JP2002246578A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
固体撮像装置の製造方法Info
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Abstract
撮像装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板1表層部に受光部2および電荷転送
部3を形成する工程と、前記電荷転送部3上にゲート絶
縁膜4を介して転送電極5を形成する工程と、前記転送
電極5を被覆するように遮光膜7を形成する工程と、前
記遮光膜7および前記受光部2を被覆し、且つ、前記受
光部2上に凹部が形成されるように、第1の絶縁膜8a
を形成する工程と、前記第1の絶縁膜8aにリフロー処
理を施し、前記凹部の形状をレンズ状に加工する工程
と、前記第1の絶縁膜8aを被覆し、且つ、前記受光部
2上にレンズ状の凹部が形成されるように、第2の絶縁
膜8bを形成する工程と、前記第2の絶縁膜8b上に透
明材料膜9を形成する工程と、前記透明材料膜9表面を
平坦化する工程とを備えたことを特徴とする。
Description
た固体撮像装置の製造方法に関するものである。
に伴い、更なる感度向上が要求されている。このような
背景のもとに、従来では、カラーフィルタ上にオンチッ
プレンズを設けることにより、集光効率を高めるという
工夫がなされている。しかしながら、近年、デバイスの
小型化および高感度化に伴い、集光効率の更なる向上が
望まれているものの、前述したオンチップレンズによる
集光効果はほぼ限界に近づいており、オンチップレンズ
とは別の新たな技術の開発が要求されている。
ンズと併用する状態で、層内レンズを設けた固体撮像装
置が提案されている(例えば、特開平11−10303
6号公報など)。図7は、このような固体撮像装置の構
造を示す断面図であり、1は半導体基板、2は受光部、
3は電荷転送部、4はゲート絶縁膜、5は転送電極、6
は層間絶縁膜、7は遮光膜、8は絶縁膜、9は透明材料
膜、10はカラーフィルタ、11はオンチップレンズで
ある。この固体撮像装置においては、受光部2上に位置
する絶縁膜8の表面をレンズ形状に加工し、且つ、絶縁
膜8と透明材料膜9との屈折率を相違させることによ
り、層内レンズが形成されている。これにより、絶縁膜
8と透明材料膜9との界面で入射光を屈折させ、受光部
に集光することが可能となる。
造方法を説明するための工程断面図である。まず、半導
体基板1内に受光部2および電荷転送部3を形成した
後、ゲート絶縁膜4、転送電極5、層間絶縁膜6および
遮光膜7を順次形成する(図8A)。続いて、遮光膜7
および受光部2を被覆するように、ホウ素リンシリケー
トガラス(BPSG)からなる絶縁膜8を形成する(図
8B)。このとき、絶縁膜8は転送電極5に起因した段
差が存在する表面に成膜されるため、受光部2上に凹部
が形成される。次に、リフロー処理を施し、絶縁膜8の
凹部を曲面(すなわち、レンズ形状)に加工する(図8
C)。更に、凹部を埋め込むように透明材料膜9を形成
する。その後、透明材料膜9表面を平坦化し、層内レン
ズが形成される(図9D)、カラーフィルタ10および
オンチップレンズ11が順次形成されて、固体撮像装置
が作製される(図9E)。
更なる小型化が要求されることが予想されるが、この場
合、転送電極5同士間の間隙が小さくなるため、絶縁膜
8形成時において、転送電極5同士間(すなわち、受光
部2上)に凹部が形成され難くなる。そのため、絶縁膜
8にリフロー処理を施した際に、凹部がリフローした絶
縁膜によって埋め込まれ易くなる。その結果、所望のレ
ンズ形状が得られないばかりか、層内レンズの厚みが減
少したり、層内レンズから受光部までの距離が大きくな
るなどの現象が生じる。これらは、いずれも集光効率の
低下を招く現象である。
あり、層内レンズによる集光効率を向上させた固体撮像
装置の製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板表層部に
受光部および電荷転送部を形成する工程と、前記電荷転
送部上にゲート絶縁膜を介して転送電極を形成する工程
と、前記転送電極を被覆するように遮光膜を形成する工
程と、前記遮光膜および前記受光部を被覆し、且つ、前
記受光部上に凹部が形成されるように、第1の絶縁膜を
形成する工程と、前記第1の絶縁膜にリフロー処理を施
し、前記凹部の形状をレンズ状に加工する工程と、前記
第1の絶縁膜を被覆し、且つ、前記受光部上にレンズ状
の凹部が形成されるように、第2の絶縁膜を形成する工
程と、前記第2の絶縁膜上に透明材料膜を形成する工程
と、前記透明材料膜表面を平坦化する工程とを備えたこ
とを特徴とする。ここで、「レンズ状」とは曲面状を意
味する。
は、レンズ形状を形成するための絶縁膜の成膜を、第1
の絶縁膜を形成する工程と第2の絶縁膜を形成する工程
という、少なくとも2回の成膜工程により行う。よっ
て、第1の絶縁膜を薄膜化することにより、転送電極同
士間(すなわち、受光部上)に凹部が形成され易くする
ことができるため、第1の絶縁膜のリフロー処理によっ
て凹部がリフローした絶縁膜で埋め込まれることを抑制
できる。その結果、層内レンズの形状および厚み、層内
レンズから受光部までの距離を好適に制御することがで
き、層内レンズによる集光効率を向上させることができ
る。また、第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜を形成するた
め、これらの絶縁膜上に形成される配線などと、転送電
極との間の十分な電気的耐圧を確保することができる。
膜の膜厚が0.1〜0.5μmであることが好ましい。
また、前記第2の絶縁膜の膜厚が0.1〜0.3μmで
あることが好ましい。ここで、第1の絶縁膜の膜厚と
は、リフロー処理が施される前の第1の絶縁膜の膜厚で
ある。
少なくとも一方を含むシリコン酸化膜であることが好ま
しい。比較的低温でリフロー処理を実施することができ
るからである。また、前記第2の絶縁膜が、シリコン酸
化膜、シリコン窒化酸化膜およびシリコン窒化膜からな
る群より選ばれる少なくとも1種であることが好まし
い。
膜を被覆するように第3の絶縁膜を形成する工程を含
み、前記第1の絶縁膜を前記第3の絶縁膜上に形成する
ことが好ましい。
れにリフロー処理を施した場合、条件によっては、遮光
膜上に存在する第1の絶縁膜がリフローに伴って薄膜化
し、遮光膜が露出するおそれがある。しかしながら、こ
の好ましい例によれば、第1の絶縁膜と遮光膜との間に
第3の絶縁膜を介在させるため、前記問題を回避するこ
とが可能となる。また、この好ましい例によれば、第1
の絶縁膜および第3の絶縁膜により、第1の絶縁膜上に
形成される配線と転送電極との間の電気的な耐圧が十分
に確保される場合は、第2の絶縁膜を反射防止膜として
機能させることも可能である。
μmであることが好ましい。また、前記第3の絶縁膜
は、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化膜およびシリコ
ン窒化膜からなる群より選ばれる少なくとも1種である
ことが好ましい。
明の製造方法により製造され得る固体撮像装置の一例を
示す断面図である。この固体撮像装置においては、半導
体基板1内に受光部2および電荷転送部3が形成されて
おり、電荷転送部3上にはゲート絶縁膜4を介して転送
電極5が形成されている。転送電極5上には層間絶縁膜
6を介して遮光膜7が形成されており、遮光膜7には受
光部2に対応する部分に開口部が形成されている。更
に、受光部2および遮光膜7を被覆するように、第1の
絶縁膜8aおよび第2の絶縁膜8bが順に形成されてい
る。第1の絶縁膜8aおよび第2の絶縁膜8bには、受
光部2に対応する部分にレンズ形状の凹部が形成されて
いる。第2の絶縁膜8b上には、前記凹部を埋め込むよ
うに、透明材料膜9が形成されており、これにより層内
レンズが形成されている。更に、透明材料膜9上には、
カラーフィルタ10およびオンチップレンズ11が形成
されている。
造方法を説明するための工程断面図である。以下、この
図面を用いて、本発明の製造方法の一例について説明す
る。
荷転送部3を形成する。この工程は、例えば、p型半導
体基板(または、p型ウェル)1内に、リンなどのn型
不純物を注入し、これを拡散させることにより実施でき
る。なお、受光部2の形成については、転送電極5形成
後に、転送電極5をマスクとしてn型不純物を注入し、
これを拡散させることによって実施してもよい。
チャンネルストップ(図示せず。)および読み出し部
(図示せず。)を形成する。この工程は、例えば、p型
半導体基板(または、p型ウェル)1内に、ボロンなど
のp型不純物を注入し、これを拡散させることにより実
施できる。
を形成する。ゲート絶縁膜4としては、例えば、シリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜などを使用することができ
る。また、ゲート絶縁膜4は、単層構造であっても、多
層構造であってもよい。多層構造の一例としては、シリ
コン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の三層構
造が挙げられる。ゲート絶縁膜4の形成方法としては、
例えば、熱酸化法、化学気相成長法(以下、「CVD
法」という。)などを採用することができる。
介して転送電極5を形成する。転送電極5としては、例
えば、ポリシリコンを使用することができる。また、そ
の形成方法としては、例えば、CVD法によってポリシ
リコンを成膜し、これをリソグラフィー法およびエッチ
ングによってパターニングする方法を採用することがで
きる。
絶縁膜6を形成する。層間絶縁膜6としては、例えばシ
リコン酸化膜を使用することができ、その形成方法とし
ては、例えばCVD法を採用することができる。また、
層間絶縁膜6は、後述する第1の絶縁膜8aとの界面に
おける反射を抑制するため、第1の絶縁膜8aと同等の
屈折率を有する材料を使用することが好ましい。
の形成については、転送電極構造が二層である場合に
は、前述した工程を2回繰り返し、三層以上である場合
には、その層数分だけ繰り返し実施される。
る(図2A)。遮光膜7は、受光部2以外の領域に入射
する光を遮蔽する膜であり、転送電極5を被覆し、且
つ、受光部2に対応する部分に開口部を有するように形
成される。遮光膜7としては、例えば、アルミニウム、
アルミニウム合金、タングステンなどを使用することが
できる。この材料の選択は、後工程である第1の絶縁膜
8aのリフロー条件に応じて行うことが好ましい。例え
ば、リフロー条件として高温加熱が必要な場合には、タ
ングステンなどの高融点金属を使用することが好まし
く、高温加熱が必要でない場合には、アルミニウムまた
はその合金などを使用することが好ましい。また、遮光
膜7は、単層構造であっても、多層構造であってもよ
い。遮光膜7の形成方法としては、例えば、CVD法、
スパッタ法などにより成膜した後、リソグラフィー法お
よびエッチングによりパターニングする方法を採用する
ことができる。
ように、第1の絶縁膜8aを形成する(図2B)。この
とき、転送電極5に起因した段差が存在する表面に成膜
されるため、第1の絶縁膜8aには、転送電極5同士
間、すなわち受光部2に対応する部分に、凹部が形成さ
れる。第1の絶縁膜8aとしては、リフロー処理が可能
な絶縁膜であれば特に限定するものではなく、例えば、
BおよびPの少なくとも一方を含むシリコン酸化膜、好
ましくは、ホウ素リンシリケートガラス(以下、「BP
SG」という。)が使用される。また、形成方法として
は、例えば、CVD法を採用することができる。
を施し、第1の絶縁膜8aの凹部を曲面、すなわちレン
ズ形状に加工する(図2(C))。レンズ形状の曲率は
リフローの程度に依存し、リフローの程度が大きいほど
曲率は小さくなる。
厚および組成、リフロー処理温度などによって調整でき
る。例えば、第1の絶縁膜8aとしてBPSGを使用し
た場合、BおよびPの合計濃度が高くなるほどリフロー
し易くなる。また、第1の絶縁膜8aの膜厚が大きいほ
ど、または、リフロー処理温度が高くなるほど、リフロ
ーし易くなる。
は、例えば、第1の絶縁膜8aの組成およびリフロー処
理温度を固定して、第1の絶縁膜8aの膜厚を変化させ
ることにより、好適な条件を決定することが好ましい。
また、第1の絶縁膜8aの膜厚を固定し、リフロー処理
温度またはBおよびPの合計濃度を変化させて、好適な
条件を決定することもできる。
び膜厚は、所望のレンズ形状に応じて適宜選択すること
が好ましい。例えば、第1の絶縁膜8aとしてBPSG
を使用する場合、B濃度は5.3重量%以下、好ましく
は2.7〜2.8重量%に設定することができ、P濃度
は6.5重量%以下、好ましくは4.5〜6.0重量%
に設定することができる。なお、第1の絶縁膜8aの膜
厚(T1)については、後に詳説する。
のレンズ形状に応じて適宜選択することが好ましい。具
体的には、例えば800〜950℃、好ましくは850
〜900℃に設定することができる。
後、第1の絶縁膜8a上に第2の絶縁膜8bを形成する
(図3(D))。このとき、第2の絶縁膜8bには、受
光部2に対応する部分に、第1の絶縁膜8aの形状に沿
った凹部、すなわちレンズ形状の凹部が形成される。
必要がないため、その材料について特に限定するもので
はなく、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化酸化
膜、シリコン窒化膜などを使用することができる。ま
た、形成方法としては、例えばCVD法を採用すること
ができる。特に、段差被覆性の良好なCVD法を採用す
ることが好ましい。
としては、それぞれの界面における反射を抑制するた
め、同等の屈折率を有する材料を使用することが好まし
い。
2の絶縁膜8bの膜厚(T2)は、その合計(T1+T
2)が小さいほど、層内レンズから受光部2までの距離
が小さくなるため、集光効率を向上させることができ
る。一方、合計膜厚(T1+T2)が小さすぎると、転
送電極5と、絶縁膜上に形成される配線(図示せず。)
などとの間の十分な電気的耐圧が確保されない場合があ
る。従って、第1の絶縁膜8aおよび第2の絶縁膜8b
の合計膜厚(T1+T2)は、これらを考慮して設定す
ることが好ましい。合計膜厚(T1+T2)の好適な値
は、画素サイズに応じても異なるが、例えば0.4〜
0.8μm、好ましくは0.6〜0.7μmである。
サイズなどに応じても異なるが、例えば0.3〜0.5
μmである。
限定するものではないが、第1の絶縁膜8aの膜厚(T
1)に対して、T1≧T2なる関係を満たすことが好ま
しい。一方、第2の絶縁膜8bの膜厚が大きいほど、段
差被覆性が良好になるため好ましい。第2の絶縁膜8b
の膜厚は、画素サイズなどに応じても異なるが、例えば
0.1〜0.3μm、好ましくは0.1〜0.2μmで
ある。
周辺部の配線などを形成する。また、必要に応じて、第
2の絶縁膜8b上に、単層または多層構造の反射防止膜
を形成してもよい。
き、透明材料膜9は、第2の絶縁膜8bに形成されたレ
ンズ形状の凹部を埋め込むように形成される。更に、透
明材料膜9の表面を、例えば、レジストエッチバック
法、化学機械研磨法などの方法により平坦化する(図3
(E))。
いが、受光部2への集光効率を高めるうえで、第1の絶
縁膜8aおよび第2の絶縁膜8bとの間で好適な屈折率
差が得られるように、その材料および形成方法を選択す
ることが好ましい。例えば、透明材料膜9の屈折率を
1.9〜2.0とする場合には、プラズマCVD法によ
り成膜されたシリコン窒化膜を選択し、屈折率を1.5
〜1.9とする場合には、プラズマCVD法により成膜
されたシリコン窒化酸化膜を選択することができる。
の高さ(第2の絶縁膜8bに形成された凹部の深さ)に
応じて設定することが好ましく、具体的には0.5〜
2.0μm程度に設定することが好ましい。
10およびオンチップレンズ11を形成し、固体撮像装
置が作製される(図3(F))。カラーフィルタ10の
形成は、例えば、カラーレジストを用いたフォトリソグ
ラフィー法により実施することができる。また、オンチ
ップレンズ11の形成は、例えば、熱溶融可能な樹脂を
塗布し、これを各受光部に対応するように分割した後、
リフロー処理を施すことにより実施できる。
方法により製造され得る固体撮像装置の別の一例を示す
断面図である。この固体撮像装置は、受光部2上の層間
絶縁膜6および遮光膜7を被覆するように第3の絶縁膜
8cが形成されており、この第3の絶縁膜8c上に第1
の絶縁膜8aが形成されている。なお、上記以外の構造
については、第1の実施形態と同様である。
造方法を説明するための工程断面図である。以下、この
図面を用いて、本発明の製造方法の別の一例について説
明する。
荷転送部3を形成した後、ゲート絶縁膜4、転送電極
5、層間絶縁膜6および遮光膜7を順次形成する(図5
A)。なお、ここまでの工程は、第1の実施形態と同様
にして実施することができる。
るように、第3の絶縁膜8cを形成する(図5B)。第
3の絶縁膜8cとしては、後工程のリフロー処理におい
てリフローし難いものを使用することが好ましく、例え
ば、シリコン酸化膜などを使用することができる。な
お、第3の絶縁膜8cの膜厚については、後に詳説す
る。
膜8aを形成する(図5C)。このとき、転送電極5に
起因した段差が存在する表面に成膜されるため、第1の
絶縁膜8aには、転送電極5同士間、すなわち受光部2
に対応する部分に、凹部が形成される。なお、第1の絶
縁膜8aの材料および形成方法は、第1の実施形態と同
様のものを採用することができる。
を施し、第1の絶縁膜8aの凹部を曲面、すなわちレン
ズ形状に加工する(図5D)。第1の実施形態と同様
に、レンズ形状の曲率はリフローの程度に依存し、リフ
ローの程度は、第1の絶縁膜8aの膜厚および組成、リ
フロー処理温度などによって調整できる。
理温度は、第1の実施形態と同様に設定することができ
る。但し、本実施形態においては、第1の絶縁膜8aと
してBPSGを使用した場合、そのリフロー処理に伴
い、第1の絶縁膜8aから第3の絶縁膜8cへBおよび
Pが拡散するため、第3の絶縁膜8cがリフローされ易
くなる場合がある。従って、本実施形態においては、第
1の絶縁膜8aのBおよびP濃度をできるだけ低くする
こと、リフロー処理温度をできるだけ低くすることが好
ましい。
後、第1の絶縁膜8a上に第2の絶縁膜8bを形成する
(図6E)。このとき、第2の絶縁膜8bには、受光部
2に対応する部分に、第1の絶縁膜8aの形状に沿った
凹部、すなわちレンズ形状の凹部が形成される。なお、
第2の絶縁膜8bの材料および形成方法は、第1の実施
形態と同様のものを採用することができる。
絶縁膜8bの膜厚(T2)および第3の絶縁膜8cの膜
厚(T3)は、その合計(T1+T2+T3)が小さい
ほど集光効率を向上させることができるが、この合計膜
厚が小さすぎると、絶縁膜上の配線(図示せず。)と転
送電極5との十分な電気的耐圧が確保されない場合があ
る。従って、絶縁膜の合計膜厚は、これらを考慮して設
定することが好ましい。絶縁膜の合計膜厚(T1+T2
+T3)は、画素サイズに応じても異なるが、例えば
0.5〜0.8μm、好ましくは0.6〜0.7μmで
ある。
のではないが、(T1+T3)≧T2なる関係を満たす
ことが好ましい。第1の絶縁膜8aと第3の絶縁膜8c
との合計(T1+T3)は、画素サイズに応じても異な
るが、例えば0.2〜0.7μm、好ましくは0.3〜
0.5μmである。
第3の絶縁膜8cの膜厚(T3)は、T1≧T3なる関
係を満たすことが好ましい。
も異なるが、各絶縁膜の膜厚は次のように設定される。
第1の絶縁膜8aの膜厚(T1)は、例えば0.1〜
0.5μmに設定される。第2の絶縁膜8bの膜厚(T
2)は、例えば0.1〜0.2μmに設定される。ま
た、第3の絶縁膜8cの膜厚(T3)は、例えば0.1
〜0.2μmに設定される。
膜を形成した後、透明材料膜9を形成する(図6F)。
更に、透明材料膜9上に、カラーフィルタ10およびオ
ンチップレンズ11を形成し、固体撮像装置が作製され
る(図6G)。なお、これらの工程は、第1の実施形態
と同様に実施することができる。
によれば、層内レンズの形状および厚み、層内レンズか
ら受光部までの距離を好適に制御することができ、その
結果、集光効率を向上させた固体撮像装置を製造するこ
とができる。
像装置の構造の一例を示す断面図である。
程断面図である。
程断面図である。
像装置の構造の別の一例を示す断面図である。
の工程断面図である。
の工程断面図である。
る。
である。
である。
Claims (8)
- 【請求項1】 基板表層部に受光部および電荷転送部を
形成する工程と、前記電荷転送部上にゲート絶縁膜を介
して転送電極を形成する工程と、前記転送電極を被覆す
るように遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜および前
記受光部を被覆し、且つ、前記受光部上に凹部が形成さ
れるように、第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1
の絶縁膜にリフロー処理を施し、前記凹部の形状をレン
ズ状に加工する工程と、前記第1の絶縁膜を被覆し、且
つ、前記受光部上にレンズ状の凹部が形成されるよう
に、第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第2の絶縁膜
上に透明材料膜を形成する工程と、前記透明材料膜表面
を平坦化する工程とを備えたことを特徴とする固体撮像
装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記第1の絶縁膜の膜厚が0.1〜0.
5μmである請求項1に記載の固体撮像装置の製造方
法。 - 【請求項3】 前記第2の絶縁膜の膜厚が0.1〜0.
3μmである請求項1または2に記載の固体撮像装置の
製造方法。 - 【請求項4】 前記第1の絶縁膜が、BおよびPの少な
くとも一方を含むシリコン酸化膜である請求項1〜3の
いずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記第2の絶縁膜が、シリコン酸化膜、
シリコン窒化酸化膜およびシリコン窒化膜からなる群よ
り選ばれる少なくとも1種の膜である請求項1〜4のい
ずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項6】 更に、前記遮光膜を被覆するように第3
の絶縁膜を形成する工程を含み、前記第1の絶縁膜を前
記第3の絶縁膜上に形成する請求項1〜5のいずれかに
記載の固体撮像装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第3の絶縁膜の膜厚が0.1〜0.
2μmである請求項6に記載の固体撮像装置の製造方
法。 - 【請求項8】 前記第3の絶縁膜が、シリコン酸化膜、
シリコン窒化酸化膜およびシリコン窒化膜からなる群よ
り選ばれる少なくとも1種の膜である請求項6または7
に記載の固体撮像装置の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001043698A JP2002246578A (ja) | 2001-02-20 | 2001-02-20 | 固体撮像装置の製造方法 |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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