固体撮像装置及びその製造方法
【課題】固体撮像装置の特性劣化を抑制する。
【解決手段】本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１０内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子５と、半導体基板１０上及び光電変換素子５上に設けられ、光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部４を含む絶縁膜４１と、絶縁膜４１上に設けられる配線層３１と、絶縁膜４１上及び配線層３１上に設けられ、凸部４に対応するように形成された傾斜角を有する段差部６を含む絶縁膜４２と、を含む。
【解決手段】本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１０内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子５と、半導体基板１０上及び光電変換素子５上に設けられ、光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部４を含む絶縁膜４１と、絶縁膜４１上に設けられる配線層３１と、絶縁膜４１上及び配線層３１上に設けられ、凸部４に対応するように形成された傾斜角を有する段差部６を含む絶縁膜４２と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ及びＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、或いは、スキャナ等、多様な用途で使われている。
【０００３】
イメージセンサの需要が高まる中、画像の高精細化や色の再現性の向上などが、イメージセンサに、求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体撮像装置の特性劣化を抑制できる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子と、半導体基板上及び光電変換素子上に設けられ、前記光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部を有する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に設けられる配線層と、前記第１の絶縁膜上及び前記配線層上に設けられ、前記凸部に対応するように形成された段差部を有する第２の絶縁膜と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】固体撮像装置の全体構成例を示す平面図。
【図２】第１の実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図。
【図３】第１の実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図６】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図７】第２の実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施形態］
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
【０００９】
（１） 第１の実施形態
図１乃至図６を参照して、第１の実施形態の固体撮像装置の構造及び製造方法について説明する。
【００１０】
（ａ） 構造
図１乃至図３を用いて、本実施形態の固体撮像装置の構造について、説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の固体撮像装置の全体構成を示している。
【００１２】
本実施形態の固体撮像装置は、イメージセンサであって、例えば、ラインＣＣＤセンサである。
【００１３】
図１に示されるように、ラインＣＣＤセンサは、半導体基板１０上に形成される。半導体基板１０は、シリコン単結晶基板又はＳＯＩ基板である。
【００１４】
ラインＣＣＤセンサは、複数の画素５から形成される画素列を含む。各画素５は、光電変換素子を含んでいる。光電変換素子は、入射した光の光量に応じて、その内部に電荷が発生する。
【００１５】
シフトゲート１００は、画素の配列方向と交差する方向において画素５に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。シフトゲート１００は、画素５に生じた信号電荷の放出を制御する。シフトゲート１００は、制御回路（図示せず）の制御に基づいて、所定のタイミングで、画素５からの信号電荷を、蓄積ゲート１１０へ出力する。シフトゲート１００は、画素列が含む複数の画素５に共有化されている。画素列に含まれる複数の画素５の信号電荷は、実質的に同時に、シフトゲート１００を経由して各画素５に対応する蓄積ゲート１１０へ出力される。
【００１６】
複数の蓄積ゲート１１０が、シフトゲート１００に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。蓄積ゲート１１０は、各画素５にそれぞれ対応するように、設けられている。蓄積ゲート１１０は、制御回路の制御に基づいて、画素５の信号電荷を、シフトゲート１００を介して読み出す。そして、蓄積ゲート１１０は、読み出した信号電荷を一時的に保持する。
【００１７】
複数のバリアゲート１２０が、蓄積ゲート１１０に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。各バリアゲート１２０は、各蓄積ゲート１１０にそれぞれ対応するように、設けられている。バリアゲート１２０は、制御回路の制御に基づいて、蓄積ゲート１１０の電荷保持状態を制御し、所定のタイミングで、蓄積ゲート１１０が保持している電荷をＣＣＤレジスタ１３０へ出力する。
【００１８】
ＣＣＤレジスタ１３０は、バリアゲート１２０に隣接するように、設けられている。ＣＣＤレジスタ１３０は、蓄積ゲート１１０からバリアゲート１２０を経由して出力された信号電荷を、所定のタイミングで、信号検出部１４０に順次転送される。
【００１９】
信号検出部１４０は、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤを含む。画素５からの信号電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに出力される。信号検出部１４０は、出力された信号電荷に応じたフローティングディフュージョンＦＤの電位の変動を検知し、その電位変動を画素（又は画素列）が取得した信号として、後段の回路（例えば、画像処理回路）に出力する。これに基づいて、画素列に照射された光に応じた画像データが、後段の回路によって形成される。
【００２０】
尚、図１は、１ライン分の画素列を含むラインＣＣＤセンサが示されているが、本実施形態のラインＣＣＤセンサは、２ライン又は３ライン分の画素列を含んでもよい。
【００２１】
図２及び図３を用いて、本実施形態のＣＣＤセンサが含む画素の構造について、説明する。図２は、本実施形態のＣＣＤセンサが含む１つの画素５の平面構造を示し、図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。
【００２２】
図２に示されるように、画素５は、半導体基板１０内に設けられた所定の領域１５（以下、画素形成領域とよぶ）内に形成される。画素形成領域１５内には、光電変換素子５が設けられている。画素形成領域１５内において、段差を有する領域（以下、段差領域とよぶ）が設けられている。段差領域内において、例えば、粒状（より具体的には、矩形状）の複数の突起部（凸部）４，６が、設けられている。突起部４，６は、基板表面に対して垂直方向において画素形成領域１５と上下に重なる位置に設けられている。また、画素形成領域１５と上下に重なる位置に、平坦な上面を有する領域（以下、平坦領域とよぶ）が、段差領域と同じ配線レベル（半導体基板表面からの高さ）内に設けられる場合がある。
【００２３】
画素形成領域１５内の光電変換素子５は、例えば、フォトダイオードである。図３に示されるように、フォトダイオード５は、半導体基板１０内の少なくとも１つの不純物層（拡散層）５０によって、形成される。例えば、半導体基板１０がＰ型半導体基板である場合、フォトダイオード５は、Ｎ型不純物層（拡散層）を少なくとも１つ含む。半導体基板１０はＮ型半導体基板でもよく、その場合には、フォトダイオード５は、Ｐ型不純物層を少なくとも１つ含む。但し、フォトダイオード５は、Ｐ型及びＮ型の複数の不純物層によって、形成されてもよい。画素形成領域１５のことを、フォトダイオード形成領域１５ともよぶ。
【００２４】
隣接するフォトダイオード形成領域１５は、例えば、素子分離領域によって電気的に分離されてもよい。素子分離領域内には、素子分離層（図示せず）が設けられる。素子分離層は、半導体基板１０内に設けられた不純物層でもよいし、半導体基板１０内の溝に埋め込まれた絶縁層でもよい。
【００２５】
フォトダイオード５０を覆うように、層間絶縁膜４０，４１が、半導体基板１０上に設けられている。
【００２６】
第１の層間絶縁膜４０は、フォトダイオード５の上面を覆うように、半導体基板１０上に設けられている。
第１の層間絶縁膜４０上に、第１の配線層（例えば、金属層）３０が設けられている。第１の金属層３０は、半導体基板１０表面に対して垂直方向においてフォトダイオード５の上方を覆わないように、設けられている。金属層３０は、フォトダイオード５０と上下に重ならない位置に配置されている。金属層３０は、隣接する画素間の遮光膜として、用いられる。
【００２７】
第２の層間絶縁膜４１は、金属層３０を覆うように、第１の層間絶縁膜４０上及び金属層３０上に設けられている。
【００２８】
第２の層間絶縁膜４１上に、第２の金属層（配線層）３１が設けられている。第２の金属層３１は、下層の金属層３０と同様に、フォトダイオード５の上方を覆わないように、フォトダイオード５と上下に重ならない位置に配置されている。第２の金属層３１は、隣接する画素間の遮光膜として用いられている。
【００２９】
層間絶縁膜４０，４１上の金属層３０，３１は、画素形成領域（フォトダイオード形成領域）１５以外の領域において、イメージセンサが含む回路１００，１１０，１２０，１３０に接続される配線としても用いられる。
【００３０】
第１及び第２の層間絶縁膜４０，４１は、例えば、酸化シリコンを用いて形成される。また、第１及び第２の金属層３０，３１は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銅とアルミニウムとを含む合金などを用いて形成される。尚、本実施形態において、層間絶縁膜４０，４１及び配線層（金属層）３０，３１の積層数は、図３に示される数に限定されない。
【００３１】
保護膜（もしくは、最上層の層間絶縁膜）４２は、第２の層間絶縁膜４１上及び金属層３１上に設けられている。保護膜４２は、第２の金属層３１の上面及び側面を覆っている。保護膜４２は、例えば、絶縁膜であって、層間絶縁膜と同様に、酸化シリコンを用いて形成される。ただし、保護膜４２の材料は、樹脂膜でもよい。また、保護膜４２は、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。
【００３２】
保護膜４２上に、カバー層（透過層）８０が設けられている。フォトダイオード５０上方において、保護膜４２とカバー層８０との間には、例えば、空隙（空気又は真空）、透過性の樹脂、或いは、絶縁膜が設けられている。カバー層８０は、樹脂層でもよいし、透過性を有する基板（例えば、ガラス基板や有機基板）でもよい。
【００３３】
例えば、マイクロレンズ８５が、接着層（図示せず）を介して、カバー層８０上に取り付けられている。マイクロレンズ８５は、光を集光し、集光された光がフォトダイオード５に照射される。尚、マイクロレンズ８５とカバー層８０との間に、カラーフィルタが設けられてもよい。
【００３４】
段差領域は、層間絶縁膜４１及び保護膜４２内に設けられている。
【００３５】
フォトダイオード５の上方において、層間絶縁膜４１内に複数の溝（凹部ともよぶ）が形成され、層間絶縁膜４１は基板表面に対して垂直方向に突出した複数の第１の突起部４を有する。層間絶縁膜４１の突起部４は、例えば、矩形状の平面形状及び断面形状を有している。
【００３６】
フォトダイオード５０上方の保護膜４２の上面に、第２の突起部６が形成される。以下では、説明の明確化のため、層間絶縁膜４１の突起部４のことを、凸部４とよび、保護膜４２の突起部６のことを、段差部６とよぶ。
【００３７】
保護膜４２の段差部６は、下地となる層間絶縁膜４１の凸部４の形状に対して、自己整合的に形成される。それゆえ、段差部６の断面形状は、下層の層間絶縁膜４１に形成された凸部４の形状、凸部４の寸法、及び凸部４間の間隔（ピッチ）に応じて、変化する。例えば、保護膜４２の段差部６の断面形状は、台形状、三角形上或いは半球状などを取りうる。例えば、段差部６の側面上に、その断面形状（例えば、三角形状又は台形状）に応じて、基板表面に対して水平方向を基準（０°）として所定の傾斜角（例えば、０°及び９０°を除く角度）が形成されている。
【００３８】
例えば、段差部６の上部に、平坦部（平坦領域）７が形成される場合がある。この場合、形成された平坦部７は、例えば、層間絶縁膜４１内の凸部４の上方に位置する。平坦部７の上面は、例えば、半導体基板１０の表面に対してほぼ平行になっている。半導体基板１０表面に対して水平方向における平坦部７の寸法（長さ、面積）Ｓ１は、平坦部７下方の凸部４の寸法Ｓ２より小さい。尚、平坦部は、隣接する凸部４間の上方、つまり、層間絶縁膜４１内の溝の上方に形成される場合もある。但し、本実施形態のイメージセンサは、凸部４のサイズ及び隣接する凸部４間のピッチを制御することで、平坦部の面積を縮小できる、或いは、平坦部の発生を抑制できる。
【００３９】
本実施形態のイメージセンサにおいて、被写体に対応した光が、マイクレンズ８５を介して、フォトダイオード５に照射される。照射された光の一部は、フォトダイオード５の上面で、反射される場合がある。反射された光は、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２に入射される。フォトダイオード５からの反射光が、段差領域に入射された場合、段差部６がその側面に半導体基板１０表面に対して所定の傾斜角（例えば、０°及び９０°を除く角度）を有しているため、フォトダイオード５上面からの反射光は、その段差部６によって、フォトダイオード５側とは異なる方向へ反射する。その結果として、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２からの反射光の光路が、フォトダイオード形成領域１５外へ変化する。それゆえ、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２によって反射された光が、フォトダイオード５に再び入射されることが抑制され、フォトダイオード５に対する干渉波形の発生が抑制される。これによって、フォトダイオードの分光特性のリップルが、低減される。
【００４０】
マイクロレンズ８５からの直接光及びフォトダイオード５からの反射光が、平坦領域に入射された場合、フォトダイオード５からの反射光は、平坦領域によって、フォトダイオード５側へ反射され、フォトダイオード５に再び入射される。この結果として、フォトダイオードに対する干渉波形が発生し、フォトダイオード５の分光特性にリップルが生じる可能性がある。従来のように、平坦領域の面積が段差領域の面積より大きいイメージセンサは、干渉波形が発生しやすい。従来のイメージセンサにおいて、発生した干渉波形に起因して、フォトダイオードの分光特性がリップルを含み、フォトダイオードの感度が劣化する可能性があった。
【００４１】
また、従来のイメージセンサにおいて、干渉波形の抑制のために段差領域の面積が大きくされる場合、フォトダイオードの上方の開口寸法を大きくするために、金属層を覆う保護膜（または層間絶縁膜）がエッチングされる。保護膜が過剰にエッチングされると、金属層の保護に十分な保護膜の厚さが確保されなかったり、金属層が露出したりし、水分やガスによって、金属層が腐食する可能性がある。この場合、金属層の劣化により、金属層の遮光性が確保されず、光の漏れに起因して画質の劣化が生じる可能性がある。
【００４２】
本実施形態のイメージセンサにおいて、フォトダイオード５上方の段差領域は、層間絶縁膜４１内の凸部（第１の突起部）４及びその凸部４に応じて形成された保護膜４２の段差部（第２の突起部）６によって、形成される。
すなわち、段差領域は、下地層（層間絶縁膜）４１の凸部４に対して自己整合的に生じた段差部６によって、形成される。傾斜角を有する段差部６によって、層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２からフォトダイオードへの光の反射が抑制される。
【００４３】
保護膜４２内の段差部６は、保護膜４２より下層の層間絶縁膜４１の凸部４の形状及びレイアウトに応じて形成される。すなわち、保護膜４２内の段差領域（段差部）６の面積は、保護膜４２に対する加工に依存せずに、下層の層間絶縁膜４１に対する加工によって設定される。
【００４４】
これによって、フォトダイオード５上方に広い範囲にわたって、傾斜角を有する段差領域（段差部）６を設けることができ、その結果として、フォトダイオード５上方の平坦領域を小さくできる、又は、平坦領域の発生を防止できる。それゆえ、本実施形態のイメージセンサは、フォトダイオード５とその上方の平坦領域との間の光の反射に起因する干渉波形の発生を、抑制できる。したがって、本実施形態のイメージセンサは、層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２とフォトダイオード５との間に生じる光の反射に起因した干渉波形の影響を抑制でき、フォトダイオードの分光特性の劣化を抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態において、金属層３１を覆う保護膜４２の段差部６は、下地層となる第１の層間絶縁膜４１内に形成された凸部４に対して自己整合的に、形成される。それゆえ、本実施形態のイメージセンサは、段差部６を形成するためのエッチングを保護膜４２に施さずともよく、段差の形成及び段差領域の面積の拡大に伴って、金属層３１が露出するのを、防止できる。したがって、本実施形態のイメージセンサは、金属層３１の劣化を抑制でき、例えば、金属層の遮光性の劣化などに起因する画質の劣化を抑制できる。
【００４６】
以上のように、第１の実施形態の固体撮像装置によれば、固体撮像装置の特性劣化を抑制できる。
【００４７】
（ｂ） 製造方法
図３乃至図６を用いて、第１の実施形態の固体撮像装置（例えば、イメージセンサ）の製造方法について、説明する。図４乃至図６は、第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の各工程にける断面工程図を示している。
【００４８】
図４に示されるように、半導体基板（例えば、シリコン単結晶基板又はＳＯＩ基板）１０内の画素形成領域（フォトダイオード形成領域）の上面が開口するように、レジストマスク（図示せず）が、フォトリソグラフィによって、半導体基板１０上に形成される。そのレジストマスクをマスクとして、イオン注入によって、少なくとも１つの不純物層５０が、半導体基板１０内に形成される。半導体基板１０が、Ｐ型シリコン基板である場合、少なくとも１つのＮ型不純物層５０が形成される。この不純物層５０によって、半導体基板１０内に、フォトダイオード５が形成される。フォトダイオード５は、導電型（Ｐ型及びＮ型）又は不純物濃度が異なる複数の不純物層５０によって形成されてもよい。
【００４９】
尚、互いに隣接するフォトダイオードを電気的に分離するために、素子分離領域が半導体基板１０内に形成されてもよい。その素子分離領域内に、例えば、素子分離層が形成される。素子分離層は、イオン注入によって形成された不純物層でもよいし、素子分離溝に埋め込まれた絶縁膜でもよい。素子分離層が半導体基板１０内に形成されることによって、フォトダイオード形成領域（画素形成領域）が定義される。
【００５０】
フォトダイオード５が形成された後、第１の層間絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）４０が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、半導体基板１０上に堆積される。層間絶縁膜４０上に、金属層（配線層）３０が、例えば、スパッタ法によって堆積される。金属層３０は、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ法によって、所定の形状に加工される。金属層３０は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ又はＡｌＣｕ合金を用いて、形成される。金属層３０は、回路を形成するための配線又は画素間の遮光膜として用いられる。
【００５１】
遮光膜としての金属層３０は、フォトダイオード５上方が開口するように、半導体基板１０の表面に対して垂直方向においてフォトダイオード５と上下に重ならない位置に、形成される。
【００５２】
そして、層間絶縁膜４０上及び金属層３０上に、第２の層間絶縁膜４１Ａが、例えば、ＣＶＤ法によって、堆積される。
【００５３】
図５に示されるように、フォトリソグラフィ技術によってパターニングされたレジストマスク９０が、層間絶縁膜４１上に、形成される。フォトダイオード５の上方において、レジストマスク９０は、複数の開口部が形成されている。開口部の平面形状は、矩形状でもよいし、円形状でもよいし、又は、楕円形状でもよい。
【００５４】
レジストマスク９０がマスクに用いられて、層間絶縁膜４１が、例えば、ＲＩＥ法によって、エッチングされる。このエッチングによって、レジストマスク９０の開口部を介して、例えば、層間絶縁膜４１の一部が除去される。これによって、第２の層間絶縁膜４１の上面に、複数の凸部４が形成される。凸部４は、フォトダイオード５の上方に設けられている。尚、下層の層間絶縁膜４０の上面が露出するように、レジストマスク９０を介して層間絶縁膜４１がエッチングされてもよい。
【００５５】
例えば、層間絶縁膜４０の凸部４の形成は、ハーフトーンを用いたパターニング（リソグラフィ）などによって、イメージセンサが含む回路の配線を接続するためのビアホール（via hole）の形成と同時の工程で実行される。それゆえ、層間絶縁膜４０に凸部４を形成しても、過剰な製造工程の増加は無い。
【００５６】
図６に示されるように、層間絶縁膜４１上のレジストマスクが除去された後、第２の金属層（配線層）３１が、層間絶縁膜４１上に堆積される。金属層３１は、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ法によって、フォトダイオード５上方から選択的に除去される。加工された金属層３１は、遮光膜として、機能する。
【００５７】
図３に示されるように、保護膜４２が、例えば、ＣＶＤ法によって、凸部４を有する第２の層間絶縁膜４１上に堆積される。保護膜４２の上面に、下地層となる第２の層間絶縁膜４１の凸部４の形状に応じて、段差（段差部）６が自己整合的に生じる。形成された段差部６は、その側面に傾斜角を有する。このように、凸部４を有する層間絶縁膜４１とそれを覆う保護膜４２によって、段差領域が形成される。例えば、凸部４の寸法及び隣接する凸部４間のピッチに応じて、平坦領域（平坦部）７が保護膜４２内に形成される場合がある。この平坦部７の面積Ｓ１は、下層の層間絶縁膜４１の凸部６の面積Ｓ２より小さい。
【００５８】
また、保護膜４２は、金属層３１上に堆積される。保護膜４２は、第２の層間絶縁膜４１上の金属層３１の上面及び側面を覆っている。
【００５９】
本実施形態のイメージセンサの製造方法において、保護膜４２に対してエッチングを施さずに、保護膜４２内に段差部６が形成される。それゆえ、段差部６を形成するためのエッチングによって、金属層３１上の保護膜４２が除去される（又は薄くなる）ことはなく、金属層３１が露出することもない。
【００６０】
この後、第３の層間絶縁膜４２上に、カバー層８０が形成され、カバー層８０上に、マイクロレンズ８５が接着層を介して取り付けられる。
【００６１】
以上の各工程によって、本実施形態のイメージセンサが形成される。
【００６２】
本実施形態のイメージセンサの製造方法において、下地層としての層間絶縁膜４１に凸部４がエッチングによって形成された後に、凸部４を有する層間絶縁膜４１及び層間絶縁膜４１上の金属層３１上に、保護膜４２が堆積される。そして、保護膜４２の堆積時に、凸部４の形状に対して自己整合的に、保護膜４２内に段差部６が形成される。
【００６３】
このように、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２の下層の層間絶縁膜４１に対する加工によって、広範囲にわたって段差領域が形成され、保護膜４２にエッチングを施さずに、傾斜角を有する段差部６をフォトダイオード５の上方に形成できる。
【００６４】
形成された段差部６によって、フォトダイオード５の上方の層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２によって反射された光の光路が、フォトダイオード形成領域の外部へ変化される。それゆえ、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、反射光による干渉波形を抑制する構造を形成でき、フォトダイオードの分光特性の劣化を抑制できるイメージセンサを作製できる。
【００６５】
また、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２にエッチングを施して干渉波形を抑制する段差部６を形成する必要がない。それゆえ、本実施形態の製造方法で形成されたイメージセンサは、保護膜４２に対するエッチングに起因した金属層３１の劣化を防止できる。したがって、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２に覆われた金属層３１の遮光性の劣化を抑制でき、画質の劣化を抑制したイメージセンサを作製できる。
【００６６】
したがって、本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、特性劣化が抑制された固体撮像装置を提供できる。
【００６７】
（２） 第２の実施形態
図７を参照して、第２の実施形態の固体撮像装置について、説明する。
図７は、本実施形態の固体撮像装置（例えば、ラインＣＣＤセンサ）の画素の構造を示す平面図である。尚、Ａ−Ａ’線に沿う断面構造は、図３に示される構造と実質的に同じであるため、ここでの説明は省略する。
【００６８】
第１の実施形態において、画素５が含む段差領域は、第２の層間絶縁膜４１の粒状（矩形状又は島状）の凸部によって形成されている。
但し、本実施形態のように、保護膜４２内の段差部６を形成するための凸部４Ａは、画素形成領域１５の一端から他端まで延在するストライプ状（ライン状）の平面形状を有していてもよい。
【００６９】
ストライプ状の凸部４Ａは、図５に示される工程において、レジストマスク９０をストライプ状にパターニングし、そのレジストマスク９０をマスクにして、層間絶縁膜４１をエッチングすることによって、形成される。
【００７０】
このように、保護膜４２の段差部６が、ストライプ状の凸部４Ａによって形成された場合においても、フォトダイオード５上方の平坦領域（平坦部）の面積を削減し、段差領域４，６の面積を大きくできる。
【００７１】
また、本実施形態においても、保護膜４２が第２の金属層３１を覆うように形成され、且つ、段差部６は、下地層の層間絶縁膜４２のストライプ状の凸部４Ａに対して自己整合的に形成されるため、保護膜４２にエッチングを施す必要はない。
【００７２】
したがって、第２の実施形態の固体撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置の特性劣化を抑制できる。
【００７３】
尚、本実施形態において、段差領域は、フォトダイオード５上方の保護膜４２とその直下の層間絶縁膜４１とから形成されているが、フォトダイオード５の直上の層間絶縁膜４０を用いて、段差領域が形成されてもよい。
【００７４】
第１及び第２の実施形態において、固体撮像装置の全体構成としてラインＣＣＤイメージセンサを例示したが、本実施形態は、エリアＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサにも適用できる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１０：半導体基板、５：フォトダイオード、５０：不純物層、４０，４１：層間絶縁膜、４２：保護膜、４：第１の突起部（凸部）、６：第２の突起部（段差部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ及びＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、ビデオカメラ、監視カメラ、或いは、スキャナ等、多様な用途で使われている。
【０００３】
イメージセンサの需要が高まる中、画像の高精細化や色の再現性の向上などが、イメージセンサに、求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３２５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
固体撮像装置の特性劣化を抑制できる技術を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子と、半導体基板上及び光電変換素子上に設けられ、前記光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部を有する第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に設けられる配線層と、前記第１の絶縁膜上及び前記配線層上に設けられ、前記凸部に対応するように形成された段差部を有する第２の絶縁膜と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】固体撮像装置の全体構成例を示す平面図。
【図２】第１の実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図。
【図３】第１の実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図。
【図４】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図５】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図６】第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図。
【図７】第２の実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施形態］
以下、図面を参照しながら、本実施形態について詳細に説明する。以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付し、重複する説明は必要に応じて行う。
【０００９】
（１） 第１の実施形態
図１乃至図６を参照して、第１の実施形態の固体撮像装置の構造及び製造方法について説明する。
【００１０】
（ａ） 構造
図１乃至図３を用いて、本実施形態の固体撮像装置の構造について、説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の固体撮像装置の全体構成を示している。
【００１２】
本実施形態の固体撮像装置は、イメージセンサであって、例えば、ラインＣＣＤセンサである。
【００１３】
図１に示されるように、ラインＣＣＤセンサは、半導体基板１０上に形成される。半導体基板１０は、シリコン単結晶基板又はＳＯＩ基板である。
【００１４】
ラインＣＣＤセンサは、複数の画素５から形成される画素列を含む。各画素５は、光電変換素子を含んでいる。光電変換素子は、入射した光の光量に応じて、その内部に電荷が発生する。
【００１５】
シフトゲート１００は、画素の配列方向と交差する方向において画素５に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。シフトゲート１００は、画素５に生じた信号電荷の放出を制御する。シフトゲート１００は、制御回路（図示せず）の制御に基づいて、所定のタイミングで、画素５からの信号電荷を、蓄積ゲート１１０へ出力する。シフトゲート１００は、画素列が含む複数の画素５に共有化されている。画素列に含まれる複数の画素５の信号電荷は、実質的に同時に、シフトゲート１００を経由して各画素５に対応する蓄積ゲート１１０へ出力される。
【００１６】
複数の蓄積ゲート１１０が、シフトゲート１００に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。蓄積ゲート１１０は、各画素５にそれぞれ対応するように、設けられている。蓄積ゲート１１０は、制御回路の制御に基づいて、画素５の信号電荷を、シフトゲート１００を介して読み出す。そして、蓄積ゲート１１０は、読み出した信号電荷を一時的に保持する。
【００１７】
複数のバリアゲート１２０が、蓄積ゲート１１０に隣接するように、半導体基板１０上に設けられている。各バリアゲート１２０は、各蓄積ゲート１１０にそれぞれ対応するように、設けられている。バリアゲート１２０は、制御回路の制御に基づいて、蓄積ゲート１１０の電荷保持状態を制御し、所定のタイミングで、蓄積ゲート１１０が保持している電荷をＣＣＤレジスタ１３０へ出力する。
【００１８】
ＣＣＤレジスタ１３０は、バリアゲート１２０に隣接するように、設けられている。ＣＣＤレジスタ１３０は、蓄積ゲート１１０からバリアゲート１２０を経由して出力された信号電荷を、所定のタイミングで、信号検出部１４０に順次転送される。
【００１９】
信号検出部１４０は、フローティングディフュージョン（浮遊拡散層）ＦＤを含む。画素５からの信号電荷は、フローティングディフュージョンＦＤに出力される。信号検出部１４０は、出力された信号電荷に応じたフローティングディフュージョンＦＤの電位の変動を検知し、その電位変動を画素（又は画素列）が取得した信号として、後段の回路（例えば、画像処理回路）に出力する。これに基づいて、画素列に照射された光に応じた画像データが、後段の回路によって形成される。
【００２０】
尚、図１は、１ライン分の画素列を含むラインＣＣＤセンサが示されているが、本実施形態のラインＣＣＤセンサは、２ライン又は３ライン分の画素列を含んでもよい。
【００２１】
図２及び図３を用いて、本実施形態のＣＣＤセンサが含む画素の構造について、説明する。図２は、本実施形態のＣＣＤセンサが含む１つの画素５の平面構造を示し、図３は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面構造を示している。
【００２２】
図２に示されるように、画素５は、半導体基板１０内に設けられた所定の領域１５（以下、画素形成領域とよぶ）内に形成される。画素形成領域１５内には、光電変換素子５が設けられている。画素形成領域１５内において、段差を有する領域（以下、段差領域とよぶ）が設けられている。段差領域内において、例えば、粒状（より具体的には、矩形状）の複数の突起部（凸部）４，６が、設けられている。突起部４，６は、基板表面に対して垂直方向において画素形成領域１５と上下に重なる位置に設けられている。また、画素形成領域１５と上下に重なる位置に、平坦な上面を有する領域（以下、平坦領域とよぶ）が、段差領域と同じ配線レベル（半導体基板表面からの高さ）内に設けられる場合がある。
【００２３】
画素形成領域１５内の光電変換素子５は、例えば、フォトダイオードである。図３に示されるように、フォトダイオード５は、半導体基板１０内の少なくとも１つの不純物層（拡散層）５０によって、形成される。例えば、半導体基板１０がＰ型半導体基板である場合、フォトダイオード５は、Ｎ型不純物層（拡散層）を少なくとも１つ含む。半導体基板１０はＮ型半導体基板でもよく、その場合には、フォトダイオード５は、Ｐ型不純物層を少なくとも１つ含む。但し、フォトダイオード５は、Ｐ型及びＮ型の複数の不純物層によって、形成されてもよい。画素形成領域１５のことを、フォトダイオード形成領域１５ともよぶ。
【００２４】
隣接するフォトダイオード形成領域１５は、例えば、素子分離領域によって電気的に分離されてもよい。素子分離領域内には、素子分離層（図示せず）が設けられる。素子分離層は、半導体基板１０内に設けられた不純物層でもよいし、半導体基板１０内の溝に埋め込まれた絶縁層でもよい。
【００２５】
フォトダイオード５０を覆うように、層間絶縁膜４０，４１が、半導体基板１０上に設けられている。
【００２６】
第１の層間絶縁膜４０は、フォトダイオード５の上面を覆うように、半導体基板１０上に設けられている。
第１の層間絶縁膜４０上に、第１の配線層（例えば、金属層）３０が設けられている。第１の金属層３０は、半導体基板１０表面に対して垂直方向においてフォトダイオード５の上方を覆わないように、設けられている。金属層３０は、フォトダイオード５０と上下に重ならない位置に配置されている。金属層３０は、隣接する画素間の遮光膜として、用いられる。
【００２７】
第２の層間絶縁膜４１は、金属層３０を覆うように、第１の層間絶縁膜４０上及び金属層３０上に設けられている。
【００２８】
第２の層間絶縁膜４１上に、第２の金属層（配線層）３１が設けられている。第２の金属層３１は、下層の金属層３０と同様に、フォトダイオード５の上方を覆わないように、フォトダイオード５と上下に重ならない位置に配置されている。第２の金属層３１は、隣接する画素間の遮光膜として用いられている。
【００２９】
層間絶縁膜４０，４１上の金属層３０，３１は、画素形成領域（フォトダイオード形成領域）１５以外の領域において、イメージセンサが含む回路１００，１１０，１２０，１３０に接続される配線としても用いられる。
【００３０】
第１及び第２の層間絶縁膜４０，４１は、例えば、酸化シリコンを用いて形成される。また、第１及び第２の金属層３０，３１は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、又は銅とアルミニウムとを含む合金などを用いて形成される。尚、本実施形態において、層間絶縁膜４０，４１及び配線層（金属層）３０，３１の積層数は、図３に示される数に限定されない。
【００３１】
保護膜（もしくは、最上層の層間絶縁膜）４２は、第２の層間絶縁膜４１上及び金属層３１上に設けられている。保護膜４２は、第２の金属層３１の上面及び側面を覆っている。保護膜４２は、例えば、絶縁膜であって、層間絶縁膜と同様に、酸化シリコンを用いて形成される。ただし、保護膜４２の材料は、樹脂膜でもよい。また、保護膜４２は、単層構造でもよいし、積層構造でもよい。
【００３２】
保護膜４２上に、カバー層（透過層）８０が設けられている。フォトダイオード５０上方において、保護膜４２とカバー層８０との間には、例えば、空隙（空気又は真空）、透過性の樹脂、或いは、絶縁膜が設けられている。カバー層８０は、樹脂層でもよいし、透過性を有する基板（例えば、ガラス基板や有機基板）でもよい。
【００３３】
例えば、マイクロレンズ８５が、接着層（図示せず）を介して、カバー層８０上に取り付けられている。マイクロレンズ８５は、光を集光し、集光された光がフォトダイオード５に照射される。尚、マイクロレンズ８５とカバー層８０との間に、カラーフィルタが設けられてもよい。
【００３４】
段差領域は、層間絶縁膜４１及び保護膜４２内に設けられている。
【００３５】
フォトダイオード５の上方において、層間絶縁膜４１内に複数の溝（凹部ともよぶ）が形成され、層間絶縁膜４１は基板表面に対して垂直方向に突出した複数の第１の突起部４を有する。層間絶縁膜４１の突起部４は、例えば、矩形状の平面形状及び断面形状を有している。
【００３６】
フォトダイオード５０上方の保護膜４２の上面に、第２の突起部６が形成される。以下では、説明の明確化のため、層間絶縁膜４１の突起部４のことを、凸部４とよび、保護膜４２の突起部６のことを、段差部６とよぶ。
【００３７】
保護膜４２の段差部６は、下地となる層間絶縁膜４１の凸部４の形状に対して、自己整合的に形成される。それゆえ、段差部６の断面形状は、下層の層間絶縁膜４１に形成された凸部４の形状、凸部４の寸法、及び凸部４間の間隔（ピッチ）に応じて、変化する。例えば、保護膜４２の段差部６の断面形状は、台形状、三角形上或いは半球状などを取りうる。例えば、段差部６の側面上に、その断面形状（例えば、三角形状又は台形状）に応じて、基板表面に対して水平方向を基準（０°）として所定の傾斜角（例えば、０°及び９０°を除く角度）が形成されている。
【００３８】
例えば、段差部６の上部に、平坦部（平坦領域）７が形成される場合がある。この場合、形成された平坦部７は、例えば、層間絶縁膜４１内の凸部４の上方に位置する。平坦部７の上面は、例えば、半導体基板１０の表面に対してほぼ平行になっている。半導体基板１０表面に対して水平方向における平坦部７の寸法（長さ、面積）Ｓ１は、平坦部７下方の凸部４の寸法Ｓ２より小さい。尚、平坦部は、隣接する凸部４間の上方、つまり、層間絶縁膜４１内の溝の上方に形成される場合もある。但し、本実施形態のイメージセンサは、凸部４のサイズ及び隣接する凸部４間のピッチを制御することで、平坦部の面積を縮小できる、或いは、平坦部の発生を抑制できる。
【００３９】
本実施形態のイメージセンサにおいて、被写体に対応した光が、マイクレンズ８５を介して、フォトダイオード５に照射される。照射された光の一部は、フォトダイオード５の上面で、反射される場合がある。反射された光は、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２に入射される。フォトダイオード５からの反射光が、段差領域に入射された場合、段差部６がその側面に半導体基板１０表面に対して所定の傾斜角（例えば、０°及び９０°を除く角度）を有しているため、フォトダイオード５上面からの反射光は、その段差部６によって、フォトダイオード５側とは異なる方向へ反射する。その結果として、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２からの反射光の光路が、フォトダイオード形成領域１５外へ変化する。それゆえ、層間絶縁膜４０，４１及び保護膜４２によって反射された光が、フォトダイオード５に再び入射されることが抑制され、フォトダイオード５に対する干渉波形の発生が抑制される。これによって、フォトダイオードの分光特性のリップルが、低減される。
【００４０】
マイクロレンズ８５からの直接光及びフォトダイオード５からの反射光が、平坦領域に入射された場合、フォトダイオード５からの反射光は、平坦領域によって、フォトダイオード５側へ反射され、フォトダイオード５に再び入射される。この結果として、フォトダイオードに対する干渉波形が発生し、フォトダイオード５の分光特性にリップルが生じる可能性がある。従来のように、平坦領域の面積が段差領域の面積より大きいイメージセンサは、干渉波形が発生しやすい。従来のイメージセンサにおいて、発生した干渉波形に起因して、フォトダイオードの分光特性がリップルを含み、フォトダイオードの感度が劣化する可能性があった。
【００４１】
また、従来のイメージセンサにおいて、干渉波形の抑制のために段差領域の面積が大きくされる場合、フォトダイオードの上方の開口寸法を大きくするために、金属層を覆う保護膜（または層間絶縁膜）がエッチングされる。保護膜が過剰にエッチングされると、金属層の保護に十分な保護膜の厚さが確保されなかったり、金属層が露出したりし、水分やガスによって、金属層が腐食する可能性がある。この場合、金属層の劣化により、金属層の遮光性が確保されず、光の漏れに起因して画質の劣化が生じる可能性がある。
【００４２】
本実施形態のイメージセンサにおいて、フォトダイオード５上方の段差領域は、層間絶縁膜４１内の凸部（第１の突起部）４及びその凸部４に応じて形成された保護膜４２の段差部（第２の突起部）６によって、形成される。
すなわち、段差領域は、下地層（層間絶縁膜）４１の凸部４に対して自己整合的に生じた段差部６によって、形成される。傾斜角を有する段差部６によって、層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２からフォトダイオードへの光の反射が抑制される。
【００４３】
保護膜４２内の段差部６は、保護膜４２より下層の層間絶縁膜４１の凸部４の形状及びレイアウトに応じて形成される。すなわち、保護膜４２内の段差領域（段差部）６の面積は、保護膜４２に対する加工に依存せずに、下層の層間絶縁膜４１に対する加工によって設定される。
【００４４】
これによって、フォトダイオード５上方に広い範囲にわたって、傾斜角を有する段差領域（段差部）６を設けることができ、その結果として、フォトダイオード５上方の平坦領域を小さくできる、又は、平坦領域の発生を防止できる。それゆえ、本実施形態のイメージセンサは、フォトダイオード５とその上方の平坦領域との間の光の反射に起因する干渉波形の発生を、抑制できる。したがって、本実施形態のイメージセンサは、層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２とフォトダイオード５との間に生じる光の反射に起因した干渉波形の影響を抑制でき、フォトダイオードの分光特性の劣化を抑制できる。
【００４５】
また、本実施形態において、金属層３１を覆う保護膜４２の段差部６は、下地層となる第１の層間絶縁膜４１内に形成された凸部４に対して自己整合的に、形成される。それゆえ、本実施形態のイメージセンサは、段差部６を形成するためのエッチングを保護膜４２に施さずともよく、段差の形成及び段差領域の面積の拡大に伴って、金属層３１が露出するのを、防止できる。したがって、本実施形態のイメージセンサは、金属層３１の劣化を抑制でき、例えば、金属層の遮光性の劣化などに起因する画質の劣化を抑制できる。
【００４６】
以上のように、第１の実施形態の固体撮像装置によれば、固体撮像装置の特性劣化を抑制できる。
【００４７】
（ｂ） 製造方法
図３乃至図６を用いて、第１の実施形態の固体撮像装置（例えば、イメージセンサ）の製造方法について、説明する。図４乃至図６は、第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法の各工程にける断面工程図を示している。
【００４８】
図４に示されるように、半導体基板（例えば、シリコン単結晶基板又はＳＯＩ基板）１０内の画素形成領域（フォトダイオード形成領域）の上面が開口するように、レジストマスク（図示せず）が、フォトリソグラフィによって、半導体基板１０上に形成される。そのレジストマスクをマスクとして、イオン注入によって、少なくとも１つの不純物層５０が、半導体基板１０内に形成される。半導体基板１０が、Ｐ型シリコン基板である場合、少なくとも１つのＮ型不純物層５０が形成される。この不純物層５０によって、半導体基板１０内に、フォトダイオード５が形成される。フォトダイオード５は、導電型（Ｐ型及びＮ型）又は不純物濃度が異なる複数の不純物層５０によって形成されてもよい。
【００４９】
尚、互いに隣接するフォトダイオードを電気的に分離するために、素子分離領域が半導体基板１０内に形成されてもよい。その素子分離領域内に、例えば、素子分離層が形成される。素子分離層は、イオン注入によって形成された不純物層でもよいし、素子分離溝に埋め込まれた絶縁膜でもよい。素子分離層が半導体基板１０内に形成されることによって、フォトダイオード形成領域（画素形成領域）が定義される。
【００５０】
フォトダイオード５が形成された後、第１の層間絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）４０が、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、半導体基板１０上に堆積される。層間絶縁膜４０上に、金属層（配線層）３０が、例えば、スパッタ法によって堆積される。金属層３０は、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ法によって、所定の形状に加工される。金属層３０は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ又はＡｌＣｕ合金を用いて、形成される。金属層３０は、回路を形成するための配線又は画素間の遮光膜として用いられる。
【００５１】
遮光膜としての金属層３０は、フォトダイオード５上方が開口するように、半導体基板１０の表面に対して垂直方向においてフォトダイオード５と上下に重ならない位置に、形成される。
【００５２】
そして、層間絶縁膜４０上及び金属層３０上に、第２の層間絶縁膜４１Ａが、例えば、ＣＶＤ法によって、堆積される。
【００５３】
図５に示されるように、フォトリソグラフィ技術によってパターニングされたレジストマスク９０が、層間絶縁膜４１上に、形成される。フォトダイオード５の上方において、レジストマスク９０は、複数の開口部が形成されている。開口部の平面形状は、矩形状でもよいし、円形状でもよいし、又は、楕円形状でもよい。
【００５４】
レジストマスク９０がマスクに用いられて、層間絶縁膜４１が、例えば、ＲＩＥ法によって、エッチングされる。このエッチングによって、レジストマスク９０の開口部を介して、例えば、層間絶縁膜４１の一部が除去される。これによって、第２の層間絶縁膜４１の上面に、複数の凸部４が形成される。凸部４は、フォトダイオード５の上方に設けられている。尚、下層の層間絶縁膜４０の上面が露出するように、レジストマスク９０を介して層間絶縁膜４１がエッチングされてもよい。
【００５５】
例えば、層間絶縁膜４０の凸部４の形成は、ハーフトーンを用いたパターニング（リソグラフィ）などによって、イメージセンサが含む回路の配線を接続するためのビアホール（via hole）の形成と同時の工程で実行される。それゆえ、層間絶縁膜４０に凸部４を形成しても、過剰な製造工程の増加は無い。
【００５６】
図６に示されるように、層間絶縁膜４１上のレジストマスクが除去された後、第２の金属層（配線層）３１が、層間絶縁膜４１上に堆積される。金属層３１は、フォトリソグラフィ技術及びＲＩＥ法によって、フォトダイオード５上方から選択的に除去される。加工された金属層３１は、遮光膜として、機能する。
【００５７】
図３に示されるように、保護膜４２が、例えば、ＣＶＤ法によって、凸部４を有する第２の層間絶縁膜４１上に堆積される。保護膜４２の上面に、下地層となる第２の層間絶縁膜４１の凸部４の形状に応じて、段差（段差部）６が自己整合的に生じる。形成された段差部６は、その側面に傾斜角を有する。このように、凸部４を有する層間絶縁膜４１とそれを覆う保護膜４２によって、段差領域が形成される。例えば、凸部４の寸法及び隣接する凸部４間のピッチに応じて、平坦領域（平坦部）７が保護膜４２内に形成される場合がある。この平坦部７の面積Ｓ１は、下層の層間絶縁膜４１の凸部６の面積Ｓ２より小さい。
【００５８】
また、保護膜４２は、金属層３１上に堆積される。保護膜４２は、第２の層間絶縁膜４１上の金属層３１の上面及び側面を覆っている。
【００５９】
本実施形態のイメージセンサの製造方法において、保護膜４２に対してエッチングを施さずに、保護膜４２内に段差部６が形成される。それゆえ、段差部６を形成するためのエッチングによって、金属層３１上の保護膜４２が除去される（又は薄くなる）ことはなく、金属層３１が露出することもない。
【００６０】
この後、第３の層間絶縁膜４２上に、カバー層８０が形成され、カバー層８０上に、マイクロレンズ８５が接着層を介して取り付けられる。
【００６１】
以上の各工程によって、本実施形態のイメージセンサが形成される。
【００６２】
本実施形態のイメージセンサの製造方法において、下地層としての層間絶縁膜４１に凸部４がエッチングによって形成された後に、凸部４を有する層間絶縁膜４１及び層間絶縁膜４１上の金属層３１上に、保護膜４２が堆積される。そして、保護膜４２の堆積時に、凸部４の形状に対して自己整合的に、保護膜４２内に段差部６が形成される。
【００６３】
このように、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２の下層の層間絶縁膜４１に対する加工によって、広範囲にわたって段差領域が形成され、保護膜４２にエッチングを施さずに、傾斜角を有する段差部６をフォトダイオード５の上方に形成できる。
【００６４】
形成された段差部６によって、フォトダイオード５の上方の層間絶縁膜／保護膜４０，４１，４２によって反射された光の光路が、フォトダイオード形成領域の外部へ変化される。それゆえ、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、反射光による干渉波形を抑制する構造を形成でき、フォトダイオードの分光特性の劣化を抑制できるイメージセンサを作製できる。
【００６５】
また、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２にエッチングを施して干渉波形を抑制する段差部６を形成する必要がない。それゆえ、本実施形態の製造方法で形成されたイメージセンサは、保護膜４２に対するエッチングに起因した金属層３１の劣化を防止できる。したがって、本実施形態のイメージセンサの製造方法は、保護膜４２に覆われた金属層３１の遮光性の劣化を抑制でき、画質の劣化を抑制したイメージセンサを作製できる。
【００６６】
したがって、本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、特性劣化が抑制された固体撮像装置を提供できる。
【００６７】
（２） 第２の実施形態
図７を参照して、第２の実施形態の固体撮像装置について、説明する。
図７は、本実施形態の固体撮像装置（例えば、ラインＣＣＤセンサ）の画素の構造を示す平面図である。尚、Ａ−Ａ’線に沿う断面構造は、図３に示される構造と実質的に同じであるため、ここでの説明は省略する。
【００６８】
第１の実施形態において、画素５が含む段差領域は、第２の層間絶縁膜４１の粒状（矩形状又は島状）の凸部によって形成されている。
但し、本実施形態のように、保護膜４２内の段差部６を形成するための凸部４Ａは、画素形成領域１５の一端から他端まで延在するストライプ状（ライン状）の平面形状を有していてもよい。
【００６９】
ストライプ状の凸部４Ａは、図５に示される工程において、レジストマスク９０をストライプ状にパターニングし、そのレジストマスク９０をマスクにして、層間絶縁膜４１をエッチングすることによって、形成される。
【００７０】
このように、保護膜４２の段差部６が、ストライプ状の凸部４Ａによって形成された場合においても、フォトダイオード５上方の平坦領域（平坦部）の面積を削減し、段差領域４，６の面積を大きくできる。
【００７１】
また、本実施形態においても、保護膜４２が第２の金属層３１を覆うように形成され、且つ、段差部６は、下地層の層間絶縁膜４２のストライプ状の凸部４Ａに対して自己整合的に形成されるため、保護膜４２にエッチングを施す必要はない。
【００７２】
したがって、第２の実施形態の固体撮像装置によれば、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置の特性劣化を抑制できる。
【００７３】
尚、本実施形態において、段差領域は、フォトダイオード５上方の保護膜４２とその直下の層間絶縁膜４１とから形成されているが、フォトダイオード５の直上の層間絶縁膜４０を用いて、段差領域が形成されてもよい。
【００７４】
第１及び第２の実施形態において、固体撮像装置の全体構成としてラインＣＣＤイメージセンサを例示したが、本実施形態は、エリアＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサにも適用できる。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
１０：半導体基板、５：フォトダイオード、５０：不純物層、４０，４１：層間絶縁膜、４２：保護膜、４：第１の突起部（凸部）、６：第２の突起部（段差部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子と、
半導体基板上及び光電変換素子上に設けられ、前記光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられる配線層と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線層上に設けられ、前記凸部に対応するように形成された傾斜角を有する段差部を含む第２の絶縁膜と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記配線層の側面は、前記第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記凸部は、粒状の平面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記画素形成領域の一端から他端まで延在するストライプ状の平面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記段差部は、前記凸部に対応する上部にさらに平坦部を有し、前記平坦部の面積は、前記凸部の面積より小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板内に、光電変換素子を形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記光電変換素子上に、前記光電変換素子上方に凸部を有する第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、配線層を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線層を覆うように、第２の絶縁膜を形成し、前記凸部に対して自己整合的に、前記第２の絶縁膜内に段差部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
半導体基板内の画素形成領域内に設けられる光電変換素子と、
半導体基板上及び光電変換素子上に設けられ、前記光電変換素子の上方に少なくとも１つの凸部を含む第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に設けられる配線層と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線層上に設けられ、前記凸部に対応するように形成された傾斜角を有する段差部を含む第２の絶縁膜と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記配線層の側面は、前記第２の絶縁膜によって覆われていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記凸部は、粒状の平面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記凸部は、前記画素形成領域の一端から他端まで延在するストライプ状の平面形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記段差部は、前記凸部に対応する上部にさらに平坦部を有し、前記平坦部の面積は、前記凸部の面積より小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板内に、光電変換素子を形成する工程と、
前記半導体基板上及び前記光電変換素子上に、前記光電変換素子上方に凸部を有する第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、配線層を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上及び前記配線層を覆うように、第２の絶縁膜を形成し、前記凸部に対して自己整合的に、前記第２の絶縁膜内に段差部を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０４６８６（Ｐ２０１２−２０４６８６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８９１０（Ｐ２０１１−６８９１０）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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