JP2003197886A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子およびその製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14629—Reflectors
-
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- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 マイクロレンズを有し、光電変換機能を有す
る受光部を備えた固体撮像素子において、受光部の感度
を向上させ、かつ混色の発生を抑える。 【解決手段】 受光部としてのフォトダイオード１３と
マイクロレンズ３２との間の層間絶縁膜１８Ａ〜１８Ｄ
に開口部２７を設け、開口部２７の側壁部分の保護膜２
４の表面に例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜
２８を形成する。入射した光は１画素ごとにマイクロレ
ンズ３２、開口部２７の内部の平坦化絶縁膜２９、保護
膜２４および層間絶縁膜１８Ａを通って、フォトダイオ
ード１３の近傍、開口部２７内、または開口部２７近傍
などで平坦化絶縁膜２９等により設定した位置で焦点を
結び、フォトダイオード１３による光電変換が行われ
る。開口部２７近傍でマイクロレンズ３２からの焦点を
結ぶ光でも、反射膜２８で反射されつつ確実にフォトダ
イオード１３に到達する。
る受光部を備えた固体撮像素子において、受光部の感度
を向上させ、かつ混色の発生を抑える。 【解決手段】 受光部としてのフォトダイオード１３と
マイクロレンズ３２との間の層間絶縁膜１８Ａ〜１８Ｄ
に開口部２７を設け、開口部２７の側壁部分の保護膜２
４の表面に例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜
２８を形成する。入射した光は１画素ごとにマイクロレ
ンズ３２、開口部２７の内部の平坦化絶縁膜２９、保護
膜２４および層間絶縁膜１８Ａを通って、フォトダイオ
ード１３の近傍、開口部２７内、または開口部２７近傍
などで平坦化絶縁膜２９等により設定した位置で焦点を
結び、フォトダイオード１３による光電変換が行われ
る。開口部２７近傍でマイクロレンズ３２からの焦点を
結ぶ光でも、反射膜２８で反射されつつ確実にフォトダ
イオード１３に到達する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＯＳ（Comple
mentary Metal Oxide Semiconductor)センサ、ＣＣＤ
（Charge Coupled Device)などの固体撮像素子に係り、
特に受光部を有し、その上方にマイクロレンズを配置し
た構造の所謂マイクロレンズオンチップ型の固体撮像素
子およびその製造方法に関する。
mentary Metal Oxide Semiconductor)センサ、ＣＣＤ
（Charge Coupled Device)などの固体撮像素子に係り、
特に受光部を有し、その上方にマイクロレンズを配置し
た構造の所謂マイクロレンズオンチップ型の固体撮像素
子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤなどの
固体撮像装置は受光部（光電変換部）を有し、この受光
部により入射した光のエネルギーを電気エネルギーに変
換する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ＰＮ接合を有す
るフォトダイオードが受光部として光電変換を行い電荷
を蓄積する。フォトダイオードを構成する不純物領域は
スイッチングトランジスタのソース領域を兼ねており、
ゲート電極のオン・オフ制御のもとにドレイン領域を介
して電気信号を処理回路に送る。このＣＭＯＳセンサは
比較的容易にＣＭＯＳプロセス技術を用いて製造がで
き、また回路の工夫によりランダムアクセスなどの任意
の読み出しができる。一方、ＣＣＤでは、全てのフォト
ダイオードに電荷を蓄積し、転送ゲートがオンになると
蓄積した電荷を一斉に隣接した転送用ＣＣＤに転送す
る。
固体撮像装置は受光部（光電変換部）を有し、この受光
部により入射した光のエネルギーを電気エネルギーに変
換する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ＰＮ接合を有す
るフォトダイオードが受光部として光電変換を行い電荷
を蓄積する。フォトダイオードを構成する不純物領域は
スイッチングトランジスタのソース領域を兼ねており、
ゲート電極のオン・オフ制御のもとにドレイン領域を介
して電気信号を処理回路に送る。このＣＭＯＳセンサは
比較的容易にＣＭＯＳプロセス技術を用いて製造がで
き、また回路の工夫によりランダムアクセスなどの任意
の読み出しができる。一方、ＣＣＤでは、全てのフォト
ダイオードに電荷を蓄積し、転送ゲートがオンになると
蓄積した電荷を一斉に隣接した転送用ＣＣＤに転送す
る。
【０００３】ところで、このようなＣＭＯＳセンサやＣ
ＣＤなどの固体撮像装置では、フォトダイオードからな
る受光可能な面積を増大させることを目的として、マイ
クロレンズを受光部の上方に配置した所謂マイクロレン
ズオンチップ型のものが開発されている。すなわち、フ
ォトダイオードを含む１画素分の固体撮像素子上方に素
子の面積に合わせたマイクロレンズを配置することによ
って受光面積を増大し、かつこのマイクロレンズの集光
機能を用いて入射してくる光をフォトダイオード近傍に
集めるものである。このような構造であれば、設計上マ
イクロレンズの大きさはフォトダイオードの面積に依存
せず、１画素分の素子の面積に依存し、受光効率を高め
ることができる。
ＣＤなどの固体撮像装置では、フォトダイオードからな
る受光可能な面積を増大させることを目的として、マイ
クロレンズを受光部の上方に配置した所謂マイクロレン
ズオンチップ型のものが開発されている。すなわち、フ
ォトダイオードを含む１画素分の固体撮像素子上方に素
子の面積に合わせたマイクロレンズを配置することによ
って受光面積を増大し、かつこのマイクロレンズの集光
機能を用いて入射してくる光をフォトダイオード近傍に
集めるものである。このような構造であれば、設計上マ
イクロレンズの大きさはフォトダイオードの面積に依存
せず、１画素分の素子の面積に依存し、受光効率を高め
ることができる。
【０００４】図９はこのマイクロレンズオンチップ型の
ＣＭＯＳセンサの断面構成を表すものである。シリコン
基板１０１の表面は素子分離領域１０２により画素毎に
分離されている。シリコン基板１０１の１画素内には拡
散層１０１Ａ，１０１Ｂが形成されている。シリコン基
板１０１からなるＰＮ接合を有するフォトダイオード１
０３を実質的に構成する拡散層１０１Ａには、スイッチ
ング用のＭＯＳトランジスタ１０４が隣接して形成され
ている。このＭＯＳトランジスタ１０４は、フォトダイ
オード１０３を兼ねた拡散層１０１Ａ（ソース領域）、
拡散層１０１Ｂ（ドレイン領域）、およびシリコン基板
１０１の表面にゲート絶縁膜１０５を間にして形成され
たゲート電極１０６により構成されている。
ＣＭＯＳセンサの断面構成を表すものである。シリコン
基板１０１の表面は素子分離領域１０２により画素毎に
分離されている。シリコン基板１０１の１画素内には拡
散層１０１Ａ，１０１Ｂが形成されている。シリコン基
板１０１からなるＰＮ接合を有するフォトダイオード１
０３を実質的に構成する拡散層１０１Ａには、スイッチ
ング用のＭＯＳトランジスタ１０４が隣接して形成され
ている。このＭＯＳトランジスタ１０４は、フォトダイ
オード１０３を兼ねた拡散層１０１Ａ（ソース領域）、
拡散層１０１Ｂ（ドレイン領域）、およびシリコン基板
１０１の表面にゲート絶縁膜１０５を間にして形成され
たゲート電極１０６により構成されている。
【０００５】シリコン基板１０１の上には、ゲート電極
１０６、第１配線層１１０、第２配線層１１１および第
３配線層１１２からなる３層の配線層が形成されてお
り、それぞれ第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶
縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の
層間絶縁膜１０８Ｄにより覆われている。これらの層間
絶縁膜１０８Ａ〜１０８ＤはＮＳＧ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ
などの光を透過する材料で構成されている。更に、第３
配線層１１２上には水分子（Ｈ2 Ｏ）等の侵入防止のた
めに、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜１１４が
形成されている。この保護膜１１４上には、平坦化処理
を行ったシリコン酸化膜あるいはスピン塗布した透明樹
脂からなる平坦化絶縁膜１１９が形成されている。この
平坦化絶縁膜１１９は透明な有機樹脂からなり、後述の
マイクロレンズ１２２の集光距離を調整する機能を持
つ。
１０６、第１配線層１１０、第２配線層１１１および第
３配線層１１２からなる３層の配線層が形成されてお
り、それぞれ第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶
縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の
層間絶縁膜１０８Ｄにより覆われている。これらの層間
絶縁膜１０８Ａ〜１０８ＤはＮＳＧ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧ
などの光を透過する材料で構成されている。更に、第３
配線層１１２上には水分子（Ｈ2 Ｏ）等の侵入防止のた
めに、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜１１４が
形成されている。この保護膜１１４上には、平坦化処理
を行ったシリコン酸化膜あるいはスピン塗布した透明樹
脂からなる平坦化絶縁膜１１９が形成されている。この
平坦化絶縁膜１１９は透明な有機樹脂からなり、後述の
マイクロレンズ１２２の集光距離を調整する機能を持
つ。
【０００６】平坦化絶縁膜１１９上にはカラーフィルタ
１２０が配置されている。カラーフィルタ１２０は例え
ばゼラチンを染色した材質からなり、光の３原色、 また
は補色系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロ
ー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を
有する。このカラーフィルタ１２０上にマイクロレンズ
１２２が形成されている。
１２０が配置されている。カラーフィルタ１２０は例え
ばゼラチンを染色した材質からなり、光の３原色、 また
は補色系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロ
ー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を
有する。このカラーフィルタ１２０上にマイクロレンズ
１２２が形成されている。
【０００７】このような構成のＣＭＯＳセンサでは、入
射する光は画素ごとにマイクロレンズ１２２、カラーフ
ィルタ１２０、平坦化絶縁膜１１９、保護膜１１４、第
１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶縁膜１０８Ｂ、
第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の層間絶縁膜１０
８Ｄを通って、フォトダイオード１０３の近傍に焦点を
結び、フォトダイオード１０３による光電変換が行われ
る。この光電変換によりフォトダイオード１０３には明
るさに応じて電荷が蓄積され、この蓄積された電荷（電
子）がＭＯＳトランジスタ１０４のオン・オフ制御によ
って、拡散層１０１Ｂから出力電流として取り出されて
配線層を通じて後段の回路に送られる。
射する光は画素ごとにマイクロレンズ１２２、カラーフ
ィルタ１２０、平坦化絶縁膜１１９、保護膜１１４、第
１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶縁膜１０８Ｂ、
第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の層間絶縁膜１０
８Ｄを通って、フォトダイオード１０３の近傍に焦点を
結び、フォトダイオード１０３による光電変換が行われ
る。この光電変換によりフォトダイオード１０３には明
るさに応じて電荷が蓄積され、この蓄積された電荷（電
子）がＭＯＳトランジスタ１０４のオン・オフ制御によ
って、拡散層１０１Ｂから出力電流として取り出されて
配線層を通じて後段の回路に送られる。
【０００８】しかしながら、このようなＣＭＯＳセンサ
では、多層配線層全体の膜厚が厚くなってしまうと、平
坦化絶縁膜１１９などにより焦点を調整するだけではフ
ォトダイオード１０３とマイクロレンズ１２２との間の
距離を設計上確保するのが難くなっている。更に、図９
では例として３層の多層配線構造を示したが、現在のロ
ジックＬＳＩデバイス製造プロセスでは６層から７層ま
での多層配線層が形成可能になっており、更に８層以上
の多層配線技術が可能になるとされている。
では、多層配線層全体の膜厚が厚くなってしまうと、平
坦化絶縁膜１１９などにより焦点を調整するだけではフ
ォトダイオード１０３とマイクロレンズ１２２との間の
距離を設計上確保するのが難くなっている。更に、図９
では例として３層の多層配線構造を示したが、現在のロ
ジックＬＳＩデバイス製造プロセスでは６層から７層ま
での多層配線層が形成可能になっており、更に８層以上
の多層配線技術が可能になるとされている。
【０００９】一方、この焦点距離については、焦点距離
の一般的な式として、マイクロレンズからの焦点距離を
Ｆとすると、Ｆ＝ＮＲ／（Ｎ−１）が成立する。ここ
で、Ｎはマイクロレンズの構成材料の屈折率、Ｒはマイ
クロレンズにおける曲面の曲率半径である。上記式から
考察すると、マイクロレンズからの焦点距離Ｆとマイク
ロレンズにおける曲面の曲率半径Ｒは比例している。従
って、マイクロレンズ１２２を微細化して、図９に示し
たようにマイクロレンズ１２２のピッチ（幅：Ｐ）が縮
小されて曲率半径が小さくなると、当然マイクロレンズ
１２２からの焦点距離Ｆも小さくなる。それに比例して
フォトダイオード１０３の表面積も微細化により縮小す
る。このため、多層配線化、かつ微細化が設計上必要な
条件下で、マイクロレンズ１２２の焦点とフォトダイオ
ード１０３の距離をどのように縮小するかが、上記マイ
クロオンチップ型のＣＭＯＳセンサのみならず固体撮像
素子全般の設計上の問題となっていた。
の一般的な式として、マイクロレンズからの焦点距離を
Ｆとすると、Ｆ＝ＮＲ／（Ｎ−１）が成立する。ここ
で、Ｎはマイクロレンズの構成材料の屈折率、Ｒはマイ
クロレンズにおける曲面の曲率半径である。上記式から
考察すると、マイクロレンズからの焦点距離Ｆとマイク
ロレンズにおける曲面の曲率半径Ｒは比例している。従
って、マイクロレンズ１２２を微細化して、図９に示し
たようにマイクロレンズ１２２のピッチ（幅：Ｐ）が縮
小されて曲率半径が小さくなると、当然マイクロレンズ
１２２からの焦点距離Ｆも小さくなる。それに比例して
フォトダイオード１０３の表面積も微細化により縮小す
る。このため、多層配線化、かつ微細化が設計上必要な
条件下で、マイクロレンズ１２２の焦点とフォトダイオ
ード１０３の距離をどのように縮小するかが、上記マイ
クロオンチップ型のＣＭＯＳセンサのみならず固体撮像
素子全般の設計上の問題となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記マイク
ロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサでは、マイクロ
レンズ１２２の焦点とフォトダイオード１０３の距離が
離れている場合には、この焦点を通過した光が拡散し、
フォトダイオード１０３への入射光量が減少して感度が
低下する。また、フォトダイオード１０３表面に入射し
ない光が途中で第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間
絶縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃ、および第
４の層間絶縁膜１０８Ｄや配線層１１０，１１１，１１
２およびゲート電極１０６に乱反射して隣接する画素に
入射し、混色を起こすことがあった。このような問題
は、平坦化絶縁膜１１９などを用いて焦点距離を調整
し、フォトダイオード１０３近傍に焦点を近づける従来
技術では解決することが困難であった。
ロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサでは、マイクロ
レンズ１２２の焦点とフォトダイオード１０３の距離が
離れている場合には、この焦点を通過した光が拡散し、
フォトダイオード１０３への入射光量が減少して感度が
低下する。また、フォトダイオード１０３表面に入射し
ない光が途中で第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間
絶縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃ、および第
４の層間絶縁膜１０８Ｄや配線層１１０，１１１，１１
２およびゲート電極１０６に乱反射して隣接する画素に
入射し、混色を起こすことがあった。このような問題
は、平坦化絶縁膜１１９などを用いて焦点距離を調整
し、フォトダイオード１０３近傍に焦点を近づける従来
技術では解決することが困難であった。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、多層配線化に対応してマイクロレン
ズから受光部までの距離を広げると共に、この距離の広
がりに伴って発生する受光部の感度低下、および光が隣
接する画素に乱反射により入射することを防止すること
ができる固体撮像素子およびその製造方法を提供するこ
とにある。
ので、その目的は、多層配線化に対応してマイクロレン
ズから受光部までの距離を広げると共に、この距離の広
がりに伴って発生する受光部の感度低下、および光が隣
接する画素に乱反射により入射することを防止すること
ができる固体撮像素子およびその製造方法を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、光電変換を行う受光部と、この受光部に対向して配
設されたマイクロレンズとを備えたものであって、受光
部とマイクロレンズとの間に設けられた層間絶縁膜と、
この層間絶縁膜の受光部に対向する位置に、その層間絶
縁膜の厚さ方向に穿設された開口部と、マイクロレンズ
によって外部から集光された光を反射させつつ受光部へ
と導くように開口部の側壁に設けられた反射膜とを備え
た構成を有している。
は、光電変換を行う受光部と、この受光部に対向して配
設されたマイクロレンズとを備えたものであって、受光
部とマイクロレンズとの間に設けられた層間絶縁膜と、
この層間絶縁膜の受光部に対向する位置に、その層間絶
縁膜の厚さ方向に穿設された開口部と、マイクロレンズ
によって外部から集光された光を反射させつつ受光部へ
と導くように開口部の側壁に設けられた反射膜とを備え
た構成を有している。
【００１３】また、本発明の第１の固体撮像素子の製造
方法は、半導体基板内に不純物領域を選択的に形成する
ことにより受光部を形成する工程と、受光部が形成され
た半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶
縁膜の受光部に対向する領域を受光部の表面近傍付近ま
で選択的に除去して開口部を形成する工程と、開口の内
部および層間絶縁膜の上に保護膜を形成する工程と、開
口部の側壁部分の保護膜上に反射膜を形成する工程と、
反射膜が形成された開口部の内側の空間および層間絶縁
膜上に光透過性を有する絶縁材料を堆積させる工程と、
堆積された絶縁材料の表面を平坦化するための平坦化絶
縁膜を形成する工程と、この平坦化絶縁膜の上方の受光
部に対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを
含むものである。
方法は、半導体基板内に不純物領域を選択的に形成する
ことにより受光部を形成する工程と、受光部が形成され
た半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶
縁膜の受光部に対向する領域を受光部の表面近傍付近ま
で選択的に除去して開口部を形成する工程と、開口の内
部および層間絶縁膜の上に保護膜を形成する工程と、開
口部の側壁部分の保護膜上に反射膜を形成する工程と、
反射膜が形成された開口部の内側の空間および層間絶縁
膜上に光透過性を有する絶縁材料を堆積させる工程と、
堆積された絶縁材料の表面を平坦化するための平坦化絶
縁膜を形成する工程と、この平坦化絶縁膜の上方の受光
部に対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを
含むものである。
【００１４】本発明の第２の固体撮像素子の製造方法
は、半導体基板内に不純物領域を選択的に形成すること
により受光部を形成する工程と、受光部が形成された半
導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜
のうち受光部に対向する領域を、少なくとも光透過性が
得られる薄さになるまでまたは受光部の表面にまで貫通
するように選択的に除去して、開口部を形成する工程
と、開口部の内部および層間絶縁膜の上に第１の保護膜
を形成する工程と、開口部の側壁部分の第１の保護膜上
に選択的に反射膜を形成する工程と、反射膜が形成され
た開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆積させるこ
とにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、埋込み絶縁膜
および第１の保護膜上に第１の保護膜よりも膜厚の厚い
第２の保護膜を形成する工程と、第２の保護膜上に光透
過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、この平坦化絶縁
膜の上方の受光部に対向する位置にマイクロレンズを形
成する工程とを含むものである。
は、半導体基板内に不純物領域を選択的に形成すること
により受光部を形成する工程と、受光部が形成された半
導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜
のうち受光部に対向する領域を、少なくとも光透過性が
得られる薄さになるまでまたは受光部の表面にまで貫通
するように選択的に除去して、開口部を形成する工程
と、開口部の内部および層間絶縁膜の上に第１の保護膜
を形成する工程と、開口部の側壁部分の第１の保護膜上
に選択的に反射膜を形成する工程と、反射膜が形成され
た開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆積させるこ
とにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、埋込み絶縁膜
および第１の保護膜上に第１の保護膜よりも膜厚の厚い
第２の保護膜を形成する工程と、第２の保護膜上に光透
過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、この平坦化絶縁
膜の上方の受光部に対向する位置にマイクロレンズを形
成する工程とを含むものである。
【００１５】本発明の第３の半導体装置の製造方法は、
半導体基板内に不純物領域を選択的に形成することによ
り受光部を形成する工程と、受光部が形成された半導体
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の受
光部に対向する領域を受光部の表面近傍付近まで選択的
に除去して開口部を形成する工程と、開口部の側壁部分
に選択的に反射膜を形成する工程と、少なくとも反射膜
が形成された開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆
積させることにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、少
なくとも埋込み絶縁膜上に保護膜を形成する工程と、保
護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、こ
の平坦化絶縁膜の上方の受光部に対向する位置にマイク
ロレンズを形成する工程とを含むものである。
半導体基板内に不純物領域を選択的に形成することによ
り受光部を形成する工程と、受光部が形成された半導体
基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜の受
光部に対向する領域を受光部の表面近傍付近まで選択的
に除去して開口部を形成する工程と、開口部の側壁部分
に選択的に反射膜を形成する工程と、少なくとも反射膜
が形成された開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆
積させることにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、少
なくとも埋込み絶縁膜上に保護膜を形成する工程と、保
護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、こ
の平坦化絶縁膜の上方の受光部に対向する位置にマイク
ロレンズを形成する工程とを含むものである。
【００１６】本発明の固体撮像素子では、マイクロレン
ズに入射した光は、開口部または開口部近傍で焦点を結
んだ後、開口部の側壁に形成された反射膜により反射さ
れつつ受光部に効率よく到達する。
ズに入射した光は、開口部または開口部近傍で焦点を結
んだ後、開口部の側壁に形成された反射膜により反射さ
れつつ受光部に効率よく到達する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】〔第１の実施の形態〕図１は本発明の一実
施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳ
センサの断面構成を表すものである。
施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳ
センサの断面構成を表すものである。
【００１９】シリコン基板１１の上には、多層配線層、
例えばゲート電極１９、第１配線層２０、第２配線層２
１および第３配線層２２からなる４層の配線層が設けら
れており、それぞれ層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８
Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄにより覆
われている。これらの層間絶縁膜１８Ａ〜１８Ｄは例え
ばＳｉＯ2 系の光を透過する材料で形成されている。更
に、層間絶縁膜１８Ｄ上には水分子（Ｈ2 Ｏ）等の侵入
防止のために、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる
保護膜２４が設けられている。
例えばゲート電極１９、第１配線層２０、第２配線層２
１および第３配線層２２からなる４層の配線層が設けら
れており、それぞれ層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８
Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄにより覆
われている。これらの層間絶縁膜１８Ａ〜１８Ｄは例え
ばＳｉＯ2 系の光を透過する材料で形成されている。更
に、層間絶縁膜１８Ｄ上には水分子（Ｈ2 Ｏ）等の侵入
防止のために、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる
保護膜２４が設けられている。
【００２０】これら層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８
Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄの、フォ
トダイオード１３の上方位置には開口部２７が形成され
ている。保護膜２４はこの開口部２７の側壁および底部
にも設けられている。
Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄの、フォ
トダイオード１３の上方位置には開口部２７が形成され
ている。保護膜２４はこの開口部２７の側壁および底部
にも設けられている。
【００２１】開口部２７の側壁部分の保護膜２４の表面
には例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜２８が
例えばスパッタリング法（Sputtering) 、またはＣＶＤ
法（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition)によ
り設けられている。
には例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜２８が
例えばスパッタリング法（Sputtering) 、またはＣＶＤ
法（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition)によ
り設けられている。
【００２２】反射膜２８としては、その他、チタニウム
（Ｔｉ）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）また
はタングステン（Ｗ）、更にはこれらの金属の積層膜と
してもよく、更に、非金属であっても、光反射可能な材
料であればよい。
（Ｔｉ）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）また
はタングステン（Ｗ）、更にはこれらの金属の積層膜と
してもよく、更に、非金属であっても、光反射可能な材
料であればよい。
【００２３】この保護膜２４上には、平坦化処理を行っ
たシリコン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂か
らなる平坦化絶縁膜２９が配置されている。この平坦化
絶縁膜２９は例えばアクリル系の有機樹脂からなり、後
述のマイクロレンズ３２の集光距離を調整する機能を有
している。
たシリコン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂か
らなる平坦化絶縁膜２９が配置されている。この平坦化
絶縁膜２９は例えばアクリル系の有機樹脂からなり、後
述のマイクロレンズ３２の集光距離を調整する機能を有
している。
【００２４】平坦化絶縁膜２９上にはカラーフィルタ３
０が配置されている。カラーフィルタ３０は例えばゼラ
チンを染色した材質からなり、光の３原色、 または補色
系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロー（Ｙ
ｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を有す
る。
０が配置されている。カラーフィルタ３０は例えばゼラ
チンを染色した材質からなり、光の３原色、 または補色
系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロー（Ｙ
ｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を有す
る。
【００２５】本実施の形態のＣＭＯＳセンサでは、入射
する光は１画素ごとにマイクロレンズ３２、開口部２７
の内部の平坦化絶縁膜２９、保護膜２４および層間絶縁
膜１８Ａを通って、フォトダイオード１３の近傍、開口
部２７内、または開口部２７近傍などで平坦化絶縁膜２
９等により設定した位置で焦点を結び、フォトダイオー
ド１３による光電変換が行われる。
する光は１画素ごとにマイクロレンズ３２、開口部２７
の内部の平坦化絶縁膜２９、保護膜２４および層間絶縁
膜１８Ａを通って、フォトダイオード１３の近傍、開口
部２７内、または開口部２７近傍などで平坦化絶縁膜２
９等により設定した位置で焦点を結び、フォトダイオー
ド１３による光電変換が行われる。
【００２６】このように本実施の形態では、平坦化絶縁
膜２９の調節機能の限界により、開口部２７の近傍でマ
イクロレンズ３２からの焦点を結ぶ光によって、反射膜
２８内で反射されることによってフォトダイオード１３
に到達する。つまり、ほぼ確実にマイクロレンズ３２か
らの光がフォトダイオード１３に受光されることになる
ので、フォトダイオード１３とマイクロレンズ３２の焦
点との距離を常に近傍領域にしなくても設計上は良いこ
とになる。このため、多層配線の設計上、フォトダイオ
ード１３とマイクロレンズ３２との距離が離れ、それに
伴い焦点が開口部２７近傍領域にあっても、フォトダイ
オード１３の光量が減少することはない。また、層間絶
縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよ
び層間絶縁膜１８Ｄの側面がそれぞれ反射膜２８によっ
て覆われている。このため、フォトダイオード１３の表
面に入射しない光が、途中で一部の配線に乱反射して他
の半導体素子のフォトダイオードに入射し、混色を起こ
すこともない。
膜２９の調節機能の限界により、開口部２７の近傍でマ
イクロレンズ３２からの焦点を結ぶ光によって、反射膜
２８内で反射されることによってフォトダイオード１３
に到達する。つまり、ほぼ確実にマイクロレンズ３２か
らの光がフォトダイオード１３に受光されることになる
ので、フォトダイオード１３とマイクロレンズ３２の焦
点との距離を常に近傍領域にしなくても設計上は良いこ
とになる。このため、多層配線の設計上、フォトダイオ
ード１３とマイクロレンズ３２との距離が離れ、それに
伴い焦点が開口部２７近傍領域にあっても、フォトダイ
オード１３の光量が減少することはない。また、層間絶
縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよ
び層間絶縁膜１８Ｄの側面がそれぞれ反射膜２８によっ
て覆われている。このため、フォトダイオード１３の表
面に入射しない光が、途中で一部の配線に乱反射して他
の半導体素子のフォトダイオードに入射し、混色を起こ
すこともない。
【００２７】次に、このＣＭＯＳセンサの製造方法につ
いて図２〜図７を参照して説明する。
いて図２〜図７を参照して説明する。
【００２８】まず、図２（Ａ）に示したように、シリコ
ン基板１１上にシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成する。
その後、例えば熱酸化法により素子分離形成領域の絶縁
膜を熱処理して、素子分離領域１２を形成する。更に、
このシリコン基板１１上にフォトレジスト等のマスクを
塗布形成して、そのマスク上から不純物拡散法およびイ
オン注入法などにより不純物を添加し、フォトダイオー
ド１３およびＭＯＳトランジスタのソ−ス領域となる拡
散層１１Ａ、およびＭＯＳトランジスタのドレイン領域
となる拡散層１１Ｂを形成する。その後、マスクをアッ
シング等により除去した後、例えば熱酸化によりシリコ
ン基板１１上にゲート絶縁膜１４Ｂを形成した後、その
ゲート絶縁膜１４Ｂ上に例えば金属からなるゲート電極
１４Ａを形成する。
ン基板１１上にシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成する。
その後、例えば熱酸化法により素子分離形成領域の絶縁
膜を熱処理して、素子分離領域１２を形成する。更に、
このシリコン基板１１上にフォトレジスト等のマスクを
塗布形成して、そのマスク上から不純物拡散法およびイ
オン注入法などにより不純物を添加し、フォトダイオー
ド１３およびＭＯＳトランジスタのソ−ス領域となる拡
散層１１Ａ、およびＭＯＳトランジスタのドレイン領域
となる拡散層１１Ｂを形成する。その後、マスクをアッ
シング等により除去した後、例えば熱酸化によりシリコ
ン基板１１上にゲート絶縁膜１４Ｂを形成した後、その
ゲート絶縁膜１４Ｂ上に例えば金属からなるゲート電極
１４Ａを形成する。
【００２９】更に、シリコン基板１１、拡散層１１Ａお
よびゲート電極１４上に例えばＳｉＯ2 系の層間絶縁膜
１８Ａを形成する。その後、電気的な接続のため、コン
タクトホールなどの接続孔を層間絶縁膜１８Ａに形成し
て、他の金属配線層に電気的に接続させる。
よびゲート電極１４上に例えばＳｉＯ2 系の層間絶縁膜
１８Ａを形成する。その後、電気的な接続のため、コン
タクトホールなどの接続孔を層間絶縁膜１８Ａに形成し
て、他の金属配線層に電気的に接続させる。
【００３０】同様に、第１配線層２０、第２配線層２１
および第３配線層２２をそれぞれ形成すると共に、これ
ら配線層を層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび
層間絶縁膜１８Ｄで覆う。その後、層間絶縁膜１８Ｄ上
に例えばフォトレジストからなるマスク層３４を形成す
る。
および第３配線層２２をそれぞれ形成すると共に、これ
ら配線層を層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび
層間絶縁膜１８Ｄで覆う。その後、層間絶縁膜１８Ｄ上
に例えばフォトレジストからなるマスク層３４を形成す
る。
【００３１】次に、図２（Ｂ）に示したように、マスク
層３４を用いて層間絶縁膜１８Ｄ，１８Ｃ，１８Ｂおよ
び層間絶縁膜１８Ａの途中までを選択的にエッチング除
去して開口部２７を形成する。
層３４を用いて層間絶縁膜１８Ｄ，１８Ｃ，１８Ｂおよ
び層間絶縁膜１８Ａの途中までを選択的にエッチング除
去して開口部２７を形成する。
【００３２】次に、図３に示したように、例えばＣＶＤ
法により窒化シリコンからなる膜厚約１００ｎｍから約
５００ｎｍ程度の保護膜２４を層間絶縁膜１８Ｄおよび
開口部２７の内部に形成する。
法により窒化シリコンからなる膜厚約１００ｎｍから約
５００ｎｍ程度の保護膜２４を層間絶縁膜１８Ｄおよび
開口部２７の内部に形成する。
【００３３】次いで、この保護膜２４上に例えばスパッ
タリング法によって膜厚が例えば約５０ｎｍから約５０
０ｎｍ程度のアルミニウム膜２８Ａを成膜する。
タリング法によって膜厚が例えば約５０ｎｍから約５０
０ｎｍ程度のアルミニウム膜２８Ａを成膜する。
【００３４】次に、エッチバック法により配線層上部と
掘り込み穴底部の反射膜２８Ａを選択的にエッチング除
去して、図４に示したように、開口部２７の側壁面にア
ルミニウムからなる光反射特性を有する反射膜２８が形
成される。
掘り込み穴底部の反射膜２８Ａを選択的にエッチング除
去して、図４に示したように、開口部２７の側壁面にア
ルミニウムからなる光反射特性を有する反射膜２８が形
成される。
【００３５】その後は、図１に示したように、開口部２
７内、更に保護膜２４上に、例えば光透過性のある平坦
化絶縁膜２９を、例えばＳＯＧ膜のスピン塗布あるいは
ＳｉＯ2 膜のＣＶＤ成膜法によって形成する。
７内、更に保護膜２４上に、例えば光透過性のある平坦
化絶縁膜２９を、例えばＳＯＧ膜のスピン塗布あるいは
ＳｉＯ2 膜のＣＶＤ成膜法によって形成する。
【００３６】次いで、この平坦化絶縁膜２９上に、例え
ば分光性および光透過性を有する絶縁体からなるカラー
フィルタ３０を、ゼラチン塗布により形成する。
ば分光性および光透過性を有する絶縁体からなるカラー
フィルタ３０を、ゼラチン塗布により形成する。
【００３７】なお、反射膜２８のエッチングを例えば反
応性イオンビームエッチングにより行うものとしてもよ
く、あるいは反射膜２８の表面を光反射できる程度に平
滑にできる方法であれば、他の方法でもよい。
応性イオンビームエッチングにより行うものとしてもよ
く、あるいは反射膜２８の表面を光反射できる程度に平
滑にできる方法であれば、他の方法でもよい。
【００３８】なお、開口部２７および反射膜２８は上記
実施の形態のようにテーパ状に形成されていてもよい
が、図５に示したように垂直に形成するようにしてもよ
い。
実施の形態のようにテーパ状に形成されていてもよい
が、図５に示したように垂直に形成するようにしてもよ
い。
【００３９】〔第２の実施の形態〕次に、図６を用いて
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロレンズオンチ
ップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態にお
いては、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に
係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番
号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を
省略する。
本発明の第２の実施の形態に係るマイクロレンズオンチ
ップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態にお
いては、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に
係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番
号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を
省略する。
【００４０】本実施の形態では、図２（Ｂ）に示したよ
うに、所定のエッチング除去により開口部２７を形成し
た後、例えば窒化シリコンからなる第１の保護膜４３を
ＣＶＤ法により開口部２７の内部および層間絶縁膜１８
Ｄ上に形成する。この後、第１の実施の形態と同様の方
法を用いて反射膜２８を形成する。
うに、所定のエッチング除去により開口部２７を形成し
た後、例えば窒化シリコンからなる第１の保護膜４３を
ＣＶＤ法により開口部２７の内部および層間絶縁膜１８
Ｄ上に形成する。この後、第１の実施の形態と同様の方
法を用いて反射膜２８を形成する。
【００４１】その後、例えばＣＶＤ法によりＮＳＧ（No
n-doped Silicate Glass）、ＰＳＧ（Phospho Silicate
Glass）、またはＢＰＳＧ（Boron-Phospho Silicate G
lass）などのシリケートガラス（二酸化珪素のガラス状
のもの）に各種不純物を添加した光透過性を有する絶縁
膜からなる埋込み膜４４を開口部２７の内部が完全に埋
め込まれるように成膜し、続いて、例えばＣＭＰ法を用
いて第１の保護膜４３が露出する程度の平坦化を行う。
この埋込み膜４４は、例えばスピンコート法（Spin coa
ting) によりＳＯＧ（Spin On Glass ）や透明樹脂膜な
どを成膜して形成しても良い。
n-doped Silicate Glass）、ＰＳＧ（Phospho Silicate
Glass）、またはＢＰＳＧ（Boron-Phospho Silicate G
lass）などのシリケートガラス（二酸化珪素のガラス状
のもの）に各種不純物を添加した光透過性を有する絶縁
膜からなる埋込み膜４４を開口部２７の内部が完全に埋
め込まれるように成膜し、続いて、例えばＣＭＰ法を用
いて第１の保護膜４３が露出する程度の平坦化を行う。
この埋込み膜４４は、例えばスピンコート法（Spin coa
ting) によりＳＯＧ（Spin On Glass ）や透明樹脂膜な
どを成膜して形成しても良い。
【００４２】本実施の形態では、この埋込み膜４４が埋
め込まれた開口部２７上および第１の保護膜４３上に、
第１の保護膜４３よりも厚い、例えば約１００ｎｍから
約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる第２の
保護膜４５をＣＶＤ法などにより形成する。
め込まれた開口部２７上および第１の保護膜４３上に、
第１の保護膜４３よりも厚い、例えば約１００ｎｍから
約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる第２の
保護膜４５をＣＶＤ法などにより形成する。
【００４３】続いて、この第２の保護膜４５上にシリコ
ン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂からなる平
坦化絶縁膜４６を形成する。以下、第１の実施の形態と
同様に、平坦化絶縁膜４６上にカラーフィルタ３０およ
びマイクロレンズ３２を形成する。
ン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂からなる平
坦化絶縁膜４６を形成する。以下、第１の実施の形態と
同様に、平坦化絶縁膜４６上にカラーフィルタ３０およ
びマイクロレンズ３２を形成する。
【００４４】以上のように基本的な構成は第１の実施の
形態と同様であるが、本実施の形態では、第１の保護膜
４３と第２の保護膜４５により保護膜を２層化した構造
を有する。
形態と同様であるが、本実施の形態では、第１の保護膜
４３と第２の保護膜４５により保護膜を２層化した構造
を有する。
【００４５】このような２層化した構造を有すること
で、第１の保護膜４３では開口部２７内部では充分な膜
厚を確保しづらいなどの設計上の制約により、膜の厚さ
を充分に確保することが難しいが、第２の保護膜４５は
開口部２７の上方にあるため、保護膜として機能するた
めに必要な膜の厚さを充分に確保することができ、これ
らの２層の保護膜４３，４５によって素子特性や信頼性
の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制で
きる。
で、第１の保護膜４３では開口部２７内部では充分な膜
厚を確保しづらいなどの設計上の制約により、膜の厚さ
を充分に確保することが難しいが、第２の保護膜４５は
開口部２７の上方にあるため、保護膜として機能するた
めに必要な膜の厚さを充分に確保することができ、これ
らの２層の保護膜４３，４５によって素子特性や信頼性
の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制で
きる。
【００４６】〔第３の実施の形態〕次に、図７を用いて
本発明の第３の実施の形態に係るマイクロレンズオンチ
ップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態にお
いても、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に
係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番
号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を
省略する。
本発明の第３の実施の形態に係るマイクロレンズオンチ
ップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態にお
いても、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に
係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番
号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を
省略する。
【００４７】本実施の形態では、図２（Ｂ）で開口部２
７を形成した後、第１の実施の形態と同様の製造方法を
用いて反射膜２８を開口部２７表面に保護膜を設けるこ
となく、直接に形成する。
７を形成した後、第１の実施の形態と同様の製造方法を
用いて反射膜２８を開口部２７表面に保護膜を設けるこ
となく、直接に形成する。
【００４８】次いで、例えばＣＶＤ法によりＮＳＧ，Ｐ
ＳＧまたはＢＰＳＧなどのシリケートガラスからなる埋
込み膜４７を、開口部２７の上方および層間絶縁膜１８
Ｄが完全に埋め込まれる程度まで堆積する。その後、例
えばＣＭＰ法を用いて平坦化を層間絶縁膜１８Ｄが露出
しない程度に行うようにしてもよい。この埋込み膜４７
は、例えばスピンコート法によりＳＯＧ膜や透明樹脂膜
などを成膜して形成しても良い。
ＳＧまたはＢＰＳＧなどのシリケートガラスからなる埋
込み膜４７を、開口部２７の上方および層間絶縁膜１８
Ｄが完全に埋め込まれる程度まで堆積する。その後、例
えばＣＭＰ法を用いて平坦化を層間絶縁膜１８Ｄが露出
しない程度に行うようにしてもよい。この埋込み膜４７
は、例えばスピンコート法によりＳＯＧ膜や透明樹脂膜
などを成膜して形成しても良い。
【００４９】次に、埋込み膜４７上に、約１００ｎｍか
ら約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる保護
膜４８をＣＶＤ法などにより形成し、この保護膜４８上
に平坦化絶縁膜４９を形成する。以下、第１の実施の形
態と同様に、平坦化絶縁膜４９上にカラーフィルタ３０
およびマイクロレンズ３２を形成する。
ら約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる保護
膜４８をＣＶＤ法などにより形成し、この保護膜４８上
に平坦化絶縁膜４９を形成する。以下、第１の実施の形
態と同様に、平坦化絶縁膜４９上にカラーフィルタ３０
およびマイクロレンズ３２を形成する。
【００５０】本実施の形態では、開口部２７の側面には
保護膜を形成しないので、その分だけ開口部２７内の埋
込み膜４７の体積を増加させることが可能である。従っ
て、マイクロレンズ３２の焦点位置のばらつきに対する
設計上の制約を緩和することができる。また、第２の実
施の形態と同様に、この保護膜４８は開口部２７の上方
にあるため、保護膜として機能するために必要な膜の厚
さを充分に確保することができ、素子特性や信頼性の劣
化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制でき
る。
保護膜を形成しないので、その分だけ開口部２７内の埋
込み膜４７の体積を増加させることが可能である。従っ
て、マイクロレンズ３２の焦点位置のばらつきに対する
設計上の制約を緩和することができる。また、第２の実
施の形態と同様に、この保護膜４８は開口部２７の上方
にあるため、保護膜として機能するために必要な膜の厚
さを充分に確保することができ、素子特性や信頼性の劣
化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制でき
る。
【００５１】〔第４の実施の形態〕次に、図８を参照し
て、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロレンズオ
ンチップ型のＣＣＤの構成を説明する。本実施の形態は
ＣＣＤであるが、その特有部分以外の構成は第１の実施
の形態と同様であるため、重複する構成要素の詳細につ
いては説明を一部省略する。
て、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロレンズオ
ンチップ型のＣＣＤの構成を説明する。本実施の形態は
ＣＣＤであるが、その特有部分以外の構成は第１の実施
の形態と同様であるため、重複する構成要素の詳細につ
いては説明を一部省略する。
【００５２】本実施の形態のＣＣＤデバイスは、シリコ
ン基板１１、光電変換部５５、転送ゲート部５６および
ＶＣＣＤ（Vertical CCD ）５７により構成されてい
る。光電変換部５５はＮ型の拡散層により形成されてお
り、この光電変換部５５に光が入射すると、光電変換に
より光が信号電荷として蓄積される。この信号電荷は、
クロックパルスにより駆動される転送ゲート部５６の制
御の下にＮ型の導電型を持つＶＣＣＤ５７表面にチャネ
ル層が形成されることによってＶＣＣＤ５７に転送され
る。このＶＣＣＤ５７は、ＣＣＤ回路上に垂直方向に配
置され、信号電荷を後段の他のＶＣＣＤに転送する。こ
のような信号電荷の転送動作がクロックパルスにより周
期的に繰り返される。
ン基板１１、光電変換部５５、転送ゲート部５６および
ＶＣＣＤ（Vertical CCD ）５７により構成されてい
る。光電変換部５５はＮ型の拡散層により形成されてお
り、この光電変換部５５に光が入射すると、光電変換に
より光が信号電荷として蓄積される。この信号電荷は、
クロックパルスにより駆動される転送ゲート部５６の制
御の下にＮ型の導電型を持つＶＣＣＤ５７表面にチャネ
ル層が形成されることによってＶＣＣＤ５７に転送され
る。このＶＣＣＤ５７は、ＣＣＤ回路上に垂直方向に配
置され、信号電荷を後段の他のＶＣＣＤに転送する。こ
のような信号電荷の転送動作がクロックパルスにより周
期的に繰り返される。
【００５３】このようなマイクロレンズオンチップ型の
ＣＣＤでは、従来構造であると、入射光が光電変換部５
５のみならずＶＣＣＤ５７にも入射してしまい、光電変
換効率が低下するスミアという現象が生じる虞がある。
これに対して、本実施の形態であれば、マイクロレンズ
３２からの入射光は開口部２７内の反射膜２８により導
かれて確実に光電変換部５５に入射する。従って、光電
変換部５５とマイクロレンズ３２の焦点距離を常に近傍
にしなくても設計上良いことになる。このため、ＣＣＤ
の設計上の制約により、焦点が開口部２７内上部もしく
は開口部２７内を離れた近傍領域にあっても、光電変換
部５５に入射する光量が減少することはなく、変換効率
が向上する。
ＣＣＤでは、従来構造であると、入射光が光電変換部５
５のみならずＶＣＣＤ５７にも入射してしまい、光電変
換効率が低下するスミアという現象が生じる虞がある。
これに対して、本実施の形態であれば、マイクロレンズ
３２からの入射光は開口部２７内の反射膜２８により導
かれて確実に光電変換部５５に入射する。従って、光電
変換部５５とマイクロレンズ３２の焦点距離を常に近傍
にしなくても設計上良いことになる。このため、ＣＣＤ
の設計上の制約により、焦点が開口部２７内上部もしく
は開口部２７内を離れた近傍領域にあっても、光電変換
部５５に入射する光量が減少することはなく、変換効率
が向上する。
【００５４】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では
ＣＭＯＳセンサおよびＣＣＤのような固体撮像素子につ
いて説明したが、その他の素子であっても、受光部を備
えたマイクロレンズオンチップ型の半導体装置について
も適用可能であることは言うまでもない。
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では
ＣＭＯＳセンサおよびＣＣＤのような固体撮像素子につ
いて説明したが、その他の素子であっても、受光部を備
えたマイクロレンズオンチップ型の半導体装置について
も適用可能であることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように本発明の固体撮像素
子によれば、光電変換機能を有する受光部上方の層間絶
縁膜中に開口部を設け、この開口部の側壁に光の反射膜
を設けるようにしたので、マイクロレンズからの入射光
を確実に受光部に導くことができ、受光部の感度が向上
すると共に、隣接する受光部間での混色の問題も生ずる
ことはない。
子によれば、光電変換機能を有する受光部上方の層間絶
縁膜中に開口部を設け、この開口部の側壁に光の反射膜
を設けるようにしたので、マイクロレンズからの入射光
を確実に受光部に導くことができ、受光部の感度が向上
すると共に、隣接する受光部間での混色の問題も生ずる
ことはない。
【００５６】また、本発明の固体撮像素子の製造方法に
よれば、製造工程上で多層配線層を設けても、焦点距離
を受光部近傍にあわせて調整する必要がない。このた
め、平坦化絶縁膜の焦点調整機能の限界によらず、多層
配線化および微細化を設計上更に進めることができる。
よれば、製造工程上で多層配線層を設けても、焦点距離
を受光部近傍にあわせて調整する必要がない。このた
め、平坦化絶縁膜の焦点調整機能の限界によらず、多層
配線化および微細化を設計上更に進めることができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＭＯＳセン
サの断面図である。
サの断面図である。
【図２】図１に示したＣＭＯＳセンサの工程毎の断面図
である。
である。
【図３】図２（Ｂ）の工程に続く工程毎の断面図であ
る。
る。
【図４】図３の工程に続く工程毎の断面図である。
【図５】第１の実施の形態の構造の変形例を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るＣＭＯＳセン
サの断面図である。
サの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るＣＭＯＳセン
サの断面図である。
サの断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るＣＣＤの断面
図である。
図である。
【図９】従来のＣＭＯＳセンサの構造を説明するための
断面図である。
断面図である。
１１…シリコン基板、１２…素子分離領域、１３…フォ
トダイオード、１１Ａ，１１Ｂ…拡散層、１４Ｂ…ゲー
ト絶縁膜、１４Ａ…ゲート電極、１８Ａ，１８Ｂ，１８
Ｃ，１８Ｄ…層間絶縁膜、２０…第１配線層、２１…第
２配線層、２２…第３配線層、２４…保護膜、２７…開
口部、２８…反射膜、２９…平坦化膜絶縁膜、３０…カ
ラーフィルタ、３２…マイクロレンズ、５５…光電変換
部、５６…転送ゲート部、５７…ＶＣＣＤ
トダイオード、１１Ａ，１１Ｂ…拡散層、１４Ｂ…ゲー
ト絶縁膜、１４Ａ…ゲート電極、１８Ａ，１８Ｂ，１８
Ｃ，１８Ｄ…層間絶縁膜、２０…第１配線層、２１…第
２配線層、２２…第３配線層、２４…保護膜、２７…開
口部、２８…反射膜、２９…平坦化膜絶縁膜、３０…カ
ラーフィルタ、３２…マイクロレンズ、５５…光電変換
部、５６…転送ゲート部、５７…ＶＣＣＤ
─────────────────────────────────────────────────────
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Ｆターム(参考） 4M118 AB01 BA09 CA03 CA32 GB15
GC07 GD04 GD07 GD15
5C024 CX11 CX41 CY47 EX43 GY01
GY31
5C051 AA01 BA02 DA02 DB01 DB04
DB05 DB06 DB18 DB22 DB23
DC02 DC04 DC07 EA01
Claims (11)
- 【請求項１】 光電変換を行う受光部と、 この受光部に対向して配設されたマイクロレンズとを備
えた固体撮像素子であって、 前記受光部と前記マイクロレンズとの間に設けられた層
間絶縁膜と、 この層間絶縁膜の前記受光部に対向する位置に、その層
間絶縁膜の厚さ方向に穿設された開口部と、 前記マイクロレンズによって外部から集光された光を反
射させつつ前記受光部へと導くように前記開口部の側壁
に設けられた反射膜とを備えたことを特徴とする固体撮
像素子。 - 【請求項２】 前記開口部の内部および前記層間絶縁膜
上には保護膜が形成されており、 前記反射膜が、前記開口部内の保護膜上に形成されてお
り、 前記反射膜が形成された開口部内の空間が、前記開口部
および前記層間絶縁膜を覆う光透過性の平坦化絶縁膜に
よって埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載
の固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記保護膜が１００ｎｍ〜５００ｎｍの
範囲の膜厚を有することを特徴とする請求項２記載の固
体撮像素子。 - 【請求項４】 前記開口部の内部および前記層間絶縁膜
上に保護膜が形成され、前記反射膜が前記開口部内の保
護膜上に形成されると共に、前記開口部内に光透過性の
埋込み絶縁膜が埋め込まれ、かつ、前記埋込み絶縁膜お
よび前記第１の保護膜の上に前記第１の保護膜よりも膜
厚の厚い第２の保護膜が形成され、前記第２の保護膜上
に光透過性の平坦化絶縁膜が形成されていることを特徴
とする請求項１記載の固体撮像素子。 - 【請求項５】 前記開口部の内部が光透過性の平坦化絶
縁膜により埋め込まれていると共に、前記平坦化絶縁膜
の上に所定の膜厚の保護膜が形成されていることを特徴
とする請求項１記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記保護膜が１００ｎｍ〜５００ｎｍの
範囲の膜厚を有することを特徴とする請求項５記載の固
体撮像素子。 - 【請求項７】 前記平坦化絶縁膜の厚さは、前記マイク
ロレンズを透過した光が前記開口部の内部および前記開
口部近傍の位置に焦点を結ぶように設定されていること
を特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記平坦化絶縁膜と前記マイクロレンズ
との間にカラーフィルタを有することを特徴とする請求
項２記載の固体撮像素子。 - 【請求項９】 半導体基板内に不純物領域を選択的に形
成することにより受光部を形成する工程と、 前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記層間絶縁膜の前記受光部に対向する領域を前記受光
部の表面近傍付近まで選択的に除去して開口部を形成す
る工程と、 前記開口の内部および前記層間絶縁膜の上に保護膜を形
成する工程と、 前記開口部の側壁部分の保護膜上に反射膜を形成する工
程と、 前記反射膜が形成された開口部の内側の空間および前記
層間絶縁膜上に光透過性を有する絶縁材料を堆積させる
工程と、 前記堆積された絶縁材料の表面を平坦化するための平坦
化絶縁膜を形成する工程と、 この平坦化絶縁膜の上方の前記受光部に対向する位置に
マイクロレンズを形成する工程とを含むことを特徴とす
る固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項１０】 半導体基板内に不純物領域を選択的に
形成することにより受光部を形成する工程と、 前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記層間絶縁膜のうち前記受光部に対向する領域を、少
なくとも光透過性が得られる薄さになるまでまたは前記
受光部の表面にまで貫通するように選択的に除去して、
開口部を形成する工程と、 前記開口部の内部および前記層間絶縁膜の上に第１の保
護膜を形成する工程と、 前記開口部の側壁部分の第１の保護膜上に選択的に反射
膜を形成する工程と、 前記反射膜が形成された開口部内に光透過性を有する絶
縁材料を堆積させることにより埋込み絶縁膜を形成する
工程と、 前記埋込み絶縁膜および第１の保護膜上に第１の保護膜
よりも膜厚の厚い第２の保護膜を形成する工程と、 前記第２の保護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成す
る工程と、 この平坦化絶縁膜の上方の前記受光部に対向する位置に
マイクロレンズを形成する工程とを含むことを特徴とす
る固体撮像素子の製造方法。 - 【請求項１１】 半導体基板内に不純物領域を選択的に
形成することにより受光部を形成する工程と、 前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形
成する工程と、 前記層間絶縁膜の前記受光部に対向する領域を前記受光
部の表面近傍付近まで選択的に除去して開口部を形成す
る工程と、 前記開口部の側壁部分に選択的に反射膜を形成する工程
と、 少なくとも前記反射膜が形成された開口部内に光透過性
を有する絶縁材料を堆積させることにより埋込み絶縁膜
を形成する工程と、 少なくとも前記埋込み絶縁膜上に保護膜を形成する工程
と、 前記保護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成する工程
と、 この平坦化絶縁膜の上方の前記受光部に対向する位置に
マイクロレンズを形成する工程とを含むことを特徴とす
る固体撮像素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001400502A JP3959734B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001400502A JP3959734B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003197886A true JP2003197886A (ja) | 2003-07-11 |
| JP3959734B2 JP3959734B2 (ja) | 2007-08-15 |
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ID=27605041
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001400502A Expired - Fee Related JP3959734B2 (ja) | 2001-12-28 | 2001-12-28 | 固体撮像素子およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3959734B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-12-28 JP JP2001400502A patent/JP3959734B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3959734B2 (ja) | 2007-08-15 |
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