JP2007214374A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の周辺回路部の加工マージンを十分に維持しつつも、素子部の薄型化、集光効率の向上をはかり、高感度で、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域で、表面が光電変換部に向かう凹部をもつように、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記凹部内に、層内レンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、前記層内レンズを形成する工程に先立ち、前記絶縁膜を形成した後、前記凹部の内壁が深い傾斜をもつように、前記光電変換部上の前記絶縁膜の少なくとも表面部を除去する工程を含み、前記凹部内に、層内レンズを形成するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に係り、特に固体撮像素子の層内レンズの形成方法に関する。

エリアセンサ等の撮像デバイスであるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動されるように構成されている。

近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでおり、それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。

そこで、開口部周辺に到達した光を効率よく光電変換部に集光するための種々の方法が提案されている。

例えば、図１４に示すように、受光部の直上位置の平坦化膜に凹部を形成し、この凹部に高屈折率材料を埋め込むことにより、層内レンズ（高屈折率材料膜１０）を形成し、集光効率を向上して、受光部に取り込む技術が開示されている（特許文献１、２）。

この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード３０上の領域に、ＢＰＳＧ（Boro Phosfo Silicate Glass）膜からなる絶縁膜９を形成して、加熱リフローを行い、下方に突出した形状となるようにレンズ形成のための形状加工を行う。この後加熱リフローによる下凸形状表面を持つ凹部に、プラズマＣＶＤ法により高屈折率材料膜として窒化シリコン膜を充填し、層内レンズ１０が形成される。４０は電荷転送部である。
この製造工程図を図１５および図１６に示すが、後述の実施の形態において詳細に説明する。

まず、通常の方法で図１５（ａ）に示すように、シリコン基板１内に、電荷転送領域（図示せず）を形成した後、ゲート絶縁膜２を形成し、このゲート絶縁膜２上に、第１層電極（３ａ）、電極間絶縁膜４、第２層電極３ｂを形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜５を形成する。このとき、第１層ドープトアモルファスシリコン膜上が過度に酸化されないようにあらかじめ窒化シリコン膜で被覆しておくようにするのが望ましい。

そして、図１５（ｂ）に示すように、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる反射防止膜６を形成し、図１５（ｃ）に示すように、この上層に酸化シリコン膜７をＣＶＤ法により成膜する。

この後、図１５（ｄ）に示すように、スパッタリング法により密着性層（図示せず）としてのチタンナイトライド層を形成した後、ＣＶＤ法により遮光膜８としてのタングステン膜を形成する。そして、図１５（ｅ）に示すように、フォトリソグラフィにより、フォトダイオード部および周辺回路部の遮光膜８をエッチング除去することにより、パターニングする。

そしてＢＰＳＧ膜９を形成する（図１６（ａ））。このＢＰＳＧ膜９を炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ膜９を形成する（図１６（ｂ））。

そして、この絶縁膜９上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成し、この上層にレジストパターンを形成し、レジストエッチバックを行うことにより、層内レンズ１０を形成する。

そして、この窒化シリコン膜１０上にレンズ面を構成するレジストパターンを形成し、これを用いてエッチバックを行い、図１６（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜からなる層内レンズ１０が形成される。

最後に、平坦化膜１１を形成した後、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜５１を塗布形成後、レンズ６０を形成する。
このようにして、図１４に示したような固体撮像素子が完成する。

特開平１１−８７６８２号公報 特開２００３−８６７７８号公報

このように、下凸層内レンズを備えた固体撮像素子においては、フォトダイオードに入射する斜め方向からの光が、電荷転送部に到達し、これがスミア成分となるため、電荷転送部を覆う遮光膜からの距離は小さい方がよく、絶縁膜９の膜厚の低減が重大な問題となっている。
しかしながら、絶縁膜９の膜厚を低減し、下凸形状を深くしようとすると、絶縁膜としてのＢＰＳＧ膜を薄くせざるを得ず、周辺回路部での加工マージンがなくなるという問題がある。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、固体撮像素子の周辺回路部の加工マージンを十分に維持しつつも、素子部の薄型化、集光効率の向上をはかり、高感度で、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。

そこで本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域で、表面が光電変換部に向かう凹部をもつように、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記凹部内に、層内レンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、前記層内レンズを形成する工程に先立ち、前記絶縁膜を形成した後、前記凹部の内壁が深い傾斜をもつように、前記光電変換部上の前記絶縁膜の少なくとも表面部を除去する工程を含み、前記凹部内に、層内レンズを形成するようにしたことを特徴とする。
この構成により、光電変換部上の絶縁膜を選択的に除去するようにしているため、周辺回路部の絶縁膜の膜厚を十分に大きく維持しつつ、集光効率の高い層内レンズを形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記表面部を除去する工程は、前記絶縁膜を、光電変換部上で、すべて選択的に除去する工程であるものを含む。
この構成により、光電変換部上で絶縁膜をすべて除去するようにすれば、より急峻で集光効率の高い反射防止膜を形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程が、不純物を含む酸化シリコン膜を成膜する工程であるものを含む。
この構成により、平坦化が容易であり、より集光効率の高いレンズ面を形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記不純物を含む酸化シリコン膜を成膜する工程の後、前記酸化シリコン膜をリフローにより平坦化する工程を含む。
この構成により、リフローにより平坦化することにより、より集光効率の高いレンズ面を形成するような壁部を形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記平坦化する工程は、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程の後に実行されるものを含む。
この構成により、絶縁膜を除去した後リフローにより平坦化することにより、良好なレンズ面を形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記平坦化する工程は、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程に先立ち実行されるものを含む。
この構成により、平坦化後に絶縁膜の少なくとも一部を除去しているため、異方性エッチングと等方性エッチングとを組み合わせてエッチング加工を行うことにより、所望のエッチング形状を得ることができ、所望のレンズ面を得ることが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記リフローにより平坦化する工程は、前記光電変換部上の前記絶縁膜をすべて除去する工程の後、表面張力で端部が丸くなるような温度条件を設定して実施する工程であるものを含む。
この構成により、所望のプロファイルを持つレンズ面を形成することが可能となる。

また本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記不純物を含む酸化シリコン膜はＢＰＳＧ膜であるものを含む。
この構成により、容易にリフローが可能となり、所望のレンズ面を形成することが可能となる。

また本発明は、半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成してなる固体撮像素子であって、前記層内レンズの下端が、前記半導体基板の周縁部の絶縁膜の上端レベルよりも低く形成されたことを特徴とする。
この構成により、薄型で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。

以上説明したように本発明では、薄型で集光効率の良好な層内レンズを備えた固体撮像素子を提供することができ、集光率が向上し、長波長領域の光も効率よく受光領域に集光することができ、低照度時あるいは斜め入射光である場合にも、入射光の大半がフォトダイオード上に集光される。また形状も簡単であり、小型化、薄型化が可能となる。従って、集光効率を高めることができることから、デジタルカメラへの適用に際しては、高速シャッターを用いることが可能となり、手ぶれ、被写体ぶれの少ない画像を得ることができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施の形態１）
この固体撮像素子は、図１および図２に、断面図および平面図（図１は図２のＡ−Ａ断面図である）、図３および図４にその製造工程図を示すように、シリコン基板１に、光電変換部としてフォトダイオード３０と、フォトダイオード３０で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部４０とを形成した後、絶縁膜９としてのＢＰＳＧ膜を形成した後、フォトダイオード３０上に形成される凹部の内壁が深い傾斜をもつようにフォトダイオード３０上の絶縁膜９の一部を除去して肉薄化し、こののちリフローを行い、このようにして形成された所望の形状の凹部内に、窒化シリコン膜からなる層内レンズ１０を形成するようにしたことを特徴とする。

ここで、層内レンズ以外の領域については通例の構造をなすものであるが、層内レンズの形成方法の説明に先立ち、まず、固体撮像素子について説明する。ここで用いられる固体撮像素子においては、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が配列形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。そして、奇数列のフォトダイオード列が、偶数列のフォトダイオード列に対して、列方向に配列されるフォトダイオード３０の配列ピッチの略１／２列方向にずれるように形成されている。

電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された電荷転送電極３（第１層電極３ａ、第２層電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。ここで電荷転送電極３は第１層電極上に電極間絶縁膜を介して第２層電極を形成した２層電極構造としたものであるが、２層電極構造に限らず、２つの電極が並置された単層電極構造であっても良い。

図１に示すように、シリコン基板１の表面にはｐウェル層１Ｐが形成され、ｐウェル層１Ｐ内に、ｐｎ接合を形成するｎ領域３０ｂが形成されると共に表面にｐ領域３０ａが形成され、フォトダイオード３０を構成しており、このフォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。

そしてこのフォトダイオード３０には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層１Ｐに電荷読み出し領域３４が形成される。

シリコン基板１表面にはゲート絶縁膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート絶縁膜２を介して、第１層電極３ａと第２層の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５が形成されている。垂直転送チャネル３３に隣接してｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離がなされている。

電荷転送電極３の上層には、反射防止層６、酸化シリコン膜などの絶縁膜７が形成され、更にその上に遮光膜８、ＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）膜からなる絶縁膜９、窒化シリコン膜からなる層内レンズ１０、酸化シリコン膜からなるフィルタ下平坦化膜１１が形成されている。遮光膜８は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられる。そしてカラーフィルタ５０の上層には、絶縁性の透明樹脂等からなるフィルタ上平坦化膜５１が設けられる。そしてこの上層にマイクロレンズ６０が設けられている。

本実施の形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力されるように構成されている。すなわちシリコン基板１上に、光電変換部、電荷転送部、ＨＣＣＤ、及びアンプを含む領域である固体撮像素子部と、固体撮像素子の周辺回路（ＰＡＤ部等）が形成される領域である周辺回路部とが形成されて固体撮像素子を構成している。

次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
図３乃至図４はこの固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。ここでは層内レンズの形成工程のみを詳述する。
まず、通常の方法で２層電極構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度１．０×１０^１６ｃｍ^−３程度のｎ型のシリコン基板１内に、電荷転送領域（図示せず）を形成した後、表面に膜厚２５ｎｍの酸化シリコン膜２ａと、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜２ｂと、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート絶縁膜２を形成する。

続いて、このゲート絶縁膜２上に、ＰＨ_３とＮ_２とＳｉＨ_４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．２５μｍのリンドープの第１層ドープトアモルファスシリコン膜を形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。

この後、フォトリソグラフィにより第１層ドープトアモルファスシリコン膜をパターニングし、第１層電極（３ａ）を形成し、この第１層電極表面を熱酸化することにより膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜４を形成する。このパターニングに際してはＨＢｒとＯ_２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第１層電極および周辺回路の配線を形成する。ここではＥＣＲ (電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。

そしてこの上層に同様にしてＰＨ_３とＮ_２とＳｉＨ_４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．６μｍのリンドープの第２層ドープトアモルファスシリコン膜を形成し、パターニングし、ゲート絶縁膜２上の第１層電極上に第２層電極がのりあげるように第２層電極３ｂを形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜５を形成する。このとき、第１層ドープトアモルファスシリコン膜上が過度に酸化されないようにあらかじめ窒化シリコン膜で被覆しておくようにするのが望ましい。

そして、ＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６を形成し、この上層にＨＴＯ薄膜１０ｎｍを減圧ＣＶＤ法により成膜する。

この後、スパッタリング法により密着性層（図示せず）としてのチタンナイトライド層を形成した後、ＣＶＤ法により遮光膜８としてのタングステン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィにより、フォトダイオード部および周辺回路部の遮光膜８をエッチング除去することにより、パターニングする。そして膜厚２００ｎｍ程度のＢＰＳＧ膜９を形成する（図３（ａ））。

そしてフォトリソグラフィにより、フォトダイオード部上のＢＰＳＧ膜９を選択的に除去する（図３（ｂ））。この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ膜９を形成する（図３（ｃ））。

そして、この絶縁膜９上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を膜厚８００ｎｍ程度形成し、この上層にレジストパターンを形成し、レジストエッチバックを行うことにより、図４に示すように、層内レンズ１０を形成する。ここで、絶縁膜９の凹部が深く形成されアスペクト比が大きい場合は、ボイドが生成されるのを抑制すべく、第１層膜としての窒化シリコン膜を膜厚４００ｎｍ程度となるように形成し、第１層膜の高い部分（肩部）を除去して低くした後第２層膜を形成するようにしてもよい。

そして、この窒化シリコン膜１０上にレンズ面を構成するレジストパターンを形成し、これを用いてエッチバックを行い、窒化シリコン膜からなる層内レンズが形成される。

最後に、平坦化膜１１を形成した後、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜５１を塗布形成後、レンズ６０を形成する。
このようにして、図１に示したような固体撮像素子が完成する。

この方法によれば、絶縁膜９がフォトダイオード部３０上で急峻な傾斜面を構成しているため、層内レンズの曲率が大きくなり、集光効率の高い層内レンズを形成することが可能となる。尚ここではアスペクト比の高い凹部が形成されるため、層内レンズを構成するレンズ層を２回に分けて充填するようにしている。すなわち、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる第１層膜を形成して、レジストを塗布しレジストエッチバックにより、この第１層膜の肩部を露呈させ、窒化シリコンのエッチング速度がレジストに対して十分に大きくなるようなエッチング条件で選択エッチングを行い肩部をエッチングし、第１層膜の平坦化を行う。なおここでは、レジストエッチバックにより、肩部を露呈した後、前記第１層膜の凹部のアスペクト比が小さくなるように、前記レジストに対する前記第１層膜のエッチング速度が充分に高くなるような条件で選択エッチングを行うようにした。つまり窒化シリコンのエッチング速度がレジストに対して十分に大きくなるようなエッチング条件を選択したが、レジストと同等のエッチング条件を用いるようにしてもよい。

このようにして形成された固体撮像素子は、集光効率の良好な層内レンズを有し、高感度で信頼性の高いものとなっている。一方、図示しない周辺回路部では、絶縁膜は通例の膜厚を維持しているため、短絡などのおそれもない。

なお、層内レンズとしては、窒化シリコン膜に限定されることなく、高屈折率カラー膜などを用い、カラーフィルタを兼ねるようにしてもよい。

なお層内レンズとの界面を構成する絶縁膜については、ＢＰＳＧ膜に限定されることなくＰＳＧ膜を用いるなど適宜調整可能である。また、レンズ層としてはＣＶＤ法によって形成した窒化シリコン膜に限定されることなく、塗布法によりＳＯＧ膜などを形成するようにしてもよい。

（実施の形態２）
本実施の形態の固体撮像素子の断面図を図５に示し、図６および図７に層内レンズの製造工程を示す。
また、前記実施の形態１では、絶縁膜９を図３（ｂ）に示すように、フォトダイオード部上で一部除去したが、本実施の形態では、図６（ｂ）に示すように、フォトダイオード部上で完全に除去し開口を形成するようにしたことを特徴とするものである。そして前記実施の形態１と同様にリフローを行うが、このとき、フォトダイオード上で完全に除去されているため、絶縁膜のパターンエッジは表面張力により丸くなり、図５に示すように、層内レンズの曲率を最適な形にすることができる。他は前記実施の形態１と同様である。
これにより、感度の向上など光学特性が向上するという効果がある。

そして膜厚２００ｎｍ程度のＢＰＳＧ膜９を形成する（図６（ａ））。

そしてフォトリソグラフィにより、フォトダイオード部上のＢＰＳＧ膜９を除去し、反射防止膜６を露呈せしめる（図６（ｂ））。この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ９を形成する（図６（ｃ））。

そして、この絶縁膜９上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を膜厚８００ｎｍ程度形成し、レジストパターンをマスクとしてエッチバックを行い、図７に示すように、層内レンズ１０を形成する。

そして最後に、平坦化膜１１を形成した後、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜５１を塗布形成後、レンズ６０を形成する。
このようにして、図５に示したような固体撮像素子が完成する。

（実施の形態３）
本実施の形態の固体撮像素子の断面図を図８に示し、図９および図１０に層内レンズの製造工程を示す。
また、前記実施の形態１では、絶縁膜９をリフローするに先立ち、図３（ｂ）に示すように、フォトダイオード部上で絶縁膜９を一部除去したが、本実施の形態では、図９（ｂ）に示すように、成膜後リフローを行いなだらかな形状を形成した後、フォトダイオード部上の絶縁膜をウエットエッチングして、一部除去し、さらにリフローを行うことにより、傾斜の大きい凹部をもつ絶縁膜９を得るようにしたことを特徴とするものである。他は前記実施の形態１および２と同様である。
これにより、感度の向上など光学特性が向上するという効果がある。

そして膜厚２００ｎｍ程度のＢＰＳＧ膜９を形成する（図９（ａ））。

この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ９を形成する（図９（ｂ））。

そしてフォトリソグラフィにより、レジストパターンを形成し、等方性エッチングを行い、フォトダイオード部上のＢＰＳＧ膜９の一部を除去する（図９（ｃ））。

この後、再度炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ９を形成する（図１０（ａ））。

そして、この絶縁膜９上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を膜厚８００ｎｍ程度形成し、レジストパターンをマスクとしてエッチバックを行い、図１０（ｂ）に示すように、層内レンズ１０を形成する。

そして最後に、平坦化膜１１を形成した後、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜５１を塗布形成後、レンズ６０を形成する。
このようにして、図８に示したような固体撮像素子が完成する。

（実施の形態４）
本実施の形態の固体撮像素子の断面図を図１１に示し、図１２および図１３に層内レンズの製造工程を示す。
また、前記実施の形態３では、絶縁膜９をリフローした後、図９（ｃ）に示すように、フォトダイオード部上で絶縁膜９を一部除去したが、本実施の形態では、図１２（ｃ）に示すように、成膜後リフローを行いなだらかな形状を形成した後、フォトダイオード部上の絶縁膜を異方性エッチングにより、すべて除去し、さらにリフローを行うことにより、傾斜の大きい凹部をもつ絶縁膜９を得るようにしたことを特徴とするものである。他は前記実施の形態１乃至３と同様である。
これにより、感度の向上など光学特性が向上するという効果がある。

そして膜厚２００ｎｍ程度のＢＰＳＧ膜９を形成する（図１２（ａ））。

この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ膜９を形成する（図１２（ｂ））。

そしてフォトリソグラフィにより、レジストパターンを形成し、等方性エッチングを行い、フォトダイオード部上のＢＰＳＧ膜９を除去し、反射防止膜６を露呈せしめる（図１２（ｃ））。

この後、再度炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、下凸形状の表面をもつ絶縁膜としてのＢＰＳＧ膜９を形成する（図１３（ａ））。

そして、この絶縁膜９上にプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を膜厚８００ｎｍ程度形成し、レジストパターンをマスクとしてエッチバックを行い、図１３（ｂ）に示すように、層内レンズ１０を形成する。

そして最後に、平坦化膜１１を形成した後、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜５１を塗布形成後、レンズ６０を形成する。
このようにして、図１１に示したような固体撮像素子が完成する。

なお前記実施の形態では層内レンズとして窒化シリコン膜を用いたが、ＣＶＤ法により酸窒化シリコン膜を形成し、屈折率を酸素と窒素の組成比を調整することにより屈折率を調整することも可能である。また、塗布法によってＳＯＧ膜の組成を調整するようにしてもよい。

尚絶縁膜としてはＢＰＳＧ膜に限定されることなく適宜変更可能である。
また、ここでレンズ材としては窒化シリコン、酸窒化シリコンあるいは塗布膜であるＳＯＧ膜など種々の材料が適用可能である。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜可能である。

以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の平面図 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態２の固体撮像素子を示す断面図 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態３の固体撮像素子を示す断面図 本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態３の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態４の固体撮像素子を示す断面図 本発明の実施の形態４の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 本発明の実施の形態４の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 従来例の固体撮像素子を示す断面図 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す断面図 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す断面図

符号の説明

１ シリコン基板
２ ゲート絶縁膜
３ 電荷転送電極
４ 電極間絶縁膜
５ 絶縁膜
６ 反射防止膜
７ 絶縁膜
８ 遮光膜
９ 絶縁膜
１０ レンズ
１１ 平坦化膜
５０ カラーフィルタ層
５１ 平坦化膜
６０ レンズ層
Ｒ１ レジストパターン

Claims (9)

1. 半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、
   前記光電変換部の受光領域に相当する領域で、表面が光電変換部に向かう凹部をもつように、前記半導体基板表面に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜に形成された前記凹部内に、層内レンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法であって、
   前記層内レンズを形成する工程に先立ち、
   前記絶縁膜を形成した後、前記凹部の内壁が深い傾斜をもつように、前記光電変換部上の前記絶縁膜の少なくとも表面部を除去する工程を含み、
   前記凹部内に、層内レンズを形成するようにした固体撮像素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記表面部を除去する工程は、
   前記絶縁膜を、光電変換部上で、すべて選択的に除去する工程である固体撮像素子の製造方法。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記絶縁膜を形成する工程は、不純物を含む酸化シリコン膜を成膜する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
4. 請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記不純物を含む酸化シリコン膜を成膜する工程の後、前記酸化シリコン膜をリフローにより平坦化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
5. 請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記平坦化する工程は、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程の後に実行される固体撮像素子の製造方法。
6. 請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記平坦化する工程は、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程に先立ち実行される固体撮像素子の製造方法。
7. 請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記リフローにより平坦化する工程は、前記光電変換部上の前記絶縁膜をすべて除去する工程の後、表面張力で端部が丸くなるような温度条件を設定し５３実施する工程である固体撮像素子の製造方法。
8. 請求項３乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記不純物を含む酸化シリコン膜はＢＰＳＧ膜である固体撮像素子の製造方法。
9. 半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成してなる固体撮像素子であって、
   前記層内レンズの下端が、前記半導体基板の周縁部の絶縁膜の上端レベルよりも低く形成された固体撮像素子。

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