JP5274001B2

JP5274001B2 - 固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP5274001B2
Application number: JP2007323920A
Authority: JP
Inventors: 創太郎大島
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Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2013-08-28
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Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法および電子情報機器に関し、特に、複数の受光部を含む撮像領域に配置される反射防止膜の形成方法に関する。

従来から、カメラ付携帯、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）、監視カメラなどでは、撮像装置として、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの固体撮像装置が用いられている。

図７（ａ）は、従来の固体撮像装置であるＣＣＤイメージセンサを示す図である。

このＣＣＤイメージセンサ２００はマトリクス状に配列され、光電変換を行う複数の受光部（フォトダイオード）ＰＤと、各フォトダイオード列に対応して設けられ、該フォトダイオードで発生した電荷を垂直方向に転送する垂直転送部２２１と、該垂直転送部２２１からの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部２２２と、該水平転送部２２２の最終段側に接続され、水平転送された信号電荷を増幅して信号電圧として出力する出力部２２３とを有している。ここで、上記各フォトダイオードＰＤは、この固体撮像装置における各画素Ｐｘを構成するものである。

図７（ｂ）は、上記固体撮像装置２００を構成するフォトダイオードＰＤおよび垂直転送部２２１のレイアウトを示す平面図である。

図７（ｂ）に示すように、例えば、Ｐ型シリコン基板などの半導体基板１０１上には、上記フォトダイオードＰＤを構成するＮ型拡散領域（以下、ＰＤ拡散領域ともいう。）１０がマトリクス状に配列されており、垂直方向に並ぶＮ型拡散領域１０の列に沿って、対応する垂直転送部を構成するＮ型拡散領域（以下、ＣＣＤ拡散領域ともいう。）１１ａおよび１１ｂが配置されている。また、該半導体基板１０１上には、絶縁膜（図示せず）を介して、上記垂直転送部２２１を構成する第１および第２の転送電極２１および２２が形成されている。ここで、上記転送電極２１および２２は、水平方向に並ぶＰＤ拡散領域１０の横列に沿って延び、各ＣＣＤ拡散領域１１ａおよび１１ｂ上では、隣接する第１および第２の転送電極２１および２２は、それぞれの端部が上下に層間絶縁膜を介して重なるよう配置されている。なお、図７中、２２ａおよび２２ｂはそれぞれ、上記転送電極２２の、上記ＣＣＤ拡散領域１１ａおよび１１ｂ上に位置する電極部分であり、以下転送ゲート２２ａおよび２２ｂという。

また、上記ＣＣＤ拡散領域、および転送電極２１および２２を構成するポリシリコン層上には、シリコン酸化膜を介して全面に、反射防止膜を構成するシリコン窒化膜２２１が形成されている。該シリコン窒化膜２１１には、水素シンタリングの際に水素をシリコン基板１０１に拡散させるための長方形形状の開口窓２１１ａが形成され、該開口窓２１１ａは、その端部が上記ＰＤ拡散領域１０内に位置している。

そして、図７では示していないが、上記シリコン窒化膜２１１上には、酸化膜を介して、上記ＰＤ拡散領域上に、該ＰＤ拡散領域より一回り小さい遮光膜開口を有する金属遮光膜が形成されている。

以下、上記固体撮像装置のフォトダイオード部の断面構造について詳しく説明する。

図８（ａ）は、図７（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像装置の断面構造を説明する図であり、図８（ａ）は、図７（ｂ）のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線断面の構造を示している。

この固体撮像装置２００では、上述したとおり、シリコン基板に形成されたＰ⁻ウエル領域１０１の表面領域には、フォトダイオードを構成するＮ型拡散領域（ＰＤ拡散領域）１０が形成され、さらに該基板表面の、該ＰＤ拡散領域１０の両側部分には、垂直転送部を構成するＮ型拡散領域（ＣＣＤ拡散領域）１１ａおよび１１ｂが形成されている。なお、以下の説明では、説明の簡略化のため、上記ウエル領域はシリコン基板という。

そして、上記ＣＣＤ拡散領域１１ａおよび１１ｂ上には、多層構造の絶縁膜であるＯＮＯ膜２０ａおよび２０ｂを介して、ポリシリコンからなる転送ゲート２２ａおよび２２ｂが配置されている。ここで、該ＯＮＯ膜２０ａは、上記ＣＣＤ拡散領域１１ａ上にゲート酸化膜（ＳｉＯ_２）１０２ａ、シリコン窒化膜１０３ａおよびシリコン酸化膜１０４ａを順次形成してなる多層絶縁膜であり、該ＯＮＯ膜２０ｂは、上記ＣＣＤ拡散領域１１ｂ上にゲート酸化膜（ＳｉＯ_２）１０２ｂ、シリコン窒化膜１０３ｂおよびシリコン酸化膜１０４ｂを順次形成してなる多層絶縁膜である。

また、上記シリコン基板１０１上には、上記ＰＤ拡散領域１０および転送ゲート２２ａおよび２２ｂの表面を覆うよう熱酸化膜（ＳｉＯ_２）１０５が形成され、該熱酸化膜１０５の、上記ＰＤ拡散領域１０上に対応する部分には、反射防止膜としてのシリコン窒化膜２１１が形成されている。さらに、上記熱酸化膜１０５およびシリコン窒化膜２１１上にはこれらを覆うようＨＴＯ膜１０６が形成され、その上には金属遮光膜１２０が形成されている。この金属遮光膜１２０の、上記ＰＤ拡散領域１０に対応する部分には遮光膜開口１２０ａが形成されており、この遮光膜開口１２０ａの平面パターンは、上記ＰＤ拡散領域１０以外の領域が入射光に当たらないよう、上記ＰＤ拡散領域１０の平面パターンより一回り小さいものとなっている。

さらに、上記遮光膜１２０上には、第１の平坦化膜１０７ａを介して、上記ＰＤ拡散領域１０に対向するようマイクロレンズ１４１ａが配置され、さらにその上には、第２の平坦化膜１０７ｂを介してカラーフィルタ１０８ａが上記ＰＤ拡散領域１０に対応するよう配置されている。このカラーフィルタ１０８ａは１つの画素毎にそのＰＤ拡散領域１０に対向する位置に配置されており、このカラーフィルタ１０８ａの両側には、該ＰＤ拡散領域１０が構成する画素に隣接する画素のカラーフィルタ１０８ｂおよび１０８ｃが配置されている。そしてさらに、該カラーフィルタ１８０ａ〜１０８ｃ上には、さらなる第３の平坦化膜１０７ｃを介して、第２のマイクロレンズ１４１ｂが、上記ＰＤ拡散領域１０に対向するよう配置されている。

このような構造の固体撮像装置２００では、上記シリコン基板１０１の表面領域の、ＰＤ拡散領域１０が形成されたフォトダイオード部の上方には、シリコン酸化膜１０５が形成されており、該シリコン酸化膜とフォトセンサー部との屈折率の関係からフォトセンサー部表面での反射光が多くなっている。従って、この固体撮像装置２００では、フォトダイオード部への入射光の多くが反射して失しなわれてしまうのを回避するため、該フォトダイオード部には、その表面での反射を抑えるために、反射防止膜としてシリコン窒化膜が必要となる。

そこで、この固体撮像装置２００では、上記シリコン基板１０１の表面領域の、ＰＤ拡散領域１０が形成されたフォトダイオード部の上方の絶縁膜は、シリコン酸化膜１０５、シリコン窒化膜２１１、および酸化シリコンからなる層間膜１０６を積層して、該シリコン窒化膜をその上下のシリコン酸化膜で挟んだサンドイッチ構造としている。

ところで、特許文献１には、固体撮像素子において、シリコン基板の受光部にシリコン酸化膜を介して形成された、反射防止膜としてシリコン窒化膜を備え、これにより該該シリコン窒化膜とその下側のシリコン酸化膜、および該シリコン窒化膜とその上の層間絶縁膜の干渉効果により入射光の透過率を高めて感度向上を図ったものが開示されている。

また、特許文献２には、固体撮像素子において、シリコン基板のフォトセンサが形成された領域上に、シリコン酸化膜、反射防止膜としてのシリコン窒化膜、および層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜を形成してなる絶縁膜多層構造を有し、該反射防止膜としてのシリコン窒化膜の形成前に、シリコン酸化膜厚をエッチングで減少させることで、反射防止効果を向上させたものが開示されている。
特開昭６０−１７７７７８号公報特開平１１−２３３７５０号公報

上記文献に開示されているように、従来の固体撮像素子では、そのシリコン基板の受光部上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、および層間絶縁膜を順次形成して、該受光部上の絶縁膜を、反射防止膜としてのシリコン窒化膜がシリコン酸化膜と層間絶縁膜とで挟まれたサンドイッチ構造としており、この構造は、受光部に入射する光の反射を干渉効果により低減する上で重要な構造である。しかしながら、この構造では、基板の受光部上の領域に反射防止膜としてのシリコン窒化膜を形成した後に、上記層間絶縁膜として酸化シリコンを全面に堆積したとき、図８（ｂ）に示すように、上記シリコン窒化膜２１１の端部で、該層間絶縁膜の密度が薄くなったり、該層間絶縁膜が堆積されずに空洞１０６ａおよび１０６ｂができたりするといった場合がある。この場合には、この箇所の膜質が変わってしまうと、先に述べた干渉効果が不十分になり、上記反射防止膜としてのシリコン窒化膜による十分な反射防止効果が得られないといった問題がある。

つまり、上記十分な反射防止効果を得るには、上記反射防止膜を構成するシリコン窒化膜の形状が重要であるが、従来の文献ではシリコン窒化膜の形状、さらに該シリコン窒化膜の形状を考慮した該シリコン窒化膜の形成方法については何ら言及されていない。

本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、半導体基板表面の受光部を形成した領域上に下地絶縁膜を介して反射防止膜を形成した後、該下地絶縁膜およびその上の反射防止膜上に、層間絶縁膜を該反射防止膜の端部で該層間絶縁膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができる固体撮像装置の製造方法を得ることを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に形成され、光電変換を行う複数の受光部と、該受光部上に配置された反射防止膜とを有する固体撮像装置を製造する方法であって、該半導体基板に該受光部を形成した後、該半導体基板上に第１の透明絶縁膜、および該第１の透明絶縁膜とは屈折率の異なる第２の透明絶縁膜を順次形成するステップと、該第２の透明絶縁膜をパターニングして該受光部上に反射防止膜を形成するステップと、該第１の透明絶縁膜および該反射防止膜上に該反射防止膜とは屈折率の異なる第３の透明絶縁膜を形成するステップと、前記第３の透明絶縁膜を形成した後、前記受光部に対応する領域に開口を有する遮光膜を形成するステップとを含み、該反射防止膜を形成するステップは、該第２の透明絶縁膜上にエッチングマスクを、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に形成するマスク形成ステップと、該エッチングマスクを用いて該第２の透明絶縁膜を選択的にエッチングして、該エッチングマスク下端部の断面形状が転写された反射防止膜を形成するエッチングステップとを含み、前記エッチングステップでは、前記第２の透明絶縁膜を、前記エッチングマスクの下端部の断面形状が前記反射防止膜に転写されるよう等方性エッチング処理により選択的にエッチングし、前記遮光膜の開口内には、前記反射防止膜の下地層が露出するよう、該反射防止膜の側端部が位置しているものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記マスク形成ステップは、前記第２の透明絶縁膜上に、露光されない部分が残るポジ型フォトレジスト材を塗布する塗布ステップと、該フォトレジスト材を、露光マスクを用いて該フォトレジスト材の、前記受光部に対応する領域が硬化するよう露光する露光ステップと、該露光したフォトレジスト材を、該フォトレジスト材の非露光部分が残るよう現像して、前記エッチングマスクを形成する現像ステップとを含むことが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記露光ステップでは、前記フォトレジスト材の露光現像により得られるエッチングマスクが、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状になるよう、露光用光の焦点を該フォトレジスト材の上部に設定することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜は、該第２の透明絶縁膜下側の前記第１の透明絶縁膜の屈折率より大きい屈折率を有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記第１の透明絶縁膜は、前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜より膜厚の薄いものであることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記第１の透明絶縁膜は、前記第２の透明絶縁膜のエッチャントに対するエッチング選択比が、該第２の透明絶縁膜に比べて小さいものであることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記半導体基板はシリコン基板であり、前記第１の透明絶縁膜は、該シリコン基板の熱酸化処理により形成されたシリコン酸化膜であり、前記第２の透明絶縁膜は、ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記第３の透明絶縁膜は、酸化シリコンを高温ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記遮光膜を形成した後に水素シンタリング処理を行うステップを含み、前記遮光膜開口内に前記反射防止膜の下地層が露出した部分は、該水素シンタリング処理の際に水素を前記半導体基板に拡散させるための領域であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記固体撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサであることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記ＣＣＤイメージセンサは、前記複数の受光部の各列に沿って配列され、該受光部で発生した信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部を有し、該垂直転送部は、前記半導体基板に形成された、該複数の受光部を構成する複数の第１の拡散領域の列に隣接して位置し、該第１の拡散領域の列方向に沿って延びる第２の拡散領域と、該第２の拡散領域上に、該第１の拡散領域の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートとを有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサであることが好ましい。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明においては、半導体基板に該受光部を形成した後、該半導体基板上に第１の透明絶縁膜、および該第１の透明絶縁膜とは屈折率の異なる第２の透明絶縁膜を順次形成するステップと、該第２の透明絶縁膜をパターニングして該受光部上に反射防止膜を形成するステップと、該第１の透明絶縁膜および該反射防止膜上に該反射防止膜とは屈折率の異なる第３の透明絶縁膜を形成するステップとを含み、該反射防止膜を形成するステップでは、該第２の透明絶縁膜上にエッチングマスクを、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に形成し、該エッチングマスクを用いて該第２の透明絶縁膜を選択的にエッチングして、該エッチングマスク下端部の断面形状が転写された反射防止膜を形成するので、該反射防止膜の断面形状を、その側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に加工することができる。このため、上記第１の透明絶縁膜およびその上の反射防止膜上には第３の透明絶縁膜を、該反射防止膜の端部で該第３の透明絶縁膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができる。

本発明においては、前記第２の透明絶縁膜を、前記エッチングマスクの下端部の断面形状が前記反射防止膜に転写されるよう等方性エッチング処理により選択的にエッチングするので、上記反射防止膜の末広がりの断面形状を、エッチングマスクの断面形状により決定することができる。

本発明においては、前記マスク形成ステップは、前記第２の透明絶縁膜上に、露光されない部分が残るポジ型フォトレジスト材を塗布する塗布ステップと、該フォトレジスト材を、露光マスクを用いて該フォトレジスト材の、前記受光部に対応する領域が硬化するよう露光する露光ステップと、該露光したフォトレジスト材を、該フォトレジスト材の非露光部分が残るよう現像して、前記エッチングマスクを形成する現像ステップとを含み、前記露光ステップでは、前記フォトレジスト材の露光現像により得られるエッチングマスクが、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状になるよう、露光用光の焦点を該フォトレジスト材の上部に設定するので、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状のエッチングマスクを露光条件の調整により簡単に作成することができる。

本発明においては、前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜は、該第２の透明絶縁膜下側の前記第１の透明絶縁膜の屈折率より大きい屈折率を有するので、基板表面で反射した光を、第１の透明絶縁膜と反射防止膜との界面で再反射して基板側に戻すことができる。

本発明においては、前記第１の透明絶縁膜は、前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜より膜厚の薄いものであるので、上記反射防止膜とその下側の透明絶縁膜との界面での再反射を効果的に行うことができる。

本発明においては、前記第１の透明絶縁膜を、前記第２の透明絶縁膜のエッチャントに対するエッチング選択比が、該第２の透明絶縁膜に比べて小さいものとしているので、該第１の透明絶縁膜を、該反射防止膜としての第２の透明絶縁膜より膜厚の薄いものとしても、該第１の透明絶縁膜上での第２の透明絶縁膜の選択的なエッチングが可能となる。

本発明においては、前記第３の透明絶縁膜を形成した後、前記受光部に対応する領域に開口を有する遮光膜を形成し、前記遮光膜の開口内には、前記反射防止膜の下地層が露出するよう、該反射防止膜の側端部が位置しているので、前記遮光膜を形成した後の水素シンタリング処理時に、前記遮光膜開口内で前記反射防止膜の下地層が露出した部分から水素を前記半導体基板に拡散させることができる。

以上のように、本発明によれば、半導体基板表面の受光部を形成した領域上に第１の透明絶縁膜、および該第１の透明絶縁膜とは屈折率の異なる第２の透明絶縁膜を順次形成し、その後、該第２の透明絶縁膜をパターニングして反射防止膜を形成する際、該反射防止膜の断面形状を、その側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に加工するようにしたので、上記第１の透明絶縁膜およびその上の反射防止膜上には第３の透明絶縁膜を、該反射防止膜の端部で該第３の透明絶縁膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図１（ａ）は、該製造方法により製造された固体撮像装置の要部断面構造を示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置における反射防止膜端部の構造を拡大して示している。

図１（ａ）に示す固体撮像装置１００は、図８に示す従来の固体撮像装置２００における反射防止膜としてのシリコン窒化膜２１１に代えて、該シリコン窒化膜２１１とはその端部の断面形状が異なるシリコン窒化膜１１１を備えたものであり、その他の構造は、従来の固体撮像装置２００と同一である。

すなわち、この固体撮像装置１００はシリコン基板１０１を有し、その表面領域には、フォトダイオードを構成するＮ型拡散領域（ＰＤ拡散領域）１０が形成され、さらに該基板表面の、該ＰＤ拡散領域１０の両側部分には、垂直転送部を構成するＮ型拡散領域（ＣＣＤ拡散領域）１１ａおよび１１ｂが形成されている。

上記ＣＣＤ拡散領域１１ａおよび１１ｂ上には、多層構造の絶縁膜であるＯＮＯ膜２０ａおよび２０ｂを介して転送ゲート２２ａおよび２２ｂが配置されている。

また、上記シリコン基板１０１上には、上記ＰＤ拡散領域１０および転送ゲート２２ａおよび２２ｂの表面を覆うよう熱酸化膜（ＳｉＯ）１０５が形成され、該熱酸化膜１０５の、上記ＰＤ拡散領域１０上に対応する部分には、反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１１が形成されている。

そして、この固体撮像装置１００における上記反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１１では、その端部の断面形状は、外側ほど膜厚が薄くなるようその表面が傾斜したテーパ形状となっている。このようにシリコン窒化膜１１１の端部の形状をテーパ形状とすることにより、該シリコン窒化膜上に層間絶縁膜を堆積した時に、該シリコン窒化膜の端部で、該層間絶縁膜の密度が薄くなったり、あるいは該シリコン窒化膜の端部に、層間絶縁膜が堆積せずに空洞ができたりするのを回避することができる。

なお、上記熱酸化膜１０５およびシリコン窒化膜１１１上には、従来の固体撮像装置２００と同様、これらを覆うようＨＴＯ膜１０６が形成され、その上には金属遮光膜１２０が形成されている。また、上記遮光膜１２０上には、第１の平坦化膜１０７ａを介して上記マイクロレンズ１４１ａが配置され、さらにその上には、第２の平坦化膜１０７ｂを介してカラーフィルタ１０８ａ〜１０８ｃが配置されている。そしてさらに、該カラーフィルタ上には、さらなる第３の平坦化膜１０７ｃを介して、第２のマイクロレンズ１４１ｂが配置されている。

次に、製造方法について説明する。

図２〜図５は、本実施形態１の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、フォトダイオード部および垂直転送部の形成工程を示し、図３（ａ）〜（ｃ）は、反射防止膜の形成工程を示し、図４（ａ）〜（ｃ）は、金属遮光膜の形成工程を示している。また、図５は、反射防止膜の形成時にエッチングマスクとして用いるレジスト膜の露光方法を示している。

まず、シリコン基板１０１の表面領域にイオン注入用保護膜としてシリコン酸化膜１０１ａを形成し、その後、選択的にＮ型ドーパント（ＡｓおよびＰ）を注入してフォトダイオードを構成するＮ型拡散領域（ＰＤ拡散領域）１０を形成するとともに、選択的にＮ型ドーパント（Ａｓ）を注入して、該ＰＤ拡散領域１０の両側に、垂直転送部を構成するＮ型拡散層（ＣＣＤ拡散領域）１１ａおよび１１ｂを形成する（図２（ａ））。

続いて、上記イオン注入用保護膜としてのシリコン酸化膜１０１ａを除去した後、全面に熱処理によりゲート酸化膜（ＳｉＯ）１０２を１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の厚さに形成し、その上にＣＶＤ法（化学気相成長法）によりシリコン窒化膜１０３を２０ｎｍ〜６０ｎｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に、酸化シリコンの高温堆積によりＨＴＯ膜１０４を５ｎｍ〜１０ｎｍ程度の厚さに形成する。なお、このＨＴＯ膜１０４の堆積処理は７５０℃〜８５０℃程度の温度で行われる。その後、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を１５０ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成した後、該ポリシリコン膜をパターニングして、上記ＣＣＤ拡散領域１１ａおよび１１ｂ上に転送ゲート２２ａおよび２２ｂを形成する（図２（ｂ））。

さらに、上記転送ゲート２２ａおよび２２ｂをマスクとして上記ＨＴＯ膜１０４、シリコン窒化膜１０３、およびシリコン酸化膜１０２を選択的にエッチング除去して、上記各転送ゲート２２ａおよび２２ｂの下側に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびＨＴＯ膜からなる多層絶縁膜であるＯＮＯ膜２０ａおよび２０ｂを形成する。その後、熱酸化により、全面に厚さ５０〜４００ｎｍ程度のシリコン酸化膜１０５を形成する（図２（ｃ））。

次に、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように反射防止膜の形成を行う。

すなわち、図２（ｃ）に示すようにシリコン酸化膜１０５を形成した後、全面にシリコン窒化膜１１０をＣＶＤ法により２５〜４５ｎｍ程度の厚さに形成し、その後、全面に、露光されない部分が硬化するポジ型フォトレジスト材１５０を塗布する（図３（ａ））。

続いて、該ポジ型フォトレジスト材１５０の露光現像により該フォトレジスト材１５０のパターニングを行って、上記反射防止膜の形成にエッチングマスクとして用いる所定パターンのレジスト膜１５１を形成する（図３（ｂ））。

以下、上記フォトレジスト材の露光方法を図５を用いて具体的に説明する。

図３（ａ）に示すように全面にフォトレジスト材１５０を塗布した後、露光マスク１３０を上記シリコン基板１０１に対して位置合わせして配置し、露光用光Ｌを集光レンズ（図示せず）を介して該露光マスク１３０に照射する。ここで、該露光マスク１３０は、ガラス板１３１の裏面側に露光パターンに対応した開口を有するクロムなどの金属膜１３２を貼り付けてなるものであり、上記露光用光Ｌを該露光マスク１３０に照射することにより、該シリコン基板１０１上のフォトレジスト材１５０には、該露光マスク１３０の遮光膜の開口パターンが露光パターンとして転写される。

この際、フォトレジスト材１５０の露光用光Ｌの焦点深度は、例えば、図５に示すように、フォトレジスト材１５０の浅い位置Ｓ１、中間位置Ｓ２、および深い位置Ｓ３のうちの浅い位置に合わせて露光を行う。そして、露光したポジ型フォトレジスト材１５０を現像することにより、該フォトレジスト材の露光されていない部分のみがエッチングマスクとして残る。

この場合、上記露光用光Ｌの焦点深度をフォトレジスト材１５０の浅い位置Ｓ１に合わせているので、現像されたレジスト膜１５１の断面形状は図３（ｂ）に示すように下端側部分で末広がりとなる。

その後、該レジスト膜１５１をマスクとして、上記シリコン窒化膜１１０を等方性エッチングにより選択的にエッチングして反射防止膜１１１を形成する。このエッチング時には、上記レジスト膜１５１の、その下端部が末広がりとなった断面形状が、上記反射防止膜１１１の断面形状に転写されることとなる。これにより、上記反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１１では、その端部の断面形状は、外側ほど膜厚が薄くなるようその表面が傾斜したテーパ形状となる。なお、上記シリコン酸化膜１０５は、上記シリコン窒化膜１１０のエッチャントに対するエッチング選択比が、該シリコン窒化膜１１０に比べて小さいものである。

次に、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように金属遮光膜の形成を行う。

すなわち、図３（ｃ）に示すようにシリコン窒化膜１１０のパターニングを行った後、全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜１０６を２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度の厚さに形成し、さらにその上に、アルミニウムなどの金属材料をスパッタリング法により堆積して金属遮光膜１２０を形成する（図４（ａ））。なお、上記シリコン酸化膜１０６は、高温ＣＶＤ法により酸化シリコンを堆積してなるＨＴＯ膜であり、その堆積処理は７５０℃〜８５０℃程度の温度で行われる。

その後、さらにフォトレジスト材の露光現像によりレジスト膜１３３を形成し（図４（ｂ））、該レジスト膜１３３をエッチングマスクとして、上記金属遮光膜１２０の、上記ＰＤ拡散領域１０に対応する部分を選択的にエッチングして遮光膜開口１２０ａを形成する（図４（ｃ））。このとき、該遮光膜開口１２０ａは、その内側に該反射防止膜１１１の側端部が位置し、これにより、該遮光膜開口１２０ａの内に上記反射防止膜１１１の下地層であるシリコン酸化膜１０５が露出するようにしている。

さらに、水素シンタリング処理をシリコン基板１０１の特性が改善されるよう行う。この水素シンタリング処理では、該遮光膜開口１２０ａ内に該シリコン酸化膜１０５が露出した部分から水素が半導体基板１０１に拡散することとなる。

その後は、図１に示すように、全面に第１の平坦化膜１０７ａを介して、上記ＰＤ拡散領域１０に対向するようマイクロレンズ１４１ａを形成し、さらにその上には、第２の平坦化膜１０７ｂを介してカラーフィルタ１０８ａ〜１０８ｃを各ＰＤ拡散領域１０に対応するよう形成する。そしてさらに、該カラーフィルタ１０８ａ〜１０８ｃ上に、第３の平坦化膜１０７ｃを介して第２のマイクロレンズ１４１ｂを、上記ＰＤ拡散領域１０に対向するよう形成し、最後に表面保護膜（図示せず）を全面に形成する。

このように、本実施形態１では、半導体基板に受光部を形成した後、該半導体基板上にシリコン酸化膜１０５、およびシリコン窒化膜１１０を順次形成し、シリコン窒化膜１１０をパターニングして該受光部上に反射防止膜を形成し、この際、該反射防止膜の断面形状を、その側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に加工するので、上記シリコン酸化膜１０５およびその上の反射防止膜１１１上にはＨＴＯ膜１０６を、該反射防止膜１１１の端部で該ＨＴＯ膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができる。

また、上記実施形態１では、上記シリコン窒化膜１１０上にエッチングマスクを、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に形成し、該エッチングマスクを用いて該シリコン窒化膜１１０を選択的に等方性エッチングして、該エッチングマスク下端部の断面形状を反射防止膜に転写するようにしているので、上記反射防止膜の末広がりの断面形状を、上記エッチングマスクの断面形状により決定することができる。

さらに、上記実施形態では、上記エッチングマスクの形成工程では、フォトレジスト材の露光現像により得られるエッチングマスクが、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状になるよう、露光用光の焦点を該フォトレジスト材の上部に設定するので、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状のエッチングマスクを簡単に作成することができる。

また、上記反射防止膜を構成するシリコン窒化膜１０５は、その下側のシリコン酸化膜の屈折率より大きい屈折率を有するので、基板表面で反射した光を、該シリコン酸化膜１０５と反射防止膜１１１との界面で反射して基板側に戻すことができる。

さらに、上記シリコン酸化膜１０５の膜厚を薄くしているので、上記再反射を効果的に行うことができる。

またさらに、上記シリコン酸化膜１０５は、上記シリコン窒化膜１１０のエッチャントに対するエッチング選択比が、該シリコン窒化膜１１０に比べて小さいものであるので、該シリコン酸化膜１０５を薄くしても、その上の厚いシリコン窒化膜の選択的なエッチングによるパターニングが可能である。

また、本実施形態においては、上記ＨＴＯ膜１０６を形成した後、上記ＰＤ拡散領域に対応する開口を有する遮光膜１２０を形成し、この際、該遮光膜１２０の開口内には、上記反射防止膜１１１の下地層であるシリコン酸化膜１０５が露出するよう、該反射防止膜１１１の側端部が位置するようにしているので、該遮光膜１２０を形成した後の水素シンタリング処理時に、該遮光膜開口１２０ａ内に該シリコン酸化膜１０５が露出した部分から水素を半導体基板１０１に拡散させることができる。

なお、本実施形態１では、固体撮像装置としてＣＣＤイメージセンサを例に挙げて固体撮像装置の製造方法を説明したが、該固体撮像装置は、これに限らず、ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。

図６は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサを説明する概略構成図である。

このＣＭＯＳイメージセンサ２００ａは、撮像領域に行列状に配列された画素Ｐｘと、各画素列に対応して設けられた信号線Ｌｒと、該各信号線Ｌｒに接続されたＣＤＳ回路２１３と、各ＣＤＳ回路２１３からの読み出し信号を出力する出力部２１５とを有している。また、ＣＭＯＳイメージセンサ２００ａは、複数の画素行のうちから１つの画素行を選択する垂直走査回路２１１と、該複数のＣＤＳ回路２１３のうちから１つのＣＤＳ回路を選択する水平走査回路２１２とを有している。ここで、ＣＤＳ回路は、相関二重サンプリング回路であり、画素から読み出された信号の雑音を除去するものである。

また、上記各画素Ｐｘは、光電変化を行うフォトダイオードＰＤと、該フォトダイオードＰＤで発生した信号電荷を増幅する増幅素子Ａｍと、該増幅素子の出力と上記信号線Ｌｒとの間に接続された画素選択スイッチＳとを有している。また、該各ＣＤＳ回路２１３と出力部２１５の入力との間には、水平走査回路２１２からの選択信号により動作する信号線選択スイッチ２１４が設けられている。ここで、画素選択スイッチＳおよび信号線選択スイッチ２１４はＭＯＳ型トランジスタにより構成されている。

このようなＣＭＯＳイメージセンサ２００ａにおいても、該ＣＭＯＳイメージセンサを構成する半導体基板に受光部を形成した後、該半導体基板上にシリコン酸化膜、およびシリコン窒化膜を順次形成し、該シリコン窒化膜をパターニングして該受光部上に反射防止膜を形成し、この際、上記実施形態１と同様に、該シリコン窒化膜のエッチングマスクの断面形状を該反射防止膜に転写して、該反射防止膜の断面形状をその側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に加工することにより、上記シリコン酸化膜およびその上の反射防止膜上にはＨＴＯ膜を、該反射防止膜の端部で該ＨＴＯ膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができる。
（実施形態２）
なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像素子１００を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態１の製造方法により得られた固体撮像装置１００を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、固体撮像装置の製造方法、および該製造方法により得られた固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の分野において、下地絶縁膜およびその上の反射防止膜上に、層間絶縁膜を該反射防止膜の端部で該層間絶縁膜の密度が薄くなったり空洞ができたりするのを回避しつつ堆積することができ、これにより、上記反射防止膜による十分な反射防止効果を得ることができるものである。

図１は本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図であり、図１（ａ）は、該製造方法により製造された固体撮像装置の要部断面構造を示し、図１（ｂ）は、該固体撮像装置における反射防止膜端部の構造を拡大して示している。図２は、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は、フォトダイオード部および垂直転送部の形成工程を示している。図３は、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、図３（ａ）〜（ｃ）は、反射防止膜の形成工程を示している。図４は、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、金属遮光膜の形成工程を示している。図５は、上記実施形態１の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、上記反射防止膜の形成時にエッチングマスクとして用いるレジスト膜の露光方法を示している。本発明の固体撮像装置の製造方法を適用可能なＣＭＯＳイメージセンサを説明する図である。図７は、従来の固体撮像装置を説明する図であり、図７（ａ）は、従来のＣＣＤイメージセンサの概略構成を示し、図７（ｂ）は該ＣＣＤイメージセンサを構成するフォトダイオードおよび垂直転送部のレイアウトを示す平面図である。図８は、図７に示す固体撮像装置の断面構造を説明する図であり、図８（ａ）は、図７（ｂ）のＶＩＩＩａ−ＶＩＩＩａ線断面の構造を示し、図８（ｂ）は図８（ａ）における反射防止膜を拡大して示している。

符号の説明

１０ＰＤ拡散領域
１１ａ、１１ｂＣＣＤ拡散領域
２０ａ、２０ｂＯＮＯ膜
２２ａ、２２ｂ転送ゲート
１００固体撮像装置
１０１シリコン基板
１０５熱酸化膜（ＳｉＯ）
１０６ＨＴＯ膜
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ第１，第２，第３の平坦化膜
１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃカラーフィルタ
１１１反射防止膜（シリコン窒化膜）
１２０金属遮光膜
１４１ａ，１４１ｂ第１，第２のマイクロレンズ

Claims

半導体基板上に形成され、光電変換を行う複数の受光部と、該受光部上に配置された反射防止膜とを有する固体撮像装置を製造する方法であって、
該半導体基板に該受光部を形成した後、該半導体基板上に第１の透明絶縁膜、および該第１の透明絶縁膜とは屈折率の異なる第２の透明絶縁膜を順次形成するステップと、
該第２の透明絶縁膜をパターニングして該受光部上に反射防止膜を形成するステップと、
該第１の透明絶縁膜および該反射防止膜上に該反射防止膜とは屈折率の異なる第３の透明絶縁膜を形成するステップと、
前記第３の透明絶縁膜を形成した後、前記受光部に対応する領域に開口を有する遮光膜を形成するステップとを含み、
該反射防止膜を形成するステップは、
露光用光の焦点をフォトレジスト材の浅い位置に合わせて、該第２の透明絶縁膜上に該フォトレジスト材のエッチングマスクを、その下端部側面が下側ほど外に広がるよう傾斜した形状に形成するマスク形成ステップと、
該エッチングマスクを用いて該第２の透明絶縁膜を選択的にエッチングして、該エッチングマスク下端部の断面形状が転写された反射防止膜を形成するエッチングステップとを含み、
前記エッチングステップでは、
前記第２の透明絶縁膜を、前記エッチングマスクの下端部の断面形状が前記反射防止膜に転写されるよう等方性エッチング処理により選択的にエッチングし、
前記遮光膜の開口内には、前記反射防止膜の下地層が露出するよう、該反射防止膜の側端部が位置している、固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記マスク形成ステップは、
前記第２の透明絶縁膜上に、露光されない部分が残るポジ型フォトレジスト材を塗布する塗布ステップと、
該フォトレジスト材を、露光マスクを用いて該フォトレジスト材の、前記受光部に対応する領域が硬化するよう露光する露光ステップと、
該露光したフォトレジスト材を、該フォトレジスト材の非露光部分が残るよう現像して、前記エッチングマスクを形成する現像ステップとを含む固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜は、該第２の透明絶縁膜下側の前記第１の透明絶縁膜の屈折率より大きい屈折率を有する固体撮像装置の製造方法。
請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第１の透明絶縁膜は、前記反射防止膜を構成する前記第２の透明絶縁膜より膜厚の薄いものである固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第１の透明絶縁膜は、前記第２の透明絶縁膜のエッチャントに対するエッチング選択比が、該第２の透明絶縁膜に比べて小さいものである固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記半導体基板はシリコン基板であり、
前記第１の透明絶縁膜は、該シリコン基板の熱酸化処理により形成されたシリコン酸化膜であり、
前記第２の透明絶縁膜は、ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜である固体撮像装置の製造方法。
請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記第３の透明絶縁膜は、酸化シリコンを高温ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜である固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記遮光膜を形成した後に水素シンタリング処理を行うステップを含み、
前記遮光膜開口内に前記反射防止膜の下地層が露出した部分は、該水素シンタリング処理の際に水素を前記半導体基板に拡散させるための領域である固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサである固体撮像装置の製造方法。
請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記ＣＣＤイメージセンサは、
前記複数の受光部の各列に沿って配列され、該受光部で発生した信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部を有し、
該垂直転送部は、
前記半導体基板に形成された、該複数の受光部を構成する複数の第１の拡散領域の列に隣接して位置し、該第１の拡散領域の列方向に沿って延びる第２の拡散領域と、
該第２の拡散領域上に、該第１の拡散領域の列方向に沿って配置された複数の転送ゲートとを有する固体撮像装置の製造方法。
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
前記固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサである固体撮像装置の製造方法。