JP2009194145A - Solid-state image sensing element and manufacturing method therefor - Google Patents
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Description
本発明は、CCD(Charge Coupled Device)イメージセンサーやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサーといった固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に配線に銅配線を採用した固体撮像素子及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device employing copper wiring for wiring and a manufacturing method thereof.
近年、この種の固体撮像素子において多画素化や画素寸法の縮小化が進んでおり、これに伴って採用される配線がアルミ(Al)配線から銅(Cu)配線に変更されてきている。 In recent years, in this type of solid-state imaging device, the number of pixels has been increased and the size of pixels has been reduced, and accordingly, the wiring adopted is changed from aluminum (Al) wiring to copper (Cu) wiring.
ところで、銅は酸化膜中での拡散係数が大きいため、銅配線を採用する場合は銅の拡散を防止する必要がある。そこで、一般的には、銅配線の下側及び横側にタンタル(Ta)又は窒化タンタル(TaN)からなるバリアメタルを形成し、銅配線の上側にシリコン窒化膜又はシリコンカーバイド膜からなる拡散防止膜を形成する。したがって、公知の配線形成技術を用いて製造される通常のSLSI(System Large Scale Integrated Circuit)では、受光部上方に屈折率の異なる層間絶縁膜と拡散防止膜とが複数積層されることになる。 By the way, since copper has a large diffusion coefficient in the oxide film, it is necessary to prevent copper diffusion when copper wiring is employed. Therefore, in general, a barrier metal made of tantalum (Ta) or tantalum nitride (TaN) is formed on the lower and lateral sides of the copper wiring, and diffusion prevention made of a silicon nitride film or a silicon carbide film is formed on the upper side of the copper wiring. A film is formed. Therefore, in an ordinary SLSI (System Large Scale Integrated Circuit) manufactured using a known wiring forming technique, a plurality of interlayer insulating films and diffusion preventing films having different refractive indexes are stacked above the light receiving portion.
図12は、従来の固体撮像素子の受光部周辺の構造を模式的に示す断面図である。例えば、図12に示す固体撮像素子では、シリコン基板500の上層に、光電変換を行う受光部501と検出部504とが例えば2次元アレイ状に複数形成されており、シリコン基板500の上面に、ゲート層間絶縁膜502、ゲート電極503及びプリメタル層間絶縁膜505が形成されている。さらにその上には、第1層間絶縁膜506、第1銅配線507及び第1拡散防止膜508と、第2層間絶縁膜509、第2銅配線510及び第2拡散防止膜511と、第3層間絶縁膜512、第3銅配線513及び第3拡散防止膜514とが積層され、さらに上には、層間絶縁膜515、保護膜516、カラーフィルター517及びマイクロレンズ518が形成されている。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing the structure around the light receiving portion of a conventional solid-state imaging device. For example, in the solid-state imaging device illustrated in FIG. 12, a plurality of light receiving
このような固体撮像素子は、層間絶縁膜505、506、509、512、515が例えばシリコン酸化膜(SiO2)からなり、拡散防止膜508、511、514が例えばシリコンカーバイド膜(SiC)からなるといったように、屈折率の異なる膜による多層構造となっている。そのため、入射光が各膜の界面にて反射したり、多重干渉による影響を受けたりして、受光部501への集光効率が低下し、固体撮像素子の感度特性が低下する問題が起こりうる。
In such a solid-state imaging device, the
そこで、特許文献1及び2に係る固体撮像素子では、拡散防止膜508、511、514の受光部501上方にあたる領域を除去してそこに導光部材519を設け、受光部501上方の層数を減らして固体撮像素子の感度特性の低下を防止している。
ところで、固体撮像素子の高画素化や低コスト化を図るためには、画素部のセルサイズを縮小化することが必須であり、そのためには受光部501の面積を小さくしなければならず、そうすると拡散防止膜508、511、514を除去する領域の面積も小さくなる。除去領域の面積が小さくなって、光の波長よりも入射幅の方が短くなってしまうと、図12において実線の矢印で示すように、導光部材519に入射する光が回折散乱を起こして導光部材519の側方から漏れやすくなる。漏れた光は、図12において破線の矢印で示すように、例えば拡散防止膜508,511間を反射して伝播するため、隣接画素に入り込んで混色(クロストーク)を引き起こす。
By the way, in order to increase the number of pixels and the cost of the solid-state imaging device, it is essential to reduce the cell size of the pixel portion. For this purpose, the area of the
例えば、画素部のセルサイズが2.8um×2.8umのセルでは、0.13um配線パターン技術を用いると、拡散防止膜508、511、514の除去領域を1.0um×1.0um以上の大きさで確保できるため可視光(380〜780nm)の透過波長より十分に広い入射幅が得られ、入射光の回折散乱は発生しない。
For example, in a cell having a pixel size of 2.8 um × 2.8 um, if the 0.13 um wiring pattern technology is used, the removal regions of the
しかし、画素部のセルサイズが1.7um×1.7umのセルでは、0.13um配線パターン技術を用いると、拡散防止膜508、511、514の除去領域が0.6um×0.6umと小さくなり可視光の透過波長(特に長波長側)よりも入射幅が狭くなるため、入射光の回折散乱が発生して混色を引き起こす。
However, in a cell having a pixel size of 1.7 μm × 1.7 μm, if the 0.13 μm wiring pattern technology is used, the removal regions of the
本発明は、上記の課題に鑑み、入射光が回折散乱するほど拡散防止膜の除去領域が小さい場合であっても混色が起こらず色再現性の良好な固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a solid-state imaging device having good color reproducibility without color mixing even when the removal region of the anti-diffusion film is so small that incident light is diffracted and scattered, and a method for manufacturing the same. For the purpose.
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子は、主表面に光電変換を行う受光部が形成された半導体基板の前記主表面上方に、層間絶縁膜、銅配線及び銅の拡散を防止する拡散防止膜を積層した配線層が1層若しくは多層構造で形成され、前記配線層の受光部相当領域を除去して設けた穴部に導光部材が充填された固体撮像素子であって、前記穴部の内周面と前記導光部材との間に光透過防止膜が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to the present invention prevents diffusion of an interlayer insulating film, copper wiring, and copper above the main surface of the semiconductor substrate on which a light receiving portion that performs photoelectric conversion is formed on the main surface. A solid-state imaging device in which a wiring layer in which a diffusion prevention film is laminated is formed in a single layer or a multilayer structure, and a light guide member is filled in a hole provided by removing a region corresponding to a light receiving portion of the wiring layer; A light transmission preventing film is formed between the inner peripheral surface of the hole and the light guide member.
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板の主表面に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記半導体基板の主表面上方に、層間絶縁膜、銅配線及び銅の拡散を防止する拡散防止膜を積層した配線層を1層若しくは多層構造で形成する工程と、前記配線層の受光部相当領域を除去して穴部を設ける工程と、
前記穴部の内周面に光透過防止膜を形成する工程と、前記穴部に導光部材を充填する工程とを含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a light receiving portion that performs photoelectric conversion on a main surface of a semiconductor substrate, and an interlayer insulating film, a copper wiring, and copper diffusion above the main surface of the semiconductor substrate. A step of forming a wiring layer in which a diffusion preventing film to prevent is laminated in a single layer or a multilayer structure, a step of removing a region corresponding to a light receiving portion of the wiring layer and providing a hole,
The method includes a step of forming a light transmission preventing film on an inner peripheral surface of the hole portion, and a step of filling the hole portion with a light guide member.
本発明に係る固体撮像素子は、穴部の内周面と導光部材との間に光透過防止膜が形成されているため、導光部材に入射した光が配線層へ漏れにくい。したがって、漏れた光が配線層内を伝搬して隣接画素へ入り込みにくく、その結果、混色が起こりにくいため色再現性が良好である。 In the solid-state imaging device according to the present invention, since the light transmission preventing film is formed between the inner peripheral surface of the hole and the light guide member, the light incident on the light guide member is difficult to leak into the wiring layer. Therefore, the leaked light is difficult to propagate through the wiring layer and enter the adjacent pixels. As a result, color mixing is unlikely to occur, and color reproducibility is good.
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、配線層の受光部相当領域を除去して穴部を設ける工程と、前記穴部の内周面に光透過防止膜を形成する工程とを含むため、色再現性の良好な固体撮像素子を製造することができる。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of removing a region corresponding to the light receiving portion of the wiring layer and providing a hole, and a step of forming a light transmission preventing film on the inner peripheral surface of the hole. Thus, it is possible to manufacture a solid-state imaging device with good color reproducibility.
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。なお、第1、第2及び第3の実施形態に係る固体撮像素子は、いずれも光電変換を行うフォトダイオード及び複数のトランジスタを備える光電変換セルが二次元アレイ状に配置された画素領域を有している。 Hereinafter, a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each of the solid-state imaging devices according to the first, second, and third embodiments has a pixel region in which photoelectric conversion cells each including a photodiode that performs photoelectric conversion and a plurality of transistors are arranged in a two-dimensional array. is doing.
[第1の実施形態]
<固体撮像素子の構成>
図1は、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像素子の受光部周辺の構造を模式的に示す断面図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る固体撮像素子は、半導体基板としてのシリコン基板100を備える。シリコン基板100の上層には、光電変換を行う受光部(フォトダイオード)101と、検出部(チャンネル領域)102とが、N型不純物領域として形成されている。
[First Embodiment]
<Configuration of solid-state image sensor>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a structure around a light receiving portion of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device according to the first embodiment includes a
受光部101の不純物濃度は、光電変換が可能な濃度であればよいが、1.0E12cm−2〜1.0E13cm−2程度に調整されていることが好ましい。また、受光部101は、基板表面から0.2〜2.0um程度の深さにわたって形成されていることが好ましい。
The impurity concentration of the
受光部101は、暗電流抑制のための埋め込み構造を採用しており、その上面には3〜10KeVのエネルギーかつ1.0E13cm−2〜1.0E14cm−2の高濃度にて表面P型層103が形成されている。
The
検出部102の不純物濃度は、金属配線によるオーミック接続が可能な濃度であればよいが、1.0E15cm−2以上であることが好ましい。また、検出部102は、基板表面から0.1〜0.5um程度の深さにわたって形成されていることが好ましい。
The impurity concentration of the
シリコン基板100の上面(主表面)には、シリコン酸化膜からなるゲート層間絶縁膜104を介してポリシリコンからなるゲート電極105が形成されている。
On the upper surface (main surface) of the
ゲート電極105の側面の一部には、シリコン酸化膜(5〜15nm)及びシリコン窒化膜(50〜70nm)からなるサイドウォール106が形成されている。また、ゲート電極105の側面の残り部分及び上面の一部、並びに、表面P型層103の上面を被覆するように、シリコン酸化膜(5〜15nm)及びシリコン窒化膜(50〜70nm)からなる反射防止膜107が形成されている。なお、反射防止膜107の受光部101上方にあたる領域は、薄膜化されシリコン酸化膜のみで構成されている。
A
反射防止膜107は、反射防止効果により感度特性を向上させる役割の他に、受光部101の上方をエッチングして後述する穴部122を形成する際のエッチングストッパーとしての役割や、異方性ドライエッチングにより後述する光透過防止膜124を形成する際のプラズマダメージを防止する役割を果たす。
In addition to improving the sensitivity characteristics by the antireflection effect, the
シリコン基板100の上方には、さらに、シリコン基板100側から順に、ストッパー膜(ライナー膜)108と、プリメタル層間絶縁膜109と、第1層間絶縁膜110、第1銅配線111及び第1拡散防止膜112を積層した第1配線層113と、第2層間絶縁膜114、第2銅配線115及び第2拡散防止膜116を積層した第2配線層117と、第3層間絶縁膜118、第3銅配線119及び第3拡散防止膜120を積層した第3配線層121とが多層構造で形成されている。
Above the
ストッパー膜108は、受光部101上方にあたる領域以外の領域に形成されたシリコン窒化膜であって、プリメタル層間絶縁膜109に第1接続孔(不図示)を形成する際のドライエッチングに対するエッチングストッパーの役割を果たす。プリメタル層間絶縁膜109は、BPSG膜(Boron -Phospho-Silicate-Glass)からなり、膜厚は460nmである。
The
各層間絶縁膜110,114,118は、シリコン酸化膜からなる。第1層間絶縁膜110の膜厚は260nm、第2層間絶縁膜114及び第3層間絶縁膜118の膜厚は565nmである。第1銅配線111の膜厚は260nmであり、第2銅配線115及び第3銅配線119の膜厚は335nmである。
Each
各拡散防止膜112,116,120は、シリコン窒化膜からなり、膜厚は170nmであり、各銅配線111,115,119の銅が拡散するのを防止する役割を果たす。なお、拡散防止膜は、シリコン窒化膜からなるものに限定されず、シリコンカーバイド膜を用いても酸化膜中での拡散係数が大きい銅の拡散を防止する役割を果たす。
Each
プリメタル層間絶縁膜109及び各配線層113,117,121の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)には、それらを厚み方向に貫通する穴部122が形成されており、当該穴部122内に導光部材123が充填されていると共に、当該穴部122の内周面に光透過防止膜124が形成されている。
A
導光部材123は、シリコン酸化膜からなり、プリメタル層間絶縁膜109及び各配線層113,117,121を厚み方向に貫通するようにして形成されており、後述する層間膜125と一体である。
The
光透過防止膜124は、穴部122の内周面全体に亘って形成された膜厚60nmのシリコン窒化膜であり、第1光透過防止部分124a、第2光透過防止部分124b及び第3光透過防止部分124cで構成されている。第1光透過防止部分124aは、導光部材123とプリメタル層間絶縁膜109との間、及び、導光部材123と第1配線層113との間に形成されている。第2光透過防止部分124bは、導光部材123と第2配線層117との間に形成されている。第3光透過防止部分124cは、導光部材123と第3配線層121との間に形成されている。
The light
第1光透過防止部分124aは、第1拡散防止膜112と接触している。また、第1光透過防止部分124aは、反射防止膜107及びストッパー膜108と接触しているが、レイアウトの都合上、ゲート電極105と接触する構成であっても構わない。第2光透過防止部分124bは、第2拡散防止膜116と接触している。第3光透過防止部分124cは、第3拡散防止膜120と接触している。
The first light
光透過防止膜124が形成されているため、回折散乱して導光部材123の側方からプリメタル層間絶縁膜109や各配線層113,117,121に漏れる光を、図1において実線の矢印で示すように、光透過防止膜124(光透過防止膜124と他の部材との界面)で反射させて受光部101へ導いたり、前記光を光透過防止膜124を透過する際に吸収して光強度を減衰させたりすることができる。したがって、プリメタル層間絶縁膜109や各層間絶縁膜110,114,118に光が漏れて、図1において破線の矢印で示すように、各拡散防止膜112,116,120間や、第1拡散防止膜112とストッパー膜108との間で反射を繰り返しながら伝搬しにくく、その結果、漏れた光が隣接画素に入り込むことによる混色が起こりにくい。
Since the light
特に、第1の実施形態では、光透過防止膜124が穴部122の内周面全体に亘って形成されているため、それらプリメタル層間絶縁膜109及び各配線層113,117,121に光が漏れにくい。
In particular, in the first embodiment, since the light
光透過防止膜124は、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、オキシナイトライド膜のような絶縁材料を用いた膜であることが好ましい。絶縁材料を用いた膜であれば、金属材料を用いた膜である場合と比べて光透過防止膜124を形成する際にエッチング残渣(金属残渣)が生じにくく、その結果、接続孔(ビア)及び配線のショート不良が起こりにくいため、製造歩留まり特性の良好な固体撮像素子とすることができる。
The light
また、光透過防止膜124は、1種類の膜で構成されている場合に限定されず、2種類以上の膜で構成されていてもよい。例えば、反射率の高い膜、透過率の低い膜、絶縁性の高い膜などを適宜組み合わせて光透過防止膜124を構成することが考えられる。
Further, the light
光透過防止膜124は、20〜100nmの膜厚にて形成されていることが好ましい。膜厚が20nm以上であれば、反射による光透過防止効果が期待できる。また、膜厚が60nm以上であれば光透過防止膜124が光を吸収し光強度を減衰させることによる光透過防止効果も期待できる。一方、膜厚が100nmより厚くなると、光透過防止膜124の厚みにより穴部122の開口面積が縮小するため固体撮像素子の感度特性が低下する。感度特性を向上させるためには、光透過防止膜124の膜厚は薄い方が望ましい。
The light
第3配線層121の上には、シリコン基板100側から順に、シリコン酸化膜からなる膜厚150nmの層間膜125、シリコン窒化膜からなる膜厚200nmの保護膜126、及びカラーフィルター127が形成され、さらに受光部101に対応する位置にマイクロレンズ128が形成されている。
On the
図2〜図4は、第1の実施形態に係る固体撮像素子の配線構造を示す平面図である。図2〜図4に示すように、固体撮像素子は、符号130で示す領域が1画素部であり、活性化領域の受光部101、画素部トランジスタ形成領域131及び素子分離領域132を備える。また、図示しないが、転送トランジスタ、増幅用トランジスタ、リセット用トランジスタ等の各種トランジスタゲート電極も備える。
2 to 4 are plan views showing the wiring structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment. As shown in FIGS. 2 to 4, the solid-state imaging device has a region denoted by
受光部101は、短辺の長さが900nm、長辺の長さが1500nmである。素子分離領域132の幅L1は200nmである。第1銅配線111は、図2に示すようなパターンで形成されており、第1接続孔(不図示)を介して画素部トランジスタ形成領域131や前記各種トランジスタゲート電極と接続されている。第1銅配線111は、幅が160nm、配線間の最短距離L2が180nm、穴部122との間隙の最短幅L3が80nmである。なお、第1銅配線111と穴部122との露光装置によるマスク合わせの自由度は60nm以内の見積もりで設計されている。第1光透過防止部分124aは、穴部122の内周面に沿って形成されている。
The
第2銅配線115は、図3に示すようなパターンで形成されており、幅が160〜200nm、配線間の最短距離L4が180nm、穴部122との間隙の最短幅L5が80nmである。なお、第2銅配線115と穴部122との露光装置によるマスク合わせの自由度は60nm以内の見積もりで設計されている。第2光透過防止部分124bは、穴部122の内周面に沿って形成されている。
The
第3銅配線119は、図4に示すようなパターンで形成されており、幅が200〜300nm、配線間の最短距離が1400〜1500nm、穴部122との間隙の幅が100〜150nmである。なお、第3銅配線119と穴部122との露光装置によるマスク合わせの自由度は60nm以内の見積もりで設計されている。第3光透過防止部分124cは、穴部122の内周面に沿って形成されている。
The
<固体撮像素子の製造方法>
本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、まず、シリコン基板100内にイオン注入等により受光部101及び検出部102を形成し、さらに、表面P型層103を受光部101上に形成する。そして、シリコン基板100の上面に、ゲート層間絶縁膜104及びゲート電極105を形成する。
<Method for Manufacturing Solid-State Imaging Device>
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, first, the
次に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを順次成膜した後、リソグラフィー技術によるパターニング形成により受光部101上方とゲート電極105上の一部とをマスクし、異方性ドライエッチングによりマスクされていない部分のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を選択的に除去することによって、サイドウォール106及び反射防止膜107を形成する。
Next, after sequentially forming a silicon oxide film and a silicon nitride film, the upper part of the
次に、シリコン窒化膜を成膜し、リソグラフィー技術によるパターニング形成により受光部101上方が開口したマスクをし、ドライエッチングにより受光部101上方にあたる領域のシリコン窒化膜を選択的に除去することによって、ストッパー膜108を形成する。その際のドライエッチングにより、反射防止膜107のシリコン窒化膜についても受光部101上方にあたる領域を選択的に除去することによって、前記反射防止膜107を反射防止効果が得られる所望の膜厚(30〜70nm)に薄膜化する。
Next, a silicon nitride film is formed, a mask in which the upper part of the
次に、シリコン窒化膜を成膜し、リソグラフィー技術によるパターニング形成とドライエッチングにより、受光部101の上方以外の領域にストッパー膜108を形成する。
Next, a silicon nitride film is formed, and a
続いて、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によりBPSG膜を成膜し、当該BPSG膜の表面を、例えば900℃、30秒のアニールによりリフローさせ、さらにCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨により平坦化してプリメタル層間絶縁膜109を形成する。なお、プリメタル層間絶縁膜109には、検出部102上、ゲート電極105上、及び、周辺回路のトランジスタで使用するソース・ドレイン領域上に第1接続孔(不図示)を形成する。第1接続孔は、プリメタル層間絶縁膜109にドライエッチングにてコンタクトホールを形成した後、金属材料であるタングスデン(W)を埋め込み、CMP研磨により平坦化して形成する。
Subsequently, a BPSG film is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, the surface of the BPSG film is reflowed, for example, by annealing at 900 ° C. for 30 seconds, and further planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing) to be premetalized. An interlayer insulating
次に、第1配線層113を形成する。第1配線層113は、まず、第1層間絶縁膜110となるシリコン酸化膜を成膜し、シングルダマシン法により第1銅配線111を設ける。その際、第1層間絶縁膜110と第1銅配線111との間には、CVD法やスパッタリング法によりタンタル(Ta)と窒化タンタル(TaN)の積層膜からなるバリアメタル膜(不図示)を形成する。その後、第1拡散防止膜112となるシリコン窒化膜を成膜して第1配線層113が完成する。
Next, the
次に、光透過防止膜124の第1光透過防止部分124aを形成する。図5は、第1の実施形態に係る第1光透過防止部分の形成方法を説明するための図である。まず、リソグラフィー技術によるパターニング形成とドライエッチングにより、第1拡散防止膜112、第1層間絶縁膜110及びプリメタル層間絶縁膜109の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)を選択的に除去して穴部122を形成する(図5(a))。次に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成し(図5(b))、異方性ドライエッチングにより、反射防止膜107上及び第1拡散防止膜112上のシリコンン窒化膜を選択的に除去して、穴部122の内周面のシリコン窒化膜だけを残し、第1光透過防止部分124aを形成する(図5(c))。
Next, the first light
光透過防止膜124を形成する際のドライエッチング法としては、異方性の高いドライエッチング法を採用することが望ましい。この方法は、穴部122の内周面のシリコン窒化膜を除去することなく穴部122の底部のシリコン窒化膜(反射防止膜107上のシリコン窒化膜)を除去するのに適している。
As a dry etching method for forming the light
次に、第2層間絶縁膜114となるシリコン酸化膜を成膜し、当該シリコン酸化膜の表面をCMP研磨により平坦化して、ビアファースト法及びデュアルダマシン法によりバリアメタル膜(不図示)で被覆された第2銅配線115を設け、さらに、第2拡散防止膜116となるシリコン窒化膜を成膜する。
Next, a silicon oxide film to be the second
次に、光透過防止膜124の第2光透過防止部分124bを形成する。図6は、第1の実施形態に係る第2光透過防止部分の形成方法を説明するための図である。まず、リソグラフィー技術によるパターニング形成とドライエッチングにより、第2拡散防止膜116及び第2層間絶縁膜114の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)を選択的に除去して穴部122を形成する(図6(a))。次に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成し、異方性ドライエッチングにより、反射防止膜107上及び第2拡散防止膜116上のシリコンン窒化膜を選択的に除去して、穴部122の内周面のシリコン窒化膜だけを残し、第2光透過防止部分124bを形成する(図6(b))。
Next, the second light
次に、第3層間絶縁膜118となるシリコン酸化膜を成膜し、当該シリコン酸化膜の表面をCMP研磨により平坦化して、ビアファースト法及びデュアルダマシン法によりバリアメタル膜(不図示)で被覆された第3銅配線119を設け、さらに、第3拡散防止膜120となるシリコン窒化膜を成膜する。
Next, a silicon oxide film to be the third
次に、光透過防止膜124の第3光透過防止部分124cを形成する。図7は、第1の実施形態に係る第3光透過防止部分の形成方法を説明するための図である。まず、リソグラフィー技術によるパターニング形成とドライエッチングにより、第3拡散防止膜120及び第3層間絶縁膜118の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)を選択的に除去して穴部122を形成する(図7(a))。次に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成し、異方性ドライエッチングにより、反射防止膜107上及び第3拡散防止膜120上のシリコンン窒化膜を選択的に除去して、穴部122の内周面のシリコン窒化膜だけを残し、第3光透過防止部分124cを形成する(図7(b))。
Next, the third light
なお、光透過防止膜124は、各光透過防止部分124a〜124cを個別に形成するのではなく光透過防止膜124全体を一度に形成してもよい。図8は、第1の実施形態の変形例に係る光透過防止膜の形成方法を説明するための図である。その場合は、例えば図8に示すように、各光透過防止部分124a〜124cを形成することなく第3拡散防止膜120まで形成し(図8(a))、次に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成し(図8(b))、異方性ドライエッチングにより、反射防止膜107上及び第3拡散防止膜120上のシリコンン窒化膜を選択的に除去して、穴部122の内周面全体に一度に光透過防止膜124を形成する(図8(c))ことが考えられる。
The light
光透過防止膜134の形成後、シリコン酸化膜を成膜して層間膜125を形成する。その際、穴部122内にもシリコン酸化膜が成膜されることにより導光部材123が充填される。さらに、シリコン窒化膜を成膜して保護膜126を形成し、カラーフィルター127形成した後、受光部101上方にマイクロレンズ128を形成する。なお、保護膜126とカラーフィルター127の間、また、カラーフィルター127とマイクロレンズ128の間には、アクリル樹脂からなる平坦化層(不図示)を形成してもよい。
After the formation of the light transmission preventing film 134, a silicon oxide film is formed to form an
[第2の実施形態]
図9は、第2の実施形態に係る固体撮像素子の受光部周辺の構造を模式的に示す断面図である。図9に示すように、第2の実施形態に係る固体撮像素子は、主として、光透過防止膜224の構成が第1の実施形態に係る固体撮像素子と相違する。その他の構成は第1の実施形態に係る固体撮像素子とほぼ同様であるため、同様の構成部分については第1の実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the structure around the light receiving part of the solid-state imaging device according to the second embodiment. As shown in FIG. 9, the solid-state imaging device according to the second embodiment is mainly different from the solid-state imaging device according to the first embodiment in the configuration of the light transmission preventing film 224. Since the other configuration is substantially the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
第2の実施形態に係る光透過防止膜224は、第1の実施形態に係る光透過防止膜124と同様に第1光透過防止部分224a、第2光透過防止部分224b及び第3光透過防止部分224cからなるが、各光透過防止部分224a〜224cが繋がっておらず分離している点が異なる。
The light transmission preventing film 224 according to the second embodiment is similar to the light
より具体的には、第2の実施形態に係る各光透過防止部分224a〜224cは、第1の実施形態に係る光透過防止部分124a〜124cよりも下側(シリコン基板100側)が短く、第1光透過防止部分224aの下端は反射防止膜107及びストッパー膜108と接触しておらず、第2光透過防止部分224bの下端は第1光透過防止部分224aの上端と接触しておらず、第3光透過防止部分224cの下端は第2光透過防止部分224bの上端と接触していない。
More specifically, the light
第2の実施形態に係る固体撮像素子も、穴部122の内周面と導光部材123との間に光透過防止膜224が形成されているため、導光部材123に入射した光が隣接画素に漏れにくい。なお、光透過防止膜224は、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、オキシナイトライド膜のような絶縁材料を用いた膜であることが好ましいこと、二種類以上の膜で構成されていてもよいこと、20〜100nmの膜厚にて形成されていることが好ましいことなどは、第1の実施形態に係る光透過防止膜124と同様である。
Also in the solid-state imaging device according to the second embodiment, since the light transmission preventing film 224 is formed between the inner peripheral surface of the
図10は、第2の実施形態に係る第1光透過防止部分の形成方法を説明するための図である。図10に示すように、第1光透過防止部分224aは、まず、リソグラフィー技術によるパターニング形成とドライエッチングにより、第1拡散防止膜112、第1層間絶縁膜110及びプリメタル層間絶縁膜109の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)を除去して穴部122を形成する(図10(a))。
FIG. 10 is a diagram for explaining a method of forming the first light transmission preventing portion according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the first light
その際、プリメタル層間絶縁膜109は完全に除去せず所定の厚みを残す。このように、プリメタル層間絶縁膜109に所定の厚みを残して穴部122を浅く形成することで、穴部122内にシリコン酸化膜を成膜する際の埋め込み不良(ボイド)を防止することができる。
At that time, the premetal
次に、CVD法によりシリコン窒化膜を形成し(図10(b))、異方性ドライエッチングにより、反射防止膜107上及び第1拡散防止膜112上のシリコンン窒化膜を選択的に除去して、穴部122の内周面のシリコン窒化膜だけを残し、下端が反射防止膜107及びストッパー膜108と接触しない第1光透過防止部分224aを形成する(図10(c))。
Next, a silicon nitride film is formed by CVD (FIG. 10B), and the silicon nitride film on the
なお、第2光透過防止部分224a及び第3光透過防止部分224cを形成する際も、第1光透過防止部分224aの場合と同様に、第2層間絶縁膜114及び第3層間絶縁膜118の受光部101上方にあたる領域(受光部相当領域)に穴部122を形成する際に、所定の厚みを残して穴部122を浅く形成することで、穴部122内にシリコン酸化膜を成膜する際の埋め込み不良を防止する。
When forming the second light
[第3の実施形態]
図11は、第3の実施形態に係る固体撮像素子の受光部周辺の構造を模式的に示す断面図である。図11に示すように、第3の実施形態に係る固体撮像素子は、主として、第3光透過防止部分124c、第3拡散防止膜120及び層間膜125を形成しない点が第1の実施形態に係る固体撮像素子と相違する。その他の構成は第1の実施形態に係る固体撮像素子とほぼ同様であるため、同様の構成部分については第1の実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing the structure around the light receiving unit of the solid-state imaging device according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, the solid-state imaging device according to the third embodiment is mainly different from the first embodiment in that the third light
第3の実施形態に係る光透過防止膜324は、第1光透過防止部分324a及び第2光透過防止部分324bからなり、第3光透過防止部分はない。第3の実施形態に係る固体撮像素子も、穴部122の内周面と導光部材123との間に光透過防止膜324が形成されているため、導光部材123に入射した光が隣接画素に漏れにくい。なお、光透過防止膜324は、シリコン窒化膜、シリコンカーバイド膜、オキシナイトライド膜のような絶縁材料を用いた膜であることが好ましいこと、二種類以上の膜で構成されていてもよいこと、20〜100nmの膜厚にて形成されていることが好ましことなどは、第1の実施形態に係る光透過防止膜124と同様である。
The light
第3の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法においては、第3銅配線119を形成後は、第3拡散防止膜及び層間膜を形成することなく保護膜126を設ける。保護膜126は、第3拡散防止膜120と同材料のシリコン窒化膜からなるため、銅拡散防止膜の役割も果たす。保護膜126は、受光部101の上方にあたる領域が除去されないため、当該保護膜126によって入射光の回折散乱は発生しない。
In the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the third embodiment, after the
第3の実施形態に係る固体撮像素子では、第3光透過防止部分を形成する必要がなく、第1光透過防止部分324a及び第2光透過防止部分324bのみを形成すればよいため製造コスト的に有利である。
In the solid-state imaging device according to the third embodiment, it is not necessary to form the third light transmission preventing portion, and only the first light
[変形例]
以上、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法を実施の形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法は、上記の実施の形態に限定されない。
[Modification]
As described above, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been specifically described based on the embodiments. However, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to the above-described embodiments.
例えば、本発明に係る固体撮像素子は、第1〜第3の実施形態に係る固体撮像素子の構成の一部を組み合わせた構成であってもよい。また、第1〜第3の実施形態に係る固体撮像素子は、画素部と検出部を備えたMOS型固体撮像素子であったが、CCDの場合でも本発明の技術的を適用できる。また、第1〜第3の実施形態に係る固体撮像素子は配線層が3層構造であったが、本発明に係る固体撮像素子は、配線層が1層構造、2層構造又は4層構造以上でもあってもよい。また、光透過防止膜と導光部材との間、及び、光透過防止膜と穴部の内周面との間には、光透過防止膜以外の膜が形成されていてもよい。 For example, the solid-state imaging device according to the present invention may have a configuration in which a part of the configuration of the solid-state imaging device according to the first to third embodiments is combined. Moreover, although the solid-state imaging device according to the first to third embodiments is a MOS type solid-state imaging device including a pixel unit and a detection unit, the technology of the present invention can be applied even in the case of a CCD. The solid-state imaging device according to the first to third embodiments has a three-layer wiring layer. However, the solid-state imaging device according to the present invention has a one-layer structure, a two-layer structure, or a four-layer structure. It may be above. Further, a film other than the light transmission preventing film may be formed between the light transmission preventing film and the light guide member and between the light transmission preventing film and the inner peripheral surface of the hole.
本発明に係る固体撮像素子は、色再現性が良好であるため、特に、高級一眼レフタイプディジタルスチルカメラを始め、民生用、プロ用ディジタルスチルカメラ用固体撮像素子、ハイビジョン動画撮像を主体とする民生・放送用機器の固体撮像素子等に有用である。 Since the solid-state imaging device according to the present invention has good color reproducibility, it is mainly used for high-definition single-lens reflex digital still cameras, consumer and professional digital still cameras, and high-definition video imaging. It is useful for solid-state image sensors for consumer and broadcast equipment.
100 半導体基板
101 受光部
107 反射防止膜
110,114,118 層間絶縁膜
111,115,119 銅配線
112,116,120 拡散防止膜
113,117,121 配線層
122 穴部
123 導光部材
124 光透過防止膜
124a,124b,124c 光透過防止部分
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記穴部の内周面と前記導光部材との間に光透過防止膜が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。 A wiring layer in which an interlayer insulating film, a copper wiring, and a diffusion preventing film for preventing copper diffusion are laminated on the main surface of the semiconductor substrate on which the light receiving portion for performing photoelectric conversion is formed on the main surface has a single layer or a multilayer structure. A solid-state imaging device formed and filled with a light guide member in a hole provided by removing a region corresponding to a light receiving portion of the wiring layer,
A solid-state imaging device, wherein a light transmission preventing film is formed between an inner peripheral surface of the hole and the light guide member.
前記半導体基板の主表面上方に、層間絶縁膜、銅配線及び銅の拡散を防止する拡散防止膜を積層した配線層を1層若しくは多層構造で形成する工程と、
前記配線層の受光部相当領域を除去して穴部を設ける工程と、
前記穴部の内周面に光透過防止膜を形成する工程と、
前記穴部に導光部材を充填する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 Forming a light receiving portion for performing photoelectric conversion on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a wiring layer in a single layer or a multilayer structure in which an interlayer insulating film, a copper wiring, and a diffusion preventing film for preventing copper diffusion are laminated above the main surface of the semiconductor substrate;
Removing the region corresponding to the light receiving portion of the wiring layer to provide a hole; and
Forming a light transmission preventing film on the inner peripheral surface of the hole,
And a step of filling the hole with a light guide member.
前記受光部の上方に反射防止膜を形成し、受光部相当領域が開口したマスクによりドライエッチングして、前記反射防止膜を薄膜化する工程を含むことを特徴とする請求項7又は8記載の固体撮像素子の製造方法。 After the step of forming the light receiving portion and before the step of forming the wiring layer,
9. The method according to claim 7, further comprising a step of forming an antireflection film above the light receiving portion and performing dry etching with a mask having an opening corresponding to the light receiving portion to thin the antireflection film. Manufacturing method of solid-state image sensor.
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