JP5087888B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、層内レンズを組み込んだ固体撮像装置及びその製造方法に関する。
本発明は、特に、光電変換により生成された電荷を画素信号に変換する変換部を画素内に含む固体撮像装置、すなわち光電変換部とＭＯＳトランジスタとを含む複数の画素を備えた固体撮像装置、例えばＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法に関する。

ここで、ＣＭＯＳイメージセンサとは、ＣＭＯＳプロセスを応用して、又は部分的に使用して作成されたイメージセンサである。また、固体撮像装置の形態としては、ワンチップで構成されるもの、あるいは複数のチプから構成されるものであっても良い。

固体撮像装置としては、ＣＭＯＳイメージセンサが知られている。図１５にＣＭＯＳイメージセンサの構成（等価回路）の一例を示す。このＣＭＯＳイメージセンサ１は、同一の半導体基板上に、光電変換を行う光電変換部、いわゆるフォトダイオード２と、このフォトダイオード２を選択読み出すための複数のＭＯＳトランジスタとからなる複数の画素３を２次元的に配列した撮像領域４を備えて成る。さらに同一の半導体基板上の撮像領域４の周辺に、画素の選択と信号出力のための周辺回路５、６を備えている。

画素３は、１つのフォトダイオード２と、複数のＭＯＳトランジスタ、この例では転送用トランジスタ８、リセット用トランジスタ９及び増幅用トランジスタ１０の３個のＭＯＳトランジスタとで構成されている。また、周辺回路としては、画素選択ための回路（垂直走査回路）５と出力回路（水平走査・出力回路）６がＣＭＯＳトランジスタを用いて構成される。その他、図示しないが周辺回路にはカラム信号処理回路、クロック信号や制御信号を生成する制御回路等が設けられる。

フォトダイオード２は転送用トランジスタ８のソースに接続される。転送委用トランジスタ８のゲートには転送用配線１１が接続される。転送用トランジスタ８のドレインは、リセット用トランジスタ９のソースに接続されると共に、転送用トランジスタ８のドレインとリセット用トランジスタ９のソース間のいわゆるフローティング・ディフージョンＦＤを介して増幅用トランジスタ１０のゲートにお接続される。リセット用トランジスタ９のゲートはリセット配線１２に接続される。また、リセット用トランジスタ９のドレインと増幅用トランジスタ１０のドレインが電源供給するための電源配線１３に接続される。増幅用トランジスタ１０のソースが垂直信号線１４に接続される。

近年、急速に拡大し続けるＣＭＯＳイメージセンサ市場において、多画素化及び基本特性の向上に対する要求は止まることがない。ＣＭＯＳイメージセンサでは、画素の小型化により、同一チップサイズにおける多画素化を行う一方で、同一画素数におけるチップサイズのシュリンクを行い、セットの多画素化、小型化への貢献への気体も高い。

多画素化を達成するための技術の一つとして、Ｃｕ配線プロセスを利用し、微細画素を形成することで多画素化を達成すること、そのための技術開発が活発に行われている。そして、固体撮像装置においては、Ｃｕ配線プロセスを利用する際に発生する、Ｃｕ配線プロセスならではの課題を改善する、様々な技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。

一方、入射光の集光を高め更なる感度を向上するために、オンチップレンズの他にさらに層内レンズを設ける構成が知られている。Ｃｕ配線プロセスでは、Ｃｕ配線層を形成した後に、Ｃｕの拡散を抑制するために、例えばＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜による拡散防止膜を形成する製造方法が一般的である。Ｃｕ配線プロセスを利用したＣＭＯＳイメージセンサにおいて、層内レンズの形成は、拡散防止膜の上に新規な層を形成し、その層を加工することで層内レンズを形成している（特許文献２参照）。

図１４に、従来の層内レンズを有するＣＭＯＳイメージセンサの例を示す。このＣＭＯＳイメージセンサ２１は、半導体基板２２の主面にｎ型電荷蓄積領域２３とその表面のｐ型半導体領域（ｐ型アキュミュレーション層）２４とによるフォトダイオードＰＤが形成されると共に、複数のＭＯＳトランジスタが形成されてなる。図 では複数のＭＯＳトランジスタのうち、転送用トランジスタＴｒ１とリセット用トランジスタＴｒ２を示す。転送トランジスタＴｒ１は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域２５と、フォトダイオードＰＤと、ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極２６とにより構成される。リセット用トランジスタＴｒ２は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域２５と、ｎ型半導体領域２７と、ゲート絶縁膜を介して形成されたリセットゲート電極２８とより構成される。単位画素は素子分離領域２９にて隣接画素と分離される。

画素が形成された半導体基板２２上には、例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜３１を介してＣｕ配線３２による多層配線が形成される。この例では３層のＣｕ配線３２が形成される。各層のＣｕ配線３２上には、Ｃｕの拡散を防止するために、例えばＳｉＣ膜、あるいはＳｉＮ膜による拡散防止膜３３が形成される。ここで、拡散防止膜３３となる例えばＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜の屈折率（ｎ＝２．０５）は、層間絶縁膜３１となる例えばＳｉＯ_２膜の屈折率（ｎ＝１．４６）に比較して大きいため、層間絶縁膜３１と拡散防止膜３３の界面で入射光が反射し、多重干渉を起こし、イメージセンサの分光特性を悪化させてしまう。このため、各層の拡散防止膜３３では、フォトダイオードＰＤに対応する部分が除去されている。フォトダイオードＰＤに対応して、拡散防止膜３３が除去された部分を含めて、層間絶縁膜３１と同じ例えばＳｉＯ_２膜による絶縁膜３４が形成される。

層内レンズ３６は、このＳｉＯ_２膜による絶縁膜３４に凹部を形成し、凹部を埋め込むようにＳｉＮ膜３７を形成して構成される。
さらに、上面にＳｉＮ膜による平坦化膜３８を介してカラーフィルタ３９が形成され、カラーフィルタ３９上にオンチップマイクロレンズ４０が形成される。

特開２００３ー３２４１８９号公報 特開２００５ー３１１０１５号公報

ところで、従来の層内レンズを有するＣＭＯＳイメージセンサ２１においては、層内レンズ３６を形成する手法として、上述したように拡散防止膜の上に新規な層（絶縁膜）３４、３６を形成し、その層３４、３６を加工して層内レンズを形成している。このため、製造工程数が多くなると共に、フォトダイオードＰＤから層内レンズ３６までの層厚ｈ１が高くなり、感度が低下するといった、製造の煩雑さ、コスト、特性の面で課題があった。

本発明は、上述の点に鑑み、光電変換部から層内レンズまでの層厚を低くして感度の向上を図ると共に、製造工程数の削減を可能にしたＣＭＯＳ型の固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。

本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部とＭＯＳトランジスタで構成される複数の画素が配列された撮像領域と、複数の画素の上方に層間絶縁膜を介して形成された多層のＣｕ配線と、Ｃｕ配線上及び光電変換部に対応した領域を含む面に形成されたＣｕ配線の拡散防止膜とを有し、光電変換部上に対応する位置にＣｕ配線の拡散防止膜を用いて形成された上凸型の層内レンズが形成されて成ることを特徴とする。

本発明の固体撮像装置では、Ｃｕ配線の拡散防止膜を用いて層内レンズが形成されるので、光電変換部から層内レンズまでの層厚が低くなる。また、層内レンズを構成するための層を別途設ける必要がない。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部とＭＯＳトランジスタで構成される複数の画素を形成する工程と、複数の画素の上方に層間絶縁膜を介してＣｕ配線を形成し、Ｃｕ配線上及び光電変換部に対応した領域を含む面に、Ｃｕ配線の拡散防止膜を所要の厚さで形成する工程と、Ｃｕ配線の拡散防止膜上の光電変換部に対応する位置に層内レンズ形状部材を形成し、層内レンズ形状部材とともにＣｕ配線の拡散防止膜をエッチバック処理してＣｕ配線の拡散防止膜による上凸型の層内レンズを形成する工程を有することを特徴とする。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、Ｃｕ配線上及び光電変換部上に対応する領域に、所要の厚さの拡散防止膜を形成し、その上に層内レンズ形状部材を形成して、エッチバック処理して拡散防止膜による層内レンズを形成するので、既存の層を利用して層内レンズを形成することができ、別途層内レンズ用の層を新規に設ける必要がない。Ｃｕ配線に拡散防止膜を利用して層内レンズを形成するので、光電変換部から層内レンズまでの層厚を低くすることができる。

本発明に係る固体撮像装置によれば、Ｃｕ配線の拡散防止膜にて層内レンズが形成され、光電変換部から層内レンズまでの層厚は低くなるので、入射光の集光が更によくなり、より感度を向上することができる。層内レンズを構成する層を別途設ける必要がないので、製造工数を削減することができる。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、層内レンズを有する固体撮像装置を製造工程数を削減して製造することができる。また、光電変換部から層内レンズまでの層厚を低くして層内レンズを形成するので、入射光の集光に優れた固体撮像装置を製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、前述の図１４に示す１つのフォトダイオードＰＤと３つのＭＯＳトランジスタとからなる画素を備えたＣＭＯＳイメージセンサ、あるいは１つのフォトダイオードと、選択用トランジスタを追加した４つのＭＯＳトランジスタとから画素を備えたＣＭＯＳイメージセンサ、さらには複数の画素でフローティング・ディフージョンを共有させたＣＭＯＳイメージセンサ等に適用することができる。

図１に、本発明に係る固体撮像装置、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの第１実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置５１は、例えばシリコンの半導体基板５２の主面に第１導電型、例えばｎ型の電荷蓄積領域５３とその表面の第２導電型、例えばｐ型の半導体領域（いわゆるｐ型アキュミュレーション層）５４とからなる光電変換部となるフォトダイオードＰＤが形成される。また、同半導体基板５２に複数のＭＯＳトランジスタが形成され、これら複数のＭＯＳトランジスタとフォトダイオードＰＤにより単位画素５０が形成される。これら複数の画素５０が２次元的に配列されて撮像領域が形成される。

図１では、複数のＭＯＳトランジスタのうち、転送用トランジスタＴｒ１とリセット用トランジスタＴｒ２を示す。転送用トランジスタＴｒ１は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５と、フォトダイオードＰＤと、その間のゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極５６とにより構成される。リセット用トランジスタＴｒ２は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５と、ｎ型半導体領域５７と、ゲート絶縁膜を介して形成されたリセットゲート電極５８とにより構成される。画素５０は、例えば、選択酸化層（ＬＯＣＯＳ）あるいはトレンチ分離領域などによる素子分離領域５９により隣接画素と分離される。

画素５０が形成された半導体基板５２上には、例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜６１を介してＣｕ配線６２による多層配線が形成される。本例では３層のＣｕ配線６２〔６２１、６２２、６２３〕が形成される。このＣｕ配線６２はいわゆるデュアルダマシン法により形成される。各層のＣｕ配線６２〔６２１、６２２、６２３〕上には、Ｃｕの拡散を防止するための拡散防止膜６３〔６３１、６３２、６３３〕が形成される。このＣｕ配線６２の拡散防止膜６３としては、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜が用いられる。

転送用トランジスタＴｒ１のドレインとなるフローティング・ディフージョンＦＤは、１層目の所要のＣｕ配線６２１に埋め込み導電部材６０を介して接続される。リセット用トランジスタＴｒ２のドレインとなるｎ型半導体領域５７は、１層目の所要のＣｕ配線６２１に埋め込み導電部材６０を介して接続される。なお、各Ｃｕ配線６２の下面及び側面にはバリア膜６５が形成される。

そして、本実施の形態においては、特にフォトダイオードＰＤ上に対応する位置に、拡散防止膜６３を用いて層内レンズ６４を形成する。本例では最上層の拡散防止膜６３３を用いて層内レンズ６４が形成される。層内レンズ６４は、この例では上凸レンズで形成される。拡散防止膜６３のうち、層内レンズ６４を形成した最上層（第３層目）の拡散防止膜６３３を除いて、他の第１層目、第２層目の拡散防止膜６３１、６３２は、フォトダイオードＰＤ上に対応する部分が層間絶縁膜６１及び後述の層間絶縁膜６６との界面での多重干渉を抑えるために選択的に除去される。

さらに、層内レンズ６４上を覆うように例えばＳｉＯ_２膜による平坦化膜となる層間絶縁膜６６を介してカラーフィルタ６７、その上にオンチップマイクロレンズ６８が形成される。

図３〜図７に、第１実施の形態の固体撮像装置５１の製造方法を示す。
先ず、図３Ａに示すように、例えばシリコンの半導体基板５２の主面側に光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数のＭＯＳトランジスタ（この例では転送用トランジスタＴｒ１とリセット用トランジスタＴｒ２のみ示す）からなる複数の画素５０を形成する。すなわち、半導体基板５２の主面に第１導電型、例えばｎ型の電荷蓄積領域５３とその表面の第２導電型であるｐ型のアキュミュレーション層５４からなるフォトダイオードＰＤを形成する。また、半導体基板５２の主面側にフローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５、ｎ型半導体領域５７を形成し、フォトダイオードＰＤとｎ型半導体領域５５間にゲート絶縁膜を介して例えば多結晶シリコンによる転送ゲート電極５６を形成して転送用トランジスタＴｒ１を形成し、ｎ型半導体領域５５とｎ型半導体領域５７間にゲート絶縁膜を介して例えば多結晶シリコンによるリセットゲート電極５８を形成してリセット用トランジスタＴｒ２を形成する。半導体基板５２には、各画素５０を区画するように素子分離領域５９を形成する。

さらに、画素５０を形成した半導体基板５２上に、例えばＳｉＯ膜による層間絶縁膜６１１を介してデュアルダマシン法を用いて第１層目のＣｕ配線６２１を形成する。Ｃｕ配線６２１の形成前には、フローティング・ディフージョンＦＤ及びｎ型半導体領域５７に導通し、その後にＣｕ配線６２１と接続される埋め込み導電部材６０、及びＣｕ配線６２１の下面、側面に接する例えばＴａ、ＴａＮによるバリア膜６５を形成する。バリア膜６５はＣｕの拡散防止膜となる。

次いで、第１層目のＣｕ配線６２１の上面に接して全面に例えばＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜による第１層目のＣｕの拡散防止膜６３１を形成し、拡散防止膜６３１上に層間絶縁膜６１２を形成する。さらに、層間絶縁膜６１２に上記と同様にしてバリア膜６５で覆われた第２層目のＣｕ配線６２２を形成する。

次に、図３Ｂに示すように、第２層目のＣｕ配線６２２の上面に接して全面に第２層目のＣｕの拡散防止膜６３２を形成する。

次に、図３Ｃに示すように、レジストマスク（図示せず）を介して、受光部であるフォトダイオードＰＤ上に対応する部分の第１層目、第２層目の拡散防止膜６３１、６３２を、層間絶縁膜６１１、６１２と共に、選択的にエッチング除去する。このエッチング除去で開口部７１が形成される。

次に、図４Ｄに示すように、上記開口７１を埋めるように第２層目の拡散防止膜６３２上を含む全面上に、例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜６１３を形成する。

次に、図４Ｅに示すように、層間絶縁膜６１３を例えばＣＭＰ（化学機械研磨）法により所要の膜厚に研磨して表面を平坦化する。

次に、図４Ｆに示すように、層間絶縁膜６１３に上記と同様にしてバリア膜６５で覆われた第３層目のＣｕ配線６２３を形成する。

次に、図５Ｇに示すように、第３層目のＣｕ配線６２３の上面に接して全面に第３層目のＣｕの拡散防止膜６３３を形成する。この第３層目の拡散防止膜６３３は、層内レンズを形成するに足る所要の厚さを有するように形成する。すなわち、この第３層目の拡散防止膜６３３の膜厚は、他の第１層目、第２層目の拡散防止膜６３１、６３２の膜厚よりも厚く形成する。

次に、図５Ｈに示すように、第３層目の拡散防止膜６３３上のフォトダイオードＰＤに対応する位置に、層内レンズ形状部材となるレジスト層７２を選択的に形成する。このレジスト層７２は、通常のリソグラフィ技術を用いて形成することができる。

次に、図６Ｉに示すように、レジスト層７２をリフロー処理してレジスト層による層内レンズ形状部材７３を形成する。

次に、図６Ｊに示すように、層内レンズ形状部材７３とともに第３層目の拡散防止膜６３３をエッチバック処理して、第３層目の拡散防止膜６３３による層内レンズ６４を形成する。層内レンズ６４以外の領域の拡散防止膜６３３の膜厚は第１層目、第２層目の拡散防止膜６３１、６３２の膜厚と同等の膜厚となる。

次に、図７Ｋに示すように、層内レンズ６４を覆うように全面に例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜６６を形成し、例えばＣＭＰ法により表面を平坦化する。この層間絶縁膜６６は平坦化膜となる。

次に、図７Ｊに示すように、平坦化膜となる層間絶縁膜６６上にカラーフィルタ６７を形成し、その上にオンチップマイクロレンズ６８を形成して目的の固体撮像装置５１を得る。

上述の第１実施の形態の固体撮像装置５１及びその製造方法によれば、最上層（第３層目）のＣｕ配線の拡散防止膜６３３を用いて層内レンズ６４が形成されるので、光電変換部となるフォトダイオードＰＤから層内レンズ６４までの層厚ｈ２が、従来の図１４の固体撮像装置の層厚ｈ１よりも低くなる。従って、入射光のフォトダイオードＰＤへの集光効率が有利になり、感度をより向上することができる。また、層内レンズ６４を既存の拡散防止膜６３３を用いて形成するので、別途層内レンズ用の層を形成する必要がなく、製造工程数を削減することができ、製造の簡略化を図ることができる。このように本実施の形態では、図１４の従来構造に比べて特性（感度）及び製造、コストの面で有利となる。

また、層内レンズ６４を形成する最上層の拡散防止膜６３３以外の第１層目、第２層目の拡散防止膜６３１、６３２の受光部上（フォトダイオードＰＤ上）の部分は選択的に除去するので、分光特性の悪化を回避できる。
また、層内レンズ６４を作る拡散防止膜６３３を、他の拡散防止膜６３１，６３２より厚く形成するので、層内レンズ６４の形成を確保すると共に、他の拡散防止膜６３１，６３２の膜厚を薄くしているので、全体の層厚を抑制することができる。

図２に、本発明に係る固体撮像装置、いわゆるＣＭＯＳイメージセンサの第２実施の形態を示す。なお、図２において図１に対応する部分には同一符号を付する。本実施の形態に係る固体撮像装置８１は、図１と同様に、例えばシリコンの半導体基板５２の主面に第１導電型、例えばｎ型の電荷蓄積領域５３とその表面の第２導電型、例えばｐ型の半導体領域（いわゆるｐ型アキュミュレーション層）５４とからなる光電変換部となるフォトダイオードＰＤが形成される。また、同半導体基板５２に複数のＭＯＳトランジスタが形成され、これら複数のＭＯＳトランジスタとフォトダイオードＰＤにより単位画素５０が形成される。これら複数の画素５０が２次元的に配列されて撮像領域が形成される。

図２では、図１と同様に、複数のＭＯＳトランジスタのうち、転送用トランジスタＴｒ１とリセット用トランジスタＴｒ２を示す。転送用トランジスタＴｒ１は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５と、フォトダイオードＰＤと、その間のゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極５６とにより構成される。リセット用トランジスタＴｒ２は、フローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５と、ｎ型半導体領域５７と、ゲート絶縁膜を介して形成されたリセットゲート電極５８とにより構成される。画素５０は、例えば、選択酸化層（ＬＯＣＯＳ）あるいはトレンチ分離領域などによる素子分離領域５９により隣接画素と分離される。

画素５０が形成された半導体基板５２上には、例えばＳｉＯ膜による層間絶縁膜６１を介してＣｕ配線６２による多層配線が形成される。本例では３層のＣｕ配線６２〔６２１、６２２、６２３〕が形成される。このＣｕ配線６２はいわゆるデュアルダマシン法により形成される。各層のＣｕ配線６２〔６２１、６２２、６２３〕上には、Ｃｕの拡散を防止するための拡散防止膜６３〔６３１、６３２、６３３〕が形成される。このＣｕ配線６２の拡散防止膜６３としては、ＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜が用いられる。

転送用トランジスタＴｒ１のドレインとなるフローティング・ディフージョンＦＤは、１層目の所要のＣｕ配線６２１に埋め込み導電部材６０を介して接続される。リセット用トランジスタＴｒ２のドレインとなるｎ型半導体領域５７は、１層目の所要のＣｕ配線６２１に埋め込み導電部材６０を介して接続される。なお、各Ｃｕ配線６２の下面及び側面にはバリア膜６５が形成される。

そして、第２実施の形態においては、特にフォトダイオードＰＤ上に対応する位置に、第２層目の拡散防止膜６３２を用いて層内レンズ６４を形成する。層内レンズ６４は、この例では上凸レンズで形成される。拡散防止膜６３のうち、層内レンズ６４を形成した第２層目の拡散防止膜６３２を除いて、他の拡散防止膜６３１、６３３のフォトダイオードＰＤ上に対応する部分は、層間絶縁膜６１及び後述の層間絶縁膜６６との界面での多重干渉を抑えるために選択的に除去される。

さらに、層内レンズ６４上を覆うように例えばＳｉＯ膜による平坦化膜となる層間絶縁膜６６を介してカラーフィルタ６７、その上にオンチップマイクロレンズ６８が形成される。

図８〜図１３に、第２実施の形態の固体撮像装置８１の製造方法を示す。
先ず、図８Ａに示すように、例えばシリコンの半導体基板５２の主面側に光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数のＭＯＳトランジスタ（この例では転送用トランジスタＴｒ１とリセット用トランジスタＴｒ２のみ示す）からなる複数の画素５０を形成する。すなわち、半導体基板５２の主面に第１導電型、例えばｎ型の電荷蓄積領域５３とその表面の第２導電型であるｐ型のアキュミュレーション層５４からなるフォトダイオードＰＤを形成する。また、半導体基板５２の主面側にフローティング・ディフージョンＦＤとなるｎ型半導体領域５５、ｎ型半導体領域５７を形成し、フォトダイオードＰＤとｎ型半導体領域５５間にゲート絶縁膜を介して例えば多結晶シリコンによる転送ゲート電極５６を形成して転送用トランジスタＴｒ１を形成し、ｎ型半導体領域５５とｎ型半導体領域５７間にゲート絶縁膜を介して例えば多結晶シリコンによるリセットゲート電極５８を形成してリセット用トランジスタＴｒ２を形成する。半導体基板５２には、各画素５０を区画するように素子分離領域５９を形成する。

さらに、画素５０を形成した半導体基板５２上に、例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜６１１を介してデュアルダマシン法を用いて第１層目のＣｕ配線６２１を形成する。Ｃｕ配線６２１の形成前には、フローティング・ディフージョンＦＤ及びｎ型半導体領域５７に導通し、その後にＣｕ配線６２１と接続される埋め込み導電部材６０、及びＣｕ配線６２１の下面、側面に接する例えばＴａ、ＴａＮによるバリア膜６５を形成する。バリア膜６５はＣｕの拡散防止膜となる。

次に、図８Ｂに示すように、第１層目のＣｕ配線６２１の上面に接して全面に例えばＳｉＣ膜、ＳｉＮ膜による第１層目のＣｕの拡散防止膜６３１を形成する。

次に、図８Ｃに示すように、レジストマスク（図示せず）を介して、受光部であるフォトダイオードＰＤ上に対応する部分の第１層目の拡散防止膜６３１を、層間絶縁膜６１１と共に、選択的にエッチング除去する。このエッチング除去で開口部８３が形成される。

次に、図９Ｄに示すように、上記開口８３を埋めるように第１層目の拡散防止膜６３１上を含む全面上に、例えばＳｉＯ膜による層間絶縁膜６１２を形成する。

次に、図９Ｅに示すように、層間絶縁膜６１２を例えばＣＭＰ（化学機械研磨）法により所要の膜厚に研磨して表面を平坦化する。

次に、図９Ｆに示すように、層間絶縁膜６１２に上記と同様にしてバリア膜６５で覆われた第２層目のＣｕ配線６２２を形成する。

次に、図１０Ｇに示すように、第２層目のＣｕ配線６２２の上面に接して全面に第２層目のＣｕの拡散防止膜６３２を形成する。この第２層目の拡散防止膜６３２は、層内レンズを形成するに足る所要の厚さを有するように形成する。すなわち、この第２層目の拡散防止膜６３２の膜厚は、他の第１層目の拡散防止膜６３１の膜厚よりも厚く形成する。

次に、図１０Ｈに示すように、第２層目の拡散防止膜６３２上のフォトダイオードＰＤに対応する位置に、層内レンズ形状部材となるレジスト層８４を選択的に形成する。このレジスト層７２は、通常のリソグラフィ技術を用いて形成することができる。

次に、図１０Ｉに示すように、レジスト層８４をリフロー処理してレジスト層による層内レンズ形状部材８５を形成する。

次に、図１１Ｊに示すように、層内レンズ形状部材８５と共に第２層目の拡散防止膜６３２をエッチバック処理して、第２層目の拡散防止膜６３２による層内レンズ６４を形成する。層内レンズ６４以外の領域の拡散防止膜６３２の膜厚は第１層目の拡散防止膜６３１の膜厚と同等の膜厚となる。

次に、図１１Ｋに示すように、層内レンズ６４を覆うように全面に例えばＳｉＯ_２膜による層間絶縁膜６１３を形成する。

次に、図１１Ｌに示すように、層間絶縁膜６１３に上記と同様にしてバリア膜６５で覆われた第３層目のＣｕ配線６２３を形成する。

次に、図１２Ｍに示すように、第３層目のＣｕ配線６２３の上面に接して全面に第３層目のＣｕの拡散防止膜６３３を形成する。

次に、図１２Ｎに示すように、レジストマスク（図示せず）を介して、層内レンズ６４上に対応する部分の第３層目の拡散防止膜６３３を、層間絶縁膜６１３と共に、選択的にエッチング除去する。このエッチング除去で開口部８６が形成される。

次に、図１２Ｏに示すように、上記開口部８６を埋めるように第３層目の拡散防止膜６３３上を含む全面上に、例えばＳｉＯ_２膜による平坦化膜となる層間絶縁膜６６を形成する。

次に、図１３Ｐに示すように、層間絶縁膜６６を例えばＣＭＰ（化学機械研磨）法により所要の膜厚に研磨して表面を平坦化する。

次に、図１３Ｑに示すように、平坦化膜となる層間絶縁膜６６上にカラーフィルタ６７を形成し、その上にオンチップマイクロレンズ６８を形成して目的の固体撮像装置８１を得る。

上述の第２実施の形態の固体撮像装置８１及びその製造方法によれば、（第２層目のＣｕ配線の拡散防止膜６３２を用いて層内レンズ６４が形成されるので、光電変換部となるフォトダイオードＰＤから層内レンズ６４までの層厚ｈ３が、図１の第１実施の形態の固体撮像装置５１の層厚ｈ２よりもさらに低くなる。従って、入射光のフォトダイオードＰＤへの集光効率が有利になり、感度をより向上することができる。また、層内レンズ６４を既存の拡散防止膜６３２を用いて形成するので、別途層内レンズ用の層を形成する必要がなく、製造工程数を削減することができ、製造の簡略化を図ることができる。このように本実施の形態では、図１４の従来構造に比べて特性（感度）及び製造、コストの面で有利となる。

また、層内レンズ６４を形成する第２層目の拡散防止膜６３２以外の第１層目、第３層目の拡散防止膜６３１、６３３の受光部上（フォトダイオードＰＤ上）の部分は選択的に除去するので、分光特性の悪化を回避できる。
また、層内レンズ６４を作る拡散防止膜６３２を、他の拡散防止膜６３１，６３３より厚く形成するので、層内レンズ６４の形成を確保すると共に、他の拡散防止膜６３１，６３３の膜厚を薄くしているので、全体の層厚を抑制することができる。

上例では、層内レンズ６４を上凸レンズで構成したが、図示せざるも下凸レンズで構成することもできる。
上例では、層内レンズ６４を最上層（第３層目）の拡散防止膜６３３、あるいは第２層目の拡散防止膜６３２を用いて構成したが、その他、３層の拡散防止膜６３〔６３１、６３２、６３３〕のうちのいずれか２層の拡散防止膜を用いて層内レンズを構成することも出来る。この場合は、２段の層内レンズが形成される。また、３層の拡散防止膜６３１、６３２、６３３の全てを用いて層内レンズを形成することもできる。この場合は３段の層内レンズが形成される。

上述した本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、多画素化、小型化のＣＭＯＳイメージセンサに適用して好適である。

本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す要部の構成図である。 本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す要部の構成図である。 Ａ〜Ｃ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 Ｄ〜Ｆ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 Ｇ〜Ｈ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その３）である。 Ｉ〜Ｊ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その４）である。 Ｋ〜Ｌ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その５）である。 Ａ〜Ｃ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 Ｄ〜Ｆ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 Ｇ〜Ｉ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その３）である。 Ｊ〜Ｌ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その４）である。 Ｍ〜Ｏ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その５）である。 Ｐ〜Ｑ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図（その６）である。 従来の固体撮像装置の一例を示す要部の構成図である。 ＣＭＯＳイメージセンサの概略構成図（等価回路）である。

符号の説明

５０・・画素、５１、８１・・固体撮像装置、５２・・半導体基板、５３・・ｎ型電荷蓄積領域、５４・・ｐ型半導体領域、ＰＤ・・フォトダイオード、Ｔｒ１，Ｔｒ２・・ＭＯＳトランジスタ、６０・・埋め込み導電部材、６１〔６１１、６１２、６１３〕、６６・・層間絶縁膜、６２１〜６２３・・Ｃｕ配線、６３１〜６３３・・拡散防止膜、６５・・バリア層、６４・・層内レンズ、６７・・カラーフィルタ、６８・・オンチップマイクロレンズ

Claims (6)

1. 光電変換部と、ＭＯＳトランジスタで構成される複数の画素が配列された撮像領域と、
   前記複数の画素の上方に層間絶縁膜を介して形成された多層のＣｕ配線と、
   前記Ｃｕ配線上及び前記光電変換部に対応した領域を含む面に形成されたＣｕ配線の拡散防止膜とを有し、
   前記光電変換部上に対応する位置に前記Ｃｕ配線の拡散防止膜を用いて形成された上凸型の層内レンズが形成されて成る
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記層内レンズが、多層の前記Ｃｕ配線の拡散防止膜のうちの、所要の層の拡散防止膜、あるいは全層の拡散防止膜を用いて形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 多層の前記Ｃｕ配線の拡散防止膜のうち、前記層内レンズが形成された前記Ｃｕ配線の拡散防止膜を除いて、他のＣｕ配線の拡散防止膜は、前記光電変換部上に対応する部分が選択的に除去される
   ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
4. 光電変換部とＭＯＳトランジスタで構成される複数の画素を形成する工程と、
   前記複数の画素の上方に層間絶縁膜を介してＣｕ配線を形成し、前記Ｃｕ配線上及び前記光電変換部に対応した領域を含む面に、Ｃｕ配線の拡散防止膜を所要の厚さで形成する工程と、
   前記Ｃｕ配線の拡散防止膜上の前記光電変換部に対応する位置に層内レンズ形状部材を形成し、前記層内レンズ形状部材とともに前記Ｃｕ配線の拡散防止膜をエッチバック処理して前記Ｃｕ配線の拡散防止膜による上凸型の層内レンズを形成する工程を有する
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
5. 前記光電変換部に対応する領域上における前記層内レンズを作らない他の層の拡散防止膜を、層内レンズを形成する前に除去する工程を有する
   ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記層内レンズを作る前記拡散防止膜を、他の拡散防止膜の膜厚より厚く形成する
   ことを特徴とする請求項４または５記載の固体撮像装置の製造方法。

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