JP3959734B2

JP3959734B2 - 固体撮像素子およびその製造方法

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Publication number: JP3959734B2
Application number: JP2001400502A
Authority: JP
Inventors: 良幸北澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: JP2003197886A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)などの固体撮像素子に係り、特に受光部を有し、その上方にマイクロレンズを配置した構造の所謂マイクロレンズオンチップ型の固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＯＳイメージセンサ、ＣＣＤなどの固体撮像装置は受光部（光電変換部）を有し、この受光部により入射した光のエネルギーを電気エネルギーに変換する。ＣＭＯＳイメージセンサでは、ＰＮ接合を有するフォトダイオードが受光部として光電変換を行い電荷を蓄積する。フォトダイオードを構成する不純物領域はスイッチングトランジスタのソース領域を兼ねており、ゲート電極のオン・オフ制御のもとにドレイン領域を介して電気信号を処理回路に送る。このＣＭＯＳセンサは比較的容易にＣＭＯＳプロセス技術を用いて製造ができ、また回路の工夫によりランダムアクセスなどの任意の読み出しができる。一方、ＣＣＤでは、全てのフォトダイオードに電荷を蓄積し、転送ゲートがオンになると蓄積した電荷を一斉に隣接した転送用ＣＣＤに転送する。
【０００３】
ところで、このようなＣＭＯＳセンサやＣＣＤなどの固体撮像装置では、フォトダイオードからなる受光可能な面積を増大させることを目的として、マイクロレンズを受光部の上方に配置した所謂マイクロレンズオンチップ型のものが開発されている。すなわち、フォトダイオードを含む１画素分の固体撮像素子上方に素子の面積に合わせたマイクロレンズを配置することによって受光面積を増大し、かつこのマイクロレンズの集光機能を用いて入射してくる光をフォトダイオード近傍に集めるものである。このような構造であれば、設計上マイクロレンズの大きさはフォトダイオードの面積に依存せず、１画素分の素子の面積に依存し、受光効率を高めることができる。
【０００４】
図９はこのマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサの断面構成を表すものである。シリコン基板１０１の表面は素子分離領域１０２により画素毎に分離されている。シリコン基板１０１の１画素内には拡散層１０１Ａ，１０１Ｂが形成されている。シリコン基板１０１からなるＰＮ接合を有するフォトダイオード１０３を実質的に構成する拡散層１０１Ａには、スイッチング用のＭＯＳトランジスタ１０４が隣接して形成されている。このＭＯＳトランジスタ１０４は、フォトダイオード１０３を兼ねた拡散層１０１Ａ（ソース領域）、拡散層１０１Ｂ（ドレイン領域）、およびシリコン基板１０１の表面にゲート絶縁膜１０５を間にして形成されたゲート電極１０６により構成されている。
【０００５】
シリコン基板１０１の上には、ゲート電極１０６、第１配線層１１０、第２配線層１１１および第３配線層１１２からなる３層の配線層が形成されており、それぞれ第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の層間絶縁膜１０８Ｄにより覆われている。これらの層間絶縁膜１０８Ａ〜１０８ＤはＮＳＧ，ＰＳＧ，ＢＰＳＧなどの光を透過する材料で構成されている。更に、第３配線層１１２上には水分子（Ｈ₂Ｏ）等の侵入防止のために、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜１１４が形成されている。この保護膜１１４上には、平坦化処理を行ったシリコン酸化膜あるいはスピン塗布した透明樹脂からなる平坦化絶縁膜１１９が形成されている。この平坦化絶縁膜１１９は透明な有機樹脂からなり、後述のマイクロレンズ１２２の集光距離を調整する機能を持つ。
【０００６】
平坦化絶縁膜１１９上にはカラーフィルタ１２０が配置されている。カラーフィルタ１２０は例えばゼラチンを染色した材質からなり、光の３原色、または補色系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を有する。このカラーフィルタ１２０上にマイクロレンズ１２２が形成されている。
【０００７】
このような構成のＣＭＯＳセンサでは、入射する光は画素ごとにマイクロレンズ１２２、カラーフィルタ１２０、平坦化絶縁膜１１９、保護膜１１４、第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃおよび第４の層間絶縁膜１０８Ｄを通って、フォトダイオード１０３の近傍に焦点を結び、フォトダイオード１０３による光電変換が行われる。この光電変換によりフォトダイオード１０３には明るさに応じて電荷が蓄積され、この蓄積された電荷（電子）がＭＯＳトランジスタ１０４のオン・オフ制御によって、拡散層１０１Ｂから出力電流として取り出されて配線層を通じて後段の回路に送られる。
【０００８】
しかしながら、このようなＣＭＯＳセンサでは、多層配線層全体の膜厚が厚くなってしまうと、平坦化絶縁膜１１９などにより焦点を調整するだけではフォトダイオード１０３とマイクロレンズ１２２との間の距離を設計上確保するのが難くなっている。更に、図９では例として３層の多層配線構造を示したが、現在のロジックＬＳＩデバイス製造プロセスでは６層から７層までの多層配線層が形成可能になっており、更に８層以上の多層配線技術が可能になるとされている。
【０００９】
一方、この焦点距離については、焦点距離の一般的な式として、マイクロレンズからの焦点距離をＦとすると、Ｆ＝ＮＲ／（Ｎ−１）が成立する。ここで、Ｎはマイクロレンズの構成材料の屈折率、Ｒはマイクロレンズにおける曲面の曲率半径である。上記式から考察すると、マイクロレンズからの焦点距離Ｆとマイクロレンズにおける曲面の曲率半径Ｒは比例している。従って、マイクロレンズ１２２を微細化して、図９に示したようにマイクロレンズ１２２のピッチ（幅：Ｐ）が縮小されて曲率半径が小さくなると、当然マイクロレンズ１２２からの焦点距離Ｆも小さくなる。それに比例してフォトダイオード１０３の表面積も微細化により縮小する。このため、多層配線化、かつ微細化が設計上必要な条件下で、マイクロレンズ１２２の焦点とフォトダイオード１０３の距離をどのように縮小するかが、上記マイクロオンチップ型のＣＭＯＳセンサのみならず固体撮像素子全般の設計上の問題となっていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記マイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサでは、マイクロレンズ１２２の焦点とフォトダイオード１０３の距離が離れている場合には、この焦点を通過した光が拡散し、フォトダイオード１０３への入射光量が減少して感度が低下する。また、フォトダイオード１０３表面に入射しない光が途中で第１の層間絶縁膜１０８Ａ、第２の層間絶縁膜１０８Ｂ、第３の層間絶縁膜１０８Ｃ、および第４の層間絶縁膜１０８Ｄや配線層１１０，１１１，１１２およびゲート電極１０６に乱反射して隣接する画素に入射し、混色を起こすことがあった。このような問題は、平坦化絶縁膜１１９などを用いて焦点距離を調整し、フォトダイオード１０３近傍に焦点を近づける従来技術では解決することが困難であった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、多層配線化に対応してマイクロレンズから受光部までの距離を広げると共に、この距離の広がりに伴って発生する受光部の感度低下、および光が隣接する画素に乱反射により入射することを防止することができる固体撮像素子およびその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、光電変換を行う受光部と、この受光部に対向して配設されたマイクロレンズとを備えたものであって、受光部とマイクロレンズとの間に設けられた層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の受光部に対向する位置に、その層間絶縁膜の厚さ方向に穿設された開口部と、開口部の内部および層間絶縁膜上に形成された第１の保護膜と、マイクロレンズによって外部から集光された光を反射させつつ受光部へと導くように開口部の側壁の第１の保護膜上に設けられた反射膜と、開口部内に埋め込まれた光透過性の埋込み絶縁膜と、埋込み絶縁膜および第１の保護膜上に形成され、第１の保護膜よりも膜厚の厚い第２の保護膜と、第２の保護膜上に形成された光透過性の平坦化絶縁膜とを備えた構成を有している。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に不純物領域を選択的に形成することにより受光部を形成する工程と、受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜のうち受光部に対向する領域を、層間絶縁膜の途中までを選択的に除去して、開口部を形成する工程と、開口部の内部および層間絶縁膜の上に第１の保護膜を形成する工程と、開口部の側壁部分の第１の保護膜上に選択的に反射膜を形成する工程と、反射膜が形成された開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆積させることにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、埋込み絶縁膜および第１の保護膜上に第１の保護膜よりも膜厚の厚い第２の保護膜を形成する工程と、第２の保護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、この平坦化絶縁膜の上方の受光部に対向する位置にマイクロレンズを形成する工程とを含むものである。
【００１６】
本発明の固体撮像素子では、マイクロレンズに入射した光は、開口部または開口部近傍で焦点を結んだ後、開口部の側壁に形成された反射膜により反射されつつ受光部に効率よく到達する。また、第１の保護膜と第２の保護膜とにより、素子特性や信頼性の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染が抑制される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の一実施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサの断面構成を表すものである。
【００１９】
シリコン基板１１の上には、多層配線層、例えばゲート電極１９、第１配線層２０、第２配線層２１および第３配線層２２からなる４層の配線層が設けられており、それぞれ層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄにより覆われている。これらの層間絶縁膜１８Ａ〜１８Ｄは例えばＳｉＯ₂系の光を透過する材料で形成されている。更に、層間絶縁膜１８Ｄ上には水分子（Ｈ₂Ｏ）等の侵入防止のために、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる保護膜２４が設けられている。
【００２０】
これら層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄの、フォトダイオード１３の上方位置には開口部２７が形成されている。保護膜２４はこの開口部２７の側壁および底部にも設けられている。
【００２１】
開口部２７の側壁部分の保護膜２４の表面には例えばアルミニウム（Ａｌ）からなる反射膜２８が例えばスパッタリング法（Sputtering) 、またはＣＶＤ法（化学気相成長法：Chemical Vapor Deposition)により設けられている。
【００２２】
反射膜２８としては、その他、チタニウム（Ｔｉ）、窒化チタニウム（ＴｉＮ）、銅（Ｃｕ）またはタングステン（Ｗ）、更にはこれらの金属の積層膜としてもよく、更に、非金属であっても、光反射可能な材料であればよい。
【００２３】
この保護膜２４上には、平坦化処理を行ったシリコン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂からなる平坦化絶縁膜２９が配置されている。この平坦化絶縁膜２９は例えばアクリル系の有機樹脂からなり、後述のマイクロレンズ３２の集光距離を調整する機能を有している。
【００２４】
平坦化絶縁膜２９上にはカラーフィルタ３０が配置されている。カラーフィルタ３０は例えばゼラチンを染色した材質からなり、光の３原色、または補色系のシアン（Ｃｙ）、マゼンダ（Ｍｇ）、イェロー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）を選択的に分光する機能を有する。
【００２５】
本実施の形態のＣＭＯＳセンサでは、入射する光は１画素ごとにマイクロレンズ３２、開口部２７の内部の平坦化絶縁膜２９、保護膜２４および層間絶縁膜１８Ａを通って、フォトダイオード１３の近傍、開口部２７内、または開口部２７近傍などで平坦化絶縁膜２９等により設定した位置で焦点を結び、フォトダイオード１３による光電変換が行われる。
【００２６】
このように本実施の形態では、平坦化絶縁膜２９の調節機能の限界により、開口部２７の近傍でマイクロレンズ３２からの焦点を結ぶ光によって、反射膜２８内で反射されることによってフォトダイオード１３に到達する。つまり、ほぼ確実にマイクロレンズ３２からの光がフォトダイオード１３に受光されることになるので、フォトダイオード１３とマイクロレンズ３２の焦点との距離を常に近傍領域にしなくても設計上は良いことになる。このため、多層配線の設計上、フォトダイオード１３とマイクロレンズ３２との距離が離れ、それに伴い焦点が開口部２７近傍領域にあっても、フォトダイオード１３の光量が減少することはない。また、層間絶縁膜１８Ａ、層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄの側面がそれぞれ反射膜２８によって覆われている。このため、フォトダイオード１３の表面に入射しない光が、途中で一部の配線に乱反射して他の半導体素子のフォトダイオードに入射し、混色を起こすこともない。
【００２７】
次に、このＣＭＯＳセンサの製造方法について図２〜図７を参照して説明する。
【００２８】
まず、図２（Ａ）に示したように、シリコン基板１１上にシリコン酸化膜等の絶縁膜を形成する。その後、例えば熱酸化法により素子分離形成領域の絶縁膜を熱処理して、素子分離領域１２を形成する。更に、このシリコン基板１１上にフォトレジスト等のマスクを塗布形成して、そのマスク上から不純物拡散法およびイオン注入法などにより不純物を添加し、フォトダイオード１３およびＭＯＳトランジスタのソ−ス領域となる拡散層１１Ａ、およびＭＯＳトランジスタのドレイン領域となる拡散層１１Ｂを形成する。その後、マスクをアッシング等により除去した後、例えば熱酸化によりシリコン基板１１上にゲート絶縁膜１４Ｂを形成した後、そのゲート絶縁膜１４Ｂ上に例えば金属からなるゲート電極１４Ａを形成する。
【００２９】
更に、シリコン基板１１、拡散層１１Ａおよびゲート電極１４上に例えばＳｉＯ₂系の層間絶縁膜１８Ａを形成する。その後、電気的な接続のため、コンタクトホールなどの接続孔を層間絶縁膜１８Ａに形成して、他の金属配線層に電気的に接続させる。
【００３０】
同様に、第１配線層２０、第２配線層２１および第３配線層２２をそれぞれ形成すると共に、これら配線層を層間絶縁膜１８Ｂ、層間絶縁膜１８Ｃおよび層間絶縁膜１８Ｄで覆う。その後、層間絶縁膜１８Ｄ上に例えばフォトレジストからなるマスク層３４を形成する。
【００３１】
次に、図２（Ｂ）に示したように、マスク層３４を用いて層間絶縁膜１８Ｄ，１８Ｃ，１８Ｂおよび層間絶縁膜１８Ａの途中までを選択的にエッチング除去して開口部２７を形成する。
【００３２】
次に、図３に示したように、例えばＣＶＤ法により窒化シリコンからなる膜厚約１００ｎｍから約５００ｎｍ程度の保護膜２４を層間絶縁膜１８Ｄおよび開口部２７の内部に形成する。
【００３３】
次いで、この保護膜２４上に例えばスパッタリング法によって膜厚が例えば約５０ｎｍから約５００ｎｍ程度のアルミニウム膜２８Ａを成膜する。
【００３４】
次に、エッチバック法により配線層上部と掘り込み穴底部の反射膜２８Ａを選択的にエッチング除去して、図４に示したように、開口部２７の側壁面にアルミニウムからなる光反射特性を有する反射膜２８が形成される。
【００３５】
その後は、図１に示したように、開口部２７内、更に保護膜２４上に、例えば光透過性のある平坦化絶縁膜２９を、例えばＳＯＧ膜のスピン塗布あるいはＳｉＯ₂膜のＣＶＤ成膜法によって形成する。
【００３６】
次いで、この平坦化絶縁膜２９上に、例えば分光性および光透過性を有する絶縁体からなるカラーフィルタ３０を、ゼラチン塗布により形成する。
【００３７】
なお、反射膜２８のエッチングを例えば反応性イオンビームエッチングにより行うものとしてもよく、あるいは反射膜２８の表面を光反射できる程度に平滑にできる方法であれば、他の方法でもよい。
【００３８】
なお、開口部２７および反射膜２８は上記実施の形態のようにテーパ状に形成されていてもよいが、図５に示したように垂直に形成するようにしてもよい。
【００３９】
〔第２の実施の形態〕
次に、図６を用いて本発明の第２の実施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態においては、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を省略する。
【００４０】
本実施の形態では、図２（Ｂ）に示したように、所定のエッチング除去により開口部２７を形成した後、例えば窒化シリコンからなる第１の保護膜４３をＣＶＤ法により開口部２７の内部および層間絶縁膜１８Ｄ上に形成する。この後、第１の実施の形態と同様の方法を用いて反射膜２８を形成する。
【００４１】
その後、例えばＣＶＤ法によりＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass）、ＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）、またはＢＰＳＧ（Boron-Phospho Silicate Glass）などのシリケートガラス（二酸化珪素のガラス状のもの）に各種不純物を添加した光透過性を有する絶縁膜からなる埋込み膜４４を開口部２７の内部が完全に埋め込まれるように成膜し、続いて、例えばＣＭＰ法を用いて第１の保護膜４３が露出する程度の平坦化を行う。この埋込み膜４４は、例えばスピンコート法（Spin coating) によりＳＯＧ（Spin On Glass ）や透明樹脂膜などを成膜して形成しても良い。
【００４２】
本実施の形態では、この埋込み膜４４が埋め込まれた開口部２７上および第１の保護膜４３上に、第１の保護膜４３よりも厚い、例えば約１００ｎｍから約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる第２の保護膜４５をＣＶＤ法などにより形成する。
【００４３】
続いて、この第２の保護膜４５上にシリコン酸化膜、あるいはスピン塗布した透明樹脂からなる平坦化絶縁膜４６を形成する。以下、第１の実施の形態と同様に、平坦化絶縁膜４６上にカラーフィルタ３０およびマイクロレンズ３２を形成する。
【００４４】
以上のように基本的な構成は第１の実施の形態と同様であるが、本実施の形態では、第１の保護膜４３と第２の保護膜４５により保護膜を２層化した構造を有する。
【００４５】
このような２層化した構造を有することで、第１の保護膜４３では開口部２７内部では充分な膜厚を確保しづらいなどの設計上の制約により、膜の厚さを充分に確保することが難しいが、第２の保護膜４５は開口部２７の上方にあるため、保護膜として機能するために必要な膜の厚さを充分に確保することができ、これらの２層の保護膜４３，４５によって素子特性や信頼性の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制できる。
【００４６】
〔第３の実施の形態〕
次に、図７を用いて本発明の第３の実施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＭＯＳセンサを説明する。本実施の形態においても、図２（Ａ），（Ｂ）までは第１の実施の形態に係る製造方法と同様であるため、重複する構成要素の番号を同一として図２（Ａ），（Ｂ）までの工程の説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態では、図２（Ｂ）で開口部２７を形成した後、第１の実施の形態と同様の製造方法を用いて反射膜２８を開口部２７表面に保護膜を設けることなく、直接に形成する。
【００４８】
次いで、例えばＣＶＤ法によりＮＳＧ，ＰＳＧまたはＢＰＳＧなどのシリケートガラスからなる埋込み膜４７を、開口部２７の上方および層間絶縁膜１８Ｄが完全に埋め込まれる程度まで堆積する。その後、例えばＣＭＰ法を用いて平坦化を層間絶縁膜１８Ｄが露出しない程度に行うようにしてもよい。この埋込み膜４７は、例えばスピンコート法によりＳＯＧ膜や透明樹脂膜などを成膜して形成しても良い。
【００４９】
次に、埋込み膜４７上に、約１００ｎｍから約５００ｎｍ程度の例えば窒化シリコンからなる保護膜４８をＣＶＤ法などにより形成し、この保護膜４８上に平坦化絶縁膜４９を形成する。以下、第１の実施の形態と同様に、平坦化絶縁膜４９上にカラーフィルタ３０およびマイクロレンズ３２を形成する。
【００５０】
本実施の形態では、開口部２７の側面には保護膜を形成しないので、その分だけ開口部２７内の埋込み膜４７の体積を増加させることが可能である。従って、マイクロレンズ３２の焦点位置のばらつきに対する設計上の制約を緩和することができる。また、第２の実施の形態と同様に、この保護膜４８は開口部２７の上方にあるため、保護膜として機能するために必要な膜の厚さを充分に確保することができ、素子特性や信頼性の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制できる。
【００５１】
〔第４の実施の形態〕
次に、図８を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るマイクロレンズオンチップ型のＣＣＤの構成を説明する。本実施の形態はＣＣＤであるが、その特有部分以外の構成は第１の実施の形態と同様であるため、重複する構成要素の詳細については説明を一部省略する。
【００５２】
本実施の形態のＣＣＤデバイスは、シリコン基板１１、光電変換部５５、転送ゲート部５６およびＶＣＣＤ（Vertical CCD ）５７により構成されている。光電変換部５５はＮ型の拡散層により形成されており、この光電変換部５５に光が入射すると、光電変換により光が信号電荷として蓄積される。この信号電荷は、クロックパルスにより駆動される転送ゲート部５６の制御の下にＮ型の導電型を持つＶＣＣＤ５７表面にチャネル層が形成されることによってＶＣＣＤ５７に転送される。このＶＣＣＤ５７は、ＣＣＤ回路上に垂直方向に配置され、信号電荷を後段の他のＶＣＣＤに転送する。このような信号電荷の転送動作がクロックパルスにより周期的に繰り返される。
【００５３】
このようなマイクロレンズオンチップ型のＣＣＤでは、従来構造であると、入射光が光電変換部５５のみならずＶＣＣＤ５７にも入射してしまい、光電変換効率が低下するスミアという現象が生じる虞がある。これに対して、本実施の形態であれば、マイクロレンズ３２からの入射光は開口部２７内の反射膜２８により導かれて確実に光電変換部５５に入射する。従って、光電変換部５５とマイクロレンズ３２の焦点距離を常に近傍にしなくても設計上良いことになる。このため、ＣＣＤの設計上の制約により、焦点が開口部２７内上部もしくは開口部２７内を離れた近傍領域にあっても、光電変換部５５に入射する光量が減少することはなく、変換効率が向上する。
【００５４】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態ではＣＭＯＳセンサおよびＣＣＤのような固体撮像素子について説明したが、その他の素子であっても、受光部を備えたマイクロレンズオンチップ型の半導体装置についても適用可能であることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子によれば、光電変換機能を有する受光部上方の層間絶縁膜中に開口部を設け、この開口部の側壁に光の反射膜を設けるようにしたので、マイクロレンズからの入射光を確実に受光部に導くことができ、受光部の感度が向上すると共に、隣接する受光部間での混色の問題も生ずることはない。また、開口部内および層間絶縁膜上に第１の保護膜を設けることに加えて、開口部の上方に第２の保護膜を設けるようにしたので、第２の保護膜に、保護膜として機能するために必要な膜の厚さを充分に確保することができる。よって、これら第１の保護膜および第２の保護膜によって素子特性や信頼性の劣化原因となる水分侵入あるいは不純物汚染を抑制できる。
【００５６】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、製造工程上で多層配線層を設けても、焦点距離を受光部近傍にあわせて調整する必要がない。このため、平坦化絶縁膜の焦点調整機能の限界によらず、多層配線化および微細化を設計上更に進めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＣＭＯＳセンサの断面図である。
【図２】図１に示したＣＭＯＳセンサの工程毎の断面図である。
【図３】図２（Ｂ）の工程に続く工程毎の断面図である。
【図４】図３の工程に続く工程毎の断面図である。
【図５】第１の実施の形態の構造の変形例を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るＣＭＯＳセンサの断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るＣＭＯＳセンサの断面図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るＣＣＤの断面図である。
【図９】従来のＣＭＯＳセンサの構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１１…シリコン基板、１２…素子分離領域、１３…フォトダイオード、１１Ａ，１１Ｂ…拡散層、１４Ｂ…ゲート絶縁膜、１４Ａ…ゲート電極、１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ…層間絶縁膜、２０…第１配線層、２１…第２配線層、２２…第３配線層、２４…保護膜、２７…開口部、２８…反射膜、２９…平坦化膜絶縁膜、３０…カラーフィルタ、３２…マイクロレンズ、５５…光電変換部、５６…転送ゲート部、５７…ＶＣＣＤ

Claims

光電変換を行う受光部と、
この受光部に対向して配設されたマイクロレンズとを備えた固体撮像素子であって、
前記受光部と前記マイクロレンズとの間に設けられた層間絶縁膜と、
この層間絶縁膜の前記受光部に対向する位置に、その層間絶縁膜の厚さ方向に穿設された開口部と、
前記開口部の内部および前記層間絶縁膜上に形成された第１の保護膜と、
前記マイクロレンズによって外部から集光された光を反射させつつ前記受光部へと導くように前記開口部の側壁の前記第１の保護膜上に設けられた反射膜と、
前記開口部内に埋め込まれた光透過性の埋込み絶縁膜と、
前記埋込み絶縁膜および前記第１の保護膜の上に形成され、前記第１の保護膜よりも膜厚の厚い第２の保護膜と、
前記第２の保護膜上に形成された光透過性の平坦化絶縁膜と
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
半導体基板内に不純物領域を選択的に形成することにより受光部を形成する工程と、
前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜のうち前記受光部に対向する領域を、前記層間絶縁膜の途中までを選択的に除去して、開口部を形成する工程と、
前記開口部の内部および前記層間絶縁膜の上に第１の保護膜を形成する工程と、
前記開口部の側壁部分の第１の保護膜上に選択的に反射膜を形成する工程と、
前記反射膜が形成された開口部内に光透過性を有する絶縁材料を堆積させることにより埋込み絶縁膜を形成する工程と、
前記埋込み絶縁膜および第１の保護膜上に第１の保護膜よりも膜厚の厚い第２の保護膜を形成する工程と、
前記第２の保護膜上に光透過性の平坦化絶縁膜を形成する工程と、
この平坦化絶縁膜の上方の前記受光部に対向する位置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。