JP2009181980A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集光効率を高めるために効果的な部分的に中空層を形成し、かつ中空層を形成しても機械的強度を保って、クラックの発生や膜剥れの発生を防止することを可能とする。
【解決手段】半導体基板１１に形成されていて入射光を光電変換する受光部１２と、前記受光部１２から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部１４と、前記半導体基板１１上に形成されていて前記電荷転送部１４の転送電極１６上を被覆する遮光膜２３と、前記受光部１２上の前記遮光膜２３に形成された開口部２４と、前記開口部２４を埋め込んで形成された透光性の絶縁膜３０とを有する固体撮像装置１において、前記遮光膜２３と前記透光性の絶縁膜３０との間の前記受光部１２側に中空層３５を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。

固体撮像素子は、高感度化やノイズ低減を行うと同時に、高画素数化や小型化などの素子の微細化が望まれている。
しかしながら、微細化には入射光を光電変換する受光部の縮小化による感度低下を伴うため、高効率的な集光が可能な構造が必要となる。
集光構造としては、素子上に有機材料からなるレンズの形成や、レンズから受光部上の間に光導波路を高屈折率の誘電膜を使って形成する方法が一般的に知られている。
さらなる感度向上のためには、光導波路の外側に中空層を設けることで、光導波路のコア材との屈折率差を大きくして、集光効率を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、コア材を形成後に受光部直上以外の領域にも中空層が形成されているため、光導波路上にカラーフィルターや集光レンズを形成する時の機械的強度が不十分になり、また、カラーフィルターや集光レンズを形成した後も機械的強度が弱くなり、中空層の部分からクラックが発生するという問題や、膜剥れが発生するという問題が起きる。

特開２００５−１７５０７２号公報

解決しようとする問題点は、集光効率を高めるために中空層を形成した場合、その中空層が原因となるクラックの発生や膜剥れの発生を防止することができない点である。

本発明は、集光効率を高めるために効果的な部分的に中空層を形成し、かつ中空層を形成しても機械的強度を保って、クラックの発生や膜剥れの発生を防止することを可能にする。

本発明の固体撮像装置は、
半導体基板に形成されていて入射光を光電変換する受光部と、
前記受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記半導体基板上に形成されていて前記電荷転送部の転送電極上を被覆する遮光膜と、
前記受光部上の前記遮光膜に形成された開口部と、
前記開口部を埋め込んで形成された透光性の絶縁膜とを有する固体撮像装置において、
前記遮光膜と前記透光性の絶縁膜との間の前記受光部側に中空層を有することを特徴とする。

本発明の固体撮像装置では、透光性の絶縁膜と遮光膜との間の受光部側に中空層を有することから、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された光はほぼ全反射されるので、読み出し部や電荷転送部に入射しようとする入射光を十分に遮光することができる。
このように、読み出し部や電荷転送部に入射光が入射されなくなる。
また、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された入射光が受光部側に反射され、受光部に入射されることから、集光効率が高められる。
しかも、中空層は、遮光膜と透光性の絶縁膜との間の受光部側に形成されているので、遮光膜と透光性の絶縁膜との間の一部に形成されていることになる。このため、中空層を設けたことにより機械的強度が著しく劣化するというような影響はでない。また、中空層は、開口部の周囲にそって遮光膜と透光性の絶縁膜の下部との間に形成されている、すなわち、開口部に対して中空層が部分的に形成されていることから、透光性の絶縁膜や転送電極等が外部応力を受けても変形が起こりにくい。よって、中空層を基点としたクラックや膜剥がれが起こりにくい。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、
半導体基板に形成されていて入射光を光電変換する受光部と、前記受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、
前記半導体基板に形成されていて前記電荷転送部の転送電極上を被覆する遮光膜と、
前記受光部上の前記遮光膜に形成された開口部と、
前記開口部を埋め込んで形成された透光性の絶縁膜とを形成する固体撮像装置の製造方法において、
前記透光性の絶縁膜の形成工程は、
前記遮光膜を被覆するように前記半導体基板上に透光性を有する第１絶縁膜および透光性を有する第２絶縁膜を形成した後、前記開口部を埋め込むようにレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜をエッチバックして前記開口部の底部側に前記レジスト膜を残す工程と、
前記レジスト膜をエッチングマスクに用いて前記第２絶縁膜をエッチバックし、前記開口部の底部および側壁下部に前記第２絶縁膜を残す工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記第２絶縁膜をエッチングマスクに用いて前記第１絶縁膜をエッチングし、前記開口部の側壁と前記第２絶縁膜との間に中空層を形成する工程と、
前記中空層を維持して前記遮光膜および前記第２絶縁膜を被覆する透光性を有する第３絶縁膜を形成する工程と、
前記第３絶縁膜上に前記開口部が埋め込まれる透光性を有する第４絶縁膜を形成する工程とを順に有することを特徴とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、透光性の絶縁膜と遮光膜との間の受光部側に中空層を形成することから、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された光はほぼ全反射されるので、読み出し部や電荷転送部に入射しようとする入射光を十分に遮光することができる。よって、読み出し部や電荷転送部に入射光が入射されなくなる。
また、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された入射光は受光部側に反射され、受光部に入射される。
しかも、中空層は、遮光膜と透光性の絶縁膜との間の受光部側に形成されるので、遮光膜と透光性の絶縁膜との間の一部に形成されることになる。このため、中空層を設けたことにより機械的強度が著しく劣化するというような影響はでない。また、中空層は、開口部の周囲にそって遮光膜と第２絶縁膜との間の第１絶縁膜を除去した領域に形成される、すなわち、開口部に対して中空層が部分的に形成されることから、透光性の絶縁膜や転送電極等が外部応力を受けても変形が起こりにくい。よって、中空層を基点としたクラックや膜剥がれが起こりにくい。
また、レジスト膜のエッチバック量によって第２絶縁膜上に残されたレジスト膜の高さが決まり、その残されたレジスト膜をエッチングマスクにして第２絶縁膜をエッチングすることから第２絶縁膜の高さが決まる。そして第２絶縁膜を残す状態で第１絶縁膜をエッチングして、第２絶縁膜と遮光膜との間に中空層を形成し、その中空層を維持して第２絶縁膜および遮光膜上に第３絶縁膜を形成することから、第２絶縁膜の高さを制御することで中空層の高さを容易に制御され、第１絶縁膜の膜厚を制御することで中空層の幅を容易に制御される。このように、中空層の設計の自由度が高い。

本発明の固体撮像装置は、中空層が遮光膜と透光性の絶縁膜との間の受光部側に形成されているため、読み出し部や電荷転送部に入射光が入射されなくなるので、スミアの発生やノイズの発生を抑えることができるという利点がある。また、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された入射光が受光部側に反射され、受光部に入射されるため、受光部へ集光効率を上げることができるので、固体撮像装置の受光感度を向上させることができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、遮光膜と透光性の絶縁膜との間の受光部側に中空層を形成するため、読み出し部や電荷転送部に入射光が入射されなくなるので、スミアの発生やノイズの発生を抑えることができるという利点がある。また、中空層と透光性の絶縁膜との界面で反射された入射光が受光部側に反射され、受光部に入射されるため、受光部へ集光効率を上げることができるので、固体撮像装置の受光感度を向上させることができる。
また、中空層の設計の自由度が高いため、入射光を中空層によって反射させたい部分に、その中空層を効率的かつ部分的に形成することができる。しかも、中空層を形成しても、機械的強度を保ちつつ、中空層で問題となるクラックや膜剥がれなどが回避できるため、信頼性を高めることができるという利点もある。

本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。

図１に示すように、半導体基板１１には、入射光を光電変換する受光部１２が形成されている。また、上記半導体基板１１には、上記受光部１２から信号電荷を読み出すための読み出し部１３、この読み出し部１３で読み出した信号電荷を転送する電荷転送部１４が、上記受光部１２の一方側に形成されている。また図示はしていないが、上記受光部１２の他方側には画素分離となるチャネルストップ領域が形成されている。

また、上記半導体基板１１の上記電荷転送部１４上にはゲート絶縁膜１５を介して転送電極１６が形成されている。例えば、上記転送電極１６は２層構造で形成され、転送電極１６間には絶縁膜２１が形成されている。さらに、絶縁膜２２を介して上記転送電極１６を被覆する遮光膜２３が上記半導体基板１１上に形成されている。この遮光膜２３は、例えばタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜で形成されている。上記受光部１２上の上記遮光膜２３には、入射光を受光部１２に導く開口部２４が形成されている。この開口部２４は、上記受光部１２上で上記遮光膜２３の側壁部で側周を囲まれる空間をいう。

上記開口部２４には、透光性の絶縁膜３０が埋め込まれている。この透光性の絶縁膜３０と上記遮光膜２３との間の上記受光部１２側には中空層３５が形成されている。ここでいう透光性とは、上記受光部１２で受光できる波長領域の光を透過することをいう。通常、その光は可視光であるが、固体撮像装置の用途によっては、近赤外光、近紫外光の場合もある。

以下、上記透光性の絶縁膜３０と中空層３５の詳細を説明する。

上記透光性の絶縁膜３０は、４層の透光性を有する第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３２、第３絶縁膜３３、第４絶縁膜３４からなる。
上記第１絶縁膜３１は、例えば酸化シリコン膜で形成されていて、上記開口部２４の底部、すなわち上記受光部１２上に形成されている。なお、図面では、転送電極１６を被覆する絶縁膜２１が受光部１２の半導体基板１１上にも形成されている。したがって、上記第１絶縁膜３１は、受光部１２上の絶縁膜２１上に形成されている。
この第１絶縁膜３１は、遮光膜２３と第２絶縁膜３２との間に形成され、遮光膜２３の側壁部に形成された第１絶縁膜を除去することで、遮光膜２３と第２絶縁膜３２との間に中空層３５が形成される。このように中空層３５が形成されることで、第１絶縁膜３１の膜厚によって上記中空層３５の幅が制御されるようになる。例えば、中空層３５を５０ｎｍの幅に形成するには、第１絶縁膜３１の膜厚は５０ｎｍになる。上記中空層３５は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の幅に形成するため、第１絶縁膜３１の膜厚はそれに対応させて１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下になる。

上記第２絶縁膜３２は、上記第１絶縁膜３１上に形成され、かつ、受光部１２側の上記遮光膜２３の側壁部側に上記中空層３５を介した状態で形成されている。
この第２絶縁膜３２は、例えば、中空層３５との界面で第２絶縁膜３２中を透過してきた入射光が全反射しやすくなるように、高屈折率な絶縁膜で形成されている。例えば屈折率が１．５〜２．０程度の透光性を有する窒化シリコン膜で形成されている。もちろん、上記屈折率より高い屈折率の透光性を有する窒化シリコン膜を用いてもよい。

上記第３絶縁膜３３は、上記中空層３５の上部を塞ぐように、上記第２絶縁膜３２上から上記遮光膜２３上にかけて形成されている。
この第３絶縁膜３３は、例えば、第３絶縁膜３３中を透過してきた入射光が上記第２絶縁膜３２中に入射しやすくなるように、上記第２絶縁膜３２と同様な高屈折率な絶縁膜で形成されている。例えば屈折率が１．５〜２．０程度の透光性を有する窒化シリコン膜で形成されている。もちろん、上記屈折率より高い屈折率の透光性を有する窒化シリコン膜を用いてもよい。

上記第４絶縁膜３４は、上記開口部２４を埋め込むように、上記第３絶縁膜３３上に形成されている。
この第４絶縁膜３４は、例えば、第４絶縁膜３４中を透過してきた入射光が上記第３絶縁膜３３中に入射しやすくなるように、上記第３絶縁膜３３と同様な高屈折率な絶縁膜で形成されている。例えば屈折率が１．５〜２．０程度の透光性を有する窒化シリコン膜で形成されている。もちろん、上記屈折率より高い屈折率の透光性を有する窒化シリコン膜を用いてもよい。
また、この第４絶縁膜３４は上記開口部２４を埋め込むため、カバレッジ性のよい膜で形成されることが好ましい。

さらに、上記開口部２４は入射光の入射方向に向かって開口が大きくなっている。
このように開口部２４が形成されることで、受光部１２に入射する入射光よりも大きな面積に入射する入射光を入射させることが可能になるので、感度向上が図れる。

また上記中空層３５は上記転送電極１６よりも低く形成されている。
このように中空層３５が形成されることで、半導体基板１１面に対して垂直方向に働く応力に対して、また半導体基板１１面に対して水平方向に働く応力に対しても機械的強度が保たれ、中空層３５を形成したことによる機械的強度の低下の影響がないようになっている。

上記透光性の絶縁膜３０の表面は平坦化されていて、この透光性の絶縁膜３０上には、上記受光部１２に入射される入射光の光路に対応してカラーフィルター層４１が形成されている。
さらに、カラーフィルター層４１上には受光部１２に入射光を集光させる集光レンズ５１が形成されている。

本発明の固体撮像装置１では、図２に示すように、透光性の絶縁膜３０と遮光膜２３との間の受光部１２側に中空層３５を有することから、集光レンズ５１、カラーフィルター層４１を透過した入射光Ｌは、その一部（例えば矢印Ａ、Ｂで示す入射光）が中空層３５と透光性の絶縁膜３０との界面で反射される。この反射はほぼ全反射となる。これによって、読み出し部１３や電荷転送部１４に入射しようとする入射光（例えば矢印Ａで示す入射光）を十分に遮光することができる。
このように、読み出し部１３や電荷転送部１４に入射光Ｌが入射されなくなるので、スミアの発生やノイズの発生が抑えられる。
また、中空層３５と透光性の絶縁膜３０との界面で反射された入射光Ｌ（例えば矢印Ａ、Ｂで示す入射光）が受光部１２側に反射され、受光部１２に入射されることから、集光効率を高めて感度が高められる。
しかも、中空層３５は、遮光膜２３と透光性の絶縁膜３０との間の受光部１２側に形成されているので、遮光膜２３と透光性の絶縁膜３０との間の一部に形成されることになる。このため、中空層３５を設けたことにより機械的強度が著しく劣化するというような影響はでない。また、中空層３５は、開口部２４の周囲の遮光膜２３の側壁にそって、遮光膜２３と第２絶縁膜３２との間の領域に形成される、すなわち、開口部２４に対して中空層３５が部分的に形成されることから、透光性の絶縁膜３０や転送電極１６等が外部応力を受けても変形が起こりにくい。よって、中空層３５を基点としたクラックや膜剥がれが起こりにくい。

次に、本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、図３および図４の製造工程断面図によって説明する。図３および図４では、前記図１によって説明した固体撮像装置の製造方法の一例を示す。

図３（１）に示すように、半導体基板１１に入射光を光電変換する受光部１２を形成する。また、同半導体基板１１に、上記受光部１２から信号電荷を読み出す読み出し部１３、この読み出し部１３で読み出した信号電荷を転送する電荷転送部１４を形成する。さらに、上記半導体基板上にゲート絶縁膜１５を介して上記電荷転送部１４の転送電極１６を形成する。
例えば、上記転送電極１６は２層構造で形成され、転送電極１６間には絶縁膜２１を形成する。
次いで、絶縁膜２２を介して上記転送電極１６を被覆する遮光膜２３を形成する。
次に、上記受光部１２上の上記遮光膜２３に開口部２４を形成する。この開口部２４は、上記受光部１２上で上記遮光膜２３の側壁部で側周を囲まれる空間をいう。

上記受光部１２、読み出し部１３、電荷転送部１４、ゲート絶縁膜１５、転送電極１６、絶縁膜２１、遮光膜２３、開口部２４等の形成方法は、いかなる方法であってもよいが、例えば既存の固体撮像装置の製造技術によって形成することができる。
例えば、受光部１２、読み出し部１３、電荷転送部１４等はイオン注入法によって、ゲート絶縁膜１５、転送電極１６等は成膜技術、リソグラフィー技術およびエッチング技術等によって、絶縁膜２１および遮光膜２３は既存の成膜技術、例えば化学的気相成長法、、物理的気相成長法等によって、開口部２４はリソグラフィー技術とエッチング技術によって形成することが可能である。

次に、上記遮光膜２３を被覆するように上記半導体基板１１上に透光性を有する第１絶縁膜３１および透光性を有する第２絶縁膜３２を形成する。
上記第１絶縁膜３１は、例えば酸化シリコン膜で形成する。この酸化シリコン膜の厚さは、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、例えば５０ｎｍとする。この第１絶縁膜３１の膜厚が１０ｎｍよりも薄い場合には、後の工程で、第１絶縁膜３１をエッチングする際に、十分にエッチングされず、中空層が十分に形成できなくなる場合が生じる。また、第１絶縁膜３１の膜厚が５０ｎｍを超えるようになると、後の工程で形成される第３絶縁膜が中空層を埋め込むように形成されるようになり、不都合が生じる。また、後に形成される中空層の厚さが厚くなり、受光部１２上の開口面積が狭くなって、十分な入射光量を確保することが困難になるという問題を生じる。
上記第２絶縁膜３２は、この第２絶縁膜３２をエッチングマスクにして上記第１絶縁膜３１が選択的にエッチングできる材料膜、例えば窒化シリコン膜で形成する。上記第１絶縁膜３１、上記第２絶縁膜３２ともに、成膜方法は問わないが、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法により成膜する。
次いで、上記開口部２４を埋め込むように、上記第２絶縁膜３２上にレジスト膜６１を形成する。このレジスト膜６１は、例えば、塗布法により、表面が平坦化する程度の膜厚に形成される。

次に、図３（２）に示すように、上記レジスト膜６１をエッチバックして、上記開口部２４の底部側に上記レジスト膜６１を残す。例えば、受光部１２上における上記レジスト膜６１の厚さｈｒを、例えば１００ｎｍとする。このエッチングには、例えばエッチングガスに酸素（Ｏ₂）ガスを用いたプラズマエッチングによる。このようなエッチングでは、レジストのみを選択的にエッチングすることが可能である。
なお、エッチバックして残した上記レジスト膜６１の膜厚ｈｒは、その後の第２絶縁膜３２をエッチバックする工程でレジスト膜６１が膜減りする場合、その膜減り量を考慮して決定されることが望ましい。

次に、図４（３）に示すように、上記レジスト膜６１をエッチングマスクに用いて、上記第２絶縁膜３２をエッチングする。上記第２絶縁膜３２が窒化シリコン膜で形成されていることから、例えば、エッチングガスにトリフルオロカーボン（ＣＨＦ₃）と酸素（Ｏ₂）とを用い、プラズマエッチングにてエッチングを行う。この結果、上記開口部２４の底部側および側壁側下部に上記第２絶縁膜３２を残す。

次に、図４（４）に示すように、上記第２絶縁膜３２上の上記レジスト膜６１（前記図３（３）参照）を除去する。このレジスト膜６１の除去は、例えば酸素プラズマを用いたアッシングにより行う。もしくはウエットエッチングによりレジスト剥離を行うことも可能である。図面はレジスト膜６１を除去した後の状態を示してある。

次に、図４（５）に示すように、上記窒化シリコン膜で形成された第２絶縁膜３２をエッチングマスクに用いて上記酸化シリコン膜で形成された第１絶縁膜３１を選択的にエッチングし、上記開口部２４を構成する遮光膜２３の側壁と上記第２絶縁膜３２との間に中空層３５を形成する。
上記エッチングは、例えば、希フツ酸をエッチング液に用いたウエットエッチングにより行い、選択的に酸化シリコン膜の第１絶縁膜３１をエッチングする。
上記中空層３５の形状は、上記第１絶縁膜３１の膜厚により幅ｗが制御され、図３（２）によって説明したレジスト膜６１のエッチバックで残すレジスト膜６１の厚さｈｒを制御することによって、所望の形状に形成することができる。例えば、上記説明したように、中空層３５の幅ｗは、１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度がよく、したがって、上記第１絶縁膜３１の膜厚は、１０ｎｍ〜５０ｎｍがよい。

次に、図５（６）に示すように、上記遮光膜２３および上記第２絶縁膜３２を被覆する透光性を有する第３絶縁膜３３を上記中空層３５が維持されるように形成する。この第３絶縁膜３３は、例えば、窒化シリコン膜で形成される。この窒化シリコン膜は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜される。その成膜条件の一例としては、原料ガスに窒素（Ｎ₂）とモノシラン（ＳｉＨ₄）とアンモニア（ＮＨ₃）とを用い、その体積流量比を、Ｎ₂：ＳｉＨ₄：ＮＨ₃＝１０：１：０．１に設定する。また、例えば成膜雰囲気の圧力を１．２ｋＰａ、パワーを１５００Ｗ、基板温度を２５０℃に設定した。この成膜条件によって、幅が１０ｎｍ〜５０ｎｍの中空層３５を埋め込むことなく、中空層３５上を塞ぐように成膜できる。
このように、中空層３５上を塞ぐように窒化シリコンの第３絶縁膜３３を成膜するには、いわゆるカバレッジの悪い成膜方法を採用すればよい。一般に、成膜雰囲気を高い圧力雰囲気（例えば、１．０ｋＰａ以上）とし、パワーを高め（例えば１５００Ｗ程度）に設定し、基板を低温（例えば３００℃以下）にして成膜すれば、カバレッジの悪い窒化シリコン膜の成膜が可能になる。

次に、上記第３絶縁膜３３上に透光性を有する第４絶縁膜３４を形成し、上記開口部２４を埋め込む。この第４絶縁膜３４は、例えば、窒化シリコン膜で形成される。この窒化シリコン膜は、例えばプラズマＣＶＤ法により成膜される。その成膜条件の一例としては、原料ガスに窒素（Ｎ₂）とモノシラン（ＳｉＨ₄）とアンモニア（ＮＨ₃）とを用い、その体積流量比を、Ｎ₂：ＳｉＨ₄：ＮＨ₃＝１０：１：１に設定する。また、例えば成膜雰囲気の圧力を０．６７ｋＰａ、パワーを５００Ｗ、基板温度を４００℃に設定した。この成膜条件によって、屈折率１．５〜２．０の窒化シリコン膜を成膜することができる。

このようにして、上記第１絶縁膜３１、第２絶縁膜３２、第３絶縁膜３３、第４絶縁膜３４からなる透光性の絶縁膜３０が形成され、上記遮光膜２３とこの透光性の絶縁膜３０との間の上記受光部１２側には中空層３５が形成される。

これにより、転送電極１６の横方向に絶縁膜２１、遮光膜２３を介して中空層３５が形成される。例えば、窒化シリコン膜の屈折率を１．５〜２．０のとき、この中空層３５と窒化シリコン膜との屈折率差により、中空層３５への入射光は全反射され、受光部１２上に集光することができる。

次に、図５（７）に示すように、従来の製造方法と同様に、上記透光性の絶縁膜３０（第４絶縁膜３４）上にカラーフィルター層４１、集光レンズ５１を順次形成する。
このようにして、従来の固体撮像装置よりも集光効率を向上させた固体撮像装置１を作製することができる。
また、上記カラーフィルター層４１を形成する前に、上記透光性の絶縁膜３０の表面が成膜時に平坦化されていない場合には、透光性の絶縁膜３０の表面を平坦化する。この平坦化方法としては、例えば化学的機械研磨を用いる。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、透光性の絶縁膜３０と遮光膜２３との間の受光部１２側に中空層３５を形成することから、中空層３５と透光性の絶縁膜３０との界面で反射された光はほぼ全反射されるようになる。これによって、読み出し部１３や電荷転送部１４に入射しようとする入射光を十分に遮光することができる。
また、中空層３５が受光部１２側に形成されることから、受光部１２に隣接して形成されている電荷を読み出す読み出し部１３に入射しようとする斜め入射光は、中空層３５と透光性の絶縁膜３０との界面で反射され、その多くは受光部１２側に入射されるようになる。
したがって、読み出し部１３や電荷転送１４に入射光が入射されなくなるので、スミアの発生やノイズの発生が押さえられる。
また、読み出し部１３に入射しようとした入射光が受光部１２側に反射され、受光部１２に入射されることから、集光効率を高めて感度が高められる。
しかも、中空層３５は、遮光膜２３と透光性の絶縁膜３０との間の受光部１２側に形成されるので、遮光膜２３と透光性の絶縁膜３０との間の一部に形成されることになる。このため、中空層３５を設けたことにより機械的強度が著しく劣化するというような影響はでない。また、中空層３５は、開口部２４の周囲の遮光膜２３の側壁にそって、遮光膜２３と第２絶縁膜３２との間の第１絶縁膜３１を除去した領域に形成される、すなわち、開口部２４に対して中空層３５が部分的に形成されることから、透光性の絶縁膜３０や転送電極１６等が外部応力を受けても変形が起こりにくい。よって、中空層３５を基点としたクラックや膜剥がれが起こりにくい。

また、レジスト膜６１のエッチバック量によって第２絶縁膜３２上に残されたレジスト膜６１の厚さｈｒ（前記図３（２）参照）が決まり、その残されたレジスト膜６１をエッチングマスクにして第２絶縁膜３２をエッチングすることから第２絶縁膜３２の高さｈｉ（前記図４（３）参照）が決まる。そして第２絶縁膜３２を残す状態で第１絶縁膜３１をエッチングして、第２絶縁膜３２と遮光膜２３との間に中空層３５を形成し、その中空層３５を維持して第２絶縁膜３２および遮光膜２３上に第３絶縁膜３３を形成することから、第２絶縁膜３２の高さを制御することで中空層３５の高さｈａ（前記図５（６）参照）が容易に制御され、第１絶縁膜３１の膜厚を制御することで中空層３５の幅ｗ（前記図５（６）参照）が容易に制御される。このように、中空層３５の設計の自由度が高い。

よって、読み出し部や電荷転送部に入射光が入射されなくなるので、スミアの発生やノイズの発生を抑えることができるので、固体撮像装置の信頼性の向上が図れる。
また、中空層３５と透光性の絶縁膜３０との界面で反射された入射光が受光部１２側に反射され、受光部１２に入射されるため、受光部１２へ集光効率を上げることができるので、感度を向上させることができる。
さらに、入射光を中空層３５によって反射させたい部分に、その中空層３５を効率的かつ部分的に形成することができる。しかも、中空層３５を形成しても、機械的強度を保ちつつ、中空層３５で問題となるクラックや膜剥がれなどが回避できるため、信頼性を高めることができるという利点もある。

次に、本発明の固体撮像装置１は、例えば図６のブロック図に示した撮像装置の固体撮像装置に用いることができる。

図６に示すように、撮像装置８０は、撮像部８１に固体撮像装置（図示せず）を備えている。この撮像部８１の集光側には像を結像させる結像光学系８２が備えられ、また、撮像部８１には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部８３が接続されている。また上記信号処理部８３によって処理された画像信号は画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。このような撮像装置８０において、上記固体撮像素子には、前記実施の形態で説明した固体撮像装置１を用いることができる。

本発明の撮像装置８０では、本願発明の固体撮像装置１を用いることから、上記説明したのと同様に、各画素の受光部の感度が十分に確保される。よって、画素特性、例えば高感度化が可能になるという利点がある。

なお、本発明の撮像装置８０は、上記構成に限定されることはなく、固体撮像装置を用いる撮像装置であれば如何なる構成のものにも適用することができる。

上記固体撮像装置１はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明は、固体撮像装置のみではなく、撮像装置にも適用可能である。この場合、撮像装置として、高画質化の効果が得られる。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことを示す。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。

本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（実施例）を示したもので、中空層における入射光の反射を模式的に示した概略構成断面図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程断面図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程断面図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を示した製造工程断面図である。 本発明の固体撮像装置を用いた撮像装置の一例を示したブロック図である。

符号の説明

１…固体撮像装置、１１…半導体基板、１２…受光部、１４…電荷転送部、１６…転送電極、２３…遮光膜、２４…開口部、３０…透光性の絶縁膜、３５…中空層

Claims (5)

1. 半導体基板に形成されていて入射光を光電変換する受光部と、
   前記受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、
   前記半導体基板上に形成されていて前記電荷転送部の転送電極上を被覆する遮光膜と、
   前記受光部上の前記遮光膜に形成された開口部と、
   前記開口部を埋め込んで形成された透光性の絶縁膜と
   を有する固体撮像装置において、
   前記遮光膜と前記透光性の絶縁膜との間の前記受光部側に中空層を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記開口部は入射光の入射方向に向かって開口が大きくなる
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記中空層は前記転送電極よりも低く形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記中空層は前記遮光膜の側壁下部にそって形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
5. 半導体基板に形成されていて入射光を光電変換する受光部と、
   前記受光部から読み出した信号電荷を転送する電荷転送部と、
   前記半導体基板に形成されていて前記電荷転送部の転送電極上を被覆する遮光膜と、
   前記受光部上の前記遮光膜に形成された開口部と、
   前記開口部を埋め込んで形成された透光性の絶縁膜と
   を形成する固体撮像装置の製造方法において、
   前記透光性の絶縁膜の形成工程は、
   前記遮光膜を被覆するように前記半導体基板上に透光性を有する第１絶縁膜および透光性を有する第２絶縁膜を形成した後、前記開口部を埋め込むようにレジスト膜を形成する工程と、
   前記レジスト膜をエッチバックして前記開口部の底部側に前記レジスト膜を残す工程と、
   前記レジスト膜をエッチングマスクに用いて前記第２絶縁膜をエッチバックし、前記開口部の底部および側壁下部に前記第２絶縁膜を残す工程と、
   前記レジスト膜を除去する工程と、
   前記第２絶縁膜をエッチングマスクに用いて前記第１絶縁膜をエッチングし、前記開口部の側壁と前記第２絶縁膜との間に中空層を形成する工程と、
   前記中空層を維持して前記遮光膜および前記第２絶縁膜を被覆する透光性を有する第３絶縁膜を形成する工程と、
   前記第３絶縁膜上に前記開口部が埋め込まれる透光性を有する第４絶縁膜を形成する工程と
   順に有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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