JP2003007988A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受光部上のＢＰＳＧ膜の表面に層内レンズ用
の凹部を所定の形状に形成して、受光部の受光感度が向
上するとともに、隣接する画素からの信号電荷の漏れよ
ってにじみが生じるスミア現象を抑制する。 【解決手段】 受光部１と電荷転送部２とが、半導体基
板上に相互に隣接して設けられ、電荷転送部２上に第１
ゲート電極部３、第２ゲート電極部４を埋め込むために
厚く形成された層間絶縁膜１５の表面部分が遮光膜５に
被覆されており、遮光膜５上にＮＳＧ膜６ａから成る枠
部６が設けられ、受光部１上に表面に半球状の凹部を有
するＢＰＳＧ膜７がに設けられ、ＢＰＳＧ膜７の凹部内
に層内レンズが設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその製造方法に関し、特に、画素サイズが微細化され
ても、各画素の受光部が高い集光効率を有する固体撮像
装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置は、市場において、
利便性等の観点より形状の小型化および画像における画
素の高密度化が求められている。固体撮像装置の撮像部
は、画素毎に、受光した光を光電変換する受光部と、受
光部で発生した電荷を転送する電荷転送部とを有してい
る。受光部と転送部とは、半導体基板上の同一平面にそ
れぞれ隣接するように設けられており、相互に隣接する
一対の受光部と転送部とによって１画素が形成されてい
る。

【０００３】固体撮像装置の形状が小型化されると、固
体撮像装置の撮像部における画素部分の占有面積が縮小
される。これに伴って受光部の面積が縮小されるため
に、入射光の受光部への集光率が減少し、固体撮像装置
の主要特性の１つである受光部の受光感度が低下するお
それがある。

【０００４】また、固体撮像装置の高画素化により画素
数が増加すると、１画素の間隔が狭くなるために、画像
信号として選択された画素に対して、選択されていない
画素からの信号電荷の漏れによるにじみが生じるスミア
現象が顕著になるおそれがある。

【０００５】このため、固体撮像装置の受光感度の向上
およびスミア現象の抑制を図るために、受光部上に集光
レンズを装着した固体撮像装置が提案されている。この
集光レンズは、固体撮像装置の撮像部表面の入射光を各
画素の受光部にそれぞれ集光させるマイクロレンズと、
各マイクロレンズにより集光された入射光を確実に各受
光部に導くために各受光部を覆う絶縁層内に設けられた
層内レンズとによって構成されている。マイクロレンズ
および層内レンズは、それぞれ受光部上の入射光の光路
上にそれぞれ設けられ、マイクロレンズは、撮像部の表
面にそれぞれ配置され、層内レンズは、マイクロレンズ
と受光部との間に配置された絶縁層内に設けられてい
る。

【０００６】層内レンズの形成には、各受光部と、隣接
する電荷転送部を被覆する層間絶縁膜とに形成された段
差が利用される。電荷転送部上の層間絶縁膜は、電荷転
送用のゲート電極等が設けられているために、受光部上
の厚さよりも厚くなっている。そして、電荷転送部上の
厚くなった層間絶縁膜の表面が遮光膜によって覆われ
て、受光部の感光領域が規定されている。層内レンズを
形成する場合には、層間絶縁膜および遮光膜上に、ＢＰ
ＳＧ膜（リンホウ素シリケートガラス：Ｂｏｒｏｎ Ｐ
ｈｏｓｐｈｏ・Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）等の絶
縁層を堆積して加熱処理を施す。これにより、層間絶縁
膜の段差によって、ＢＰＳＧ膜が流動化（リフロー：ｒ
ｅｆｌｏｗ）して、受光部上に位置するＢＰＳＧ膜部分
が凹面形状に窪んだ状態となり、その凹部内に層内レン
ズ用材料を充填することによって層内レンズが形成され
る。

【０００７】このようなマイクロレンズと層内レンズと
を組み合わせて構成される集光レンズを装着した固体撮
像装置の一例が特開平８−３１６４４８号公報に開示さ
れている。

【０００８】図４（ａ）および（ｂ）は、それぞれこの
公報に開示されている固体撮像装置の製造工程を示す要
部の一部分の概略断面図である。

【０００９】図４（ａ）は、層内レンズの凹面形状を規
定するＢＰＳＧ膜が、受光部、電荷転送部等を形成した
半導体基板上に堆積されて加熱処理する前の状態を示
す。図４（ｂ）は、同様に、堆積されたＢＰＳＧ膜の加
熱処理した後の状態を示す。

【００１０】まず、図４（ａ）に示す固体撮像装置は、
半導体基板の上部に、所定の間隔をあけて埋め込まれた
複数の受光部１００を有している。隣接する受光部１０
０の間には、電荷転送部２００がそれぞれ設けられてお
り、全ての受光部１００および電荷転送部２００を覆う
ように、層間絶縁膜２５０が形成されている。各電荷転
送部２００上の各層間絶縁膜２５０は厚くなっており、
各層間絶縁膜２５０内に、ポリシリコン等から成る第１
ゲート電極部３００および第２ゲート電極部４００が、
それぞれ順番に層間絶縁膜２５０にて相互に分離された
状態で埋め込まれている。したがって、層間絶縁膜２５
０は、受光部１００上においては薄く、両側の電荷転送
部２００上では厚くなって、段差が形成されている。

【００１１】第１ゲート電極部３００および第２ゲート
電極部４００が埋め込まれて電荷転送部２００上にて厚
くなった層間絶縁膜２５０の表面は、受光部１００にお
ける入射光の感光領域を規定するための遮光膜５００に
よってそれぞれ被覆されている。遮光膜５００は、高融
点金属または金属シリサイド膜によって構成されてい
る。

【００１２】各受光部１００上の層間絶縁膜２５０、お
よび、各電荷転送部２００上の遮光膜５００は、膜厚が
０．５μｍ〜１．２μｍ、ホウ素（Ｂ）およびリン
（Ｐ）の濃度がそれぞれ３ｗｔ％および６ｗｔ％程度の
ＢＰＳＧ膜７００によって覆われている。ＢＰＳＧ膜７
００は、層間絶縁膜２５０の段差によって、その段差と
同様の段差が形成され、受光部１００上では、ＢＰＳＧ
膜７００の表面が凹状に窪んだ状態になる。

【００１３】このような状態で受光部１００上の層間絶
縁膜２５０、および、電荷転送部２００上の遮光膜５０
０を覆うように堆積されたＢＰＳＧ膜７００を加熱処理
する。ＢＰＳＧ膜７００は、高温にて熱処理されること
により、流動化（リフロー：ｒｅｆｌｏｗ）する。これ
により、図４（ｂ）に示すように、各受光部１００上の
層間絶縁膜２５０の表面と、受光部１００の両側に隣接
する電荷転送部２００上に設けられた層間絶縁膜２５０
の各遮光膜５００との段差により、各電荷転送部２００
上のＢＰＳＧ膜７００が受光部１００上の窪んだ領域内
に流動し、受光部１００上のＢＰＳＧ膜７００の表面
は、半球状の凹面形状とされる。

【００１４】このようにして形成された各受光部１００
上のＢＰＳＧ膜７００の凹部内に沿って層内レンズ用材
料を充填して、層内レンズ用材料を加熱硬化させること
によって、ＢＰＳＧ膜７００の凹部内に層内レンズがそ
れぞれ形成される。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】固体撮像装置は、用途
に応じて、形状の小型化および画像の高密度化が要求さ
れており、受光部を構成する１画素あたりの一辺の寸法
（以下、画素寸法と記述する）は、３．５μｍ以下とさ
れる。このように、画素寸法が小さくなると、前述した
ように、電荷転送部上の構造が、ポリシリコンから成る
２層のゲート電極部と、ゲート電極部を埋め込む層間絶
縁膜と、層間絶縁膜の表面を被覆する高融点金属材料ま
たは金属シリサイド膜等を用いた遮光膜とにより構成さ
れている場合には、それぞれの膜厚に基づいて、受光部
上の層間絶縁膜の表面から電荷転送部上の遮光膜の表面
までの段差（以下、画素部段差と記述する）は、約１．
５μｍ程度になる。

【００１６】固体撮像装置の画素の高密度化が進展し、
画素寸法が３．０μｍになった場合に、受光部と電荷転
送部との寸法配分比（構成比）を１：１と仮定すると、
受光部の開口寸法が１．５μｍとなり、前述の画素部段
差が１．５μｍとすると、受光部の開口寸法と画素部段
差の寸法比（アスペクト比＝画素部段差の寸法／受光部
の開口寸法）は１となる。これより、受光部上および遮
光膜上のＢＰＳＧ膜の堆積膜厚を０．５μｍとすると、
ＢＰＳＧ膜が加熱処理されて、流動化した後の受光部上
のＢＰＳＧ膜の凹部の開口部の寸法は、０．５μｍとな
る。

【００１７】また、受光部上および遮光膜上のＢＰＳＧ
膜の堆積膜厚が０．７５μｍ以上の場合には、ＢＰＳＧ
膜を堆積させただけの状態で、受光部上のＢＰＳＧ膜の
上部が平坦化されるために、ＢＰＳＧ膜に半球形状の凹
部が形成されない。

【００１８】さらに、画素寸法の縮小が図られた場合、
および、受光部と電荷転送部との寸法配分比（電荷転送
部の寸法／受光部の寸法）が１以上になる場合には、受
光部の寸法が小さくなるために、受光部の開口寸法と画
素部段差の寸法比（アスペクト比＝画素部段差の寸法／
受光部の開口寸法）も大きくなってしまう。

【００１９】このような構成の固体撮像装置において、
前述した公報に開示されている受光部１００上の膜厚が
０．５μｍ〜１．２μｍのＢＰＳＧ膜を堆積させ、加熱
処理を行い流動化（リフロー）させると、図４（ｂ）に
示す受光部１００上のＢＰＳＧ膜７００の表面の半球形
状の凹部は、ほとんど平坦化されてしまい、半球形状の
層内レンズを形成することができないおそれがある。

【００２０】一方、受光部１００上のＢＰＳＧ膜７００
の膜厚が０．５μｍ〜１．２μｍの範囲において、ホウ
素（Ｂ）、リン（Ｐ）等の含有率が低いＢＰＳＧ膜によ
って、層内レンズの形成を行う場合には、ＢＰＳＧ膜の
加熱処理によって、流動化し易くなるために、加熱処理
時のＢＰＳＧ膜７００の流動化が受光部１００および電
荷転送部２００上の画素部段差等の下地形状の影響を受
け易くなり、層内レンズの所定形状を得るためには、受
光部および電荷転送部上に堆積させたＢＰＳＧ膜に対し
て、過剰な加熱処理による流動化（リフロー）が必要と
なる。

【００２１】したがって、受光部および電荷転送部上に
ＢＰＳＧ膜を堆積させて、このＢＰＳＧ膜に加熱処理を
行い流動化させることにより、受光部上のＢＰＳＧ膜の
表面に自己整合的に層内レンズ用の所定の半球形状を形
成するためには、ＢＰＳＧ膜のホウ素（Ｂ）、リン
（Ｐ）等の不純物濃度、および、堆積させたＢＰＳＧ膜
の全体積（流動化のための供給源）を所定値に設定する
ことが重要となる。

【００２２】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、受光部上のＢＰＳＧ膜の表面に層
内レンズ用の凹部を所定の形状に形成して、受光部の受
光感度が向上するとともに、隣接する画素からの信号電
荷の漏れよってにじみが生じるスミア現象を抑制するこ
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。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、受光した光を光電変換する複数の受光部と、各受光
部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する複数の電
荷転送部とが、半導体基板上に相互に隣接して設けられ
ており、各受光部および各電荷転送部上に第１絶縁膜が
積層されて、各電荷転送部上の該第１絶縁膜部分が、転
送電極を埋め込むために、厚く形成されるとともに、該
受光部における入射光の感光領域を規定するように該第
１絶縁膜部分が遮光膜によって被覆された固体撮像装置
であって、該遮光膜上の該電荷転送部に対向する位置
に、高温処理によって流動化しないように設けられた絶
縁性の枠部と、基板全体を被覆するように設けられてお
り、各受光部上の表面部分に半球状の凹部がそれぞれ形
成された第２絶縁膜と、該第２絶縁膜の凹部内にそれぞ
れ設けられたレンズと、を具備する。

【００２４】前記第２絶縁膜がＢＰＳＧ膜である。

【００２５】それぞれが１つの前記受光部および前記電
荷転送部によって構成された１つの画素の一辺の寸法が
３．５μｍ以下である。

【００２６】前記枠部の膜厚が０．３μｍ〜１．２μｍ
の範囲である。

【００２７】前記枠部がＮＳＧ膜、ＨＴＯ膜、ＬＴＯ
膜、Ｐ−ＳｉＯ膜のいずれかで形成されている。

【００２８】本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導
体基板上に、受光した光を光電変換する複数の受光部
と、各受光部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送す
るように各受光部にそれぞれ隣接して設けられる複数の
電荷転送部とをそれぞれ形成する工程と、この半導体基
板上の各受光部および各電荷転送部を覆うとともに、各
電荷転送部上に転送電極が埋め込まれて厚くなった第１
絶縁膜を形成する工程と、該第１絶縁膜における各電荷
転送部上の表面に、該受光部における入射光の感光領域
を規定するように遮光膜を形成する工程と、該第１絶縁
膜における各電荷転送部に対向する表面に、高温処理に
よって流動化しない絶縁性の枠部を該遮光部を介して形
成する工程と、半導体基板における該受光部および該電
荷転送部上の全面に、該第１絶縁膜および該枠部によっ
て形成される段差にそって、第２絶縁膜を積層する工程
と、該第２絶縁膜を加熱処理して第２絶縁膜を、該段差
を利用して流動化させ、該第２絶縁膜における各受光部
上の表面に半球状の凹部をそれぞれ形成する工程と、該
第２絶縁膜の各凹部内にレンズを形成する工程と、を包
含することを特徴とする。

【００２９】前記第２絶縁膜がＢＰＳＧ膜である。

【００３０】前記ＢＰＳＧ膜を積層する膜厚が全体に
０．５μｍ以下である。

【００３１】前記ＢＰＳＧ膜に添加するリン（Ｐ）およ
びホウ素（Ｂ）の濃度が、それぞれ４．０ｍｏｌ％以下
および４．０ｗｔ％以下である。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。

【００３３】図１は、本発明の実施形態である固体撮像
装置の要部の断面図である。図１に示す固体撮像装置
は、半導体基板の上部に、所定の間隔をあけて埋め込ま
れた複数の受光部１を有している。隣接する受光部１の
間には、電荷転送部２が設けられており、全ての受光部
１および電荷転送部２を覆うように、層間絶縁膜１５が
形成されている。

【００３４】各電荷転送部２上のそれぞれの層間絶縁膜
１５は、受光部１上の層間絶縁膜１５よりも厚くなって
おり、厚くなった層間絶縁膜１５内には、ポリシリコン
等から成る第１ゲート電極部３および第２ゲート電極部
４が、それぞれ順番に、層間絶縁膜１５にて相互に分離
された状態で埋め込まれている。第１ゲート電極部３お
よび第２ゲート電極部４が埋め込まれている各層間絶縁
膜１５部分の表面は、遮光膜５によってそれぞれ被覆さ
れており、遮光膜５によって覆われていない受光部１の
表面が入射光の感光領域になっている。遮光膜５は、高
融点金属または金属シリサイド膜によって構成されてい
る。

【００３５】各遮光膜５上には、高温処理によって流動
化しない絶縁膜から成る枠部６が形成されている。枠部
６は、所定の寸法の長方形状または正方形状の開口部が
形成されている。そして、各受光部１上の層間絶縁膜１
５、および、各電荷転送部２上の遮光膜５、枠部６に
は、ＢＰＳＧ膜７が、全体にわたって堆積されている。
受光部１上に堆積されたＢＰＳＧ膜７は、表面が凹面形
状に窪んだ半球状の凹部になっている。ＢＰＳＧ膜７の
凹部内周面と受光部１の表面との距離は、所定範囲とな
るように設定されている。ＢＰＳＧ膜７上には、表面保
護膜または樹脂系の高屈折材料から成る層内レンズ用材
料８が堆積されて各凹部内に層内レンズ用材料８充填さ
れている。層内レンズ用材料８の表面は平坦化されてい
る。そして、ＢＰＳＧ膜７における凹部内に充填された
層内レンズ用材料８によって層内レンズがそれぞれ形成
されている。

【００３６】層内レンズ用材料８の表面上には、各受光
部１および各電荷転送部２の全領域にわたって、平坦化
膜９が形成されている。

【００３７】平坦化膜９上には、カラーフィルター層１
０が積層されている。カラーフィルター層１０は、電荷
転送部２上の中央部分において各画素の受光部１に対向
するように、各色毎に分離されている。

【００３８】カラーフィルター層１０上には、全面にわ
たって保護膜１１が形成されており、保護膜１１上に、
各受光部１に対向するように、マイクロレンズ１２がそ
れぞれ形成されている。マイクロレンズ１２は、隣接す
るマイクロレンズ１２の周縁部が重なり合わない状態
で、カラーフィルター層１０の各色毎に分離された領域
内に配置されている。

【００３９】枠部６は、高温状態においても流動化（リ
フロー）を起こさないＮＳＧ膜（Ｎｏｎ−ｄｏｐｅｄ
Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、ＬＴＯ膜（Ｌｏｗ−
Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ）、ＨＴＯ膜（Ｈ
ｉｇｈ−Ｔｅｍｐａｒａｔｕｒｅ Ｏｘｉｄｅ），Ｐ−
ＳｉＯ膜等から成る絶縁膜によって構成されている。枠
部６を構成する絶縁膜の膜質および膜厚は、画素寸法、
受光部１と電荷転送部２との寸法配分比等の撮像部の仕
様に基づいて設定される。枠部６が薄い膜厚でよい場合
には、ＬＴＯ膜、ＨＴＯ膜等を使用することが可能であ
り、枠部６に厚い膜厚が必要な場合には、Ｐ−ＳｉＯ膜
などを使用することが可能である。

【００４０】図２（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の
固体撮像装置の製造方法における各工程を示す断面図で
ある。本実施形態では、固体撮像装置は、画素寸法が
３．０μｍ、受光部１と電荷転送部２との寸法配分比が
１：１になっている。

【００４１】まず、半導体基板上の一定間隔をあけた所
定の領域に、不純物元素をイオン注入し、図２（ａ）に
示すように、イオン注入された不純物元素を熱拡散させ
て複数の受光部１を形成するとともに、隣接する受光部
１の間には、受光部１で発生した電荷を転送する電荷転
送部２を形成する。次に、受光部１および電荷転送部２
を覆うように、層間絶縁膜１５を形成する。

【００４２】この場合、電荷転送部２上の層間絶縁膜１
５内には、ポリシリコン等から成る第１ゲート電極部３
および第２ゲート電極部４が、それぞれ順番に分離して
埋め込まれる。その後、第１ゲート電極部３および第２
ゲート電極部４を埋め込んだ層間絶縁膜１５の表面に、
入射光の感光領域を規定する金属シリサイド膜から成る
遮光膜５を形成する。

【００４３】金属シリサイド膜から成る遮光膜５は、半
導体基板上の全面に金属シリサイド膜であるタングステ
ンシリサイド（ＷＳｉ）膜を堆積した後に、受光部１の
領域上のタングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜をフォト
エッチングによって、選択的に除去することにより形成
される。

【００４４】ここまでの工程において、本発明の固体撮
像装置の基本構造が形成される。

【００４５】次に、受光部１および電荷伝送部２上の全
面に、常圧ＣＶＤ法によって膜厚０．７μｍのＮＳＧ膜
６ａを堆積する。その後、電荷転送部２領域のＮＳＧ膜
６ａ上にレジスト１３をパターニングする。レジスト１
３のパターン幅は、画素寸法によって設定する必要があ
るが、後工程においてＢＰＳＧ膜７を加熱処理した後に
受光部１上にＢＰＳＧ膜７が堆積されるように設定すれ
ば良い。

【００４６】次に、図２（ｂ）に示すように、受光部１
および電荷転送部２上のＮＳＧ膜６ａに対して、フォト
エッチングを行い、遮光膜５上に、各画素に対応した形
状の枠部６を形成する。

【００４７】その後、枠部６上のレジスト１３をマスク
として、受光部１上に残っているＮＳＧ膜６ａの膜厚が
３０ｎｍ以上になるように、エッチング処理を行う。エ
ッチング処理には、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）、プラズマ
エッチング等のドライエッチング、あるいは、ウェット
エッチングを用い、また、その両方のエッチング方法を
用いても良い。受光部１上のＮＳＧ膜６ａの膜厚を３０
ｎｍ以上にすることは、後工程において形成するＢＰＳ
Ｇ膜７中のリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）等の不純物が受光
部１に拡散しないようにするためである。この時、層内
レンズの位置および形状等に影響をおよぼさなければ、
遮光膜５に接する部分にＮＳＧ膜６ａが残っても良い。

【００４８】その後、枠部６上のレジスト１３を剥離す
る。

【００４９】次に、図２（ｃ）に示すように、受光部１
および電荷転送部２上の全面に、膜厚が０．４μｍであ
り、リン（Ｐ）濃度が３．０ｍｏｌ％、ホウ素（Ｂ）濃
度が３．０ｗｔ％のリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）の含有率
が低いＢＰＳＧ膜７を堆積する。ＢＰＳＧ膜７の堆積
は、常圧ＣＶＤ法、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｏｘ
ｙ Ｓｉｌａｎｅ）成長法等によって、添加するリン
（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）等の不純物の種類および濃度を制
御して行われる。この時、ＢＰＳＧ膜７は、膜厚が０．
５μｍ以下、リン（Ｐ）およびホウ素（Ｂ）の濃度が、
それぞれ４．０ｍｏｌ％以下および４．０ｗｔ％以下の
設定値であれば良い。ＢＰＳＧ膜７の膜厚およびＢＰＳ
Ｇ膜７内のリン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）の濃度が、前述の
設定値以上になると、次工程おける加熱処理によって受
光部１上のＢＰＳＧ膜７の表面が平坦化され、層内レン
ズを形成するための半球形状に制御できなくなるおそれ
がある。

【００５０】次に、図２（ｄ）に示すように、受光部１
および電荷転送部２上にＢＰＳＧ膜７を堆積した半導体
基板を温度９５０℃、Ｎ₂雰囲気の拡散炉に投入し、３
０分の熱処理を実施する。この結果、ＢＰＳＧ膜７は流
動化し、受光部１と電荷転送部２との段差および電荷転
送部２上に設けられた枠部６によって受光部１上のＢＰ
ＳＧ膜７の表面は、受光部１に対して自己整合的に滑ら
かな凹面形状になる。

【００５１】ＢＰＳＧ膜７の加熱処理は、前述の拡散炉
以外にＲＴＡ（ランプアニール）、ホットプレート等に
よって行っても良い。また、加熱処理後の受光部１上の
ＢＰＳＧ膜７の表面を滑らかな凹面形状にするには、受
光部１および電荷転送部２上に堆積されるＢＰＳＧ膜７
の体積、ＢＰＳＧ膜７に添加するリン（Ｐ）およびホウ
素（Ｂ）の不純物濃度、加熱処理前の堆積したＢＰＳＧ
膜７の膜厚、ＢＰＳＧ膜７の加熱処理温度、ＢＰＳＧ膜
７の加熱処理時間、受光部１上の画素部段差部分の下地
形状等を、適宜、設定するこが重要となる。

【００５２】次に、図２（ｅ）に示すように、加熱処理
後のＢＰＳＧ膜７上に高屈折材料から成る層内レンズ用
材料８を用いてＰ−ＳｉＮ膜および樹脂材料膜を形成
し、これを層内レンズとする。層内レンズ形成後には、
固体撮像素子の仕様および用途に応じて、平坦化膜９、
カラーフィルター層１０、保護膜１１、最上部のマイク
ロレンズ１２を順番に形成する。

【００５３】また、図２（ｆ）に示すように、層内レン
ズ用材料８を用いて層内レンズ形成後に、適宜、エッチ
バックエ程、ＣＭＰ（化学的機械研磨：Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）等の研
磨工程を導入して、受光部１の表面からカラーフィルタ
ー層１０および最上部のマイクロレンズ１２までの距離
をコントロールしてもよい。

【００５４】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ図２
（ｃ）および（ｄ）における画素部段差部分の拡大断面
図である。

【００５５】図３（ａ）は、受光部１上および電荷転送
部２上にＢＰＳＧ膜７を堆積させ、電荷転送部２上の枠
部６から受光部１上の層間絶縁膜１５までの画素部段差
部分における加熱処理前のＢＰＳＧ膜７の堆積状態を示
す拡大断面図である。ＢＰＳＧ膜７の加熱処理前は、図
３（ａ）に示すように、ＢＰＳＧ膜７の流動化が起こら
ないために、電荷転送部２上の枠部６から受光部１上の
層間絶縁膜１５までの画素部段差部分では、ＢＰＳＧ膜
７が画素部段差部分の下地形状をトレースするように堆
積（図中の７ａに示す）されており、枠部６上および受
光部１領域の層間絶縁膜１５上には、ＢＰＳＧ膜７が同
一の膜厚にて堆積されている。

【００５６】図３（ｂ）は、加熱処理後のＢＰＳＧ膜７
の堆積状態を示す拡大断面図である。図３（ｂ）に示す
ように、加熱処理によって、枠部６上に堆積されていた
ＢＰＳＧ膜７が流動化して画素部段差部分から受光部１
上に流入するために、電荷転送部２上の枠部６から受光
部１上の層間絶縁膜１５までの画素部段差部分では、Ｂ
ＰＳＧ膜７が画素部段差部分の下地形状とは異なる滑ら
かな凹面形状にて堆積（図中の７ｂに示す）され、その
結果、枠部６上のＢＰＳＧ膜７の体積は、減少し、受光
部１上の画素部段差部分におけるＢＰＳＧ膜７の体積
は、増加する。

【００５７】尚、受光部１上および電荷転送部２上に堆
積させるＢＰＳＧ膜７の全体積は、図３（ａ）における
画素部段差部分の下地形状をトレースするＢＰＳＧ膜７
の断面７ａの面積と、図３（ｂ）における画素部段差部
分の下地形状とは異なる滑らかな凹面形状を有するＢＰ
ＳＧ膜７の断面７ｂの面積とが等しくなるように設定さ
れる。

【００５８】図３（ａ）および（ｂ）から明らかなよう
に、絶縁膜から成る枠部６の膜厚が薄い場合には、枠部
６上に堆積されたＢＰＳＧ膜７が、加熱処理による流動
化されても、受光部１上の画素部段差部分に流入しにく
くなり、受光部１上の画素部段差部分のＢＰＳＧ膜７の
体積はほとんど増加しない。このため、受光部１上のＢ
ＰＳＧ膜７の表面には、滑らかな凹面形状が得られにく
くなる。また、絶縁膜から成る枠部６の膜厚が厚い場合
には、枠部６上に堆積されたＢＰＳＧ膜７が、加熱処理
による流動化によって、受光部１上に流入しやすくな
り、受光部１上の画素部段差部分のＢＰＳＧ膜７の体積
が著しく増加し、受光部１上のＢＰＳＧ膜７の表面がほ
とんど平坦化されてしまい、滑らかな凹面形状を有する
層内レンズを形成することができないおそれ、さらに
は、受光部１上のＢＰＳＧ膜７にクラックが生じるおそ
れもある。この結果、電荷転送部２上に形成される枠部
６の膜厚は、０．３〜１．２μｍの範囲に設定すること
が好ましい。

【００５９】１画素当たりの画素寸法の縦横比が１：１
の正方形であり、受光部１と電荷転送部２との寸法配分
比も１：１の場合には、受光部１の形状は、寸法の縦横
比が２：１の長方形になる。長方形の受光部１上に配置
される層内レンズの形状は、堆積されたＢＰＳＧ膜を加
熱処理することによって自己整合的に形成されるため
に、層内レンズにおいて縦方向と横方向の集光率にズレ
が生じ、枠部６の形状および寸法等によって適宜修正す
る必要がある。

【００６０】このようにして形成された図１に示す本発
明の固体撮像装置は、各画素毎において、遮光部５上に
絶縁膜から成る枠部６が設けられ、受光部１上の画素部
段差部分である枠部６、遮光部５および層間絶縁膜１５
上にＢＰＳＧ膜７が所定の膜厚にて堆積され、さらに、
加熱処理による流動化によって、受光部１上の画素部段
差部分におけるＢＰＳＧ膜の体積が所定量増加され、Ｂ
ＰＳＧ膜の表面が、受光部１に対して、自己整合的に、
滑らかな凹面形状に形成されれているため、受光部１か
ら所定距離の位置に滑らかな凹面形状を有する層内レン
ズが形成されている。その結果、入射光が確実に受光部
１に導かれ、受光感度が向上するとともに、スミア現象
が抑制される。

【００６１】

【発明の効果】本発明の固体撮像装置は、受光部と電荷
転送部とが、半導体基板上に相互に隣接して設けられ、
電荷転送部上に転送電極を埋め込むために厚く形成され
た第１絶縁膜部分が遮光膜に被覆されており、絶縁性の
枠部が遮光膜上に設けられ、表面に半球状の凹部を有す
る第２絶縁膜が受光部上に設けられ、レンズが第２絶縁
膜の凹部内に設けられることによって、受光部の受光感
度を向上するとともに、隣接する画素からの信号電荷の
漏れよってにじみが生じるスミア現象を抑制できる。

【００６２】本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導
体基板上に受光部および電荷転送部を形成し、各受光部
および各電荷転送部を覆うとともに、各電荷転送部上に
転送電極が埋め込まれて厚くなった第１絶縁膜を形成
し、各電荷転送部上の第１絶縁膜の表面に遮光膜を形成
し、その遮光膜上に高温処理によって流動化しない絶縁
性の枠部を形成し、受光部および電荷転送部上の全面
に、第１絶縁膜および枠部によって形成される段差に沿
って第２絶縁膜を積層し、第２絶縁膜を熱処理して段差
を利用して流動化させて受光部上の第２絶縁膜の表面に
半球状の凹部を形成し、第２絶縁膜の凹部内にレンズを
形成することによって、受光部上のＢＰＳＧ膜の表面に
層内レンズ用の凹部を所定の形状に形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態である固体撮像装置の要部の
概略断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の固体撮像装置の製
造方法における各工程を示す断面図である。

【図３】（ａ）は、図２（ｃ）の画素部段差部分の加熱
処理前の拡大断面図、（ｂ）は、図２（ｄ）の画素部段
差部分の加熱処理後の拡大断面図である。

【図４】（ａ）および（ｂ）は、従来の固体撮像部の製
造工程を示す要部の一部分の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 受光部 ２ 電荷転送部 ３ 第１ゲート電極部 ４ 第２ゲート電極部 ５ 遮光膜 ６ 枠部 ６ａ ＮＳＧ膜 ７ ＢＰＳＧ膜 ７ａ 加熱処理前のＢＰＳＧ膜の断面 ７ｂ 加熱処理後のＢＰＳＧ膜の断面 ８ 層内レンズ用材料 ９ 平坦化膜 １０ カラーフィルター層 １１ 保護膜 １２ マイクロレンズ １３ レジスト １５ 層間絶縁膜 １００ 受光部 ２００ 電荷転送部 ２５０ 層間絶縁膜 ３００ 第１ゲート電極部 ４００ 第２ゲート電極部 ５００ 遮光膜 ７００ ＢＰＳＧ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AA05 AA10 AB01 BA10 CA02 CB01 EA20 FA06 GA09 GB03 GB08 GB10 GB11 GB14 GB19 GB20 GC07 GD04 GD07 5F088 AA01 BA01 BA03 BB03 EA04 HA10 JA12 JA13

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光した光を光電変換する複数の受光部
   と、各受光部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送す
   る複数の電荷転送部とが、半導体基板上に相互に隣接し
   て設けられており、各受光部および各電荷転送部上に第
   １絶縁膜が積層されて、各電荷転送部上の該第１絶縁膜
   部分が、転送電極を埋め込むために、厚く形成されると
   ともに、該受光部における入射光の感光領域を規定する
   ように該第１絶縁膜部分が遮光膜によって被覆された固
   体撮像装置であって、 該遮光膜上の該電荷転送部に対向する位置に、高温処理
   によって流動化しないように設けられた絶縁性の枠部
   と、 基板全体を被覆するように設けられており、各受光部上
   の表面部分に半球状の凹部がそれぞれ形成された第２絶
   縁膜と、 該第２絶縁膜の凹部内にそれぞれ設けられたレンズと、 を具備する固体撮像装置。
2. 【請求項２】 前記第２絶縁膜がＢＰＳＧ膜である請求
   項１に記載の固体撮像装置。
3. 【請求項３】 それぞれが１つの前記受光部および前記
   電荷転送部によって構成された１つの画素の一辺の寸法
   が３．５μｍ以下である請求項１に記載の固体撮像装
   置。
4. 【請求項４】 前記枠部の膜厚が０．３μｍ〜１．２μ
   ｍの範囲である請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 前記枠部がＮＳＧ膜、ＨＴＯ膜、ＬＴＯ
   膜、Ｐ−ＳｉＯ膜のいずれかで形成されている請求項１
   に記載の固体撮像装置。
6. 【請求項６】 半導体基板上に、受光した光を光電変換
   する複数の受光部と、各受光部にてそれぞれ生成された
   信号電荷を転送するように各受光部にそれぞれ隣接して
   設けられる複数の電荷転送部とをそれぞれ形成する工程
   と、 この半導体基板上の各受光部および各電荷転送部を覆う
   とともに、各電荷転送部上に転送電極が埋め込まれて厚
   くなった第１絶縁膜を形成する工程と、 該第１絶縁膜における各電荷転送部上の表面に、該受光
   部における入射光の感光領域を規定するように遮光膜を
   形成する工程と、 該第１絶縁膜における各電荷転送部に対向する表面に、
   高温処理によって流動化しない絶縁性の枠部を該遮光部
   を介して形成する工程と、 半導体基板における該受光部および該電荷転送部上の全
   面に、該第１絶縁膜および該枠部によって形成される段
   差にそって、第２絶縁膜を積層する工程と、 該第２絶縁膜を加熱処理して第２絶縁膜を、該段差を利
   用して流動化させ、該第２絶縁膜における各受光部上の
   表面に半球状の凹部をそれぞれ形成する工程と、 該第２絶縁膜の各凹部内にレンズを形成する工程と、 を包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第２絶縁膜がＢＰＳＧ膜である請求
   項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記ＢＰＳＧ膜を積層する膜厚が全体に
   ０．５μｍ以下である請求項７に記載の固体撮像装置の
   製造方法。
9. 【請求項９】 前記ＢＰＳＧ膜に添加するリン（Ｐ）お
   よびホウ素（Ｂ）の濃度が、それぞれ４．０ｍｏｌ％以
   下および４．０ｗｔ％以下である請求項７に記載の固体
   撮像装置の製造方法。