JPH0964328A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトダイオードの光感度を向上させること
のできる固体撮像素子及びその製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 フォトダイオードを凸レンズ状に成形す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像素子に係
り、特にスミアを防止し且つ感度を向上させることので
きる固体撮像素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１（Ａ）と（Ｂ）は従来の固体撮像素
子の断面図を示す。図１（Ａ）を参照すると、従来の固
体撮像素子の構造は次の通りである。ｎ型基板１０上に
第１及び第２のｐ^- 型ウェル１１，１２が形成され、第
１及び第２のｐ^- 型ウェル１１，１２にはそれぞれｎ⁺
型フォトダイオード１４と電荷転送領域であるｎ⁺ 型Ｖ
ＣＣＤ領域１５が形成され、ｎ⁺ 型フォトダイオード１
４の表面にはｐ⁺⁺型表面隔離層１６が形成され、ｎ⁺ 型
ＶＣＣＤ１５の下側にそれを囲むように第３のｐ^- 型ウ
ェル１３が形成され、画素と画素間を隔離させるための
ｐ⁺ 型チャンネルストップ領域１７がフォトダイオード
と一方のＶＣＣＤ領域との間に形成される。そして、基
板の全面にゲート絶縁膜１８が形成され、ＶＣＣＤ領域
１５部分のゲート絶縁膜１８上にトランスファゲート１
９、層間絶縁膜２０、及び遮光膜２１が順次形成され、
基板の全面に保護膜２２が形成される。さらに保護膜２
２上に第１の平坦化層２３が形成され、フォトダイオー
ド１４上部の第１の平坦化層２３上にカラーフィルタ層
２４が形成され、カラーフィルタ層２４を含んだ第１の
平坦化層２３上に第２の平坦化層２５が形成される。カ
ラーフィルタ層２４の上側の第２の平坦化層２５上にマ
イクロレンズ２６が形成される。

【０００３】前記従来の固体撮像素子では、カメラレン
ズを通って入射される光はマイクロレンズ２６により集
束してカラーフィルタ層２４を通過する。カラーフィル
タ層２４を選択透過した光は、フォトダイオード１４に
入射して電荷に光電変換される。従って、光電変換によ
りフォトダイオードから発生された電荷はＶＣＣＤ領域
１５に転送された後、ＶＣＣＤ領域１５のクロック信号
によりＨＣＣＤ（図示せず）に垂直転送される。ＨＣＣ
Ｄに転送された電荷はＨＣＣＤのクロック信号により水
平転送され、素子の末端のフローティング拡散により水
平転送された電荷は電圧として感知、増幅されて周辺回
路に転送される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の固体撮
像素子は図１（Ｂ）から分かるように、マイクロレンズ
２６に入射する光のうち、マイクロレンズの中央部に入
射する光はフォトダイオード１４に入射して信号電荷に
光電変換されるが、マイクロレンズの周辺部に入射する
光はＶＣＣＤ領域１５に入射してスミア現象を起こす主
要要因となっている。尚、長波長の光の場合、マイクロ
レンズ２６を通って入射する光がフォトダイオードを通
過して第１のｐ^- 型ウェル１１まで入射して、所望しな
い信号電荷が発生されるという問題点もあった。しか
も、フォトダイオードとＶＣＣＤの上部には段差が発生
するという問題点があった。

【０００５】本発明は前記従来の技術の問題点を解決す
るためのものであって、その目的はフォトダイオードの
光感度を向上させることのできる固体撮像素子及びその
製造方法を提供することにある。本発明の他の目的は、
マイクロレンズを通って集束する光がフォトダイオード
領域にのみ集光するようにしてスミア現象を防止できる
固体撮像素子及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の固体撮像素子は、凸部を有する第１導電型の
基板と、凸部を除いた基板内に形成された第１導電型の
電荷転送領域と、基板の凸部に形成され、上面が凸レン
ズ状からなる光検出領域と、光検出領域の上部表面上に
形成された第２導電型の光濃度不純物領域と、光検出領
域を除いた基板に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶
縁膜上に形成されたトランスファゲートと、トランスフ
ァゲートを含んだ基板上に形成された平坦化層と、フォ
トダイオード上部の平坦化層上に形成されたマイクロレ
ンズとを含む、その製造方法は、第１導電型の基板をエ
ッチングして凸部を形成する工程と、凸部を除いた基板
に第１導電型の不純物をイオン注入して第１導電型の電
荷転送領域を形成する工程と、電荷転送領域の上部の基
板上にゲート絶縁膜とトランスファゲートを順次形成す
る工程と、トランスファゲートをマスクとして基板の凸
部に第１導電型の不純物をイオン注入して、上部が膨ら
んだ曲面からなる光検出領域を形成する工程と、光検出
領域に第２導電型の高濃度不純物をイオン注入して光検
出領域の表面に第２導電型の高濃度不純物領域を形成す
る工程と、基板の全面にわたって平坦化層を形成する工
程と、フォトダイオードの上部の平坦化層上にマイクロ
レンズを形成する工程とを含むことを特徴とする。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図２（Ａ）と（Ｂ）は
本発明の実施の形態による固体撮像素子の断面図を示
す。図２（Ａ）を参照すると、本発明の固体撮像素子に
おいて、ｎ型基板３０上に第１及び第２のｐ^- 型ウェル
３１，３２が形成され、第１のｐ^- 型ウェル３１には膨
らんだ曲面の上面を有するフォトダイオード３４が形成
され、第２のｐ^- 型ウェル３２には電荷転送領域である
ＶＣＣＤ領域３５が形成される。フォトダイオード３４
の膨らんだ上面にはｐ⁺⁺型の表面隔離層３６が形成さ
れ、フォトダイオードの膨らんだ上面を除いた基板上に
はゲート絶縁膜３８、トランスファゲート３９、及び遮
光膜４１が形成され、トランスファゲート３９と遮光膜
４１との間には層間絶縁膜４０が形成される。基板の全
面にわたって保護膜４２が形成され、保護膜４２上には
第１の平坦化層４３が形成され、フォトダイオードの上
部の第１の平坦化層４３にはカラーフィルタ層４４が形
成され、カラーフィルタ層４４を含む第１の平坦化層４
３上には第２の平坦化層４５が形成され、カラーフィル
タ層の上部の第２の平坦化層４５上にはマイクロレンズ
４６が形成されている。

【０００８】前記構造を有する本発明の固体撮像素子で
は、フォトダイオード３４は上面を膨らませて形成して
マイクロレンズのような形態を有するので、図１に示す
従来の固体撮像素子のフォトダイオードより光を受け入
れる受光面積が増加する。また、フォトダイオードが凸
レンズ状に形成されているので、マイクロレンズとフォ
トダイオード間の距離が短縮され、図２（Ｂ）に示すよ
うに、マイクロレンズ４６を通って集束した光がフォト
ダイオード３４にのみ集束するばかりではなく、長波長
の光もフォトダイオード領域にのみ入射するので、従来
のスミア現象等を防止することができる。しかも、フォ
トダイオードの上面が凸レンズ状に形成されてフォトダ
イオードとＶＣＣＤ領域の上部における段差が改善され
るので、後続工程が容易である。

【０００９】図３〜図５は前記構造を有する本発明の固
体撮像素子の製造工程図を示す。図３（Ａ）のように、
ｎ型基板３０上に第１及び第２のｐ^- 型ウェル３１，３
２を順次形成し、基板の全面にマイクロレンズ用物質を
塗布し、パターニングして第１のｐ^- 型ウェル３１上の
基板上にのみマイクロレンズ用物質５１を残す。この
際、第１のｐ^- 型ウェル３１は基板３０にｐ^- 型不純物
を１次イオン注入して形成し、第２のｐ^- 型ウェル３２
は前記第１のｐ^- 型ウェル３１を除いた部分にｐ^- 型不
純物を２次イオン注入して形成するが、第２のｐ^- 型ウ
ェル３２は第１のｐ^- 型ウェル３１より大きい接合深さ
を有する。

【００１０】１００乃至２００℃の温度でマイクロレン
ズ用物質５１を熱フローさせると、図３（Ｂ）のように
第１のｐ^- 型ウェル３１の上部の基板上にマイクロレン
ズ５２が形成される。マイクロレンズ５２が全てエッチ
ングされるように、マイクロレンズ５２が形成された基
板をドライエッチングすると、図３（Ｃ）のように、基
板はレンズ状の凸部３０−１を有することになる。この
際、基板の凸部３０−１は後続の工程でフォトダイオー
ドが形成されるべき部分である。

【００１１】図３（Ｄ）のように、画素と画素間を隔離
させるためのｐ⁺ 型チャンネルストップ３７を形成し、
次に図４（Ｅ）のように凸部３０−１を除いた基板３０
にｐ^- 型不純物とｎ⁺ 型不純物をイオン注入して第３の
ｐ^- 型ウェル３３とｎ⁺ 型ＶＣＣＤ３５を形成する。

【００１２】図４（Ｆ）のように、凸部３０−１を除い
た基板上に酸化膜と窒化膜からなるゲート絶縁膜３８を
形成し、基板の全面にポリシリコン膜を蒸着し、パター
ニングしてゲート絶縁膜３８上にトランスファゲート３
９を形成する。

【００１３】図４（Ｇ）のように、トランスファゲート
３９をマスクとして基板の凸部３０−１にｎ⁺ 型不純物
をイオン注入してｎ⁺⁺型フォトダイオード３４を形成
し、次にトランスファゲート３９をマスクとしてｐ⁺⁺型
不純物をフォトダイオード３４にイオン注入してフォト
ダイオード３４の表面にｐ⁺⁺型表面隔離層３６を形成す
る。

【００１４】図５（Ｈ）のように、フォトダイオード３
４の膨らんだ上面を除いたトランスファゲート３９の上
部に層間絶縁膜４０を形成し、基板の全面にわたって金
属膜を蒸着しパターニングして絶縁膜４０上に遮光膜４
１を形成する。

【００１５】図５（Ｉ）のように、基板の全面にわたっ
て窒化膜を蒸着して保護膜４２を形成し、その上に第１
の平坦化層４３を形成し、フォトダイオード３４上部の
第１の平坦化層４３上にカラーフィルタ層４４を形成す
る。

【００１６】最終的に、カラーフィルタ層４４を含んだ
第１の平坦化層４３上に第２の平坦化層４５を形成し、
カラーフィルタ層４４の上部の第２の平坦化層４５上に
通常のマイクロレンズ形成工程によりマイクロレンズ４
６を形成すると、本発明の実施の形態による固体撮像素
子が製造される。

【００１７】

【発明の効果】前記本発明によれば、次の効果が得られ
る。 １．フォトダイオードをマイクロレンズ状に形成するこ
とにより、フォトダイオードの受光面積を従来の固体撮
像素子より大きくし、光感度を向上させることができ
る。 ２．フォトダイオードとＶＣＣＤの上部における段差を
改善して後続工程を容易に行うことができる。 ３．フォトダイオードを膨らんだ形態で形成してマイク
ロレンズとフォトダイオード間の間隔を従来の固体撮像
素子でより短縮させることができる。従って、長波長の
光を含んだマイクロレンズに集束する光を全てフォトダ
イオードにのみ入射させることにより、スミア現象の発
生を完全に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の固体撮像素子の断面図である。

【図２】 本発明の一実施の形態による固体撮像素子の
断面図である。

【図３】 図２の本発明の固体撮像素子の製造工程図で
ある。

【図４】 図２の本発明の固体撮像素子の製造工程図で
ある。

【図５】 図２の本発明の固体撮像素子の製造工程図で
ある。

【符号の説明】

３０…シリコン基板、３１−３３…ｐ型ウェル、３４…
フォトダイオード、３５…電荷転送領域（ＶＣＣＤ）、
３６…ｐ⁺⁺型表面隔離層、３７…ｐ⁺ 型チャンネルスト
ップ領域、３８…ゲート絶縁膜、３９…トランスファゲ
ート、４０…層間絶縁膜、４１…遮光膜、４２…保護
膜、４３，４５…平坦化層、４４…カラーフィルタ層、
４６…マイクロレンズ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 凸部を有する第１導電型の基板と、 凸部を除いた基板内に形成された第１導電型の電荷転送
   領域と、 基板の凸部に形成され、上面が凸レンズ状からなる光検
   出領域と、 光検出領域の上部表面内に形成された表面隔離層と、 光検出領域を除いた基板に形成されたゲート絶縁膜と、 ゲート絶縁膜上に形成されたトランスファゲートと、 トランスファゲートを含んだ基板上に形成された平坦化
   層と、 フォトダイオードの上側の平坦化層上に形成されたマイ
   クロレンズと、を含むことを特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 第１導電型の基板をエッチングして凸部
   を形成する工程と、 凸部を除いた基板に第１導電型の不純物をイオン注入し
   て第１導電型の電荷転送領域を形成する工程と、 電荷転送領域の上側の基板上にゲート絶縁膜とトランス
   ファゲートを順次形成する工程と、 トランスファゲートをマスクとして基板の凸部に第１導
   電型の不純物をイオン注入して、上部が膨らんだ曲面を
   有する光検出領域を形成する工程と、 光検出領域に第２導電型の高濃度不純物をイオン注入し
   て光検出領域の表面に表面隔離層を形成する工程と、 基板の全面にわたって平坦化層を形成する工程と、 フォトダイオードの上側の平坦化層上にマイクロレンズ
   を形成する工程と、 を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
3. 【請求項３】 基板に凸部を形成する工程は、 基板上にマイクロレンズ用物質を塗布する工程と、 マイクロレンズ用物質をパターニングして光検出領域に
   対応する部分にのみマイクロレンズ用物質を残す工程
   と、 マイクロレンズ用物質を熱フローさせて基板上にマイク
   ロレンズを形成する工程と、 基板をドライエッチングしてマイクロレンズを除去する
   とともに、マイクロレンズが除去された部分に凸部を形
   成する工程と、 を含むことを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子の
   製造方法。