JP2002359363A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】集光効率を高めて感度を向上させつつ、安定し
た感度特性を得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。 【解決手段】基板１１に形成され、遮光膜１７で光入射
領域が特定された受光部１２を有する固体撮像装置であ
って、入射した光を閉じ込め伝搬させて受光部１２の光
入射領域に導く光案内層を有する。例えば、光案内層
は、受光部１２の光入射領域上に形成された光透過膜２
１と、光透過膜２１の側壁を囲むように形成された光反
射膜２２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、例えば、受光部と
オンチップレンズとの間に、入射した光を受光部へ導く
構造をもつ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】図１７（ａ）に固体撮像素子における、電
荷の垂直転送方向と直交する方向に沿った要部断面図を
示す。図１７（ａ）に示すように、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、例えば、ｎ型の不純物領域等からな
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。

【０００４】受光部１２の一方の隣接領域に、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
形成されており、図示を省略したが、この受光部１２と
電荷転送部１３の間には、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
れている。受光部１２の他方の隣接領域には、所定距離
をおいて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、図示を省略したが、この受光部１２と電
荷転送部１３’の間には、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。

【０００５】基板１１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１３，１３’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。

【０００６】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１７が形成されており、当該遮光膜１
７には、受光部１２の上方に開口部が形成されている。
当該遮光膜１７の開口部が受光部１２の開口部となる。

【０００７】遮光膜１７上およびその開口部内の絶縁膜
１４を被覆して、例えば、窒化シリコンからなるパッシ
ベーション膜３０が形成され、パッシベーション膜３０
上には、例えば、アクリル系樹脂からなる平坦化膜４０
が形成されている。

【０００８】平坦化膜４０上に、オンチップカラーフィ
ルタ（ＯＣＣＦ）５０が形成されており、オンチップカ
ラーフィルタ５０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：On Chip Lens)
６０が形成されている。

【０００９】上記の固体撮像素子では、オンチップレン
ズ６０のレンズ曲面（凸状曲面）で受けた光が集光され
て受光部１２に入射することとなる。受光部１２に入射
光が入ると、基板１１に対して逆バイアスされたフォト
ダイオード（受光部１２）で光電変換され、入射光量に
応じた量の電荷が発生する。この電荷は、受光部１２内
の高濃度のｎ型不純物領域内で一定期間蓄積される。そ
の後、転送電極１５に読み出し電圧が印加されて、電荷
が電荷転送部１３へ転送されて、さらに、転送電極１５
に対してそれぞれ周期的に位相をずらして転送電圧が印
加され、電荷が垂直方向に転送されることになる。

【００１０】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１２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１２の開口を大きくする、す
なわち、遮光膜１７の開口部を大きくすると、電荷転送
部１３，１３’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１２の開口を大きくするのには限界
がある。この観点から、受光部上方に設けたオンチップ
カラーフィルタ５０上にオンチップレンズ６０を設け、
受光部１２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Ｃ
ＣＤ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。

【００１１】また、小型化により受光部１２は小さくす
ることができるが、受光部１２の幅と転送電極１５の高
さとのアスペクト比が高くなり、図１７に示すように、
転送電極１５を被覆している遮光膜１７の段差によっ
て、その上に形成するパッシベーション膜３０に所定の
曲率を有するレンズＡが局所的に形成されてしまう。そ
の結果、パッシベーション膜３０を通過して受光部１２
へ入射しようとする光が、レンズＡによってその方向が
遮光膜１７方向へ集光されていまい、当該遮光膜１７に
より反射された光が、転送電極１５下の電荷転送部１
３，１３’へ混入することによってスミアの発生が大き
くなってしまうという問題があった。

【００１２】そこで、上記の集光効率の向上およびスミ
アの発生の抑制を達成する新たな技術として、オンチッ
プレンズ６０と受光部１２との間の層内に光透過材料の
膜からなる、もう一つのレンズ（層内レンズ）を形成す
ることで集光効率をさらに向上させることが行われてい
る。

【００１３】図１８（ａ）に、層内レンズを有するＣＣ
Ｄ固体撮像素子の要部断面図を示す。図１８（ａ）に示
すＣＣＤ固体撮像素子は、遮光膜１７の下層の構成につ
いては、図１７（ａ）に示した構造と同様であるため、
その説明は省略する。遮光膜１７およびその開口部を被
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１８が形成されている。層間絶縁膜１８の表
面には、上記の転送電極１５を被覆する遮光膜１７等の
下地の段差の形状を反映してできた窪み１８ａが形成さ
れている。

【００１４】層間絶縁膜１８上に、その窪み１８ａの形
状を反映した所定の曲率のレンズからなる層内レンズ１
９が形成されており、層内レンズ１９の上面は平坦化さ
れている。層内レンズ１９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。

【００１５】上面が平坦化された層内レンズ１９を被覆
して、パッシベーション膜３０が形成され、パッシベー
ション膜３０上には、オンチップカラーフィルタ５０が
形成され、オンチップカラーフィルタ５０上に、オンチ
ップレンズ６０が形成されている。

【００１６】上記の層内レンズを有する固体撮像素子に
おいては、図１８（ｂ）に示すように、オンチップレン
ズ６０のレンズ曲面（凸状曲面）で受けた光Ｌが集光さ
れ、層内レンズ１９で更に光Ｌが集光されて受光部１２
に入射されることとなるため、図１７に示す固体撮像素
子に比して、集光効率が向上しスミアの発生が抑制され
ることとなる。

【００１７】

【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１９の下面の形状は、層間絶縁膜１８の
上面の形状により決定される。

【００１８】層間絶縁膜１８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１８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１８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。

【００１９】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。

【００２０】すなわち、層間絶縁膜１８の形状は、成膜
時において下地の段差の影響を受けやすく、さらに、画
素サイズの小型化により、転送電極１５の位置ずれ等の
製造ばらつきによって下地の段差形状がばらつくことか
ら、上記の成膜条件を制御しても層内レンズ１９の形状
がチップ面内においてばらついてしまい、感度やスミア
の特性のばらつきが大きくなってしまうという問題があ
った。

【００２１】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、集光効率を高めて感度を向上させ
つつ、安定した感度特性を得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。

【００２２】

【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、遮光膜
で光入射領域が特定された受光部を有する固体撮像装置
であって、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記受光部
の光入射領域に導く光案内層を有する。

【００２３】好適には、前記光案内層は、前記受光部の
前記光入射領域上に形成された光透過膜と、前記光透過
膜の側壁を囲むように形成された光反射膜とを有する。

【００２４】例えば、前記光案内層は、円筒形状の前記
光透過膜の側壁を前記光反射膜が囲むように形成されて
いる。あるいは、前記光案内層は、前記光反射膜に側壁
が囲まれた前記光透過膜の径が、前記受光部へ向けて広
がるように形成されている。あるいは、前記光案内層
は、前記光反射膜に側壁が囲まれた前記光透過膜の径
が、光の入射方向へ向けて広がるように形成されてい
る。

【００２５】好適には、前記光案内層の上方に形成さ
れ、前記光案内層へ向けて光を集光するオンチップレン
ズをさらに有する。

【００２６】上記の本発明の固体撮像装置によれば、入
射した光を閉じ込め伝搬させて受光部の光入射領域に導
く光案内層が形成されていることから、光案内層に入射
した光が有効に受光部へと導かれることになる。上記の
光案内層は、例えば、受光部の光入射領域上に形成され
た光透過膜と、光透過膜の側壁を囲むように形成された
光反射膜とにより形成されることにより、層内レンズな
どに比して下地の段差の形状による影響を受けにくいこ
とから、集光作用のばらつきが低減される。

【００２７】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、少なくとも前記開口部
内における前記基板上に、入射した光を閉じ込め伝搬さ
せて前記受光部へ導く光案内層を形成する工程とを有す
る。

【００２８】前記光案内層を形成する工程は、前記開口
部内における前記基板上に光透過膜を形成する工程と、
前記光透過膜の側壁を囲むように光反射膜を形成する工
程とを有する。

【００２９】例えば、前記光透過膜を形成する工程にお
いて、円筒形状の前記光透過膜を形成する。あるいは、
前記光透過膜を形成する工程において、前記光透過膜の
径が、前記受光部へ向けて広がるように形成する。

【００３０】また、前記光案内層を形成する工程は、前
記開口部内における前記基板上に第１の光透過膜を形成
する工程と、前記第１の光透過膜の側壁を囲むように第
１の光反射膜を形成する工程と、少なくとも前記第１の
光透過膜上に開口部を有し、当該開口部の径が光の入射
方向へ向けて広がるように第２の光反射膜を形成する工
程と、前記第２の光反射膜内に第２の光透過膜を埋め込
む工程とを有する。例えば、前記第２の光反射膜を形成
する工程は、少なくとも前記第１の光透過膜上に開口部
を有し、当該開口部の径が光の入射方向へ向けて広がる
ように層間膜を形成する工程と、前記層間膜を被覆して
前記第２の光反射膜を形成する工程とを有する。

【００３１】上記の本発明の固体撮像装置の製造方法に
よれば、開口部内における基板上に、入射した光を閉じ
込め伝搬させて受光部へ導く光案内層を形成しており、
例えば、開口部内における基板上に光透過膜を形成し、
光透過膜の側壁を囲むように光反射膜を形成することで
光案内層を形成することにより、層内レンズなどに比し
て下地の段差の形状による影響を受けない光案内層が形
成される。

【００３２】

【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。

【００３３】第１実施形態 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。

【００３４】撮像部２は、フォトセンサ部５、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。

【００３５】垂直転送部７は、フォトセンサ部５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φＶ
１，φＶ２，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，φＨ
２が入力される。

【００３６】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
信号に制御されて上述した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。

【００３７】図２は、図１に示す撮像部２における要部
拡大平面図である。図２に示すように、矩形形状のフォ
トセンサ部５が、水平および垂直方向にマトリックス状
に複数配置されており、各フォトセンサ５部は、後述す
るように楕円形状の受光開口部２０を有している。ここ
で、フォトセンサ部５とは、図示しないオンチップカラ
ーフィルタおよびオンチップマイクロレンズなどが形成
され光が入射される部分を称し、受光開口部２０とは、
遮光膜などの形成状態により実質的に受光部へ入射可能
な部分を称する。

【００３８】マトリックス状に配置されたフォトセンサ
部５間において、第１層目のポリシリコンからなる第１
転送電極１５が水平方向に延伸して形成されている。第
１転送電極１５は、フォトセンサ部５の両側部におい
て、垂直方向に若干延びた矩形形状を有している。

【００３９】また、第１転送電極１５上には、第２層目
のポリシリコンからなる第２転送電極１６が延伸して形
成されている。第２転送電極１６は、フォトセンサ部５
の両側部において、垂直方向に隣接した第１転送電極１
５と重なるように延びた矩形形状を有している。

【００４０】図３（ａ）に、図２のＡ−Ａ’線に沿った
断面図を示し、図３（ｂ）に、図２のＢ−Ｂ’線に沿っ
た断面図を示す。図３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）１１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。

【００４１】図３（ａ）に示すように、受光部１２の一
方の隣接領域に、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が形成されており、図示を省略
したが、この受光部１２と電荷転送部１３の間は、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ている。また、受光部１２の
他方の隣接領域には、所定距離をおいて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、図示を省
略したが、この受光部１２と電荷転送部１３’の間に
は、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。

【００４２】基板１１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１３，１３’上には絶縁
膜１４を介して、ポリシリコンなどからなる第１転送電
極１５が形成されている。また、第１転送電極１５上に
は、絶縁膜１４を介して第２転送電極１６が形成されて
おり、第１および第２転送電極１５，１６は絶縁膜１４
に埋め込まれて形成されている。なお、図３に示す電荷
転送部１３，１３’と転送電極１５，１６が、図１に示
す垂直転送部７に相当する。

【００４３】絶縁膜１４上には、転送電極１５，１６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１７が形成されており、当該遮
光膜１７には、受光部１２の上方に開口部１７ａが形成
されている。遮光膜１７が転送電極１５，１６を被覆す
るように形成されているのは、遮光膜１７の電荷転送部
１３，１３’に対する遮光性を高めてスミアを抑えるた
めである。

【００４４】遮光膜１７の開口部１７ａ上には、光透過
率が十分高い材料、例えば、酸化シリコンからなる光透
過膜２１が円筒状に形成されており、当該光透過膜２１
の側壁を被覆して、例えば、アルミニウムなどの光反射
率の高い材料からなる光反射膜２２が形成されており、
当該光反射膜２２は遮光膜１７上にも延びて形成されて
いる。

【００４５】光透過膜２１および光反射膜２２を被覆し
て全面に、例えば、窒化シリコンからなるパッシベーシ
ョン膜３０が形成され、パッシベーション膜３０上に
は、例えば、アクリル系樹脂からなる平坦化膜４０が形
成されている。

【００４６】平坦化膜４０上に、オンチップカラーフィ
ルタ（ＯＣＣＦ）５０が形成されている。オンチップカ
ラーフィルタ５０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。

【００４７】オンチップカラーフィルタ５０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）６０が形成されている。オンチップレンズ６
０は遮光膜上方の光も有効利用して光透過膜２１内に入
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。また、オンチップレンズ６
０は、光反射膜２２にその側壁が囲まれた光透過膜２１
へ入射光を集光できるような曲率に形成されている。

【００４８】図４を用いて、本実施形態に係る固体撮像
装置の動作について説明する。本実施形態に係る固体撮
像装置では、光反射膜２２にその側壁が囲まれた光透過
膜２１の開口部Ｄが図２に示したセンサ開口部２０とな
り、入射した光Ｌ１はオンチップレンズ６０によりセン
サ開口部２０に集光され、このセンサ開口部２０に入射
した光Ｌ１は、光透過率の高い光透過膜２１と光反射率
の高い光反射膜２２との界面が鏡面となっていることか
ら、この鏡面において反射されて、受光部１２へ導かれ
ることになる。

【００４９】受光部１２に入射光が入ると、基板１１に
対して逆バイアスされたフォトダイオード（受光部１
２）で光電変換され、入射光量に応じた量の電荷が発生
する。この電荷は、受光部１２内の高濃度のｎ型不純物
領域内で一定期間蓄積される。その後、第２転送電極１
６に読み出し電圧が印加されて、電荷が電荷転送部１３
へ転送される。さらに、転送電極１５，１６に対してそ
れぞれ周期的に位相をずらして転送電圧が印加され、電
荷が垂直方向に転送されて、水平転送部３に送られてい
く。そして、水平転送部３に送られた電荷は水平方向に
転送され、出力部４から時系列な画像信号として取り出
されることになる。

【００５０】上記の本実施形態に係る固体撮像装置によ
れば、センサー開口部２０がオンチップレンズ６０に近
づいて形成されていることから、オンチップレンズ６０
からの光を有効にセンサ開口部２０へ集光させることが
でき、センサ開口部２０へ入射した光は、上述したよう
に受光部１２へ効果的に導かれることから、受光部１２
への集光効率を向上させることができ、感度を向上させ
ることができる。また、斜めからの入射光Ｌ２は、反射
膜２２により反射されてセンサ開口部２０への入射が制
限されることから、隣接したレンズからの不要な入射が
抑制され、混色等の発生が起きにくくなり、同様にし
て、入射光の入射角度が制限されるため、スミアの発生
が低減され、電荷転送部１３，１３’の遮光性が強化さ
れる。さらに、センサ開口部２０上のパッシベーション
膜３０は平坦化していることから、局所的なレンズを生
成することによる入射光の散乱が抑えられる。

【００５１】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５（ａ）〜図９（ｊ）を用いて説明
する。なお、図５（ａ）〜図９（ｊ）は、図３（ａ）に
対応した断面図である。

【００５２】図５（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し、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、ｎ型不純物を所定条件でイオン注入して電荷転送部
１３，１３’を形成し、電荷転送部１３，１３’と受光
部１２との間にｐ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Ｃ
ＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法により、酸化シリ
コン膜などを堆積させ、絶縁膜１４を形成する。続い
て、絶縁膜１４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第１転送電極１５を形成す
る。続いて、第１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
なる絶縁膜１４を形成し、当該絶縁膜１４を介して第１
転送電極１５上に、不図示の第２転送電極を形成し、第
２転送電極を被覆して絶縁膜１４を形成する。さらに、
転送電極を被覆するように、絶縁膜１４上にタングステ
ン（Ｗ）などの高融点金属をＣＶＤ（Chemical Vapor D
eposition)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１７ａを有するようにパターニン
グして遮光膜１７を形成する。以上で図５（ａ）に示す
構造が形成される。

【００５３】次に、図５（ｂ）に示すように、遮光膜１
７およびその開口部１７ａ上に、プラズマＣＶＤ法によ
り、光透過率が十分高い材料、例えば、酸化シリコンを
堆積させて、光透過膜２１ａを形成する。光透過膜２１
ａの膜厚については、遮光膜の開口部１７ａ上に堆積さ
れる部分の高さが、第１および第２転送電極１５，１６
を被覆する遮光膜１７の高さｄ（図３（ｂ）参照）より
大きくなるような膜厚とする。

【００５４】次に、図６（ｃ）に示すように、光透過膜
２１ａ上にレジストを塗布し、センサー開口部となる部
分にレジストを残すようにしてパターニングして、レジ
スト膜Ｒ１を形成する。

【００５５】次に、図６（ｄ）に示すように、レジスト
膜Ｒ１をマスクとして、異方性のプラズマドライエッチ
ングを行うことにより、光透過膜２１ａをパターニング
して、円筒形状にパターニングされた光透過膜２１を形
成し、レジスト膜Ｒ１を除去する。なお、当該工程にお
いて、円筒形状の光透過膜２１がパターニング形成され
るのは、先のレジストのパターニング工程において、微
小なセンサ開口部分にレジストを残すようにパターニン
グすると当該レジスト膜は矩形形状とならず、若干丸ま
って円形状あるいは楕円形状に近い形状となるからであ
る。

【００５６】次に、図７（ｅ）に示すように、遮光膜１
７および光透過膜２１上を被覆して全面に、スパッタリ
ング法により、光反射率の高い材料、例えば、アルミニ
ウムを堆積させ、光反射膜２２を形成する。なお、この
光反射膜２２の膜厚は、光透過膜２１の側壁部分に、光
反射機能を有する程度に光反射膜２２を堆積させること
ができれば、特に限定はない。

【００５７】次に、図７（ｆ）に示すように、光反射膜
２２を被覆して全面にレジスト膜Ｒ２を塗布する。この
レジスト膜Ｒ２は、光透過膜２１上に形成された光反射
膜２２の高さよりも大きくなるような膜厚で形成する。

【００５８】次に、図８（ｇ）に示すように、例えば、
ＲＩＥ（Reactive Ion Etching) 等の異方性エッチング
により、全面をエッチングして、レジスト膜Ｒ２ともに
光透過膜２１上に形成された光反射膜２２を除去する。
ここで、レジスト膜Ｒ２としては光反射膜２２を構成す
る材料とのエッチング選択比が１に近いものを使用し、
かつ、エッチングガスとしては、光透過膜２１に対する
レジスト膜Ｒ２および光反射膜２２のエッチング選択比
が十分高くとれるものを使用する。その後、レジスト膜
Ｒ２を除去することにより、図８（ｈ）に示すように、
光透過膜２１の側壁に光反射膜２２が形成され、その上
部にセンサ開口部２０となる開口部分Ｄを有する構造が
得られる。

【００５９】次に、図９（ｉ）に示すように、光透過膜
２１および光反射膜２２を被覆して全面に、プラズマＣ
ＶＤ法により窒化シリコンを堆積させて、パッシベーシ
ョン膜３０を形成する。

【００６０】次に、図９（ｊ）に示すように、パッシベ
ーション膜３０を被覆して全面に、例えば、アクリル系
樹脂を塗布してその上面が平坦化された平坦化膜４０を
形成し、当該平坦化膜４０上に、例えば、染色法により
オンチップカラーフィルタ５０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５０を形成してもよい。

【００６１】以降の工程としては、例えば、所定の曲率
を有する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６０を形成することで、
図３に示す固体撮像装置を製造することができる。

【００６２】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、光透過膜２１をパターニング形成し
て、少なくとも当該光透過膜２１の側壁を被覆するよう
に光反射膜２２を形成して、光透過膜２１上に形成され
た光反射膜２２を除去することにより、オンチップレン
ズ６０と受光部１２との間に、所望の光集光機能を有す
る構造が製造される。従って、下地の段差にその曲率が
大きく影響されて、その集光機能が影響されるような従
来の層内レンズの製造条件と比して、転送電極１５，１
６等の形状のばらつき等による下地の影響を受けないた
め、所望の構造を得るための製造条件の制御を簡素化す
ることができ、複数の画素部分で実質的に同一の感度特
性を有する固体撮像装置を製造することができる。これ
により、安定した感度特性を有する固体撮像装置を製造
することができる。

【００６３】第２実施形態 図１０に、本実施形態に係る固体撮像装置における図２
のＡ−Ａ’線における断面図を示す。図１０に示すよう
に、本実施形態に係る固体撮像装置では、第１実施形態
に比して、受光部１２へ向けてテーパー形状を有する光
透過膜２１’が形成されており、その光透過膜２１’の
テーパー形状の側壁を囲むようにして光反射膜２２’が
形成されている点が異なる。なお、その他の構成は、第
１実施形態と同様であるため、その説明は省略する。

【００６４】上記構成の本実施形態に係る固体撮像装置
では、図１１に示すように、光反射膜２２’にその側壁
が囲まれたテーパーをもつ光透過膜２１’の上面の開口
部Ｅが、図２に示したセンサ開口部２０となる。そし
て、第１実施形態と同様に、入射した光Ｌ１はオンチッ
プレンズ６０によりセンサ開口部２０に集光され、この
センサ開口部２０に入射した光Ｌ１は、光透過率の高い
光透過膜２１’と光反射率の高い光反射膜２２’との界
面が鏡面となっていることから、この鏡面において反射
されて、受光部１２へ導かれることになる。そしてさら
に、入射した光のうち、その一部の光Ｌ２は、受光部１
２が形成されたシリコン基板１１の表面で反射されるこ
とがあるが、光透過膜２１’と光反射膜２２’との界面
に形成される鏡面が基板に臨んでいることから、そのよ
うに基板１１表面で反射された反射光をも再度、受光部
１２へ入射させることができる。

【００６５】従って、本実施形態に係る固体撮像装置に
よれば、テーパーをもつ光透過膜２１’の側壁を囲むよ
うにして形成された反射膜２２’を有することで、基板
１１表面で反射された光を再び受光部１２へ入射させる
ことができ、第１実施形態の効果に加え、センサ開口部
２０に入射した光を効果的に受光部１２へ集光させるこ
とができる。

【００６６】上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製
造方法について説明する。第１実施形態と同様に、図５
（ａ）および（ｂ）に示す工程を経た後、図６（ａ）お
よび（ｂ）に示す工程における製造条件を変えて行う。

【００６７】すなわち、図１２（ｃ）に示すように、光
透過膜２１ａ上にレジストを塗布し、センサー開口部と
なる部分にレジストを残すようにしてパターニングし
て、レジスト膜Ｒ１を形成する。なお、このレジスト膜
Ｒ１のパターン形状は、第１実施形態における図６
（ｃ）のレジスト膜Ｒ１の形状と実質的に同じでよい。

【００６８】次に、図１２（ｄ）に示すように、レジス
ト膜Ｒ１をマスクとして、異方性のプラズマドライエッ
チングを行うことにより、光透過膜２１ａをパターニン
グして、テーパー形状を有する光透過膜２１’を形成
し、レジスト膜Ｒ１を除去する。当該工程においては、
第１実施形態における条件とは、プラズマドライエッチ
ングにおけるＲＦパワーや、エッチングガスのガス流量
比を変化させることにより、所望のテーパーをもつ光透
過膜２１’を形成することができる。なお、その他に
も、等方性に近いドライエッチングを行うことでも、パ
ターニング後の光透過膜２１’に所望のテーパーを形成
することができる。

【００６９】以降の工程としては、第１実施形態と同様
に、図７（ｅ）〜図９（ｊ）に示す工程を経ることで、
図１０に示す本実施形態に係る固体撮像装置を製造する
ことができる。

【００７０】上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製
造方法によっても、第１実施形態と同様、所望の構造を
得るための製造条件の制御を簡素化することができ、複
数の画素部分で実質的に同一の感度特性を有する固体撮
像装置を製造することができる。従って、安定した感度
特性を有する固体撮像装置を製造することができる。

【００７１】第３実施形態 図１３に、本実施形態に係る固体撮像装置における図２
のＡ−Ａ’線における断面図を示す。図１３に示すよう
に、本実施形態に係る固体撮像装置では、第１実施形態
で示した光透過膜２１および光反射膜２２による構造に
加えて、さらに、光反射膜２２上にテーパーをもつ層間
膜２３が形成されており、層間膜２３を被覆し反射膜２
２に連結するようにして形成された光反射膜２４が形成
されている点が異なる。なお、その他の構成は、第１実
施形態と同様であるため、その説明は省略する。

【００７２】上記構成の本実施形態に係る固体撮像装置
では、図１４に示すように、オンチップレンズ６０にさ
らに近づくように、開口部が上方へ向けて広がるように
形成された光反射膜２４を有することから、第１実施形
態におけるセンサ開口部２０を実質的に、開口部Ｄから
開口部Ｆへと広げられており、オンチップレンズ６０を
通過した光のうち、開口部Ｄへは直接に集光されない角
度を有する光Ｌ３が、光反射膜２４により反射されて開
口部Ｄへ集光されることとなり、光Ｌ３はさらに光反射
膜２２により反射されて、受光部１２へ導かれることに
なる。

【００７３】従って、本実施形態に係る固体撮像装置に
よれば、光透過膜２１の開口部Ｄへ集光させるために、
さらに光反射膜２２に連結して上方へ向けて開口が広が
るように形成された光反射膜２４を有することから、第
１実施形態に比して、さらに、入射光の受光部１２への
集光効率を向上させることができる。

【００７４】上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製
造方法について説明する。まず、第１実施形態と同様に
して、図５（ａ）〜図８（ｈ）に示す工程を経た後、以
下に示す工程を経る。

【００７５】すなわち、図１５（ｉ）に示すように、光
透過膜２１および光反射膜２２を被覆して全面に、プラ
ズマＣＶＤ法により、例えば、酸化シリコンを堆積させ
て層間膜２３ａを形成する。続いて、層間膜２３ａ上
に、少なくとも光透過膜２１上方に開口を有するレジス
ト膜Ｒ３を形成する。層間膜２３ａは、後に形成する反
射膜２４のテーパーを形成するために設けられるため、
特にその材料に限定はなく、後述するエッチング後にテ
ーパー形状がつけられる材料であればよい。

【００７６】次に、図１５（ｊ）に示すように、レジス
ト膜Ｒ３をマスクとして、異方性のプラズマドライエッ
チングを行うことにより、層間膜２３ａをパターニング
して、テーパーを有する層間膜２３を形成する。なお、
当該工程においては、第２実施形態において、図１２
（ｄ）を用いて説明したテーパー形状を有する光透過膜
２１を形成したのと同様にして、テーパー形状を有する
層間膜２３を形成することができる。

【００７７】次に、図１６（ｋ）に示すように、光透過
膜２１、光反射膜２２および層間膜２３を被覆して全面
に、スパッタリング法により、光反射率の高い材料、例
えば、アルミニウムを堆積させ、光反射膜２４を形成す
る。

【００７８】次に、図１６（ｌ）に示すように、光反射
膜２４を被覆して、光透過膜２１上に開口を有する図示
しないレジストパターンを形成し、当該レジストパター
ンをマスクとして、例えば、ＲＩＥ等の異方性エッチン
グにより、光透過膜２１上に形成された光反射膜２４を
除去する。

【００７９】以降の工程としては、第１実施形態におけ
る図９に示した工程と同様にして、パッシベーション膜
３０、平坦化膜４０、オンチップカラーフィルタ５０、
オンチップレンズ６０を順に形成することにより、図１
３に示す本実施形態に係る固体撮像装置を製造すること
ができる。

【００８０】上記の本実施形態に係る固体撮像装置によ
れば、第１実施形態と同様、所望の構造を得るための製
造条件の制御を簡素化することができ、複数の画素部分
で同一の感度特性を有する固体撮像装置を製造すること
ができる。従って、安定した感度特性を有する固体撮像
装置を製造することができる。

【００８１】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、光透過膜の側
壁を囲むようにして光反射膜を形成することにより、オ
ンチップレンズ６０からの光を受光部１２へ有効に集光
させることとしているが、同様の原理であれば、光透過
膜の形状およびその側壁を囲む光反射膜の形状は、特に
限定されない。また、光透過膜および光反射膜の材料に
は、特に限定はない。さらに、本実施形態においては、
レンズとは異なり、光透過膜２１へ入射した光を光反射
膜２２により閉じ込めて、受光部１２方向へ導くことと
しているが、このようにして、光を導けるものであれ
ば、例えば、光反射膜２２の代わりに光透過膜２１の屈
折率よりも十分に屈折率が低い材料により光透過膜２１
の側壁を囲む構造により、光を受光部１２へ導いてもよ
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。

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、集光効率を高めて感度
を向上させつつ、安定した感度特性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係る固体撮像装置の撮像部における要
部拡大平面図である。

【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の断面図であ
り、（ａ）は図２のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）
は図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。

【図４】本実施形態に係る固体撮像装置の集光作用を説
明するための断面図である。

【図５】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、光透過膜の成膜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の製造におい
て、光透過膜のパターニング工程までを示す断面図であ
る。

【図７】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、光反射膜の成膜工程まで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の製造におい
て、光反射膜のパターニング工程までを示す断面図であ
る。

【図９】本実施形態に係る固体撮像装置の製造におい
て、オンチップカラーフィルタ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における図
２のＡ−Ａ’線における断面図である。

【図１１】第２実施形態に係る固体撮像装置の集光作用
を説明するための断面図である。

【図１２】第２実施形態に係る固体撮像装置の製造にお
いて、光透過膜のパターニング工程までを示す断面図で
ある。

【図１３】第３実施形態に係る固体撮像装置における図
２のＡ−Ａ’線における断面図である。

【図１４】第３実施形態に係る固体撮像装置の集光作用
を説明するための断面図である。

【図１５】第３実施形態に係る固体撮像装置の製造にお
いて、層間膜のパターニング工程までを示す断面図であ
る。

【図１６】第３実施形態に係る固体撮像装置の製造にお
いて、光反射膜の形成工程までを示す断面図である。

【図１７】（ａ）は従来例１に係る固体撮像装置の要部
断面図であり、（ｂ）は従来例１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。

【図１８】（ａ）は従来例２に係る固体撮像装置の要部
断面図であり、（ｂ）は従来例２に係る固体撮像装置の
集光作用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、５…フォトセンサ
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、１
４…絶縁膜、１５…第１転送電極、１６…第２転送電
極、１７…遮光膜、１８…層間絶縁膜、１９…層内レン
ズ、２０…センサ開口部、２１…光透過膜、２２…光反
射膜、２３…層間膜、２４…光反射膜、３０…パッシベ
ーション膜、４０…平坦化膜、５０…オンチップカラー
フィルタ、６０…オンチップレンズ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３
…レジスト膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 5/10 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｕ Ｈ０１Ｌ 27/148 Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｂ Ｆターム(参考） 2H042 AA02 AA15 AA18 AA21 DA02 DA12 DC02 DC11 DD10 DE00 4M118 AA01 AA05 AB01 BA13 CA03 CA34 CB13 CB14 DA03 DA19 DA27 DA32 DB06 DB08 DD03 EA02 FA06 FA26 FA35 FA45 GA08 GB03 GB08 GB11 GB19 GC08 GC09 GD04 GD07 GD15 5C024 CY47 EX43 EX52 GX03

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に形成され、遮光膜で光入射領域が特
   定された受光部を有する固体撮像装置であって、 入射した光を閉じ込め伝搬させて前記受光部の光入射領
   域に導く光案内層を有する固体撮像装置。
2. 【請求項２】前記光案内層は、 前記受光部の前記光入射領域上に形成された光透過膜
   と、 前記光透過膜の側壁を囲むように形成された光反射膜と
   を有する請求項１記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】前記光案内層は、円筒形状の前記光透過膜
   の側壁を前記光反射膜が囲むように形成されている請求
   項２記載の固体撮像装置。
4. 【請求項４】前記光案内層は、前記光反射膜に側壁が囲
   まれた前記光透過膜の径が、前記受光部へ向けて広がる
   ように形成されている請求項２記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】前記光案内層は、前記光反射膜に側壁が囲
   まれた前記光透過膜の径が、光の入射方向へ向けて広が
   るように形成されている請求項２記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】前記光案内層の上方に形成され、前記光案
   内層へ向けて光を集光する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。
7. 【請求項７】基板に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、 少なくとも前記開口部内における前記基板上に、入射し
   た光を閉じ込め伝搬させて前記受光部へ導く光案内層を
   形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法。
8. 【請求項８】前記光案内層を形成する工程は、 前記開口部内における前記基板上に光透過膜を形成する
   工程と、 前記光透過膜の側壁を囲むように光反射膜を形成する工
   程とを有する請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 【請求項９】前記光透過膜を形成する工程において、円
   筒形状の前記光透過膜を形成する請求項８記載の固体撮
   像装置の製造方法。
10. 【請求項１０】前記光透過膜を形成する工程において、
    前記光透過膜の径が、前記受光部へ向けて広がるように
    形成する請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 【請求項１１】前記光案内層を形成する工程は、 前記開口部内における前記基板上に第１の光透過膜を形
    成する工程と、 前記第１の光透過膜の側壁を囲むように第１の光反射膜
    を形成する工程と、 少なくとも前記第１の光透過膜上に開口部を有し、当該
    開口部の径が光の入射方向へ向けて広がるように第２の
    光反射膜を形成する工程と、 前記第２の光反射膜内に第２の光透過膜を埋め込む工程
    とを有する請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 【請求項１２】前記第２の光反射膜を形成する工程は、 少なくとも前記第１の光透過膜上に開口部を有し、当該
    開口部の径が光の入射方向へ向けて広がるように層間膜
    を形成する工程と、 前記層間膜を被覆して前記第２の光反射膜を形成する工
    程とを有する請求項１１記載の固体撮像装置の製造方
    法。
13. 【請求項１３】前記光案内層を形成する工程の後に、前
    記光案内層の上方に、前記光案内層へ向けて光を集光す
    る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７記載の固体撮像装置の製造方法。