JP2010087441A - Solid-state imaging device and method of manufacturing same - Google Patents

Solid-state imaging device and method of manufacturing same Download PDF

Info

Publication number
JP2010087441A
JP2010087441A JP2008258045A JP2008258045A JP2010087441A JP 2010087441 A JP2010087441 A JP 2010087441A JP 2008258045 A JP2008258045 A JP 2008258045A JP 2008258045 A JP2008258045 A JP 2008258045A JP 2010087441 A JP2010087441 A JP 2010087441A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
waveguide opening
imaging device
solid
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008258045A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ikue Mizuno
生枝 水野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2008258045A priority Critical patent/JP2010087441A/en
Publication of JP2010087441A publication Critical patent/JP2010087441A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device having a waveguide formed by embedding the inside of a waveguide opening with an optically-transparent material without producing a void, and thereby improving a light condensation characteristic; and a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: This solid-state imaging device 1A includes: a semiconductor substrate 3 provided with a light reception part 5; an insulation layer 13 having a waveguide opening 15 at a position above the light reception part 5 and formed on the semiconductor substrate 3; an optically-transparent base layer 17 formed on the inner wall of the waveguide opening 15 by a reforming treatment of an exposed surface of the insulation layer 13; an optically-transparent embedding layer 19 embedding the inside of the waveguide opening 15 through the optically-transparent base layer 17; and an on-chip lens 23 arranged above the waveguide opening 15. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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 wiring 103 is insulated by an interlayer insulating film 104 is provided on a semiconductor substrate 102 provided with a light receiving portion 101 in each pixel. On the interlayer insulating film 104, an on-chip lens 106 is provided via a color filter 105 or the like at a position corresponding to the light receiving unit 101. Therefore, by providing a waveguide opening 107 in a portion of the interlayer insulating film 104 corresponding to the light receiving portion 101 and embedding it with the light transmissive embedding layer 108, the light collected by the on-chip lens 106 can be efficiently collected. It is set as the structure made to inject into.

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 underlayer 109 made of silicon nitride or the like having a high refractive index is formed on the inner wall of the waveguide opening 107 by a CVD method, a sputtering method, or the like. A configuration has been proposed in which the inside 107 is filled with a light-transmitting buried layer 108. Thereby, the light condensing property with respect to the light receiving part 101 can be improved by utilizing the refractive index difference between the light transmissive underlayer 109 and the light transmissive buried layer 108 (see Patent Documents 1 and 2 below). In such a configuration, the light-transmitting underlayer 109 is made of a material having low water permeability such as silicon nitride, thereby preventing moisture from entering the interlayer insulating film 104 from the waveguide opening 107. There is also an effect of improving reliability.

特開2003−282851号公報(段落15,22、図1参照)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-282851 (see paragraphs 15 and 22 and FIG. 1) 特開2006−222366号公報(段落19,20,55参照)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-222366 (see paragraphs 19, 20, and 55)

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 underlayer 109 is formed on the inner wall of the waveguide opening 107 by CVD or sputtering, the upper layer portion in the waveguide opening 107 is formed by the light-transmitting underlayer 109. It is narrowed into an overhang. As a result, the embedding characteristic in the waveguide opening 107 by the light transmissive embedding layer 108 is deteriorated, and the void B may be generated. The generation of the void B not only deteriorates the light condensing property to the light receiving unit 101 through the waveguide opening 107 but also causes the wiring 103 to deteriorate due to moisture confined in the void B.

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 light receiving portion 5 constituted by an impurity diffusion layer is formed on a surface layer of a semiconductor substrate 3 made of single crystal silicon or the like. The light receiving portion 5 is provided in each pixel region separated by element separation (not shown). Each light receiving portion 5 may be formed as a diode composed of, for example, a P-type diffusion layer and an N-type diffusion layer on the surface side, and the surface may be covered with a hole accumulation layer made of a P-type diffusion layer.

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 light receiving portion 5, a floating diffusion composed of an impurity diffusion layer is formed, and a transfer gate, a reset gate, an amplifier are formed on the semiconductor substrate 3. Gates and the like are formed as necessary.

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 semiconductor substrate 3 as described above, a base insulating film 7 made of, for example, silicon nitride is formed. Next, an interlayer insulating film 9 is formed on the base insulating film 7, a groove pattern is formed on the surface side of the interlayer insulating film 9, and a wiring 11 in which a conductive material is embedded is formed. At this time, a silicon-based material film is preferably used for the interlayer insulating film 9, and has a dielectric constant lower than that of silicon oxide (SiO 2 ), silicon oxide such as carbon-containing silicon oxide (SiOC) or polyariden (PAr). A so-called low dielectric constant film may be used. By forming the interlayer insulating film 9 with a low dielectric constant material, an improvement in conversion efficiency of the solid-state imaging device is expected. The wiring 11 is laid out so as not to be disposed above the light receiving portion 5, and necessary portions are connected between the upper and lower wirings 11 by connection holes (not shown) formed in the interlayer insulating film 9. I will do it.

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 interlayer insulating film 9 and the formation of the wiring 11 in the groove pattern are repeated, and the interlayer insulating film 9 is finally formed to form a multilayer wiring structure. The multilayer wiring structure may be formed by repeatedly forming the wiring 11 and forming the interlayer insulating film 9 covering the wiring 11, and the wiring 11 is not limited to being a buried wiring. .

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 insulating layer 13 including the base insulating film 7 and a plurality of layers of interlayer insulating films 9 formed thereon is formed on the semiconductor substrate 3 provided with the light receiving portion 5. This insulating layer 13 is provided with a buried wiring 11 between the interlayer insulating films 9.

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 waveguide opening 15 is formed in a pattern at a position corresponding to the upper portion of the light receiving portion 5 in the insulating layer 13. The waveguide opening 15 has a planar shape that opens widely only at the upper part of the light receiving portion 5, and is formed in a concave shape that has a depth with the lowermost interlayer insulating film 9 as a bottom surface and does not penetrate the insulating layer 13. . The waveguide opening 15 is formed so that the wiring 11 is not exposed on the inner wall.

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 waveguide opening 15 is performed by dry etching using a resist mask or an inorganic mask, for example.

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 underlayer 17 is formed on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15. Here, the exposed surface of the insulating layer 13 is modified to form the light-transmitting underlayer 17 on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15.

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 layer 13 is performed, and the oxidation treatment or nitridation treatment may be oxynitridation treatment. Thereby, the light-transmitting underlayer 17 made of an oxide film, a nitride film, or an oxynitride film of a material constituting the interlayer insulating film 9 is formed in a state in which the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15 is covered. It is formed.

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 interlayer insulating film 9 constituting the exposed surface of the insulating layer 13 is a silicon-based material film, a light-transmitting underlayer 17 made of a silicon oxide-based material is formed by performing an oxidation process as a modification process. Is done. Further, by performing nitriding as a modification process, the light-transmitting underlayer 17 made of a silicon nitride material is formed. Further, by performing an oxynitriding process as a modification process, a light-transmitting underlayer 17 made of a silicon oxynitride material is formed.

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 underlayer 17 is preferably a silicon nitride material film formed by nitriding or a silicon oxynitride material film formed by oxynitriding.

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 waveguide opening 15 can be confined in the waveguide opening 15, and moisture entering from the waveguide opening 15 can be blocked from entering the insulating layer 13. 17 is suitable. In particular, when the interlayer insulating film 9 constituting the insulating layer 13 is made of a low dielectric constant material film such as carbon-containing silicon oxide (SiOC) or polyariden (PAr) for the purpose of improving the conversion efficiency, A low dielectric constant material has a low film density. For this reason, moisture that has entered from the waveguide opening 15 may deteriorate the wiring 11, but by using a silicon nitride-based material film or a silicon oxynitride-based material film as the light-transmitting underlayer 17, Such moisture intrusion can be blocked, and element reliability can be expected to improve.

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 layer 13 is exposed to oxygen plasma or nitrogen plasma. As a result, a modification process is performed in which the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15 is oxidized or nitrided to a depth of several nm.

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 layer 19 is formed to fill the waveguide opening 15 with the light transmissive underlayer 17 interposed therebetween. The light-transmitting buried layer 19 is made of a material having a high light transmittance such as an acrylic or fluorine-based polymer, an organosilicon polymer siloxane, or polyaridene (PAr). As a result, a waveguide in which the light-transmitting buried layer 19 is embedded in the waveguide opening 15 via the light-transmitting base layer 17 having water resistance is formed on the light receiving unit 3.

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 color filter layer 21 is formed on the light transmissive buried layer 19.

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 waveguide opening 15 to complete the solid-state imaging device 1A.

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 light receiving portion 5 is provided on the surface side of the semiconductor substrate 3, and the insulating layer 13 is provided so as to cover the light receiving portion 5, and the light receiving portion in the insulating layer 13 is provided. 5 is provided with a waveguide opening 15 at a position above it. A light transmissive buried layer 19 is buried in the waveguide opening 15 via a light transmissive underlayer 17. Here, the light-transmitting underlayer 17 is characterized in that it is formed by subjecting the exposed surface of the insulating layer 13 to a modification treatment such as nitriding or oxidation. In addition, a color filter layer 21 is provided on the insulating layer 13 provided with the waveguide opening 15, and an on-chip lens 23 is provided above the waveguide opening 15 at a position above the waveguide opening 15. Thereby, the light condensed by the on-chip lens 23 is configured to efficiently enter the light receiving unit 5.

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-state imaging device 1 </ b> A having such a configuration, as described above, the light-transmitting base layer 17 that is the base of the light-transmitting embedded layer 19 that fills the waveguide opening 15 is formed on the inner wall of the waveguide opening 15. It is formed by performing a modification process. Therefore, the light-transmitting underlayer 17 is formed with a substantially uniform film thickness on the inner wall of the waveguide opening. Therefore, the diameter of the upper portion of the waveguide opening 15 is not narrowed by the light-transmitting underlayer 17 so that an overhang shape is formed, and the inside of the waveguide opening 15 is embedded through the light-transmitting underlayer 17. The embedding margin of the light transmissive embedding layer 19 is expanded. Thereby, the embedding characteristic of the light transmissive embedding layer 19 can be maintained.

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 waveguide opening 15 is filled with the light transmissive material layer 19 without generation of voids. Thereby, in the solid-state imaging device 1A, it is possible to improve the light condensing characteristic to the light receiving unit 5 through the waveguide.

<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 layer 19 is provided only in the waveguide opening 15, Is covered with the protective film 30. The other configurations are the same. Hereinafter, the configuration of the solid-state imaging device 1 </ b> B will be described in the order of manufacturing steps based on the cross-sectional process diagrams of FIGS. 2 and 5.

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 semiconductor substrate 3 on which the light receiving portion 5 is formed, and an interlayer insulating film 9 and wirings 11 are formed thereon. A multilayer wiring structure is formed. Then, an insulating layer 13 composed of the base insulating film 7 and a plurality of interlayer insulating films 9 formed in a laminated manner on the base insulating film 7 is formed.

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 waveguide opening 15 is formed in a pattern at a position corresponding to the upper portion of the light receiving portion 5 in the insulating layer 13, and further, as shown in FIG. 2 (3). A light-transmitting underlayer 17 is formed on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the opening 15. At this time, the light-transmitting underlayer 17 is formed on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15 by performing a modification process such as nitriding or oxidation on the exposed surface of the insulating layer 13. The characteristic part to perform is the same as that of 1st Embodiment.

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 layer 19 that fills the waveguide opening 15 through the light-transmitting underlayer 17 is formed. This step is the same as that described with reference to FIG. 3A in the first embodiment, whereby the light-transmitting buried layer 19 passes through the light-transmitting base layer 17 having water resistance. The light receiving portion 5 is formed with a waveguide in which the waveguide opening 15 is embedded.

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 layer 19 on the insulating layer 13 while leaving the light transmissive buried layer 19 only in the waveguide opening 15 is performed. This is a process characteristic of the second embodiment. Here, for example, the light-transmitting embedded layer 19 is etched back using the light-transmitting underlayer 17 as a stopper, or the light-transmitting embedded layer 19 is polished and removed by a chemical mechanical polishing (CMP) method.

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 layer 19 made of polyaridene are as follows.
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 layer 19 and the insulating layer 13 filling the waveguide opening 15. The protective film 30 is not particularly limited as long as it is a light-transmitting insulating film having a passivation ability such as a silicon nitride film, and may be a single layer structure or a laminated structure, and further different material films. The laminated film may be used. In particular, the protective film 30 is preferably a thin film in order to reduce the distance between the on-chip lens to be formed later and the light receiving unit 5. This is because as the distance between the on-chip lens and the light receiving unit 5 is shorter, the number of times of loss such as stray light is reduced, so that the light collecting performance is improved. However, in order not to deteriorate the element reliability, the film is formed with an appropriate film thickness t on the assumption that the film thickness is a minimum film thickness that satisfies the passivation function.

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 color filter layer 21 is formed on the protective film 30.

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 waveguide opening 15 to complete the solid-state imaging device 1B.

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 light receiving unit 5 is provided on the surface side of the semiconductor substrate 3 and the insulating layer 13 is provided so as to cover the same, as in the first embodiment. The waveguide opening 15 is provided at a position on the light receiving portion 5 of the insulating layer 13. In the waveguide opening 15, a light-transmitting buried layer is formed through a light-transmitting underlayer 17 formed by subjecting the exposed surface of the insulating layer 13 to a modification process such as a nitriding process or an oxidizing process. It is characteristic that the layer 19 is embedded. A protective film 30 and a color filter layer 21 are provided on the insulating layer 13 provided with the waveguide opening 15, and an on-chip lens 23 is provided above the waveguide opening 15 at a position above the waveguide opening 15. It has been. Thereby, the light condensed by the on-chip lens 23 is configured to efficiently enter the light receiving unit 5. In particular, the second embodiment is characterized in that the light-transmitting buried layer 19 on the insulating layer 13 is removed.

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 base layer 17 serving as the base of the light-transmitting embedded layer 19 provided in the waveguide opening 15 is provided in the waveguide opening 15. It is formed by subjecting the inner wall to a modification treatment. For this reason, similarly to the solid-state imaging device of the first embodiment, it is possible to provide a waveguide in which the inside of the waveguide opening 15 is embedded with the light-transmitting embedded layer 19 without generation of voids. It is possible to improve the condensing characteristic to the light receiving unit 5.

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 layer 19 on the insulating layer 13 is removed, the distance between the on-chip lens 23 and the light receiving unit 5 is increased by the protective film 30 whose film thickness is controlled. It can be adjusted with good controllability. Thereby, it is possible to further improve the condensing characteristic with respect to the light receiving unit 5.

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 layer 19 is completely sealed by the light-transmitting underlayer 17 and the protective film 30 having low water permeability, and the movement of moisture accumulated in the light-transmitting buried layer 19 is blocked. I can do things. Thereby, it is possible to enhance the effect of suppressing the deterioration of the wiring around the waveguide.

<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 waveguide opening 15 ′ has the base insulating film 7 as a bottom surface. In addition, as a result, the composition of the light-transmitting underlayer 17 ′ covering the inner wall of the waveguide opening 15 ′ is different between the side wall and the bottom of the waveguide opening 15 ′. Other configurations are the same as those in the first embodiment. Hereinafter, the configuration of the solid-state imaging device 1 </ b> C will be described in the order of the manufacturing process based on the cross-sectional process diagram of FIG. 7.

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 semiconductor substrate 3 on which the light receiving portion 5 is formed, and a multilayer wiring structure made up of the interlayer insulating film 9 and the wiring 11 is formed thereon. Then, an insulating layer 13 composed of the base insulating film 7 and a plurality of interlayer insulating films 9 formed in a laminated manner on the base insulating film 7 is formed. At this time, a silicon-based material film is preferably used as the interlayer insulating film 9, and a so-called low dielectric constant film having a dielectric constant lower than that of silicon oxide such as silicon oxide (SiOC) other than silicon oxide (SiO 2 ). It is preferable to be the same as in the first embodiment.

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 waveguide opening 15 ′ is formed in a pattern at a position corresponding to the upper portion of the light receiving portion 5 in the insulating layer 13. At this time, it is characteristic that a waveguide opening 15 ′ reaching the base insulating film 7 is formed, and pattern etching of the interlayer insulating film 9 using the base insulating film 7 as a stopper is performed. As a result, a concave waveguide opening 15 ′ having a bottom surface made of the base insulating film 7 and a side wall made of the interlayer insulating film 9 is formed in the insulating layer 13.

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 underlayer 17 ′ is formed on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15 ′. Here, the exposed surface of the insulating layer 13 is modified to form a light-transmitting underlayer 17 ′ on the exposed surface of the insulating layer 13 including the inner wall of the waveguide opening 15. In this modification process, as described with reference to FIG. 2C in the first embodiment, oxidation treatment, nitridation treatment, or oxynitridation treatment is performed. In particular, the treatment surface of the insulating layer 13 is treated with oxygen. A so-called plasma treatment, which is exposed to plasma or nitrogen plasma, is applied.

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 underlayer 17 ′ having a different composition is formed in a portion covering the side wall of the waveguide opening 15 ′ and a portion covering the bottom surface of the waveguide opening 15 ′. That is, the portion covering the side wall of the waveguide opening 15 ′ becomes a nitride film or an oxide film of the material constituting the interlayer insulating film 9. On the other hand, the portion covering the bottom surface of the waveguide opening 15 ′ becomes a nitride film or an oxide film of the material constituting the base insulating film 7.

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 interlayer insulating film 9 is a low dielectric constant film made of carbon-containing silicon oxide (SiOC) and the base insulating film 7 is a silicon nitride film is exemplified. In this case, by performing an oxidation process as a modification process, the light-transmitting underlayer 17 ′ becomes an oxygen-rich carbon-containing silicon oxide (SiOC) film covering the side wall of the waveguide opening 15 ′, and the waveguide opening The portion covering the bottom surface of 15 'becomes a silicon oxynitride film. Further, by performing nitriding as a modification process, the light-transmitting underlayer 17 ′ has a carbon-containing silicon oxynitride material film covering the side wall of the waveguide opening 15 ′, and the bottom surface of the waveguide opening 15 ′. The portion covering the silicon nitride film becomes more nitrided than the base insulating film 7. Further, by performing an oxynitriding process as a modification process, the light-transmitting underlayer 17 ′ has a carbon-containing silicon oxynitride material film that covers the side wall of the waveguide opening 15 ′, and the bottom surface of the waveguide opening 15 ′. A portion covering the silicon oxide film becomes a silicon oxynitride film.

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 underlayer 17 ′ is preferably an oxidation process. Thereby, in particular, the bottom surface of the waveguide opening 15 ′ is an acid whose refractive index gradually decreases as the oxygen content gradually increases from the base insulating film 7 made of silicon nitride toward the waveguide opening 15 ′ side. It is covered with a light-transmitting underlayer 17 ′ made of silicon nitride. For this reason, it is possible to suppress light reflection on the bottom surface of the light-transmitting underlayer 17 '.

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 interlayer insulating film 9 toward the waveguide opening 15'. Can be covered with a light-transmitting undercoat layer 17 ′.

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 layer 19 is formed to fill the waveguide opening 15 ′ through the light transmissive underlayer 17 ′. A film is formed. The light-transmitting buried layer 19 is made of a material having a high light transmittance such as an acrylic or fluorine-based polymer, an organosilicon polymer siloxane, or polyariden (PAr). As a result, a waveguide is formed on the light receiving portion 3 by embedding the light transmissive buried layer 19 in the waveguide opening 15 ′ via the light transmissive underlayer 17 ′.

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 color filter layer 21 is formed on the light-transmitting buried layer 19, and the on-chip lens 23 is placed above the waveguide opening 15 ′. Then, the solid-state imaging device 1C shown in FIG. 7 is completed.

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 base layer 17 ′ serving as the base of the light-transmitting buried layer 19 provided in the waveguide opening 15 ′ It is formed by subjecting the inner wall of the waveguide opening 15 to a modification process. For this reason, similarly to the solid-state imaging device of the first embodiment, it is possible to provide a waveguide in which the inside of the waveguide opening 15 is embedded with the light transmissive material layer 19 without generation of voids. It is possible to improve the condensing characteristic to the light receiving unit 5.

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 waveguide opening 15 ′ has the base insulating film 7 as the bottom surface. Thereby, the composition of the light-transmitting underlayer 17 ′ differs between the portion covering the side wall of the waveguide opening 15 ′ and the portion covering the bottom surface. Therefore, the light-transmitting underlayer 17 ′ having a high refractive index on the side wall of the waveguide opening 15 ′ and a low refractive index on the bottom surface of the waveguide opening 15 ′ can be formed. Therefore, light is confined in the waveguide opening 15 ′ on the side wall of the waveguide opening 15 ′ using the difference in refractive index with the light-transmitting buried layer 19, and light is transmitted on the bottom surface of the light-transmitting base layer 17 ′. It is possible to prevent the reflection and improve the light collecting characteristics with respect to the light receiving unit 5.

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 layer 19 shown in FIG. 6 is provided only in the waveguide opening 15 ′ and removed on the insulating layer 13. Then, the color filter layer 21 may be provided above the light-transmitting buried layer 19 and the insulating layer recess 13 in the waveguide opening 15 ′ via a passivation protective film. With such a configuration, the effects of the second embodiment can also be obtained.

第1実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state imaging device of 1st Embodiment. 第1実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する断面工程図(その1)である。FIG. 6 is a cross-sectional process diagram (part 1) illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment; 第1実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する断面工程図(その2)である。FIG. 6 is a cross-sectional process diagram (part 2) illustrating the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment; 第2実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state imaging device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の固体撮像装置の製造方法の要部を説明する断面工程図である。It is sectional process drawing explaining the principal part of the manufacturing method of the solid-state imaging device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the solid-state imaging device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の固体撮像装置の製造方法の要部を説明する断面工程図である。It is sectional process drawing explaining the principal part of the manufacturing method of the solid-state imaging device of 3rd Embodiment. 従来の固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

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)

受光部が設けられた基板と、
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.
前記光透過性下地層は、酸化膜または窒化膜である
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.
前記絶縁層および光透過性下地層は、シリコン系材料膜である
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.
前記導波路開口は、前記絶縁層からなる底部を有する凹状に形成されている
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.
前記絶縁層は、最下層の下地絶縁膜と、当該下地絶縁膜とは異なる材質の層間絶縁膜とからなり、
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.
前記光透過性下地層は、前記導波路開口の底部を覆う部分と側壁を覆う部分とで組成が異なる
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.
前記光透過性埋め込み層は、前記導波路開口内のみに設けられている
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.
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絶縁層との上部に保護膜が設けられている
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.
前記絶縁層は複数層からなり、各層間に配線が設けられている
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.
受光部が設けられた基板上に絶縁層を形成する工程と、
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.
前記光透過性下地層を形成する工程では、酸化処理または窒化処理を行う
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.
前記光透過性下地層の形成は、プラズマ処理によって行なう
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.
前記絶縁層としてシリコン系材料膜を形成することにより、前記光透過性下地層としてシリコン系材料膜を形成する
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.
前記導波路開口を形成する工程では、前記絶縁層からなる底部を有する凹状の導波路開口を形成する
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.
前記絶縁層を形成する工程では、当該絶縁層として下地絶縁膜と当該下地絶縁膜とは異なる材質の層間絶縁膜とをこの順に成膜し、
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.
前記光透過性下地層を形成する工程では、前記改質処理により前記導波路開口の底部を覆う部分と側壁を覆う部分とで組成が異なる光透過性下地層を形成する
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.
前記光透過性埋め込み層を形成する工程では、前記導波路開口を埋め込む状態で前記絶縁層上に光透過性埋め込み層を成膜した後、前記導波路開口内のみに残す状態で当該絶縁層上における当該光透過性埋め込み層を除去する
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.
前記光透過性埋め込み層を形成する工程の後、前記オンチップレンズを形成する工程の前に、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絶縁層との上部に保護膜を成膜する工程を行なう
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.
前記絶縁層を形成する工程では、積層構造の絶縁層を成膜すると共に、各層間に配線を形成する
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.
JP2008258045A 2008-10-03 2008-10-03 Solid-state imaging device and method of manufacturing same Pending JP2010087441A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008258045A JP2010087441A (en) 2008-10-03 2008-10-03 Solid-state imaging device and method of manufacturing same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008258045A JP2010087441A (en) 2008-10-03 2008-10-03 Solid-state imaging device and method of manufacturing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010087441A true JP2010087441A (en) 2010-04-15

Family

ID=42251071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008258045A Pending JP2010087441A (en) 2008-10-03 2008-10-03 Solid-state imaging device and method of manufacturing same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010087441A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014036038A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Canon Inc Method of manufacturing imaging apparatus
US8786044B2 (en) 2011-10-07 2014-07-22 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and imaging system
JP2017130693A (en) * 2017-04-13 2017-07-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Image pickup device and manufacturing method thereof
CN107564925A (en) * 2016-07-01 2018-01-09 佳能株式会社 Imaging device, imaging system and loose impediment
JP2019036749A (en) * 2018-11-01 2019-03-07 キヤノン株式会社 Semiconductor device
US10998368B2 (en) 2012-09-28 2021-05-04 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8786044B2 (en) 2011-10-07 2014-07-22 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion device and imaging system
JP2014036038A (en) * 2012-08-07 2014-02-24 Canon Inc Method of manufacturing imaging apparatus
US10998368B2 (en) 2012-09-28 2021-05-04 Canon Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus
CN107564925A (en) * 2016-07-01 2018-01-09 佳能株式会社 Imaging device, imaging system and loose impediment
CN107564925B (en) * 2016-07-01 2022-01-28 佳能株式会社 Imaging device, imaging system, and movable object
JP2017130693A (en) * 2017-04-13 2017-07-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Image pickup device and manufacturing method thereof
JP2019036749A (en) * 2018-11-01 2019-03-07 キヤノン株式会社 Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8048710B2 (en) Photoelectric conversion device and method for producing photoelectric conversion device
JP5241902B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5709564B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP5921129B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device
JP4117545B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
JP2005251973A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20110011751A (en) Solid-state imaging device and production method therefor
JP2010087441A (en) Solid-state imaging device and method of manufacturing same
JP2003188251A (en) Semiconductor device with trench element isolation structure, and manufacturing method thereof
US20080173904A1 (en) CMOS image sensors with a bonding pad and methods of forming the same
JP4900228B2 (en) Manufacturing method of solid-state imaging device
JP4746639B2 (en) Semiconductor device
JP2006191000A (en) Photoelectric converter
JP6711673B2 (en) Photoelectric conversion device, method of manufacturing photoelectric conversion device, and imaging system
JP6039294B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2010199258A (en) Solid-state image pickup apparatus and production method thereof
JP5968481B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2009194145A (en) Solid-state image sensing element and manufacturing method therefor
JP4182393B2 (en) Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
CN108550550A (en) Fleet plough groove isolation structure and forming method thereof, imaging sensor
JP2008199059A (en) Solid-state image pickup device and manufacturing method therefor
KR20070035206A (en) Image sensor and method for manufacturing the same
JP2008270457A (en) Solid-state image sensor and its manufacturing method
JP2012109496A (en) Solid state image sensor, manufacturing method of the same, and electronic apparatus
JP2017220620A (en) Manufacturing method for solid-state image pickup device