JP2008147397A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、層内レンズを備える固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device including an in-layer lens and a manufacturing method thereof.
受光部で光電変換された電荷を転送するための電荷転送部を有する所謂固体撮像装置は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の種々の画像入力機器に使用されている。 A so-called solid-state imaging device having a charge transfer unit for transferring charges photoelectrically converted by a light receiving unit is used in various image input devices such as a video camera, a digital still camera, and a facsimile.
近年、特にビデオカメラ及びデジタルスチルカメラは、高解像度化及びコンパクト化が強く求められている。この要求に応えるために、多画素化した(画素数を多くした)固体撮像装置が求められている。しかしながら、単に画素数だけを多くした場合、固体撮像装置の光学サイズが大きくなりコンパクト化できない。よって、光学サイズを維持したまま多画素化することが求められる。すなわち、画素サイズの微細化が必然的に求められる。 In recent years, in particular, video cameras and digital still cameras are strongly required to have high resolution and compactness. In order to meet this demand, a solid-state imaging device having a large number of pixels (increasing the number of pixels) is required. However, when the number of pixels is simply increased, the optical size of the solid-state imaging device becomes large and cannot be made compact. Therefore, it is required to increase the number of pixels while maintaining the optical size. That is, it is necessary to reduce the pixel size.
しかしながら、画素サイズを微細化した場合、単位画素に入射する光量が減少する。これにより、各画素の受光部の感度が低下するという課題が生じる。この課題に対して、画素サイズの微細化による感度特性の低下を防ぐために、各画素における集光効率を改善する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。 However, when the pixel size is reduced, the amount of light incident on the unit pixel decreases. Thereby, the subject that the sensitivity of the light-receiving part of each pixel falls arises. In order to prevent this problem, a method of improving the light collection efficiency in each pixel is known in order to prevent a decrease in sensitivity characteristics due to the miniaturization of the pixel size (see, for example, Patent Document 1).
図11は、特許文献1記載の従来の固体撮像装置の断面構造を示す図である。図11(a)は、従来の固体撮像装置の水平方向の断面構造を示す図である。図11(b)は、従来の固体撮像装置の垂直方向の断面構造を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional solid-state imaging device described in
図11に示す従来の固体撮像装置500は、半導体基板501と、受光部502と、垂直転送部503と、絶縁膜504、509及び510と、垂直転送電極505と、金属膜506と、エッチングストッパ507と、段差調整膜508と、保護膜511と、カラーフィルタ512と、マイクロレンズ513とを備える。
A conventional solid-
受光部502は、受光した入射光を光量に応じた信号電荷に変換し、蓄積する。垂直転送部503は、受光部502により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する。受光部502及び垂直転送部503は、半導体基板101に形成される。
The
垂直転送電極505は、受光部502によって変換された信号電荷を読み出すための電極である。垂直転送電極505は、絶縁膜504を介して、垂直転送部503上に形成される。金属膜506は、垂直転送電極505の上方に絶縁膜504を介して形成される。段差調整膜508は、金属膜506の上方にエッチングストッパ507を介して形成される。
The
絶縁膜509と、絶縁膜510とは異なる屈折率の材料で構成される。絶縁膜509と、絶縁膜510との界面は、下方向に凸形状である。これにより、絶縁膜509及び絶縁膜510により、層内レンズが形成される。また、従来の固体撮像装置500は、段差調整膜508を備える。段差調整膜508の幅及び高さを制御することによって、熱フローにより形成される、絶縁膜509の凹部の形状を最適化する。これにより、層内レンズの形状を最適化し、入射光の受光部502に対する集光効率を改善することができる。
しかしながら、従来の固体撮像装置500は、受光部502の周囲に、垂直転送電極505及び金属膜506が形成される。これにより、金属膜506が形成された領域と、受光部502の上方の領域(垂直転送電極505及び金属膜506が形成されていない領域)との間で、急峻な段差が存在する。
However, in the conventional solid-
一方、段差調整膜508を形成する方法は、例えば、エッチングストッパ507上の全面に、スパッタ又はCVD(化学的気相成長:Chemical Vapor Deposition)により成膜を行った後、エッチングを行うことにより段差調整膜508のパターン形成する方法が用いられる。
On the other hand, a method for forming the
しかしながら、受光部502上の金属膜506の裾野付近は、急峻な段差となり、エッチングの際に、狭い窪みなどに入り込んだ成膜を除去しきれず、残渣520が生じるという問題がある。この残渣520は、固体撮像装置の画像劣化の原因となる。
However, there is a problem that the vicinity of the bottom of the
一方、この残渣520を除去するために長時間のエッチングを行う方法も考えられる。
しかしながら、長時間のエッチングを行った場合、プラズマ照射が半導体基板に与える影響は大きくなるため、固体撮像装置の画像劣化の原因となる暗電流が大きくなるという新たな問題が生じる。すなわち、長時間のエッチングを行う方法は好ましいものではない。
On the other hand, a method of performing etching for a long time to remove the
However, when etching is performed for a long time, the influence of plasma irradiation on the semiconductor substrate is increased, which causes a new problem that a dark current that causes image deterioration of the solid-state imaging device increases. That is, a method of performing etching for a long time is not preferable.
そこで本発明は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止する固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that prevent generation of etching residues when forming a step adjustment film without increasing the etching time.
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極と、前記光電変換部及び前記電極の上方に形成され、上面に下方向の凸曲面形状を有する第1の絶縁膜と、前記電極の上方に前記第1の絶縁膜を介して形成される段差調整膜と、前記段差調整膜及び前記第1の絶縁膜の上方に形成される第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜上に形成され、前記第2の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第2の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第3の絶縁膜とを備える。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a photoelectric conversion unit that is formed on the semiconductor substrate and converts light into signal charge, and a signal charge converted by the photoelectric conversion unit. A first insulating film formed above the photoelectric conversion unit and the electrode and having a downward convex curved surface shape on the upper surface, and the first insulating film above the electrode. A step-adjusting film formed on the second insulating film, a second insulating film formed above the step-adjusting film and the first insulating film, and the second insulating film formed on the second insulating film. A third insulating film having a microlens shape which is made of a material having a refractive index different from that of the material forming the film and is in contact with the second insulating film convex downward.
この構成によれば、段差調整膜を用いることにより、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜により構成される層内レンズを、適切な層内レンズ形状にすることができる。さらに、第1の絶縁膜は、下方向の凸曲面形状を有する。これにより、段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状(第1の絶縁膜の上面)が滑らかな曲面であるため、被エッチング膜の断片が残渣となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。 According to this configuration, by using the step adjustment film, the in-layer lens constituted by the second insulating film and the third insulating film can be formed into an appropriate in-layer lens shape. Furthermore, the first insulating film has a downward convex curve shape. As a result, when the step adjustment film is formed by etching, the underlying shape of the film to be etched (upper surface of the first insulating film) is a smooth curved surface. Can prevent it.
すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止することができる。さらに、エッチング時の残渣の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。よって、高品質な固体撮像装置を実現することができる。 That is, the solid-state imaging device according to the present invention can prevent the generation of etching residues when forming the step adjustment film without increasing the etching time. Furthermore, since the generation of residues during etching can be prevented, it is possible to prevent problems such as damage to the device due to excessive over-etching, that is, dark current. Therefore, a high quality solid-state imaging device can be realized.
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記電極の上方に形成される遮光膜を備え、前記第1の絶縁膜は、前記光電変換部及び前記遮光膜の上方に形成されてもよい。 The solid-state imaging device may further include a light shielding film formed above the electrode, and the first insulating film may be formed above the photoelectric conversion unit and the light shielding film.
この構成によれば、遮光膜により、電極が形成される領域等の光電変換部以外の領域への迷光の侵入を低減させることができる。これにより、スミア特性を向上させることができる。 According to this configuration, the light shielding film can reduce the invasion of stray light into regions other than the photoelectric conversion unit, such as regions where electrodes are formed. Thereby, a smear characteristic can be improved.
また、前記段差調整膜は、金属により構成されてもよい。
この構成によれば、段差調整膜は、電極が形成される領域等の光電変換部以外の領域への光の入射を防止する。すなわち、段差調整膜が反射防止機能を有することで、光電変換部以外の領域への迷光の侵入を低減させることができる。これにより、スミア特性を向上させることができる。また、電極が形成される領域等に他の反射防止膜を形成しなくともよいので、固体撮像装置の構造を簡略化することができる。
Further, the step adjustment film may be made of metal.
According to this configuration, the step adjustment film prevents light from entering a region other than the photoelectric conversion unit, such as a region where an electrode is formed. That is, since the step adjustment film has an antireflection function, it is possible to reduce the invasion of stray light to a region other than the photoelectric conversion unit. Thereby, a smear characteristic can be improved. In addition, since it is not necessary to form another antireflection film in a region where the electrode is formed, the structure of the solid-state imaging device can be simplified.
また、前記金属は、高融点金属であってもよい。
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、各列に配置された複数の前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための前記電極を含む複数の電極とを備え、前記遮光膜は、前記行列状に配置される複数の光電変換部に対して列方向のストライプ状に配置され、かつ前記複数の電極の上方に配置されてもよい。
The metal may be a refractory metal.
The solid-state imaging device further reads a plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix including the photoelectric conversion units, and signal charges converted by the plurality of photoelectric conversion units arranged in each column. A plurality of electrodes including the electrode for, the light shielding film is arranged in a stripe shape in a column direction with respect to the plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix, and above the plurality of electrodes It may be arranged.
この構成によれば、光電変換部の行方向の断面においては、遮光膜上に段差調整膜が形成され、光電変換部の列方向の断面においては、遮光膜を介さずに段差調整膜が形成される。これにより、行方向(水平方向)と列方向(垂直方向)との断面において、半導体基板の表面から段差調整膜の上面までの段差が異なる。具体的には、垂直方向の段差が、水平方向の段差より低くなる。よって、光電変換部の垂直方向の幅が水平方向の幅より大きい場合(光電変換部のアスペクト比が1から外れた場合)に、垂直方向の断面において第2の絶縁膜の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状となることを防止することができる。これにより、第2の絶縁膜と第3の絶縁膜とで構成される層内レンズの集光性が低下することを防止することができる。 According to this configuration, the step adjustment film is formed on the light shielding film in the cross section in the row direction of the photoelectric conversion unit, and the step adjustment film is formed without the light shielding film in the cross section in the column direction of the photoelectric conversion unit. Is done. Thereby, the step from the surface of the semiconductor substrate to the upper surface of the step adjustment film is different in the cross section in the row direction (horizontal direction) and the column direction (vertical direction). Specifically, the vertical step is lower than the horizontal step. Therefore, when the vertical width of the photoelectric conversion portion is larger than the horizontal width (when the aspect ratio of the photoelectric conversion portion deviates from 1), the curvature of the upper surface of the second insulating film is appropriate in the vertical cross section. It is possible to prevent the shape from having a steep slope. Thereby, it can prevent that the condensing property of the inner lens comprised by the 2nd insulating film and the 3rd insulating film falls.
すなわち、本発明に係る固体撮像装置は、段差調整膜の膜厚及び格子の線幅に加え、この段差の違いにより、水平方向及び垂直方向の断面を、それぞれに独立して適切な曲率を有する形状に作製することができる。言い換えると、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを形成することができる。 That is, the solid-state imaging device according to the present invention has appropriate curvatures independently in the horizontal and vertical cross sections due to the difference in level difference in addition to the thickness of the step adjustment film and the line width of the lattice. It can be made into a shape. In other words, the solid-state imaging device according to the present invention can form an in-layer lens having a higher degree of design freedom than a conventional solid-state imaging device.
また、前記第3の絶縁膜が有する前記凸型のマイクロレンズ形状の曲率は、前記第1の絶縁膜が有する前記凸曲面形状の曲率より大きくてもよい。 Further, the curvature of the convex microlens shape of the third insulating film may be larger than the curvature of the convex curved surface shape of the first insulating film.
この構成によれば、第2の絶縁膜が有するマイクロレンズ形状の形状制御性を向上させることができる。具体的には、第1の絶縁膜に所定の曲率の下方向の凸形状を形成した後に、第1の絶縁膜が有する下方向の凸形状上に、下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第2の絶縁膜を形成ことで、第2の絶縁膜が有するマイクロレンズ形状の曲率を容易に制御することができる。 According to this configuration, the shape controllability of the microlens shape of the second insulating film can be improved. Specifically, after forming a downward convex shape with a predetermined curvature on the first insulating film, a downward convex microlens shape is formed on the downward convex shape of the first insulating film. By forming the second insulating film, the curvature of the microlens shape of the second insulating film can be easily controlled.
よって、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置と比較して、形状均一性及び形状制御性に優れた層内レンズを形成することができる。言い換えると、本発明に係る固体撮像装置は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを均一に形成することができる。 Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can form an in-layer lens excellent in shape uniformity and shape controllability as compared with a conventional solid-state imaging device. In other words, the solid-state imaging device according to the present invention can uniformly form an intra-layer lens having a higher degree of design freedom than a conventional solid-state imaging device.
また、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とは、異なる屈折率の材料で形成されてもよい。 The first insulating film and the second insulating film may be formed of materials having different refractive indexes.
この構成によれば、第1の絶縁膜が有する下方向の凸曲面形状にレンズ機能を持たせることができる。これにより、入射光の光電変換部への集光効率を改善することができる。 According to this configuration, the lens function can be imparted to the downward convex curved surface shape of the first insulating film. Thereby, the condensing efficiency of incident light to the photoelectric conversion unit can be improved.
また、本発明に係る製造方法は、固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第1のステップと、前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極を形成する第2のステップと、前記光電変換部及び前記電極の上に上面に下方向の凸曲面形状を有する第1の絶縁膜を形成する第3のステップと、前記第1の絶縁膜の上にエッチングにより段差調整膜を形成する第4のステップと、前記段差調整膜及び前記第1の絶縁膜の上に上面に下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第2の絶縁膜を形成する第5のステップと、前記第2の絶縁膜のマイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第2の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第3の絶縁膜を形成する第6のステップとを含む。 The manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein a first step of forming a photoelectric conversion unit for converting light into signal charges on a semiconductor substrate is converted by the photoelectric conversion unit. A second step of forming an electrode for reading the signal charge, and a third step of forming a first insulating film having a downward convex curved surface on the upper surface of the photoelectric conversion portion and the electrode. And a fourth step of forming a step adjusting film on the first insulating film by etching, and a microlens shape convex downward on the upper surface on the step adjusting film and the first insulating film. And a fifth step of forming a second insulating film having a third refractive index and a material having a refractive index different from that of the second insulating film so as to embed a microlens shape of the second insulating film. Sixth step of forming an insulating film Including the.
これによれば、段差調整膜を用いることにより、第2の絶縁膜及び第3の絶縁膜により構成される層内レンズを、適切な層内レンズ形状にすることができる。さらに、第1の絶縁膜は、光電変換部及び電極の上にフロー性を有する材料を用いて形成される。これにより、第1の絶縁膜は、滑らかな表面形状を有することができる。よって、第4のステップにおいて段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面であるため、被エッチング膜の断片が残渣となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。 According to this, by using the step adjustment film, the intra-layer lens constituted by the second insulating film and the third insulating film can be formed into an appropriate intra-layer lens shape. Furthermore, the first insulating film is formed on the photoelectric conversion portion and the electrode using a material having flow properties. Thereby, the first insulating film can have a smooth surface shape. Therefore, when the step adjustment film is formed by etching in the fourth step, since the base shape of the film to be etched is a smooth curved surface, it is possible to prevent a fragment of the film to be etched from becoming a residue and causing a pixel defect. .
すなわち、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止することができる。 That is, the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention can prevent the generation of etching residue when forming the step adjustment film without increasing the etching time.
さらに、エッチング時の残渣の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。 Furthermore, since the generation of residues during etching can be prevented, it is possible to prevent problems such as damage to the device due to excessive over-etching, that is, dark current.
よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、高品質な固体撮像装置を製造することができる。 Therefore, the solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention can manufacture a high-quality solid-state imaging device.
本発明は、エッチング時間を増加させることなく、段差調整膜を形成する際のエッチング残渣の発生を防止する固体撮像装置及びその製造方法を提供することができる。 The present invention can provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that prevent the generation of etching residues when forming the step adjustment film without increasing the etching time.
以下、本発明に係る固体撮像装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments of a solid-state imaging device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
本発明に係る固体撮像装置は、異なる屈折率の材料で構成された2つの絶縁膜で構成される下方向に凸型の層内レンズを備える。また、層内レンズを構成する2つの絶縁膜の下層に凸曲面形状を有する絶縁膜を備える。これにより、段差調整膜をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面となるため、段差調整膜のエッチングの際の残渣の発生を防止することができる。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a downwardly convex in-layer lens composed of two insulating films made of materials having different refractive indexes. In addition, an insulating film having a convex curved surface shape is provided below the two insulating films constituting the in-layer lens. As a result, when the step adjustment film is formed by etching, the base shape of the film to be etched is a smooth curved surface, so that it is possible to prevent generation of residues when the step adjustment film is etched.
まず、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す平面図である。
First, the configuration of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、CCD型固体撮像装置である。固体撮像装置100は、半導体基板101と、複数の受光部102と、複数の垂直転送部103と、水平転送部104と、アンプ部105とを備える。
As shown in FIG. 1, a solid-
半導体基板101は、例えば、Si基板である。
複数の受光部102は、半導体基板101上に行列状に配置される。複数の受光部102は、受光した入射光を光量に応じた信号電荷に変換し、蓄積する。
The
The plurality of light receiving
複数の垂直転送部103は、各列の複数の受光部102に対して配置される。各垂直転送部103は、各列の受光部102により光電変換された信号電荷を垂直方向に転送する。例えば、垂直転送部103は、埋め込み型チャンネル構成である。各垂直転送部103は、信号電荷の垂直方向の転送を駆動する複数の垂直転送電極111(図1には図示せず。)を備える。
The plurality of
水平転送部104は、複数の垂直転送部103により転送された信号電荷を、水平方
向に転送する。例えば、水平転送部104は、埋め込み型チャンネル構成である。水平転送部104は、信号電荷の水平方向の転送を駆動する複数の水平転送電極(図1には図示せず。)を備える。
The
アンプ部105は、水平転送部104により水平転送された信号電荷を電圧に変換し出力する。
The
図2は、図1に示す固体撮像装置100の断面構造を示す図である。図2(a)は、固体撮像装置100の水平方向の断面構造を示す図であり、図1のA0−A1における断面構造を示す図である。図2(b)は、固体撮像装置100の垂直方向の断面を示す図であり、図1のB0−B1における断面構造を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of the solid-
図2に示すように、受光部102及び垂直転送部103は、半導体基板101に形成される。固体撮像装置100は、さらに、絶縁膜110、112、114、116及び117と、垂直転送電極111と、金属膜113及び115と、保護膜118と、カラーフィルタ119と、マイクロレンズ120とを備える。
As shown in FIG. 2, the
絶縁膜110は、受光部102及び垂直転送部103が形成された半導体基板101の表面に形成される。例えば、絶縁膜110は、酸化膜(SiO2等)である。
The insulating
垂直転送電極111は、受光部102によって変換された信号電荷を読み出すための電極である。垂直転送電極111は、絶縁膜110を介して、垂直転送部103上に形成される。すなわち、垂直転送電極111は、絶縁膜110上の受光部102の周囲に形成される。例えば、垂直転送電極111は、ポリシリコンで構成される。
The
絶縁膜112は、垂直転送電極111上に形成される。例えば、絶縁膜112は、酸化膜(SiO2等)である。
The insulating
金属膜113は、垂直転送電極111の上方に絶縁膜112を介して形成される。金属膜113は、垂直転送電極111に対する遮光膜として機能する。例えば、金属膜113は、垂直転送部103に対向する位置にストライプ状に配置される。
The
図3(a)は、金属膜113の配置例を示す平面図である。図3(a)に示すように、複数の金属膜113は、行列状に配置される複数の受光部102に対して列方向(図4における縦方向)のストライプ状に配置され、かつ複数の垂直転送部103上に形成される垂直転送電極111の上方に配置される。例えば、金属膜113は、高融点金属であるタングステン等で構成される。なお、図3(a)において、金属膜113は、垂直転送部103上に形成されているが、さらに、水平転送部104上に形成されてもよい。
FIG. 3A is a plan view showing an arrangement example of the
また、図2に示すように、絶縁膜114は、絶縁膜112及び金属膜113上に形成される。絶縁膜114は、上面に下方向(半導体基板101の方向)の凸曲面形状を有する。絶縁膜114は、フロー性の材料で構成され、上面の凹凸が滑らか曲面形状を有する。例えば、絶縁膜114は、BPSG(リンホウ素シリケートガラス:Boron Phospho Silicate Glass)等で構成される。
Further, as shown in FIG. 2, the insulating
なお、絶縁膜114は、後述する金属膜115形成時のエッチング処理に対してエッチングストッパ膜としての機能も備えている。
Note that the insulating
金属膜115は、絶縁膜114上に形成される。金属膜115は、金属膜113の上方に絶縁膜114を介して形成される。金属膜115は、受光部102の上方に開口を有するように垂直方向に隣接する受光部102間を遮光する機能を有する。また、金属膜115は、絶縁膜116と絶縁膜117とで構成される層内レンズの形成の際の段差調整膜として機能する。例えば、金属膜115は、高融点金属であるタングステン等で構成される。
The
図3(b)は、金属膜115の配置例を示す平面図である。図3(b)に示すように、金属膜115は、垂直転送電極111上に対向する位置に格子状に配置されている。すなわち、金属膜115は、金属膜113の上方以外にも形成される。なお、図3(b)において、金属膜115は、垂直転送部103上に形成されているが、さらに、水平転送部104上に形成されてもよい。
FIG. 3B is a plan view showing an arrangement example of the
また、図2に示すように、絶縁膜116は、絶縁膜114及び金属膜115上に形成される。絶縁膜116は、上面に下方向(半導体基板101の方向)の凸曲面形状のマイクロレンズ形状を有する。また、絶縁膜116が有する凸型のマイクロレンズ形状の曲率は、絶縁膜114が有する凸曲面形状の曲率より大きい。絶縁膜116は、フロー性の材料で構成され、上面の凹凸が滑らか曲面形状を有する。例えば、絶縁膜116は、BPSG等で構成され、CVD(化学的気相成長:Chemical Vapor Deposition)法により形成される。
Further, as shown in FIG. 2, the insulating
絶縁膜117は、絶縁膜116上に形成される。絶縁膜117は、絶縁膜116の上面のマイクロレンズ形状を埋め込むように形成される。絶縁膜117は、絶縁膜116の屈折率より屈折率の大きい材料で構成される。例えば、絶縁膜117は、窒化膜(SiN等)である。絶縁膜117の下面の形状は、下方向に凸型のマイクロレンズ形状であり、マイクロレンズ形状は絶縁膜116と接する。
The insulating
すなわち、絶縁膜116と絶縁膜117とにより、層内レンズが形成される。層内レンズの形状は、下方向(半導体基板101の方向)に凸型である。
That is, the insulating
なお、固体撮像装置の光学特性によっては、絶縁膜117は、絶縁膜116の屈折率より屈折率の小さい材料で構成してもよい。絶縁膜117を絶縁膜116の屈折率より屈折率の小さい材料で構成した場合においても、絶縁膜117の下面の形状を下方向に凸型のマイクロレンズ形状とすることで、層内レンズとしての機能を得ることができる。
Note that the insulating
保護膜118は、絶縁膜117上に形成される。例えば、保護膜118は、アクリル系樹脂等で構成される。
The
カラーフィルタ119は、保護膜118上に形成される。例えば、カラーフィルタ119は、red、Green及びblueのカラーフィルタから構成される所謂原色ベイヤ配列で形成される。
The
マイクロレンズ120は、カラーフィルタ119上に形成される。マイクロレンズ120は、入射光を受光部102に効率よく集光するレンズ(トップレンズ)である。
The
次に、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100の製造方法を説明する。
図4〜図10は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100の製造過程における断面構造を示す図である。なお、図4(a)〜図10(a)は、固体撮像装置100の製造過程における水平方向(図1のA0−A1)の断面構造を示す図である。図4(b)〜図10(b)は、固体撮像装置100の製造過程における垂直方向(図1のB0−B1)の断面構造を示す図である。
Next, a method for manufacturing the solid-
4-10 is a figure which shows the cross-sectional structure in the manufacture process of the solid-
まず、既存技術により、半導体基板101に入射光を光電変換する受光部102と、受光部102で光電変換された電荷を垂直方向に転送する埋め込み型チャンネル構成の垂直転送部103とが形成される。次に、半導体基板101上に熱酸化によって絶縁膜110が形成される。次に、絶縁膜110上に垂直転送部103を駆動させるためのポリシリコンからなる垂直転送電極111が、垂直転送部103に対向するように形成される。次に、熱酸化又はCVD法により、受光部102上及び垂直転送電極111上に絶縁膜112が形成される。次に、絶縁膜112上の全面に、CVD法又はスパッタ法によってタングステンの層が形成される。次に、受光部102上が開口するように垂直方向のストライプ状にエッチングする。これにより、金属膜113が形成される。以上の工程により、図4に示す構造が形成される。
First, a
次に、絶縁膜112及び金属膜113上に、フロー性を有するBPSG等を形成する。これにより、表面の凹凸が滑らかな曲面を有し、表面が受光部102上に窪むような形状の絶縁膜114が形成される。さらに、加熱処理を施し絶縁膜114を固化する。以上の工程により、図5に示す構造が形成される。
Next, BPSG or the like having flow properties is formed over the insulating
次に、絶縁膜114上の全面に、CVD法又はスパッタ法によってタングステンの層が形成される。以上の工程により、図6に示す構造が形成される。
Next, a tungsten layer is formed on the entire surface of the insulating
次に、図7に示すように、受光部102が開口するよう格子状にレジスト130を形成する。次に、CF6またはSF6を含有するガス種131で金属膜115をエッチングする。次に、エッチング後に残ったレジスト130及びエッチング時に発生した残渣を除去することで受光部102が開口するように格子状の金属膜115が形成される。なお、このエッチング時に、絶縁膜114はエッチングストッパとして機能する。以上の工程により、図8に示す構造が形成される。
Next, as shown in FIG. 7, a resist 130 is formed in a lattice shape so that the
次に、絶縁膜114及び金属膜115上に、フロー性を有するBPSG等を形成する。これにより、絶縁膜114および金属膜115に沿った形状で、かつ表面が受光部102上に窪むような形状の絶縁膜116が形成される。さらに、加熱処理を施し絶縁膜116を固化する。以上の工程により、図9に示す構造が形成される。
Next, BPSG or the like having flow properties is formed over the insulating
次に、CVD法により、絶縁膜116上に絶縁膜117が形成される。なお、絶縁膜117の表面をCMP(化学的機械的研磨:Chemical Mechanical Polishing)により平坦化してもよい。また、平坦化の精度については光学的に大きな影響を及ぼさない程度、具体的には画素サイズの1/10程度以下の大きさの凹凸があってもよい。以上の工程により、図10に示す構造が形成される。
Next, an insulating
次に、アクリル系樹脂をスピンコートすることで、絶縁膜117上に保護膜118が形成される。次に、保護膜118上にカラーフィルタ119が形成される。次に、カラーフィルタ119上にマイクロレンズ120が形成される。なお、カラーフィルタ119及びマイクロレンズ120は、既存技術により形成することができる。以上により、図2に示す固体撮像装置100が形成される。
Next, the
以上より、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100及びその製造方法は、段差調整膜である金属膜115を用いることにより、水平方向及び垂直方向において適切な層内レンズ形状を得ることができる。
As described above, the solid-
さらに、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100において絶縁膜114は、受光部102の上方及び金属膜113上にフロー性を有する材料を用いて形成される。これにより、絶縁膜114は、滑らかな表面形状を有することができる。よって、被エッチング膜の下地形状が滑らかな曲面であるため、金属膜115をエッチングにより形成する際に、被エッチング膜の断片が残渣520となって画素欠陥を引き起こすことを防止できる。
Furthermore, in the solid-
さらに、エッチング時の残渣520の発生を防止することができるので、過剰なオーバーエッチングによってデバイスに与えるダメージ、すなわち暗電流などの不具合を防止することができる。よって、高品質な固体撮像装置を実現することができる。
Further, since the generation of the
また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、垂直転送電極111及び金属膜113によって生じた角度のある装置形状を絶縁膜114によって角度のない(なだらかな)状態とした上で、金属膜115及び絶縁膜116によって下方向に凸型のマイクロレンズ形状を形成する。
Further, in the solid-
例えば、絶縁膜114に所定の曲率の下方向の凸形状を形成した後に、絶縁膜114が有する下方向の凸形状上に、下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する絶縁膜116を形成ことで、絶縁膜116が有するマイクロレンズ形状の曲率を容易に制御することができる。
For example, after forming a downward convex shape with a predetermined curvature on the insulating
すなわち、絶縁膜116が有するマイクロレンズ形状の曲率を、絶縁膜114が有する下方向に凸形状の曲率より大きくすることで、絶縁膜116が有するマイクロレンズ形状の形状制御性を向上させることができる。
That is, by making the curvature of the microlens shape of the insulating
すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、従来の固体撮像装置と比較して、形状均一性及び形状制御性に優れた層内レンズを形成することができる。言い換えると、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを均一に形成することができる。
That is, the solid-
また、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、段差調整膜である金属膜115をタングステン等の遮光性に優れた高融点金属により構成する。
Further, in the solid-
これにより、垂直転送部103への迷光の侵入を低減させることができ、スミア特性を向上させることができる。
Thereby, the invasion of stray light to the
なお、必ずしも金属膜115はタングステン等の遮光性に優れた高融点金属である必要はない。その理由は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、垂直転送部103上を遮光する構造として金属膜113を備えているためである。
Note that the
また、図11に示す従来の固体撮像装置500では、金属膜506及び段差調整膜508は、受光部502上に開口を有するように格子状に形成される。これにより、水平方向及び垂直方向の断面において、半導体基板501の表面(受光部502上のエッチングストッパ507)から段差調整膜508の上面までの段差が同じである。
In the conventional solid-
よって、従来の固体撮像装置500では、受光部502のアスペクト比が1から外れた場合(受光部502の半導体基板501の表面での水平方向の寸法と、垂直方向の寸法との比が1から外れた場合)に、より大きな開口を有する断面(例えば、図11では垂直方向の断面)での絶縁膜509の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状になってしまう。これにより、絶縁膜509と絶縁膜510とで構成される層内レンズの入射光521に対する集光性が低下する。
Therefore, in the conventional solid-
一方、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、垂直方向のストライプ状に配置された金属膜113と、金属膜113の上方に格子状に配置された金属膜115とを備える。
On the other hand, the solid-
これにより、受光部102の水平方向と垂直方向との断面において、半導体基板101の表面から段差調整膜である金属膜115の上面までの段差が異なる。具体的には、図2に示すように、受光部102の行方向(水平方向)の断面(図2(a))においては、金属膜113の上方に金属膜115が形成され、受光部102の列方向(垂直方向)の断面(図2(b))においては、金属膜113を介さずに金属膜115が形成される。すなわち、垂直方向の段差が、水平方向の段差より低くなる。
As a result, the steps from the surface of the
よって、受光部102の垂直方向の幅が水平方向の幅より大きい場合(受光部102のアスペクト比が1から外れた場合)に、垂直方向の断面において絶縁膜116の上面の曲率が適当でなく急峻な傾きを持つ形状となることを防止することができる。これにより、絶縁膜116と絶縁膜117とで構成される層内レンズの入射光140に対する集光性が低下することを防止することができる。
Therefore, when the vertical width of the
すなわち、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、金属膜115の膜厚及び格子の線幅に加え、この段差の違いにより、水平方向及び垂直方向の断面を、それぞれに独立して適切な曲率を有する形状に形成することができる。
That is, in the solid-
言い換えると、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100は、従来の固体撮像装置よりも設計自由度の高い層内レンズを形成することができる。
In other words, the solid-
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置100について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
The solid-
例えば、上記説明では、金属膜113は垂直転送部103に対向する位置にストライプ状に配置されるとしたが、受光部102以外を覆うように格子状に配置されてもよい。
For example, in the above description, the
また、上記説明では、絶縁膜114と絶縁膜116とは同一の材料で構成されるとしたが、異なる材料で構成されてもよい。
In the above description, the insulating
さらに、絶縁膜114及び絶縁膜116の材料を選択(具体的には屈折率の異なる材料を選択)することにより、絶縁膜114によって生じた下方向の凸曲面形状にレンズ機能を持たせることができる。
Further, by selecting materials for the insulating
これにより、本発明に係る固体撮像装置は、絶縁膜116及び絶縁膜117により構成される層内レンズと、絶縁膜114及び絶縁膜116により構成される層内レンズとを備える。よって、2つの層内レンズにより入射光の受光部102への集光効率を改善することができる。
As a result, the solid-state imaging device according to the present invention includes an intra-layer lens composed of the insulating
また、上記説明では、絶縁膜114及び116の曲面を、BPSGを用いて熱フロー処理により形成したが、その他の膜材料及び曲面形成方法を用いて絶縁膜114及び116の曲面を形成してもよい。例えば、SOG(Spin on Glass)などをスピンコーティング(塗布)する方法により、絶縁膜114及び116の曲面を形成してもよい。さらに、オゾンTEOS(珪酸エチル)−CVDにより膜形成する方法により、絶縁膜114及び116の曲面を形成してもよい。
In the above description, the curved surfaces of the insulating
また、上記説明では、CCD型固体撮像装置を例に説明したが、本発明は、MOS型固体撮像装置にも適用することができる。 In the above description, the CCD solid-state imaging device has been described as an example. However, the present invention can also be applied to a MOS solid-state imaging device.
MOS型固体撮像装置では、一般的に配線層は多層からなるが、受光部に最も近い配線層から最も遠い配線層の、いずれの配線層においても本発明を適用することができる。 In the MOS type solid-state imaging device, the wiring layer is generally composed of multiple layers, but the present invention can be applied to any wiring layer farthest from the wiring layer closest to the light receiving portion.
すなわち、配線層の上部に、図2に示したように絶縁膜114、ダミーパターン(金属膜)115及び絶縁膜116を形成して層内レンズを形成することにより、上述した本発明の実施の形態で示した効果を得ることができる。
That is, the insulating
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びファクシミリ等の画像入力機器に適用できる。 The present invention can be applied to a solid-state imaging device, and in particular, to an image input device such as a video camera, a digital still camera, and a facsimile.
100、500 固体撮像装置
101、501 半導体基板
102、502 受光部
103、503 垂直転送部
104 水平転送部
105 アンプ部
110、112、114、116、117、504、509、510 絶縁膜
111、505 垂直転送電極
113、115、506 金属膜
118、511 保護膜
119、512 カラーフィルタ
120、513 マイクロレンズ
140、521 入射光
507 エッチングストッパ
508 段差調整膜
100, 500 Solid-
Claims (8)
前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極と、
前記光電変換部及び前記電極の上方に形成され、上面に下方向の凸曲面形状を有する第1の絶縁膜と、
前記電極の上方に前記第1の絶縁膜を介して形成される段差調整膜と、
前記段差調整膜及び前記第1の絶縁膜の上方に形成される第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜上に形成され、前記第2の絶縁膜を構成する材料と異なる屈折率の材料で構成され、下方向に凸型の前記第2の絶縁膜に接するマイクロレンズ形状を有する第3の絶縁膜とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate;
A photoelectric conversion unit formed on the semiconductor substrate for converting light into signal charge;
An electrode for reading the signal charge converted by the photoelectric conversion unit;
A first insulating film formed above the photoelectric conversion part and the electrode and having a downward convex curved surface on the upper surface;
A step adjustment film formed above the electrode via the first insulating film;
A second insulating film formed above the step adjustment film and the first insulating film;
Formed on the second insulating film, made of a material having a refractive index different from that of the material constituting the second insulating film, and having a microlens shape in contact with the downwardly convex second insulating film A solid-state imaging device comprising: a third insulating film.
前記電極の上方に形成される遮光膜を備え、
前記第1の絶縁膜は、前記光電変換部及び前記遮光膜の上方に形成される
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes:
Comprising a light-shielding film formed above the electrode;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first insulating film is formed above the photoelectric conversion unit and the light shielding film.
こと特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the step adjustment film is made of metal.
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the metal is a refractory metal.
前記光電変換部を含む行列状に配置される複数の光電変換部と、
各列に配置された複数の前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための前記電極を含む複数の電極とを備え、
前記遮光膜は、前記行列状に配置される複数の光電変換部に対して列方向のストライプ状に配置され、かつ前記複数の電極の上方に配置される
ことを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device further includes:
A plurality of photoelectric conversion units arranged in a matrix including the photoelectric conversion units;
A plurality of electrodes including the electrodes for reading signal charges converted by the plurality of photoelectric conversion units arranged in each column,
The said light shielding film is arrange | positioned with respect to the some photoelectric conversion part arrange | positioned at the said matrix form at the stripe form of the column direction, and is arrange | positioned above the said some electrode. Solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 6. The curvature of the convex microlens shape of the third insulating film is larger than the curvature of the convex curved surface shape of the first insulating film. 6. The solid-state imaging device described in 1.
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first insulating film and the second insulating film are formed of materials having different refractive indexes.
半導体基板に、光を信号電荷に変換する光電変換部を形成する第1のステップと、
前記光電変換部によって変換された信号電荷を読出すための電極を形成する第2のステップと、
前記光電変換部及び前記電極の上に上面に下方向の凸曲面形状を有する第1の絶縁膜を形成する第3のステップと、
前記第1の絶縁膜の上にエッチングにより段差調整膜を形成する第4のステップと、
前記段差調整膜及び前記第1の絶縁膜の上に上面に下方向に凸型のマイクロレンズ形状を有する第2の絶縁膜を形成する第5のステップと、
前記第2の絶縁膜のマイクロレンズ形状を埋め込むように、前記第2の絶縁膜と異なる屈折率の材料で構成される第3の絶縁膜を形成する第6のステップとを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device,
A first step of forming a photoelectric conversion unit for converting light into signal charge on a semiconductor substrate;
A second step of forming an electrode for reading the signal charge converted by the photoelectric conversion unit;
A third step of forming a first insulating film having a downward convex curve shape on the upper surface on the photoelectric conversion portion and the electrode;
A fourth step of forming a step adjustment film on the first insulating film by etching;
A fifth step of forming a second insulating film having a downwardly convex microlens shape on the upper surface on the step adjustment film and the first insulating film;
And a sixth step of forming a third insulating film made of a material having a refractive index different from that of the second insulating film so as to embed the microlens shape of the second insulating film. Manufacturing method of a solid-state imaging device.
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