JP2011160002A - Method of manufacturing solid-state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像装置の製造方法に関し、特に層内レンズを備える固体撮像装置の製造方法に関する。 Relates to a manufacturing method of the present invention is a solid-state imaging device, more particularly to a method of manufacturing a solid-state image pickup device comprising a layer lens.
近年では、デジタルカメラ、ビデオカメラ、イメージリーダ等の画像入力装置には、CCDイメージセンサや、バイポーラトランジスタ型イメージセンサ、電界効果トランジスタ型イメージセンサやCMOSイメージセンサ等の非CCD型のイメージセンサと呼ばれる固体撮像装置が用いられている。そのような画像入力装置では、光電変換部で光学的画像情報(光学像)を電気信号に変換し、変換された電気信号に各種の信号処理を施して表示器に表示したり、記憶媒体に記録したりしている。 In recent years, image input devices such as digital cameras, video cameras, and image readers are called CCD image sensors, non-CCD image sensors such as bipolar transistor image sensors, field effect transistor image sensors, and CMOS image sensors. A solid-state imaging device is used. In such an image input device, optical image information (optical image) is converted into an electric signal by a photoelectric conversion unit, and the converted electric signal is subjected to various signal processing and displayed on a display device or stored in a storage medium. Or recording.
より高性能の固体撮像装置として、実際に光電変換を行う受光部である光電変換素子の受光面の面積(画素面積)を小さくして、配置する光電変換素子の数を多くするとともに、固体撮像装置のチップサイズを小さくすることが望まれている。 As a higher-performance solid-state imaging device, the area (pixel area) of the light-receiving surface of the photoelectric conversion element, which is a light-receiving unit that actually performs photoelectric conversion, is reduced, the number of arranged photoelectric conversion elements is increased, and solid-state imaging is performed. It is desired to reduce the chip size of the device.
しかしながら、画素の高密度化や小チップ化を推し進めると、画素となる一つの光電変換素子が受光できる光量も受光面の面積の減少に伴って少なくなり、装置の感度を低くすることになる。これを改善すべく、受光面上に設けられた保護膜の平坦化された面上にマイクロレンズを形成し、受光面に集光して、感度の低下を抑制する技術が知られている。 However, when the density of pixels and the reduction in size of chips are promoted, the amount of light that can be received by one photoelectric conversion element that becomes a pixel decreases as the area of the light receiving surface decreases, and the sensitivity of the apparatus is lowered. In order to improve this, a technique is known in which a microlens is formed on a flattened surface of a protective film provided on a light receiving surface, and the light is condensed on the light receiving surface to suppress a decrease in sensitivity.
また、画素の更なる高密度化や小チップ化が要求されるのに伴って、マイクロレンズと光電変換素子との間に、隣接する層と異なる屈折率を有する膜から構成される層内レンズを設ける必要性が高まってきた。 In addition, as the pixels are required to have higher density and smaller chips, an in-layer lens composed of a film having a refractive index different from that of the adjacent layer between the microlens and the photoelectric conversion element. The need to provide increased.
例えば、特許文献1には、マイクロレンズと凸型層内レンズを有する固体撮像装置が開示されている。ここで、特許文献1に開示された固体撮像装置の構成について図15を参照して簡単に説明する。図15において、13は半導体部材、1は半導体部材内に構成された光電変換素子、2は素子分離領域である。4は第1の配線パターン、6は第2の配線パターンであり、第1の配線パターン4と第2の配線パターン6は、第1の絶縁膜3と第2の絶縁膜5でそれぞれ分離されている。そして、第2の配線パターン6上に第3の絶縁膜7で平坦化した後、凸型層内レンズ8を形成する。更に第1の平坦化膜9で層内レンズ8上を平坦化した後、カラーフィルタ層10を形成し、更に第2の平坦化膜11で平坦化した後、マイクロレンズ12を形成する。なお、14はパッド部である。このような手法をとれば、凸型層内レンズ8を精度よく形成することができ、実質的な感度低下をもたらすことなく集光効率を高めることができる、と記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device having a microlens and a convex inner lens. Here, the configuration of the solid-state imaging device disclosed in Patent Document 1 will be briefly described with reference to FIG. In FIG. 15, 13 is a semiconductor member, 1 is a photoelectric conversion element formed in the semiconductor member, and 2 is an element isolation region.
ここで、光電変換部の端部に遮光領域を有する固体撮像装置を特許文献1に基づいて設計した場合の構成について、図16を参照して説明する。 Here, a configuration in the case where a solid-state imaging device having a light shielding region at the end of the photoelectric conversion unit is designed based on Patent Document 1 will be described with reference to FIG.
図16は、受光領域と遮光領域とを含む固体撮像装置の端部の断面を示したものである。図16において、101は遮光領域画素、102は受光領域画素、103は感光領域(光電変換素子)、104は第1メタル配線層、105は第2メタル配線層、106は入射光を遮光する第3メタル配線層106である。光電変換素子103と、第1メタル配線層104と、第2メタル配線層105と、第3メタル配線層は層間絶縁膜によりその大部分が物理的且つ電気的に分離されている。一部がコンタクトプラグ、ビアプラグで接続されている。なお、第3メタル配線層106により入射光を遮光された画素が遮光領域の画素となり、第3メタル配線層106は受光領域画素102にはかからないように構成される。また、112は平坦化膜で、第3メタル配線層106の段差を埋め、後述する層内レンズ108を形成する表面が均一となるようにしている。107はパッシベーション層、108は層内レンズである。層内レンズ108を形成後、平坦化膜109により平坦化を行い、カラーフィルタ層110を形成する。その後さらに平坦化膜109により平坦化し、その上にマイクロレンズ111を形成する。
FIG. 16 shows a cross section of an end portion of the solid-state imaging device including the light receiving region and the light shielding region. In FIG. 16, 101 is a light shielding area pixel, 102 is a light receiving area pixel, 103 is a photosensitive area (photoelectric conversion element), 104 is a first metal wiring layer, 105 is a second metal wiring layer, and 106 is a first light shielding element for incident light. This is a three-
しかしながら、図16に示すように、図15のような手法で固体撮像装置を構成すると、受光面から層内レンズ下までの距離が長くなり、逆に集光効率が悪くなってしまうという問題があった。 However, as shown in FIG. 16, when the solid-state imaging device is configured by the method as shown in FIG. 15, the distance from the light receiving surface to the lower side of the inner lens becomes longer, and conversely, the light collection efficiency is deteriorated. there were.
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、受光面から層内レンズ下までの距離を短縮し、感度低下をもたらすことなく集光効率を高めた固体撮像装置を製造することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above situation, to shorten the distance to the under-layer lens from the light-receiving surface, that you produce solid-state imaging device having improved light collection efficiency without producing desensitization Objective.
上記目的を達成するために、基板の一主面に配された、有効画素領域と、基準信号を作成するためのオプティカルブラック領域とを有する固体撮像装置の本発明の製造方法は、前記基板の一主面上に第1メタル層を形成する第1工程と、前記第1メタル層上に第1絶縁膜を形成する第2工程と、前記第2工程後に、前記オプティカルブラック領域を遮光するための第2メタル層を形成する第3工程と、前記第3工程後に平坦化膜を形成することなくパッシベーション層兼層内レンズ形成膜を形成する第4工程と、前記パッシベーション層兼層内レンズ形成膜を加工して、少なくとも前記有効画素領域に層内レンズを形成し、前記層内レンズ形成後の前記パッシベーション層兼層内レンズ形成膜の残膜によりパッシベーション膜を形成する第5工程と、を含む。 In order to achieve the above object, the manufacturing method of the present invention for a solid-state imaging device having an effective pixel region and an optical black region for generating a reference signal arranged on one main surface of the substrate includes: A first step of forming a first metal layer on one main surface; a second step of forming a first insulating film on the first metal layer; and for shielding the optical black region after the second step. A third step of forming the second metal layer, a fourth step of forming a passivation layer / inner lens forming film without forming a planarizing film after the third step, and forming the passivation layer / inner lens A film is processed to form an in-layer lens at least in the effective pixel region, and a passivation film is formed from the remaining film of the passivation layer / in-layer lens forming film after the formation of the in-layer lens. Including the extent, the.
本発明によれば、受光面から層内レンズ下までの距離を短縮し、感度低下をもたらすことなく集光効率を高めた固体撮像装置を製造することができる。 According to the present invention, to shorten the distance to the under-layer lens from the light-receiving surface, can you to produce solid-state imaging device having improved light collection efficiency without causing desensitization.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。ただし、本形態において例示される構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components exemplified in this embodiment should be changed as appropriate according to the configuration of the apparatus to which the present invention is applied and various conditions. However, the present invention is not limited to these examples.
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態について説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described.
図1は、本発明の第1の実施形態における固体撮像装置の断面を示す図であって、受光領域と遮光領域を有する固体撮像装置の端部を示している。なお、図1において、図16と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。図1に示す構成では、図16に示す平坦化膜112による平坦化を行わずに、層間絶縁層及び第3メタル配線層106上に直にパッシべーション部107を構成し、第3メタル配線層106の段差は埋めずにそのままにしておく。
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, and shows an end of the solid-state imaging device having a light receiving region and a light shielding region. In FIG. 1, the same components as those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In the configuration shown in FIG. 1, the
このように構成することで、本実施形態の図1に示す構成では、最上のメタル層の段差を埋める平坦化膜112の分、低くすることができるため、図16に示す構成に比べて、受光領域画素102の光電変換素子103から層内レンズ108下までの高さを低く構成することができる。このため集光効率を高めることができ、特にFナンバーが小さくなった時の感度の低下を改善することができる。
With this configuration, in the configuration shown in FIG. 1 of the present embodiment, the
図2に、図16に示す構成と本実施形態の構成におけるFナンバー依存の特性を示す。図2に示すように、本第1の実施形態の構成では、図16に示す従来の手法を適用した構成と比較して、Fナンバーが小さい時の感度が向上しているのが分かる。 FIG. 2 shows F-number dependent characteristics in the configuration shown in FIG. 16 and the configuration of the present embodiment. As shown in FIG. 2, it can be seen that in the configuration of the first embodiment, the sensitivity when the F number is small is improved as compared with the configuration to which the conventional method shown in FIG. 16 is applied.
次に、図1に示した本第1の実施形態における固体撮像装置の製造工程について、図3から図10を参照して説明する。 Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
まず、図3に示すように、シリコンウエハ等からなる半導体部材121を用意して、LOCOS法(シリコン局所酸化法)、STI(シャロートレンチ素子分離)法等により素子分離領域122を半導体部材121上に形成する。次に、フォトレジストパターンを形成してイオン注入および熱処理を行い、例えばフォトダイオード(光電変換素子103)のカソードまたはアノードとなる拡散層を半導体部材121上に形成する。
First, as shown in FIG. 3, a
続いて、熱酸化、CVD法(化学蒸着法)、スパッタリング、塗布法などにより、第1の絶縁膜123を半導体部材121上に形成する。ここで、第1の絶縁膜123の表面をCMP等により平坦化させておくと、次工程におけるパターニング精度を向上させることができる。
Subsequently, the first insulating
次に、Al、Mo、W、Ta、Ti、もしくはCu、またはこれらを主成分とする合金からなる金属膜をスパッタリング、CVD法、または電解メッキ法等により第1の絶縁膜123上に形成し、光電変換素子103の受光面の上方に位置する部分をエッチングにより除去することにより、所望の形状の第1のパターン(第1メタル配線層)104を形成する。
Next, a metal film made of Al, Mo, W, Ta, Ti, Cu, or an alloy containing these as a main component is formed on the first insulating
次に、SiOまたはこれを主成分とする材料からなる第2の絶縁膜124を、CVD法により、第1の絶縁膜123および第1メタル配線層104の上に形成する。ここで、第2の絶縁膜124の表面をCMP等により平坦化させておくと、次工程におけるパターニング精度を向上させることができる。
Next, a second
次に、第1メタル配線層104と同様に、Al、Mo、W、Ta、Ti、もしくはCu、またはこれらを主成分とする合金からなる金属膜をスパッタリング、CVD法、または電解メッキ法等により第2の絶縁膜124上に形成し、光電変換素子103の受光面の上方に位置する部分をエッチングにより除去することにより、所望の形状の第2のパターン(第2メタル配線層)105を形成する。
Next, similarly to the first
なお、第1および第2メタル配線層104、105は、光電変換素子103からの電気信号の伝達に用いる配線として機能する他、ある光電変換素子103に入射すべき光が他の光電変換素子103に入射することを防ぐ遮光板としても機能する。
Note that the first and second metal wiring layers 104 and 105 function as wirings used for transmission of electric signals from the
次に、SiOまたはこれを主成分とする材料からなる第3の絶縁膜125を、CVD法により、第2の絶縁膜124および第2メタル配線層105の上に形成する。ここで、第3の絶縁膜125の表面をCMP等により平坦化させておくと、次工程におけるパターニング精度を向上させることができる。
Next, a third
次に、第1のパターン104、第2のパターン105と同様に、Al、Mo、W、Ta、Ti、もしくはCu、またはこれらを主成分とする合金からなる金属膜をスパッタリング、CVD法、または電解メッキ法等により第2の絶縁膜125上に形成し、受光領域に位置する部分等をエッチングにより除去することにより、所望の形状の第3のパターン(第3メタル配線層)106を形成する。第3メタル配線層106は、有効画素領域の外側の領域に、基準信号を作成するための遮光領域(optical black)を形成するための遮光部材も含んで形成される。
Next, similarly to the
次に、SiN、SiON、またはSiO等で構成されるパッシベーション層兼層内レンズ形成膜107’を、CVD法により、第3メタル配線層106及び第3の絶縁膜125上に形成する。
Next, a passivation layer / in-layer
続いて、図3に示すように、層内レンズ108を形成するためのエッチングマスク126をパッシベーション層兼層内レンズ形成膜107’の上にフォトリソグラフィ工程より形成する。その後、図4に示すように、エッチングマスク126を加熱処理によりリフローさせて、層内レンズ108の形状と実質的に同じ形状の凸レンズ形状にする。なお、本実施形態では、層内レンズは遮光領域にも形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 3, an
次に、パッシベーション層兼層内レンズ形成膜107’の全面にエッチングを施し、図5に示すように、パッシベーション層兼層内レンズ形成膜107’にエッチングマスク126の凸レンズ形状を転写して、層内レンズ108を形成する。ここでのエッチングガスには、CF4、CHF3、O2、Ar、Heなどを用いることができる。パッシベーション層兼層内レンズ形成膜107’のエッチング残膜は、パッシベーション層107となる。
Next, the entire surface of the passivation layer / inner
続いて、図6に示すように、フォトリソグラフィでパッド部128’を開口するために、そのような開口パターンを有するレジストパターン127をパッシベーション層107および層内レンズ108の上に形成し、図7に示すように、パッド部128上に位置するパッシベーション層107をフォトリソグラフィにより除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 6, in order to open the
その後、図8に示すように、パッド部128、パッシベーション層107、および層内レンズ108の上に第1の平坦化膜109を形成し、その第1の平坦化膜109の上にカラーフィルタ層110を形成する。カラーフィルタ層110は、その下方にある各光電変換素子103に入射させる光の色に応じたカラーパターンを有している。
Thereafter, as shown in FIG. 8, a
続いて、図9に示すように、カラーフィルタ層110の上に、第2の平坦化膜109を形成し、マイクロレンズ111をレジストパターニング及びリフローにより形成する。最後に、図10に示すように、パッド部128の上方に残っている第1および第2の平坦化膜109をエッチングにより除去してパッド部128の上方を開口させる。
Subsequently, as shown in FIG. 9, a
以上の工程により、図1に示す固体撮像装置を製造することができる。 Through the above steps, the solid-state imaging device shown in FIG. 1 can be manufactured.
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
図11は、本発明の第2の実施形態における固体撮像装置の断面を示す図であって、受光領域と遮光領域を有する固体撮像装置の端部を示している。図11において、図1と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。 FIG. 11 is a diagram showing a cross section of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, and shows an end portion of the solid-state imaging device having a light receiving area and a light shielding area. In FIG. 11, the same components as those in FIG.
図1の構成では、遮光領域である第3メタル配線層106上にも層内レンズ108を形成するので、受光領域と遮光領域との境界においてマイクロレンズ111が傾いて形成されてしまうことを防ぐために、第1の平坦化膜109を厚く形成する必要がある。
In the configuration of FIG. 1, since the
これに対し、図11に示す第2の実施形態における構成では、遮光領域である第3メタル配線層106上には層内レンズ108を形成しない。これにより、第1の平坦化膜109を図1の構成と比較して更に薄くすることができる。これにより、集光効率を高めることができ、特にFナンバーが小さくなった時の感度の低下を更に改善することができる。
On the other hand, in the configuration according to the second embodiment shown in FIG. 11, the
図11に示す構成の製造方法は、図12に示すように層内レンズ108を形成するためのエッチングマスク126を遮光領域に構成しないところが異なるが、その他の製造方法は上記第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、図12に示す工程は、図3の工程に対応する。
The manufacturing method having the configuration shown in FIG. 11 is different from the first embodiment in that the
上記の通り本実施形態によれば、光電変換部3からマイクロレンズ111までの距離を短くすることができるため、更に集光効率を上げることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the distance from the photoelectric conversion unit 3 to the
<変形例>
図13は、本発明における別の固体撮像装置の断面を示す図であって、受光領域と遮光領域を有する固体撮像装置の端部を示している。図13において、図1と同様の構成には同じ参照番号を付し、説明を省略する。図13では、上記第1及び第2の実施形態と異なり、第1メタル配線層104のみを有し、第2メタル配線層105を有しない構成を示している。
<Modification>
FIG. 13 is a diagram showing a cross section of another solid-state imaging device according to the present invention, and shows an end of the solid-state imaging device having a light receiving region and a light shielding region. In FIG. 13, the same components as those in FIG. FIG. 13 shows a configuration having only the first
また、図14は、本発明における別の固体撮像装置の断面を示す図であって、受光領域と遮光領域を有する固体撮像装置の端部を示している。図14に示す構成では第3メタル配線層206の厚みを第2の実施形態における第3メタル配線層106と比較して薄くすると共に、層内レンズ108の厚みをパッシベーション層107の段差とほぼ同じにした場合を示している。
FIG. 14 is a diagram showing a cross section of another solid-state imaging device according to the present invention, and shows an end of the solid-state imaging device having a light receiving region and a light shielding region. In the configuration shown in FIG. 14, the thickness of the third
このように、図13及び図14に示す構成でも、受光領域画素102の光電変換素子103から層内レンズ108下までの高さを低く構成することができるため、集光効率を高めることができる。
As described above, even in the configuration shown in FIGS. 13 and 14, the height from the
101 遮光領域画素
102 受光領域画素
103 光電変換素子
104 第1メタル配線層
105 第2メタル配線層
106、206 第3メタル配線層
107 パッシベーション層
107’ パッシベーション層兼層内レンズ形成膜
108 層内レンズ
109 平坦化膜
110 カラーフィルタ層
111 マイクロレンズ
112 平坦化膜
121 半導体部材
122 素子分離領域
123 第1の絶縁膜
124 第2の絶縁膜
125 第3の絶縁膜
126 エッチングマスク
127 レジストパターン
128 パッド部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記基板の一主面上に第1メタル層を形成する第1工程と、 A first step of forming a first metal layer on one principal surface of the substrate;
前記第1メタル層上に第1絶縁膜を形成する第2工程と、 A second step of forming a first insulating film on the first metal layer;
前記第2工程後に、前記オプティカルブラック領域を遮光するための第2メタル層を形成する第3工程と、 A third step of forming a second metal layer for shielding the optical black region after the second step;
前記第3工程後に平坦化膜を形成することなくパッシベーション層兼層内レンズ形成膜を形成する第4工程と、 A fourth step of forming a passivation layer-in-layer lens forming film without forming a planarizing film after the third step;
前記パッシベーション層兼層内レンズ形成膜を加工して、少なくとも前記有効画素領域に層内レンズを形成し、前記層内レンズ形成後の前記パッシベーション層兼層内レンズ形成膜の残膜によりパッシベーション膜を形成する第5工程と、 The passivation layer / inner lens forming film is processed to form an inner lens in at least the effective pixel region, and the passivation film is formed by the remaining film of the passivation layer / inner lens forming film after the inner lens is formed. A fifth step of forming,
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising:
前記第9工程後に、前記第6工程で形成された前記平坦化膜、及び、前記第2平坦化膜の一部を除去することにより、前記パッド部を露出する第11工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置の製造方法。 After the ninth step, the method includes an eleventh step of exposing the pad portion by removing a part of the planarizing film and the second planarizing film formed in the sixth step. A method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5.
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