JP3000142B2 - 固体撮像デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
に関するもので、特に感度を向上させた超薄型とするこ
とができる固体撮像デバイスの製造方法に関するもので
ある。
デバイスと電荷結合デバイスを用いて被写体を撮像して
電気的信号に出力する装置のことである。電荷結合デバ
イスは光電変換デバイスから生成された信号電荷を基板
内での電位の変動を利用して特定の方向に伝送するのに
使用される。固体撮像デバイスは、複数の光電変換領域
と、その光電変換領域間に配置され、光電変換領域から
生成された電荷を垂直方向に伝送する垂直電荷伝送領域
ＶＣＣＤと、垂直電荷伝送領域で伝送されてきた電荷を
水平方向に伝送する水平電荷伝送領域ＨＣＣＤと、水平
伝送された電荷をセンシングし増幅して周辺回路へ出力
する浮遊拡散領域とで構成される。
体撮像デバイスについて説明する。図１ａ、図１ｂは従
来の固体撮像デバイスの光の入射経路を示す構造断面図
である。従来の技術の固体撮像デバイスは、図１ａに示
すように、ｎ型基板１１上に第１及び第２のｐ-型ウェ
ル１２、１３が形成され、第１及び第２のｐ-型ウェル
１２、１３領域内にそれぞれｎ+型フォトダイオード１
４と電荷伝送領域のｎ+型ＶＣＣＤ１７が形成されてい
る。ｎ+型フォトダイオード１４領域の上面にはｐ+型表
面隔離層１５が形成され、ｎ+ 型ＶＣＣＤ１７の下側で
それを囲むように第３のｐ−型ウェル１６が形成されて
いる。そして、基板１１の全面にゲート絶縁膜１９が形
成され、フォトダイオード１４領域を除いたゲート絶縁
膜１９上には伝送ゲート２０、層間絶縁膜２１及び金属
遮光膜２２が順次形成され、これらを含むゲート絶縁膜
１９上には保護膜２３が形成されている。保護膜２３上
には平坦化層２４が形成され、その平坦化層２４のフォ
トダイオード１４領域の上にはマイクロレンズ２５が形
成される。そして、フォトダイオード１４領域のまわり
には画素と画素間を隔離させるためのチャンネルストッ
プ層１８が形成されている。
撮像デバイスは、カメラレンズを介して入射される光
が、図１ａに示す光経路のように、マイクロレンズ２５
により集束されてフォトダイオード１４領域に入射され
る。フォトダイオード１４領域へ入射された光は映像電
荷に変換される。そして、フォトダイオード１４領域で
変換された映像電荷はＶＣＣＤのクロック信号に基づい
てＶＣＣＤ１７を介して垂直方向へ伝送されてＨＣＣＤ
（図示せず）へ達し、ＨＣＣＤにより水平方向に伝送さ
れて浮遊拡散領域でセンシング及び増幅されて周辺回路
へ出力される。
デバイスは、マイクロレンズにより光を集束させてデバ
イスの撮像感度を向上させることができたが、図１ｂに
示すように、斜め入射される光を集光するのには限界が
あった。この斜光はスミア現象を生じてデバイスの画質
を低下させる。マイクロレンズを介した光の焦点を正確
にフォトダイオード領域に合わせるためには、マイクロ
レンズを構成する物質の屈折率及び透光率などを顧慮し
て、その厚さを決定しなければならない。そのため、平
坦層にマイクロレンズを加えた厚さ（ｈ）を選択的に変
化させることは困難である。これは、デバイスの薄膜化
に不利であり、斜光による問題点を解消することを困難
にしている。
バイスの問題点を解決するためになされたもので、その
目的は、感度を向上させ、かつ超薄型とすることができ
る固体撮像デバイスの製造方法を提供するにある。
スの製造方法は、複数の光電変換領域と、その領域から
生成された映像電荷を一方向に伝送する電荷伝送領域と
を含む固体撮像デバイスの上側に構成される平坦化層と
その上側のマイクロレンズ層の少なくともいずれかにそ
れらの層の屈折率を増加させる不純物をイオン注入する
ことを特徴とする。
実施形態の固体撮像デバイスの製造方法について説明す
る。図２は本発明の第１の実施の形態の固体撮像デバイ
スの製造工程断面図である。本固体撮像デバイスは、平
坦層とマイクロレンズ層の屈折率を増加させてその厚さ
を調節することができるようにしたものである。図２ａ
に示すように、ｎ型の基板３１上に第１及び第２のｐ-
型ウェル３２、３３が形成され、その第１のｐ- 型ウェ
ル３２領域内にｎ+ 型フォトダイオード領域、すなわち
ＰＤＮ３４が、第２のｐ- 型ウェル３３領域内に電荷伝
送領域であるｎ+ 型ＶＣＣＤ３７が形成される。ＰＤＮ
３４領域の上面にはｐ+ 型表面隔離層としてのＰＤＰ３
５領域が形成され、ｎ+ 型ＶＣＣＤ３７の下側にはｎ+
型ＶＣＣＤ３７を囲むように第３のｐ- 型ウェル３６が
形成されている。そして、基板３１の全面にゲート絶縁
膜３９が形成され、ＰＤＮ３４、ＰＤＰ３５のフォトダ
イオード領域を除いたゲート絶縁膜３９上には伝送ゲー
ト４０、層間絶縁膜４１及び金属遮光層４２が順次形成
され、これらを含むゲート絶縁膜３９上に保護膜４３が
形成される。そして、前記第３のｐ- 型ウェル３６の形
成工程後に、フォトダイオード領域のまわりには画素と
画素間を隔離させるためのチャンネルストップ層３８が
形成される。
２ｂに示すように、平坦化層４４を形成するが、この工
程について詳細に説明する。まず、平坦化層４４を形成
するための物質を堆積し、高温でベーキング工程を施
す。そして、平坦化層４４の屈折率を増加させる不純物
イオンを注入して屈折率を高くする。この平坦化層４４
の屈折率を高くするために使われる不純物にはＡｒを含
んでいる。次いで、屈折率が高くなった平坦化層４４上
にマイクロレンズを形成するためのマイクロレンズ物質
層を堆積し、露光及び現像してパターニングし、ＵＶ露
光及び高温でのリフロー工程でマイクロレンズ４５を形
成する。すなわち、上記の本発明の第１の実施の形態の
固体撮像デバイスは、製造工程において平坦化層４４に
不純物をイオン注入して、その平坦化層４４の屈折率を
高めたものである。
像デバイスについて説明する。図３は本発明の第２の実
施の形態の固体撮像デバイスの製造工程断面図である。
本実施形態の固体撮像デバイスは、図３ａは図２ａとお
なじである。先の例と同じようにして形成した後、同様
に図３ｂに示すように、平坦化層４４を形成する。次
に、図３ｃに示すように、マイクロレンズを形成するた
めの物質層を堆積し、露光及び現像してパターニング
し、ＵＶ露光及びリフロー工程でマイクロレンズ層４５
を形成する。そして、形成させたマイクロレンズ層４５
に屈折率を増加させる不純物をイオン注入してマイクロ
レンズ層４５の屈折率を高める。使われる不純物は同様
にＡｒを含む。
像デバイスについて説明する。図４は本発明の第３の実
施の形態の固体撮像デバイスの製造工程断面図である。
本実施の形態の固体撮像デバイスは、平坦化層とマイク
ロレンズ層の双方に屈折率を増加させるための不純物を
イオン注入するものである。その工程の手順は、まず、
図４ａに示すように、保護膜４３を形成した後、図４ｂ
に示すように、平坦化層４４を形成する。この平坦化層
は、平坦化層４４を形成するための物質を堆積し、高温
でベーキング工程を施して形成させる。その後、平坦化
層４４の屈折率を増加させる不純物イオンを注入して屈
折率を高くする。使用する不純物にはＡｒを含む。次い
で、屈折率が高くなった平坦化層４４上にマイクロレン
ズを形成するためのマイクロレンズ物質層を堆積し、露
光及び現像してパターニングし、ＵＶ露光及び高温での
リフロー工程でマイクロレンズ４５を形成する。そし
て、図４ｃに示すように、マイクロレンズ層４５に屈折
率を増加させる不純物をイオン注入してマイクロレンズ
層４５の屈折率を高くする。使用する不純物は同様にＡ
ｒが含まれているべきである。上記のように、本発明の
第３の実施の形態の固体撮像デバイスは、平坦化層及び
マイクロレンズ層に屈折率を高くする不純物を注入する
ものである。
デバイスは、カメラレンズを介して入射される光が、図
５ａ、図５ｂに示す光経路のように、平坦化層４４、マ
イクロレンズ層４５により強く屈折され集束されてフォ
トダイオード領域へ入射される。このとき、斜光が入射
されても、平坦化層４４とマイクロレンズ層４５が大き
な屈折率を有しているので、正確にフォトダイオード領
域に集束される。フォトダイオード領域へ入射された光
は映像電荷に変換される。そのフォトダイオード領域で
変換された映像電荷は、ＶＣＣＤのクロック信号に基づ
いてＶＣＣＤ３７を介して垂直伝送されてＨＣＣＤ（図
示せず）へ伝送され、ＨＣＣＤにより水平方向に再び伝
送されて浮遊拡散領域でセンシング及び増幅されて周辺
回路へ出力される。
１５０℃で３００秒熱処理した場合の平坦化層の屈折率
を示したもので、表７は、平坦化層４４に不純物イオン
を注入して表１の場合と同様に処理した場合の平坦化層
４４の屈折率である。これらの表からわかるように、イ
オン注入量が大きくなると屈折率が増加する。
時に、平坦化層、又はマイクロレンズ層のいずれか、又
はその双方に、それらの層の屈折率を増加させる不純物
をイオン注入して屈折率を高くしたので、それらの層の
厚さを薄くしても、入射される光を正確にフォトダイオ
ード領域に照射できる。したがって、デバイスの薄膜
化、軽量化に有利である。そして、光が斜めに入射され
てきても大きな屈折率を有する平坦化層とマイクロレン
ズ層により強く屈折させられ、正確にフォトダイオード
領域に照射できるため、スミア現象の発生を小さくする
ことができる。したがって、デバイスの画質を向上させ
る効果がある。
路を示す構造断面図。
程断面図。
程断面図。
程断面図。
示す構造断面図。
Claims (6)
- 【請求項１】 複数の光電変換領域と、その領域から生
成された映像電荷を一方向に伝送する電荷伝送領域とを
含む固体撮像デバイスの上側に構成される平坦化層とそ
の上側のマイクロレンズ層との双方にそれらの層の屈折
率を増加させる不純物をイオン注入することを特徴とす
る固体撮像デバイスの製造方法。 - 【請求項２】 不純物のイオン注入工程はＡｒを含む不
純物を使用して実施することを特徴とする請求項１に記
載の固体撮像デバイスの製造方法。 - 【請求項３】 半導体基板に複数の光電変換領域と、そ
の領域から生成された映像電荷を一方向に伝送する複数
の電荷伝送領域とを形成する工程と、 前記光電変換領域と電荷伝送領域を含む全面に保護層を
形成する工程と、 前記保護層上に平坦化層を形成し、その層の屈折率を増
加させる不純物をイオン注入する工程と、 前記屈折率が変化された平坦化層上にマイクロレンズ層
を形成する工程と、 を備えることを特徴とする固体撮像デバイスの製造方
法。 - 【請求項４】 半導体基板に複数の光電変換領域と、そ
の領域から生成された映像電荷を一方向に伝送する複数
の電荷伝送領域とを形成する工程と、 前記光電変換領域と電荷伝送領域を含む全面に保護層を
形成する工程と、 前記保護層上に平坦化層を形成する工程と、 前記平坦化層上にマイクロレンズ層を形成し、その層の
屈折率を増加させる不純物をイオン注入する工程と、 を備えることを特徴とする固体撮像デバイスの製造方
法。 - 【請求項５】 半導体基板に複数の光電変換領域と、そ
の領域から生成された映像電荷を一方向に伝送する複数
の電荷伝送領域とを形成する工程と、 前記光電変換領域と電荷伝送領域を含む全面に保護層を
形成する工程と、 前記保護層上に平坦化層を形成し、その層の屈折率を増
加させる不純物をイオン注入する工程と、 前記屈折率が変化された平坦化層上にマイクロレンズ層
を形成し、その層の屈折率を増加させる不純物をイオン
注入する工程と、 を備えることを特徴とする固体撮像デバイスの製造方
法。 - 【請求項６】 屈折率を増加させるためのイオン注入工
程は、Ａｒを含む不純物を使用することを特徴とする請
求項３〜５のいずれかに記載の固体撮像デバイスの製造
方法。
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