JP2006319129A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 - Google Patents
固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006319129A JP2006319129A JP2005140163A JP2005140163A JP2006319129A JP 2006319129 A JP2006319129 A JP 2006319129A JP 2005140163 A JP2005140163 A JP 2005140163A JP 2005140163 A JP2005140163 A JP 2005140163A JP 2006319129 A JP2006319129 A JP 2006319129A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solid
- manufacturing
- optical film
- forming
- lens
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 62
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000007787 solid Substances 0.000 title abstract 3
- 239000012788 optical film Substances 0.000 claims abstract description 88
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 75
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims abstract description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 15
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 14
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
【課題】集光レンズの曲率を高精度に制御し、集光効率の高い集光レンズを形成することにより、製造が容易で高感度の固体撮像素子を提供する。高感度の固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、前記撮像部上に、平坦化膜を介して形成された集光レンズを形成する工程とを具備した固体撮像素子の製造方法において、前記レンズ基体をパターニングすることにより、レンズ形状を有する第１の光学膜を形成する工程と、前記第１の光学膜上に、所望の曲率のレンズを構成するように、成膜条件を制御して、第２の光学膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】 半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、前記撮像部上に、平坦化膜を介して形成された集光レンズを形成する工程とを具備した固体撮像素子の製造方法において、前記レンズ基体をパターニングすることにより、レンズ形状を有する第１の光学膜を形成する工程と、前記第１の光学膜上に、所望の曲率のレンズを構成するように、成膜条件を制御して、第２の光学膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に係り、特に固体撮像素子の集光レンズの形状加工に関する。
エリアセンサ等の撮像デバイスであるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。
近年、固体撮像素子においては、固体撮像素子の小型化および撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。そこで、感度を向上させるために、画素表面にマイクロレンズを設け、フォトダイオードへの集光効率を高める構造（例えば特許文献１）が種々提案されている。
そのひとつに例えば、図１０に示すように光電変換部を構成するフォトダイオード部３０の直上位置の平坦化層１０上にパッシベーション膜２０を形成し、この上層に層内レンズ２１を形成し、さらにその上層に平坦化膜２２、カラーフィルタ５０、平坦化膜７０、オンチップレンズ６０とを順次形成した構造が提案されている（電荷転送部４０、フォトダイオード部３０については実施の形態で後述する）。
このような従来の固体撮像素子において、層内レンズおよびオンチップレンズの２つの集光レンズはいずれもレジストパターンを形成しておきこれを転写することによって形成されるが、例えば層内レンズの場合、次のように製造する。
まず、半導体基板表面にフォトダイオード部および電荷転送部、平坦化膜を形成した後、図１１（ａ）に模式図を示すようにレンズ基体２１となる窒化シリコン膜を形成し、この上層にレジストパターンＲ１を形成し、このレジストパターンＲ１をリフローさせて硬化し、所望の曲率を得（図１１（ｂ））、このレジストパターンＲ１をマスクとして異方性エッチングを行い、レジストパターンＲ１の表面形状を窒化シリコンからなるレンズ基体に転写することにより、レジストパターンＲ１と同じ曲率をもつ層内レンズを形成する（図１１（ｃ））という方法がとられている。
まず、半導体基板表面にフォトダイオード部および電荷転送部、平坦化膜を形成した後、図１１（ａ）に模式図を示すようにレンズ基体２１となる窒化シリコン膜を形成し、この上層にレジストパターンＲ１を形成し、このレジストパターンＲ１をリフローさせて硬化し、所望の曲率を得（図１１（ｂ））、このレジストパターンＲ１をマスクとして異方性エッチングを行い、レジストパターンＲ１の表面形状を窒化シリコンからなるレンズ基体に転写することにより、レジストパターンＲ１と同じ曲率をもつ層内レンズを形成する（図１１（ｃ））という方法がとられている。
上述したような、従来の方法では、レジストパターンＲ１をリフローすることによって得られる形状がそのまま集光レンズの曲率となるわけであるが、リフロー温度を変化させることにより、曲率が大きく変化し、曲率の制御が極めて困難であるという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、集光レンズの曲率を高精度に制御し、集光効率の高い集光レンズを形成することにより、製造が容易で高感度の固体撮像素子を提供することを目的とする。
そこで本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、前記撮像部上に、集光レンズを形成する工程とを具備した固体撮像素子の製造方法であって、前記集光レンズを形成する工程が、前記レンズ基体をパターニングすることにより、レンズ形状を有する第１の光学膜を形成する工程と、前記第１の光学膜上に、所望の曲率のレンズを構成するように、成膜条件を制御して、第２の光学膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
この構成により、一旦成形した第１の光学膜上に、成膜条件を制御して第２の光学膜を形成しているため、微調整が可能となり、第１の光学膜の形状に依存することなく、曲率を制御することができるため、制御性に優れたレンズ形状を得ることが可能となる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程はＣＶＤ法により第２の光学膜を堆積する工程であるものを含む。
この構成により、時間軸上での調整も可能であることから、制御性が良好である。また圧力やガス流量やパワーなどを制御することにより、高精度の形状制御が容易に実現可能となる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程はコーティング法により第２の光学膜を堆積する工程であるものを含む。
この構成により、塗布膜の粘度塗布に用いるスピナーの回転数などを調整するとともに硬化温度を調整することにより、容易に形状を制御することができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２の光学膜の形成工程が、塗布膜を形成する工程を含むものを含む。
この構成によれば、容易に調整可能である。
この構成によれば、容易に調整可能である。
また本発明の方法は、前記第１の光学膜を形成する工程が、レンズ基体上に、レジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記レンズ基体をエッチングし、前記レジストパターンを前記レンズ基体に転写する工程とを含む。
この構成により、レジストパターンの形成はレジストを塗布しパターニングすることによりレジストパターンを形成し、このレジストパターンをリフローし、所望の形状のレジストパターンを形成するという方法がとられるが、リフローによって高精度のレジストパターン形状を得ることができなくても、第２の光学膜によって調整可能であるため、所望の曲率を容易に得ることができる。
また本発明の方法は、前記転写する工程は、前記レジストパターンと前記レンズ基体とのエッチング選択比を調整することにより、前記レンズ基体を、所望の曲率にパターニングする工程を含む。
この構成により、レジストパターンとレンズ基体とのエッチング選択比を調整することにより、レンズ基体を、微調整が容易で、所望の曲率にパターニングすることができるため、制御性よく所望の形状に形状加工することができ、高精度で制御性の高いレンズを得ることが可能となる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程が、圧力を制御する工程を含むものを含む
この構成により、容易に制御性よく所望の形状に形状加工することができ、高精度で制御性の高いレンズを得ることが可能となる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程が、成膜時のガス流量を調整する工程を含むものを含む。
この構成により、容易に制御性よく所望の形状に形状加工することができ、高精度で制御性の高いレンズを得ることが可能となる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程は、シランとアンモニアと窒素とを原料ガスとし、窒素の流量を調整して、所望の曲率となるように制御する工程を含むものを含む。
この構成により、容易に制御性よく所望の形状に形状加工することができ、高精度で制御性の高いレンズを得ることが可能となる。窒素の流量を小さくすると反応性ガスの濃度が高くなりその結果、オーバーハングが抑えられ、ステップカバレッジ率が向上し、レンズの曲率が小さくなる。一方、窒素の流量を大きくすると反応性ガスの濃度が小さくその結果ステップカバレッジ率が低下し、曲率が大きくなる。
また本発明の方法は、前記第２の光学膜を形成する工程は、成膜時のパワーを調整する工程を含む。
この構成により、容易に制御性よく所望の形状に形状加工することができ、高精度で制御性の高いレンズを得ることが可能となる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記集光レンズを形成する工程が層内レンズを形成する工程であるものを含む。
この構成により、層内レンズの曲率を制御性よく形成することができるため、集光性の向上をはかることができる。
この構成により、層内レンズの曲率を制御性よく形成することができるため、集光性の向上をはかることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記集光レンズを形成する工程がオンチップレンズを形成する工程であるものを含む。
この構成により、オンチップレンズの曲率を制御性よく形成することができるため、集光性の向上をはかることができる。
この構成により、オンチップレンズの曲率を制御性よく形成することができるため、集光性の向上をはかることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第１の光学膜が、窒化シリコン膜で構成されるものを含む。
この構成により、種々のエッチング条件を選択することができ、所望のレジスト転写率を得ることができる。
この構成により、種々のエッチング条件を選択することができ、所望のレジスト転写率を得ることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記転写する工程が、フロロカーボン系ガスと酸素ガスの流量比を調整してエッチング選択比を制御し、前記曲率を制御する工程を含むものを含む。
この構成により、ガスの流量比の調整によって極めて容易に所望の曲率を得ることができる。
この構成により、ガスの流量比の調整によって極めて容易に所望の曲率を得ることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２の光学膜が、窒化シリコン膜で構成されるものを含む。
この構成により、成膜条件を制御し、容易に所望の曲率を得ることが可能となる。
この構成により、成膜条件を制御し、容易に所望の曲率を得ることが可能となる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２の光学膜が、有機膜で構成されるものを含む。
この構成により、容易に塗布形成可能である。
この構成により、容易に塗布形成可能である。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２の光学膜上に、第３の光学膜を形成する工程を含む。
この構成によれば、一旦形状加工を行った後、積層膜の堆積特性を調整することにより、さらなる微調整が可能となり、極めて集光性の良好な曲率を持つ集光レンズを得る事が可能となる。
この構成によれば、一旦形状加工を行った後、積層膜の堆積特性を調整することにより、さらなる微調整が可能となり、極めて集光性の良好な曲率を持つ集光レンズを得る事が可能となる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第３の光学膜を形成する工程は有機膜を塗布する工程を含む。
この構成により、容易に塗布形成可能である。
また本発明の固体撮像素子は、上記固体撮像素子の製造方法で形成される。
また本発明の固体撮像素子は、前記集光レンズが、第１の光学膜と、前記第１の光学膜を覆うように形成され、前記第１の光学膜とは曲率の異なる外形をもつ第２の光学膜とを備えたものを含む。
このようにして形成された集光レンズは、極めて曲率の制御性が高いため集光性を高めることができ、高感度の固体撮像素子を提供することができる。
また本発明の固体撮像素子は、前記集光レンズが、第１の光学膜と、前記第１の光学膜を覆うように形成され、前記第１の光学膜とは曲率の異なる外形をもつ無機膜で構成された第２の光学膜と、前記第２の光学膜上に形成された有機膜からなる第３の光学膜とを備えたものを含む。
この構成により、さらに微調整が容易となり、容易に制御性よく所望の光学特性をもつ集光レンズを得ることができる。また、３層構造とすることにより、密着性の高い組み合わせを選択しやすく、より容易に信頼性の高いレンズを提供することが可能となる。
この構成によれば、積層構造で集光レンズを形成しているため、制御性が良好である。
この構成によれば、積層構造で集光レンズを形成しているため、制御性が良好である。
以上説明したように、本発明では、層内レンズあるいはオンチップレンズをレジストパターンの制御だけでなく、エッチング条件を調整することによって制御しているため、レジストパターンの曲率に対して、得られるレンズの曲率を制御性よく調整することができ、極めて容易に作業性よく高感度の固体撮像素子を得ることができる。
次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は固体撮像素子の要部を示す断面図、図２は撮像領域の要部平面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面である。この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード部３０上に、平坦化膜を介して形成される層内レンズ２１が、レンズ基体をパターニングすることにより、形成したレンズ形状を有する第１の光学膜２１ａ上にＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜からなる第２の光学膜とで構成されたことを特徴とする。ここで第２の光学膜は、ＣＶＤ工程における成膜条件を調整することにより、この第１の光学膜の曲率よりも曲率の大きい表面形状をもつように形成されることを特徴とするものである。
図１は固体撮像素子の要部を示す断面図、図２は撮像領域の要部平面図である。図１は図２のＡ−Ａ断面である。この固体撮像素子は、光電変換部としてのフォトダイオード部３０上に、平坦化膜を介して形成される層内レンズ２１が、レンズ基体をパターニングすることにより、形成したレンズ形状を有する第１の光学膜２１ａ上にＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜からなる第２の光学膜とで構成されたことを特徴とする。ここで第２の光学膜は、ＣＶＤ工程における成膜条件を調整することにより、この第１の光学膜の曲率よりも曲率の大きい表面形状をもつように形成されることを特徴とするものである。
固体撮像素子の撮像部の上方には、酸化シリコン膜を介して形成されたＢＰＳＧ膜からなる第１の平坦化層１０を介して、上述したパッシベーション膜２０、この上層に層内レンズ２１が形成されており、さらにこの上層に第２の平坦化層２２、カラーフィルタ５０、第３の平坦化層７０、マイクロレンズ６０が順次積層して設けられる。
すなわち、この固体撮像素子は、図１に示すように、シリコン基板１に形成され、ｐｎ接合を有するフォトダイオード部３０と、ゲート酸化膜２上に形成された電荷転送電極３を備え、フォトダイオード部３０で生起された電荷を転送する電荷転送部４０とを具備している。
この固体撮像素子の撮像部は、図２に概略平面図を示すように、半導体基板上に複数のフォトダイオード部３０とフォトダイオード部３０で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード部３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送部４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。
またシリコン基板１内にはｐウェルが形成され、ｐウェルとｐｎ接合を形成するｎ型不純物領域３１と、このｎ型不純物領域表面に形成された表面電位調整層としての高濃度のｐ型不純物領域３２とでフォトダイオードが形成されている。
そしてこの電荷転送電極３の上層には酸化シリコン膜からなる絶縁膜４を介して窒化シリコン膜からなる反射防止膜５が形成されている。そしてこの上層はスパッタリング法により形成されたチタンナイトライド層を介して、フォトダイオード部３０の受光領域に開口を有する遮光層６としてのタングステン薄膜が形成されている。
次にこの固体撮像素子の製造工程について簡単に説明する。
フォトダイオードと電荷転送部については説明を省略するが通例の方法で形成される。
そして、フォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板１の表面にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、常圧熱ＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜（１０）を形成する。この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱し、ＢＰＳＧ膜をリフローすることにより、平坦化し、第１の平坦化層１０を得る（図１参照）。
フォトダイオードと電荷転送部については説明を省略するが通例の方法で形成される。
そして、フォトダイオードおよび電荷転送電極の形成された基板１の表面にプラズマＣＶＤ法により酸化シリコン膜（図示せず）を形成し、常圧熱ＣＶＤ法により、膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜（１０）を形成する。この後、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱し、ＢＰＳＧ膜をリフローすることにより、平坦化し、第１の平坦化層１０を得る（図１参照）。
そしてこの上層に、プラズマＣＶＤ法によりパッシベーション膜２０としての窒化シリコン膜を形成した後、さらにプラズマＣＶＤ法により層内レンズとなる膜厚０．３００ｎｍ程度の窒化シリコン膜からなるレンズ基体２１を形成する。（ここではレンズ基体より上層のみを図示するが、レンズ基体２１の下層には図１に示したパッシベーション膜２０が形成されているものとする。）
さらにこの上層に、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターニングし、図３（ａ）に示すように、レジストパターンＲ１を形成し、この後例えば１２０〜１４０℃の熱処理を施してリフローさせ、表面張力によってレジストパターンＲ１の角部を丸めて、冷却して硬化する（図３（ｂ））。
この後、図３（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ２をマスクとして、ドライエッチング（エッチング条件例：ＣＦ４／Ａｒ／Ｈｅ／Ｏ２＝７５／１２５／５０／４０ｓｃｃｍ、圧力７０Ｐａ、ＲＦパワー９００Ｗ、基板を載置するステージ温度８０℃に設定）を行い、上記レジストパターンＲ１の球面形状よりも曲率半径の大きい球面形状をもつ窒化シリコン膜からなる第１の光学膜２１ａが形成されることになる。
この後、図３（ｄ）に示すように、この上層にプラズマＣＶＤ法により、成膜条件を調整しながら、第１の光学膜よりも曲率が大きい第２の光学膜２１ｂを形成する。ここでチャンバー内の圧力は４．５Ｔｏｒｒ，ＲＦパワー７２０Ｗ，温度４００℃、電極間距離６００ｍｍで、シランＳｉＨ４２７５ｓｃｃｍ、アンモニアＮＨ３１００ｓｃｃｍ、窒素Ｎ２４０００ｓｃｃｍとし、ここでは窒素の流量のみを制御することにより、形成される窒化シリコン膜のアスペクト比を調整する。
この後、通例の方法により、酸化シリコン膜（図示せず）を介して有機膜からなる第２の平坦化膜２２、順次Ｒ，Ｇ，Ｂの３色が並置されたカラーフィルタ５０、有機膜からなる第３の平坦化膜７０、レジストで形成された凸状のマイクロレンズ６０が形成され、図１に示した固体撮像素子が形成される。
本実施の形態によれば、従来レジストパターンＲ１のリフロー条件によって決まる形状であるレジストパターンＲ２を転写することによって得るようにしていたのに対し、成膜条件を調整し、下地の第１の光学膜パターンＲ２の曲率よりも大きな曲率半径を持つように調整しているため、制御性よく所望の曲率半径をもつ第２の光学膜２１ｂを形成することができ、第１の光学膜２１ａと第２の光学膜２１ｂとの積層構造で形成された層内レンズを得ることができ、集光性の向上を図ることが可能となる。
次に、窒素ガスの流量比を変化させ、ステップカバレッジを調整した。
窒素の流量のみを１５００ｓｃｃｍとした時の上記層内レンズの断面形状を図４（ａ）に示す。その結果窒素流量を小さくしたとき、オーバーハングが抑制されステップカバレッジ率が向上することがわかる。また他の条件は同様で窒素流量比を増大し窒素流量を４５００ｓｃｃｍとしたとき逆にステップカバレッジ率が小さくなり、図４（ｂ）に示すように、曲率半径の大きなレンズ形状を得ることができる。
窒素の流量のみを１５００ｓｃｃｍとした時の上記層内レンズの断面形状を図４（ａ）に示す。その結果窒素流量を小さくしたとき、オーバーハングが抑制されステップカバレッジ率が向上することがわかる。また他の条件は同様で窒素流量比を増大し窒素流量を４５００ｓｃｃｍとしたとき逆にステップカバレッジ率が小さくなり、図４（ｂ）に示すように、曲率半径の大きなレンズ形状を得ることができる。
次にこのステップカバレッジを検証するために、テストパターンを用いて、窒素流量に対するステップカバレッジを測定した。ここでは矩形パターン上に上記ＣＶＤ条件で窒化シリコン膜を成膜する際、パターンの側壁の厚さａに対するパターン上の膜厚ｂの比を測定した。窒素流量を４５００ｓｃｃｍとしたとき、図５に示すようにｂ／ａ＝４１％となり。オーバーハング形状となることがわかる。
一方、他の条件は同様で窒素流量比を小さくし窒素流量を１５００ｓｃｃｍとしたとき逆にステップカバレッジ率が大きくなり、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、ステップカバレッジが向上し、曲率半径の小さいレンズ形状を得ることができる。このときまた、パターンの間隔つまりラインアンドスペース比によってもｂ／ａは変化し、ラインアンドスペース比が１であるとき図６（ａ）に示すようにｂ／ａ＝６０％であり、スペースをより大きくしたとき、他の条件は同じであっても図６（ｂ）に示すようにｂ／ａ＝７５％となっている。このように下地のパターンを調整するとともに、成膜条件を調整することにより、高精度に曲率を制御することができ、より効率よく微調整を行うことができ、より望ましい形状の層内レンズを得ることができる。
このときまた、第１の光学膜の形状も調整することができ、これにより、より効率よく微調整を行うことができ、より望ましい形状の層内レンズを得ることができる。
次に、第２の光学膜の下層に形成される第１の光学膜の形状の調整について説明する。
ここでは、エッチングガスの流量比を変化させ、このエッチング選択比を０．８８から１．４９まで変化させ、得られる層内レンズの形状を観察した。その結果を図７に示す。エッチング選択比が１よりも小さいときは曲率半径が小さくなり、一方エッチング選択比が１よりも大きいときは曲率半径が大きくなっている。この結果から明らかなように、レンズの曲率を制御性よく調整できることがわかる。
ここでは、エッチングガスの流量比を変化させ、このエッチング選択比を０．８８から１．４９まで変化させ、得られる層内レンズの形状を観察した。その結果を図７に示す。エッチング選択比が１よりも小さいときは曲率半径が小さくなり、一方エッチング選択比が１よりも大きいときは曲率半径が大きくなっている。この結果から明らかなように、レンズの曲率を制御性よく調整できることがわかる。
前記実施の形態では、窒化シリコン膜をレンズ基体として用いたが、組成のわずかに異なるレジストを用い、エッチング選択比を調整するようにしてもよい。
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２について説明する。
２層構造の層内レンズについて説明したが、３層構造でもよく、本実施の形態では、図８に示すように、実施の形態１の方法で第１の光学膜と第２の光学膜を積層した後この上層に塗布膜である有機膜２１ｃを積層した。
これにより、極めて容易に、曲率半径を大きくすることができ。また、パッシベーション性も高められる。
次に本発明の実施の形態２について説明する。
２層構造の層内レンズについて説明したが、３層構造でもよく、本実施の形態では、図８に示すように、実施の形態１の方法で第１の光学膜と第２の光学膜を積層した後この上層に塗布膜である有機膜２１ｃを積層した。
これにより、極めて容易に、曲率半径を大きくすることができ。また、パッシベーション性も高められる。
この方法によれば、さらに制御性よく、所望の曲率を得る事が可能となる。なおこのとき、曲率調整層としての第２の光学膜としては、レンズ基体と同一材料を成膜条件を変えて成膜してもよいし、あるいは他の材料を用いるようにしてもよい。
加えて、基板の中心部と周縁部とでは、プロファイルが異なり、周縁部ではレンズの中心軸の高さが低くなり、曲率もばらつく傾向があるが、最後に塗布膜を形成することにより、面内ばらつきを低減することも可能である。
これにより、さらに集光効率を高めることができるため、固体撮像素子の高感度化をはかることができる。
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３について説明する。
前記実施の形態２では第２の光学膜上に第３の光学膜を積層したが、図８に示すように、第２の光学膜の形成に先立ち、調整用に塗布膜として第３の光学膜２１ｃを形成し、この上層に第２の光学膜を形成するようにしてもよい。
これにより、極めて容易に、曲率半径を大きくすることができ。また、パッシベーション性も高められる。
なお前記実施の形態では層内レンズについて説明したがオンチップレンズにも適用可能であることはいうまでもない。
次に本発明の実施の形態３について説明する。
前記実施の形態２では第２の光学膜上に第３の光学膜を積層したが、図８に示すように、第２の光学膜の形成に先立ち、調整用に塗布膜として第３の光学膜２１ｃを形成し、この上層に第２の光学膜を形成するようにしてもよい。
これにより、極めて容易に、曲率半径を大きくすることができ。また、パッシベーション性も高められる。
なお前記実施の形態では層内レンズについて説明したがオンチップレンズにも適用可能であることはいうまでもない。
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜調整可能である。
以上、説明したように本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。
１ シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ 電荷転送電極
４ 絶縁膜
５ 反射防止膜
６ 遮光膜
Ｒ１ レジストパターン
Ｒ２ レジストパターン
１０ 第１の平坦化膜
２０ パッシベーション膜
２１ａ 第１の光学膜（レンズ基体）
２１ｂ 第２の光学膜
２１ｃ 第３の光学膜
２２ 第２の平坦化膜
３０ フォトダイオード部
４０ 電荷転送部
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 平坦化層
２ ゲート酸化膜
３ 電荷転送電極
４ 絶縁膜
５ 反射防止膜
６ 遮光膜
Ｒ１ レジストパターン
Ｒ２ レジストパターン
１０ 第１の平坦化膜
２０ パッシベーション膜
２１ａ 第１の光学膜（レンズ基体）
２１ｂ 第２の光学膜
２１ｃ 第３の光学膜
２２ 第２の平坦化膜
３０ フォトダイオード部
４０ 電荷転送部
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 平坦化層
Claims (20)
- 半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを備えた撮像部を形成する工程と、
前記撮像部上に、集光レンズを形成する工程とを具備した固体撮像素子の製造方法であって、
前記集光レンズを形成する工程が、
レンズを形成するためのレンズ基体を形成する工程と、
前記レンズ基体をパターニングすることにより、レンズ形状を有する第１の光学膜を形成する工程と
前記第１の光学膜上に、所望の曲率のレンズを構成するように、成膜条件を制御して、第２の光学膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程はＣＶＤ法により第２の光学膜を堆積する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程はコーティング法により第２の光学膜を堆積する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１の光学膜を形成する工程は、レンズ基体上に、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記レンズ基体をエッチングし、前記レジストパターンを前記レンズ基体に転写する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記転写する工程は、前記レジストパターンと前記レンズ基体とのエッチング選択比を調整することにより、前記レンズ基体を、所望の曲率にパターニングする工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程は、圧力を制御する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程は、成膜時のガス流量を調整する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程は、シランとアンモニアと窒素とを原料ガスとし、窒素の流量を調整して、所望の曲率となるように制御する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜を形成する工程は、成膜時のパワーを調整する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記集光レンズを形成する工程は層内レンズを形成する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１０のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記集光レンズを形成する工程はオンチップレンズを形成する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１の光学膜は、窒化シリコン膜で構成される固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記転写する工程は、フロロカーボン系ガスと酸素ガスの流量比を調整してエッチング選択比を制御し、前記曲率を制御する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜は、窒化シリコン膜で構成される固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜は、有機膜で構成される固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２の光学膜上に、第３の光学膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第３の光学膜を形成する工程は有機膜を塗布する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至１７のいずれかの固体撮像素子の製造方法で形成された固体撮像素子。
- 請求項１８に記載の固体撮像素子であって、
前記集光レンズが、第１の光学膜と、前記第１の光学膜を覆うように形成され、前記第１の光学膜とは曲率の異なる外形をもつ第２の光学膜とを備えた固体撮像素子。 - 請求項１８に記載の固体撮像素子であって、
前記集光レンズが、第１の光学膜と、前記第１の光学膜を覆うように形成され、前記第１の光学膜とは曲率の異なる外形をもつ無機膜で構成された第２の光学膜と、前記第２の光学膜上に形成された有機膜からなる第３の光学膜とを備えた固体撮像素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005140163A JP4909530B2 (ja) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 |
| US11/408,944 US7470558B2 (en) | 2005-05-12 | 2006-04-24 | Method for manufacturing solid-state imaging device, and solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005140163A JP4909530B2 (ja) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006319129A true JP2006319129A (ja) | 2006-11-24 |
| JP4909530B2 JP4909530B2 (ja) | 2012-04-04 |
Family
ID=37419664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005140163A Expired - Fee Related JP4909530B2 (ja) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7470558B2 (ja) |
| JP (1) | JP4909530B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7764722B2 (en) * | 2007-02-26 | 2010-07-27 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser element |
| JP7301530B2 (ja) | 2018-11-30 | 2023-07-03 | キヤノン株式会社 | 光学装置および機器 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH118372A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-12 | Toshiba Corp | マイクロレンズの形成方法 |
| JP2004304148A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-10-28 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP2005101232A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Tokyo Electron Ltd | マイクロレンズの形成方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5215928A (en) * | 1990-09-07 | 1993-06-01 | Sony Corporation | Method of manufacturing a semiconductor device for optical pick-up |
| EP1357741A1 (en) * | 1995-05-31 | 2003-10-29 | Sony Corporation | Image pickup apparatus |
| JP2820074B2 (ja) | 1995-07-31 | 1998-11-05 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
2005
- 2005-05-12 JP JP2005140163A patent/JP4909530B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-04-24 US US11/408,944 patent/US7470558B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH118372A (ja) * | 1997-06-17 | 1999-01-12 | Toshiba Corp | マイクロレンズの形成方法 |
| JP2004304148A (ja) * | 2002-09-27 | 2004-10-28 | Sony Corp | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| JP2005101232A (ja) * | 2003-09-24 | 2005-04-14 | Tokyo Electron Ltd | マイクロレンズの形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20060258041A1 (en) | 2006-11-16 |
| JP4909530B2 (ja) | 2012-04-04 |
| US7470558B2 (en) | 2008-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100540421B1 (ko) | 반도체장치 및 그 제조방법 | |
| CN1747178B (zh) | 互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法 | |
| TWI399849B (zh) | 固態成像裝置，製造固態成像裝置之方法，及電子設備 | |
| US8710563B2 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
| JP4674302B2 (ja) | Ｃｍｏｓイメージセンサー及びその製造方法 | |
| KR20120052856A (ko) | 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기 | |
| JP5284438B2 (ja) | 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2009088140A (ja) | アライメントマーク構造、半導体素子製造方法、半導体素子、電荷結合素子、及び固体撮像装置 | |
| JP4909530B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 | |
| JP4909538B2 (ja) | マイクロレンズ、その製造方法、マイクロレンズを用いた固体撮像素子およびその製造方法 | |
| JP2007287818A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 | |
| US20060039044A1 (en) | Self-aligned image sensor and method for fabricating the same | |
| JP2008227507A (ja) | イメージセンサ及びその製造方法 | |
| US7642118B2 (en) | Image sensor fabricating method | |
| JP6254829B2 (ja) | 固体撮像素子及びその製造方法 | |
| JP2006286872A (ja) | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 | |
| JP2007201163A (ja) | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 | |
| US7723148B2 (en) | Method for manufacturing image sensor | |
| JP3762673B2 (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 | |
| JP4406558B2 (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP2007188964A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 | |
| JP2006286873A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 | |
| JP4626255B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法 | |
| JP4514576B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP4500667B2 (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20061127 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071108 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071115 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20071122 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080205 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111011 |
|
| RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20111118 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111130 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20111216 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111220 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120116 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150120 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |