JP6254829B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、受光部上に設けた光導波路と層内レンズの形成に関する。

固体撮像素子の構成としては様々な種類が存在するが、その１つの例として、例えば図４に示すＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサが挙げられる。

図４に示す構造は、インターライン型と呼ばれており、受光部２、転送部３（垂直転送部３ａ及び水平転送部３ｂ）および出力部４から構成されている。このＣＣＤは、各受光部２に入射する光を、フォトダイオードで光電変換して蓄積し、垂直転送部３ａから水平転送部３ｂへと順次転送した後、出力部４から電圧に変換して出力する。このような固体撮像素子においては、フォトダイオード上にオンチップマイクロレンズを設けて、その焦点位置がフォトダイオードの受光部２近傍に位置するように、中間層の膜厚を設定する方法が主流になっている。

しかしながら、画素寸法の縮小化に伴って、また、配線の多層化が進み絶縁層の膜厚が大きくなるにつれて、受光部の感度に与える影響が大きくなってきている。

近年、この問題を避けるための方法として、光導波路或いは層内レンズを有する固体撮像素子が提案されている。これらは、層内レンズにより集光した光を、光導波路を用いて効率的に受光部に導くようにしたものである。

かかる光導波路と層内レンズを有する固体撮像素子の一例として、特許文献１に開示された構造及びその製造方法を図５及び図６に示す。特許文献１では、先ず、図５（Ａ）に示すように受光部２を形成した半導体基板１０上に配線１１を形成し、配線１１の上面及び側面を絶縁膜１２、遮光膜１３で覆う。次に、図５（Ｂ）に示すように絶縁膜１４を堆積し、図５（Ｃ）に示すように、高屈折率材料２３を充填後、図６（Ａ）に示すように平坦処理を行い、光導波路を形成する。その後、図６（Ｂ）に示すように低屈折率の絶縁膜１５を形成し、絶縁膜１５上に高屈折材料１８をその上面を凸状に形成して、層内レンズを形成する。その後、図６（Ｃ）に示すように、層間絶縁膜１９を形成し、更にその上にマイクロレンズ２０を形成する。このようにして、層内レンズ１８を用いて集光した光を、光導波路となる高屈折率材料２３と絶縁膜１４との界面で全反射させて、受光部に取り込む。

また、特許文献２では、フォトエッチングにより受光部上に孔部を形成し、かかる孔内を２．０以上の屈折率を有する透明絶縁膜材料で充填することにより光導波路を形成している。かかる透明絶縁膜材料の例としては、酸化チタン（屈折率２．２〜２．５）、酸化タンタル（屈折率２．０〜２．３）、酸化ニオブ（屈折率２．０〜２．３）、酸化タングステン（屈折率２．２）、酸化ジルコニウム（屈折率２．０５）、酸化亜鉛（屈折率２．０）、酸化インジウム（屈折率２．０）、酸化ハフニウム（屈折率２．０〜２．１）のうちの少なくとも１つからなる材料を用いることで、窒化シリコンと比較して内部応力を小さくでき、白傷の発生を防止できるとしている。

特開２０１３−９３６１６号公報 特開２００６−４９８２５号公報

しかし、特許文献１の例では、図６（Ｃ）に示すように、光導波路２３と層内レンズ１８の間に低屈折率の絶縁膜１５が存在する。このため、層内レンズ１８と絶縁膜１５の界面、及び、絶縁膜１５と光導波路２３の界面で光が反射することができ、受光部のフォトダイオードに到達する光が減少する。これにより、感度が低下するという問題があった。

一方で、特許文献２の方法では、フォトエッチングにより孔部を形成し、孔内に光導波路を形成しているため、受光部の中心と光導波路及び層内レンズの中心との間にずれが発生しやすい。これにより、感度が低下するという問題があった。また、エッチングダメージが受光部に入り暗電流不良や白傷不良が発生する問題もある。さらに、光導波路の材料に含まれる重金属が、後工程の熱処理によって白傷不良を発生させるという問題もある。

上記の状況を鑑み、本発明は、微細化を行いながらも更なる集光効率の向上を図り、光学特性に優れ、安価で製造可能な固体撮像素子とその製造方法、特に、生産能力及び信頼性の高い固体撮像素子における光導波路とその製造方法を提供することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、
基板上、又は前記基板内に設けられた複数の受光部、前記受光部に隣接して配置され、光電変換された電荷を転送する転送電極、及び、前記受光部上に設けられた層内レンズ及び光導波路を備える固体撮像素子の製造方法であって、
前記受光部を挟んで対向する側壁面を有するように、前記転送電極を含む転送電極配線を形成する工程、
少なくとも前記転送電極配線を覆い、前記受光部を開口する遮光膜を形成する工程、
前記遮光膜及び前記受光部を覆うように、第１の絶縁膜を、前記転送電極配線の前記対向する側壁面の間に形成される前記受光部上の凹部が完全に充填されないように全面に堆積する工程、
窒化シリコン膜を、前記受光部上の前記凹部が完全に充填されるように全面に堆積するとともに、当該凹部上の前記窒化シリコン膜の上面に窪みを形成する工程、
前記窒化シリコン膜の前記窪みをエッチング防止膜で埋める工程、
前記エッチング防止膜をマスクとして前記窒化シリコン膜をエッチングすることで、前記受光部上の前記窒化シリコン膜の上面を少なくとも周縁部が傾斜した曲面形状を有する凸状に形成して、前記受光部上に前記層内レンズを兼ねる前記光導波路を形成する工程、
前記窒化シリコン膜のエッチング後に高温の熱処理を行う工程、及び、
前記熱処理後に、前記窒化シリコン膜より低屈折率の第２の絶縁膜を形成する工程、を備えることを特徴とする。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記第２の絶縁膜を堆積する工程において、
前記第２の絶縁膜が、１．４５〜１．５０の範囲の屈折率を有する酸化膜であることが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記第１の絶縁膜を堆積する工程において、
前記第１の絶縁膜が、１．４５〜１．５０の範囲の屈折率を有する酸化膜であることが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記熱処理を行う工程において、
６００℃〜９００℃の温度範囲で、３時間以上の熱処理を行うことが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記窒化シリコン膜を堆積する工程において、
前記窒化シリコン膜の屈折率が２．００〜２．３０の範囲内にあることが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記窒化シリコン膜を堆積する工程において、
前記窒化シリコン膜を、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスを原料ガスとして用いる熱ＣＶＤ法により堆積することが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記窒化シリコン膜を堆積する工程において、
前記窒化シリコン膜を、ＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガスを原料ガスとして用いる熱ＣＶＤ法により堆積することが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記窒化シリコン膜の前記窪みをエッチング防止膜で埋める工程が、
スピン塗布法を用いて、前記窪み上方のコート材の上面が平坦となるように、前記窪みをコート材で完全に埋める工程であることが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記コート材の粘度が、０．１〜３．０ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましい。

上記特徴の本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、更に、
前記窒化シリコン膜をエッチングする工程において、
ＣＦ_４ガス、Ａｒガス、ＣＨＦ_３ガス、及び、Ｏ_２ガスを用いて前記窒化シリコン膜をエッチングすることが好ましい。

上記目的を達成するための本発明に係る固体撮像素子は、
基板上、又は前記基板内に設けられた複数の受光部、前記受光部に隣接して配置され、光電変換された電荷を転送する転送電極、及び、前記受光部上に設けられた層内レンズ及び光導波路を備える固体撮像素子であって、
少なくとも前記転送電極を覆い、前記受光部を開口する遮光膜、
前記遮光膜及び前記受光部を覆う第１の絶縁膜、
前記受光部の上方であって、前記第１の絶縁膜上に、その上面が少なくとも周縁部が傾斜した曲面形状を有する凸状に形成された、前記層間レンズを構成する窒化シリコン膜、及び、
前記窒化シリコン膜の前記凸状の上面を覆う前記窒化シリコン膜より低屈折率の第２の絶縁膜を有し、
前記受光部上又は上方に設けられた前記光導波路及び前記層内レンズが、自己整合的な製造プロセスを用いて一体形成されていることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法に依れば、転送電極に挟まれた受光部上の領域に光導波路を形成するに際し、光導波路のコアを形成する窒化シリコン膜を、その上面に窪みを有するように全面に堆積し、窪みにエッチング防止膜を埋め込んだ後、窒化シリコン膜のエッチングを行う。これにより、窒化シリコン膜は、受光部上方において、その上面が傾斜した曲面形状（集光形状）を有する凸状に形成される。窒化シリコン膜上に低屈折率の第２の絶縁膜を形成することで、かかる凸状の曲面が層内レンズを形成するとともに、光導波路が形成される。

したがって、本発明の製造方法を用いることによって、光導波路及び層内レンズは、自己整合的な製造プロセスを利用して一体形成されている。このため、光導波路及び層内レンズの中心位置は自己整合的に位置決めされ、受光部の中心からずれるという問題は生じない。また、光導波路と層内レンズの間に別の低屈折率の絶縁膜が介在しないため、低屈折率絶縁膜との界面での反射が抑えられ、集光効率の向上が図られる。

また、層内レンズ、光導波路の形成に際してフォトマスクを必要としないため、安価に製造でき、生産能力の向上が望める。

窒化シリコン膜のエッチングに伴うエッチングダメージの問題については、高温（例えば、６００℃以上）の熱処理工程を行うことで窒化シリコン膜のストレス緩和を行い、エッチングダメージを回復して、白傷不良や暗電流不良を抑制できる。これにより、素子としての信頼性を高めることができる。この場合、併せて、エッチングされる窒化シリコン膜の成膜を熱ＣＶＤ法にて行うのが効果的である。

本発明の固体撮像素子に依れば、光導波路と層内レンズが自己整合的なプロセスを用いて一体形成されていることにより、上述の通り、集光効率の向上が図られ、光学特性に優れ、信頼性が高く、且つ、安価で製造可能な固体撮像素子を実現できる。

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子のデバイス構造を示す模式的な断面図 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示す模式的な工程断面図 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を示す模式的な工程断面図 固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）の概略構造例を示す模式的なブロック図。 従来の固体撮像素子の製造方法を示す模式的な工程断面図 従来の固体撮像素子の製造方法を示す模式的な工程断面図

以下に、本発明に係る固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）及びその製造方法の一実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子（以下、適宜「本発明素子１」と称する）は、例えば、上述した図４に示すインターライン型のＣＣＤイメージセンサである。図１に、かかるインターライン型ＣＣＤイメージセンサにおいて、本発明のデバイス構造を採用した場合の断面構造の模式図を示す。図１は、図４のＡ−Ａ’方向、即ち、受光部２及び垂直転送部３ａを横切る、水平方向の断面図である。なお、図１に示す構造断面図では、適宜、要部を強調して表示されており、図面上の各構成要素の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致するものではない。これは以降の構造断面図についても同様とする。

インターライン型ＣＣＤイメージセンサは、図４に示すように、光電変換によって電荷を生じる受光部２と、受光部２から取得した電荷を転送する転送部３と、転送部３が転送した電荷による電位を増幅して出力信号を生成する出力部４と、を備えている。なお、図４では、受光部２が、水平方向（図中の左右方向）及び垂直方向（図中の上下方向）に沿ってマトリクス状に配置される場合を例示している。

転送部３は、受光部２から取得した電荷を垂直方向に沿って転送する垂直転送部３ａと、垂直転送部３ａが転送した電荷を水平方向に沿って転送する水平転送部３ｂと、を備える。出力部４は、水平転送部３ｂの最終段に設けられ、水平転送部３ｂが転送した電荷による電位を増幅するトランジスタや、当該電位をリセットするトランジスタなどを備える。

受光部２は、光電変換によって電荷を生成し、蓄積する。垂直転送部３ａは、それぞれの受光部２が蓄積した電荷をそれぞれ読み出すとともに、当該電荷を水平転送部３ｂへ向けて順次転送する。水平転送部３ｂは、それぞれの垂直転送部３ａから順次転送される電荷を、出力部４に向けて順次転送する。そして、出力部４が、水平転送部３ｂが順次転送してくる電荷による電位を順次増幅することで、出力信号を順次生成して、出力する。なお、図４では特に図示していないが、垂直転送部３ａ及び水平転送部３ｂの夫々には、電荷の転送を制御するための転送電極が設けられている。

図１の構造断面図に示すように、本発明素子１は、特に、基板１０上又は基板１０内（ここでは、基板１０の表層部）に設けられた受光部２、受光部２に隣接して配置され、光電変換された電荷を転送する転送電極１１、遮光膜１３、絶縁膜１４、絶縁膜１５、窒化シリコン膜１６を備える。

基板１０は、ｐ型またはｎ型の半導体（例えば、シリコン）からなる。受光部２は、基板１０とは逆の導電型の半導体層からなり、フォトダイオードを構成する。なお、基板１０を成す半導体がｐ型であるとは、基板１０内の素子構造が形成される部分の導電型がｐ型であることを示すものであり、基板１０全体の導電型がｐ型である場合に限られず、ウェルの導電型がｐ型である場合（例えば、全体がｎ型の基板にｐ型のウェルが形成される場合）も、当然に含まれる。

基板１０上に、転送電極１１を含む転送電極配線がパターニングされている。転送電極配線は、多層配線であってもよく、多層配線の場合、配線と配線の間に絶縁膜が形成される。転送電極配線は、後述するが、本発明素子１の製造プロセスにおいて高温（６００℃以上）の熱処理を伴うため、熱に強い材料が好ましい。例えば、リンをドープしたシリコン膜、チタン膜、窒化チタン膜、又はタングステン膜が好ましい。転送電極１１は、基板１０上に、受光部２を挟んで互いに対向する側壁面を有するように、受光部２を挟むように形成されている。なお、転送電極１１は、図示しないゲート絶縁膜を介して、基板１０上に形成されている。転送電極１１の上面及び両側面は絶縁膜１２で覆われ、さらにその上面及び両側面を遮光膜１３が覆っている。そして、絶縁膜１４（第１の絶縁膜）が、遮光膜１３の上面及び両側面、及び、受光部２上を覆っている。

窒化シリコン膜１６が、受光部２の上方であって、絶縁膜１４上に、転送電極１１に挟まれた空間を埋めるように形成されている。窒化シリコン膜１６は、その上面が少なくとも周縁部が傾斜した曲面形状を有する凸状に形成されている。そして、絶縁膜１５（第２の絶縁膜）が、窒化シリコン膜１６の凸状の上面を覆っている。これにより、窒化シリコン膜１６の上面、下面、側面の全ての表面が、絶縁膜１４又は１５で覆われる。絶縁膜１４及び１５は、窒化シリコン膜１６よりも低屈折率の材料で構成され、これにより窒化シリコン膜１６を導波路コアとする光導波路１６ａが受光部２上に形成されている。

具体的には、例えば、窒化シリコンの屈折率は製膜条件にも依存するが２．００〜２．３０程度にできるので、絶縁膜１４、１５を酸化シリコン（屈折率が１．４５〜１．５０）とすることで、絶縁膜１４、１５の屈折率を窒化シリコン膜１６よりも低くできる。

光導波路１６ａ内を受光部２に向かって進行する光は、その進行方向の関係上、光導波路１６ａの側面の絶縁膜１４に対しては全反射され易く、光導波路１６ａの下面の絶縁膜１４に対しては全反射され難い。このため、受光部２へと効率良く光を導くことが可能になる。さらに、受光部２の上方において、絶縁膜１５と接する窒化シリコン膜１６の上面が凸状の曲面形状を有していることにより、窒化シリコン膜１６は層内レンズ１６ｂとしての機能も有している。

ここで、光導波路１６ａと層内レンズ１６ｂは、後述する自己整合的な製造方法を用いて、一体形成されている。

絶縁膜１５上に、層間絶縁膜１９が形成され、受光部２及び層内レンズ１６ｂの直上の層間絶縁膜１９上に、マイクロレンズ２０が形成され、本発明素子１が構成されている。マイクロレンズ２０は、その中心が層内レンズ１６ｂの中心と一致するように位置決めされる。

以下に、図１に示す本発明素子１の製造方法につき、図２、図３を参照して説明する。図２（Ａ）〜（Ｃ）、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、夫々、本発明素子１の製造方法を示す製造工程の模式的な工程断面図である。

先ず、基板１０の所定の領域に、受光部２と、転送電極１１を含む転送電極配線のパターンを形成する。本実施形態では、例えば基板１０がｐ型の場合、基板１０の表面に熱酸化膜を形成後、ｎ型の不純物（例えば、リン）のイオン注入を行い、基板１０の表層部の所定の領域に受光部２を形成する。また、転送電極配線は、受光部２の周囲において、受光部２を挟んで対向する側壁面を有するようにパターニングし、受光部２を挟む転送電極１１を基板１０上に形成する。

その後、転送電極配線（転送電極１１）の上面及び両側面を絶縁膜１２（例えば、参加シリコン膜）で覆い、さらに、絶縁膜１２の上面及び両側面を遮光膜１３で覆う。これにより、遮光膜１３は、少なくとも転送電極配線を覆うように形成される。一方で、遮光膜１３は、受光部２上に開口を有している。遮光膜１３は、例えば、窒化チタン膜、チタン膜、又はタングステン膜等を用いることができる。なお、遮光膜１３としてタングステン膜等を用いる場合、当該遮光膜１３を配線として利用してもよい。この状態の断面構造を図２（Ａ）に示す。受光部２上に、転送電極１１の対向する側面の間に挟まれた空間（凹部２１）が形成されている。

次に、図２（Ｂ）に示すように、絶縁膜１４（第１の絶縁膜）を、上記凹部２１が完全に充填されないように全面に堆積する。絶縁膜１４は、屈折率が１．４５〜１．５０の範囲にある酸化膜が好ましい。絶縁膜１４と後工程（図２（Ｃ）参照）で形成する窒化シリコン膜１６との側面側の界面で光を反射させ、効率的に光を受光部２へと導くことができる。

絶縁膜１４を酸化シリコン膜とする場合、例えば以下の成膜条件で成膜することができる。
成膜方法：熱ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）
膜厚：１００ｎｍ
原料：ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）、供給流量２００ｍｇ／ｍｉｎ（ｍｇｍ）、及び、
オゾン（Ｏ_３）、供給流量５０００ｓｃｃｍ
成膜温度：４００℃
反応炉内の圧力（真空度）：５３３３Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）

なお、上記酸化シリコン膜の成膜は、熱ＣＶＤ法のほか、ＴＥＯＳガスとＯ_２ガスを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により成膜してもよい。

次に、図２（Ｃ）に示すように、窒化シリコン膜１６を、受光部２上の凹部２１が完全に充填されるように全面に堆積する。このとき、凹部２１の存在により、凹部２１上の窒化シリコン膜１６の上面に窪み２２が自己整合的に形成される。

窒化シリコン膜１６は、例えば以下の成膜条件で成膜することができる。
成膜方法：熱ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）
膜厚：４００ｎｍ
原料：ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、供給流量１００ｓｃｃｍ、及び、
アンモニア（ＮＨ_３）、供給流量１０００ｓｃｃｍ
成膜温度：７００℃
反応炉内の圧力（真空度）：２６．７Ｐａ（２００ｍＴｏｒｒ）

このほか、窒化シリコン膜１６の成膜を、シラン（ＳｉＨ_４）及びアンモニア（ＮＨ_３）を原料ガスとした熱ＣＶＤ法により成膜してもよい。これらの成膜方法により、屈折率が２．００〜２．３０の範囲内にある窒化シリコン膜１６を形成できる。

その後、図３（Ａ）に示すように、窒化シリコン膜１６上の受光部２上方の窪み２２をエッチング防止膜１７で埋める。この工程は、スピン塗布法により行うことが好ましい。スピン塗布法を用いる場合、コート材の粘度が高すぎると、窒化シリコン膜１６上面にコート材（エッチング防止膜１７）がコンフォーマルに堆積され、窪み２２上方においてコート材の上面に窪みが残存する場合がある。本実施形態では、窪み２２がコート材で完全に埋まり、且つコート材の上面が平坦となるように、コート材の粘度を低めに設定する。コート材の粘度は０．１〜３．０ｍＰａ・ｓの範囲にあることが好ましい。これにより、窒化シリコン膜１６上の窪み２２内をコート材（エッチング防止膜１７）で完全に埋めることができる。コート材は、例えば、レジスト塗布材料（ポジレジスト）であり、感光させずに用いる。

エッチング防止膜１７は、例えば以下の条件で成膜することができる。
装置：スピンコーター
コート時回転数：１５００ｒｐｍ
コート材粘度：２．５ｍＰａ・ｓ
ポストベーク：２００℃

その後、エッチング防止膜１７をマスクとして窒化シリコン膜１６を、転送電極１１上方にある絶縁膜１４が露出するまで、エッチングする。このとき、受光部２上方にエッチング防止膜１７が堆積されていることにより、受光部２上の窒化シリコン膜１６のエッチングは抑制され、窒化シリコン膜１６は、図３（Ｂ）に示すように、その上面が受光部２の上方において少なくとも周縁部が傾斜した凸状の曲面（集光曲面）を有して形成される。これにより、受光部２上に窒化シリコン膜１６による光導波路１６ａが形成されるとともに、窒化シリコン膜１６の上面が凸状の曲面を有していることにより、光導波路１６ａは層内レンズ１６ｂとしての機能を備える。

窒化シリコン膜１６のエッチングは、例えば以下の条件で行うことができる。
装置：ＲＩＥ
エッチングガス：ＣＦ_４ガス、供給流量５０ｓｃｃｍ、
ＣＨＦ_３ガス、供給流量１０ｓｃｃｍ、
Ａｒガス、供給流量５０ｓｃｃｍ、及び、
Ｏ_２ガス、供給流量２０ｓｃｃｍ
ＲＦ Ｐｏｗｅｒ：６００Ｗ
真空度：６．６７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）

次に、窒化シリコン膜１６のエッチングにて得られた層内レンズ１６ｂの形成後に高温の熱処理を行い、窒化シリコン膜１６のストレス緩和を行う。かかる熱処理は、６００℃〜９００℃の温度範囲で、３時間以上の熱処理を行うことが好ましい。これにより、エッチングダメージを回復し、白傷不良及び暗電流不良を抑制できる。

この熱処理は、例えば以下の条件で行うことができる。
装置：アニール炉
雰囲気ガス：Ｎ_２、供給流量１０ｓｌｍ
温度：８００℃
時間：２０時間

なお、この熱処理は、後述する絶縁膜１５の堆積（図３（Ｃ）参照）後に行ってもよい。

次に、図３（Ｃ）に示すように、層内レンズ１６ｂを覆うように絶縁膜１５（第２の絶縁膜）を全面に堆積し、平坦化する。絶縁膜１５は、絶縁膜１４と同様、窒化シリコン膜１６よりも低屈折率の材料であり、屈折率が１．４５〜１．５０の範囲にある酸化膜が好ましい。

絶縁膜１５を酸化シリコン膜とする場合、例えば以下の成膜条件で成膜することができる。
成膜方法：熱ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）
膜厚：１００ｎｍ
原料：ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）、供給流量２００ｍｇ／ｍｉｎ（ｍｇｍ）、及び、
オゾン（Ｏ_３）、供給流量５０００ｓｃｃｍ
成膜温度：４００℃
反応炉内の圧力（真空度）：５３３３Ｐａ（４０Ｔｏｒｒ）

なお、上記酸化シリコン膜の成膜は、熱ＣＶＤ法のほか、ＴＥＯＳガスとＯ_２ガスを原料ガスとしたプラズマＣＶＤ法により成膜してもよい。

その後、絶縁膜１５上に層間絶縁膜１９を堆積し、層間絶縁膜１９上にマイクロレンズ２０を層内レンズ１６ｂ及び光導波路１６ａの直上に位置決め、形成し、図１に示す本発明素子が製造される。

このように、本発明の固体撮像素子及びその製造方法に依れば、光導波路１６ａと層内レンズ１６ｂが自己整合的なプロセスを用いて一体形成され、微細化を行いながらも更なる集光効率の向上を図ることが可能になる。この結果、光学特性に優れ、信頼性が高く、且つ、安価で製造可能な固体撮像素子を実現できる。

なお、上記実施形態において、絶縁膜１４、１５、窒化シリコン膜１６の成膜条件、エッチング条件、熱処理条件等を具体的に挙げて説明したが、これらは好ましい製造条件を例示したものであり、本発明は上記の製造条件に限定されるものではない。

また、受光部２の構成としては、上記実施形態の構造のような、半導体基板１０上に基板と逆導電型の不純物をイオン注入し、基板の表面部分にフォトダイオードを形成する構造のほか、基板１０の表面と受光部２との間（基板１０の表面の極浅い位置）に、基板と同導電型の不純物が注入された領域を形成することで、埋め込み型のフォトダイオードを形成してもよい。この場合、受光部２は、基板１０の表面から離間した位置に設けられる。また、基板と逆導電型の半導体層を基板上に堆積して、フォトダイオードを形成することもできる。

また、上記実施形態では、絶縁膜１５を平坦化後、層間絶縁膜１９を堆積しているが、層間絶縁膜１９の平坦化工程を設けるのであれば、絶縁膜１５の平坦化は行わなくてもよいか、或いは、平坦化が不完全であってもよい。層間絶縁膜１９上にマイクロレンズを形成できるように、層間絶縁膜１９が平坦化されていればよい。

本発明は、固体撮像素子（ＣＣＤイメージセンサ）及びその製造方法に利用が可能であり、特に、集光効率の向上が図られた、光学特性に優れ、且つ安価で製造可能な固体撮像素子とその製造方法として好適に利用可能である。

１： 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子（本発明素子）
２： 受光部
３： 転送部
３ａ： 垂直転送部
３ｂ： 水平転送部
４： 出力部
１０： 基板
１１： 転送電極
１２： 絶縁膜
１３： 遮光膜
１４： 絶縁膜（第１の絶縁膜）
１５： 絶縁膜（第２の絶縁膜）
１６： 窒化シリコン膜
１６ａ： 光導波路
１６ｂ： 光導波路と一体化した層内レンズ
１７： エッチング防止膜（コート材）
１８： 従来構造の層内レンズ
１９： 層間絶縁膜
２０： マイクロレンズ
２１： 凹部
２２： 窪み
２３： 高屈折率材料

Claims (5)

1. 基板上、又は前記基板内に設けられた複数の受光部、前記受光部に隣接して配置され、光電変換された電荷を転送する転送電極、及び、前記受光部上に設けられた層内レンズ及び光導波路を備える固体撮像素子の製造方法であって、
   前記受光部を挟んで対向する側壁面を有するように、前記転送電極を含む転送電極配線を形成する工程、
   少なくとも前記転送電極配線を覆い、前記受光部を開口する遮光膜を形成する工程、
   前記遮光膜及び前記受光部を覆うように、第１の絶縁膜を、前記転送電極配線の前記対向する側壁面の間に形成される前記受光部上の凹部が完全に充填されないように全面に堆積する工程、
   窒化シリコン膜を前記受光部上の前記凹部が完全に充填されるように全面に堆積して、当該凹部の存在により当該凹部上の上面に生じた窪みを有する前記窒化シリコン膜を形成する工程、
   スピン塗布法により前記窒化シリコン膜の上面にコート材を塗布して前記窪みを埋め、塗布した当該コート材の全部をエッチング防止膜として形成する工程、
   前記エッチング防止膜をマスクとして前記窒化シリコン膜をエッチングすることで、前記受光部上の前記窒化シリコン膜の上面を少なくとも周縁部が傾斜した曲面形状を有する凸状に形成して、前記受光部上に前記層内レンズを兼ねる前記光導波路を形成する工程、
   前記窒化シリコン膜のエッチング後に高温の熱処理を行う工程、及び、
   前記熱処理後に、前記窒化シリコン膜より低屈折率の第２の絶縁膜を形成する工程、を備えることを特徴とする製造方法。
2. 前記熱処理を行う工程において、
   ６００℃〜９００℃の温度範囲で、３時間以上の熱処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記窒化シリコン膜を堆積する工程において、
   前記窒化シリコン膜を、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガスとＮＨ_３ガスを原料ガスとして用いる熱ＣＶＤ法により堆積することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記窒化シリコン膜を堆積する工程において、
   前記窒化シリコン膜を、ＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガスを原料ガスとして用いる熱ＣＶＤ法により堆積することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
5. 前記エッチング防止膜を形成する工程において、
   塗布した前記コート材の上面が平坦になり、前記窒化シリコン膜の上面における前記窪みが完全に埋まるように、前記コート材を塗布することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の製造方法。

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