JP2000150845A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 入射光を受光部に広く入射するように導くこ
とにより、高い感度を有する固体撮像素子及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 センサ開口から最表面層の間に凹レンズ
構造を有する層８が設けられ、凹レンズ構造の底部に井
戸状の掘り込み構造２１が設けられ、この井戸状の掘り
込み構造２１の底部に臨んでエッチングストッパ膜１２
が形成されて成る固体撮像素子２０を構成する。
とにより、高い感度を有する固体撮像素子及びその製造
方法を提供する。 【解決手段】 センサ開口から最表面層の間に凹レンズ
構造を有する層８が設けられ、凹レンズ構造の底部に井
戸状の掘り込み構造２１が設けられ、この井戸状の掘り
込み構造２１の底部に臨んでエッチングストッパ膜１２
が形成されて成る固体撮像素子２０を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内部に凹レ
ンズ構造を形成した固体撮像素子及びその製造方法に係
わる。
ンズ構造を形成した固体撮像素子及びその製造方法に係
わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、カラー用固体撮像素子において
は、素子の小型化に伴い、素子内にカラーフィルターを
形成し、このカラーフィルターの上にさらにマイクロレ
ンズを形成した、いわゆるオンチップレンズ構造を採っ
て、入射光をこのマイクロレンズで集光することにより
センサ（受光部）における感度の向上を図っている。
は、素子の小型化に伴い、素子内にカラーフィルターを
形成し、このカラーフィルターの上にさらにマイクロレ
ンズを形成した、いわゆるオンチップレンズ構造を採っ
て、入射光をこのマイクロレンズで集光することにより
センサ（受光部）における感度の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】そして、上述のオンチ
ップレンズ構造を有する固体撮像素子において、さらに
表面のマイクロレンズと受光部との間に、集光する特性
を持つ第２のレンズ構造を設けているものがある。この
第２のレンズ構造としては、例えば屈折率が異なる２層
の境界面を凹面として、ここに凹レンズを形成する凹レ
ンズ構造等が挙げられる。
ップレンズ構造を有する固体撮像素子において、さらに
表面のマイクロレンズと受光部との間に、集光する特性
を持つ第２のレンズ構造を設けているものがある。この
第２のレンズ構造としては、例えば屈折率が異なる２層
の境界面を凹面として、ここに凹レンズを形成する凹レ
ンズ構造等が挙げられる。
【０００４】図７に上述の表面層と受光部との間に凹レ
ンズ構造を形成した固体撮像素子の一例の概略図を示
す。この固体撮像素子５０は、半導体基体５１内にセン
サ（受光部）５２が形成され、この受光部５２以外の半
導体基体５１上には絶縁膜５３を介して転送電極５４が
形成されている。転送電極５４上には層間絶縁膜５５を
介して遮光膜５６が形成され、この遮光膜５６は転送電
極５４への光の入射を防止する。また、遮光膜５６には
受光部５２上に開口が設けられて、受光部５２に光が入
射するようにしている。そして、遮光膜５６を覆って例
えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜５７が
形成され、このＢＰＳＧ膜５７は遮光膜５６による段差
に対応して表面に凹凸を有し、ちょうど受光部５２上の
部分が凹部になっている。
ンズ構造を形成した固体撮像素子の一例の概略図を示
す。この固体撮像素子５０は、半導体基体５１内にセン
サ（受光部）５２が形成され、この受光部５２以外の半
導体基体５１上には絶縁膜５３を介して転送電極５４が
形成されている。転送電極５４上には層間絶縁膜５５を
介して遮光膜５６が形成され、この遮光膜５６は転送電
極５４への光の入射を防止する。また、遮光膜５６には
受光部５２上に開口が設けられて、受光部５２に光が入
射するようにしている。そして、遮光膜５６を覆って例
えばＢＰＳＧ（ボロンリンシリケートガラス）膜５７が
形成され、このＢＰＳＧ膜５７は遮光膜５６による段差
に対応して表面に凹凸を有し、ちょうど受光部５２上の
部分が凹部になっている。
【０００５】ＢＰＳＧ膜５７上には例えばＳｉＮ膜（屈
折率ｎ＝１．９〜２．０）等による高屈折率層５８が形
成されて、ここに凹レンズ構造（いわゆる層内レンズ）
が形成される。
折率ｎ＝１．９〜２．０）等による高屈折率層５８が形
成されて、ここに凹レンズ構造（いわゆる層内レンズ）
が形成される。
【０００６】高屈折率層５８の上面は平坦化され、パッ
シベーション膜５９を介してカラーフィルター６０が形
成されている。さらにカラーフィルター６０上にはマイ
クロレンズ６１が形成されている。
シベーション膜５９を介してカラーフィルター６０が形
成されている。さらにカラーフィルター６０上にはマイ
クロレンズ６１が形成されている。
【０００７】この場合、凹レンズ表面即ちＢＰＳＧ膜５
７と高屈折率層５８の２層の境界面に入射した光が、受
光部５２上に集光するよう、ＢＰＳＧ膜５７と高屈折率
層５８との屈折率の関係を調整する必要がある。一般的
に、凹レンズであることを考慮すると、受光部５２上に
集光させるためには、レンズ表面を境界として、下地の
ＢＰＳＧ膜５７の屈折率よりも、上層の高屈折率層５８
の屈折率の方が、大きくなるように調整される。
７と高屈折率層５８の２層の境界面に入射した光が、受
光部５２上に集光するよう、ＢＰＳＧ膜５７と高屈折率
層５８との屈折率の関係を調整する必要がある。一般的
に、凹レンズであることを考慮すると、受光部５２上に
集光させるためには、レンズ表面を境界として、下地の
ＢＰＳＧ膜５７の屈折率よりも、上層の高屈折率層５８
の屈折率の方が、大きくなるように調整される。
【０００８】しかしながら、斜め方向から凹レンズ表面
に光が入射した場合、その入射角度によっては、凹レン
ズ構造を形成しない構造の場合にはないような、大きな
角度で凹レンズ表面に入射することがある。このため、
入射角度によっては、凹レンズ表面で光が全反射を起こ
すことが予測でき、これによって、感度の向上が不十分
になってしまうおそれがある。
に光が入射した場合、その入射角度によっては、凹レン
ズ構造を形成しない構造の場合にはないような、大きな
角度で凹レンズ表面に入射することがある。このため、
入射角度によっては、凹レンズ表面で光が全反射を起こ
すことが予測でき、これによって、感度の向上が不十分
になってしまうおそれがある。
【０００９】上述の問題の解決のために、本発明におい
ては、入射光を受光部に広く入射するように導くことに
より、高い感度を有する固体撮像素子及びその製造方法
を提供するものである。
ては、入射光を受光部に広く入射するように導くことに
より、高い感度を有する固体撮像素子及びその製造方法
を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、センサ開口から最表面層の間に凹レンズ構造を有す
る層が設けられ、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込
み構造が設けられ、この井戸状の掘り込み構造の底部に
臨んでエッチングストッパ膜が形成されて成る構成であ
る。
は、センサ開口から最表面層の間に凹レンズ構造を有す
る層が設けられ、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込
み構造が設けられ、この井戸状の掘り込み構造の底部に
臨んでエッチングストッパ膜が形成されて成る構成であ
る。
【００１１】上述の本発明の固体撮像素子の構成によれ
ば、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られたことにより、凹レンズ構造の底部に大きい入射角
度で入る光が全反射せず井戸状の掘り込み構造によって
センサ開口へ導かれるので、センサにおける受光量の増
加を図ることができる。さらに、掘り込み構造の底部に
臨んでエッチングストッパ膜が形成されているので、掘
り込み構造を形成する際にエッチングストッパ膜でエッ
チングを停止させて、掘り込み構造の深さを一定に形成
することができる。
ば、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られたことにより、凹レンズ構造の底部に大きい入射角
度で入る光が全反射せず井戸状の掘り込み構造によって
センサ開口へ導かれるので、センサにおける受光量の増
加を図ることができる。さらに、掘り込み構造の底部に
臨んでエッチングストッパ膜が形成されているので、掘
り込み構造を形成する際にエッチングストッパ膜でエッ
チングを停止させて、掘り込み構造の深さを一定に形成
することができる。
【００１２】本発明の他の固体撮像素子は、センサ開口
から最表面層の間に凹レンズ構造を有する層が設けら
れ、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られ、この井戸状の掘り込み構造内を含んで、凹レンズ
構造下に形成された層間絶縁層の表面にパッシベーショ
ン膜が形成され、パッシベーション膜上に上記凹レンズ
構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る固体撮
像素子である。
から最表面層の間に凹レンズ構造を有する層が設けら
れ、凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られ、この井戸状の掘り込み構造内を含んで、凹レンズ
構造下に形成された層間絶縁層の表面にパッシベーショ
ン膜が形成され、パッシベーション膜上に上記凹レンズ
構造を構成する高屈折率材料層が形成されて成る固体撮
像素子である。
【００１３】上述の本発明の他の固体撮像素子の構成に
よれば、井戸状の掘り込み構造によりセンサにおける受
光量の増加を図ることができると共に、パッシベーショ
ン膜によって高屈折率材料層を安定して容易に成膜する
ことができる。
よれば、井戸状の掘り込み構造によりセンサにおける受
光量の増加を図ることができると共に、パッシベーショ
ン膜によって高屈折率材料層を安定して容易に成膜する
ことができる。
【００１４】本発明の固体撮像素子の製造方法は、セン
サ上にエッチングストッパ膜を形成する工程と、センサ
に対応する表面に凹面を有する層間絶縁層を形成する工
程と、この層間絶縁層にエッチングストッパ膜まで達す
るエッチングを行って井戸状の掘り込み構造を形成する
工程と、井戸状の掘り込み構造を高屈折率材料層により
埋めて凹レンズ構造を形成する工程とを有する。
サ上にエッチングストッパ膜を形成する工程と、センサ
に対応する表面に凹面を有する層間絶縁層を形成する工
程と、この層間絶縁層にエッチングストッパ膜まで達す
るエッチングを行って井戸状の掘り込み構造を形成する
工程と、井戸状の掘り込み構造を高屈折率材料層により
埋めて凹レンズ構造を形成する工程とを有する。
【００１５】上述の本発明の製法によれば、エッチング
ストッパ膜を形成しておいてから、このエッチングスト
ッパ膜まで達するようにエッチングを行うことにより、
深さが一定した井戸状の掘り込み構造を形成することが
できる。
ストッパ膜を形成しておいてから、このエッチングスト
ッパ膜まで達するようにエッチングを行うことにより、
深さが一定した井戸状の掘り込み構造を形成することが
できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明は、センサ開口から最表面
層の間に凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ
構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設けられ、井戸状
の掘り込み構造の底部に臨んでエッチングストッパ膜が
形成されて成る固体撮像素子である。
層の間に凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ
構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設けられ、井戸状
の掘り込み構造の底部に臨んでエッチングストッパ膜が
形成されて成る固体撮像素子である。
【００１７】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、エッチングストッパ膜は低反射膜の機能を有する構
成とする。
て、エッチングストッパ膜は低反射膜の機能を有する構
成とする。
【００１８】本発明は、センサ開口から最表面層の間に
凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ構造の底
部に井戸状の掘り込み構造が設けられ、井戸状の掘り込
み構造内を含んで、凹レンズ構造下に形成された層間絶
縁層の表面にパッシベーション膜が形成され、パッシベ
ーション膜上に上記凹レンズ構造を構成する高屈折率材
料層が形成されて成る固体撮像素子である。
凹レンズ構造を有する層が設けられ、凹レンズ構造の底
部に井戸状の掘り込み構造が設けられ、井戸状の掘り込
み構造内を含んで、凹レンズ構造下に形成された層間絶
縁層の表面にパッシベーション膜が形成され、パッシベ
ーション膜上に上記凹レンズ構造を構成する高屈折率材
料層が形成されて成る固体撮像素子である。
【００１９】また本発明は、上記固体撮像素子におい
て、高屈折率材料層が樹脂から成る構成とする。
て、高屈折率材料層が樹脂から成る構成とする。
【００２０】本発明は、センサ上にエッチングストッパ
膜を形成する工程と、センサに対応する表面に凹面を有
する層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層にエッチ
ングストッパ膜まで達するエッチングを行って井戸状の
掘り込み構造を形成する工程と、井戸状の掘り込み構造
を高屈折率材料層により埋めて凹レンズ構造を形成する
工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。
膜を形成する工程と、センサに対応する表面に凹面を有
する層間絶縁層を形成する工程と、層間絶縁層にエッチ
ングストッパ膜まで達するエッチングを行って井戸状の
掘り込み構造を形成する工程と、井戸状の掘り込み構造
を高屈折率材料層により埋めて凹レンズ構造を形成する
工程とを有する固体撮像素子の製造方法である。
【００２１】図１に示す固体撮像素子２０は、本発明の
固体撮像素子の一実施の形態の１画素に対応する素子の
断面図である。
固体撮像素子の一実施の形態の１画素に対応する素子の
断面図である。
【００２２】この固体撮像素子２０は、半導体基体１内
にセンサ（受光部）２が形成され、この受光部２以外の
半導体基体１上には絶縁膜３を介して転送電極４が形成
されている。転送電極４上には層間絶縁膜５を介して遮
光膜６が形成され、この遮光膜６は転送電極４への光の
入射を防止する。また、遮光膜６には受光部２上に開口
が設けられて、受光部２に光が入射するようにしてい
る。また、前述の図７に示した例と同様に、遮光膜６を
覆って、遮光膜６による段差に対応した凹凸を表面に有
する例えばＢＰＳＧ（屈折率ｎ＝１．４〜１．５）等か
らなる層間絶縁層７が形成されている。
にセンサ（受光部）２が形成され、この受光部２以外の
半導体基体１上には絶縁膜３を介して転送電極４が形成
されている。転送電極４上には層間絶縁膜５を介して遮
光膜６が形成され、この遮光膜６は転送電極４への光の
入射を防止する。また、遮光膜６には受光部２上に開口
が設けられて、受光部２に光が入射するようにしてい
る。また、前述の図７に示した例と同様に、遮光膜６を
覆って、遮光膜６による段差に対応した凹凸を表面に有
する例えばＢＰＳＧ（屈折率ｎ＝１．４〜１．５）等か
らなる層間絶縁層７が形成されている。
【００２３】そして、本実施の形態においては、さらに
このＢＰＳＧ等からなる層間絶縁層７の受光部５上の部
分に井戸状の掘り込み構造２１が形成されて成る。井戸
状の掘り込み構造２１の周囲の部分は、前述の図７に示
した例と同様に、凹レンズ構造（いわゆる層内レンズ）
となっている。即ち、層内レンズ中央の底部に井戸状の
掘り込み構造２１が形成される。層間絶縁層７上には、
例えばＳｉＮ膜（屈折率ｎ＝１．９〜２．０）等による
高屈折率層８が形成されて、これらの２層７，８の界面
において光が屈折もしくは全反射する。この場合も、受
光部２上に集光させるために、層間絶縁層膜７の屈折率
よりも、上層の高屈折率層８の屈折率の方が大きくなる
ように調整されている。
このＢＰＳＧ等からなる層間絶縁層７の受光部５上の部
分に井戸状の掘り込み構造２１が形成されて成る。井戸
状の掘り込み構造２１の周囲の部分は、前述の図７に示
した例と同様に、凹レンズ構造（いわゆる層内レンズ）
となっている。即ち、層内レンズ中央の底部に井戸状の
掘り込み構造２１が形成される。層間絶縁層７上には、
例えばＳｉＮ膜（屈折率ｎ＝１．９〜２．０）等による
高屈折率層８が形成されて、これらの２層７，８の界面
において光が屈折もしくは全反射する。この場合も、受
光部２上に集光させるために、層間絶縁層膜７の屈折率
よりも、上層の高屈折率層８の屈折率の方が大きくなる
ように調整されている。
【００２４】さらに、本実施の形態においては、センサ
２上の井戸状の掘り込み構造２１の底部に臨む位置にエ
ッチングストッパ膜１２が形成されている。
２上の井戸状の掘り込み構造２１の底部に臨む位置にエ
ッチングストッパ膜１２が形成されている。
【００２５】このエッチングストッパ膜１２は、層間絶
縁層７とのエッチングの選択比が採れる材料によって形
成し、層間絶縁層７に井戸状の掘り込み構造２１を形成
するエッチングの際にエッチングを停止させる深さを一
定にする。これにより、井戸状の掘り込み構造（以下井
戸構造と称する）２１の深さｈ（図２参照）が一定の深
さに規制される。
縁層７とのエッチングの選択比が採れる材料によって形
成し、層間絶縁層７に井戸状の掘り込み構造２１を形成
するエッチングの際にエッチングを停止させる深さを一
定にする。これにより、井戸状の掘り込み構造（以下井
戸構造と称する）２１の深さｈ（図２参照）が一定の深
さに規制される。
【００２６】層間絶縁層７を例えば上述のようにＢＰＳ
Ｇにより形成する場合には、エッチングストッパ膜１２
を例えばＳｉＮによって形成することにより、充分なエ
ッチング選択比を有し、ここでエッチングを停止させる
ことができる。さらに、エッチングの際にセンサ２表面
にダメージを与えることがない。
Ｇにより形成する場合には、エッチングストッパ膜１２
を例えばＳｉＮによって形成することにより、充分なエ
ッチング選択比を有し、ここでエッチングを停止させる
ことができる。さらに、エッチングの際にセンサ２表面
にダメージを与えることがない。
【００２７】また、ＳｉＮ等入射光に対する反射率が低
い材料によりエッチングストッパ膜１２を形成したとき
には、エッチングストッパ膜１２に低反射膜としての機
能を兼ね備えることができる。
い材料によりエッチングストッパ膜１２を形成したとき
には、エッチングストッパ膜１２に低反射膜としての機
能を兼ね備えることができる。
【００２８】後は前述の例と同様に、高屈折率層８の上
面は平坦化され、パッシベーション膜９を介してカラー
フィルター１０が形成されている。さらにカラーフィル
ター１０上にはマイクロレンズ１１が形成されている。
面は平坦化され、パッシベーション膜９を介してカラー
フィルター１０が形成されている。さらにカラーフィル
ター１０上にはマイクロレンズ１１が形成されている。
【００２９】尚、井戸状の掘り込み構造２１の深さｈ
は、井戸構造２１の下方の絶縁膜３との間の距離が数１
００ｎｍ程度以下になるまで深く掘り込んで形成するこ
とが望ましい。従って、エッチングストッパ膜１２の膜
厚は、好ましくは数１００ｎｍ程度以下に形成する。
は、井戸構造２１の下方の絶縁膜３との間の距離が数１
００ｎｍ程度以下になるまで深く掘り込んで形成するこ
とが望ましい。従って、エッチングストッパ膜１２の膜
厚は、好ましくは数１００ｎｍ程度以下に形成する。
【００３０】また、井戸構造２１内に入射する光の入射
角を、井戸構造２１の側壁２１ａに対して極力大きい角
度とするために、図２に示すように、井戸構造２１のア
スペクト比即ち井戸構造２１の深さｈと基板面方向の幅
ｄの比ｈ／ｄをできるだけ大きくする必要がある。従っ
て、このとき井戸構造２１の基板面方向の幅ｄは、受光
部２上の遮光膜６の開口幅ｗよりも小さく形成するのが
望ましい。
角を、井戸構造２１の側壁２１ａに対して極力大きい角
度とするために、図２に示すように、井戸構造２１のア
スペクト比即ち井戸構造２１の深さｈと基板面方向の幅
ｄの比ｈ／ｄをできるだけ大きくする必要がある。従っ
て、このとき井戸構造２１の基板面方向の幅ｄは、受光
部２上の遮光膜６の開口幅ｗよりも小さく形成するのが
望ましい。
【００３１】上述のような高いアスペクト比ｈ／ｄで井
戸構造２１を形成した場合、井戸構造２１内に入射した
光は、アスペクト比ｈ／ｄが高いために、入射角度が井
戸構造２１の側壁２１ａに対して小さくなり、全反射を
起こしやすくなる。
戸構造２１を形成した場合、井戸構造２１内に入射した
光は、アスペクト比ｈ／ｄが高いために、入射角度が井
戸構造２１の側壁２１ａに対して小さくなり、全反射を
起こしやすくなる。
【００３２】また、一度、井戸構造２１の側壁２１ａで
全反射を起こした場合、井戸構造２１を構成する２層
７，８の材料の屈折率と井戸構造２１のアスペクト比ｈ
／ｄとを考慮に入れると、図２に示すように、側壁２１
ａで全反射を起こした入射光Ｌが井戸構造２１の底部２
１ｂに到達するまで全反射を繰り返すと考えられる。即
ち、井戸構造２１により一種の導波管を形成できること
になる。そして、井戸構造２１を受光部２近傍まで掘り
下げて形成することにより、井戸構造２１内に入射した
光を極力漏らすことなく受光部２に誘導することができ
る。
全反射を起こした場合、井戸構造２１を構成する２層
７，８の材料の屈折率と井戸構造２１のアスペクト比ｈ
／ｄとを考慮に入れると、図２に示すように、側壁２１
ａで全反射を起こした入射光Ｌが井戸構造２１の底部２
１ｂに到達するまで全反射を繰り返すと考えられる。即
ち、井戸構造２１により一種の導波管を形成できること
になる。そして、井戸構造２１を受光部２近傍まで掘り
下げて形成することにより、井戸構造２１内に入射した
光を極力漏らすことなく受光部２に誘導することができ
る。
【００３３】また、上述の全反射成分の増加により、層
間絶縁層７を透過して遮光膜６に入射する率が減少す
る。従って、遮光膜６に入射した光の反射に起因する感
度低下を抑制することができる。
間絶縁層７を透過して遮光膜６に入射する率が減少す
る。従って、遮光膜６に入射した光の反射に起因する感
度低下を抑制することができる。
【００３４】また、通常、層内レンズは、図８に図７の
構成における入射光の伝搬経路を示すように、本来は遮
光膜５６に入射するような入射光Ｌ2 を受光部５２上に
導く働きがある。
構成における入射光の伝搬経路を示すように、本来は遮
光膜５６に入射するような入射光Ｌ2 を受光部５２上に
導く働きがある。
【００３５】そして、図３に示すように、上述の実施の
形態における井戸構造２１は、遮光膜６に入射する入射
光Ｌ2 を受光部２に導くこともでき、上述の層内レンズ
の効果を損なわない。
形態における井戸構造２１は、遮光膜６に入射する入射
光Ｌ2 を受光部２に導くこともでき、上述の層内レンズ
の効果を損なわない。
【００３６】一方、図８において、層内レンズではレン
ズの凹面における全反射のために、センサに入射しない
光Ｌ3 があるが、上述の実施の形態によれば、そこの部
分に井戸構造２１の入口があるために、このような入射
光Ｌ3 が全反射せず井戸構造２１に入り込むことから、
層内レンズ構造と比較して受光部に入射する光量が増加
して、固体撮像素子の感度の向上が図られる。
ズの凹面における全反射のために、センサに入射しない
光Ｌ3 があるが、上述の実施の形態によれば、そこの部
分に井戸構造２１の入口があるために、このような入射
光Ｌ3 が全反射せず井戸構造２１に入り込むことから、
層内レンズ構造と比較して受光部に入射する光量が増加
して、固体撮像素子の感度の向上が図られる。
【００３７】尚、さらに感度を上げる場合には、井戸構
造２１の側壁に例えばＡｌ，Ｗ等の反射膜を形成すれ
ば、側壁を透過する成分をなくして感度を上げることが
できる。このような反射膜は、例えば全面に薄膜として
反射膜を形成した後、異方性エッチングを行うことによ
り、井戸構造の側壁のみに残して形成することができ
る。
造２１の側壁に例えばＡｌ，Ｗ等の反射膜を形成すれ
ば、側壁を透過する成分をなくして感度を上げることが
できる。このような反射膜は、例えば全面に薄膜として
反射膜を形成した後、異方性エッチングを行うことによ
り、井戸構造の側壁のみに残して形成することができ
る。
【００３８】上述の井戸構造２１は、次のようにして形
成することができる。まず、従来公知の方法により、半
導体基板１の内部に受光部２や電荷転送部、チャネルス
トップ領域等の各領域（図示せず）を形成するととも
に、半導体基板１の表面にゲート絶縁膜３、その上に転
送電極４、層間絶縁膜５、遮光膜６を順次形成した後、
受光部２上に対応する部分の遮光膜６に開口を形成す
る。
成することができる。まず、従来公知の方法により、半
導体基板１の内部に受光部２や電荷転送部、チャネルス
トップ領域等の各領域（図示せず）を形成するととも
に、半導体基板１の表面にゲート絶縁膜３、その上に転
送電極４、層間絶縁膜５、遮光膜６を順次形成した後、
受光部２上に対応する部分の遮光膜６に開口を形成す
る。
【００３９】次に、この受光部２上の遮光膜６の開口の
部分に、例えばＳｉＮ膜等のエッチングストッパ膜１２
を形成する。
部分に、例えばＳｉＮ膜等のエッチングストッパ膜１２
を形成する。
【００４０】続いて、遮光膜６及びエッチングストッパ
膜１２を覆って、全面的に例えばＢＰＳＧ膜（屈折率ｎ
＝１．４〜１．５）等の層間絶縁層７を堆積する。その
後、例えば熱処理により層間絶縁層７をリフローさせる
ことにより、遮光膜６による段差に対応した凹凸を表面
に有し、受光部２上に凹部が形成された層内レンズ形状
を作成する。
膜１２を覆って、全面的に例えばＢＰＳＧ膜（屈折率ｎ
＝１．４〜１．５）等の層間絶縁層７を堆積する。その
後、例えば熱処理により層間絶縁層７をリフローさせる
ことにより、遮光膜６による段差に対応した凹凸を表面
に有し、受光部２上に凹部が形成された層内レンズ形状
を作成する。
【００４１】図７の構造においては、この直後に、レン
ズ特性を得るために、層間絶縁層７よりも屈折率の大き
い材料、例えばシリコン窒化膜等を形成していた。これ
に対して、本実施の形態では、ここで層間絶縁層７に対
してパターニングを行い、リフローさせた層間絶縁層７
の凹凸の内、凹部の最も高さが低い部分に、異方性エッ
チングによって先に形成したエッチングストッパ膜１２
に達するまで垂直に掘り込み、エッチングストッパ膜１
２に底部が臨む井戸構造２１を形成する。
ズ特性を得るために、層間絶縁層７よりも屈折率の大き
い材料、例えばシリコン窒化膜等を形成していた。これ
に対して、本実施の形態では、ここで層間絶縁層７に対
してパターニングを行い、リフローさせた層間絶縁層７
の凹凸の内、凹部の最も高さが低い部分に、異方性エッ
チングによって先に形成したエッチングストッパ膜１２
に達するまで垂直に掘り込み、エッチングストッパ膜１
２に底部が臨む井戸構造２１を形成する。
【００４２】次に、井戸構造２１を埋めて層間絶縁層７
上に高屈折率層８を形成し、層内レンズの凹レンズ構造
を形成する。その後は、高屈折率層８の表面を平坦化し
て、パッシベーション膜９を介してカラーフィルタ１０
を形成する。さらに、カラーフィルタ１０の上に、マイ
クロレンズ１１の材料からなる層を形成し、リフローを
行ってマイクロレンズ１１のレンズ形状に整える。この
ようにして図１に示す固体撮像素子２０の構造を形成す
ることができる。
上に高屈折率層８を形成し、層内レンズの凹レンズ構造
を形成する。その後は、高屈折率層８の表面を平坦化し
て、パッシベーション膜９を介してカラーフィルタ１０
を形成する。さらに、カラーフィルタ１０の上に、マイ
クロレンズ１１の材料からなる層を形成し、リフローを
行ってマイクロレンズ１１のレンズ形状に整える。この
ようにして図１に示す固体撮像素子２０の構造を形成す
ることができる。
【００４３】次に、本発明の固体撮像素子の他の実施の
形態の１画素に対応する素子の断面図を図４に示す。こ
の固体撮像素子３０では特に、井戸構造２１の内部を含
んで、層間絶縁層７の表面にパッシベーション膜９が形
成され、このパッシベーション膜９上に高屈折率層８が
形成されて成る。高屈折率層８の上には、直接カラーフ
ィルタ１０が形成されている。
形態の１画素に対応する素子の断面図を図４に示す。こ
の固体撮像素子３０では特に、井戸構造２１の内部を含
んで、層間絶縁層７の表面にパッシベーション膜９が形
成され、このパッシベーション膜９上に高屈折率層８が
形成されて成る。高屈折率層８の上には、直接カラーフ
ィルタ１０が形成されている。
【００４４】層内凸レンズ構造を構成する高屈折率層８
には、例えば先の実施の形態で挙げたＳｉＮの他に、例
えばポリイミド系樹脂等の熱溶融性透明樹脂を用いるこ
とができる。
には、例えば先の実施の形態で挙げたＳｉＮの他に、例
えばポリイミド系樹脂等の熱溶融性透明樹脂を用いるこ
とができる。
【００４５】このような熱溶融性透明樹脂によって高屈
折率層８を構成する場合には、例えばスピンコート等の
塗布法により高屈折率層８を形成することができる。ま
た、スピンコートにより形成することにより、同時に高
屈折率層８表面の平坦化を容易に行うことができる。従
って高屈折率層８上に直接カラーフィルター１０を形成
することが可能になる。
折率層８を構成する場合には、例えばスピンコート等の
塗布法により高屈折率層８を形成することができる。ま
た、スピンコートにより形成することにより、同時に高
屈折率層８表面の平坦化を容易に行うことができる。従
って高屈折率層８上に直接カラーフィルター１０を形成
することが可能になる。
【００４６】そして、このような樹脂は、層間絶縁層７
を前述のように例えばＢＰＳＧ等により形成していると
きには、層間絶縁層７上に直接形成すると良好な成膜が
難しくなる。そこで、例えばプラズマにより形成したＳ
ｉＮ膜から成るパッシベーション膜９を、井戸構造２１
内を含んで層間絶縁層７上に形成しておいて、その上に
樹脂から成る高屈折率層８を形成する。このようにパッ
シベーション膜９を介して樹脂から成る高屈折率層８を
形成することにより、高屈折率層８を容易に良好な成膜
状態で形成することが可能となる。
を前述のように例えばＢＰＳＧ等により形成していると
きには、層間絶縁層７上に直接形成すると良好な成膜が
難しくなる。そこで、例えばプラズマにより形成したＳ
ｉＮ膜から成るパッシベーション膜９を、井戸構造２１
内を含んで層間絶縁層７上に形成しておいて、その上に
樹脂から成る高屈折率層８を形成する。このようにパッ
シベーション膜９を介して樹脂から成る高屈折率層８を
形成することにより、高屈折率層８を容易に良好な成膜
状態で形成することが可能となる。
【００４７】その他の構成は、先の図１に示した実施の
形態の固体撮像素子２０と同様であるので、同一符号を
付して重複説明を省略する。
形態の固体撮像素子２０と同様であるので、同一符号を
付して重複説明を省略する。
【００４８】上述の各実施の形態の固体撮像素子２０，
３０においては、井戸構造２１の底部に臨むエッチング
ストッパ膜１２が形成された構成を採ることにより、層
間絶縁層の異方性エッチングの均一性を向上させること
ができ、井戸構造２１の深さの再現性を向上させること
ができる。従って、井戸構造２１の深さｈを各画素や半
導体ウエハ内の各位置においてばらつきをなくして均一
にすることができ、その結果良好な特性の固体撮像素子
２０，３０を得ることができる。
３０においては、井戸構造２１の底部に臨むエッチング
ストッパ膜１２が形成された構成を採ることにより、層
間絶縁層の異方性エッチングの均一性を向上させること
ができ、井戸構造２１の深さの再現性を向上させること
ができる。従って、井戸構造２１の深さｈを各画素や半
導体ウエハ内の各位置においてばらつきをなくして均一
にすることができ、その結果良好な特性の固体撮像素子
２０，３０を得ることができる。
【００４９】一方、各画素毎において或いは半導体ウエ
ハ内の位置において、井戸構造２１の深さに少々ばらつ
きがあっても、このばらつきによって生じる固体撮像素
子の諸特性への影響が、固体撮像素子全体に要求される
条件を充分満たす程度にとどまる場合には、必ずしも井
戸構造２１の深さを均一にしなくてもよい。この場合に
は、エッチングストッパ膜１２を省略することが可能と
なる。
ハ内の位置において、井戸構造２１の深さに少々ばらつ
きがあっても、このばらつきによって生じる固体撮像素
子の諸特性への影響が、固体撮像素子全体に要求される
条件を充分満たす程度にとどまる場合には、必ずしも井
戸構造２１の深さを均一にしなくてもよい。この場合に
は、エッチングストッパ膜１２を省略することが可能と
なる。
【００５０】この場合の固体撮像素子の構成を図５に示
す。図５に示すように、この固体撮像素子４１では、井
戸構造２１の底部と絶縁膜３との間に層間絶縁層７が残
っている。
す。図５に示すように、この固体撮像素子４１では、井
戸構造２１の底部と絶縁膜３との間に層間絶縁層７が残
っている。
【００５１】そして、この層間絶縁層７の厚さにより、
固体撮像素子の各画素における特性が影響される。好ま
しくは、井戸構造２１の底部と絶縁膜３との間に残る層
間絶縁層７の厚さが１００ｎｍ程度以下になるように異
方性エッチングを行って井戸構造２１を形成する。
固体撮像素子の各画素における特性が影響される。好ま
しくは、井戸構造２１の底部と絶縁膜３との間に残る層
間絶縁層７の厚さが１００ｎｍ程度以下になるように異
方性エッチングを行って井戸構造２１を形成する。
【００５２】また、このエッチングストッパ膜１２を省
略した図５の構成に対して、図４に示した実施の形態と
同様に層間絶縁層７表面にパッシベーション膜９を形成
した構成の固体撮像素子４２を図６に示す。この場合も
先の図４に示した固体撮像素子３０と同様に、パッシベ
ーション膜９を介することにより、樹脂から成る高屈折
率層８を良好な成膜状態で形成することができる。
略した図５の構成に対して、図４に示した実施の形態と
同様に層間絶縁層７表面にパッシベーション膜９を形成
した構成の固体撮像素子４２を図６に示す。この場合も
先の図４に示した固体撮像素子３０と同様に、パッシベ
ーション膜９を介することにより、樹脂から成る高屈折
率層８を良好な成膜状態で形成することができる。
【００５３】尚、この図６の構成では、井戸構造２１を
センサ２上の絶縁膜３にほぼ達する程度に形成してい
る。このような構成でパッシベーション膜９に前述のプ
ラズマによるＳｉＮ膜を用いることにより、パッシベー
ション膜９を低反射膜として機能させることも可能にな
る。
センサ２上の絶縁膜３にほぼ達する程度に形成してい
る。このような構成でパッシベーション膜９に前述のプ
ラズマによるＳｉＮ膜を用いることにより、パッシベー
ション膜９を低反射膜として機能させることも可能にな
る。
【００５４】本発明の固体撮像素子及びその製造方法
は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得
る。
は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得
る。
【００５５】
【発明の効果】上述の本発明による固体撮像素子によれ
ば、センサ開口上に凹レンズ構造を設けた固体撮像素子
において、凹レンズ底部に井戸状の掘り込み構造を設け
ることにより、凹レンズ底部での全反射を防ぎ、凹レン
ズ底部に入射した光を受光部に導くことができるため、
受光量を増加させることができ、感度を向上させること
ができる。
ば、センサ開口上に凹レンズ構造を設けた固体撮像素子
において、凹レンズ底部に井戸状の掘り込み構造を設け
ることにより、凹レンズ底部での全反射を防ぎ、凹レン
ズ底部に入射した光を受光部に導くことができるため、
受光量を増加させることができ、感度を向上させること
ができる。
【００５６】また、井戸状の掘り込み構造の底部に臨ん
でエッチングストッパ膜を設けることにより、層間絶縁
層に掘り込み構造を形成する異方性エッチングにおい
て、センサ表面にダメージを与えることがなく、しかも
エッチングの均一性を向上させて掘り込み構造の深さの
再現性を向上させることができる。従って、掘り込み構
造の深さを各画素やウエハ内の各位置においてばらつき
をなくして均一にすることができ、良好な特性の固体撮
像素子を得ることができる。
でエッチングストッパ膜を設けることにより、層間絶縁
層に掘り込み構造を形成する異方性エッチングにおい
て、センサ表面にダメージを与えることがなく、しかも
エッチングの均一性を向上させて掘り込み構造の深さの
再現性を向上させることができる。従って、掘り込み構
造の深さを各画素やウエハ内の各位置においてばらつき
をなくして均一にすることができ、良好な特性の固体撮
像素子を得ることができる。
【００５７】また、上述の本発明によれば、井戸状の掘
り込み構造内を含んで、層間絶縁層の表面にパッシベー
ション膜を形成してその上に高屈折率材料層を形成する
ことにより、層間絶縁層上に良好な成膜状態で高屈折率
材料層を形成することができる。
り込み構造内を含んで、層間絶縁層の表面にパッシベー
ション膜を形成してその上に高屈折率材料層を形成する
ことにより、層間絶縁層上に良好な成膜状態で高屈折率
材料層を形成することができる。
【００５８】上述の本発明の固体撮像素子の製造方法に
よれば、エッチングストッパ膜を形成する工程と、層間
絶縁層にこのエッチングストッパ膜まで達するエッチン
グを行って井戸状の掘り込み構造を形成する工程を有す
るので、堀り込み構造を各画素やウエハ内の各位置にお
いてばらつきがないように一定の深さに形成することが
できる。これにより特性のばらつきの少ない固体撮像素
子を製造することができる。
よれば、エッチングストッパ膜を形成する工程と、層間
絶縁層にこのエッチングストッパ膜まで達するエッチン
グを行って井戸状の掘り込み構造を形成する工程を有す
るので、堀り込み構造を各画素やウエハ内の各位置にお
いてばらつきがないように一定の深さに形成することが
できる。これにより特性のばらつきの少ない固体撮像素
子を製造することができる。
【図１】本発明による固体撮像素子の一実施の形態の概
略構成図（一画素の断面図）である。
略構成図（一画素の断面図）である。
【図２】図１における井戸構造を説明する図である。
【図３】図１の固体撮像素子における入射光の伝搬経路
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明による固体撮像素子の他の実施の形態の
概略構成図（一画素の断面図）である。
概略構成図（一画素の断面図）である。
【図５】エッチングストッパ膜を省略した構成の固体撮
像素子の概略構成図（一画素の断面図）である。
像素子の概略構成図（一画素の断面図）である。
【図６】エッチングストッパ膜を省略した構成の他の固
体撮像素子の概略構成図（一画素の断面図）である。
体撮像素子の概略構成図（一画素の断面図）である。
【図７】層内レンズを形成した固体撮像素子の一例の概
略構成図（一画素の断面図）である。
略構成図（一画素の断面図）である。
【図８】図７の固体撮像素子における入射光の伝搬経路
を示す図である。
を示す図である。
１ 半導体基体、２ 受光部（センサ）、３ 絶縁膜、
４ 転送電極、５ 層間絶縁膜、６ 遮光膜、７ 層間
絶縁層、８ 高屈折率層、９ パッシベーション膜、１
０ カラーフィルター、１１ マイクロレンズ、１２
エッチングストッパ膜、２０，３０，４１，４２ 固体
撮像素子、２１ 井戸構造、５０ 固体撮像素子、５１
半導体基体、５２ 受光部（センサ）、５３ 絶縁
膜、５４ 転送電極、５５ 層間絶縁膜、５６ 遮光
膜、５７ ＢＰＳＧ膜、５８ 高屈折率層、５９ パッ
シベーション膜、６０ カラーフィルター、６１ マイ
クロレンズ、Ｌ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 入射光、ｄ 井戸
構造の幅、ｈ 井戸構造の高さ、ｗ 遮光膜の開口の幅
４ 転送電極、５ 層間絶縁膜、６ 遮光膜、７ 層間
絶縁層、８ 高屈折率層、９ パッシベーション膜、１
０ カラーフィルター、１１ マイクロレンズ、１２
エッチングストッパ膜、２０，３０，４１，４２ 固体
撮像素子、２１ 井戸構造、５０ 固体撮像素子、５１
半導体基体、５２ 受光部（センサ）、５３ 絶縁
膜、５４ 転送電極、５５ 層間絶縁膜、５６ 遮光
膜、５７ ＢＰＳＧ膜、５８ 高屈折率層、５９ パッ
シベーション膜、６０ カラーフィルター、６１ マイ
クロレンズ、Ｌ，Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 入射光、ｄ 井戸
構造の幅、ｈ 井戸構造の高さ、ｗ 遮光膜の開口の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA01 AA06 AB01 BA09 CA02 CA34 EA14 FA06 FA33 GA07 GA08 GA09 GB03 GB07 GC07 GD04 GD07 GD08 5C022 AA00 AB68 AC42 AC54 AC55 5C024 AA01 EA04 EA08 FA01 FA17 FA18
Claims (5)
- 【請求項１】 センサ開口から最表面層の間に凹レンズ
構造を有する層が設けられた固体撮像素子において、 上記凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られ、 上記掘り込み構造の底部に臨んでエッチングストッパ膜
が形成されて成ることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 上記エッチングストッパ膜は低反射膜の
機能を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮
像素子。 - 【請求項３】 センサ開口から最表面層の間に凹レンズ
構造を有する層が設けられた固体撮像素子において、 上記凹レンズ構造の底部に井戸状の掘り込み構造が設け
られ、 上記井戸状の掘り込み構造内を含んで、上記凹レンズ構
造下に形成された層間絶縁層の表面にパッシベーション
膜が形成され、 上記パッシベーション膜上に上記凹レンズ構造を構成す
る高屈折率材料層が形成されて成ることを特徴とする固
体撮像素子。 - 【請求項４】 上記高屈折率材料層は樹脂から成ること
を特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。 - 【請求項５】 センサ上にエッチングストッパ膜を形成
する工程と、 上記センサに対応する表面に凹面を有する層間絶縁層を
形成する工程と、 上記層間絶縁層に上記エッチングストッパ膜まで達する
エッチングを行って井戸状の掘り込み構造を形成する工
程と、 上記井戸状の掘り込み構造を高屈折率材料層により埋め
て凹レンズ構造を形成する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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32088598A JP4281132B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 固体撮像素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32088598A JP4281132B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150845A true JP2000150845A (ja) | 2000-05-30 |
| JP4281132B2 JP4281132B2 (ja) | 2009-06-17 |
Family
ID=18126359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32088598A Expired - Fee Related JP4281132B2 (ja) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | 固体撮像素子 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP4281132B2 (ja) |
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