JP2009260089A - 固体撮像装置の製造方法および電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】層内レンズ形成工程を簡略化することができ、これにより、素子の微細化に対応して効果的な集光効率を確保した小型で高感度な固体撮像装置を低コストで製造できる固体撮像装置の製造方法を得ることができる。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法において、基板１上に画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に周辺回路部を形成する前半工程と、該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、該前半工程では、該画素部を構成する層内レンズ８ａ１と、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜８ａ２とを、同一の成膜処理により一括して形成する。
【選択図】図３

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、固体撮像装置の受光部上に配置される層内レンズの形成方法、このような方法を用いて作製した固体撮像装置を備えた電子情報機器に関するものである。

従来から固体撮像装置としての固体撮像チップには、入射光を各画素の受光部に効率よく集光するために、チップ表面のマイクロレンズに加えて、チップ内部に形成された層内レンズを有するものがある。

図４は、従来の固体撮像装置の１つであるＣＣＤ型イメージセンサを説明する図であり、図４（ａ）は、このＣＣＤ型イメージセンサの構成を模式的に説明する図、図４（ｂ）は、このイメージセンサを構成する画素部を概略的に説明する図である。

このＣＣＤ型イメージセンサ１００は、複数の画素を含む画素部１１０と、該画素部を駆動し、画素部１１０で得られた画素信号を処理する周辺回路部２０ａおよび２０ｂとを有している。ここで、画素部１１０および周辺回路２０ａおよび２０ｂは、基板（図示せず）上に形成されており、周辺回路部２０ａおよび２０ｂは、基板の、画素部１１０との間の領域に配置された配線層ＷａおよびＷｂにより、画素部１１０に電気的に接続されている。また、基板の画素部１１０の周辺部には、例えばボンディングパッド２１および２２が配置されており、これらのボンディングパッド２１および２２はそれぞれ、配線層Ｗ１およびＷ２により対応する周辺回路部２０ａおよび２０ｂに接続されている。

上記画素部１１０は、基板（図示せず）上にマトリクス状（二次元状）に配列され、入射光の光電変換を行う複数の受光部３０ａと、受光部３０ａの各列に対応して設けられ、受光部３０ａで発生した信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部（垂直ＣＣＤ）３０ｂと、この垂直転送部３０ｂからの信号電荷を水平方向に転送する水平転送部（水平ＣＣＤ）３０ｃと、この水平転送部３０ｃの終端に接続され、水平方向に転送されてきた信号電荷を増幅して信号電圧として出力する出力部３０ｄとを有している。ここで、各受光部３０ａは、垂直転送部３０ｂの対応する部分とともに、この画素部１１０における各画素Ｐｘを構成している。

図５は、図４に示す固体撮像装置の断面構造を説明する図であり、図５（ａ）は、画素部（図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線部分）の断面構造を示し、図５（ｂ）は、画素部周辺部（図４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線部分）の断面構造を示している。

画素部では、図５（ａ）に示すように、シリコン基板などの半導体基板１の表面領域には、受光部３０ａを構成する不純物拡散領域２がマトリクス状に配列されている。また、垂直方向に並ぶ受光部３０ａの列に沿って、対応する垂直ＣＣＤ（電荷転送部）３０ｂを構成する不純物拡散領域４が形成されている。また、受光部としての不純物拡散領域２と垂直ＣＣＤの不純物拡散領域４との間にはこれらを電気的に分離する画素分離部としての不純物拡散領域３が形成されている。

また、垂直ＣＣＤ３０ｂを構成する不純物拡散領域４上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送ゲート電極５が形成されており、また、受光部としての不純物拡散領域２上には反射防止膜９が形成されている。さらに、転送ゲート電極５の上側には、絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜６が形成されており、この遮光膜６は、受光部としての不純物注入領域２に対応する部分に遮光膜開口を有している。

そして、この遮光膜６上には全面に層間絶縁膜７としてリフロー膜が形成され、この層間絶縁膜７上にはパッシベーション膜８ｂとして窒化シリコン系の膜が形成されている。ここで、層間絶縁膜７の表面は、その下側の転送ゲート電極による段差の影響で、該転送ゲート電極５の配置されていない領域に対応する部分が窪んだ形状となっている。また、この層間絶縁膜７上に形成されているパッシベーション膜８ｂの表面も、層間絶縁膜７と同様、転送ゲート電極５の配置されていない領域に対応する部分が窪んだ形状となっており、このパッシベーション膜８ｂの表面の窪んだ部分には層内レンズ１０が配置されている。

このパッシベーション膜８ｂおよび層内レンズ１０上には、全面に平坦化膜１２が形成されており、該平坦化膜１２上には、カラーフィルタ１３が各受光部に対応するよう配置されている。さらに、このカラーフィルタ１３上には、アクリル系の保護膜１４が形成され、この保護膜１４上には、各受光部に対応するようマイクロレンズ１５が配置されている。

一方、画素部の周辺部では、図５（ｂ）に示すように、シリコン基板などの半導体基板１には上記層間絶縁膜７としてリフロー膜（ＢＰＳＧ膜）が形成され、該層間絶縁膜７上には、配線Ｗ１を構成するメタル配線層１１が形成され、該メタル配線層１１は上記パッシベーション膜８ｂにより覆われている。また、このパッシベーション膜８ｂ上には、画素部と同様、平坦化膜１２が形成されており、この平坦化膜１２上にはアクリル系の保護膜１４が形成されている。なお、図５中、Ｈｂは、基板１からマイクロレンズ１５までの距離である。

次に製造方法について説明する。

図６〜図８は、従来の固体撮像装置の製造方法を説明する図である。図６は、前半工程における処理を順に説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図６（ｄ）〜図６（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。図７は、層内レンズの形成工程を順に説明する図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図７（ｄ）〜図７（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。図８は、カラーフィルタおよびその上の平坦化膜の形成工程を説明する図であり、図８（ａ）〜図８（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図８（ｄ）〜図８（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。

まず、シリコン基板１の画素部の配置部分と周辺回路部の配置部分との間には、厚い酸化膜１ａを形成し（図６（ｄ））、その後、シリコン基板１の画素部を形成すべき部分では、該基板の表面領域に、不純物注入により、受光部３０ａとしての不純物拡散領域２、垂直ＣＣＤ３０ｂを構成する不純物拡散領域４、および画素分離部としての不純物拡散領域３を形成する。このとき、シリコン基板１の周辺回路部を形成すべき部分には、回路素子を構成する不純物拡散領域を形成する。続いて、垂直ＣＣＤ３０ｂを構成する不純物拡散領域４上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送ゲート電極５を形成し、また、受光部としての不純物拡散領域２上には、シリコン窒化膜などからなる反射防止膜９を形成し、その後、全面に、遮光膜６の形成の材料であるタングステンなどの金属膜を形成し、該金属膜を、受光部としての不純物注入領域２に対応する部分に開口が形成されるようパターニングして遮光膜６を形成する（図６（ａ））。

次に、全面に層間絶縁膜７としてリフロー膜（ＳｉＯ_２）を形成する。このとき、画素部の配置部分では、該層間絶縁膜７の表面は、その下側の転送ゲート電極による段差の影響で、該転送ゲート電極５の配置されていない領域に対応する部分が窪んだ形状となる（図６（ｂ））。また、周辺回路部の配置部分では、上記基板１上の厚い酸化膜１ａ上に層間絶縁膜７が形成される。そして、周辺回路部の配置部分には、図６（ｅ）に示すように、該層間絶縁膜７上に、金属配線層１１を形成する。

その後、基板の全面にプラズマ窒化膜をパッシベーション膜８ｂとして形成する。このとき、基板上の画素部では、この層間絶縁膜７上に形成されたパッシベーション膜８ｂの表面も、層間絶縁膜７と同様、転送ゲート電極５の配置されていない領域（受光部）に対応する部分が窪んだ形状となっている（図６（ｃ））。また、周辺回路部では、上記配線層１１上にこれを覆うようにパッシベーション膜８ｂが形成される（図６（ｆ））。

次に、画素部では、図７（ａ）に示すように、レンズ材料を全面に塗布して、受光部に対応する部分に該レンズ材料１０ａが残るようパターニングし（図７（ａ））、さらにパターニングしたレンズ材料を熱処理して層内集光レンズ１０を形成する（図７（ｂ））。このとき、周辺回路部では、塗布されたレンズ材料が残らないように除去される。なお、図７（ｄ）に示す周辺回路部の断面構造は、図７（ａ）に示すように、画素部でレンズ材料がパターニングされた段階での構造であり、図７（ｅ）に示す周辺回路部の断面構造は、図７（ｂ）に示すように、画素部で層内集光レンズが形成された段階での構造である。

その後、全面に平坦化膜１２を形成する。これにより、画素部では、図７（ｃ）に示すように、パッシベーション膜８ｂおよび層内集光レンズ１０上に平坦化膜１２が形成され、周辺回路部では、図７（ｆ）に示すように、メタル配線１１を覆うパッシベーション膜８ｂ上に平坦化膜１２が形成される。

次に、画素部では、平坦化膜１２上にカラーフィルタ１３が各受光部に対応するよう形成される（図８（ａ））。このとき周辺回路部では、カラーフィルタを構成する材料層は形成されないようにしている（図８（ｃ））。その後、全面にアクリル系の膜を形成する。これにより、画素部では、図８（ｂ）に示すように、カラーフィルタ１３の表面に保護膜１４が、カラーフィルタの段差が平坦化されるよう形成され、周辺回路部では、図８（ｄ）に示すように、平坦化膜１２上にさらに保護膜１４が形成される。

その後、図５（ａ）に示すように、画素部の保護膜１４上にマイクロレンズ１５を形成して、固体撮像装置を完成する。

このように従来の固体撮像装置では、画素の微細化に伴って受光部に対する集光効率を増大させる必要があることから、画素部表面のマイクロレンズに加えて、画素部内の層内集光レンズを形成しているが、層内集光レンズの材料が高価であること、さらに２回のレンズの形成工程が必要となることなどから、固体撮像装置の製造コストを低く抑えることができないという問題があった。

ところで、特許文献１には、固体撮像素子の画素部層内レンズ形成する方法として、リフロー膜（図５に示す層間絶縁膜７）の表面の窪みを利用して安価な窒化シリコン系膜により層内レンズを形成する方法が開示されている。

簡単に説明すると、この文献開示の方法は、画素部の遮光膜上に形成したリフロー膜上に、その表面段差よりも厚い窒化シリコン膜を形成し、さらにこの窒化シリコン系膜上に平坦化膜としてＳＯＧ膜を成膜した後、ＳＯＧ膜及び窒化シリコン系膜を、エッチング選択比がほぼ等しい条件で、全面エッチバックしてＳＯＧ膜を除去し、窒化シリコン系膜からなる層内集光レンズを形成するというものである。

なお、この文献では、上記平坦化膜として有機系レジスト膜を用いた場合、そのエッチバック時に蒸気圧の低い反応性生成物が生成されてエッチングチャンバー内に体積した反応生成物がダストとなり歩留り低下の要因となることから、該平坦化膜としては、ＳＯＧ膜を用いている。これにより、エッチバック時に発生する多量の有機物がチャンバー内から排気されることとなり、チャンバー内のダストが低減され、製造歩留り向上を図っている。
特開平１１−８７６７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の方法においても、層内集光レンズの形成工程は画素部表面のマイクロレンズの形成工程とは別に必要となり、層内集光レンズを用いた集光効率の増大は、製造工程の増大を招くこととなるという問題がある。

本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、層内レンズ形成工程を簡略化することができ、これにより、素子の微細化に対応した集光効率を確保した、小型で高感度な固体撮像装置の製造コストを削減す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、複数の画素を含む画素部と、該画素部を駆動し、該画素部で得られた画素信号を処理する周辺回路部とを有する固体撮像装置を製造する方法であって、基板上に該画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に該周辺回路部を形成する前半工程と、該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、該前半工程は、該画素部を構成する層内レンズと、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜とを、同一の成膜処理により一括して形成する成膜工程を含むものであり、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、前記成膜工程は、前記基板の全面に層間絶縁膜を、前記画素部の配置領域では下地絶縁膜の凹部の段差より厚くなるよう、かつ前記周辺回路部の配置領域では該下地絶縁膜上に形成された配線層を覆うように形成する第１の成膜工程と、該層間絶縁膜上にエッチング用平坦化膜を形成する第２の成膜工程と、該エッチング用平坦化膜及び該層間絶縁膜を、該層間絶縁膜の表面が平坦になるまでエッチバックするエッチング工程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、前記エッチング工程は、前記エッチング用平坦化膜及び前記層間絶縁膜のエッチバックを、これらの膜のエッチング選択比が等しくなる条件で行うことが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記エッチング用平坦化膜は、有機材料からなるレジスト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、前記層間絶縁膜は、窒化シリコン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、前記下地絶縁膜は、酸化シリコン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、前記配線層は、前記基板の、前記画素部と前記周辺回路部との間の領域に配置され、該画素部と該周辺回路部とを電気的に接続する金属配線層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、前記基板の、前記下地絶縁膜の凹部に対応する領域には、入射光の光電変換を行う、前記各画素を構成する受光部が配置されていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記下地絶縁膜の構成材料には、前記層間絶縁膜の構成材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料を用いることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、前記下地絶縁膜の屈折率は、１．４〜１．５の範囲内の屈折率であり、前記層間絶縁膜の屈折率は、２．０程度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、前記前半工程は、前記層間絶縁膜の形成前に、前記基板全面に前記下地絶縁膜としてリフロー膜を形成する工程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、前記前半工程は、前記層間絶縁膜の形成後に、前記基板全面に平坦化膜を、前記周辺回路部の配置領域上で、前記配線層による段差部が平坦化されるよう形成する工程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、前記後半工程は、前記平坦化膜上にカラーフィルタを形成する工程と、該カラーフィルタ上にマイクロレンズを形成する工程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、前記画素部は、マトリクス状に配列された複数の受光部と、該受光部の列毎に設けられ、該受光部で生成された信号電荷を転送する垂直転送部と、該垂直転送部から転送られてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、該水平転送部から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換して出力する出力部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、前記前半工程は、前記基板上に、前記受光部を構成する不純物拡散領域を形成する工程と、該基板上に、前記垂直転送部を構成する不純物拡散領域を形成する工程と、該基板上に、前記各画素を分離するための不純物拡散領域を形成する工程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、前記前半工程は、前記基板上に各不純物拡散領域を形成した後、前記垂直転送部を構成する不純物拡散領域上に、該垂直転送部を構成する転送ゲート電極を形成する工程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、前記前半工程は、前記転送ゲート電極を形成した後、該受光部を構成する不純物拡散領域上に反射防止膜を形成する工程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、前記前半工程は、前記反射防止膜を形成した後、基板全面に遮光膜を、該受光部を構成する不純物拡散領域以外が覆われるよう形成する工程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、前記前半工程は、前記遮光膜を形成した後、基板全面に、前記下地絶縁膜として下側層間絶縁膜を形成する工程と、該下側層間絶縁膜の、前記周辺回路部が配置される領域に対応する部分上に金属配線層を形成する工程を含むことが好ましい。

本発明に係る電子情報機器は、撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部として、上記固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明においては、固体撮像装置の製造方法において、基板上に画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に周辺回路部を形成する前半工程と、該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、該前半工程では、該画素部を構成する層内レンズと、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜とを、同一の成膜処理により一括して形成するので、層内集光レンズの形成を、パッシベーション膜の形成と同時に行うことが可能となる。これにより、前半工程の処理を、層内集光レンズの形成処理を別途追加することなく行うことが可能となる。また、層内集光レンズの構成材料にはパッシベーション膜の構成材料を用いるので、高価なレンズ形成材料は不要となる。この結果、素子の微細化に対応した集光効率を確保した、小型で高感度な固体撮像装置を低コストで製造することができる。

また、この発明においては、パッシベーション膜としての層間絶縁膜を、画素部の配置領域では下地絶縁膜の凹部が埋め込まれるよう形成するので、層内集光レンズの形成が、その下地絶縁膜の表面形状を利用して行われることとなり、層内集光レンズの形成を作業性よく行うことができる。

また、この発明においては、凹部を有する下地絶縁膜上に形成された、層内集光レンズとしての層間絶縁膜と、その上に形成されたエッチング用平坦化膜とを、これらの膜のエッチング選択比が等しくなる条件でエッチバックするので、このエッチバックにより、凹部を有する下地絶縁膜上に形成した層間絶縁膜を確実に平坦化することができる。

また、この発明においては、前記下地絶縁膜の屈折率を、１．４〜１．５の範囲内の屈折率とし、前記層間絶縁膜の屈折率を、２．０程度とすることにより、層間絶縁膜により形成される層内集光レンズでの集光効率を適切なものとすることができる。

以上のように、本発明によれば、複数の画素を含む画素部と、該画素部を駆動し、該画素部で得られた画素信号を処理する周辺回路部とを有する固体撮像装置を製造する方法において、基板上に該画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に該周辺回路部を形成する前半工程と、該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、該前半工程では、該画素部を構成する層内レンズと、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜とを、同一の成膜処理により一括して形成するので、画素部および周辺回路部の形成時にパッシベーション膜の形成と層内集光レンズの形成を一括処理で行うことができ、これにより、レンズ集光率を向上させた小型で高感度な固体撮像装置の製造コストを低く抑えることができる。

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による固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置の断面構造を示す図であり、図１（ａ）は、図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線部分に相当する画素部の断面構造を示し、図１（ｂ）は、図４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線部分に相当する画素部周辺部の断面構造を示している。

この実施形態１の固体撮像装置は、画素部５０ａを構成する層内レンズ８ａ１と、周辺回路部５０ｂ及び画素部５０ａを保護するパッシベーション膜８ａ２とを、同一の成膜処理により一括して形成したものであり、以下詳述する。

この固体撮像装置の画素部５０ａでは、図１（ａ）に示すように、シリコン基板などの半導体基板１の表面領域には、受光部を構成する不純物拡散領域２がマトリクス状に配列されている（図４（ｂ）参照）。また、垂直方向に並ぶ受光部の列に沿って、対応する垂直ＣＣＤ（電荷転送部）を構成する不純物拡散領域４が形成されている。また、受光部としての不純物拡散領域２と垂直ＣＣＤの不純物拡散領域４との間にはこれらを電気的に分離する画素分離部としての不純物拡散領域３が形成されている。

また、垂直ＣＣＤを構成する不純物拡散領域４上にはゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送ゲート電極５が形成されており、また、受光部としての不純物拡散領域２上には反射防止膜９が形成されている。さらに、転送ゲート電極５の上側には、絶縁膜（図示せず）を介して遮光膜６が形成されており、この遮光膜６は、受光部としての不純物注入領域２に対応する部分に遮光膜開口を有している。

そして、この遮光膜６上には全面に層間絶縁膜７としてリフロー膜（ＢＰＳＧ膜）が形成され、この層間絶縁膜７上には、該層間絶縁膜７の表面の凹部が埋め込まれるよう、パッシベーション膜と同じ材料での膜である窒化シリコン系の膜が層内集光レンズ８ａ１として形成されている。ここで、層間絶縁膜７の表面は、その下側の転送ゲート電極による段差の影響で、該転送ゲート電極５の配置されていない領域に対応する部分が窪んだ形状となっているが、この層間絶縁膜７上に形成されている層内集光レンズ８ａ１の表面は平坦になっている。

この層内集光レンズ８ａ１上には、全面に平坦化膜１２が形成されており、該平坦化膜１２上には、カラーフィルタ１３が各受光部に対応するよう配置されている。さらに、このカラーフィルタ１３上には、アクリル系の保護膜１４が形成され、この保護膜１４上には、各受光部に対応するようマイクロレンズ１５が配置されている。

一方、画素部の周辺部５０ｂでは、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板などの半導体基板１には上記層間絶縁膜７としてリフロー膜（ＢＰＳＧ膜）が形成され、該層間絶縁膜７上には、配線Ｗ１を構成するメタル配線層１１が形成され、該メタル配線層１１は上記パッシベーション膜８ａ２により覆われている。また、このパッシベーション膜８ａ２上には、画素部と同様、平坦化膜１２が形成されており、この平坦化膜１２上にはアクリル系の保護膜１４が形成されている。なお、図１中、Ｈａは、基板１からマイクロレンズ１５までの距離である。

次に製造方法について説明する。

図２〜図３は、本実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図である。図２は、前半工程における処理を順に説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。図３は、層内集光レンズの形成工程を順に説明する図であり、図３（ａ）〜図３（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図３（ｄ）〜図３（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。

まず、シリコン基板１の画素部の配置部分と周辺回路部の配置部分との間には、厚い酸化膜１ａを形成し（図１（ｄ））、その後、シリコン基板１の画素部を形成すべき部分では、該基板の表面領域に、不純物注入により、受光部としての不純物拡散領域２、垂直ＣＣＤを構成する不純物拡散領域４、および画素分離部としての不純物拡散領域を形成する。このとき、シリコン基板１の周辺回路部を形成すべき部分には、回路素子を構成する不純物拡散領域などを形成する。続いて、垂直ＣＣＤを構成する不純物拡散領域４上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して転送ゲート電極５を形成し、また、受光部としての不純物拡散領域２上には、シリコン窒化膜などからなる反射防止膜９を形成し、その後、全面に、遮光膜６の形成の材料であるタングステンなどの金属膜を形成し、該金属膜を、受光部としての不純物注入領域２に対応する部分に開口が形成されるようパターニングして遮光膜６を形成する（図２（ａ））。

次に、全面に層間絶縁膜７として、例えば厚さ４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度のリフロー膜（ＢＰＳＧ膜）を形成する。このリフロー膜は、リンやボロンを添加ガスとするＣＶＤ処理により全面に酸化膜などを堆積して得られる。このとき、画素部の配置部分では、該層間絶縁膜７の表面は、その下側の転送ゲート電極による段差の影響で、該転送ゲート電極５の配置されていない領域に対応する部分が窪んだ形状となる（図２（ｂ））。また、周辺回路部の配置部分では、上記基板１上の厚い酸化膜１ａ上に層間絶縁膜７が形成される。そして、周辺回路部の配置部分には、図２（ｅ）に示すように、該層間絶縁膜７上に、金属配線層１１を形成する。

その後、基板の全面にパッシベーション膜として、リフロー膜７の表面段差よりも厚く窒化シリコン系膜（例えば、プラズマ窒化膜）を５００ｎｍ〜６００ｎｍ程度の厚さに形成する。このとき、基板上の画素部では、この層間絶縁膜７上には集光レンズ層８ａ１として窒化シリコン系膜が形成され、この窒化シリコン系膜の表面も、層間絶縁膜７と同様、転送ゲート電極５の配置されていない領域（受光部）に対応する部分が窪んだ形状となっている（図２（ｃ））。また、周辺回路部では、上記配線層１１上にこれを覆うように上記窒化シリコン系膜がパッシベーション膜１８ａ２として形成される（図２（ｆ））。また、画像部では、上記集光レンズ層８ａ１としての窒化シリコン系膜はパッシベーション膜でもある。

次に、窒化シリコン系膜の上に有機レジスト（エッチング用平坦化膜）を５００ｎｍ程度の厚さに成膜する。このとき、画素部では、図３（ａ）に示すように、上記窒化シリコン系膜に平坦化膜として有機レジスト１２ａ１が形成され、また、周辺回路部では、図３（ｂ）に示すように、配線層１１を覆う窒化シリコン系膜１８ａ２上に有機レジスト１２ａ２が形成される。

そして、有機レジスト膜と窒化シリコン系膜をエッチング選択比のほぼ等しい条件で、全面エッチバックする。エッチバック量は、パッシベーション性能に必要な膜厚、例えば１００〜５００ｎｍ程度、好ましくは、１５０〜３００ｎｍ程度を残すことで、パッシベーション形成と層内集光レンズ形成が一括で形成される。

このとき、画素部では、図３（ｂ）に示すように、表面が平坦な層内集光レンズ８ａ１が形成され、周辺回路部では、図３（ｄ）に示すように、窒化シリコン系膜１８ａ２上の有機レジスト１８ａ２は除去される。

その後は、従来の固体撮像装置の製造方法と同様に、全面に平坦化膜１２を形成する。これにより、画素部では、図３（ｃ）に示すように、層内集光レンズとしてのパッシベーション膜８ａ１の表面が平坦化膜１２により覆われ、、周辺回路部では、図３（ｆ）に示すように、メタル配線１１による段差が平坦化膜１２により平坦化される。

次に、画素部では、平坦化膜１２上にカラーフィルタ１３が各受光部に対応するよう形成される（図３（ｃ））。このとき周辺回路部では、カラーフィルタを構成する材料層は形成されないようにしている（図３（ｆ））。その後、全面にアクリル系の膜を形成する。これにより、画素部では、図３（ｃ）に示すように、カラーフィルタ１３の表面に保護膜１４が、カラーフィルタの段差が平坦化されるよう形成され、周辺回路部では、図３（ｆ）に示すように、平坦化膜１２上にさらに保護膜１４が形成される。

その後、図１（ａ）に示すように、画素部の保護膜１４上にマイクロレンズ１５を形成して、固体撮像装置を完成する。

このように、本実施形態１では、固体撮像装置の製造方法において、基板上に画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に周辺回路部を形成する前半工程と、該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、該前半工程では、該画素部を構成する層内集光レンズ８ａ１と、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜８ａ２とを、同一の成膜処理により一括して形成するので、層内集光レンズの形成を、パッシベーション膜の形成と同時に行うことが可能となる。これにより、前半工程の処理を、層内集光レンズの形成処理を別途追加することなく行うことが可能となる。また、層内集光レンズの構成材料にはパッシベーション膜の構成材料を用いるので、高価なレンズ形成材料は不要となる。この結果、素子の微細化に対応した集光効率を確保した、小型で高感度な固体撮像装置を低コストで製造することができる。

また、本実施形態では、パッシベーション膜としての層間絶縁膜７を、画素部の配置領域では下地絶縁膜の凹部が埋め込まれるよう形成するので、層内集光レンズの形成が、その下地絶縁膜の表面形状を利用して行われることとなり、層内集光レンズの形成を作業よく行うことができる。

また、本実施形態では、凹部を有する下地絶縁膜（層間絶縁膜）７上に形成された、層内集光レンズとしての層間絶縁膜８ａ１と、その上に形成されたエッチング用平坦化膜（有機レジスト）１２ａ１とを、これらの膜のエッチング選択比が等しくなる条件でエッチバックするので、このエッチバックにより、凹部を有する下地絶縁膜（層間絶縁膜）７に形成した層間絶縁膜８ａ１を確実に平坦化することができる。

また、本実施形態では、前記下地絶縁膜（層間絶縁膜）７の屈折率を、１．４〜１．５の範囲内の屈折率とし、前記層間絶縁膜（層内集光レンズ）８ａ１の屈折率を、２．０程度とすることにより、層内集光レンズでの集光効率を適切なものとすることができる。

このように本実施形態では、固体撮像装置のパッシベーション膜の形成の際に、リフロー膜表面より段差の厚い窒化シリコン系膜８ａ１を成膜し、その上に有機レジスト膜１２ａ１を成膜し、そして、有機レジスト膜と窒化シリコン系膜をエッチング選択比がほぼ等しい条件で、パッシベーション性能に必要な窒化シリコン系膜を残膜として残すように全面エッチバックするので、パッシベーション膜の形成と層内レンズの形成とが一括で行われることとなる。このため、工程簡略化が可能となり、これにより、素子の微細化に対応して効果的なレンズ集光を確保した小型で高感度な固体撮像装置を低コストで製造することができる。さらに、工程簡略化できることで、パーティクル低減による歩留り向上も可能となる。

なお、上記実施形態１では、固体撮像装置としてＣＣＤ型イメージセンサを例に挙げて本発明の固体撮像装置の製造方法を説明したが、本発明の固体撮像装置の製造方法は、層内集光レンズを有するものであれば、ＣＣＤ型イメージセンサに限らず、ＣＭＯＳ型イメージセンサにも適用可能である。
（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の固体撮像装置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電子情報機器の分野において、パッシベーション膜の形成と層内レンズの形成とを一括して行うことで、層内集光レンズの形成工程の簡略化が可能となり、これにより、素子の微細化に対応して効果的なレンズ集光を確保した小型で高感度な固体撮像装置を低コストで製造できる方法、並びにこのような方法により得られた固体撮像装置を備えた電子情報機器を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置の断面構造を示す図であり、図１（ａ）は、図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線部分に相当する画素部の断面構造を示し、図１（ｂ）は、図４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線部分に相当する画素部周辺部の断面構造を示している。 図２は、前半工程における処理を順に説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。 図３は、層内集光レンズの形成工程を順に説明する図であり、図３（ａ）〜図３（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図３（ｄ）〜図３（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。 図４は、従来の固体撮像装置の１つであるＣＣＤ型イメージセンサを説明する図であり、図４（ａ）は、このＣＣＤ型イメージセンサの構成を模式的に説明する図、図４（ｂ）は、このイメージセンサを構成する画素部を概略的に説明する図である。 図５は、図４に示す固体撮像装置の断面構造を説明する図であり、図５（ａ）は、画素部（図４（ｂ）のＶａ−Ｖａ線部分）の断面構造を示し、図５（ｂ）は、画素部周辺部（図４（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線部分）の断面構造を示している。 図６は、従来の固体撮像装置の製造方法における前半工程を順に説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図６（ｄ）〜図６（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。 図７は、従来の固体撮像装置の製造方法における層内レンズの形成工程を順に説明する図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は画素部の断面構造を示し、図７（ｄ）〜図７（ｆ）は周辺回路部の断面構造を示している。 図８は、従来の固体撮像装置の製造方法におけるカラーフィルタおよびその上の平坦化膜の形成工程を説明する図であり、図８（ａ）〜図８（ｂ）は画素部の断面構造を示し、図８（ｃ）〜図８（ｄ）は周辺回路部の断面構造を示している。

符号の説明

１ シリコン基板
２ 受光部
３ 画素分離部
４ 垂直ＣＣＤ転送部
５ ゲート電極部
６ 遮光膜
７ 層間絶縁膜（リフロー膜）
８ａ１ 層内集光レンズ（画素部）
８ａ２ 層間絶縁膜パッシベーション膜
９ 反射防止膜
１１ メタル配線
１２ 平坦化膜
１３ カラーフィルター
１４ 保護膜
１５ 上層レンズ（マイクロレンズ）
５０ａ 画素部
５０ｂ 周辺回路部

Claims (20)

1. 複数の画素を含む画素部と、該画素部を駆動し、該画素部で得られた画素信号を処理する周辺回路部とを有する固体撮像装置を製造する方法であって、
   基板上に該画素部の一部を形成し、該基板の、該画素部の配置領域の周辺に該周辺回路部を形成する前半工程と、
   該画素部の残りの部分を、該基板の画素部の配置領域上に形成する後半工程とを含み、
   該前半工程は、該画素部を構成する層内レンズと、該周辺回路部及び該画素部を保護するパッシベーション膜とを、同一の成膜処理により一括して形成する成膜工程を含む固体撮像装置の製造方法。
2. 前記成膜工程は、
   前記基板の全面に層間絶縁膜を、前記画素部の配置領域では下地絶縁膜の凹部の段差より厚くなるよう、かつ前記周辺回路部の配置領域では該下地絶縁膜上に形成された配線層を覆うように形成する第１の成膜工程と、
   該層間絶縁膜上にエッチング用平坦化膜を形成する第２の成膜工程と、
   該エッチング用平坦化膜及び該層間絶縁膜を、該層間絶縁膜の表面が平坦になるまでエッチバックするエッチング工程とを含む請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記エッチング工程は、前記エッチング用平坦化膜及び前記層間絶縁膜のエッチバックを、これらの膜のエッチング選択比が等しくなる条件で行う請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記エッチング用平坦化膜は、有機材料からなるレジスト膜である請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記層間絶縁膜は、窒化シリコン膜である請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記下地絶縁膜は、酸化シリコン膜である請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記配線層は、前記基板の、前記画素部と前記周辺回路部との間の領域に配置され、該画素部と該周辺回路部とを電気的に接続する金属配線層である請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記基板の、前記下地絶縁膜の凹部に対応する領域には、入射光の光電変換を行う、前記各画素を構成する受光部が配置されている請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記下地絶縁膜の構成材料には、前記層間絶縁膜の構成材料の屈折率より小さい屈折率を有する材料を用いる請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記下地絶縁膜の屈折率は、１．４〜１．５の範囲内の屈折率であり、前記層間絶縁膜の屈折率は、２．０程度である請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記前半工程は、前記層間絶縁膜の形成前に、前記基板全面に前記下地絶縁膜としてリフロー膜を形成する工程を含む請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記前半工程は、前記層間絶縁膜の形成後に、前記基板全面に平坦化膜を、前記周辺回路部の配置領域上で、前記配線層による段差部が平坦化されるよう形成する工程を含む請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記後半工程は、前記平坦化膜上にカラーフィルタを形成する工程と、該カラーフィルタ上にマイクロレンズを形成する工程とを含む請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記画素部は、
    マトリクス状に配列された複数の受光部と、
    該受光部の列毎に設けられ、該受光部で生成された信号電荷を転送する垂直転送部と、
    該垂直転送部から転送られてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部と、
    該水平転送部から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換して出力する出力部とを有する請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
15. 前記前半工程は、
    前記基板上に、前記受光部を構成する不純物拡散領域を形成する工程と、
    該基板上に、前記垂直転送部を構成する不純物拡散領域を形成する工程と、
    該基板上に、前記各画素を分離するための不純物拡散領域を形成する工程とを含む請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
16. 前記前半工程は、
    前記基板上に各不純物拡散領域を形成した後、前記垂直転送部を構成する不純物拡散領域上に、該垂直転送部を構成する転送ゲート電極を形成する工程を含む請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
17. 前記前半工程は、
    前記転送ゲート電極を形成した後、該受光部を構成する不純物拡散領域上に反射防止膜を形成する工程を含む請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
18. 前記前半工程は、
    前記反射防止膜を形成した後、基板全面に遮光膜を、該受光部を構成する不純物拡散領域以外が覆われるよう形成する工程を含む請求項１７に記載の固体撮像装置の製造方法。
19. 前記前半工程は、
    前記遮光膜を形成した後、基板全面に、前記下地絶縁膜として下側層間絶縁膜を形成する工程と、
    該下側層間絶縁膜の、前記周辺回路部が配置される領域に対応する部分上に金属配線層を形成する工程を含む請求項１８に記載の固体撮像装置の製造方法。
20. 撮像部を備えた電子情報機器であって、
    該撮像部として、請求項１〜１９のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を用いたものである電子情報機器。

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