JP2010087441A - Solid-state imaging device and method of manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関し、特には受光部上に導波路を設けてなる固体撮像装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device in which a waveguide is provided on a light receiving portion and a manufacturing method therefor.
近年、固体撮像装置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が進み、高感度を維持する事が困難になって来た。その対策のひとつとして、受光部上の配線層に導波路を設ける構成が提案されている。すなわち、図8に示すように、各画素において受光部101が設けられた半導体基板102上には、複数層の配線103を層間絶縁膜104で絶縁してなる積層配線構造が設けられている。層間絶縁膜104上において受光部101上に相当する位置には、カラーフィルタ105等を介してオンチップレンズ106が設けられている。そこで、層間絶縁膜104における受光部101上に対応する部分に導波路開口107を設けて光透過性埋め込み層108で埋め込むことにより、オンチップレンズ106で集光された光を効率よく受光部101に入射させる構成としている。
In recent years, in a solid-state imaging device, pixel miniaturization has progressed due to an increase in the number of imaging pixels. Along with this, miniaturization of the photoelectric conversion portion has progressed, and it has become difficult to maintain high sensitivity. As one of countermeasures, a configuration in which a waveguide is provided in the wiring layer on the light receiving portion has been proposed. That is, as shown in FIG. 8, a laminated wiring structure in which a plurality of layers of
以上のような構成においては、導波路開口107の内壁に、屈折率の高い窒化シリコン等からなる光透過性下地層109をCVD法やスパッタ法などによって成膜し、これを介して導波路開口107内を光透過性埋め込み層108で埋め込む構成が提案されている。これにより光透過性下地層109と光透過性埋め込み層108との屈折率差を利用し、受光部101に対する集光性を高めることができる(下記特許文献1,2参照)。またこのような構成においては、窒化シリコンのような透水性の低い材料で光透過性下地層109を構成することにより、導波路開口107から層間絶縁膜104への水分の浸入を防止して要素信頼性を高める効果もある。
In the configuration as described above, a light-transmitting
ところが、上述した導波路を設置した固体撮像素子の構造では、画素の微細化が更に進み、導波路開口の高アスペクト化が進んだ場合、導波路開口内への光透過性材料の埋め込み性は厳しくなる一方である。このため、図8に示すように、導波路開口107の内壁にCVD法やスパッタ法などによって光透過性下地層109を成膜すると、導波路開口107における上層部分が光透過性下地層109によってオーバーハング状に狭められる。これにより、光透過性埋め込み層108による導波路開口107内の埋め込み特性が悪化し、ボイドBを発生させる場合があった。このようなボイドBの発生は導波路開口107を介しての受光部101への集光性を劣化させるだけではなく、ボイドBに封じ込められた水分によって配線103を劣化させる要因ともなる。
However, in the structure of the solid-state imaging device provided with the above-described waveguide, when the pixel is further miniaturized and the aspect of the waveguide opening is increased, the embedding property of the light-transmitting material in the waveguide opening is It's getting harder. For this reason, as shown in FIG. 8, when the light-transmitting
そこで本発明は、ボイドの発生なく導波路開口内が光透過性材料で埋め込まれてなる導波路を有し、これにより集光特性を向上させることが可能な固体撮像装置を提供すること、さらにはこの固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a solid-state imaging device that has a waveguide in which the inside of the waveguide opening is embedded with a light-transmitting material without generation of voids, and thereby can improve the light collection characteristics. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing the solid-state imaging device.
このような目的を達成するための本発明の固体撮像装置は、受光部が設けられた基板上に絶縁層が設けられている。この絶縁層において受光部上となる位置には導波路開口が設けられており、導波路開口の内壁には光透過性下地層を介して光透過性埋め込み層が設けられている。この導波路開口の上方には、オンチップレンズが設けられている。そして特に、光透過性下地層は、導波路開口の内壁を含む絶縁層の露出面の改質処理によって形成された層あることが特徴的である。 In order to achieve such an object, in the solid-state imaging device of the present invention, an insulating layer is provided on a substrate provided with a light receiving portion. A waveguide opening is provided at a position on the light receiving portion in the insulating layer, and a light transmissive buried layer is provided on the inner wall of the waveguide opening via a light transmissive underlayer. An on-chip lens is provided above the waveguide opening. In particular, the light-transmitting underlayer is characterized by being a layer formed by modifying the exposed surface of the insulating layer including the inner wall of the waveguide opening.
また本発明は、このような固体撮像装置の製造方法でもあり次の手順を特徴としている。先ず、受光部が設けられた基板上に絶縁層を形成し、絶縁層における受光部上となる位置に導波路開口を形成する。次に絶縁層の露出面に改質処理を施すことにより、導波路開口の内壁を含む絶縁層の露出面を覆う光透過性下地層を形成する。その後、光透過性下地層を介して導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層を形成し、次いで導波路開口の上方にオンチップレンズを形成する。 The present invention is also a method for manufacturing such a solid-state imaging device, and is characterized by the following procedure. First, an insulating layer is formed on a substrate provided with a light receiving portion, and a waveguide opening is formed at a position on the light receiving portion in the insulating layer. Next, the exposed surface of the insulating layer is modified to form a light-transmitting underlayer that covers the exposed surface of the insulating layer including the inner wall of the waveguide opening. Thereafter, a light-transmitting buried layer is formed to fill the waveguide opening through the light-transmitting underlayer, and then an on-chip lens is formed above the waveguide opening.
以上によれば、導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層の光透過性下地層を、導波路開口の内壁の改質処理によって形成することにより、当該光透過性下地層の膜厚が導波路開口の内壁においてほぼ均一になる。このため、光透過性下地層によって、導波路開口の上部の開口径が特に狭められてオーバーハング形状になることはなく、この光透過性下地層を介して導波路開口内に設けられた光透過性埋め込み層の埋め込み特性を維持できる。 According to the above, by forming the light-transmitting underlayer of the light-transmitting embedded layer that embeds the inside of the waveguide opening by the modification treatment of the inner wall of the waveguide opening, the film thickness of the light-transmitting underlayer is guided. It becomes almost uniform on the inner wall of the waveguide opening. For this reason, the diameter of the upper portion of the waveguide opening is not particularly narrowed by the light-transmitting underlayer, and an overhanging shape is not caused. The light provided in the waveguide opening via this light-transmitting underlayer The embedding characteristics of the transmissive embedding layer can be maintained.
以上説明したように本発明によれば、光透過性下地層を介しての導波路開口内の埋め込み特性が維持されるため、ボイドの発生なく導波路開口内が光透過性材料で埋め込まれてなる導波路を設けることが可能になる。これにより、導波路を設けた固体撮像装置において、導波路を介しての受光部への集光特性を向上させることが可能になる。 As described above, according to the present invention, since the embedding property in the waveguide opening through the light-transmitting underlayer is maintained, the inside of the waveguide opening is embedded with the light-transmitting material without generation of voids. It becomes possible to provide a waveguide. Thereby, in the solid-state imaging device provided with the waveguide, it is possible to improve the light condensing characteristic to the light receiving unit via the waveguide.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、説明は、以下の順序で行なう。
1.第1実施形態(絶縁膜上に光透過性埋め込み層を残す例)
2.第2実施形態(絶縁膜上の光透過性埋め込み層を除去する例)
3.第3実施形態(導波路開口の底部を下地絶縁膜とした例)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First Embodiment (Example of leaving a light-transmitting buried layer on an insulating film)
2. Second Embodiment (Example of removing a light-transmitting buried layer on an insulating film)
3. Third embodiment (example in which the bottom of the waveguide opening is a base insulating film)
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の固体撮像装置における1画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置1Aの構成を、図2および図3の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part for one pixel in the solid-state imaging device according to the first embodiment. The configuration of the solid-state imaging device 1A shown in this figure will be described in the order of manufacturing steps based on the sectional process diagrams of FIGS.
先ず、図2(1)に示すように、単結晶シリコン等からなる半導体基板3の表面層に、不純物拡散層によって構成された受光部5を形成する。この受光部5は、ここでの図示を省略した素子分離によって分離された各画素領域に設ける。各受光部5は、例えばP型拡散層とその表面側のN型拡散層とで構成されたダイオードとして形成され、さらにP型拡散層からなる正孔蓄積層によって表面を覆う構成としても良い。
First, as shown in FIG. 2A, a
またここでの図示は省略したが、各画素領域には、受光部5の他に不純物拡散層によって構成されたフローティングディフュージョン等を形成し、さらに半導体基板3上には転送ゲート、リセットゲート、アンプゲート等を必要に応じて形成する。
Although not shown here, in each pixel region, in addition to the
以上のような半導体基板3上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜7を成膜する。次いで、下地絶縁膜7上に層間絶縁膜9を成膜し、層間絶縁膜9の表面側に溝パターンを形成してこの内部に導電性材料を埋め込んでなる配線11を形成する。この際、層間絶縁膜9は、シリコン系材料膜が好ましく用いられ、酸化シリコン(SiO2)の他、炭素含有酸化シリコン(SiOC)やポリアリデン(PAr)のような酸化シリコンよりも誘電率の低いいわゆる低誘電率膜であっても良い。低誘電率材料によって層間絶縁膜9を構成することにより、固体撮像素子の変換効率の向上が期待される。また配線11は、受光部5の上方には配置されないようにレイアウトされると共に、上下層の配線11間は、層間絶縁膜9に形成した接続孔(図示省略)によって必要部分が接続されていることとする。
On the
以降、例えば、層間絶縁膜9の成膜と溝パターン内への配線11の形成とを繰り返し、最後に層間絶縁膜9を成膜することにより、多層配線構造を形成する。尚、多層配線構造は、配線11の形成と、これを覆う層間絶縁膜9の成膜とを繰り返し行なうことで形成しても良く、配線11が埋め込み配線であることに限定されることはない。
Thereafter, for example, the formation of the
以上により、受光部5が設けられた半導体基板3上に、下地絶縁膜7とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜9とからなる絶縁層13を形成する。この絶縁層13は、層間絶縁膜9間に埋め込み配線11を設けたものとなる。
As described above, the
次に、図2(2)に示すように、絶縁層13における受光部5の上部に相当する位置に、導波路開口15をパターン形成する。この導波路開口15は、受光部5の上部のみを広く開口する平面形状を有すると共に、最下層の層間絶縁膜9を底面とする深さであって絶縁層13を貫通しない凹状に形成される。また、導波路開口15は、内壁に配線11が露出することのないように形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, a
このような導波路開口15のパターン形成は、例えばレジストマスクや無機マスクを用いたドライエッチングによって行われる。
Such pattern formation of the
次に、図2(3)に示すように、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17を形成する。ここでは絶縁層13の露出面を改質処理することによって、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17を形成するところが特徴的である。
Next, as shown in FIG. 2 (3), a light-transmitting
このような改質処理としては、絶縁層13の露出表面の酸化処理または窒化処理が行われることとし、酸化処理または窒化処理が酸化窒化処理であっても良い。これにより、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面を覆う状態で、層間絶縁膜9を構成する材料の酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜からなる光透過性下地層17が形成される。
As such modification treatment, oxidation treatment or nitridation treatment of the exposed surface of the insulating
例えば、絶縁層13の露出表面を構成する層間絶縁膜9がシリコン系材料膜である場合に、改質処理として酸化処理を行うことにより、酸化シリコン系材料からなる光透過性下地層17が形成される。また改質処理として窒化処理を行うことにより、窒化シリコン系材料からなる光透過性下地層17が形成される。さらに改質処理として酸窒化処理を行うことにより、酸窒化シリコン系材料からなる光透過性下地層17が形成される。
For example, when the
中でも、光透過性下地層17は、窒化処理を行うことによって形成される窒化シリコン系材料膜、または酸窒化処理を行うことによって形成される酸窒化シリコン系材料膜であることが好ましい。
In particular, the light-transmitting
これらの膜は、透水性(透過性)が低く、かつ高屈折率な組成である。このため、導波路開口15内に入射した光を導波路開口15内に閉じ込め、かつ導波路開口部15から侵入してくる水分が絶縁層13に浸入することブロックできることから、光透過性下地層17として適している。特に、変換効率を向上させる目的で、絶縁層13を構成する層間絶縁膜9を炭素含有酸化シリコン(SiOC)やポリアリデン(PAr)のような低誘電率材料膜で構成した場合には、これらの低誘電率材料は膜密度が低い。このため、導波路開口15から侵入して来た水分が配線11を劣化させる可能性があるが、光透過性下地層17として窒化シリコン系材料膜または酸窒化シリコン系材料膜を用いることにより、このような水分の侵入をブロックでき、要素信頼性も向上が期待できる。
These films have a low water permeability (permeability) and a high refractive index composition. For this reason, the light that has entered the
以上のような改質処理のための酸化処理、窒化処理、または酸化窒化処理は、絶縁層13の処理面を酸素プラズマや窒素プラズマに曝す、いわゆるプラズマ処理を適用して行なわれることが好ましい。これにより、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面を、数nmの深さで酸化または窒化させる改質処理が行われる。
The oxidation treatment, nitriding treatment, or oxynitriding treatment for the modification treatment as described above is preferably performed by applying a so-called plasma treatment in which the treatment surface of the insulating
例えば、改質処理として、CVD装置を用いたプラズマ窒化処理を行う場合の処理条件は、次の様である。
ガスおよび流量 :窒素ガス(N2)=300sccm、
:ヘリウムガス(He)=3000sccm、
処理雰囲気内圧力:10mTorr、
ソース電力 :100W、
基板温度 :300℃、
処理時間 :30秒。
For example, the processing conditions for performing the plasma nitriding process using a CVD apparatus as the reforming process are as follows.
Gas and flow rate: Nitrogen gas (N 2 ) = 300 sccm,
: Helium gas (He) = 3000 sccm,
Processing atmosphere pressure: 10 mTorr,
Source power: 100W,
Substrate temperature: 300 ° C.
Processing time: 30 seconds.
尚、改質処理に用いる装置は、プラズマ発生可能な装置であればCVD装置に限定されることなく、エッチング装置やアッシング装置であっても良い。 The apparatus used for the modification treatment is not limited to a CVD apparatus as long as it can generate plasma, but may be an etching apparatus or an ashing apparatus.
次に、図3(1)に示すように、光透過性下地層17を介して導波路開口15内を埋め込む光透過性埋め込み層19を成膜形成する。この光透過性埋め込み層19は、アクリル系、またはフッ素系の高分子、有機ケイ素ポリマーのシロキサン、ポリアリデン(PAr)など光透過率の高い材料で構成される。これにより、導波路開口15内に、耐透水性を有する光透過性下地層17を介して、上記光透過性埋め込み層19を埋め込んでなる導波路を、受光部3上に形成する。
Next, as shown in FIG. 3A, a light transmissive buried
その後、図3(2)に示すように、光透過性埋め込み層19上にカラーフィルタ層21を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, a
以上の後、図1に示したように、導波路開口15の上方となる位置にオンチップレンズ23を形成し、固体撮像装置1Aを完成させる。
After the above, as shown in FIG. 1, the on-chip lens 23 is formed at a position above the
以上のようにして構成された固体撮像装置1Aは、半導体基板3の表面側に受光部5が設けられ、これを覆う状態で絶縁層13が設けられていると共に、この絶縁層13における受光部5上の位置に導波路開口15が設けられてものとなる。この導波路開口15内には、光透過性下地層17を介して光透過性埋め込み層19を埋め込まれている。ここでは、この光透過性下地層17が、絶縁層13の露出面に対して窒化処理や酸化処理のような改質処理を施すことによって形成したものであるところが特徴的である。また、導波路開口15が設けられた絶縁層13上には、カラーフィルタ層21が設けられ、さらにこの上部には導波路開口15の上方となる位置にオンチップレンズ23が設けられている。これにより、オンチップレンズ23で集光された光が効率良く受光部5に入射される構成となっている。
In the solid-state imaging device 1A configured as described above, the
尚、固体撮像装置1Aを構成する各部材の詳細な説明は、上述した製造工程で説明した通りである。 The detailed description of each member constituting the solid-state imaging device 1A is as described in the manufacturing process described above.
このような構成の固体撮像装置1Aにおいては、上述したように、導波路開口15内を埋め込む光透過性埋め込み層19の下地となる光透過性下地層17が、導波路開口15の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、この光透過性下地層17は、導波路開口の内壁においてほぼ均一な膜厚で形成されたものとなる。したがって、この光透過性下地層17によって、導波路開口15の上部の開口径が狭められてオーバーハング形状になることはなく、この光透過性下地層17を介して導波路開口15内を埋め込む光透過性埋め込み層19の埋め込みマージンが拡大する。これにより、光透過性埋め込み層19の埋め込み特性を維持することができる。
In the solid-
この結果、ボイドの発生なく導波路開口15内が光透過性材料層19で埋め込まれてなる導波路を設けることが可能になる。これにより、固体撮像装置1Aにおいて、導波路を介しての受光部5への集光特性を向上させることが可能になる。
As a result, it is possible to provide a waveguide in which the inside of the
<第2実施形態>
図4は、第2実施形態の固体撮像装置における1画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置1Bが、図1を用いて説明した第1実施形態の固体撮像装置1Aと異なるところは、導波路開口15内のみに光透過性埋め込み層19が設けられ、この上部が保護膜30で覆われているところにある。他の構成は、同様であることとする。以下、固体撮像装置1Bの構成を、先の図2および図5の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part for one pixel in the solid-state imaging device according to the second embodiment. The solid-state imaging device 1B shown in this figure is different from the solid-state imaging device 1A of the first embodiment described with reference to FIG. 1 in that a light-transmitting buried
先ず、第1実施形態において図2を用いて説明したと同様の工程を行なう。すなわち、図2(1)に示すように、受光部5が形成された半導体基板3上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜7を形成し、この上部に層間絶縁膜9と配線11とからなる多層配線構造を形成する。そして、下地絶縁膜7とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜9とからなる絶縁層13を形成する。
First, the same steps as described with reference to FIG. 2 in the first embodiment are performed. That is, as shown in FIG. 2A, a base insulating film 7 made of, for example, silicon nitride is formed on a
次に、図2(2)に示すように、絶縁層13における受光部5の上部に相当する位置に、導波路開口15をパターン形成し、さらに図2(3)に示すように、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17を形成する。この際、絶縁層13の露出面に対して窒化処理や酸化処理などの改質処理を施すことにより、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17を形成する特徴部は、第1実施形態と同様である。
Next, as shown in FIG. 2 (2), a
また次の工程では、図5(1)に示すように、光透過性下地層17を介して導波路開口15内を埋め込む光透過性埋め込み層19を成膜形成する。この工程は、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様であり、これにより、耐透水性を有する光透過性下地層17を介して、上記光透過性埋め込み層19によって導波路開口15を埋め込んでなる導波路を受光部5形成する。
In the next step, as shown in FIG. 5 (1), a light-transmitting buried
以上の後、図5(2)に示すように、導波路開口15内のみに光透過性埋め込み層19を残す状態で、絶縁層13上の光透過性埋め込み層19を除去する工程を行なうところが、本第2実施形態に特徴的な工程となる。ここでは、例えば光透過性下地層17をストッパにして光透過性埋め込み層19をエッチンバックするか、または光透過性埋め込み層19をケミカルメカニカルポリッシング(CMP)法によって研磨除去する。
After the above, as shown in FIG. 5 (2), a step of removing the light transmissive buried
例えば、ポリアリデンからなる光透過性埋め込み層19をエッチバックする場合の処理条件は、次のようである。
エッチング装置 :平行平板型、
処理温度 :常温、
エッチングガスと流量比:窒素ガス(N2):水素ガス(H2)=1:2、
エッチング雰囲気内圧力:50mTorr、
上部RF電力 :1000W、
下部RF電力 :200W、
処理時間 :5分。
For example, the processing conditions for etching back the light transmissive buried
Etching equipment: Parallel plate type,
Processing temperature: Normal temperature,
Etching gas and flow rate ratio: nitrogen gas (N 2 ): hydrogen gas (H 2 ) = 1: 2,
Etching atmosphere pressure: 50 mTorr,
Upper RF power: 1000 W
Lower RF power: 200W
Processing time: 5 minutes.
以上の後には、図5(3)に示すように、導波路開口15内を埋め込む光透過性埋め込み層19と絶縁層13との上部に保護膜30を成膜する。保護膜30としては、例えば窒化シリコン膜のようなパッシベーション能力がある光透過性の絶縁膜であれば特に限定されることはなく、単層構造または積層構造であっても良く、さらに異なる材料膜の積層膜であっても良い。また特にこの保護膜30は、以降に形成するオンチップレンズと受光部5との距離を近づける為により薄膜である事が好ましい。オンチップレンズと受光部5の距離が近ければ近いほど、迷光などロスする回数が少なくなる為、集光性能が向上するためである。ただし、要素信頼性を劣化させる事のないように、パッシベーション機能を満たす最低限の膜厚である事を前提とした適切な膜厚tを有して成膜されることする。
After the above, as shown in FIG. 5 (3), a protective film 30 is formed on the light transmissive buried
次に、この保護膜30の上部にカラーフィルタ層21を形成する。
Next, the
以上の後、図4に示したように、導波路開口15の上方となる位置にオンチップレンズ23を形成し、固体撮像装置1Bを完成させる。
After the above, as shown in FIG. 4, the on-chip lens 23 is formed at a position above the
以上のようにして構成された固体撮像装置1Bは、第1実施形態と同様に、半導体基板3の表面側に受光部5が設けられ、これを覆う状態で絶縁層13が設けられていると共に、この絶縁層13の受光部5上の位置に導波路開口15が設けられたものとなる。そしてこの導波路開口15内には、絶縁層13の露出面に対して窒化処理や酸化処理のような改質処理を施すことによって形成した光透過性下地層17を介して、光透過性埋め込み層19を埋め込まれているところが特徴的である。また、導波路開口15が設けられた絶縁層13上には、保護膜30とカラーフィルタ層21が設けられ、さらにこの上部には導波路開口15の上方となる位置にオンチップレンズ23が設けられている。これにより、オンチップレンズ23で集光された光が効率良く受光部5に入射される構成となっている。そして特に、本第2実施形態においては、絶縁層13上の光透過性埋め込み層19が除去されているところが特徴的である。
In the solid-state imaging device 1B configured as described above, the
尚、固体撮像装置1Bを構成する各部材の詳細な説明は、上述した製造工程で説明した通りである。 The detailed description of each member constituting the solid-state imaging device 1B is as described in the manufacturing process described above.
このような構成の固体撮像装置1Bにおいては、第1実施形態と同様に、導波路開口15内に設けた光透過性埋め込み層19の下地となる光透過性下地層17が、導波路開口15の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、ボイドの発生なく導波路開口15内が光透過性埋め込み層19で埋め込まれてなる導波路を設けることができ、導波路を介しての受光部5への集光特性を向上させることが可能になる。
In the solid-state imaging device 1B having such a configuration, as in the first embodiment, the light-transmitting
そして特に、本第2実施形態においては、絶縁層13上の光透過性埋め込み層19が除去されているため、膜厚制御された保護膜30によってオンチップレンズ23と受光部5との距離を制御性良好に調整することができる。これにより、さらに受光部5に対する集光特性の向上を図ることが可能である。
In particular, in the second embodiment, since the light-transmitting buried
また、透水性の低い光透過性下地層17と保護膜30とによって、光透過性埋め込み層19が完全に封止された構成となり、光透過性埋め込み層19に溜まった水分の移動を遮断する事ができる。これにより、導波路周辺の配線の劣化を抑制する効果を高めることが可能である。
Further, the light-transmitting buried
<第3実施形態>
図6は、第3実施形態の固体撮像装置における1画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置1Cが、図1を用いて説明した第1実施形態の固体撮像装置1Aと異なるところは、導波路開口15’が下地絶縁膜7を底面としているところにある。またこれにより、導波路開口15’の内壁を覆う光透過性下地層17’の組成が、導波路開口15’の側壁と底部とで異なるところにある。他の構成は、第1実施形態と同様であることとする。以下、固体撮像装置1Cの構成を、図7の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。
<Third Embodiment>
FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part for one pixel in the solid-state imaging device according to the third embodiment. The solid-state imaging device 1C shown in this figure is different from the solid-state imaging device 1A of the first embodiment described with reference to FIG. 1 in that the
先ず、図7(1)に示す工程は、第1実施形態において図2(1)を用いて説明したと同様に行なう。これにより、受光部5が形成された半導体基板3上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜7を形成し、この上部に層間絶縁膜9と配線11とからなる多層配線構造を形成する。そして、下地絶縁膜7とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜9とからなる絶縁層13を形成する。この際、層間絶縁膜9は、シリコン系材料膜が好ましく用いられ、酸化シリコン(SiO2)の他、炭素含有酸化シリコン(SiOC)のような酸化シリコンよりも誘電率の低いいわゆる低誘電率膜であることが好ましいことも第1実施形態と同様である。
First, the process shown in FIG. 7A is performed in the same manner as described with reference to FIG. 2A in the first embodiment. Thereby, a base insulating film 7 made of, for example, silicon nitride is formed on the
次に、図7(2)に示すように、絶縁層13における受光部5の上部に相当する位置に、導波路開口15’をパターン形成する。この際、下地絶縁膜7にまで達する導波路開口15’を形成するところが特徴的であり、下地絶縁膜7をストッパにした層間絶縁膜9のパターンエッチングを行う。これにより、絶縁層13に、底面が下地絶縁膜7からなり側壁が層間絶縁膜9からなる凹状の導波路開口15’を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a
次に、図7(3)に示すように、導波路開口15’の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17’を形成する。ここでは絶縁層13の露出面を改質処理することによって、導波路開口15の内壁を含む絶縁層13の露出表面に光透過性下地層17’を形成するところが特徴的である。ここでの改質処理は、第1実施形態において図2(3)を用いて説明したと同様に、酸化処理、窒化処理、または酸化窒化処理が行われ、特に絶縁層13の処理面を酸素プラズマや窒素プラズマに曝す、いわゆるプラズマ処理が適用される。
Next, as shown in FIG. 7 (3), a light-transmitting
以上のような改質処理により、導波路開口15’の側壁を覆う部分と導波路開口15’の底面を覆う部分とで異なる組成の光透過性下地層17’が形成される。つまり、導波路開口15’の側壁を覆う部分は、層間絶縁膜9を構成する材料の窒化膜または酸化膜となる。一方、導波路開口15’の底面を覆う部分は下地絶縁膜7を構成する材料の窒化膜または酸化膜となる。
By the modification process as described above, a light-transmitting
具体的には、層間絶縁膜9が炭素含有酸化シリコン(SiOC)からなる低誘電率膜であり、下地絶縁膜7が窒化シリコン膜でる場合を例示する。この場合、改質処理として酸化処理を行うことにより、光透過性下地層17’は、導波路開口15’の側壁を覆う部分が酸素リッチな炭素含有酸化シリコン(SiOC)膜となり、導波路開口15’の底面を覆う部分が酸窒化シリコン膜となる。また、改質処理として窒化処理を行うことにより、光透過性下地層17’は、導波路開口15’の側壁を覆う部分が炭素含有酸窒化シリコン系材料膜となり、導波路開口15’の底面を覆う部分が下地絶縁膜7よりも窒化が進んだ窒化シリコン膜となる。さらに改質処理として酸窒化処理を行うことにより、光透過性下地層17’は、導波路開口15’の側壁を覆う部分が炭素含有酸窒化シリコン系材料膜となり、導波路開口15’の底面を覆う部分が酸窒化シリコン膜となる。
Specifically, the case where the
中でも、光透過性下地層17’を形成するための改質処理は、酸化処理であることが好ましい。これにより、特に導波路開口15’の底面は、窒化シリコンからなる下地絶縁膜7から導波路開口15’側に向かって徐々に酸素含有量が増加することで、屈折率が徐々に低くなる酸窒化シリコンで構成された光透過性下地層17’で覆われる。このため、光透過性下地層17’底面での光反射を抑えることができる。
Among these, the modification process for forming the light-transmitting
これに対して導波路開口15’の側壁は、層間絶縁膜9から導波路開口15’に向かって、徐々に酸素含有量が増加して屈折率が高くなる酸素リッチな炭素含有酸化シリコン(SiOC)で構成された光透過性下地層17’で覆うことができる。
On the other hand, the side wall of the waveguide opening 15 'has an oxygen-rich carbon-containing silicon oxide (SiOC) in which the oxygen content gradually increases and the refractive index increases from the
以降の工程は、第1実施形態において図3(1)を用いて説明したと同様に、光透過性下地層17’を介して導波路開口15’内を埋め込む光透過性埋め込み層19を成膜形成する。この光透過性埋め込み層19は、アクリル系、またはフッ素系の高分子、有機ケイ素ポリマーのシロキサン、ポリアリデン(PAr)など光透過率の高い材料が用いられる。これにより、導波路開口15’内に、光透過性下地層17’を介して光透過性埋め込み層19を埋め込んでなる導波路を、受光部3上に形成する。
In the subsequent steps, as described with reference to FIG. 3A in the first embodiment, the light transmissive buried
その後、図3(2)を用いて説明し他と同様に、光透過性埋め込み層19上にカラーフィルタ層21を形成し、さらに導波路開口15’の上方となる位置にオンチップレンズ23を形成し、図7に示した固体撮像装置1Cを完成させる。
Thereafter, in the same manner as described with reference to FIG. 3B, the
このような構成の固体撮像装置1Cであっても、第1実施形態と同様に、導波路開口15’内に設けた光透過性埋め込み層19の下地となる光透過性下地層17’が、導波路開口15の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、第1実施形態の固体撮像装置と同様に、ボイドの発生なく導波路開口15内が光透過性材料層19で埋め込まれてなる導波路を設けることができ、導波路を介しての受光部5への集光特性を向上させることが可能になる。
Even in the solid-state imaging device 1C having such a configuration, as in the first embodiment, the light-transmitting
そして特に、本第3実施形態においては、導波路開口15’が下地絶縁膜7を底面としている。これにより、光透過性下地層17’は、導波路開口15’の側壁を覆う部分と底面を覆う部分とで組成の異なるものとなる。したがって、導波路開口15'側壁においては屈折率が高く、導波路開口15’底面で屈折率が低い構成の光透過性下地層17’を構成することができる。したがって、導波路開口15'側壁においては光透過性埋め込み層19との屈折率差を利用して導波路開口15'内に光と閉じ込めつつ、光透過性下地層17’の底面においては光の反射を防止して受光部5に対する集光特性の向上を図ることができる。
In particular, in the third embodiment, the
尚、以上の第3実施形態は第2実施形態と組み合わせることも可能である。この場合、図6に示す光透過性埋め込み層19は、導波路開口15'内のみに設けられて絶縁層13上において除去される。そして、導波路開口15'内の光透過性埋め込み層19と絶縁層凹13の上部にパッシベーション性の保護膜を介してカラーフィルタ層21を設けた構成とすれば良い。このような構成であれば、第2実施形態の効果も合わせて得ることができる。
The third embodiment described above can be combined with the second embodiment. In this case, the light transmissive buried
1A,1B,1C…固体撮像装置、3…半導体基板、5…受光部、7…下地絶縁膜、9…層間絶縁膜、13…埋め込み配線、13…絶縁層、15,15’…導波路開口、17,17’…光透過性下地層、19…光透過性埋め込み層、21…カラーフィルタ層、23…オンチップレンズ、30…保護膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B, 1C ... Solid-state imaging device, 3 ... Semiconductor substrate, 5 ... Light-receiving part, 7 ... Base insulating film, 9 ... Interlayer insulating film, 13 ... Embedded wiring, 13 ... Insulating layer, 15, 15 '... Waveguide opening , 17, 17 '... light transmissive underlayer, 19 ... light transmissive buried layer, 21 ... color filter layer, 23 ... on-chip lens, 30 ... protective film
Claims (19)
前記受光部上となる位置に導波路開口を備えて前記基板上に設けられた絶縁層と、
前記絶縁層の露出面の改質処理によって前記導波路開口の内壁に形成された光透過性下地層と、
前記光透過性下地層を介して前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層と、
前記導波路開口の上方に設けられたオンチップレンズとを備えた
固体撮像装置。 A substrate provided with a light receiving portion;
An insulating layer provided on the substrate with a waveguide opening at a position on the light receiving unit;
A light-transmitting underlayer formed on the inner wall of the waveguide opening by modification of the exposed surface of the insulating layer;
A light-transmitting embedded layer that embeds the waveguide opening via the light-transmitting underlayer;
A solid-state imaging device comprising: an on-chip lens provided above the waveguide opening.
請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light-transmitting underlayer is an oxide film or a nitride film.
請求項1または2に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating layer and the light-transmitting underlayer are silicon-based material films.
請求項1〜3の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the waveguide opening is formed in a concave shape having a bottom made of the insulating layer.
前記導波路開口は、前記下地絶縁膜を底面としている
請求項1〜4の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The insulating layer comprises a lowermost base insulating film and an interlayer insulating film made of a material different from the base insulating film,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the waveguide opening has the base insulating film as a bottom surface.
請求項5に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 5, wherein the light-transmitting underlayer has a different composition between a portion covering the bottom of the waveguide opening and a portion covering the side wall.
請求項1〜6の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light-transmitting buried layer is provided only in the waveguide opening.
請求項7記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 7, wherein a protective film is provided above the light-transmitting buried layer and the insulating layer filling the waveguide opening.
請求項1〜8の何れか1項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the insulating layer includes a plurality of layers, and wiring is provided between the layers.
前記絶縁層における前記受光部上となる位置に導波路開口を形成する工程と、
前記絶縁層の露出面に対して改質処理を施すことにより、前記導波路開口の内壁を覆う光透過性下地層を形成する工程と、
前記光透過性下地層を介して前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層を形成する工程と、
前記導波路開口の上方にオンチップレンズを形成する工程とを行なう
固体撮像装置の製造方法。 Forming an insulating layer on a substrate provided with a light receiving portion;
Forming a waveguide opening at a position on the light receiving portion in the insulating layer;
Forming a light-transmitting underlayer covering the inner wall of the waveguide opening by modifying the exposed surface of the insulating layer;
Forming a light-transmitting buried layer that fills the waveguide opening through the light-transmitting underlayer;
And a step of forming an on-chip lens above the waveguide opening.
請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein in the step of forming the light-transmitting underlayer, oxidation treatment or nitridation treatment is performed.
請求項10または11に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the light-transmitting underlayer is formed by plasma processing.
請求項10〜12の何れか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein a silicon-based material film is formed as the light-transmitting underlayer by forming a silicon-based material film as the insulating layer.
請求項10〜13の何れか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein in the step of forming the waveguide opening, a concave waveguide opening having a bottom portion made of the insulating layer is formed.
前記導波路開口を形成する工程では、前記下地絶縁膜を底面として前記層間絶縁膜をパターンエッチングする
請求項10〜14の何れか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the insulating layer, as the insulating layer, a base insulating film and an interlayer insulating film made of a material different from the base insulating film are formed in this order,
The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein in the step of forming the waveguide opening, the interlayer insulating film is pattern-etched using the base insulating film as a bottom surface.
請求項15に記載の固体撮像装置の製造方法。 16. The step of forming the light-transmitting underlayer forms a light-transmitting underlayer having a different composition between a portion covering the bottom of the waveguide opening and a portion covering the side wall by the modification process. Manufacturing method of solid-state imaging device.
請求項10〜16の何れか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the light transmissive buried layer, a light transmissive buried layer is formed on the insulating layer in a state where the waveguide opening is buried, and then left on the insulating layer only in the waveguide opening. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the light-transmitting embedded layer is removed.
請求項17記載の固体撮像装置の製造方法。 After the step of forming the light-transmitting embedded layer and before the step of forming the on-chip lens, a protective film is formed on the light-transmitting embedded layer and the insulating layer embedded in the waveguide opening. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 17.
請求項10〜18の何れか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein in the step of forming the insulating layer, an insulating layer having a laminated structure is formed and a wiring is formed between the layers.
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