基
   板面内における当該各受光部の位置毎に異なるように形
   成されるよう前記段差調整膜を形成する請求項６記載の
   固体撮像装置の製造方法。
8. 【請求項８】前記段差調整膜を形成する工程において、
   各受光部に対応する前記窪みの形状が、前記基板面内に
   おける当該各受光部の位置毎に異なるように形成される
   よう前記段差調整膜を形成する請求項６記載の固体撮像
   装置の製造方法。
9. 【請求項９】前記段差調整膜を形成する工程の前に、少
   なくとも前記遮光膜上に前記段差調整膜と所定のエッチ
   ング選択比を有するエッチングストッパ膜を形成する工
   程をさらに有し、 前記段差調整膜を形成する工程は、前記エッチングスト
   ッパ膜上に段差調整膜用層を形成する工程と、前記段差
   調整膜用層をエッチング加工して前記段差調整膜を形成
   する工程とを有する請求項６記載の固体撮像装置の製造
   方法。
10. 【請求項１０】前記層間膜を形成する工程の後に、熱処
    理により当該層間膜を軟化して、前記窪みの深さを調節
    する請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 【請求項１１】前記受光部を形成する工程の後、前記受
    光部で生成した電荷の転送電極を前記基板と絶縁して形
    成し、 前記遮光膜を形成する工程において、前記転送電極と絶
    縁して当該転送電極を被覆するように形成する請求項６
    記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 【請求項１２】前記光透過膜を形成する工程の後、当該
    光透過膜の上方にオンチップレンズを形成する工程をさ
    らに有する請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。