JP4449298B2

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Publication number: JP4449298B2
Application number: JP2002352770A
Authority: JP
Inventors: 淳二山根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2022-12-04
Also published as: JP2004140309A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子の受光領域に反射防止用の低反射膜を設けた固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＣＤ固体撮像素子においては、半導体基板に形成した複数のフォトダイオード（光電変換素子）によって入射光量に応じた信号電荷を生成、蓄積し、このフォトダイオードによって生成、蓄積された信号電荷をＣＣＤ構造の電荷転送部によって外部に転送することにより、この信号電荷を電気信号に変換して出力するようになっている。
複数のフォトダイオードは、それぞれ単位画素を構成し、半導体基板に２次元配列で設けられており、電荷転送部は、各フォトダイオードの各列毎に設けられ、各フォトダイオードの信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、各垂直転送部によって転送された信号電荷を水平方向に転送する１つまたは複数の水平転送部とで構成される。
また、水平転送部の出力段には、電荷−電圧（電流）変換機能や増幅機能を有する出力部が設けられ、水平転送部によって転送された信号電荷を順次電気信号に変換して後段の信号処理回路等に出力する。
【０００３】
また、このような各素子が形成された半導体基板上には、電荷転送部に対応した転送電極やフォトダイオードの受光領域以外の領域を遮光する遮光膜等が絶縁膜を介して形成され、その上層には、各種配線層や平坦化膜等が形成され、さらにその上層にオンチップカラーフィルタやオンチップマイクロレンズ等が設けられている。
また、フォトダイオードの受光領域には、この受光領域における反射光の発生を抑制し、反射光の再入射による画質の乱れを防止するための反射防止膜である低反射膜が設けられている。
【０００４】
図４は、以上のような構成を有する従来のＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。以下、この図４に沿って従来のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図４（１）において、半導体基板１には上述したフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）２が設けられ、このゲート絶縁膜２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極３が設けられている。
また、この転送電極３の表面には絶縁膜４が設けられているが、この絶縁膜４は、例えば転送電極３の直接酸化によって形成された酸化シリコン膜である。
【０００５】
次に、図４（２）において、ゲート絶縁膜２上の受光領域に対応する領域に低反射膜（窒化シリコン膜）６が設けられ、その上層に全面にわたって絶縁膜５が形成される。この絶縁膜５は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition ）によって酸化シリコン膜を形成したものであり、後述する遮光膜７のエッチング時に下地を保護するためのストッパとして機能する。
この後、図４（３）において、全面に遮光膜材（アルミニウムまたは高融点金属等）を所定の膜厚で積層した後、図４（４）に示すように、受光領域に対応する領域の遮光膜材をフォトレジストとエッチングによって除去し、受光領域に対応した開口部７Ａを有する遮光膜７を完成する。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明で解決しようとする課題とは直接関係しないため説明は省略する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の固体撮像素子においては、図４（４）に示すように、遮光膜７の開口部７Ａの内縁部の下面に、酸化シリコン膜による絶縁膜５が介在する構造であるため、破線αで示すような斜めの入射光が遮光膜７と半導体基板１との隙間から転送電極３の下層に入り込むことにより、スミアと呼ばれる縦筋状のノイズを発生させるという問題がある。
また、このようなスミアを低減させるためには、ＣＶＤ酸化シリコン膜による絶縁膜５を薄くして、遮光膜７の開口端７Ａの内縁部下面を半導体基板１に近付けることが必要である。
しかしながら、この絶縁膜５は、遮光膜７のエッチング時に下地を保護するためのものであり、薄膜化は困難である。
【０００７】
また、低反射膜６は遮光膜７の開口部７Ａ（すなわちフォトダイオードの受光領域）の全面に形成されていることが望ましいが、遮光膜７との重ね合わせズレを許容する必要があるため、開口部７Ａより小さく形成されている。
したがって、仮に低反射膜６が開口部７Ａより大きいために遮光膜７と重なってしまった場合や、低反射膜６が開口部７Ａより小さいながら、位置ずれによって一部が遮光膜７と重なってしまった場合には、その分、スミア特性を悪化させることになる。
【０００８】
なお、この種の固体撮像素子に係る過去の特許出願の明細書や図面等において、ゲート絶縁膜上に遮光膜の端部が直接接触する状態で記載されているものも見られるが、それらは発明の説明を簡潔にすべく、上述したＣＶＤシリコン酸化膜による絶縁膜５を省略しただけであり、実際の製造工程においては、上述のような低反射膜６を設ける場合、特殊なケースを除いて、上述のような絶縁膜５を設けることが必要となり、それに伴う斜め入射光の悪影響を受けざる得ないものとなっていた。
【０００９】
そこで本発明の目的は、斜めの入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、前記透明絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、前記受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して前記半導体基板を露出させる第５の工程と、前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記光電変換素子の受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第６の工程とを有し、前記第４の工程において、前記透明絶縁膜は、前記光電変換素子の受光領域の中央部で膜厚が大きく、受光領域の外周に位置する部分で膜厚が小さいことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記第６の工程により、前記遮光膜と前記半導体基板とが前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で直接接触した状態で配置される遮光構造を形成することを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ_４またはＯ_２ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の固体撮像素子は、半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、前記透明絶縁膜が光電変換素子の受光領域の中央部から外周側に向かって徐々に膜厚が小さく形成されるとともに、前記透明絶縁膜及びゲート絶縁膜が光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で除去され、前記遮光膜が前記受光領域の外周に位置する下面部分で前記半導体基板に直接接触した状態で配置されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ_４またはＯ_２ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明による固体撮像素子の製造方法では、半導体基板に形成したゲート絶縁膜上の少なくとも光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して半導体基板を露出させ、その後、半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成することから、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜を適正かつ容易に配置でき、さらに遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接接触した状態で配置することができる。
【００１６】
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
【００１７】
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００１８】
また、本発明による固体撮像素子では、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜が適正に配置され、かつ、遮光膜の開口部の下面部が半導体基板に直接接触した状態で配置される遮光構造となっている。
【００１９】
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
【００２０】
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００２１】
【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。
なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限定されないものとする。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図１はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図１に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
なお、ＣＣＤ固体撮像素子の全体構成については上記従来の技術で説明したものと同様であるので説明は省略する。
まず、図１（１）において、半導体基板１１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板１１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）１２が設けられ、このゲート絶縁膜１２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極１３が設けられている。
また、この転送電極１３の表面には絶縁膜１４が設けられているが、この絶縁膜１４は、例えば転送電極１３の直接酸化によって形成された酸化シリコン膜である。
【００２３】
次に、図１（２）では、全面に低反射膜材料１５Ａを所定の膜厚で積層し、その上層全面に平坦化膜材料１６Ａを積層する。ここで低反射膜材料１５Ａとしては窒化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層し、平坦化膜材料１６Ａとしては酸化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層した後、その上面を平坦化する。なお、この場合の平坦化方法には、ＣＭＰ（化学機械研磨）等を用いることができる。
次に、図１（３）では、フォトレジストおよびエッチング工程により、フォトダイオードの受光領域を残して低反射膜材料１５Ａと平坦化膜材料１６Ａを除去する。これにより、図１（３）に示すように、フォトダイオードの受光領域のパターン形状に対応した低反射膜１５および平坦化膜１６が形成される。これにより、低反射膜１５および平坦化膜１６と転送電極１３および絶縁膜１４との間の間隙部には、ゲート絶縁膜１２が露出された状態となる。なお、この場合のエッチングは、低反射膜１５および平坦化膜１６がシリコン系の材料であるので深さの制御は容易に行うことができる。
【００２４】
次に、図１（４）では、その上面全体にアルミニウムや高融点金属等の遮光膜材１７ＡをＣＶＤ等によって積層する。これにより、低反射膜１５および平坦化膜１６と転送電極１３および絶縁膜１４との間の間隙部に遮光膜材１７Ａが充填され、フォトダイオードの受光領域に対応した低反射膜１５および平坦化膜１６の外周部にガイドされた状態で、遮光膜１７の開口部１７Ｂとなる部分が形成されるとともに、開口部１７Ｂの内周下面部がゲート絶縁膜１２に直接当接した状態で配置される。
次に、図１（５）では、遮光膜材１７Ａおよび平坦化膜１６の上面をＣＭＰによって研磨し、平坦化膜１６の上面が完全に露出するように遮光膜材１７Ａを除去して遮光膜１７を完成する。これにより、遮光膜１７および平坦化膜１６の上面は、面一の平坦面に仕上げられる。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明と職接関係しないため説明は省略する。
【００２５】
以上のような工程によって作製されたＣＣＤ固体撮像素子においては、遮光膜１７の開口部１７Ｂの内周部がエッチングにより形成されるものではないため、下地を保護するための膜が必要なく、従来例におけるＣＶＤシリコン絶縁膜５が必要ない。
そのため、遮光膜１７の開口部１７Ｂの下面部と半導体基板１１との間隔が従来例に比べて短縮でき、スミアの原因となる斜めの光の入射を抑えることが可能となる。
さらに、低反射膜１５は開口部１７Ｂの全面に配置されており、低反射膜１５の効果を最大限に発揮することができるため、反射光の再入射量を抑制でき、感度を向上することが可能である。また、この低反射膜１５は、遮光膜１７の開口内周部と重なることもなく、スミア特性を悪化させることはない。
【００２６】
したがって、本実施の形態では、遮光膜１７の開口部１７Ｂの下面部と半導体基板１１との間隔を縮小して、斜めの光の電荷転送部への入射を抑えることでき、スミアの発生を低減することができる。
また、フォトダイオードの受光領域に形成される低反射膜１５の外縁部を遮光膜１７の開口部内縁部と重なることなく配置でき、かつ、低反射膜１５を開口部１７Ｂの全面に形成することができ、フォトダイオードの受光面における乱反射を有効に防止して、スミア特性を悪化させることなく、感度を向上することができる。
【００２７】
なお、上述のようにゲート絶縁膜上に遮光膜の端部が直接接触する状態で記載されているものについては、過去の特許出願の明細書や図面等において記載されたものも存在するが、実際に製造される固体撮像素子では、遮光膜のエッチング工程に伴い、低反射膜の上に絶縁膜を設けることが必要となるため、図１（Ｚ）に示す固体撮像素子を得るためには、本発明に固有の製造方法を用いることが必要となる。
したがって、本発明は固体撮像素子の製造方法に加えて、このような製造方法によって形成される固体撮像素子の構造も本発明に特有のものであり、本発明に含まれるものとする。
【００２８】
図２は、本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図２はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図２に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図２（１）において、半導体基板２１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板２１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）２２が設けられ、このゲート絶縁膜２２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極２３が設けられている。
また、この転送電極２３の上面には、ＣＶＤ等によって積層されたシリコン酸化膜等の絶縁膜２４が設けられている。この絶縁膜２４は、後述するエッチバックによるコンタクト形成時のエッチング保護膜となるものである。
次に、図２（２）において、転送電極２３及び絶縁膜２４の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜による絶縁膜２５を形成する。すなわち、本例では、ＣＶＤシリコン酸化膜による絶縁膜２４と熱酸化シリコン膜による絶縁膜２５の複合絶縁膜で転送電極２３を包囲している。
【００２９】
次に、図２（３）では、全面に低反射膜材料２６Ａを所定の膜厚で積層し、その上層全面に平坦化膜材料２７Ａを積層する。ここで低反射膜材料２６Ａとしては窒化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層し、平坦化膜材料２７Ａとしては酸化シリコン膜をＣＶＤ等によって所定の膜厚に積層した後、その上面を平坦化する。なお、この場合の平坦化方法には、ＣＭＰ（化学機械研磨）等を用いることができる。
次に、図２（４）では、フォトレジストおよびエッチング工程により、フォトダイオードの受光領域を残して平坦化膜材料２７Ａを除去し、次いで図２（５）では、フォトダイオードの受光領域を残して低反射膜材料２６Ａを除去する。これにより、フォトダイオードの受光領域のパターン形状に対応した低反射膜２６および平坦化膜２７が形成される。
これにより、低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３および絶縁膜２５との間の間隙部には、ゲート絶縁膜２２が露出された状態となる。
【００３０】
次に、図２（６）に示すように、エッチバック（全面ドライエッチング）を行い、このエッチバックによってゲート絶縁膜２２の露出部分に溝部２２Ａを形成し、この溝部２２Ａより半導体基板の表面を露出させる。
すなわち、この溝部２２Ａは、受光領域上の低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３の上面の絶縁膜２４、２５をマスクとするエッチングによって形成される。この際、絶縁膜２４、２５の複合膜が転送電極２３の保護膜として有効に機能する。
【００３１】
次に、図２（７）では、その上面全体にアルミニウムや高融点金属等の遮光膜材２８ＡをＣＶＤ等によって積層する。
これにより、低反射膜２６および平坦化膜２７と転送電極２３および絶縁膜２４、２５との間の間隙部、ならびにゲート絶縁膜２２に形成した溝部２２Ａに遮光膜材２８Ａが充填され、フォトダイオードの受光領域に対応した低反射膜２６および平坦化膜２７の外周部にガイドされた状態で、遮光膜２８の開口部２８Ｂとなる部分が形成されるとともに、開口部２８Ｂの内周下面部が半導体基板２１の表面に直接当接した状態で配置される。
次に、図２（８）では、遮光膜材２８Ａおよび平坦化膜２７の上面をＣＭＰによって研磨し、平坦化膜２７の上面が完全に露出するように遮光膜材２８Ａを除去して遮光膜２８を完成する。これにより、遮光膜２８および平坦化膜２７の上面は、面一の平坦面に仕上げられる。
なお、この後、その上層に各種配線層や層間絶縁層、さらには平坦化膜（層内レンズを含む）等を形成した後、オンチップフィルタやオンチップマイクロレンズ等の装着を行うが、これらは本発明と職接関係しないため説明は省略する。
【００３２】
以上のような工程によって作製されたＣＣＤ固体撮像素子においては、遮光膜２８の開口部２８Ｂの内周部がエッチングにより形成されるものではないため、下地を保護するための膜が必要なく、従来例におけるＣＶＤシリコン絶縁膜５が必要ない。
そのため、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部と半導体基板２１との間隔が従来例に比べて短縮でき、スミアの原因となる斜めの光の入射を抑えることが可能となる。
さらに、低反射膜２６は開口部２８Ｂの全面に配置されており、低反射膜２６の効果を最大限に発揮することができるため、反射光の再入射量を抑制でき、感度を向上することが可能である。また、この低反射膜２６は、遮光膜２８の開口内周部と重なることもなく、スミア特性を悪化させることはない。
【００３３】
したがって、本実施の形態では、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部と半導体基板２１との間隔を縮小して、斜めの光の電荷転送部への入射を抑えることでき、スミアの発生を低減することができる。
また、フォトダイオードの受光領域に形成される低反射膜２６の外縁部を遮光膜２８の開口部内縁部と重なることなく配置でき、かつ、低反射膜２６を開口部２８Ｂの全面に形成することができ、フォトダイオードの受光面における乱反射を有効に防止して、スミア特性を悪化させることなく、感度を向上することができる。
さらに、遮光膜２８の開口部２８Ｂの下面部を半導体基板２１の表面を直接当接させて導通させたことから、半導体基板２１および遮光膜２８の電位を安定化することが可能となり、読み出し電圧の低減や、飽和信号のムラやニー特性を改善を図ることができる。
【００３４】
図３は、本発明の第３の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。なお、図３はＣＣＤ固体撮像素子の水平転送方向の断面を示しているが、垂直転送方向についてもほぼ同様の構造を有しているものとする。以下、この図３に沿って本実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の製造方法について説明する。
本実施の形態は、上述した従来例と同様に、エッチングによって遮光膜に開口部を形成するものであるが、遮光膜の形成に先立って受光領域上の透明絶縁膜を工夫することにより、受光領域の周辺部分で遮光膜の開口部下面部がフォトダイオード（基板）の表面に直接接触した遮光構造を形成できるようにしたものである。
【００３５】
まず、図３（１）において、半導体基板３１にはフォトダイオードやＣＣＤ垂直転送部（ともに図示せず）が設けられている。
そして、この半導体基板３１の上面にはゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）３２が設けられ、このゲート絶縁膜３２上のＣＣＤ垂直転送部に対応する領域にポリシリコンよりなる転送電極３３が設けられている。
次に、転送電極３３の表面を熱酸化し、酸化シリコン膜による絶縁膜３４を形成する。
【００３６】
次に、図３（２）において、全面に遮光膜下の層間絶縁膜となる透明絶縁膜３５を形成するが、この透明絶縁膜３５を、ＳｉＨ4 又はＯ2 を反応ガスとする常圧ＣＶＤ法で形成することにより、図示のように、フォトダイオードの上部領域では、中央部で膜厚が大きく、外周側に向かって膜厚が小さくなり、転送電極３３に近接する部分で薄い状態となる。
次に、透明絶縁膜３５に対して全面エッチバックを行う。
図３（３）は、この全面エッチバック後の状態を示している。図示のように、撮像領域全体を均一に異方性を有する条件で、適切な膜厚だけＣＶＤ酸化シリコン膜（透明絶縁膜）３５をエッチバックすることにより、膜厚の薄い転送電極３３に近接する部分（すなわち、受光領域の外周領域）において、ＣＶＤ酸化シリコン膜３５及び、ゲート絶縁膜３２が除去され、フォトダイオード表面のＰ型不純物層を露出させることができる（露出部３１Ａ）。
一方、フォトダイオードの受光領域の中央部にはＣＶＤ酸化シリコン膜３５が残っている（残膜部３５Ａ）。
【００３７】
この後、図３（４）に示すように、全面に遮光膜材３６Ａを形成した後、図３（５）に示すように、開口部３６Ｂを形成する部分の遮光膜材３６Ａをエッチングによって除去し、遮光膜３６を形成する。このとき、開口部３６Ｂとなる部分のフォトダイオードの受光領域の表面には、上述したＣＶＤ酸化シリコン膜３５が残っているため、遮光膜材３６Ａのエッチング時に下地は十分に保護されることになる。
また、転送電極３３に近接する部分（すなわち、受光領域の外周領域）においては、遮光膜３６の開口部３６Ｂの下面部分がコンタクトとなってフォトダイオード表面のＰ型半導体層と導通しており、安定した電位に保持することができるので、読み出し電圧の低減や、飽和信号のムラやニー特性の改善を図ることができる。
そして、このようなコンタクト構造は、上述した全面エッチバック処理において、転送電極３３のセルフアラインによって形成することができるので、フォトリソドグラフィによるレジストマスク等を用いることなく形成でき、フォトリソドグラフィの解像度や重ね合わせ精度に依存することなく、高精度のコンタクトを容易に作成できる利点がある。
また、このような遮光膜３６によるコンタクト構造によってフォトダイオードの受光領域の周辺部分が確実に遮光され、斜めの入射光を適正に遮光でき、スミア等を有効に抑制できる。
【００３８】
なお、本発明にかかる固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子は、上記図１〜図３に示す構成のものに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上述した例では、２次元画素配列のＣＣＤ固体撮像素子を前提として説明したが、本発明は、それ以外の固体撮像素子についても同様に適用し得るものである。
また、上述した例では、反射防止用の低反射膜１５を有する場合を説明したが、このような低反射膜１５を設けず、一体の透明絶縁膜を平坦化膜として設けるような構成であってもよい。
さらに、上述した各層の膜種や加工方法等は適宜変形が可能なものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明による固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板に形成したゲート絶縁膜上の少なくとも光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成し、この透明絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して半導体基板を露出させ、その後、半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成することから、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜を適正かつ容易に配置でき、さらに遮光膜の開口部の下面部を半導体基板に直接接触した状態で配置することができる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【００４０】
また、本発明による固体撮像素子によれば、受光領域の外周に位置する部分に遮光膜が適正に配置され、かつ、遮光膜の開口部の下面部が半導体基板に直接接触した状態で配置される遮光構造となる。
したがって、遮光膜の下面部と半導体基板が絶縁膜を介さずに直接接触する遮光構造により、受光領域への斜めの入射光を有効に遮光することができ、このような不正な入射光によるスミア特性の劣化を防止することが可能な遮光構造を得ることができる。
また、遮光膜と半導体基板とを容易に導通させることができ、電気的に安定した状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態によるＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【図４】従来のＣＣＤ固体撮像素子の画素周辺部の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１……半導体基板、１２、２２、３２……ゲート絶縁膜、１３、２３、３３……転送電極、１４、２４、２５、３４……絶縁膜、１５、２６……低反射膜、１６、２７……平坦化膜、１７、２８、３６……遮光膜、１７Ｂ、２８Ｂ、３６Ｂ……開口部、３５……ＣＶＤ酸化シリコン膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a low-reflection film for preventing reflection is provided in a light receiving region of a photoelectric conversion device, and a solid-state imaging device.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, in a CCD solid-state imaging device, signal charges corresponding to the amount of incident light are generated and stored by a plurality of photodiodes (photoelectric conversion elements) formed on a semiconductor substrate, and the signal charges generated and stored by the photodiodes are stored. This signal charge is converted into an electrical signal and output by being transferred to the outside by a charge transfer unit having a CCD structure.
  Each of the plurality of photodiodes constitutes a unit pixel and is provided in a two-dimensional array on the semiconductor substrate. A charge transfer unit is provided for each column of each photodiode, and reads the signal charge of each photodiode. A plurality of vertical transfer units that transfer in the vertical direction and one or a plurality of horizontal transfer units that transfer the signal charges transferred by each vertical transfer unit in the horizontal direction.
  The output stage of the horizontal transfer unit is provided with an output unit having a charge-voltage (current) conversion function and an amplification function, and the signal charge transferred by the horizontal transfer unit is sequentially converted into an electric signal to be a subsequent signal. Output to the processing circuit.
[0003]
  Further, on the semiconductor substrate on which each of such elements is formed, a transfer electrode corresponding to the charge transfer unit, a light shielding film for shielding a region other than the light receiving region of the photodiode, and the like are formed via an insulating film, Various wiring layers, a planarizing film, and the like are formed on the upper layer, and an on-chip color filter, an on-chip microlens, and the like are further provided on the upper layer.
  The light receiving area of the photodiode is provided with a low reflection film which is an antireflection film for suppressing generation of reflected light in the light receiving area and preventing image quality disturbance due to re-incidence of the reflected light.
[0004]
  FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a conventional CCD solid-state imaging device having the above-described configuration. Hereinafter, a conventional method for manufacturing a CCD solid-state imaging device will be described with reference to FIG.
  First, in FIG. 4A, thesemiconductor substrate 1 is provided with the photodiode and the CCD vertical transfer unit (both not shown).
  A gate insulating film (silicon oxide film) 2 is provided on the upper surface of thesemiconductor substrate 1, and atransfer electrode 3 made of polysilicon is provided in a region corresponding to the CCD vertical transfer portion on thegate insulating film 2. Yes.
  Aninsulating film 4 is provided on the surface of thetransfer electrode 3, and theinsulating film 4 is a silicon oxide film formed by direct oxidation of thetransfer electrode 3, for example.
[0005]
  Next, in FIG. 4B, a low reflection film (silicon nitride film) 6 is provided in a region corresponding to the light receiving region on thegate insulating film 2, and theinsulating film 5 is formed over the entire surface thereof. Theinsulating film 5 is a silicon oxide film formed by CVD (chemical vapor deposition), and functions as a stopper for protecting the base when thelight shielding film 7 described later is etched.
  Thereafter, in FIG. 4 (3), a light-shielding film material (aluminum or refractory metal or the like) is laminated on the entire surface with a predetermined film thickness, and then, as shown in FIG. The light shielding film material is removed by photoresist and etching to complete thelight shielding film 7 having an opening 7A corresponding to the light receiving region.
  After this, after forming various wiring layers, interlayer insulating layers, and planarization films (including intra-layer lenses) on the upper layer, on-chip filters and on-chip microlenses are mounted. Since this is not directly related to the problem to be solved by the present invention, its description is omitted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the conventional solid-state imaging device has a structure in which theinsulating film 5 made of a silicon oxide film is interposed on the lower surface of the inner edge portion of the opening 7A of thelight shielding film 7 as shown in FIG. The oblique incident light as shown by the broken line α enters the lower layer of thetransfer electrode 3 through the gap between thelight shielding film 7 and thesemiconductor substrate 1, thereby causing a problem of generating vertical streak noise called smear.
  In order to reduce such smear, it is necessary to make theinsulating film 5 made of a CVD silicon oxide film thinner and to bring the lower surface of the inner edge portion of theopening end 7A of thelight shielding film 7 closer to thesemiconductor substrate 1.
  However, theinsulating film 5 is for protecting the base when thelight shielding film 7 is etched, and it is difficult to reduce the thickness.
[0007]
  Thelow reflection film 6 is preferably formed on the entire surface of the opening 7A (that is, the light receiving region of the photodiode) of thelight shielding film 7, but it is necessary to allow a misalignment with thelight shielding film 7. It is formed smaller than the opening 7A.
  Therefore, if thelow reflection film 6 is larger than the opening 7A and overlaps with thelight shielding film 7, or thelow reflection film 6 is smaller than the opening 7A and partially overlaps with thelight shielding film 7 due to misalignment. If it is, the smear characteristic is deteriorated accordingly.
[0008]
  In addition, in the specifications and drawings of past patent applications related to this type of solid-state imaging device, there are also those described in a state where the end of the light shielding film is in direct contact with the gate insulating film, In order to simplify the description of the invention, theinsulating film 5 made of the above-described CVD silicon oxide film is merely omitted. In the actual manufacturing process, when thelow reflection film 6 as described above is provided, a special case is excluded. Therefore, it is necessary to provide theinsulating film 5 as described above, and it is inevitably affected by the oblique incident light.
[0009]
  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device and a solid-state imaging device capable of preventing deterioration of smear characteristics due to oblique incident light.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above objective,The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention includes a first step of forming a photoelectric conversion element and a charge transfer unit on a semiconductor substrate, a second step of forming a gate insulating film on the upper surface of the semiconductor substrate,
A third step of forming a transfer electrode in a region corresponding to the charge transfer portion on the gate insulating film, and forming an insulating film on a surface of the transfer electrode; and at least the photoelectric conversion element on the gate insulating film A fourth step of forming a transparent insulating film in a corresponding region; and etching the transparent insulating film to leave a transparent insulating film on the light receiving region of the photoelectric conversion element and to be positioned on the outer periphery of the light receiving region A fifth step of removing the transparent insulating film and the gate insulating film of the portion to expose the semiconductor substrate; and a light shielding film material is laminated on substantially the entire surface of the semiconductor substrate, and laminated at least on the light receiving region of the photoelectric conversion element. Forming a light shielding film having an opening corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element by removing the light shielding film material, and in the fourth step, the transparent insulation The film thickness at the center of the light receiving region of the photoelectric conversion element is large, and wherein the film thickness at a portion located on the outer periphery of the light receiving area is small.
[0011]
In the present invention, the sixth step forms a light shielding structure in which the light shielding film and the semiconductor substrate are arranged in a state in which the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other at a portion located on the outer periphery of the light receiving region of the photoelectric conversion element. Features.
[0012]
In the present invention, the transparent insulating film may be SiH.₄Or O₂It is formed by an atmospheric pressure CVD method in a gas atmosphere.
[0013]
Moreover, the solid-state imaging device of the present invention isA semiconductor substrate is provided with a photoelectric conversion element that generates and accumulates charges corresponding to at least incident light, and a charge transfer unit that transfers signal charges generated and accumulated by the photoelectric conversion elements, and is provided on the semiconductor substrate. At least a transfer electrode for the charge transfer unit via a gate insulating film and a light shielding film having an opening corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element are provided, and further, the photoelectric conversion element on the gate insulating film A transparent insulating film is provided in a region corresponding to the light receiving region, and the transparent insulating film is formed so that the film thickness gradually decreases from the central portion of the light receiving region of the photoelectric conversion element toward the outer peripheral side, and the transparent insulating film and The gate insulating film is removed at the portion located on the outer periphery of the light receiving region of the photoelectric conversion element,The light shielding film is a lower surface portion located on the outer periphery of the light receiving region.The semiconductor substrate is disposed in direct contact with the semiconductor substrate.
[0014]
In the present invention, the transparent insulating film may be SiH.₄Or O₂It is formed by an atmospheric pressure CVD method in a gas atmosphere.
[0015]
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a transparent insulating film is formed on at least a region corresponding to the photoelectric conversion element on the gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and the transparent insulating film is etched to thereby obtain the photoelectric conversion element. The transparent insulating film is left on the light receiving region, the transparent insulating film and the gate insulating film located on the outer periphery of the light receiving region are removed to expose the semiconductor substrate, and then the light shielding film material is applied to substantially the entire surface of the semiconductor substrate. A light shielding film having an opening corresponding to the light receiving area of the photoelectric conversion element is formed by removing the light shielding film material stacked and stacked on the light receiving area. The light shielding film can be disposed appropriately and easily, and further, the lower surface portion of the opening of the light shielding film can be disposed in direct contact with the semiconductor substrate.
[0016]
  Therefore, the oblique light incident on the light receiving region can be effectively shielded by the light shielding structure in which the lower surface portion of the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without an insulating film. A light shielding structure capable of preventing the deterioration of characteristics can be obtained.
[0017]
  Further, the light shielding film and the semiconductor substrate can be easily conducted, and an electrically stable state can be obtained.
[0018]
Further, in the solid-state imaging device according to the present invention, the light shielding film is appropriately disposed in the portion located on the outer periphery of the light receiving region, and the light shielding is disposed in a state where the lower surface portion of the opening of the light shielding film is in direct contact with the semiconductor substrate. It has a structure.
[0019]
  Therefore, the oblique light incident on the light receiving region can be effectively shielded by the light shielding structure in which the lower surface portion of the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without an insulating film. A light shielding structure capable of preventing the deterioration of characteristics can be obtained.
[0020]
  Further, the light shielding film and the semiconductor substrate can be easily conducted, and an electrically stable state can be obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. Unless otherwise specified, the present invention is not limited to these embodiments.
[0022]
  FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 1 shows a cross section of the CCD solid-state imaging device in the horizontal transfer direction, it is assumed that the vertical transfer direction has substantially the same structure. A method for manufacturing the CCD solid-state imaging device according to this embodiment will be described below with reference to FIG.
  The overall configuration of the CCD solid-state imaging device is the same as that described in the above prior art, and the description thereof is omitted.
  First, in FIG. 1A, a semiconductor substrate 11 is provided with a photodiode and a CCD vertical transfer unit (both not shown).
  A gate insulating film (silicon oxide film) 12 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 11, and atransfer electrode 13 made of polysilicon is provided in a region corresponding to the CCD vertical transfer portion on thegate insulating film 12. Yes.
  An insulatingfilm 14 is provided on the surface of thetransfer electrode 13, and the insulatingfilm 14 is a silicon oxide film formed by direct oxidation of thetransfer electrode 13, for example.
[0023]
  Next, in FIG. 1B, the lowreflection film material 15A is laminated on the entire surface with a predetermined film thickness, and theplanarizing film material 16A is laminated on the entire upper layer. Here, as the lowreflection film material 15A, a silicon nitride film is laminated to a predetermined film thickness by CVD or the like, and as theplanarizing film material 16A, a silicon oxide film is laminated to a predetermined film thickness by CVD or the like, and then the upper surface is formed. Flatten. Note that CMP (chemical mechanical polishing) or the like can be used as a planarization method in this case.
  Next, in FIG. 1C, the lowreflection film material 15A and theplanarization film material 16A are removed by the photoresist and the etching process, leaving the light receiving region of the photodiode. Thereby, as shown in FIG. 1C, thelow reflection film 15 and theplanarization film 16 corresponding to the pattern shape of the light receiving region of the photodiode are formed. As a result, thegate insulating film 12 is exposed in the gap between thelow reflection film 15 and theplanarizing film 16 and thetransfer electrode 13 and the insulatingfilm 14. In this case, the etching can be easily controlled because thelow reflection film 15 and theplanarization film 16 are made of a silicon-based material.
[0024]
  Next, in FIG. 1 (4), a lightshielding film material 17A such as aluminum or a refractory metal is laminated on the entire upper surface by CVD or the like. As a result, the lightshielding film material 17A is filled in the gap between thelow reflection film 15 and theplanarization film 16 and thetransfer electrode 13 and the insulatingfilm 14, and thelow reflection film 15 and the planarization corresponding to the light receiving region of the photodiode. While being guided by the outer peripheral portion of thefilm 16, a portion to be the openingportion 17 </ b> B of thelight shielding film 17 is formed, and the inner peripheral lower surface portion of the openingportion 17 </ b> B is disposed in direct contact with thegate insulating film 12. The
  Next, in FIG. 1 (5), the upper surfaces of the lightshielding film material 17A and theplanarization film 16 are polished by CMP, and the lightshielding film material 17A is removed so that the upper surface of theplanarization film 16 is completely exposed. Complete 17 Thereby, the upper surfaces of thelight shielding film 17 and theplanarizing film 16 are finished to be flush with each other.
  After this, after forming various wiring layers, interlayer insulating layers, and planarization films (including intra-layer lenses) on the upper layer, on-chip filters and on-chip microlenses are mounted. Is not related to the present invention, so the description is omitted.
[0025]
  In the CCD solid-state imaging device manufactured by the process as described above, the inner peripheral portion of the opening 17B of thelight shielding film 17 is not formed by etching. The CVDsilicon insulating film 5 in the example is not necessary.
  Therefore, the distance between the lower surface portion of the opening 17B of thelight shielding film 17 and the semiconductor substrate 11 can be shortened as compared with the conventional example, and the incidence of oblique light that causes smearing can be suppressed.
  Furthermore, since thelow reflection film 15 is disposed on the entire surface of the opening 17B and the effect of thelow reflection film 15 can be maximized, the amount of reflected light re-incident can be suppressed and the sensitivity can be improved. Is possible. Further, thelow reflection film 15 does not overlap with the inner periphery of the opening of thelight shielding film 17 and does not deteriorate the smear characteristic.
[0026]
  Therefore, in the present embodiment, the distance between the lower surface portion of the opening 17B of thelight shielding film 17 and the semiconductor substrate 11 can be reduced, and the incidence of oblique light on the charge transfer portion can be suppressed, thereby reducing the occurrence of smear. can do.
  Further, the outer edge portion of thelow reflection film 15 formed in the light receiving region of the photodiode can be arranged without overlapping the inner edge portion of the opening portion of thelight shielding film 17, and thelow reflection film 15 is formed on the entire surface of the opening portion 17B. It is possible to effectively prevent irregular reflection on the light receiving surface of the photodiode and improve the sensitivity without deteriorating smear characteristics.
[0027]
  In addition, as described above, what is described in a state in which the end portion of the light shielding film is in direct contact with the gate insulating film, there are those described in the specification and drawings of the past patent application, In an actually manufactured solid-state imaging device, it is necessary to provide an insulating film on the low-reflection film along with the etching process of the light-shielding film. Therefore, in order to obtain the solid-state imaging device shown in FIG. Therefore, it is necessary to use a manufacturing method unique to the present invention.
  Therefore, in addition to the manufacturing method of a solid-state image sensor, the present invention also includes a structure of a solid-state image sensor formed by such a manufacturing method, which is unique to the present invention, and is included in the present invention.
[0028]
  FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a cross section of the CCD solid-state imaging device in the horizontal transfer direction, but it is assumed that the vertical transfer direction has substantially the same structure. Hereinafter, the manufacturing method of the CCD solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
  First, in FIG. 2A, thesemiconductor substrate 21 is provided with a photodiode and a CCD vertical transfer portion (both not shown).
  A gate insulating film (silicon oxide film) 22 is provided on the upper surface of thesemiconductor substrate 21, and atransfer electrode 23 made of polysilicon is provided in a region corresponding to the CCD vertical transfer portion on thegate insulating film 22. Yes.
  Further, an insulatingfilm 24 such as a silicon oxide film laminated by CVD or the like is provided on the upper surface of thetransfer electrode 23. This insulatingfilm 24 serves as an etching protective film when a contact is formed by etch back described later.
  Next, in FIG. 2B, the surfaces of thetransfer electrode 23 and the insulatingfilm 24 are thermally oxidized to form an insulatingfilm 25 made of a silicon oxide film. That is, in this example, thetransfer electrode 23 is surrounded by a composite insulating film of an insulatingfilm 24 made of a CVD silicon oxide film and an insulatingfilm 25 made of a thermally oxidized silicon film.
[0029]
  Next, in FIG. 2C, the lowreflection film material 26A is laminated on the entire surface with a predetermined film thickness, and theplanarizing film material 27A is laminated on the entire upper layer. Here, as the lowreflection film material 26A, a silicon nitride film is laminated to a predetermined film thickness by CVD or the like, and as theplanarizing film material 27A, a silicon oxide film is laminated to a predetermined film thickness by CVD or the like, and then the upper surface thereof is formed. Flatten. Note that CMP (chemical mechanical polishing) or the like can be used as a planarization method in this case.
  Next, in FIG. 2 (4), theplanarization film material 27A is removed by the photoresist and the etching process, leaving the light receiving region of the photodiode, and then in FIG. 2 (5), the light receiving region of the photodiode is left. The lowreflection film material 26A is removed. Thereby, thelow reflection film 26 and theplanarization film 27 corresponding to the pattern shape of the light receiving region of the photodiode are formed.
  As a result, thegate insulating film 22 is exposed in the gap between thelow reflection film 26 and theplanarizing film 27 and thetransfer electrode 23 and the insulatingfilm 25.
[0030]
  Next, as shown in FIG. 2 (6), etch back (entire dry etching) is performed, and thegroove 22A is formed in the exposed portion of thegate insulating film 22 by this etch back, and the surface of the semiconductor substrate is formed from thegroove 22A. Expose.
  That is, thegroove 22A is formed by etching using thelow reflection film 26 and theplanarization film 27 on the light receiving region and the insulatingfilms 24 and 25 on the upper surface of thetransfer electrode 23 as a mask. At this time, the composite film of the insulatingfilms 24 and 25 effectively functions as a protective film for thetransfer electrode 23.
[0031]
  Next, in FIG. 2 (7), a lightshielding film material 28A such as aluminum or a refractory metal is laminated on the entire upper surface by CVD or the like.
  Thus, the lightshielding film material 28A is filled in the gap portion between thelow reflection film 26 and theplanarization film 27, thetransfer electrode 23 and the insulatingfilms 24 and 25, and thegroove portion 22A formed in thegate insulating film 22. In the state guided by the outer peripheral portions of thelow reflection film 26 and theplanarizing film 27 corresponding to the light receiving region, a portion to be the openingportion 28B of thelight shielding film 28 is formed, and the inner peripheral lower surface portion of theopening portion 28B is formed. Thesemiconductor substrate 21 is disposed in direct contact with the surface of thesemiconductor substrate 21.
  Next, in FIG. 2 (8), the upper surfaces of the lightshielding film material 28A and theplanarizing film 27 are polished by CMP, and the lightshielding film material 28A is removed so that the upper surface of theplanarizing film 27 is completely exposed. Complete 28. Thereby, the upper surfaces of thelight shielding film 28 and theplanarizing film 27 are finished to be flush with each other.
  After this, after forming various wiring layers, interlayer insulating layers, and planarization films (including intra-layer lenses) on the upper layer, on-chip filters and on-chip microlenses are mounted. Is not related to the present invention, so the description is omitted.
[0032]
  In the CCD solid-state imaging device manufactured by the process as described above, the inner peripheral portion of theopening 28B of thelight shielding film 28 is not formed by etching. The CVDsilicon insulating film 5 in the example is not necessary.
  Therefore, the distance between the lower surface portion of theopening 28B of thelight shielding film 28 and thesemiconductor substrate 21 can be shortened as compared with the conventional example, and the incidence of oblique light that causes smearing can be suppressed.
  Further, since thelow reflection film 26 is disposed on the entire surface of theopening 28B and the effects of thelow reflection film 26 can be maximized, the amount of reflected light re-incident can be suppressed and the sensitivity can be improved. Is possible. Further, thelow reflection film 26 does not overlap with the inner periphery of the opening of thelight shielding film 28 and does not deteriorate the smear characteristic.
[0033]
  Therefore, in the present embodiment, the distance between the lower surface portion of theopening 28B of thelight shielding film 28 and thesemiconductor substrate 21 can be reduced, and the incidence of oblique light to the charge transfer portion can be suppressed, thereby reducing the occurrence of smear. can do.
  Further, the outer edge of thelow reflection film 26 formed in the light receiving region of the photodiode can be disposed without overlapping the inner edge of the opening of thelight shielding film 28, and thelow reflection film 26 is formed on the entire surface of theopening 28B. It is possible to effectively prevent irregular reflection on the light receiving surface of the photodiode and improve the sensitivity without deteriorating smear characteristics.
  Further, since the lower surface of theopening 28B of thelight shielding film 28 is brought into conduction by directly contacting the surface of thesemiconductor substrate 21, the potentials of thesemiconductor substrate 21 and thelight shielding film 28 can be stabilized, and the read voltage Reduction, saturation signal unevenness and knee characteristics can be improved.
[0034]
  FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention. 3 shows a cross section in the horizontal transfer direction of the CCD solid-state imaging device, it is assumed that the vertical transfer direction has substantially the same structure. A method for manufacturing the CCD solid-state imaging device according to this embodiment will be described below with reference to FIG.
  In the present embodiment, as in the conventional example described above, an opening is formed in the light shielding film by etching. However, prior to the formation of the light shielding film, the transparent insulating film on the light receiving region is devised to receive light. A light shielding structure in which the lower surface of the opening of the light shielding film is in direct contact with the surface of the photodiode (substrate) in the peripheral portion of the region can be formed.
[0035]
  First, in FIG. 3A, thesemiconductor substrate 31 is provided with a photodiode and a CCD vertical transfer unit (both not shown).
  A gate insulating film (silicon oxide film) 32 is provided on the upper surface of thesemiconductor substrate 31, and atransfer electrode 33 made of polysilicon is provided in a region corresponding to the CCD vertical transfer portion on thegate insulating film 32. Yes.
  Next, the surface of thetransfer electrode 33 is thermally oxidized to form an insulatingfilm 34 made of a silicon oxide film.
[0036]
  Next, in FIG. 3B, a transparent insulatingfilm 35 is formed on the entire surface as an interlayer insulating film under the light shielding film. This transparent insulatingfilm 35 is formed by atmospheric pressure CVD using SiH4 or O2 as a reaction gas. As shown in the figure, in the upper region of the photodiode, the film thickness is large at the central portion, the film thickness is reduced toward the outer peripheral side, and the portion near thetransfer electrode 33 is thin.
  Next, the entire surface of the transparent insulatingfilm 35 is etched back.
  FIG. 3 (3) shows a state after this entire surface etch back. As shown in the figure, by etching back the CVD silicon oxide film (transparent insulating film) 35 by an appropriate film thickness under the condition that the entire imaging region has a uniform anisotropy, it is close to thetransfer electrode 33 having a small film thickness. The CVDsilicon oxide film 35 and thegate insulating film 32 are removed in the portion to be performed (that is, the outer peripheral region of the light receiving region), and the P-type impurity layer on the surface of the photodiode can be exposed (exposedportion 31A).
  On the other hand, the CVDsilicon oxide film 35 remains in the central portion of the light receiving region of the photodiode (residual film portion 35A).
[0037]
  Thereafter, as shown in FIG. 3 (4), after the lightshielding film material 36A is formed on the entire surface, as shown in FIG. 3 (5), the portion of the lightshielding film material 36A where the opening 36B is formed is removed by etching. Then, thelight shielding film 36 is formed. At this time, since the above-described CVDsilicon oxide film 35 remains on the surface of the light receiving region of the photodiode that becomes the opening 36B, the base is sufficiently protected when the lightshielding film material 36A is etched. .
  In addition, in the portion close to the transfer electrode 33 (that is, the outer peripheral region of the light receiving region), the lower surface portion of the opening portion 36B of thelight shielding film 36 is in contact with the P-type semiconductor layer on the surface of the photodiode, Since a stable potential can be maintained, reading voltage can be reduced, saturation signal unevenness and knee characteristics can be improved.
  Such a contact structure can be formed by self-alignment of thetransfer electrode 33 in the above-described overall etch-back process, so that it can be formed without using a resist mask or the like by photolithography, and resolution of photolithography There is an advantage that a highly accurate contact can be easily made without depending on the overlay accuracy.
  In addition, such a contact structure with thelight shielding film 36 reliably shields the peripheral portion of the light receiving region of the photodiode, can appropriately shield oblique incident light, and can effectively suppress smear and the like.
[0038]
  The solid-state imaging device manufacturing method and the solid-state imaging device according to the present invention are not limited to the configurations shown in FIGS. 1 to 3, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. .
  For example, in the above-described example, the description has been made on the premise of a CCD solid-state imaging device having a two-dimensional pixel array, but the present invention can be similarly applied to other solid-state imaging devices.
  In the above-described example, the case where the antireflectionlow reflection film 15 is provided has been described. However, thelow reflection film 15 is not provided, and an integrated transparent insulating film is provided as a planarization film. May be.
  Furthermore, the above-described film types, processing methods, and the like of each layer can be modified as appropriate.
[0039]
【The invention's effect】
  As described above, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention,A transparent insulating film is formed on at least a region corresponding to the photoelectric conversion element on the gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and the transparent insulating film is etched to leave the transparent insulating film on the light receiving region of the photoelectric conversion element. The transparent insulating film and the gate insulating film in the outer periphery of the light receiving region are removed to expose the semiconductor substrate, and then a light shielding film material is laminated on the substantially entire surface of the semiconductor substrate, and the light shielding laminated on the light receiving region. By removing the film material, a light-shielding film having an opening corresponding to the light-receiving area of the photoelectric conversion element is formed, so that the light-shielding film can be appropriately and easily disposed in a portion located on the outer periphery of the light-receiving area. The lower surface portion of the opening of the light shielding film can be disposed in direct contact with the semiconductor substrate.
Therefore, the oblique light incident on the light receiving region can be effectively shielded by the light shielding structure in which the lower surface portion of the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without an insulating film. A light shielding structure capable of preventing the deterioration of characteristics can be obtained.
Further, the light shielding film and the semiconductor substrate can be easily conducted, and an electrically stable state can be obtained.
[0040]
Also,According to the solid-state imaging device according to the present invention, the light-shielding film is appropriately disposed in the portion located on the outer periphery of the light-receiving region, and the light-shielding is disposed in a state where the lower surface portion of the opening of the light-shielding film is in direct contact with the semiconductor substrate It becomes a structure.
  Therefore, the oblique light incident on the light receiving region can be effectively shielded by the light shielding structure in which the lower surface portion of the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other without an insulating film. A light shielding structure capable of preventing the deterioration of characteristics can be obtained.
  Further, the light shielding film and the semiconductor substrate can be easily conducted, and an electrically stable state can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a CCD solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a pixel peripheral portion of a conventional CCD solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
  11, 21, 31 ... Semiconductor substrate, 12, 22, 32 ... Gate insulating film, 13, 23, 33 ... Transfer electrode, 14, 24, 25, 34 ... Insulating film, 15, 26 ...Low reflection Films 16, 27... Planarizing film, 17, 28, 36... Light-shielding film, 17B, 28B, 36B.

Claims

Translated fromJapanese

半導体基板に光電変換素子および電荷転送部を形成する第１の工程と、
前記半導体基板の上面にゲート絶縁膜を形成する第２の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の前記電荷転送部に対応する領域に転送電極を形成し、前記転送電極の表面に絶縁膜を形成する第３の工程と、
前記ゲート絶縁膜上の少なくとも前記光電変換素子に対応する領域に透明絶縁膜を形成する第４の工程と、
前記透明絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換素子の受光領域上に透明絶縁膜を残すとともに、前記受光領域の外周に位置する部分の透明絶縁膜及びゲート絶縁膜を除去して前記半導体基板を露出させる第５の工程と、
前記半導体基板の略全面に遮光膜材を積層し、少なくとも前記光電変換素子の受光領域上に積層された遮光膜材を除去することにより、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜を形成する第６の工程とを有し、
前記第４の工程において、前記透明絶縁膜は、前記光電変換素子の受光領域の中央部で膜厚が大きく、受光領域の外周に位置する部分で膜厚が小さい、
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。A first step of forming a photoelectric conversion element and a charge transfer unit on a semiconductor substrate;
A second step of forming a gate insulating film on the upper surface of the semiconductor substrate;
A third step of forming a transfer electrode in a region corresponding to the charge transfer portion on the gate insulating film, and forming an insulating film on a surface of the transfer electrode;
A fourth step of forming a transparent insulating film in a region corresponding to at least the photoelectric conversion element on the gate insulating film;
Etching the transparent insulating film leaves a transparent insulating film on the light receiving region of the photoelectric conversion element, and removes a portion of the transparent insulating film and gate insulating film located on the outer periphery of the light receiving region to remove the semiconductor substrate. A fifth step of exposing
A light shielding film material is laminated on substantially the entire surface of the semiconductor substrate, and at least the light shielding film material laminated on the light receiving region of the photoelectric conversion element is removed, thereby providing an opening corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element. shielding filmhave a a sixth step of formingwas,
In the fourth step, the transparent insulating film has a large film thickness at the center of the light receiving region of the photoelectric conversion element and a small film thickness at a portion located on the outer periphery of the light receiving region.
A method for manufacturing a solid-state imaging device.

前記第６の工程により、前記遮光膜と前記半導体基板とが前記光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で直接接触した状態で配置される遮光構造を形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。The light shielding structure in which the light shielding film and the semiconductor substrate are arranged in a state in which the light shielding film and the semiconductor substrate are in direct contact with each other at a portion located on an outer periphery of a light receiving region of the photoelectric conversion element.A method for producing a solid-state imaging device according to1 .

前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ_４またはＯ_２ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。The transparent insulation film, method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim1, characterized in that formed by atmospheric pressure CVD under SiH₄ or O₂ gas atmosphere.

半導体基板に、少なくとも入射光に応じた電荷を生成、蓄積する光電変換素子と、前記光電変換素子によって生成、蓄積された信号電荷を転送する電荷転送部とが設けられるとともに、
前記半導体基板上に少なくともゲート絶縁膜を介して前記電荷転送部用の転送電極と、前記光電変換素子の受光領域に対応する開口部を備えた遮光膜とが設けられ、
さらに前記ゲート絶縁膜上の光電変換素子の受光領域に対応する領域に透明絶縁膜を有し、
前記透明絶縁膜が光電変換素子の受光領域の中央部から外周側に向かって徐々に膜厚が小さく形成されるとともに、前記透明絶縁膜及びゲート絶縁膜が光電変換素子の受光領域の外周に位置する部分で除去され、
前記遮光膜が前記受光領域の外周に位置する下面部分で前記半導体基板に直接接触した状態で配置される、
ことを特徴とする固体撮像素子。The semiconductor substrate is provided with a photoelectric conversion element that generates and accumulates charges according to at least incident light, and a charge transfer unit that transfers signal charges generated and accumulated by the photoelectric conversion elements,
A transfer electrode for the charge transfer unit and a light shielding film having an opening corresponding to a light receiving region of the photoelectric conversion element are provided on the semiconductor substrate via at least a gate insulating film,
Furthermore, a transparent insulating film is provided in a region corresponding to the light receiving region of the photoelectric conversion element on the gate insulating film,
The transparent insulating film is formed to gradually decrease in thickness from the center of the light receiving region of the photoelectric conversion element toward the outer peripheral side, and the transparent insulating film and the gate insulating film are positioned on the outer periphery of the light receiving region of the photoelectric conversion element. To be removed
The light-shielding filmis disposed in a state in which the light-shielding filmis in direct contact with the semiconductor substrateat a lower surface portion located on the outer periphery of the light-receiving region .
The solid-state image sensor characterized by the above-mentioned.

前記透明絶縁膜は、ＳｉＨ_４またはＯ_２ガス雰囲気下における常圧ＣＶＤ法によって形成されていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。5. The solid-state image pickup device according to claim4 , wherein the transparent insulating film is formed by an atmospheric pressure CVD method in a SiH₄ or O₂ gas atmosphere.