JP2007201163A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、入射光のしみだしを低減し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記開口内に、加熱触媒CVD法により前記絶縁膜よりも高屈折率を持つ材料を成膜しコア部を形成する工程とを含み、コア部の形成に、加熱触媒CVD法を用いることにより、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じるおそれもない。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記開口内に、加熱触媒CVD法により前記絶縁膜よりも高屈折率を持つ材料を成膜しコア部を形成する工程とを含み、コア部の形成に、加熱触媒CVD法を用いることにより、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じるおそれもない。
【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、特に光導波路構造をもつ固体撮像素子の光導波路の形成に関する。
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電荷読み出し部と、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、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、開口部周辺に到達した光を効率よく光電変換部に集光するための種々の方法が提案されている。
例えば、受光部の直上位置の平坦化膜に孔部を形成し、その後、高屈折率材料を孔部に埋め込むことにより、光導波路を形成し、光導波路となる高屈折率材料膜と平坦化膜との界面で光を全反射させて、受光部に取り込む技術が開示されている。
例えば図12(a)および(b)に一例を示すように、光導波路を構成するフォトダイオード30上の領域に、層間絶縁膜9を形成したのち、この層間絶縁膜を開口してコア充填溝を形成した後、高屈折率材料膜20として窒化シリコン膜を充填し、エッチバック法などにより平坦化するという方法がとられることが多い。窒化シリコン膜の成膜にはプラズマCVD法が用いられる。この場合、コア充填溝上部への堆積速度が高く、結果としてオーバーハング形状となり、溝中心部へボイドBが形成され、これが光散乱の原因となることがあった。10はパッシベーション膜、40は電荷転送部である。
そこでこのようなボイドの形成を防止するための方法としては、高屈折率材料分散ポリマーなどを塗布、焼成することでコア充填を実現している(例えば特許文献1)。
しかしながら、この方法では焼成の際の、膜の収縮に伴うクラックの発生や、はがれの発生の問題があり、経時的変化を生じ易いという問題があった。その結果クラッド効果が低減し、コア部と基板との間に隙間ができ、フォトダイオード表面に光が到達しないという問題があった。また高屈折率材料からなるコア部内にクラックが生じた場合には光散乱の原因となる。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
そこで本発明では、半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記開口内に、加熱触媒CVD法により前記絶縁膜よりも高い屈折率を持つ高屈折率材料膜を成膜しコア部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、加熱触媒CVD法を用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもない。
この構成によれば、加熱触媒CVD法を用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもない。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を成膜した後、表面を平坦化する工程を含む。
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、上層に形成されるカラーフィルタ層のパターニングやさらにその上層に形成されるレンズ層の形成における精度の向上が容易となる。
この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、上層に形成されるカラーフィルタ層のパターニングやさらにその上層に形成されるレンズ層の形成における精度の向上が容易となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を、前記開口表面よりも突出する部分を有するように形成する工程と、さらにこの突出する部分を覆うように、前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率をもつ中間膜を形成する工程とを含む。
この構成によれば、容易にコア部を柱状に突出するように形成することができ、コアの全反射面を大きく形成することが容易に可能となる。また、コアの全反射面を大きく形成することができるため、上層に形成するマイクロレンズの形状設計の自由度が向上する。ここで中間膜としては屈折率nが次式を満たすように形成するとき反射防止膜として有効に作用する。
n=√n1・n2 n1:高屈折率材料膜の屈折率、n2:クラッド部の屈折率
この構成によれば、容易にコア部を柱状に突出するように形成することができ、コアの全反射面を大きく形成することが容易に可能となる。また、コアの全反射面を大きく形成することができるため、上層に形成するマイクロレンズの形状設計の自由度が向上する。ここで中間膜としては屈折率nが次式を満たすように形成するとき反射防止膜として有効に作用する。
n=√n1・n2 n1:高屈折率材料膜の屈折率、n2:クラッド部の屈折率
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記高屈折率材料膜は、窒化シリコン膜であるものを含む。
この構成によれば、良好な高屈折率材料膜である窒化シリコン膜が加熱触媒CVD法により被覆性よく形成可能となる。
この構成によれば、良好な高屈折率材料膜である窒化シリコン膜が加熱触媒CVD法により被覆性よく形成可能となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記高屈折率材料膜は、酸窒化シリコン膜である。
この構成によれば、加熱触媒CVD法により被覆性よく形成可能であり、かつ原料ガスの調整あるいは温度制御によって組成比を調整することにより屈折率を容易に制御することが可能となる。
この構成によれば、加熱触媒CVD法により被覆性よく形成可能であり、かつ原料ガスの調整あるいは温度制御によって組成比を調整することにより屈折率を容易に制御することが可能となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を成膜する工程は、高屈折率材料膜として、酸窒化シリコン膜を前記開口表面よりも突出する部分をもつように成膜する工程と、前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率となる組成を持つ中間膜としての酸窒化シリコン膜を成膜する工程とを含む。
この構成によれば、突出する部分を覆うように中間膜を形成しているため、さらに集光効率の高い固体撮像素子を容易に形成することができる。
この構成によれば、突出する部分を覆うように中間膜を形成しているため、さらに集光効率の高い固体撮像素子を容易に形成することができる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記酸窒化シリコン膜を成膜する工程は加熱触媒CVD工程である。
この構成によれば、加熱触媒CVD法によれば被覆性が良好である上、原料ガスの制御により容易に組成を制御することが可能となり、屈折率の調整が容易となる。
この構成によれば、加熱触媒CVD法によれば被覆性が良好である上、原料ガスの制御により容易に組成を制御することが可能となり、屈折率の調整が容易となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記酸窒化シリコン膜を成膜する工程は受光する光の波長の1/4程度の膜厚となるように成膜する工程である。
この構成によれば、中間膜としての酸窒化シリコン膜を波長の1/4程度の膜厚となるように形成しているため、コア内への入射効率の向上をはかることができる。ここでは各色のカラーフィルタの帯域に対応した膜厚をとることになる。
この構成によれば、中間膜としての酸窒化シリコン膜を波長の1/4程度の膜厚となるように形成しているため、コア内への入射効率の向上をはかることができる。ここでは各色のカラーフィルタの帯域に対応した膜厚をとることになる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記加熱触媒CVD工程はタングステン、ニッケル(Ni)、ニクロム(Ni−Cr)、イリジウム(Ir)のいずれかを触媒とする工程である。
この構成によれば、タングステン、ニッケル(Ni)、ニクロム(Ni−Cr)、イリジウム(Ir)のいずれかを触媒とする加熱触媒CVD工程を用いることにより、高速でかつ膜質の優れた均質な膜を形成することができる。
この構成によれば、タングステン、ニッケル(Ni)、ニクロム(Ni−Cr)、イリジウム(Ir)のいずれかを触媒とする加熱触媒CVD工程を用いることにより、高速でかつ膜質の優れた均質な膜を形成することができる。
また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成するための開口を形成する工程は、RIEによりフォトダイオード領域に開口するように溝を形成する工程であるものを含む。
この構成によれば、壁部が垂直な断面を持つ溝を容易に形成することが可能となる。
この構成によれば、壁部が垂直な断面を持つ溝を容易に形成することが可能となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子において、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に形成され、加熱触媒CVD法によって形成された、導光機能を有する高屈折率材料膜で構成されたコア部と、前記コア部を囲むクラッド部とを備えた。
この構成によれば、加熱触媒CVD法で形成された透光性膜などの高屈折率材料膜をコア部に用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドの生成もなく、膜質の良好な高屈折率材料の充填されたコア部を形成することが可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもなく、経時的変化がほとんどなく信頼性の高い光導波路構造を持つ固体撮像素子を提供することが可能となる。
この構成によれば、加熱触媒CVD法で形成された透光性膜などの高屈折率材料膜をコア部に用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドの生成もなく、膜質の良好な高屈折率材料の充填されたコア部を形成することが可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもなく、経時的変化がほとんどなく信頼性の高い光導波路構造を持つ固体撮像素子を提供することが可能となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、窒化シリコン膜である。
この構成によれば、高屈折率材料膜がボイドなしに充填され集光効率の高いコア部を得ることが可能となる。
この構成によれば、高屈折率材料膜がボイドなしに充填され集光効率の高いコア部を得ることが可能となる。
また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、酸窒化シリコン膜である。
この構成によれば、組成の微調整が容易であり、屈折率の調整が容易である。
この構成によれば、組成の微調整が容易であり、屈折率の調整が容易である。
また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率材料膜からなるものを含む。
この構成によれば、コアの入射面の面積を大きくすることができ、集光効率が高められることから、光導波路の上層に形成されるレンズの光軸と光導波路の中心との合わせマージンが小さくてすみ画素の微細化が可能となる。
この構成によれば、コアの入射面の面積を大きくすることができ、集光効率が高められることから、光導波路の上層に形成されるレンズの光軸と光導波路の中心との合わせマージンが小さくてすみ画素の微細化が可能となる。
ここで高屈折率材料とは、屈折率の高い材料そのものであるが、クラッド部を構成する絶縁膜よりも高い屈折率を持つ材料をさすものとする。
以上説明したように本発明では、加熱触媒CVD法によりボイドのない埋め込みが可能となる。従って、ボイドのない均質で優れた膜質をもつコア部が良好な光導波路となり、導波路内に導かれた入射光はコア部とクラッド部との界面で全反射し、しみだしを抑制することにより、集光率が向上し、長波長領域の光も効率よく受光領域に集光することができ、低照度時あるいは斜め入射光である場合にも、入射光の大半がフォトダイオード上に集光される。また形状も簡単であり、小型化が可能となる。従って、集光効率を高めることができることから、高速シャッターを用いることが可能となり、手ぶれ、被写体ぶれの少ない画像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)
この固体撮像素子は、図1および図2に、断面図および平面図(図1は図2のA−A断面図である)を示すように、表面にpウェル(図示せず)、およびn型半導体層(図示せず)が形成されたシリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される複数の電荷転送電極3(3a、3b)が、ゲート酸化膜2上に所定の間隔で形成された電極間絶縁膜4によって複数の電荷転送電極に分離形成されるとともに、光電変換部としてのフォトダイオード30の受光領域に開口を有する遮光膜8で被覆するとともに、この開口に光導波路を形成した固体撮像素子であって、この光導波路がクラッド部となる絶縁膜9に形成された開口内に、加熱触媒CVD法により前記絶縁膜よりも高い屈折率をもつ高屈折率材料膜をボイドレスで均質となるように成膜しコア部を形成するようにしたことを特徴とする。5は電荷転送電極の周りを覆う酸化シリコン膜からなる絶縁膜である。
この固体撮像素子は、図1および図2に、断面図および平面図(図1は図2のA−A断面図である)を示すように、表面にpウェル(図示せず)、およびn型半導体層(図示せず)が形成されたシリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される複数の電荷転送電極3(3a、3b)が、ゲート酸化膜2上に所定の間隔で形成された電極間絶縁膜4によって複数の電荷転送電極に分離形成されるとともに、光電変換部としてのフォトダイオード30の受光領域に開口を有する遮光膜8で被覆するとともに、この開口に光導波路を形成した固体撮像素子であって、この光導波路がクラッド部となる絶縁膜9に形成された開口内に、加熱触媒CVD法により前記絶縁膜よりも高い屈折率をもつ高屈折率材料膜をボイドレスで均質となるように成膜しコア部を形成するようにしたことを特徴とする。5は電荷転送電極の周りを覆う酸化シリコン膜からなる絶縁膜である。
またフォトダイオード30の受光領域は窒化シリコン膜からなる反射防止膜6を介して上記高屈折率材料膜からなるコア部20が形成されている。この絶縁膜9の上層は窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜10で被覆され、この上層に形成される酸化シリコン膜11上にカラーフィルタ層50が形成される。そしてこの上層は、透光性の有機膜からなる平坦化膜71を介してレンズ60が形成されている。
なお、シリコン基板1には、図2に平面図を示すように、複数のフォトダイオード30が形成され、フォトダイオード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、pウェルの形成されたシリコン基板1内には、pn接合を備えたフォトダイオード30、電荷転送チャネル(図示せず)、チャネルストップ領域(図示せず)、電荷読み出し領域(図示せず)が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜4と電荷転送電極3(電荷転送部40)が形成される。ここでゲート酸化膜2は熱酸化によって形成された酸化シリコン膜と減圧CVD法によって形成された窒化シリコン膜と、熱酸化法によって形成された酸化シリコン膜との3層膜で構成される。
すなわち、電荷転送部40は、シリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して形成された、第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aからなる第1の電極と、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bからなる第2の電極とが酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜4を介して並置され、単層電極構造を構成している。
そしてこの第1および第2の電極の上層は、酸化シリコン膜5で被覆されており、フォトダイオード30の表面から、酸化シリコン膜5の一部にのりあげるように膜厚30nmの窒化シリコン膜からなる反射防止膜6が形成されている。そしてフォトダイオード30上は、ボイドのない柱状の高屈折率材料膜である窒化シリコン膜からなるコア部20が形成され、このコア部20のまわりに絶縁膜9が形成されているが、電荷転送部の上層は、遮光膜8、BPSG膜からなる絶縁膜9、窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜10が形成される。
次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
図3乃至図5はこの固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
まず、通常の方法で単層電極構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚25nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。ここで1Sは素子分離のためのフィールド酸化膜である。
図3乃至図5はこの固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
まず、通常の方法で単層電極構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚25nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。ここで1Sは素子分離のためのフィールド酸化膜である。
続いて、このゲート酸化膜2上に、PH3とN2とSiH4を用いた減圧CVD法により、膜厚0.25μmのリンドープの第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は500〜600℃とする。
この後、フォトリソグラフィにより第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aをパターニングし、第1の電極を形成し、この第1の電極表面を熱酸化することにより膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜4を形成する。このパターニングに際してはHBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第1の電極および周辺回路の配線を形成する。ここではECR (電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
そしてこの上層に同様にしてPH3とN2とSiH4を用いた減圧CVD法により、膜厚0.6μmのリンドープの第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを形成し、CMP(化学的機械研磨)法を用いて平坦化を行い、ゲート酸化膜2上に第1および第2の電極が並置された第2の電極を形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜5を形成する。ここで、平坦化のためのCMPのストッパとしては窒化シリコン膜が用いられる。通常、第1層電極のパターニングに際して通常窒化シリコン膜をハードマスクとして異方性エッチングが行われるため、この窒化シリコン膜がCMPストッパとして作用し、さらには、第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aの酸化防止膜としても作用する。なお、第1層ドープトアモルファスシリコン膜または後述する第2層ドープトアモルファスシリコン膜と同一工程で周辺回路を構成する配線3Sを形成しておく。
そして、フォトダイオード上の窒化シリコン膜を除去した後、この上層にHTO薄膜10nmを減圧CVD法により成膜し、さらにCVD法により膜厚30nmの窒化シリコン膜からなる反射防止膜6を形成する(図3(a))。
この後、スパッタリング法により密着性層(図示せず)としてのチタンナイトライド層を形成した後、CVD法により遮光膜8としてのタングステン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィにより、フォトダイオード部および周辺回路部の遮光膜8をエッチング除去することにより、パターニングする。そして膜厚500〜1000nmのBPSG膜を形成し、炉アニールにより800〜850℃に加熱して、平坦化し、クラッド部となる平坦化された絶縁膜9を形成する(図3(b))。
そして、周辺回路部のコンタクト形成用のエッチングを行い、この絶縁膜9および反射防止膜6にコンタクトを開け、CVD法によりアルミニウム配線層7を形成し、CMPにより表面を平坦化することにより、配線層の埋め込みを行う。(図3(c))。
この後、図4(a)に示すように、フォトダイオード部に開口するようにレジストパターンを形成し、RIEにより溝を形成する。
この後、図4(b)に示すように、加熱触媒CVD法により、上記溝を埋め込むように十分な量の(膜厚数百nm)の窒化シリコン膜20を形成する。このときの成膜条件は、サセプタ温度200から400℃、加熱触媒W(1200〜1,700℃)、圧力1〜10Pa、SiH4:1〜10cc、NH3:100〜1000cc、N2:100〜1000ccとした。そして成膜後、水素を含む不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。
この後、図4(c)に示すように、エッチバック法により、上記窒化シリコン膜20を平坦化し、クラッド部となる絶縁膜9の表面と合わせる。ここで、絶縁膜9の表面まで除去せずに、絶縁膜9表面を窒化シリコン膜20で被覆した状態で、残しそのままパッシベーション膜として利用するようにしてもよい。
この後、図5(a)に示すように、プラズマCVD法によりパッシベーション膜としての窒化シリコン膜10を形成し、フォトリソグラフィによりボンディングパッド上を開口するようにコンタクト部に開口を形成する(図5(b))。
最後に、平坦化膜11を形成した後、カラーフィルタ層50を形成し、さらに平坦化膜71を塗布形成後、レンズ60を形成するためのレジストパターンを形成し、これをリフローすることにより、所望の曲率を形成するように成形し、レンズを形成する。
このようにして、図1に示したように、固体撮像素子が完成する。
このようにして、図1に示したように、固体撮像素子が完成する。
この方法によれば、加熱触媒CVD法を用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となり、高品質の光導波路を形成することが可能となる。また加熱触媒CVD法によって形成した窒化シリコン膜は、塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもない。
このようにして形成された固体撮像素子は、光損失が少なく伝送効率の良好な光導波路を有し、高感度で信頼性の高いものとなっている。
このようにして形成された固体撮像素子は、光損失が少なく伝送効率の良好な光導波路を有し、高感度で信頼性の高いものとなっている。
また、一連の製造工程が効率化され製造コストの低減が容易になる。
また前記実施の形態では、電極を形成する導電性膜としてドープトアモルファスシリコン層を用いたが、これをアニールすることによって形成したドープトポリシリコン膜を用いてもよく、またノンドープのアモルファスシリコン層を成膜し、成膜後ドーピングを行なうようにしてもよい。
なお、コア部としては、窒化シリコン膜に限定されることなく、高屈折率カラー膜を形成するようにしてもよい。
また、遮光膜8は、電荷転送電極の上層だけでなく電荷転送電極の側部も覆うように形成することにより、確実に電荷転送部への光を遮断することができる。
また、遮光膜8は、電荷転送電極の上層だけでなく電荷転送電極の側部も覆うように形成することにより、確実に電荷転送部への光を遮断することができる。
なおクラッド部を構成する絶縁膜9については、BPSG膜を形成後リフローを行うことにより平坦化して形成したが、TEOS+O3系のガスなどを用いて形成したNSG膜を用い、成膜後、不活性ガス雰囲気中でアニール処理を行うようにしてもよい。またSOGを塗布形成しCMPを行うことによって平坦化してもよい。
(実施の形態2)
また、前記実施の形態ではコア部はクラッド部としての絶縁膜9の表面と同一面となるように形成したが、本実施の形態では、図6に示すように、絶縁膜9の表面から突出するように、窒化シリコン膜からなる突出部20Tを備えたコア部を形成した後、さらにこの突出部20Tを被覆するように、酸化シリコン膜からなる絶縁膜9と窒化シリコン膜からなるコア部20および突出部20Tとの中間の屈折率を有する酸窒化シリコン膜からなり、膜厚が受光波長の1/4波長となる中間膜21を形成したことを特徴とするものである。ここでは各色のカラーフィルタに対応した膜厚をとることになる。
また、前記実施の形態ではコア部はクラッド部としての絶縁膜9の表面と同一面となるように形成したが、本実施の形態では、図6に示すように、絶縁膜9の表面から突出するように、窒化シリコン膜からなる突出部20Tを備えたコア部を形成した後、さらにこの突出部20Tを被覆するように、酸化シリコン膜からなる絶縁膜9と窒化シリコン膜からなるコア部20および突出部20Tとの中間の屈折率を有する酸窒化シリコン膜からなり、膜厚が受光波長の1/4波長となる中間膜21を形成したことを特徴とするものである。ここでは各色のカラーフィルタに対応した膜厚をとることになる。
この固体撮像素子の製造に際しては、タングステンを触媒とした加熱触媒CVD法により窒化シリコン膜を形成する工程までは、図3(a)乃至(c)、および図4(a)乃至図4(b)に示す工程までは同様に形成される(図7(a))。この後、図4(c)に示したようなCMP工程によって表面を平坦化することなく、図7(b)に示すように、コア部に対応する領域にレジストパターンR1を形成して、これをマスクとしてRIEを行うことにより、コア部以外の窒化シリコン膜をエッチング除去し、図7(c)に示すように、突出部20Tを含むコア部20を形成する。
この後、図8(a)に示すように、加熱触媒CVD法により、コア部20上の突出部20Tを覆うように、基板表面全体に中間膜21となる、酸窒化シリコン膜を1/4波長の膜厚となるように成膜する。このときの成膜条件は、サセプタ温度200から400℃、加熱触媒W(1200〜1,700℃)、圧力1〜10Pa、SiH4:1〜10cc、NH3:100〜1000cc、N2O:100〜1000ccとした。このときN2Oの流量を調整することにより所望の組成の酸窒化シリコン膜を形成する。そして成膜後、水素を含む不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。
この後、図8(b)に示すように、平坦化のためにSOG膜を塗布し焼成することにより、平坦化膜23を形成する。ここでは高分子膜などでもよく、平坦化のためには、塗布膜を用いるのが有効である。なお、ここで、平坦化膜23は、成膜後、フォトリソグラフィによりボンディング部のアルミニウム膜7が露呈するように除去される。
最後に、カラーフィルタ層50を形成し、さらに平坦化膜71を塗布形成後、レンズ60を形成するためのレジストパターンを形成し、これをリフローすることにより、所望の曲率を形成するように成形し、レンズを形成する。
このようにして、図6に示したように、固体撮像素子が完成する。
このようにして、図6に示したように、固体撮像素子が完成する。
この方法によれば、前記実施の形態1による効果に加え、コア部を開口表面よりも突出する部分をもつように成膜し、さらにこの上層を、コア部を構成する高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率となる組成を持つ中間膜としての酸窒化シリコン膜で覆うようにしているため、さらに集光効率の高い固体撮像素子を容易に形成することができる。
また、この中間膜の酸窒化シリコン膜は加熱触媒CVD工程で形成され、被覆性が良好である上、原料ガスの制御により容易に組成を制御することが可能となり、屈折率の調整が容易となる。
また、酸窒化シリコン膜は1/4波長程度の膜厚となるように成膜されているため、集光効率の向上をはかることができる。
(実施の形態3)
また、前記実施の形態2では、突出部20Tは、加熱触媒CVD法によりコア部20を構成する窒化シリコン膜の形成と同時に形成したが、本実施の形態では、図9に示すように、コア部20を形成し平坦化により絶縁膜9と同一表面となるようにした後、さらに突出部を形成するための加熱触媒CVD工程を実施し、所望の膜厚の窒化シリコン膜24Tを成膜し、これをフォトリソグラフィによりフォトダイオード上で突出するようにフォトダイオード上のみ残して不要部をエッチング除去し、突出部24Tを形成する。他は前記実施の形態2と同様である。
また、前記実施の形態2では、突出部20Tは、加熱触媒CVD法によりコア部20を構成する窒化シリコン膜の形成と同時に形成したが、本実施の形態では、図9に示すように、コア部20を形成し平坦化により絶縁膜9と同一表面となるようにした後、さらに突出部を形成するための加熱触媒CVD工程を実施し、所望の膜厚の窒化シリコン膜24Tを成膜し、これをフォトリソグラフィによりフォトダイオード上で突出するようにフォトダイオード上のみ残して不要部をエッチング除去し、突出部24Tを形成する。他は前記実施の形態2と同様である。
製造に際しては、前記実施の形態1においてコア部を構成する窒化シリコン膜20を加熱触媒CVD法により成膜し図4(c)に示したようにエッチバックにより平坦化した後、図10(a)に示すようにコア部の突出部24Tを形成するための加熱触媒CVD工程を実施し、酸窒化シリコン膜24を成膜する。
そして、図10(b)に示すように、コア部に対応する領域にレジストパターンR2を形成して、これをマスクとしてRIEを行うことにより、コア部以外の酸窒化シリコン膜24をエッチング除去し、図10(c)に示すように、突出部20Tを含むコア部24Tを形成する。
そして、図10(b)に示すように、コア部に対応する領域にレジストパターンR2を形成して、これをマスクとしてRIEを行うことにより、コア部以外の酸窒化シリコン膜24をエッチング除去し、図10(c)に示すように、突出部20Tを含むコア部24Tを形成する。
この後、図11(a)に示すように、加熱触媒CVD法により、コア部20上の突出部24Tを覆うように、基板表面全体に中間膜21となる、酸窒化シリコン膜を1/4波長の膜厚となるように成膜する。このときの成膜条件は、サセプタ温度200から400℃、加熱触媒W(1200〜1,700℃)、圧力1〜10Pa、SiH4:1〜10cc、NH3:100〜1000cc、N2O:100〜1000ccとした。このときN2Oの流量を調整することにより所望の組成の酸窒化シリコン膜を形成する。そして成膜後、水素を含む不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。
この後、図11(b)に示すように、平坦化のためにSOG膜を塗布し焼成することにより、平坦化膜23を形成する。ここでは高分子膜などでもよく、平坦化のためには、塗布膜を用いるのが有効である。なお、ここで、平坦化膜23は、成膜後、フォトリソグラフィによりボンディング部のアルミニウム膜7が露呈するように除去される。
最後に、カラーフィルタ層50を形成し、さらに平坦化膜71を塗布形成後、レンズ60を形成するためのレジストパターンを形成し、これをリフローすることにより、所望の曲率を形成するように成形し、レンズを形成する。
このようにして、図9に示した固体撮像素子を形成する。
この構成によれば上記実施の形態2による効果に加え、突出部24Tとコア部との間でも屈折率差を形成し、より集光性を高めるように調整することが可能となる。
この構成によれば上記実施の形態2による効果に加え、突出部24Tとコア部との間でも屈折率差を形成し、より集光性を高めるように調整することが可能となる。
なお前記実施の形態ではコア部の突出部24Tの形成については加熱触媒CVD法を用いたが、これに限定されることなく、プラズマCVD、高密度プラズマCVDあるいはTiO2などを塗布によって形成してもよい。
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、適宜可能である。
以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、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
1S フィールド酸化膜
2 ゲート酸化膜
3 電荷転送電極
3a 第1層アモルファスシリコン膜
3b 第2層アモルファスシリコン膜
3S コンタクト部
4 電極間絶縁膜
5 絶縁膜
6 反射防止膜
8 遮光膜
9 層間絶縁膜
10 パッシベーション膜
20 窒化シリコン膜(高屈折率材料膜:コア部)
20T 突出部
21 中間膜
24T 突出部
50 カラーフィルタ層
60 レンズ層
71 平坦化膜
R1・・・R2 レジストパターン
1S フィールド酸化膜
2 ゲート酸化膜
3 電荷転送電極
3a 第1層アモルファスシリコン膜
3b 第2層アモルファスシリコン膜
3S コンタクト部
4 電極間絶縁膜
5 絶縁膜
6 反射防止膜
8 遮光膜
9 層間絶縁膜
10 パッシベーション膜
20 窒化シリコン膜(高屈折率材料膜:コア部)
20T 突出部
21 中間膜
24T 突出部
50 カラーフィルタ層
60 レンズ層
71 平坦化膜
R1・・・R2 レジストパターン
Claims (15)
- 半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、
前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に形成された前記開口内に、加熱触媒CVD法により高屈折率材料膜を成膜しコア部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、
前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を成膜した後、表面を平坦化する工程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、
前記コア部を形成する工程は、
前記高屈折率材料膜を、前記開口表面よりも突出する部分を有するように形成する工程と、
さらにこの突出する部分を覆うように、前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率をもつ中間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乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記高屈折率材料膜は、窒化シリコン膜である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記高屈折率材料膜は、酸窒化シリコン膜である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記コア部を成膜する工程は、
高屈折率材料膜として、酸窒化シリコン膜を前記開口表面よりも突出する部分をもつように成膜する工程と、
前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率となる組成を持つ中間膜としての酸窒化シリコン膜を成膜する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記酸窒化シリコン膜を成膜する工程は加熱触媒CVD工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項6または7に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記酸窒化シリコン膜を成膜する工程は受光する光の波長の1/4程度の膜厚となるように成膜する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記加熱触媒CVD工程はタングステンを触媒とする工程である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、
前記コア部を形成するための開口を形成する工程はRIEによりフォトダイオード領域に開口するように溝を形成する工程である固体撮像素子の製造方法。 - 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、
前記光導波路は、
前記光電変換部上に形成され、
加熱触媒CVD法によって形成された、導光機能を有する高屈折率材料膜で構成されたコア部と、
前記コア部を囲むクラッド部とを備えた固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記コア部は、窒化シリコン膜である固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記コア部は、酸窒化シリコン膜である固体撮像素子。 - 請求項11乃至13のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記コア部は、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率材料からなる柱状体である固体撮像素子。 - 請求項14に記載の固体撮像素子であって、
前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率材料からなる柱状体の突出部を覆うように形成された中間膜を含む固体撮像素子。
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JP2006017767A JP2007201163A (ja) | 2006-01-26 | 2006-01-26 | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 |
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ID=38455444
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JP2006017767A Pending JP2007201163A (ja) | 2006-01-26 | 2006-01-26 | 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014057079A (ja) * | 2011-02-09 | 2014-03-27 | Canon Inc | 光電変換装置 |
US9263487B2 (en) | 2011-02-09 | 2016-02-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion apparatus |
JP2020080423A (ja) * | 2015-09-11 | 2020-05-28 | キヤノン株式会社 | 撮像装置 |
-
2006
- 2006-01-26 JP JP2006017767A patent/JP2007201163A/ja active Pending
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