CN1941395A - 集成电路及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种集成电路及其制造方法，其中，在半导体基板(20)上形成硅氮化膜(42)，作为第一层布线(26)和第二层布线(28)的层间绝缘膜。在摄像部(24)中，使硅氮化膜(42)的表面形成透镜形状，从而形成密集配置有凸透镜(44)的透镜阵列。在该硅氮化膜(42)的表面成膜硅氧化膜(48)。第二层Al膜形成在硅氧化膜(48)的表面上。Al膜被从透镜阵列表面等不要部分蚀刻除去，从而形成布线(28)。由此，在使用Al布线的层间绝缘膜即硅氮化膜形成微透镜阵列的集成电路中，防止Al布线的应力迁移和透镜形状的崩裂。
Description
技术领域
本发明涉及具备微透镜的集成电路，尤其涉及透镜阵列和布线的形成。
背景技术
近几年，CCD(Charge Coupled Device)摄像元件和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)摄像元件正在被要求高像素化。特别是，如在用于移动电话等移动设备中的小型摄像装置中被要求的那样，为了保持摄像元件小型化，或者达到更加小型化，并且实现高像素的摄像元件，需要减小单位像素的面积。
伴随着该单位像素的面积缩小，单位像素内的受光部的面积也缩小，摄像元件的灵敏度会降低。作为对此问题的对策，对应于摄像装置的各个受光像素而形成微透镜的结构是众所周知的。通过形成微透镜，能够将比受光部的面积广的区域的光集聚在该受光部上并生成信息电荷，所以能够抑制摄像装置的灵敏度降低。
作为微透镜的形成方法，除了利用在形成摄像元件的布线后层叠的透明树脂层形成的方法以外，还有在完成布线形成前，例如用层间绝缘膜形成的方法。图5是用后一方法形成的固体摄像元件的示意的剖面图。在硅半导体基板2上形成受光部，在该半导体基板2的表面上形成硅氧化膜4。在该硅氧化膜4上，通过形成铝(Al)等的金属膜，该金属膜形成第一布线层(布线膜)。在对该布线层进行图案形成，形成第一层布线6后，层叠透明的层间绝缘膜8。
该层间绝缘膜8由光的折射率比氧化硅(SiO2)大的氮化硅(Si3N4)形成。在摄像元件的摄像部中，在层间绝缘膜8的表面形成多个凸部10，它们分别构成透镜阵列的凸透镜。另外，在形成布线的电路区域中，层间绝缘膜8被配置在第一层布线6与其上形成的第二层布线12之间，实现两布线间的绝缘。用于形成第二层布线12的由金属构成的布线膜，不仅被成膜在电路区域，还被成膜在形成有透镜阵列的摄像部上。第二层布线12是通过对该布线膜进行图案形成而蚀刻除去不要部分形成的。在形成第二层布线12后，在摄像元件的表面上形成由树脂等构成的平坦化膜16，进而在其上形成滤色器(未图示)。
这里，构成平坦化膜的树脂的折射率比氮化硅小，根据该折射率的不同，由氮化硅形成的各凸部10发挥着通过在其表面上使入射到摄像部的光折射，且朝向分别对应的受光部聚光的透镜功能。这样，在摄像元件的摄像部中，与半导体基板2上的受光部的排列对应地排列该凸透镜构造，由此形成透镜阵列。这里，为了提高聚光效率，优选尽可能增大各透镜面积。因此，透镜阵列以使相邻的透镜彼此之间尽可能靠近的方式密集地配置。
此外，在图5中，表示了在形成第二层布线12后，在形成平坦化膜16前，在元件表面上形成比较薄的硅氮化膜14的结构。在该情况下，层间绝缘膜8和硅氮化膜14成为一体，由此构成凸透镜。
与硅氮化膜接触而形成的布线，存在着由形成元件时或经时变化而比较容易引起断线等缺陷的问题。这被认为是硅氮化膜的热膨胀系数比较大，机械应力周期地作用于布线，容易引起应力迁移的缘故。特别是，这种应力迁移在Al布线中容易发生。进一步，在密集配置的透镜阵列中，在硅氮化膜上成膜的布线膜的图案中，存在着凸部10的透镜形状容易崩裂的问题。具体地说，在构成透镜阵列的层间绝缘膜8的表面上，在相互靠近的凸透镜的边界，形成由透镜的凸面夹持的狭窄的谷状的沟18，例如V字型的沟，在对此上成膜的布线膜进行图案形成时的蚀刻中，布线膜容易残留在该沟18中。这里，硅氮化膜存在通过蚀刻方法比较容易被侵蚀的情形，因此，若为了很好地除去沟18的布线膜而较多地进行蚀刻，则在硅氮化膜上也产生被蚀刻的部分。其结果，会产生透镜形状发生变化，聚光率降低等不良情况。这些问题，不限定于形成透镜阵列的层间绝缘膜是纯粹的硅氮化膜的情形中，例如，即便是混合了氮化硅和氧化硅的硅氧氮化物(silicon oxy nitride)也会发生，在将具有可折射率较大地形成透镜、且另一方面热膨胀率和对布线膜的蚀刻的蚀刻速率也大的性质的其它材料用作层间绝缘膜的情况下也会发生。
发明内容
本发明为解决上述问题而实现，目的为在固体摄像元件等的集成电路中，以简易的构成适宜地形成透镜阵列和布线双方。
本发明的集成电路在基板上并设：形成透镜阵列的透镜区域、和对布线膜进行图案形成而形成布线的电路区域，该集成电路具有：第一透明绝缘膜，其层叠在所述透镜区域和所述电路区域中，在所述透镜区域中构成表面分别为凸面或凹面的多个透镜；和第二透明绝缘膜，其层叠在所述第一透明绝缘膜的表面，在所述透镜阵列中相邻的所述透镜密集配置，所述布线膜层叠在所述第二透明绝缘膜的表面，所述第二透明绝缘膜，比所述第一透明绝缘膜氧化硅的含有率高，且对于所述布线膜的图案形成中的蚀刻，比所述第一透明绝缘膜蚀刻速率低。
在本发明的其它集成电路中，在所述透镜阵列中相邻的所述透镜，密集配置为使相互的所述凸面或凹面的边缘相接。
本发明的适合的方式是如下集成电路：所述基板是半导体基板，所述透镜区域构成摄像部，其为按每个所述透镜在所述半导体基板上形成受光像素，所述受光像素产生与受光量对应的信号电荷。
本发明的集成电路的制造方法是在基板上并设：形成透镜阵列的透镜区域、和对布线膜进行图案形成而形成布线的电路区域的集成电路的制造方法，该制造方法具有：在所述透镜区域及所述电路区域中层叠第一透明绝缘膜的工序；在层叠于所述透镜区域中的所述第一透明绝缘膜的表面形成凹凸，从而形成密集配置有多个透镜的所述透镜阵列的工序；在所述透镜区域和所述电路区域的第一透明绝缘膜的表面层叠第二透明绝缘膜的工序；在所述第二透明绝缘膜的表面层叠所述布线膜的工序；和蚀刻除去至少包含所述透镜区域的不要区域的所述布线膜，从而形成所述布线的工序，所述第二透明绝缘膜，由比所述第一透明绝缘膜氧化硅的含有率高，且对于所述布线膜的所述蚀刻，比所述第一透明绝缘膜蚀刻速率低的材料形成。
根据本发明，则在形成透镜的凹凸的第一透明绝缘膜的表面上，形成含有氧化硅的第二透明绝缘膜。布线膜形成在该第二透明绝缘膜的表面，并被形成图案。氧化硅的折射率历来，接近与第一透明绝缘膜的表面接触而配置的平坦化膜的折射率，因此，基本上，氧化硅的含有率比第一透明绝缘膜高的第二透明绝缘膜的折射率变小。因此，在第二透明绝缘膜上形成的凸透镜的聚光功能不受损害。进而，氧化硅热膨胀率比较小，并且对于一般布线材料的蚀刻的蚀刻速率也比较小。因此，第二透明绝缘膜能够抑制在其上形成的布线的应力迁移，并且即使为了除去容易残留在凸透镜的边界相接的V字型的沟部中的布线膜而进行过蚀刻，也能够抑制凸透镜形状的崩裂。
附图说明
图1是说明本发明的实施方式的固体摄像元件的剖面构造的示意图；
图2是表示本发明的实施方式的固体摄像元件的主要制造工序中的剖面构造的示意图；
图3是表示本发明的实施方式的固体摄像元件的主要制造工序中的剖面构造的示意图；
图4是表示本发明的实施方式的固体摄像元件的主要制造工序中的剖面构造的示意图；
图5是在形成最上层的布线前形成透镜阵列的固体摄像元件的示意剖面图。
图中：20-半导体基板，22-受光部，24-摄像部，26、28-布线，30-电路区域，40、48-硅氧化膜，42、62、66-硅氮化膜，44-凸透镜，46-沟，50-平坦化膜，60、70-Al膜，62-层间绝缘膜，64、68-凸部，72-抗蚀膜。
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施的方式(以下称为实施方式)。
图1是说明本发明的实施方式的固体摄像元件的剖面构造的示意图。在该图中，在硅半导体基板20上设置有：在该半导体基板20的表面排列了多个受光部22的摄像部24、和摄像部24的外侧即配置有布线26、28的电路区域30。
在半导体基板20的表面，由热氧化等处理形成硅氧化膜40。此外，由其它工序形成摄像部24及3电路区域30各自的硅氧化膜40，从而能够在摄像部24使硅氧化膜40成为薄的栅极氧化膜，在电路区域30使硅氧化膜40成为厚的局部氧化膜(LOCOS)。
在电路区域30中，在硅氧化膜40的表面上形成由第一布线层构成的布线26。在布线26、28相互之间形成硅氮化膜42，作为使布线26、和进而在其上层形成的由第二布线层构成的布线28之间绝缘的层间绝缘膜。
硅氮化膜42也层叠在摄像部24上。硅氮化膜42是透明的，并且折射率比硅氧化膜、和构成平坦化膜的树脂大，在摄像部24中构成透镜阵列。摄像部24上的硅氮化膜42在表面上形成凹凸，凸部形成为表面基本向上凸的曲面，从而构成凸透镜44，凹部在凸透镜44相互邻接的边界上形成为大致V字型的沟46。凸透镜44配置在各受光部22的上方，具有将从外部入射到摄像部24的光集聚到受光部22的功能。
在硅氮化膜42的表面上，通过CVD(Chemical Vapor Deposition)法等层叠硅氧化膜48。硅氧化膜48构成布线26、28相互之间的层间绝缘膜的一部分，在该硅氧化膜48的表面上形成布线28。
在形成布线28后，为了使元件表面的凹凸平坦化，层叠由硅氧化膜等构成的平坦化膜50。进而根据需要层叠滤色器阵列(未图示)。
下面，说明本固体摄像元件的上述构成的制造方法。图2～图4是表示该制造方法的主要工序中的固体摄像元件的剖面构造的示意图。这里，说明用公知的制造方法在半导体基板20上形成受光部22，进而层叠硅氧化膜40的状态(图2(a))以后的工序。在硅氧化膜40的表面上例如由PVD(Physical Vapor Deposition)法等生长Al膜60，作为第一布线层。在Al膜60上涂敷抗蚀剂，该抗蚀膜通过利用了光掩模(photomask)的曝光和显影工序被加工成与布线26对应的形状。将该抗蚀膜作为掩模，对Al膜60进行蚀刻，在电路区域30上形成布线26(图2(b))。此外，在对Al膜60的蚀刻结束后除去抗蚀膜。
在形成布线26后，形成第一硅氮化膜62(图2(c))。该第一硅氮化膜62能够用CVD法或PVD法等各种成膜技术形成。在硅氮化膜62的表面上，通过与对上述Al膜60的情形相同的技术形成制成了图案的抗蚀膜。抗蚀膜被残留在与各受光部22对应的位置及电路区域30中。将该残留的抗蚀膜作为掩模，对硅氮化膜62实施蚀刻，按每个受光部22形成凸部64。这里，蚀刻既可以是干蚀刻，也可以是湿蚀刻。用该蚀刻形成的硅氮化膜62的凸部64通过以后的工序，成为摄像部24的透镜阵列中的凸透镜形状的基础。因此，硅氮化膜62的蚀刻量取决于所需的凸透镜的高度。在图2(d)中，例示了通过干蚀刻处理沿与半导体基板20的表面大致垂直的方向蚀刻硅氮化膜62的例子，但是也能够通过湿蚀刻处理将凸部64形成为圆锥状。
凸部64的平面形状能够根据所希望的凸透镜的平面形状确定。从尽可能增大透镜面积而提高聚光效率的观点出发，透镜的平面形状适合与单位像素的形状相似，与此相伴，凸部64的平面形状也能够根据受光像素的形状确定。例如，当受光像素为长方形时适宜形成长方体的凸部64。
在摄像部24中形成凸部64后，在硅氮化膜62的表面上形成第二硅氮化膜66(图3(a))。第二硅氮化膜66是利用CVD法对形成了凸部64的摄像部24、及电路区域30的第一硅氮化膜62的露出的表面以大致均匀的膜厚形成的。在第二硅氮化膜66的形成中，除了CVD法以外，只要是对露出的表面能够以大致均匀的膜厚形成的成膜方法即能够适用。
凸部64上被覆第二硅氮化膜66，形成大出一圈的凸部68。对具有该凸部68的第二硅氮化膜66照射气体离子。实施该气体离子照射的目的是削除凸部68的角部。这里，优选气体离子为惰性的气体离子，作为惰性的气体离子可使用氩离子，但也可照射其它惰性气体离子。当照射氩离子时，生成氩离子等离子体，通过对生成的等离子体施加电场，使氩离子照射(撞击)在第二硅氮化膜66上。这时，氩离子的动能切断第二硅氮化膜66的表面原子或分子的结合，并且允许照射方向的其它原子或分子的再结合(表面原子或分子只在凸部68的附近移动)，由此对其大小进行调整。
由照射氩离子后的硅氮化膜62、66构成的光透过膜，如图3(b)所示，第二硅氮化膜66的凸部68的角部被削除，该被削除的部分移动到凸部68的周边部分。这样，在凸部64上的第二硅氮化膜66的表面上形成曲部，使第一及第二硅氮化膜62、66成为一体，构成凸透镜44。在形成该第二硅氮化膜66的基础上，通过照射气体离子的工序，形成扩大到凸部68相互间的沟的部分的凸透镜44的曲面，从而能够高效率地形成受光面广的透镜。
顺便提及，第一硅氮化膜62的凸部64的间隔，取决于对形成该间隔时的蚀刻作为掩膜的抗蚀图案的间隔。该抗蚀图案的间隔受到光刻技术的制约，从而在减小该间隔方面存在极限。因此，即使对凸部64照射气体离子，削去角而扩大透镜面积，也未必能够以相邻的透镜彼此边界相连的方式较小地设定凸部68的间隔。对此，在本构成中，由第二硅氮化膜66覆盖凸部64，形成更大的凸部68，从而能够使凸部68的间隔比凸部64的间隔窄，容易形成相邻的透镜彼此边界相连而密集配置的透镜阵列。
在这里所示的制造方法中，图1所示的构造的硅氮化膜42层叠两层硅氮化膜62、66而构成，利用这些硅氮化膜62、66，在摄像部24中形成密集配置有多个凸透镜的透镜阵列(图3(b))。在形成该透镜形状后，在硅氮化膜66的表面上形成硅氧化膜48(图3(c))。
在硅氧化膜48的表面上作为第二布线层，例如，由PVD法等生长出Al膜70。在Al膜70上涂敷抗蚀剂，通过利用了光掩膜的曝光和显影工序，形成与要形成的布线28所对应的形状的抗蚀膜72(图4(a))。将该抗蚀膜72作为掩膜，进行Al膜70的蚀刻，在电路区域30中，在硅氧化膜48的表面上形成布线28(图4(b))。
作为Al等的布线层的蚀刻方法，可以是湿蚀刻及干蚀刻中的任一种，但是伴随着布线的微细化，现在，主要利用加工精度比湿蚀刻高的干蚀刻。在本制造方法中，也由干蚀刻进行布线26、28的图案形成。这里，干蚀刻的蚀刻速率，一般地说硅氧化膜比硅氮化膜要小。例如，已知在等离子体蚀刻中，即使改变气体组成、或种类、条件等，硅氧化膜的蚀刻速率比硅氮化膜小的关系也基本上成立。另外，已知在化学干蚀刻中同样的关系也成立。在本固体摄像元件中，通过在硅氮化膜42的表面上形成硅氧化膜48，当蚀刻除去Al膜70时，能够防止因蚀刻摄像部24的凸透镜44而造成形状崩裂。
在结束Al膜70的蚀刻后，除去其表面的抗蚀剂，并层叠平坦化膜50(图4(c))，从而形成本固体摄像元件的基本构造。这里，平坦化膜50的折射率与现有的同样，比硅氮化膜42小，另外，硅氧化膜48的折射率也是接近平坦化膜50的值，比硅氮化膜42小。因此，从外部入射到半导体基片20的表面的光，在凸透镜44的表面上折射，向受光部22集聚。即，硅氧化膜48不损伤凸透镜44的聚光功能。
在本固体摄像元件中，由硅氮化膜42形成凸透镜44，并由硅氧化膜48覆盖其表面。该硅氧化膜48为了防止由硅氮化膜42引起的布线28的应力迁移，该硅氧化膜48与在硅氮化膜42和布线28之间形成的硅氧化膜是通用的。即，能够由同一工序形成用于防止电路区域30中的布线28的应力迁移的硅氧化膜、和用于保护摄像部24中的凸透镜44的形状的硅氧化膜。
这里，层叠在硅氮化膜42上的膜设为硅氧化膜48，但除氧化硅以外，还可由含有其它成分的材料形成。另外，代替硅氮化膜42，除氮化硅以外，还可由含有其它成分的材料的膜形成凸透镜44及布线26、28的层间绝缘膜。例如，可分别将硅氮化膜42、硅氧化膜48设为硅氧氮化物，在该情况下，使代替硅氮化膜42的下层膜中的氮化硅的含有率比代替硅氧化膜48的上层膜更大，另外，使上层膜中的氧化硅的含有率比下层膜大，由此可实现防止上述布线28的应力迁移、保护凸透镜44的形状及确保聚光功能。另外，由硅氮化膜42等形成的密集配置的透镜的形状不限于凸透镜，也可以是凹透镜。在该情况下，在透镜阵列部分中，由表面凹凸引起，在进行用于形成布线的Al膜的蚀刻中会发生偏差。因此，在硅氮化膜42等的透镜形成膜的表面上，层叠硅氧化膜48等蚀刻速率比较低的膜，从而防止透镜形状的崩裂。
上述本发明的实施方式是固体摄像元件，但本发明也能够用于具备微透镜阵列的其它集成电路，例如显示装置等中。
Claims (7)
1.一种集成电路，其在基板上并设：形成透镜阵列的透镜区域、和对布线膜进行图案形成而形成布线的电路区域，
该集成电路具有：
第一透明绝缘膜，其层叠在所述透镜区域和所述电路区域中，并在所述透镜区域中构成表面分别为凸面或凹面的多个透镜；和
第二透明绝缘膜，其层叠在所述第一透明绝缘膜的表面，
在所述透镜阵列中相邻的所述透镜被密集配置，
所述布线膜层叠在所述第二透明绝缘膜的表面，
所述第二透明绝缘膜，比所述第一透明绝缘膜氧化硅的含有率高，且对于所述布线膜的图案形成中的蚀刻，比所述第一透明绝缘膜蚀刻速率低。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，
在所述透镜阵列中相邻的所述透镜被密集配置为使相互的所述凸面或凹面的边缘相接。
3.根据权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，
所述第一透明绝缘膜比所述第二透明绝缘膜氮化硅的含有率高。
4.根据权利要求1或2所述的集成电路，其特征在于，
所述第一透明绝缘膜是硅氮化膜，
所述第二透明绝缘膜是硅氧化膜。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的集成电路，其特征在于，
所述布线膜是铝膜。
6.根据权利要求1～5的任一项所述的集成电路，其特征在于，
所述基板是半导体基板，
所述透镜区域构成摄像部，其为按每个所述透镜在所述半导体基板上形成受光像素，所述受光像素产生与受光量对应的信号电荷。
7.一种集成电路的制造方法，所述集成电路在基板上并设：形成透镜阵列的透镜区域、和对布线膜进行图案形成而形成布线的电路区域，
该制造方法具有：
在所述透镜区域及所述电路区域中层叠第一透明绝缘膜的工序；
在层叠于所述透镜区域中的所述第一透明绝缘膜的表面形成凹凸，从而形成密集配置有多个透镜的所述透镜阵列的工序；
在所述透镜区域和所述电路区域的第一透明绝缘膜的表面层叠第二透明绝缘膜的工序；
在所述第二透明绝缘膜的表面层叠所述布线膜的工序；和
对至少包含所述透镜区域的不要区域的所述布线膜进行蚀刻去除，从而形成所述布线的工序，
所述第二透明绝缘膜，由比所述第一透明绝缘膜氧化硅的含有率高、且对于所述布线膜的所述蚀刻比所述第一透明绝缘膜蚀刻速率低的材料形成。
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