JP2008103757A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光を受光して光電変換を行う受光部1と、該受光部1を備えた基体上を覆う絶縁膜5中に形成された配線層7a,7bと、該配線層7a,7bを避けるように前記絶縁膜5中に形成された光透過性材料からなる導波路20とを具備し、前記導波路20が外部からの入射光を前記受光部1まで導くように構成された固体撮像素子において、前記導波路20に、光の入射側から前記配線層7a,7bの脇部に向けて該導波路20の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する第1傾斜部20dと、傾斜を持たない無傾斜部とを形成する。
【選択図】図5
Description
さらには、前記エッチング加工時のストッパ膜として前記銅拡散防止膜を利用することを特徴とするものであってもよい。
さらには、前記傾斜部が、前記側面のみに残された絶縁膜を、当該導波路の外管となる金属膜が覆うことによって形成されていることを特徴とするものであってもよい。
さらにまた、前記導波路の上方部分に、当該導波路に光を集光させる凹レンズが形成されていることを特徴とするものであってもよい。
さらには、前記導波路孔の形成後に前記導波路の外管となる金属膜を成膜して、前記絶縁膜の形成箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記傾斜部となる部分を形成し、前記絶縁膜の形成箇所を除く箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記第2の側面部となる部分を形成することを特徴とするものであってもよい。
さらにまた、前記金属膜が成膜された前記導波路孔内に前記光透過性材料を埋め込んで前記導波路を形成するとともに、前記光透過性材料の上層に当該光透過性材料よりも屈折率の高い材料の層を成膜して、当該層が前記導波路の上方部分にのみ残るように加工を行って凹レンズを形成することを特徴とするものであってもよい。
このような順テーパー形状部を有した導波路では、その導波路を構成する光透過性材料が開口の間口部(最上部)に堆積しやすい傾向にあっても、順テーパー形状によって開口の間口部が広くなっているため、その開口に光透過性材料を埋め込む際に間口部が塞がってしまうことがなく、開口内部へ光透過性材料が十分に供給されるようになる。また、例えば多画素化によって受光部の平面形状が小さくなっても、あるいは例えば受光部の上部に配線等が被さるような構造が採用された場合であっても、その配線等との干渉を避けつつ、順テーパー形状によって開口の間口部については広くすることが可能となる。
このような導波路20における第1傾斜部20dは、積層方向(上下方向)に重なり合う少なくとも2以上の配線層7a,7b同士の位置関係に応じた傾斜角度を有しているものとする。すなわち、上下の各配線層7a,7bにおける端部の位置に応じて、その傾斜角度が特定されることになる。例えば、図例のように、下側の配線層7aの端部位置が受光部1上に大きく張り出しているのに対して、上側の配線層7bの端部位置が受光部1上に張り出しておらず、互いの端部位置に平面的な違いがある場合には、第1傾斜部20dの傾斜角度は、入射する光の光軸方向に対して大きく傾いたものとなる。
なお、第1傾斜部20dの傾斜角度は、必ずしも配線層7a,7bの受光部1側における端部がなす角度に一致させる必要はなく、配線層7a,7bの位置関係に応じたものであればよい。
導波路孔152の形成後は、図16に示すように、リソグラフィ技術で使用したレジスト151を除去する。そして、図17に示すように、光導波路の外管となる金属膜153を50nm成膜した後に、図18に示すように、その金属膜153を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜153を側面にのみ残す。金属膜153としては、アルミニウムをこの例では使用した。ただし、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
そして、絶縁膜154の埋め込み後は、図20に示すように、CMP法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜154を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路152の中に透明絶縁膜154を埋め込むのにあたり、高密度プラズマCVD法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜154の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、CMP法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
また、上述した手順では、透明絶縁膜154の埋め込みを高密度プラズマCVD法で行い、その後CMP法により平坦化する場合を例に挙げたが、図22に示すように、CMP法による平坦化を行わず、その上層に埋め込み絶縁膜154よりも屈折率の高い材料155、例えばSiN膜を成膜し、その膜155が光導波路上方部分にのみ残るようにエッチバックまたはCMP法による平坦化を行って凹レンズを形成し、これにより光導波路に効率よく光を集光させるようにすることも考えられる。
さらに、実施例1では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜153を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば50nm形成後に、金属膜153を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
そして、開口部の形成後に、図25に示すように、絶縁膜243を成膜し、さらには、図26に示すように、開口部の側面にのみ絶縁膜243が残るように、RIE(Reactive Ion Etching)により、その絶縁膜243に対する加工を行う。この例では、絶縁膜243として、SiN膜を200nm成膜した。
導波路孔の形成後は、図28に示すように、レジスト252の剥離を行い、その剥離後、光導波路の外管となる金属膜253として、例えばアルミニウムを50nm成膜する。さらには、図29に示すように、その金属膜253を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜253を側面にのみ残す。ただし、金属膜253は、アルミニウム膜ではなく、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
そして、絶縁膜254の埋め込み後は、図31に示すように、CMP法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜254を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路の中に透明絶縁膜254を埋め込むのにあたり、高密度プラズマCVD法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜254の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、CMP法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
また、上述した手順では、透明絶縁膜254の埋め込みを高密度プラズマCVD法で行い、その後CMP法により平坦化する場合を例に挙げたが、図33に示すように、CMP法による平坦化を行わず、その上層に埋め込み絶縁膜254よりも屈折率の高い材料255、例えばSiN膜を成膜し、その膜255が光導波路上方部分にのみ残るようにエッチバックまたはCMP法による平坦化を行って凹レンズを形成し、これにより光導波路に効率よく光を集光させるようにすることも考えられる。
さらに、実施例2では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜253を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば50nm形成後に、金属膜253を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
さらには、図39に示すように、異方性エッチングで導波路が形成される領域の層間膜を加工し、導波路孔を形成する。
導波路孔の形成後は、図40に示すように、リソグラフィ技術で使用したレジスト351を除去し、光導波路の外管となる金属膜353として、アルミニウム膜を50nm成膜する。そして、図41に示すように、その金属膜353を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜353を側面にのみ残す。金属膜153としては、アルミニウムをこの例では使用した。ただし、金属膜353は、アルミニウム膜ではなく、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
そして、絶縁膜354の埋め込み後は、図43に示すように、CMP法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜354を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路の中に透明絶縁膜354を埋め込むのにあたり、高密度プラズマCVD法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜354の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、CMP法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
また、図示しないが、実施例1,2の場合と同様に、高密度プラズマCVD法で埋め込んだ絶縁膜をCMPにより平坦化せず、その上層に埋め込み絶縁膜354よりも屈折率の高い材料を成膜し、その膜が導波路上方部分にのみ残るようにして凹レンズを組み合わせてもよい。
さらに、実施例3では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜353を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば50nm形成後に、金属膜253を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
Claims (12)
- 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記複数層の配線層のうちの最上層に適用した銅拡散防止膜上に層間膜を形成し、
前記層間膜上にマスクとなるレジストをパターニングし、
前記レジストをマスクに前記層間膜を等方的にエッチング加工して、前記導波路の前記第1傾斜部となる部分を形成し、
その後、異方性エッチングで前記絶縁膜中に前記導波路の前記無傾斜部となる部分を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記エッチング加工時のストッパ膜として前記銅拡散防止膜を利用する
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記傾斜部は、前記導波路を形成するための開口部の側面のみに残された絶縁膜を有する
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記傾斜部は、前記側面のみに残された絶縁膜を、当該導波路の外管となる金属膜が覆うことによって形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 前記導波路の上方部分に、当該導波路に光を集光させる凹レンズが形成されている
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像素子。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記複数層の配線層のうちの最上層の上に形成された層間膜に開口部を形成し、
前記開口部の形成後に絶縁膜を成膜するとともに、前記開口部の側面にのみ前記絶縁膜が残るように当該絶縁膜に対する加工を行い、
前記開口部の形成位置に合わせて導波路孔を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記導波路孔の形成後に前記導波路の外管となる金属膜を成膜して、前記絶縁膜の形成箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記傾斜部となる部分を形成し、前記絶縁膜の形成箇所を除く箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記第2の側面部となる部分を形成する
ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記金属膜が成膜された前記導波路孔内に前記光透過性材料を埋め込んで前記導波路を形成するとともに、前記光透過性材料の上層に当該光透過性材料よりも屈折率の高い材料の層を成膜して、当該層が前記導波路の上方部分にのみ残るように加工を行って凹レンズを形成する
ことを特徴とする請求項6記載の固体撮像素子の製造方法。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記導波路の底部となる位置には、上凸状の集光レンズが形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記基体上にレジストをパターニングするとともに、前記レジストに熱処理を施して当該レジストを丸め、
その後、前記基体と前記レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に上凸状の集光レンズを形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記導波路の底部となる位置には、凸レンズと凹レンズを組み合わせた構造の集光レンズが形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第1の側面部と第2の側面部とからなり、
前記第1の側面部は、前記第2の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第1の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記基体上に第一レジストをパターニングするとともに、前記第一レジストを利用して前記基体の構成膜を等方的に加工して、当該構成膜に凹レンズ形成を行い、
前記凹レンズ形成が行われた前記構成膜上を、当該構成膜より屈折率の高い材料の層を成膜し、
前記屈折率の高い材料の層上に第二レジストをパターニングするとともに、前記第二レジストに熱処理を施して当該第二レジストを丸め、
その後、前記基体と前記第二レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に、下凸状で、かつ、上凸状の集光レンズを形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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