JP2008147395A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの増加を抑制することで、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部１０２と、光電変換部１０２の上方に形成される第１の絶縁膜１１５と、第１の絶縁膜１１５上に形成され、第１の絶縁膜１１５を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の第１の絶縁膜１１５に接するマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜１１６とを備え、前記マイクロレンズ形状の頂部は平面形状であり、前記マイクロレンズ形状の頂部以外は曲面形状である。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、層内レンズを備える固体撮像装置及びその製造方法に関する。

受光部で光電変換された電荷を転送するための電荷転送部を有する所謂固体撮像装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の種々の画像入力機器に使用されている。

近年、特にビデオカメラ及びデジタルスチルカメラは、高解像度化及びコンパクト化が強く求められている。この要求に応えるために、多画素化した（画素数を多くした）固体撮像装置が求められている。しかしながら、単に画素数だけを多くした場合、固体撮像装置の光学サイズが大きくなりコンパクト化できない。よって、光学サイズを維持したまま多画素化することが求められる。すなわち、画素サイズの微細化が必然的に求められる。

しかしながら、画素サイズを微細化した場合、単位画素に入射する光量が減少する。これにより、各画素の受光部の感度が低下するという課題が生じる。この課題に対して、画素サイズの微細化による感度特性の低下を防ぐために、各画素における集光効率を改善する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、特許文献１記載の従来の固体撮像装置の断面構造を示す図である。図１０に示す従来の固体撮像装置５００は、半導体基板５０１と、受光部５０２と、垂直転送部５０３と、絶縁膜５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０９及び５１０と、垂直転送電極５０５と、金属膜５０６と、エッチングストッパ５０７と、段差調整膜５０８と、保護膜５１１と、カラーフィルタ５１２と、マイクロレンズ５１３とを備える。

絶縁膜５０９と、絶縁膜５１０とは異なる屈折率の材料で構成される。絶縁膜５０９と、絶縁膜５１０との界面は、下方向に凸形状である。これにより、絶縁膜５０９及び絶縁膜５１０により、層内レンズが形成される。また、従来の固体撮像装置５００は、段差調整膜５０８を備えることにより、層内レンズの形状を最適化し、入射光の受光部５０２に対する集光効率を改善することができる。

また、集光効率の高いレンズを備えることで感度特性の維持を図る技術は古くから散見される（例えば、特許文献２参照）。

一方、固体撮像装置は、水平転送部の終端にあるアンプ部において、各画素により光電変換された電荷を増幅し信号として出力する。このアンプ部の増幅率を大きくすることにより、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する方法がある。
特開２００２−３５３４２８号公報 特許第２７３７９４６号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２記載の固体撮像装置のように、集光効率を改善することで、出力感度を抑制する方法には、次のような問題がある。

画素サイズの微細化した場合、単位画素に入射する光量そのものが減少するため、集光効率を改善しても絶対光量は減少する。例えば、画素サイズを２μｍから１．４μｍに微細化した場合、単位画素に入射する絶対光量は画素サイズの２乗に反比例するため、単位画素に入射する絶対光量は約４９％と、半分以下になる。

すなわち、集光効率を改善する方法では画素サイズの微細化に対し感度特性の維持を図ることは、集光効率を１００％にしても不可能であり、今後ますますの微細化に対し感度特性の低下を抑制することはできない。

また、アンプ部の増幅率を大きくすることで、出力感度を抑制する方法には、次のような問題がある。アンプ部の増幅率を大きくすると、受光部以外の領域で光電変換され、垂直転送部に流れ込んだ電荷、所謂ノイズ成分も増幅される。

これにより、画素サイズの微細化トレンドに対し出力感度を維持するとノイズ成分の割合が増加する。すなわち、Ｓ／Ｎ比が低下し、スミアが悪化する。つまり、アンプ部の増幅率を大きくすることで画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制するためには、ノイズの増加を抑制する必要がある。

そこで本発明は、ノイズの増加を抑制することで、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する固体撮像装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成される第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第１の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜とを備え、前記マイクロレンズ形状の頂部は平面形状であり、前記マイクロレンズ形状の頂部以外は曲面形状である。

この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とにより構成される下方向に凸型の層内レンズを備える。さらに、層内レンズの凸型の頂部は平面形状である。層内レンズの凸型の頂部に入射した入射光は、屈折せずに光電変換部に入射される。

すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、層内レンズの焦点を光電変換部側に近づけることができる。よって、層内レンズの焦点は、より光電変換部の深い位置となる。これにより、入射光は光電変換部内で広がらないので、光電変換部以外の領域への光の入射を抑制できる。よって、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することができる。

さらに、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することにより、本発明に係る固体撮像装置は、アンプ部における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制することができる。

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部の上方に形成される反射防止膜を備え、前記頂部は、前記反射防止膜と接してもよい。

この構成によれば、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜により構成される層内レンズと、光電変換部との物理的な距離を短くすることができる。よって、層内レンズの焦点は、より光電変換部の深い位置となる。これにより、層内レンズの曲面で屈折した光は光電変換部へ集光されるため、光電変換部以外の領域へ光の入射を抑制できる。

さらに、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することにより、本発明に係る固体撮像装置は、アンプ部における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制することができる。

また、前記第２の絶縁膜及び前記反射防止膜は窒化膜であってもよい。
この構成によれば、反射防止膜と第２の絶縁膜との材質間の屈折率差が極めて少ない。よって、本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部の上方の第２の絶縁膜と反射防止膜との界面での反射損失を限りなく抑えることができる。これにより、光電変換部に到達する光量が増加するので、感度特性を向上することができる。

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための複数の電極とを備え、前記マイクロレンズ形状は、前記電極に挟まれる位置に形成されてもよい。

また、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための複数の電極と、前記複数の電極の上方に形成される複数の金属膜とを備え、前記マイクロレンズ形状は、前記金属膜に挟まれる位置に形成されてもよい。

また、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成される反射防止膜と、前記反射防止膜の上方に形成される第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第１の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜とを備え、前記マイクロレンズ形状の頂部は前記反射防止膜と接してもよい。

この構成によれば、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜により構成される層内レンズと、光電変換部との物理的な距離を短くすることができる。よって、層内レンズの焦点は、より光電変換部の深い位置となる。これにより、層内レンズの曲面で屈折した光は光電変換部へ集光されるため、光電変換部以外の領域へ光の入射を抑制できる。

さらに、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することにより、本発明に係る固体撮像装置は、アンプ部における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第１のステップと、前記光電変換部の上に、上面が下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第１の絶縁膜を形成する第２のステップと、エッチングにより前記マイクロレンズ形状の頂部を平面形状にする第３のステップと、前記第１の絶縁膜の上に、前記マイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第１の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第２の絶縁膜を形成する第４のステップとを含む。

これによれば、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜とにより構成される下方向に凸型の層内レンズを備える。また、フロー性の材料を塗布することで、第１の絶縁膜の上面になめらかな下方向の凸曲面形状を形成することができる。さらに、エッチングにより、層内レンズの凸型の頂部は平面形状にすることができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法により形成された固体撮像装置において、層内レンズの凸型の頂部に入射した入射光は、屈折せずに光電変換部に入射される。すなわち、層内レンズの焦点を光電変換部側に近づけることができる。よって、層内レンズの焦点は、より光電変換部の深い位置となる。これにより、光電変換部以外の領域への光の入射を抑制できる。

さらに、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することにより、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、アンプ部における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制する固体撮像装置を形成することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する固体撮像装置を形成することができる。

また、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記光電変換部の上に反射防止膜を形成する第５のステップを含み、前記第２のステップでは、前記光電変換部及び前記反射防止膜の上に、上面が下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第１の絶縁膜を形成し、前記第３のステップでは、前記反射防止膜が露出するまで前記第１の絶縁膜をエッチングすることにより、前記マイクロレンズ形状の頂部を平面形状にしてもよい。

これによれば、反射防止膜が露出するまで第１の絶縁膜をエッチングすることにより、頂部が平面形状であるマイクロレンズ形状を容易に形成することができる。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法により形成された固体撮像装置は、第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜により構成される層内レンズと、光電変換部との物理的な距離を短くすることができる。よって、層内レンズの焦点は、より光電変換部の深い位置となる。

これにより、層内レンズの曲面で屈折した光は光電変換部へ集光されるため、光電変換部以外の領域へ光の入射を抑制できる。よって、光電変換部以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することができる。

これにより、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、アンプ部における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制できる固体撮像装置を形成することができる。

よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する固体撮像装置を形成することができる。

本発明は、ノイズの増加を抑制することで、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制する固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、下方向に凸型の層内レンズを備える。また、層内レンズの凸型の頂部は平面形状である。これにより、層内レンズの焦点を受光部側に近づけることができる。よって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、入射光の受光部以外の領域への入射を抑制し、ノイズを低減することができる。

まず、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。

図１に示す本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、ＣＣＤ型固体撮像装置である。固体撮像装置１００は、半導体基板１０１と、複数の受光部１０２と、複数の垂直転送部１０３と、水平転送部１０４と、アンプ部１０５とを備える。

半導体基板１０１は、例えば、Ｓｉ基板である。
複数の受光部１０２は、半導体基板１０１上に行列状に配置される。複数の受光部１０２は、受光した入射光を光量に応じた信号電荷に変換し、蓄積する。

複数の垂直転送部１０３は、各列の複数の受光部１０２に対して配置される。各垂直転送部１０３は、各列の受光部１０２により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する。例えば、垂直転送部１０３は、埋め込み型チャンネル構成である。各垂直転送部１０３は、信号電荷の垂直方向の転送を駆動する複数の垂直転送電極１１２（図１には図示せず。）を備える。

水平転送部１０４は、複数の垂直転送部１０３により転送された信号電荷を、水平方
向に転送する。例えば、水平転送部１０４は、埋め込み型チャンネル構成である。水平転送部１０４は、信号電荷の水平方向の転送を駆動する複数の水平転送電極（図１には図示せず。）を備える。

アンプ部１０５は、水平転送部１０４により水平転送された信号電荷を電圧に変換し出力する。

図２は、図１に示す本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００のＡ０−Ａ１における断面構造を示す図である。

図２に示すように、受光部１０２及び垂直転送部１０３は、半導体基板１０１に形成される。固体撮像装置１００は、さらに、絶縁膜１１０及び１１３と、反射防止膜１１１と、垂直転送電極１１２と、金属膜１１４と、絶縁膜１１５及び１１６と、保護膜１１７と、カラーフィルタ１１８と、マイクロレンズ１１９とを備える。

絶縁膜１１０は、受光部１０２及び垂直転送部１０３が形成された半導体基板１０１の表面に形成される。例えば、絶縁膜１１０は、酸化膜（ＳｉＯ₂等）である。

反射防止膜１１１は、絶縁膜１１０を介して、受光部１０２の上方に形成される。反射防止膜１１１は、受光部１０２に入射する光の反射を防止するための膜である。例えば、反射防止膜１１１は、窒化膜（ＳｉＮ等）である。

垂直転送電極１１２は、受光部１０２によって変換された信号電荷を読み出すための電極である。垂直転送電極１１２は、絶縁膜１１０を介して、垂直転送部１０３上に形成される。すなわち、垂直転送電極１１２は、絶縁膜１１０上の受光部１０２の周囲に形成される。例えば、垂直転送電極１１２は、ポリシリコンで構成される。なお、図２においては、図示される受光部１０２の信号電荷を垂直転送部１０３に読み出すための垂直転送電極１１２と、行方向に隣接する受光部１０２の信号電荷を読み出すための垂直転送電極１１２とが図示されている。

絶縁膜１１３は、垂直転送電極１１２上に形成される。例えば、絶縁膜１１３は、酸化膜（ＳｉＯ₂等）である。

金属膜１１４は、絶縁膜１１０及び絶縁膜１１３上に形成される。金属膜１１４は、垂直転送電極１１２の上方に形成され、垂直転送電極１１２に対する遮光膜として機能する。例えば、金属膜１１４は、垂直転送部１０３に対向する位置にストライプ状に配置される。すなわち、複数の金属膜１１４が、図１における縦方向のストライプ状に配置される。例えば、金属膜１１４は、高融点金属であるタングステン等で構成される。

絶縁膜１１５は、金属膜１１４上に金属膜１１４の形状に沿うように形成される。また、絶縁膜１１５は、受光部１０２の上方の領域の一部に開口を有する。例えば、絶縁膜１１５は、酸化膜（ＳｉＯ₂等）である。また、絶縁膜１１５は、受光部１０２の上方に形成され、上面が下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する。

絶縁膜１１６は、反射防止膜１１１及び絶縁膜１１５上に形成される。絶縁膜１１６は、絶縁膜１１５の上面のマイクロレンズ形状を埋め込むように形成される。絶縁膜１１６は、絶縁膜１１５の屈折率より屈折率の大きい材料で構成される。例えば、絶縁膜１１６は、窒化膜（ＳｉＮ等）である。絶縁膜１１６の下面の形状は、下方向に凸型のマイクロレンズ形状である。

また、絶縁膜１１６の凸型のマイクロレンズ形状の頂部は平面状であり、平面形状の頂部は反射防止膜１１１と接する。また、絶縁膜１１６の凸型のマイクロレンズ形状の頂部以外は曲面形状であり、マイクロレンズ形状の曲面形状は、絶縁膜１１５と接する。

すなわち、絶縁膜１１５と絶縁膜１１６とにより、層内レンズが形成される。層内レンズの形状は、下方向に凸型である。また、凸型の頂部は平面状であり、平面形状の頂部は反射防止膜１１１と接する。また、凸型の頂部以外は、曲面形状である。

また、絶縁膜１１５と絶縁膜１１６とにより構成される層内レンズは、対応する受光部１０２（該層内レンズの下方に形成される受光部１０２）の信号電荷を読み出すための垂直転送電極１１２と、行方向に隣接する画素の受光部１０２の信号電荷を読み出すための垂直転送電極に挟まれる位置に形成される。

また、絶縁膜１１５と絶縁膜１１６とにより構成される層内レンズは、対応する受光部１０２の信号電荷を読み出すための垂直転送電極１１２上に形成される金属膜１１４と、行方向に隣接する画素の受光部１０２の信号電荷を読み出すための垂直転送電極１１２上に形成される金属膜１１４に挟まれる位置に形成される。

なお、絶縁膜１１６は、絶縁膜１１５の窪みを平坦化するものであるが、絶縁膜１１６の上表面には多少の凹凸があってもよい。

保護膜１１７は、絶縁膜１１６上に形成される。例えば、保護膜１１７は、アクリル系樹脂等で構成される。

カラーフィルタ１１８は、保護膜１１７上に形成される。例えば、カラーフィルタ１１８は、ｒｅｄ、Ｇｒｅｅｎ及びｂｌｕｅのカラーフィルタから構成される所謂原色ベイヤ配列で形成される。さらに、マイクロレンズ１１９は、カラーフィルタ１１８上に形成される。マイクロレンズ１１９は、入射光を受光部１０２に集光する。

以上の構成により、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、絶縁膜１１５と絶縁膜１１６とにより構成される下方向に凸型の層内レンズを備える。さらに、層内レンズの凸型の頂部は平面形状である。

なお、図１０に示す従来の固体撮像装置５００は、層内レンズの凸型の頂部は曲面形状であり、凸型の頂部に入射した入射光５２０は、曲面の曲率に応じて屈折する。

一方、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、層内レンズの凸型の頂部は平面形状であり、凸型の頂部に入射した入射光１４０は、屈折せずに受光部１０２に入射される。

すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、従来の固体撮像装置５００に比べ、層内レンズの焦点を受光部１０２側に近づけることができる。よって、層内レンズの焦点は、より受光部１０２の深い位置となる。

これにより、受光部１０２以外の領域への光の入射を抑制できる。よって、受光部１０２以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することができる。これにより、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、アンプ部１０５における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制することができる。よって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制することができる。

また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、層内レンズの頂部と反射防止膜１１１とが接する。すなわち、層内レンズと、受光部１０２との物理的な距離を短くすることができる。よって、層内レンズの焦点は、より受光部１０２の深い位置となる。これにより、層内レンズの曲面で屈折した光は受光部１０２へ集光されるため、受光部１０２以外の領域への光の入射を抑制できる。よって、受光部１０２以外の領域で光電変換される電荷の量を低減することができる。

これにより、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、アンプ部１０５における増幅率を増加させた場合のノイズの増加を抑制することができる。よって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、画素サイズの微細化に対する出力感度の低下を抑制することができる。

さらに、反射防止膜１１１と層内レンズを構成する絶縁膜１１６とは、共に窒化膜で構成される。これにより、反射防止膜１１１と絶縁膜１１６との材質間の屈折率差が極めて少ない。

よって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００は、受光部１０２の上方の絶縁膜１１６と反射防止膜１１１との界面での反射損失を限りなく抑えることができる。これにより、受光部１０２に到達する光量が増加するので、感度特性を向上することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法を説明する。
図３〜図８は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造過程における断面構造を示す図である。

まず、既存技術により、半導体基板１０１に入射光を光電変換する受光部１０２と、受光部１０２で光電変換された電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部１０３とが形成される。次に、半導体基板１０１上に熱酸化によって絶縁膜１１０が形成される。次に、絶縁膜１１０上に垂直転送部１０３を駆動させるためのポリシリコンからなる垂直転送電極１１２が、垂直転送部１０３に対向するように形成される。次に、熱酸化又はＣＶＤ（化学的気相成長：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、垂直転送電極１１２上に垂直転送電極１１２を覆うように絶縁膜１１３が形成される。次に、プラズマを利用して膜の形成温度を低下させたＣＶＤ法により、受光部１０２上に反射防止膜１１１が形成される。次に、反射防止膜１１１及び絶縁膜１１３上の全面に、ＣＶＤ法又はスパッタ法によってタングステンの層が形成される。次に、受光部１０２上が開口するように垂直方向のストライプ状にエッチングする。これにより、金属膜１１４が形成される。以上の工程により、図３に示す構造が形成される。

次に、反射防止膜１１１及び金属膜１１４上に、フロー性を有するＢＰＳＧ（リンホウ素シリケートガラス：Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）等を形成する。これにより、金属膜１１４の形状に沿った形状で、表面が受光部１０２上に窪むような形状の絶縁膜１１５が形成される。さらに、加熱処理を施し絶縁膜１１５を固化する。以上の工程により、図４に示す構造が形成される。

次に、図５に示すように、ＣＦ系を含有するガス種１３０により絶縁膜１１５を等方性エッチングする。絶縁膜１１５の受光部１０２上に窪んだ部分において、反射防止膜１１１が露出するまでエッチングを行うことで、受光部１０２上に窪んだ絶縁膜１１５の底部が開口される。

なお、絶縁膜１１５の受光部１０２上の窪み部を開口し易くするため、窪み部以外の領域にレジスト（図５には図示せず。）をパターニングし、窪み部を選択的にエッチングしてもよい。

以上の工程により、図６に示すように、絶縁膜１１５に開口部１３１が形成される。また、受光部１０２上の絶縁膜１１５の開口部１３１以外の部分は、曲面形状となる。

次に、ＣＶＤ法又はスパッタ法などの成膜により、開口部が形成された絶縁膜１１５上に絶縁膜１１６が形成される。

なお、絶縁膜１１６の表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により平坦化してもよい。また、平坦化の精度については光学的に大きな影響を及ぼさない程度、具体的には画素サイズの１／１０程度以下の大きさの凹凸があってもよい。

以上の工程により、図７に示す構造が形成される。
次に、アクリル系樹脂などをスピンコートすることで、絶縁膜１１６上に保護膜１１７が形成される。次に、保護膜１１７上にカラーフィルタ１１８が形成される。なお、カラーフィルタ１１８は、既存技術により形成することができる。以上の工程により、図８に示す構造が形成される。

次に、カラーフィルタ１１８上にマイクロレンズ１１９が形成される。なお、マイクロレンズ１１９は、既存技術により形成することができる。以上により、図２に示す固体撮像装置１００が形成される。

以上のように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００の製造方法においては、層内レンズを構成する絶縁膜１１５の曲面は、等方性エッチングによって形成される。これにより、層内レンズの曲面の形状を容易に形成することができ、曲面に入射した光を受光部１０２に集光することができる。

以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１００について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

例えば、上記説明では、金属膜１１４は垂直転送部１０３に対向する位置にストライプ状に配置されていたが、受光部１０２以外を覆うように格子状に構成されてもよい。

また、上記説明では、絶縁膜１１６は、反射防止膜１１１と接するとしたが、絶縁膜１１６は、反射防止膜１１１と接しなくともよい。図９は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面構造を示す図である。

図９に示す固体撮像装置２００のように、絶縁膜２１５の上面の形状は、下方向に凸型のマイクロレンズ形状であり、絶縁膜２１６は、絶縁膜２１５のマイクロレンズ形状を埋め込むように形成されてもよい。すなわち、絶縁膜２１６の下面の形状は下方向に凸型であり、凸型の頂部は平面状であり、絶縁膜２１６の凸型の平面形状の頂部は、反射防止膜１１１及び絶縁膜２１５を介して、受光部１０２の上方に形成されてもよい。これにより、凸型の頂部に入射した入射光１４０は、屈折せずに受光部１０２に入射される。

すなわち、固体撮像装置２００は、従来の固体撮像装置５００に比べ、層内レンズの焦点を受光部１０２側に近づけることができる。これにより、入射光１４０は受光部１０２内で広がらないので、受光部１０２以外の領域への光の入射を抑制できる。よって、ノイズの増加を抑制し、感度を向上させることができる。

なお、エッチング処理として等方性エッチング処理と異方性エッチング処理とを組み合わせて行うことにより、図９に示したように、絶縁膜２１６が反射防止膜１１１などと接しない状態で、絶縁膜２１６の下面の形状を下方向に凸型とし、凸型の頂部を平面状とすることができる。

また、上記説明では、絶縁膜１１５及び２１５の曲面を、ＢＰＳＧを用いて熱フロー処理により形成したが、その他の膜材料及び曲面形成方法を用いて絶縁膜１１５及び２１５の曲面を形成してもよい。例えば、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）などをスピンコーティング（塗布）する方法により、絶縁膜１１５及び２１５の曲面を形成してもよい。さらに、オゾンＴＥＯＳ（珪酸エチル）−ＣＶＤにより膜形成する方法により、絶縁膜１１５及び２１５の曲面を形成してもよい。

また、上記説明では、ＣＣＤ型固体撮像装置を例に説明したが、本発明は、ＭＯＳ型固体撮像装置にも適用することができる。

すなわち、図２及び図９に示したように、受光部１０２上に層内レンズを形成し、その形状は下方向に凸型であり、さらに層内レンズの頂部は平面形状であり、さらに層内レンズのその他の部分は曲面形状とすることにより、上述した本発明の実施の形態で示した効果を得ることができる。

本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の画像入力機器に適用できる。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の構成を示す断面図である。 従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１００、２００、５００ 固体撮像装置
１０１、５０１ 半導体基板
１０２、５０２ 受光部
１０３、５０３ 垂直転送部
１０４ 水平転送部
１０５ アンプ部
１１０、１１３、１１５、１１６、２１５、２１６、５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ、５０９、５１０ 絶縁膜
１１１ 反射防止膜
１１２、５０５ 垂直転送電極
１１４、５０６ 金属膜
１１７、５１１ 保護膜
１１８、５１２ カラーフィルタ
１１９、５１３ マイクロレンズ
１３０ ガス種
１３１ 開口部
１４０、５２０ 入射光
５０７ エッチングストッパ
５０８ 段差調整膜

Claims (8)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部の上方に形成される第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第１の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜とを備え、
   前記マイクロレンズ形状の頂部は平面形状であり、前記マイクロレンズ形状の頂部以外は曲面形状である
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記光電変換部の上方に形成される反射防止膜を備え、
   前記頂部は、前記反射防止膜と接する
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記第２の絶縁膜及び前記反射防止膜は窒化膜である
   ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
4. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための複数の電極とを備え、
   前記マイクロレンズ形状は、前記電極に挟まれる位置に形成される
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の固体撮像装置。
5. 前記固体撮像装置は、さらに、
   前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、
   前記複数の光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための複数の電極と、
   前記複数の電極の上方に形成される複数の金属膜とを備え、
   前記マイクロレンズ形状は、前記金属膜に挟まれる位置に形成される
   ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の固体撮像装置。
6. 半導体基板と、
   前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部の上方に形成される反射防止膜と、
   前記反射防止膜の上方に形成される第１の絶縁膜と、
   前記第１の絶縁膜上に形成され、前記第１の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第１の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第２の絶縁膜とを備え、
   前記マイクロレンズ形状の頂部は前記反射防止膜と接する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
7. 固体撮像装置の製造方法であって、
   半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第１のステップと、
   前記光電変換部の上に、上面が下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第１の絶縁膜を形成する第２のステップと、
   エッチングにより前記マイクロレンズ形状の頂部を平面形状にする第３のステップと、
   前記第１の絶縁膜の上に、前記マイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第１の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第２の絶縁膜を形成する第４のステップとを含む
   ことを特徴とする製造方法。
8. 前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
   前記光電変換部の上に反射防止膜を形成する第５のステップを含み、
   前記第２のステップでは、前記光電変換部及び前記反射防止膜の上に、上面が下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第１の絶縁膜を形成し、
   前記第３のステップでは、前記反射防止膜が露出するまで前記第１の絶縁膜をエッチングすることにより、前記マイクロレンズ形状の頂部を平面形状にする
   ことを特徴とする請求項６記載の製造方法。

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