JP2006286873A

JP2006286873A - Solid-state image pickup element and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP2006286873A
Application number: JP2005103890A
Authority: JP
Inventors: Hideyasu Hanaoka; 秀安花岡
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-sensitivity solid-state image pickup element by improving light collecting efficiency, and to provide a method of manufacturing the high-sensitivity solid-state image pickup element which can be easily manufactured. <P>SOLUTION: The solid-state image pickup element is provided with an image pickup section provided with a photoelectric converter formed on a semiconductor substrate, and a charge transfer for transferring charges generated in the photoelectric conversion section; a passivation film formed on the image pickup section via a planarized film; and an intra-layer lens. In this solid-state image pickup element, the intra-layer lens 21 is formed in the passivation film 20. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に係り、特に固体撮像素子の高感度化に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to increasing the sensitivity of a solid-state imaging device.

エリアセンサ等の撮像デバイスであるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。 A solid-state imaging device using a CCD, which is an imaging device such as an area sensor, has, as a basic structure, a photoelectric conversion unit such as a photodiode, a charge readout unit from the photoelectric conversion unit, and a charge transfer for transferring the readout charge. And a charge transfer portion including an electrode. A plurality of these charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer channel formed on the surface of the semiconductor substrate, and are sequentially driven by a clock signal.

近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になってきている。 In recent years, in a solid-state imaging device, pixel miniaturization has progressed due to an increase in the number of imaging pixels. Along with this, miniaturization of the photoelectric conversion unit has progressed and it has become difficult to maintain high sensitivity.

そこで、固体撮像素子表面に到達した光を効率よく光電変換部に集光するために集光レンズを形成する方法がある。 Therefore, there is a method of forming a condensing lens in order to efficiently condense light reaching the surface of the solid-state imaging device onto the photoelectric conversion unit.

そのひとつに例えば、図７に示すように光電変換部を構成するフォトダイオード部３０の直上位置の平坦化層１０上にパッシベーション膜２０を形成し、この上層に層内レンズ２１を形成し、さらにその上層に平坦化膜２２、カラーフィルタ５０、平坦化膜７０、オンチップレンズ６０と順次形成した構造が提案されている（特許文献１）。 For example, as shown in FIG. 7, a passivation film 20 is formed on the planarizing layer 10 immediately above the photodiode part 30 constituting the photoelectric conversion part, and an intralayer lens 21 is formed thereon, and A structure in which a planarizing film 22, a color filter 50, a planarizing film 70, and an on-chip lens 60 are sequentially formed as an upper layer is proposed (Patent Document 1).

この構造では図８（ａ）および（ｂ）にその製造工程を示すように、パッシベーション膜２０上にさらに層内レンズ２１となるレンズ基体を積層し、レジストパターンＲ０をマスクとしてエッチバックすることにより、パッシベーション膜２０上にさらに層内レンズ２１が積層された構造を形成する。 In this structure, as shown in FIGS. 8A and 8B, the lens substrate to be the inner lens 21 is further laminated on the passivation film 20, and etched back using the resist pattern R0 as a mask. Then, a structure in which an inner lens 21 is further laminated on the passivation film 20 is formed.

この構造では、電荷転送部によって形成される表面の凹凸を平坦化するために平坦化膜の膜厚は大きく、さらにその上層に、層内レンズ、平坦化膜、カラーフィルタ、平坦化膜、オンチップレンズと形成されるため、オンチップレンズから光電変換部までの距離が長く、感度が低下するという問題がある。 In this structure, the film thickness of the planarizing film is large in order to planarize the unevenness of the surface formed by the charge transfer unit, and further, an inner lens, planarizing film, color filter, planarizing film, Since the chip lens is formed, there is a problem that the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit is long and the sensitivity is lowered.

特開平１１−４０７８７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-40787

上述したように、従来の構造では、オンチップレンズから光電変換部までの距離が長く、十分な感度を得ることができないという問題があった。 As described above, the conventional structure has a problem that the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit is long and sufficient sensitivity cannot be obtained.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、集光効率の向上をはかり、高感度の固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で高感度の固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to improve the light collection efficiency and to provide a highly sensitive solid-state imaging device.
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that is easy to manufacture and has high sensitivity.

そこで本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部と、前記撮像部上に、平坦化膜を介して形成されたパッシベーション膜と、層内レンズとを具備した固体撮像素子であって、前記層内レンズが、前記パッシベーション膜中に形成されたことを特徴とする。 Accordingly, a solid-state imaging device according to the present invention includes an imaging unit including a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit, and a flat surface on the imaging unit. A solid-state imaging device comprising a passivation film formed through a fluorinated film and an in-layer lens, wherein the in-layer lens is formed in the passivation film.

この構成により、従来パッシベーション膜上に形成されていた層内レンズをパッシベーション膜中に形成することにより、パッシベーション膜の膜厚分、光電変換部からの高さを低くすることができる。さらにまた表面の平坦化をはかることができるため、この上層の平坦化膜を薄く形成することができる。したがってオンチップレンズから光電変換部までの距離が大きく低減され、光の減衰を低減でき、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。なお、この層内レンズはパッシベーション膜と同一工程で一体的に形成される。 With this configuration, by forming the inner lens formed on the passivation film in the passivation film, the height from the photoelectric conversion portion can be reduced by the thickness of the passivation film. Furthermore, since the surface can be flattened, the upper flattening film can be formed thin. Therefore, the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit is greatly reduced, light attenuation can be reduced, and high sensitivity of the solid-state imaging device can be achieved. This intra-layer lens is integrally formed in the same process as the passivation film.

また本発明の固体撮像素子は、前記層内レンズの周りが、前記層内レンズのレンズ軸上の高さとほぼ同一高さとなるように形成されたものを含む。
この構成により、パッシベーション膜の膜厚分だけ光電変換部までの距離が低減され、光の減衰を低減でき、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。 In addition, the solid-state imaging device of the present invention includes a solid-state imaging device formed so that the circumference of the inner lens is substantially the same as the height on the lens axis of the inner lens.
With this configuration, the distance to the photoelectric conversion unit is reduced by the thickness of the passivation film, light attenuation can be reduced, and high sensitivity of the solid-state imaging device can be achieved.

また本発明の固体撮像素子は、前記パッシベーション膜および前記層内レンズは、窒化シリコン膜で構成されたものを含む。
この構成により、パッシベーション性も高く、光電変換部上では層内レンズがパッシベーション膜としての役割を果たすため、信頼性が向上する。 In the solid-state imaging device of the present invention, the passivation film and the intralayer lens include a silicon nitride film.
With this configuration, the passivation property is also high, and the intralayer lens plays a role as a passivation film on the photoelectric conversion portion, so that the reliability is improved.

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、前記撮像部上に平坦化膜を形成する工程と、前記平坦化膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、前記パッシベーション膜のレンズ形成面に溝部を形成する工程と、前記溝部の形成されたパッシベーション膜上にレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをリフローする工程と、レジストエッチバックにより層内レンズを形成する工程とを含む。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a solid-state imaging device, the step of forming an imaging unit including a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit on a semiconductor substrate; A step of forming a planarizing film on the imaging unit; a step of forming a passivation film on the planarizing film; a step of forming a groove on a lens forming surface of the passivation film; and a passivation film in which the groove is formed A step of forming a resist pattern thereon, a step of reflowing the resist pattern, and a step of forming an in-layer lens by resist etchback.

この構成によれば、溝部を形成する工程を付加するのみで、層内レンズをパッシベーション膜内に効率よく形成することができ、オンチップレンズから光電変換部までの距離が大きく低減され、光の減衰を低減でき、容易に高感度化を図ることが可能となる。 According to this configuration, the intra-layer lens can be efficiently formed in the passivation film only by adding the step of forming the groove, the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit is greatly reduced, and the light Attenuation can be reduced, and high sensitivity can be easily achieved.

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記平坦化膜を形成する工程が、無機絶縁膜を形成する工程と、リフロー工程により平坦化する工程と、平坦化された無機絶縁膜をエッチングして、表面レベルを下げる工程とを含む。
この構成によれば、平坦化後に平坦化膜をエッチングすることによって高さを低くすることができる。 Further, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the step of forming the flattening film includes a step of forming an inorganic insulating film, a step of flattening by a reflow process, and etching the flattened inorganic insulating film. And lowering the surface level.
According to this configuration, the height can be reduced by etching the planarization film after planarization.

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記無機絶縁膜を形成する工程が、ＢＰＳＧ膜を形成する工程を含む。
この構成によれば良好に平坦化がなされ、より全体の高さを低減することができる。さらにまたこのＢＰＳＧ膜の形成に先立ち、プラズマＣＶＤ法で酸化シリコンまたは窒化シリコンを形成しておくことにより、ＢＰＳＧ膜から遮光膜への不純物の拡散を防止することができる。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of forming the inorganic insulating film includes a step of forming a BPSG film.
According to this configuration, flattening can be satisfactorily performed, and the overall height can be further reduced. Furthermore, by forming silicon oxide or silicon nitride by plasma CVD prior to the formation of this BPSG film, it is possible to prevent diffusion of impurities from the BPSG film to the light shielding film.

また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記層内レンズ上にさらに有機物などからなる平坦化膜を介してカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成する工程を含む。
この構成によれば、容易に高感度の固体撮像素子を形成することができる。 The method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention further includes a step of forming a color filter and a microlens on the inner lens through a planarizing film made of an organic substance or the like.
According to this configuration, a highly sensitive solid-state imaging device can be easily formed.

また平坦化膜を、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜または有機膜との積層膜で構成しても良い。
この構成により、より集光率を高めることができる。 Further, the planarizing film may be formed of a stacked film of a silicon nitride film and a silicon oxide film or an organic film.
With this configuration, the light collection rate can be further increased.

以上説明したように、本発明では、層内レンズをパッシベーション膜内に形成することにより、光電変換部であるフォトダイオードまでの距離を低減することができ、高感度化をはかることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、層内レンズの形成に先立ち、パッシベーション膜に溝を形成するのみで、極めて容易にレンズを形成することができ、高感度の固体撮像素子を作業性よく形成することができる。 As described above, in the present invention, by forming the inner lens in the passivation film, it is possible to reduce the distance to the photodiode which is the photoelectric conversion portion, and it is possible to achieve high sensitivity.
In addition, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, it is possible to form a lens very easily only by forming a groove in the passivation film prior to the formation of the in-layer lens. It can be formed with good workability.

次に本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は固体撮像素子の要部を示す断面図、図２は撮像領域の要部平面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面である。この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード部３０上に、平坦化膜を介して形成される層内レンズ２１がパッシベーション膜２０中に形成され、この層内レンズの周りでパッシベーション膜が層内レンズのレンズ軸上の高さとほぼ同一高さとなるように形成されたことを特徴とする。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main part of the solid-state image sensor, and FIG. 2 is a plan view of the main part of the imaging area. 1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In this solid-state imaging device, an intra-layer lens 21 formed through a planarization film is formed in a passivation film 20 on a photodiode unit 30 as a photoelectric conversion unit, and a passivation film is formed around the intra-layer lens. The in-layer lens is formed so as to have almost the same height as the height on the lens axis.

固体撮像素子の撮像部の上方には、酸化シリコン膜を介して形成されたＢＰＳＧ膜からなる第１の平坦化層１０を介して、上述したパッシベーション膜２０および層内レンズ２１が形成されており、さらにこの上層に第２の平坦化層２２、カラーフィルタ５０、第３の平坦化層７０、マイクロレンズ６０が順次積層して設けられる。 Above the imaging unit of the solid-state imaging device, the passivation film 20 and the intralayer lens 21 described above are formed via the first planarization layer 10 made of a BPSG film formed via a silicon oxide film. Further, the second planarizing layer 22, the color filter 50, the third planarizing layer 70, and the microlens 60 are sequentially stacked on the upper layer.

すなわち、この固体撮像素子は、図１に示すように、シリコン基板１に形成され、ｐｎ接合を有するフォトダイオード部３０と、ゲート酸化膜２上に形成された電荷転送電極３を備え、フォトダイオード部３０で生起された電荷を転送する電荷転送部４０とを具備している。 That is, as shown in FIG. 1, this solid-state imaging device includes a photodiode portion 30 formed on a silicon substrate 1 and having a pn junction, and a charge transfer electrode 3 formed on the gate oxide film 2. And a charge transfer unit 40 for transferring charges generated in the unit 30.

この固体撮像素子の撮像部は、図２に概略平面図を示すように、半導体基板上に複数のフォトダイオード部３０とフォトダイオード部３０で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード部３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送部４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。 As shown in the schematic plan view of FIG. 2, the solid-state imaging device has an imaging unit including a plurality of photodiode units 30 and a charge transfer unit 40 for transferring signal charges detected by the photodiode units 30 on a semiconductor substrate. In addition, a meandering shape is formed between the photodiode portions 30. The charge transfer channel through which the signal charge transferred by the charge transfer unit 40 moves is not shown in FIG. 2, but is formed to have a meandering shape in a direction intersecting with the direction in which the charge transfer unit 40 extends. Is done.

またシリコン基板１内にはｐウェル１２が形成され、このウェル内にｎ型不純物領域３１と、ｐ型不純物領域３２とでフォトダイオードが形成されている。 A p-well 12 is formed in the silicon substrate 1, and a photodiode is formed by an n-type impurity region 31 and a p-type impurity region 32 in the well.

そしてこの電荷転送電極３の上層には酸化シリコン膜からなる絶縁膜４を介して窒化シリコン膜からなる反射防止膜５が形成されている。そしてこの上層はスパッタリング法により形成されたチタンナイトライド層を介して、フォトダイオード部３０の受光領域に開口を有する遮光層６としてのタングステン薄膜が形成されている。 An antireflection film 5 made of a silicon nitride film is formed on the charge transfer electrode 3 via an insulating film 4 made of a silicon oxide film. The upper layer is formed with a tungsten thin film as a light shielding layer 6 having an opening in the light receiving region of the photodiode portion 30 through a titanium nitride layer formed by sputtering.

次にこの固体撮像素子の製造工程について簡単に説明する。
フォトダイオードと電荷転送部については説明を省略するが通例の方法で形成される。
そして図３（ａ）に示すように、フォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板１の表面にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、ＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜（１０）を形成する。 Next, the manufacturing process of this solid-state imaging device will be briefly described.
The photodiode and the charge transfer unit are formed by a usual method although the explanation is omitted.
Then, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film (not shown) is formed by plasma CVD on the surface of the substrate 1 on which the photodiode and the charge transfer electrode are formed. A BPSG film (10) is formed.

この後、図３（ｂ）に示すように、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱し、ＢＰＳＧ膜をリフローすることにより、平坦化し、第１の平坦化層１０を得る。 Then, as shown in FIG.3 (b), it heats at 800-850 degreeC by furnace annealing, reflows the BPSG film | membrane, planarizes, and the 1st planarization layer 10 is obtained.

そしてこの上層に、図３（ｃ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜２０および層内レンズ２１となる膜厚０．２０μｍ程度の窒化シリコン膜を形成する。 Then, as shown in FIG. 3C, a silicon nitride film having a thickness of about 0.20 μm to be the passivation film 20 and the intralayer lens 21 is formed on this upper layer as shown in FIG.

さらにこの上層に、図４（ａ）に示すように、フォトリソグラフィによりパターニングすることにより溝部を形成するためのレジストパターンＲ１を形成し、これをマスクとして異方性エッチング（ＲＩＥ）によりこの窒化シリコン膜をエッチングし図４（ｂ）に示すように、トレンチＴ形成する。 Further, as shown in FIG. 4A, a resist pattern R1 for forming a groove is formed on the upper layer by patterning by photolithography, and this silicon nitride is formed by anisotropic etching (RIE) using this as a mask. The film is etched to form a trench T as shown in FIG.

この後、図４（ｃ）に示すように、再度レジストを塗布し、フォトリソグラフィによりレンズ形成のためのレジストパターンＲ２を形成する。
そして、例えば１２０〜１４０℃の熱処理を施してリフローさせ、表面張力によってレジストパターンＲ２の角部を丸めて、凸状の層内レンズに好適な球面形状を形成し、その後、冷却して硬化する（図４（ｄ））。 Thereafter, as shown in FIG. 4C, a resist is applied again, and a resist pattern R2 for forming a lens is formed by photolithography.
Then, for example, a heat treatment at 120 to 140 ° C. is performed to reflow, the corners of the resist pattern R2 are rounded by surface tension to form a spherical shape suitable for a convex in-layer lens, and then cooled and cured. (FIG. 4 (d)).

そして、このレジストパターンＲ２をマスクとして、ドライエッチング（エッチング条件例：ＣＦ_４／Ａｒ／Ｈｅ／Ｏ_２＝７５／５００／２００／４０ｓｃｃｍ、圧力７０Ｐａ、ＲＦパワー９００Ｗ、基板を載置するステージ温度８０℃に設定）を行い、上記レジストパターンＲ２の球面形状と同じ曲率の球面形状をもつ窒化シリコン膜からなる層内レンズ２１が、パッシベーション膜２０内に形成されることになる（図４（ｅ））。 Then, using this resist pattern R2 as a mask, dry etching (etching condition example: CF ₄ / Ar / He / O ₂ = 75/500/200/40 sccm, pressure 70 Pa, RF power 900 W, stage temperature 80 for placing the substrate) The inner lens 21 made of a silicon nitride film having a spherical shape with the same curvature as the spherical shape of the resist pattern R2 is formed in the passivation film 20 (FIG. 4E). ).

この後、通例の方法により、酸化シリコン膜（図示せず）を介して有機膜からなる第２の平坦化膜２２、順次Ｒ，Ｇ，Ｂの３色が並置されたカラーフィルタ５０、有機膜からなる第３の平坦化膜７０、レジストで形成された凸状のマイクロレンズ６０が形成され、図１に示した固体撮像素子が形成される。 Thereafter, by a usual method, a second planarizing film 22 made of an organic film through a silicon oxide film (not shown), a color filter 50 in which three colors of R, G, and B are juxtaposed sequentially, an organic film A third planarizing film 70 made of the above and a convex microlens 60 made of a resist are formed, and the solid-state imaging device shown in FIG. 1 is formed.

本実施の形態によれば、従来パッシベーション膜上に形成されていた層内レンズをパッシベーション膜中に形成することにより、パッシベーション膜の膜厚である０．１５μｍ分、光電変換部からの高さを低くすることができ、さらに表面の平坦化をはかることができる。この上層の平坦化膜を薄く形成することができ、オンチップレンズから光電変換部までの距離を大幅に低減し、集光効率を高めることができるため、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。
また、パッシベーション膜の形成後に層内レンズの外枠に対応する領域に、溝部Ｔを形成する工程を付加したのみで工数を増大することなく、層内レンズをパッシベーション膜中に形成することができ、極めて容易に高感度の固体撮像素子を形成することができる。 According to the present embodiment, by forming the inner lens formed on the passivation film in the passivation film, the height from the photoelectric conversion unit is 0.15 μm which is the thickness of the passivation film. It can be lowered and the surface can be flattened. The upper planarization film can be formed thinly, the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit can be greatly reduced, and the light collection efficiency can be increased. Can do.
Further, the inner lens can be formed in the passivation film without increasing the number of steps by adding the step of forming the groove T in the region corresponding to the outer frame of the inner lens after the formation of the passivation film. Thus, a highly sensitive solid-state imaging device can be formed very easily.

（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態では、前記実施の形態１において説明したように、図５に示すように撮像部上に形成する第１の平坦化膜を平坦化後、エッチバックし、薄くし、さらにオンチップレンズであるマイクロレンズ６０からフォトダイオード部３０までの距離を低減したことを特徴とするものである。他部については実施の形態１と同様に形成する。ここで層内レンズがパッシベーション膜を構成する窒化シリコン膜で構成されているため、パッシベーション効果が十分に高く、平坦化膜を最小限に薄く形成することができる。 (Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the present embodiment, as described in the first embodiment, as shown in FIG. 5, the first flattening film formed on the imaging portion is flattened, etched back, thinned, and further on-chip. The distance from the microlens 60 which is a lens to the photodiode unit 30 is reduced. Other portions are formed in the same manner as in the first embodiment. Here, since the inner lens is composed of a silicon nitride film constituting the passivation film, the passivation effect is sufficiently high, and the planarization film can be formed as thin as possible.

製造に際しては、図３（ａ）乃至（ｃ）に示した平坦化膜１０の形成工程を、図６（ａ）乃至（ｄ）に示すように変更したもので、平坦化後エッチバックを行い、膜厚を１．５μｍから１．０μｍ程度に縮減する工程図６（ｃ）を付加している。 In manufacturing, the flattening film 10 forming process shown in FIGS. 3A to 3C is changed as shown in FIGS. 6A to 6D, and etching back is performed after the flattening. FIG. 6C is added to reduce the film thickness from about 1.5 μm to about 1.0 μm.

すなわち図３（ａ）に示したのと同様に、図６（ａ）に示すようにフォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板１の表面にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、常圧熱ＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜（１０）を形成する。 That is, as shown in FIG. 3A, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the substrate 1 on which the photodiode and the charge transfer electrode are formed by plasma CVD. Then, a BPSG film (10) having a film thickness of 300 nm is formed by atmospheric pressure CVD.

この後、図６（ｂ）に示すように、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱し、ＢＰＳＧ膜をリフローすることにより、平坦化し、第１の平坦化層１０を得る。 Thereafter, as shown in FIG. 6B, the first flattening layer 10 is obtained by heating to 800 to 850 ° C. by furnace annealing and reflowing the BPSG film.

そして、図６（ｃ）に示すように、エッチバック法により第１の平坦化層１０をエッチングし膜厚を３分の２程度の１μｍ程度まで縮減する。
そしてさらにこの上層に、図６（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜２０および層内レンズ２となる膜厚０．２０μｍ程度の窒化シリコン膜を形成する。後は図４（ａ）乃至（ｅ）と同様にして層内レンズを形成する。 Then, as shown in FIG. 6C, the first planarization layer 10 is etched by the etch back method to reduce the film thickness to about 1 μm, which is about two thirds.
Further, as shown in FIG. 6D, a silicon nitride film having a thickness of about 0.20 μm to be the passivation film 20 and the intralayer lens 2 is formed on this upper layer by plasma CVD. Thereafter, in-layer lenses are formed in the same manner as in FIGS.

概略は実施の形態１と同様であるが、第１の平坦化膜が実施の形態１では１．５μｍ程度であったものが、本実施の形態では１．０μｍ程度となった。
これによってもオンチップレンズから光電変換部までの距離を大幅に低減し、集光効率を高めることができるため、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。
する。 The outline is the same as in the first embodiment, but the first planarization film is about 1.5 μm in the first embodiment, but is about 1.0 μm in the present embodiment.
Also by this, the distance from the on-chip lens to the photoelectric conversion unit can be greatly reduced and the light collection efficiency can be increased, so that the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
To do.

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately made within the scope of the technical idea of the present invention.

以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。 As described above, the solid-state imaging device of the present invention can increase the light collection efficiency even when miniaturized, and can be miniaturized and easily manufactured. It is extremely effective as a small-sized image sensor.

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の平面図である。It is a top view of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state image sensor of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 2 of this invention. 従来例の固体撮像素子の断面概要図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state image sensor of a prior art example. 従来例の固体撮像素子の製造工程の断面図である。It is sectional drawing of the manufacturing process of the solid-state image sensor of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１シリコン基板
２ゲート酸化膜
３電荷転送電極
４絶縁膜
５反射防止膜
６遮光膜
Ｒ０レジストパターン
Ｒ１レジストパターン
Ｒ２レジストパターン
１０第１の平坦化膜
２０パッシベーション膜
２１層内レンズ
２２第２の平坦化膜
３０フォトダイオード部
４０電荷転送部
５０カラーフィルタ
６０マイクロレンズ
７０平坦化層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate oxide film 3 Charge transfer electrode 4 Insulating film 5 Antireflection film 6 Light-shielding film R0 Resist pattern R1 Resist pattern R2 Resist pattern 10 1st planarization film 20 Passivation film 21 Intralayer lens 22 2nd planarization Film 30 Photodiode part 40 Charge transfer part 50 Color filter 60 Microlens 70 Flattening layer

Claims

半導体基板上に形成された光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部と、
前記撮像部上に、平坦化膜を介して形成されたパッシベーション膜と、層内レンズとを具備した固体撮像素子であって、
前記層内レンズが、前記パッシベーション膜中に形成された固体撮像素子。 An imaging unit including a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit;
A solid-state imaging device comprising a passivation film formed on the imaging unit via a planarization film, and an in-layer lens,
A solid-state imaging device in which the intralayer lens is formed in the passivation film.

請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記層内レンズの周りは、前記層内レンズのレンズ軸上の高さとほぼ同一高さとなるように形成された固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device formed around the inner lens so as to have substantially the same height as the lens axis of the inner lens.

請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
前記パッシベーション膜および前記層内レンズは、窒化シリコン膜で構成された固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
The passivation film and the in-layer lens are solid-state imaging devices each composed of a silicon nitride film.

半導体基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、
前記撮像部上に平坦化膜を形成する工程と、
前記平坦化膜上にパッシベーション膜を形成する工程と、
前記パッシベーション膜のレンズ形成面に溝部を形成する工程と、
前記溝部の形成されたパッシベーション膜上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをリフローする工程と、
レジストエッチバックにより層内レンズを形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 Forming an imaging unit including a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit configured to transfer charges generated by the photoelectric conversion unit on a semiconductor substrate;
Forming a planarization film on the imaging unit;
Forming a passivation film on the planarizing film;
Forming a groove in the lens forming surface of the passivation film;
Forming a resist pattern on the passivation film in which the groove is formed;
Reflowing the resist pattern;
And a step of forming an in-layer lens by resist etch back.

請求項４に記載の固体撮像素子であって、
前記平坦化膜を形成する工程は、
無機絶縁膜を形成する工程と、
リフロー工程により平坦化する工程と、
平坦化された無機絶縁膜をエッチングして、表面レベルを下げる工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 The solid-state imaging device according to claim 4,
The step of forming the planarizing film includes:
Forming an inorganic insulating film;
A flattening process by a reflow process;
Etching the planarized inorganic insulating film to lower the surface level.

請求項５に記載の固体撮像素子であって、
前記無機絶縁膜を形成する工程は、ＢＰＳＧ膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 The solid-state imaging device according to claim 5,
The step of forming the inorganic insulating film includes a step of forming a BPSG film.

請求項５または６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズ上にカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 5 or 6,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of forming a color filter and a microlens on the in-layer lens.