JP3358375B2 - 固体撮像素子とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像素子、特に半
導体基板の表面部に受光素子が多数配設され、各受光素
子の周囲が隆起し、該半導体基板表面上に各受光素子の
周囲部分への光の入射を阻み各受光素子上にセンサー開
口を有する遮光膜が形成され、該遮光膜上に反射防止膜
が形成された固体撮像素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子は小型な撮像手段として例
えばビデオカメラ等に多く使用され、画質の向上を要請
され続けている。その要請に応えるには、先ず、画素数
を増やして解像度を高くすることが必要であるが、それ
は固体撮像素子の大型化を伴うことなく、あるいは小型
化の要求に応えつつ実現しなければならない。従って、
画素の配設密度を高くすることが必要である。

【０００３】また、画質の向上にはスミアの低減を図る
ことが不可欠であり、ＣＣＤ型固体撮像素子を例に採る
と、受光素子の周囲にある垂直転送レジスタ等に光が侵
入することを防止することが必要である。従って、固体
撮像素子においては、受光素子の周りの垂直転送電極上
に例えばアルミニウム（あるいは数％程度のシリコンを
含有するアルミニウムシリサイド）からなる遮光膜を形
成して垂直転送レジスタ等受光素子以外の部分への光の
侵入を防止している。

【０００４】図４はそのような固体撮像素子の一つの従
来例を示す断面図である。図面において、１はｐ型半導
体基板、２はｎ型受光素子、２ｐは該受光素子２の表面
に形成されたＰ⁺ 型ホールアキュムレータ、３はｎ型垂
直転送レジスタ、４は読み出しゲート部、５は半導体基
板１表面上に形成されたゲート絶縁膜、６は第１層目の
ポリシリコンからなる垂直転送電極、７は層間絶縁膜、
８は第２層目のポリシリコンからなる垂直転送電極であ
り、この垂直転送電極６、８の存在により各受光素子２
の周囲は隆起している。

【０００５】９は上記隆起部をその内側面をも含め覆う
遮光膜で、例えばアルミニウムあるいは数％程度のシリ
コンを含んだアルミニウムシリサイドあるいはタングス
テンからなる。１０は該遮光膜９の受光素子２上に形成
されたセンサー開口で、被写体からの光は該センサー開
口１０を通って受光素子２に入射する。１３は該遮光膜
９の内側面である。このような固体撮像素子によれば、
反射率の高い遮光膜９によって垂直転送電極６、８によ
る隆起部をその内側面を含めマスクすることができるの
で、受光素子１外へ向かって入射する光を反射すること
ができ、スミアを防止することができる。

【０００６】ところで、図４に示す固体撮像素子には、
遮光膜９の反射率が高いために、遮光膜９のフォトリソ
グラフィによるパターニングの加工精度が低くなるとい
う問題があった。これを具体的に説明すると、遮光膜９
にセンサー開口１０を形成するには、遮光膜９のパター
ニングが必要であり、それは遮光膜９の例えばスパッタ
リングによる形成後、該遮光膜９上にフォトレジスト膜
を形成し、該フォトレジスト膜をマスクあるいはレチク
ル越しに露光し、その後、現像し、しかる後、該フォト
レジスト膜をマスクとして遮光膜９をエッチングするこ
とにより行われる。そして、その露光の際に露光光線が
遮光膜９の表面に反射され、その反射光線がマスクある
いはレチクルによるパターン通りの露光を阻み、延いて
は、加工精度を低下させる原因になる。

【０００７】なぜならば、遮光膜９のパターニングによ
り形成されるのは各受光素子２上に形成されるセンサー
開口１０であり、この形状、面積が受光素子２の感度に
大きく影響するので撮像領域全域に渡って、換言すれば
全受光素子２を総て均一に形成すべきものであるが、加
工精度が低くなるとそれが不可能となるからである。こ
の加工精度の低下による悪影響は、固体撮像素子の小型
化、高解像度化に伴って受光素子の集積密度が高くな
り、加工寸法が微細化する程大きくなり、感度ムラ、固
定パターンノイズの発生原因になり、無視できなくなっ
てきている。具体的には、センサー開口面積が数μｍ²
以下になるとその悪影響が顕著になり、無視できなくな
る。また、固体撮像素子の表面にオンチップカラーフィ
ルターを形成したカラー固体撮像素子においては、その
感度ムラが色ムラになる。

【０００８】そこで、遮光膜９のパターニングの前に該
遮光膜９の表面に例えばチタンナイトライド、あるいは
チタンオキシナイトライドからなる反射防止膜を形成
し、該反射防止膜上にフォトレジスト膜を塗布してフォ
トリソグラフィにより遮光膜９のパターニングを行うと
いう試みが為された。図５はそのようにして製造された
固体撮像素子の従来例を示すもので、１１はその反射防
止膜であり、その厚さは例えば数１０ｎｍである。この
ような固体撮像素子によれば、反射率の高い遮光膜９の
表面に反射防止膜１１を形成した状態でフォトレジスト
膜の露光処理ができるので、概ねマスクあるいはレチク
ルによるパターン通りに露光するすることができ、加工
精度を高くすることができる。

【０００９】この点について、詳しく説明すると、例え
ばチタンオキシナイトライドの場合、数ｎｍ〜数１０ｎ
ｍの厚さでも、現在露光光線の主流となっているｉ線
（波長３６５ｎｍ）については反射率をアルミニウムに
対してのそれと比較して１／１０程度にすることができ
る。また、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの厚さの場合、可
視光線（波長４００ｎｍ〜８００ｎｍ）については反射
率がアルミニウムのそれと比較して１／２〜１／５程度
にすることができる。更に、センサー開口部形成の際の
エッチングはチタンオキシナイトライドと、アルミニウ
ムとは同時に行うことができ、チタンオキシナイトライ
ドのエッチング面（側壁）の形状は微視的に視てアルミ
ニウムのそれよりも垂直で且つ滑らかである。これは撮
像ムラを小さくする方向に働く。従って、一般的なフォ
トリソグラフィにおける反射防止膜と異なり、固体撮像
素子の反射防止膜には、センサー開口の加工精度、撮像
ムラを考慮すると、露光反射率が極小となる膜厚とは異
なる最適膜厚が存在し、それは数１０ｎｍのようであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図５に示す
固体撮像素子には、遮光膜９の垂直転送電極６、８によ
る隆起部の内側面に入射した光の多くが反射防止膜１１
により吸収されてしまい受光素子１に入らずその分受光
素子２への入射量が少なくなり、従って感度が低くなる
という問題があった。即ち、図４に示す固体撮像素子に
よれば、受光素子２上のセンサー開口１０に直接向かう
被写体からの光Ｂ１はもちろんのこと、直接には受光素
子２には向かわず上記隆起部の内側面１３に入射した光
であってもそこでアルミニウム等からなる遮光膜９によ
り反射されてセンサー開口１０に向う光Ｂ２も受光素子
２により受光され、信号電荷になる。

【００１１】しかるに、図５に示す固体撮像素子によれ
ば、遮光膜９の表面が完全に反射防止膜１１で覆われて
いるので、受光素子２上のセンサー開口１０に直接向か
う光Ｂ１以外の光はほとんどが受光素子２に入射しな
い。即ち、隆起部の内側面に入射した光Ｂ２はほとんど
が破線で示すように反射されることはなく、反射防止膜
１１に吸収されるのである。なぜならば、反射防止膜１
１は例えばチタンオキシナイトライドからなる場合、可
視光線については反射率がアルミニウムに比較して１／
２〜１／５になるからである。従って、固体撮像素子の
感度が低下するのである。このような感度低下はセンサ
ー開口の面積が充分に大きい場合には相対的に小さく、
大した問題とはならないが、固体撮像素子の高解像度化
に伴う受光素子２の微細化が進むほど顕著になってくる
ので看過できないのである。具体的には、反射防止膜と
してチタンオキシナイトライドを用いた場合、１０〜数
１０％の感度低下となる。

【００１２】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、半導体基板の表面部に受光素子が多
数配設され、各受光素子の周囲が隆起し、該半導体基板
表面上に各受光素子の周囲部分への光の入射を阻み各受
光素子上にセンサー開口を有する遮光膜が形成され、該
遮光膜上に反射防止膜が形成された固体撮像素子におい
て、遮光膜の加工精度を各受光素子の感度低下を伴うこ
となく高めることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の固体撮像素子
は、各受光素子の周囲部分への光の入射を阻み各受光素
子上に開口を有する遮光膜が受光素子側に張り出した張
り出し部を有し、該遮光膜上に形成された反射膜が、少
なくとも各受光素子に隣接して形成された隆起部の受光
素子側の側面上に当たる部分がぬき部となり、且つ上記
張り出し部上を覆っていることを特徴とする。請求項２
の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上の転送電極
及び受光素子を覆って全面的に遮光膜を形成し、該遮光
膜上に反射防止膜を形成し、パターニングにより、上記
反射防止膜のうちの転送電極の受光素子側の側面に形成
された部分を除去してぬき部を設けると共に、上記反射
防止膜のうちの受光素子上に形成された部分を残存さ
せ、その後、上記遮光膜のエッチング用のフォトレジス
ト膜を形成し、上記遮光膜の受光素子上に形成された部
分の少なくとも一部を、その周縁部上に反射防止膜が残
存するように上記フォトレジスト膜をマスクとしてエッ
チング除去することを特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１の固体撮像素子によれば、反射防止膜
をそのうちの隆起部の内側面上においてぬき部としたの
で、そこに遮光膜の表面が露出する。従って、そこに入
射した被写体からの光までもが多く遮光膜により反射さ
れてセンサー開口へ向い受光素子に入射し得るので、各
受光素子の感度が向上する。従って、遮光膜のエッチン
グのためのフォトレジスト膜の露光時における遮光膜の
表面での反射を、反射防止膜により防止できるようにし
つつ感度の低下を防止することができる。従って、遮光
膜の加工精度の低下を、固体撮像素子の感度低下を伴う
ことなく防止することができる。また、遮光膜のうちの
受光素子側の張り出し部上には反射防止膜が形成されて
いるため、製造時の遮後部開口の加工ばらつきに起因す
る感度ムラ、色ムラを低減できる。請求項２の固体撮像
素子の製造方法によれば、転送電極及び受光素子を覆う
ように全面的に遮光膜を形成し、該遮光膜上に反射防止
膜を形成し、エッチングにより、上記反射防止膜のうち
の転送電極の受光素子側の側面に形成された部分を除去
してぬき部を設けると共に、上記反射防止膜のうちの受
光素子上に形成された部分を残存させ、その後、上記遮
光膜のエッチング用のフォトレジスト膜を形成し、上記
遮光膜の受光素子上に形成された部分の少なくとも一部
を、その周縁部上に反射防止膜が残存するように上記フ
ォトレジスト膜をマスクとしてエッチング除去するの
で、請求項１の固体撮像素子を製造することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明の一つの実施例を
示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ
線視断面図である。図面において、１はｐ型半導体基
板、２はｎ型受光素子、２ｐは該受光素子２の表面に形
成されたホールアキュムレータ、３はｎ型垂直転送レジ
スタ、４は読み出しゲート部、５は半導体基板１表面上
に形成されたゲート絶縁膜、６は第１層目のポリシリコ
ンからなる垂直転送電極、７は層間絶縁膜、８は第２層
目のポリシリコンからなる垂直転送電極であり、この垂
直転送電極６、８の存在により各受光素子２の周囲は隆
起している。

【００１６】９は上記隆起部をその内側面をも含め覆う
遮光膜で、例えばアルミニウムあるいは数％程度のシリ
コンを含んだアルミニウムシリサイドあるいはタングス
テンからなる。１０は該遮光膜９の受光素子２上に形成
されたセンサー開口で、被写体からの光は該センサー開
口１０を通って受光素子２に入射する。

【００１７】１１は反射防止膜で、チタンナイトライド
膜あるいはチタンオキシナイトライド膜からなり、数１
０ｎｍの膜厚を有する。チタンナイトライド膜あるいは
チタンオキシナイトライド膜は優れた反射防止特性を有
し、チタンオキシナイトライドを例に採ると、数ｎｍ〜
数１０ｎｍの膜厚にした場合には、フォトレジスト膜の
露光光線として現在多く用いられるｉ線（波長３６５ｎ
ｍ）に対しては、反射率を遮光膜９を成すアルミニウム
の反射率の１／１０程度にすることができる。また、数
１０ｎｍ〜数１００ｎｍの膜厚にした場合には、可視光
線（波長４００〜８００ｎｍ）に対する反射率をアルミ
ニウムの反射率に比較して１／２〜１／５に低減するこ
とができる。そして、チタンオキシナイトライド膜はア
ルミニウムと同時にエッチングすることができ、従って
センサー開口１０の形成のためのアルミニウムからなる
遮光膜９のエッチングと反射防止膜１１のエッチングを
各別のエッチング工程で行う必要がなく、同時に行うこ
とができ、しかも、エッチング面（側壁）の形状が微視
的に視てアルミニウムよりもシャープ（垂直）で且つ滑
らかである。このような性質はセンサー開口１０の開口
幅、形状を均一にする方向に働き、好ましい。

【００１８】ところで、本固体撮像素子の反射防止膜１
１は遮光膜９上の各センサー開口１０の周縁部にのみ形
成され、それ以外のところはぬき部１１ａとなってい
る。これは、反射防止膜１１の全面的デポジション後、
該反射防止膜１１を選択的にエッチングすることにより
形成する。このように反射防止膜１１のセンサー開口１
０の周縁部以外の部分上をぬき部１１ａとしたことが本
固体撮像素子の大きな特徴である。このように反射防止
膜１１に上記ぬき部１１ａを形成したので、遮光膜９の
内側面が露出する。従って、受光素子２上のセンサー開
口１０に直接向かう光線Ｂ１が受光素子２に入射するこ
とはもちろんのこと、遮光膜９の内側面に入射した光Ｂ
２もその多くがそこで反射されてセンサー開口１０に向
かい、受光素子２に入射するので、受光素子２の入射量
は多くなる。依って、各受光素子２の感度が向上する。
具体的には、図４に示した固体撮像素子のように反射防
止膜を全く形成していないタイプのものよりも１０％程
度、図５に示した固体撮像素子のように反射防止膜を形
成したものよりも２０％程度感度を高めることができる
ことが確認されている。

【００１９】しかも、遮光膜９のセンサー開口１０周縁
部上に反射防止膜１１が形成されており、露光時には該
反射防止膜１１により遮光膜９表面上における露光光線
の反射を防止して遮光膜９パターニング用フォトレジス
ト膜に対する露光処理ができるので、遮光膜９に対する
加工精度を高くすることができる。尚、反射防止膜１１
は遮光膜９表面に全面的に形成されていなくても加工精
度の向上に寄与し、全面的に形成されていないことが露
光に何ら支障を来さない。というのは、遮光膜９の少な
くとも撮像領域上におけるエッチングすべき部分は、各
受光素子２上のセンサー開口１０のみであり、各センサ
ー開口１０を形成すべき部分とその近傍においてさえ遮
光膜９による露光光線の反射が生じなければセンサー開
口１０から離間したところで反射が生じても遮光膜９の
パターニングのための露光には何の影響も及ぼさないか
らである。

【００２０】従って、本固体撮像素子によれば、感度低
下を伴うことなく遮光膜９の加工精度の向上、より具体
的には、各受光素子２のセンサー開口１０の形成精度の
向上を図ることができ、各センサー開口１０の形状、面
積の均一化を図り、感度ムラ、固定パターンノイズの低
減を図ることができる。尚、表面にオンチップカラーフ
ィルターを設けたカラー固体撮像素子の場合には感度ム
ラの低減が、そのまま色ムラの低減にもつながる。

【００２１】図２（Ａ）乃至（Ｃ）は図１に示した固体
撮像素子の製造方法の要部を工程順に示す断面図であ
る。 （Ａ）第２層目のポリシリコンからなる転送電極８の形
成を終え、その後、表面に層間絶縁膜７を形成し、更に
該層間絶縁膜８上にアルミニウムあるいは数％のシリコ
ン含有アルミニウム、即ちアルミニウムシリサイドから
なる遮光膜９を例えばスパッタリングにより全面的に形
成した後、該遮光膜９上に反射防止膜１１を全面的に形
成する。該反射防止膜１１は厚さ例えば数１０ｎｍ程度
のチタンナイトライドあるいはチタンオキシナイトライ
ドからなることは前述の通りである。図２（Ａ）は反射
防止膜１１の全面的形成後の状態を示す。

【００２２】（Ｂ）次に、上記反射防止膜１１の各受光
素子２上の部分、換言すれば垂直転送電極６、８による
隆起部で囲まれた凹部上の部分を選択的エッチングによ
り除去する。即ち、上記ぬき部１１ａを形成するのであ
る。これにより遮光膜９の隆起部内側面上の部分が上面
上の部分と共に露出する。このエッチングはフォトレジ
スト膜を用いてのフォトエッチングにより行うことがで
きる。また、反射防止膜１１上にそれとエッチング選択
比のある薄膜を全面的に例えばスパッタリングあるいは
ＣＶＤにより形成し、ＲＩＥ等の異方性エッチングする
ことにより薄膜を隆起部内側面のみに残存するようにエ
ッチングし、その後、該残存する薄膜、即ち、サイドウ
ォールをマスクとして反射防止膜１１をエッチングする
ことにより行うこともできる。このエッチングが終わる
とマスクとして用いたサイドウォールを除去することは
いうまでもない。図２（Ｂ）は反射防止膜１１の選択的
エッチングを終えた状態を示す。

【００２３】（Ｃ）次に、遮光膜９パターニング用のフ
ォトレジスト膜１２を選択的に形成する。この選択的形
成は、フォトレジスト膜１２の塗布による形成、マスク
あるいはレチクルを用いての露光、そして現像により行
うことはいうまでもないが、露光に際し、前述のよう
に、反射防止膜１１が各センサー開口１０を形成すべき
部分及びその近傍における露光光線（一般にｉ線）の遮
光膜９表面での反射を防止するので、センサー開口１０
を形成すべき部分近傍において遮光膜９表面での反射に
よって上記マスクあるいはレチクルにより規定されたパ
ターン通りに露光されないということを回避することが
できるのである。

【００２４】そして、遮光膜９のパターニングは、少な
くとも固体撮像素子の撮像領域においてはセンサー開口
１０のみを形成することに他ならないので遮光膜１１に
大きなぬき部１１ａの在ることは加工精度の低下には繋
がらないのである。図２（Ｃ）はフォトレジスト膜１２
の選択的形成後の状態を示す。その後、そのフォトレジ
スト膜１２をマスクとして反射防止膜１１及び遮光膜９
をエッチングすることによりセンサー開口１０を形成す
ると、図１に示す固体撮像素子ができる。その後、表面
にオンチップカラーフィルター、オンチップレンズが形
成される場合がある。オンチップレンズがあると感度が
向上し、オンチップカラーフィルターがあると固体撮像
素子がカラー固体撮像素子になることはいうまでもな
い。

【００２５】図３（Ａ）、（Ｂ）は本発明の別の実施例
を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−
Ｂ線視断面図である。本実施例は、図１に示した実施例
とは、反射防止膜１１が遮光膜９の隆起部上面上にも存
在している点でのみ相違する。即ち、反射防止膜１１の
ぬき部１１ａは遮光膜９の隆起部内側面上のみに存在し
ている。従って、隆起部内側面上に入射した光Ｂ２も遮
光膜９内側面にて反射されてセンサー開口１０を経て受
光素子２に入射しうることは図１の固体撮像素子とは何
等変わらない。このように、本発明は図３に示すような
態様でも実施することができるのである。尚、上記各実
施例は本発明をＣＣＤタイプの固体撮像素子に適用した
ものであったが、本発明はそれに限定されず、固体撮像
素子であればＭＯＳタイプのものでもあるいは増幅型の
ものでも適用することができる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の固体撮像素子によれば、遮光
膜のフォトリソグラフィによる加工精度を固体撮像素子
の感度の低下を伴うことなく向上させることができる。
具体的には、図４に示した固体撮像素子のように反射防
止膜を全く形成していないタイプのものよりも１０％程
度、図５に示した固体撮像素子のように反射防止膜を形
成したものよりも２０％程度感度を高めることができる
ことが確認されている。また、遮光膜のうちの受光素子
側の張り出し部上には反射防止膜が形成されているた
め、製造時の遮後部開口の加工ばらつきに起因する感度
ムラ、色ムラを低減できる。請求項２の固体撮像素子に
よれば、転送電極及び受光素子を覆うように全面的に遮
光膜を形成し、該遮光膜上に反射防止膜を形成し、エッ
チングにより、上記反射防止膜のうちの転送電極の受光
素子側の側面に形成された部分を除去してぬき部を設け
ると共に、上記反射防止膜のうちの受光素子上に形成さ
れた部分を残存させ、その後、上記遮光膜のエッチング
用のフォトレジスト膜を形成し、上記遮光膜の受光素子
上に形成された部分の少なくとも一部を、その周縁部上
に反射防止膜が残存するように上記フォトレジスト膜を
マスクとしてエッチング除去するので、請求項１の固体
撮像素子を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明固体撮像素子の一つの
実施例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）
のＢ−Ｂ線視断面図である。

【図２】（Ａ）乃至（Ｃ）は図１に示した固体撮像素子
の製造方法の一例の要部を工程順に示す断面図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は本発明固体撮像素子の別の実
施例を示すもので、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の
Ｂ−Ｂ線視断面図である。

【図４】固体撮像素子の一つの従来例を示す断面図であ
る。

【図５】固体撮像素子の別の従来例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 受光素子 ６、８ 受光素子の周囲部上の隆起部（垂直転送電極） ９ 遮光膜 １０ センサー開口 １１ 反射防止膜 １１ａ 反射防止膜１１のぬき部 １３ 遮光膜９の内側面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 27/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面に形成された複数の受
   光素子と、 上記各受光素子に隣接して形成された隆起部と、 上記各受光素子の周囲部分への光の入射を阻み各受光素
   子上に開口を有する遮光膜と、 上記遮光膜上に形成され、少なくとも上記隆起部の受光
   素子側の側面上に当たる部分がぬき部となっている反射
   防止膜と、 を有し、 上記各遮光膜は上記受光素子側に張り出した張り出し部
   を有し、 上記張り出し部は上記ぬき部に対して受光素子側に位置
   し、 上記反射防止膜は少なくとも上記張り出し部上に形成さ
   れていることを特徴とする固体撮像素子
2. 【請求項２】 半導体基板上の転送電極及び受光素子を
   覆って全面的に遮光膜を形成する第１の工程と、 上記遮光膜上に反射防止膜を形成する第２の工程と、 エッチングにより、上記反射防止膜のうちの転送電極の
   受光素子側の側面に形成された部分を除去してぬき部を
   設けると共に、上記反射防止膜のうちの受光素子上に形
   成された部分を残存させる第３の工程と、 上記第３の工程の後に、上記遮光膜のエッチング用のフ
   ォトレジスト膜を形成する第４の工程と、 上記遮光膜の受光素子上に形成された部分の少なくとも
   一部を、その周縁部上に反射防止膜が残存するように上
   記フォトレジスト膜をマスクとしてエッチング除去する
   第５の工程と、 を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法