JP2012142501A - 固体撮像装置の製造方法、及び、固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法、及び、固体撮像装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ワイヤグリッド偏光子を備えた信頼性に優れる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】光電変換部が形成された光電変換素子を準備する工程と、光電変換素子の表面に絶縁層２６を形成する工程とを有する。また、支持基体３４上にワイヤグリッド偏光子３０を形成する工程を有する。そして、光電変換素子表面の絶縁層２６上に、支持基体３４のワイヤグリッド偏光子３０形成面を接合する工程と、ワイヤグリッド偏光子３０から支持基体３４を除去する工程とにより、固体撮像装置を製造する。
【選択図】図５

Description

本発明は、偏光子を備える固体撮像装置の製造方法、及び、固体撮像装置に係わる。
微小な領域毎に偏光方位を変えて偏光子を配置した光学素子や、それを一体化した電子デバイスが、ディスプレイや計測装置を中心として商用化されている。例えば、微細偏光子を規則正しく配列させたフィルタを、液晶モニタなどのフラット・パネル・ディスプレイに貼り合わせることで、ステレオ映像を簡易な偏光メガネで見ることができる。
ところで、液晶プロジェクタ等の機器内で偏光分離を扱う比較的大型のシステムでは、ＲＧＢ毎に光路を独立に持つため、各光路内で一律に偏光方位を制御する。この場合、画素領域毎に偏光子の方位を変える必要はないが、システム全体の大きさが数ｃｍ角と比較的大型となる。
また、特に液晶プロジェクタでは、耐熱性が要求されるために、デバイスの特性寿命を鑑みて、反射型のワイヤグリッド偏光子の適用が進んでいる。反射型のワイヤグリッド偏光子は、可視光を対象とする場合には、その厚みを数１００ｎｍ以下に抑えることができる。しかし、反射型のワイヤグリッド偏光子は、消光が反射によるものである。このため、セット内の設置箇所によっては、偏光子からの反射戻り光が迷光やフレアとなり、映像に影響を及ぼす恐れがある。
そこで、無機偏光子による吸収型のワイヤグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer：ＷＧＰ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＷＧＰは、使用帯域の光の波長よりも狭ピッチで一次元格子状に形成された帯状薄膜からなる反射層と、この反射層上に形成された誘電体層と、誘電体層上に形成された無機微粒子からなる吸収層とを備える。そして、吸収層の無機微粒子が光吸収作用を有している。
上述の吸収型のＷＧＰは、以下の方法により製造することができる。
まず、図１３Ａに示すように、ＷＧＰを形成するデバイス、例えば光電変換素子１００を準備する。次に、図１３Ｂに示すように、光電変換素子１００の表面に平坦化層１０１を形成する。次に、図１３Ｃに示すように、平坦化層１０１上に、絶縁層１０２を形成する。そして、絶縁層１０２上に金属細線のラインアンドスペースで形成される反射層１０３を形成する。そして、反射層１０３上に絶縁層１０４を形成する。次に、絶縁層１０４上に、吸収作用のある無機材料、例えば金属や半導体材料等を用いて、吸収層１０５を島状に分布した長方形アイランドパターンで形成する。
以上の方法により、入射光を空間的に偏光分離可能にすることが可能な吸収型のＷＧＰを一体形成することができる。この方法により形成された光電変換素子は、通常の半導体プロセスで形成可能となるため、小型サイズの映像機器に対しての適用も可能となる。
特開２００８−２１６９５６号公報
上述の吸収型のＷＧＰをＣＣＤ光電変換素子やＣＭＯＳ光電変換素子に適用する場合には、画素部の上面マイクロレンズの上に、半導体プロセスで形成する方法が考えられる。しかし、光電変換素子上のマイクロレンズやカラーフィルタは、一般的に、耐熱性や膜強度が低い有機系の樹脂材料から形成されている。
例えば、一般的な半導体装置の層間絶縁膜の形成方法である、プラズマＣＶＤを適用してＳｉＯ２層を形成する場合、形成温度は３５０〜４００℃である。しかし、この温度では樹脂材料が昇華又は分解してしまう。このため、ＷＧＰの下地となる絶縁層や、ＷＧＰの反射層と吸収層との間に形成される絶縁層は、樹脂の耐用温度以下、例えば、２２０℃以下で形成しなければならない。このように、偏光子を形成する工程において、金属膜を形成する温度の低温化や、膜ストレスの低下が必要となる。
しかし、上述のような低温プロセスにより形成された絶縁層では、密度低下による吸湿性の増加が問題となる。例えば、膜吸湿による腐食等が、デバイスの長期信頼性の低下の原因となる。このように、上述の製造方法では製造工程における制限、特に温度範囲の制限があり、製造された固体撮像装置の信頼性の低化が問題となる。
上述した問題の解決のため、本発明においては、ワイヤグリッド偏光子を備えた信頼性に優れる固体撮像装置を提供するものである。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子を準備する工程と、光電変換素子の表面に絶縁層を形成する工程とを有する。また、支持基体上にワイヤグリッド偏光子を形成する工程を有する。そして、光電変換素子の表面の絶縁層上に、支持基体のワイヤグリッド偏光子形成面を接合する工程と、ワイヤグリッド偏光子から支持基体を除去する工程とを有する。
また、本発明の固体撮像装置は、光電変換素子と、光電変換素子上に形成されている絶縁層と、絶縁層上に形成されているワイヤグリッド偏光子とを備える。そして、絶縁層に凹部が形成され、ワイヤグリッド偏光子の側壁が、絶縁層に形成されている凹部の内壁と接して形成されている。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換素子とは、異なる基体上でワイヤグリッド偏光子を形成する。このため、ワイヤグリッド偏光子を形成する際に、プロセス温度の低温化、低ストレス化が不要となる。従って、より信頼度が高いプロセス条件でＷＧＰを形成することが可能となる。
また、本発明の固体撮像装置によれば、例えば上述の方法により、別の基体上に形成されたワイヤグリッド偏光子を光電変換素子の表面に接合する際、位置精度の向上が可能となる。
本発明によれば、ワイヤグリッド偏光子を備えた信頼性に優れる固体撮像装置を提供することができる。
本発明の固体撮像装置の製造方法に係わる固体撮像装置の構成図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係わる固体撮像装置の構成図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ａ〜Ｆは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ｇ〜Ｉは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 本発明の固体撮像装置の製造方法に係わる固体撮像装置の構成図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ｄ〜Ｆは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ｄ〜Ｅは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ａ〜Ｅは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の固体撮像装置の製造方法に係わるワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。 Ａ〜Ｃは、従来のワイヤグリッド偏光子の製造工程図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の構成
２．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第１実施形態
３．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第２実施形態
４．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第３実施形態
５．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の変形例
〈１．固体撮像装置の構成〉
［固体撮像装置の構成］
以下、本発明の固体撮像装置の製造方法の具体的な実施の形態について説明する。
図１に、本発明の製造方法に係わる固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像装置の概略構成を示す。
図１Ａに示す固体撮像装置１０は、半導体基体、例えば、シリコン基板に複数の光電変換部となるフォトダイオードを含む画素１２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）１３と、周辺回路部とから構成される。画素１２は、フォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有する。
複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
周辺回路部は、垂直駆動回路１４と、カラム信号処理回路１５と、水平駆動回路１６と、出力回路１７と、制御回路１８等から構成されている。
制御回路１８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路１４、カラム信号処理回路１５及び水平駆動回路１６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路１８は、これらの信号を垂直駆動回路１４、カラム信号処理回路１５及び水平駆動回路１６等に入力する。
垂直駆動回路１４は、例えばシフトレジスタによって構成される。垂直駆動回路１４は、画素部１３の各画素１２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線１９を通して各画素１２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路１５に供給する。
カラム信号処理回路１５は、画素１２の例えば列ごとに配置され、１行分の画素１２から出力される信号を画素列ごとに黒基準画素（有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によってノイズ除去などの信号処理を行う。即ち、カラム信号処理回路１５は、画素１２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（correlated double sampling）や、信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路１５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１１との間に接続されて設けられている。
水平駆動回路１６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力する。
出力回路１７は、カラム信号処理回路１５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
上記の固体撮像装置１０を、裏面照射型の固体撮像装置に適用する場合は、光入射面（いわゆる受光面）側の裏面上には複数配線層が形成されず、複数配線層は受光面と反対側の表面側に形成される。
［ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）の構成］
次に、図２にＣＭＯＳ型の固体撮像装置の画素部に設けられるカラーフィルタ上の構成を示す。
図２では、半導体基体に設けられる光電変換部、各種トランジスタ、ＣＭＯＳ回路及び上部配線層等を下地デバイス２１として示している。そして、下地デバイス２１上には、光学部を形成するためのデバイス平坦化層２２、カラーフィルタ２３、及び、カラーフィルタ２３上に形成されているマイクロレンズ２４を備える。さらに、マイクロレンズ２４上にマイクロレンズ平坦化層２５を備える。
マイクロレンズ平坦化層２５上には、ストッパ絶縁層２６とワイヤグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer：ＷＧＰ）３０が形成されている。ＷＧＰ３０は、ストッパ絶縁層２６上に形成された反射層３１と、反射層３１上に形成された絶縁層３２と、絶縁層３２上に形成された吸収層３３とからなる。
反射層３１は、基体の主面と平行な一方向に延びた帯状の薄い層により、可視光域の波長よりも狭ピッチで一次元格子状に形成されている。反射層３１が一次元格子状に延びる方向（反射層３１の延びる方向と平行な方向）は、消光させる偏光方位と一致する。また、一次元格子状の繰り返し方向（反射層３１の延びる方向と直交する方向）は、透過させる偏光方位と一致する。
即ち、反射層３１は、一般的なＷＧＰの機能を有し、この反射層３１の繰り返し単位に入射した光のうち、反射層３１の延びる方向と平行な方向に電界成分を有する偏光波（ＴＥ波／Ｓ波、又は、ＴＭ波／Ｐ波のいずれか一方）を減衰させる。また、反射層３１の延びる方向と直交する方向に電界成分を有する偏光波（ＴＥ波／Ｓ波、又は、ＴＭ波／Ｐ波のいずれか他方）を透過させる。
反射層３１には、通常のＷＧＰ用の格子材料を用いることができる。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、及び、テルル（Ｔｅ）等の金属材料や半導体材料、並びに、これらを含む合金材料を用いることができる。また、例えば着色等により表面の反射率を高くした無機材料層や樹脂層から反射層３１を構成することもできる。
絶縁層３２は、上述の反射層３１上に形成される。絶縁層３２は、可視光に透明な光学材料から形成される。例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、及びＭｇＦ２等の材料を用いて形成される。
絶縁層３２は、吸収層３３の下地層となる。また、絶縁層３２は、吸収層３３で反射された偏光光と、吸収層３３を透過して反射層３１で反射された偏光光との位相を調整し、干渉効果により反射率を低減するために形成される。このため、絶縁層３２は、反射層３１で反射された偏光光の位相が、吸収層３３で反射された偏光光と、半波長分ずれるような厚さに形成されることが好ましい。なお、吸収層３３が、光吸収効果を有しているため、絶縁層３２の厚さが、上記干渉効果のために最適化されていなくても、消光比の向上が可能である。
また、絶縁層３２の屈折率は、１．０より大きく、２．５以下とすることが好ましい。吸収層３３の光学特性は、周囲の屈折率によっても影響を受けるため、絶縁層３２の屈折率を調整することにより、ＷＧＰ３０の偏光子特性を制御することが可能である。
吸収層３３は、絶縁層３２上において、反射層３１の一次元格子方向に離間されて、断続的に形成される。つまり、絶縁層３２上での吸収層３３の平面形状は、長方形の島状パターンである。そして、吸収層３３の平面形状は、吸収層３３の長辺が、反射層３１の延びる方向と平行な方向に形成される。また、吸収層３３の短辺が、反射層３１の延びる方向と直交する方向に形成される。そして、吸収層３３の長辺方向が偏光子の光吸収軸となり、短辺方向が偏光子の光透過軸となる。
吸収層３３は、消衰係数が零でない、即ち、光吸収作用を有する金属材料や合金材料、半導体材料から構成される。また、吸収層３３は、例えば、光吸収作用を有する無機微粒子を含んで形成されている。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、テルル（Ｔｅ）、錫（Ｓｎ）等の金属材料や半導体材料、これらを含む合金材料を用いることができる。また、ＦｅＳｉ２（特にβ−ＦｅＳｉ２）、ＭｇＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＢａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、ＣｏＳｉ２等のシリサイド系材料を用いることができる。
特に、吸収層３３を構成する材料として、アルミニウム若しくはその合金、又は、β−ＦｅＳｉ２や、ゲルマニウム、テルルを含む半導体材料を用いることで、可視光域で高コントラスト（高消光比）を得ることができる。なお、可視光以外の波長帯域、例えば赤外域に偏光特性を持たせるためには、光吸収層を構成する材料として、共鳴波長が赤外域近辺にある銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等を用いることが好ましい。
なお、上述のＷＧＰは、反射層のみから構成される単層偏光子とすることもできる。単層偏光子とした場合にも、上述の吸収型のＷＧＰとは異なる作用であるが、通常のＷＧＰとして機能する。
ＷＧＰを備える固体撮像装置に適用される光電変換素子としては、上述のＣＭＯＳ型の固体撮像装置以外にも、例えば、ＣＣＤ素子、ＣＩＳ（Contact Image Sensor）、ＣＭＤ（Charge Modulation Device）型の信号増幅型イメージセンサ等に適用可能である。また、光電変換素子として、表面照射型の光電変換素子又は裏面照射型の光電変換素子も適用可能である。
〈２．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第１実施形態〉
［ワイヤグリッド偏光子の製造方法：第１実施形態］
次に、上述のワイヤグリッド偏光子を備える固体撮像装置の製造方法の第１実施形態について説明する。
まず、図３Ａに示すように、光電変換部を備える光電変換素子を準備する。光電変換素子は、画素単位でマイクロレンズ２４が形成され、最表面にマイクロレンズ２４の凹凸を有する。
次に、図３Ｂに示すように、マイクロレンズ２４上に、使用波長帯域内で透明な材料をスピンコート法等により塗布及び平坦化してマイクロレンズ平坦化層２５を形成する。そして、図３Ｃに示すように、使用波長帯域内で透明、且つ、ドライエッチング耐性が充分あり、エッチングストッパ及び基板接合の際の接合面として機能する誘電体材料を用いてストッパ絶縁層２６を形成する。誘電体材料としては、上述のＷＧＰを構成する絶縁層と同様の材料を用いることができ、例えばＳｉＯ２等のケイ素化合物を用いる。ストッパ絶縁層２６は、例えば、スパッタ法やゾルゲル法（スピンコート法により溶液を塗布し、熱処理によりゲル化させる方法）により形成する。
次に、図４Ａに示すように、支持基体３４上に絶縁層３５を形成する。絶縁層３５は、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２等を１５０ｎｍ程度形成する。そして、絶縁層３５上にレジスト層３６を形成する。形成したレジスト層３６に、リソグラフィーパターニングを行い、ＷＧＰの吸収層の形成位置を開口するレジストパターンを形成する。そして、図４Ｂに示すように、レジスト層３６のパターンを用いて、絶縁層３５にエッチングを行う。エッチングにより絶縁層３５に、吸収層を形成する島状の凹部３８を形成する。凹部３８を形成した後、レジスト層３６を除去する。
次に、図４Ｃに示すように、凹部３８を覆って、絶縁層３５に吸収材料層３３Ａを形成する。吸収材料層３３Ａとしては、上述の吸収層に適用する材料、例えばＷを用いて１００ｎｍ形成する。また、吸収材料層３３Ａは、例えば、化学的気相成長（ＣＶＤ）法、塗布法、スパッタ法等の物理的気相成長（ＰＶＤ）法を用いて形成する。
そして、図４Ｄに示すように、絶縁層３５の凹部３８上に、余剰に形成された吸収材料層３３Ａを、例えば、ＣＭＰ法等を用いて除去して平坦化する。この工程により、絶縁層３５に島状に埋めこまれた吸収層３３を形成する。
次に、図４Ｅに示すように、絶縁層３５及び吸収層３３上に、ＷＧＰの絶縁層となる絶縁材料層３２Ａを形成する。さらに、絶縁材料層３２Ａ上にＷＧＰの反射層となる反射材料層３１Ａを形成する。
絶縁材料層３２Ａは、例えば、ＣＶＤ法、塗布法、ＰＶＤ法、ゾルゲル法等を用いて形成する。また、絶縁材料層３２Ａは、上述の可視光に透明な光学材料、例えばＳｉＯ２を用いて１０ｎｍの厚さに形成する。
反射材料層３１Ａは、例えば、ＣＶＤ法、塗布法、ＰＶＤ法等を用いて形成する。上述の一般的なＷＧＰ用の格子材料として用いられる材料、例えばＡｌ又はＡｌを含む合金を用いて１５０ｎｍの厚さに形成する。
次に、図４Ｆに示すように、反射材料層３１Ａにパターニングされたレジスト層３７を形成する。レジスト層３７は、ＷＧＰを形成する位置に残存させるように、リソグラフィーパターニングを行う。この工程におけるリソグラフィは、ラインアンドスペースパターンからなるフォトマスクを用いて行うものであり、例えば、露光波長２４８ｎｍのＫｒＦ露光、又は、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦ露光を用いることが好ましい。
次に、図５Ｇに示すように、レジスト層３７を用いて、反射材料層３１Ａのエッチングを行う。エッチングにより、レジスト層３７のパターンを反射材料層３１Ａに転写して、ＷＧＰの反射層３１を形成する。エッチング後、レジスト層３７を剥離する。
さらに、パターンが転写された反射層３１をマスクとして、絶縁層３５及び絶縁層３２をエッチングする。この工程により、支持基体３４上に、吸収層３３、絶縁層３２及び反射層３１とからなるＷＧＰ３０を形成する。
次に、図５Ｈに示すように、ＷＧＰ３０を覆うパッシベーション層３９を形成する。パッシベーション層３９は、ＷＧＰ３０の保護層として機能するとともに、上述の光電変換素子上のストッパ絶縁層２６との接合面として機能する材料を用いて形成する。パッシベーション層３９としては、例えば、上述のＷＧＰを構成する絶縁層３２と同様の材料を用いて形成することができ、例えばＳｉＯ２等のケイ素化合物を用いて形成する。また、パッシベーション層３９は、ＣＶＤ法やゾルゲル法等を用いて形成する。
次に、図５Ｉに示すように、光電変換素子の上に、支持基体３４を接合する。このとき、支持基体３４を形成したＷＧＰ３０上のパッシベーション層３９が、光電変換素子の表面に形成したストッパ絶縁層２６と接触するように、支持基体３４を反転して接合する。
光電変換素子と支持基体とは、互いの表面に形成されたシリコン酸化層（ＳｉＯ２）を活性化させてシラノール基を形成し、脱水縮合反応により接合させる。つまり、光電変換素子のストッパ絶縁層２６と、支持基体３４上のＷＧＰ３０の表面に形成したパッシベーション層３９とをシリコン酸化層（ＳｉＯ２）で形成することにより、上述の脱水縮合反応により接合することができる。
シリコン酸化層の活性化方法は、一般的にＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウエハを形成する際に用いる手法を適用する。例えば、過酸化水素水等の薬液を用いて、シリコン酸化層の親水化処理を行い、表面活性化処理を行う。あるいは、酸素プラズマ処理等により、表面活性化処理を行う。
次に、図６に示すように、光電変換素子上から支持基体３４を除去する。支持基体３４の除去は、裏面（ＷＧＰ３０の形成面と反対の面）側から例えばウェーハグラインダー等の研削機を用いて行う。そして、ＷＧＰ３０上に形成されている絶縁層３５と、パッシベーション層３９とを、例えばフッ素系の薬液を用いて除去し、反射層３１の上面を露出する。これにより、光電変換素子上にストッパ絶縁層２６を介してＷＧＰ３０を形成することができる。
以上の工程により、ＷＧＰ３０が形成された固体撮像装置を製造することができる。
なお、上述の工程により、光電変換素子上にＷＧＰ３０を形成した後、ＷＧＰ３０の全面にシリコン酸化物又はシリコン窒化物を、例えば５０ｎｍ形成して保護層とすることにより、偏光子の信頼性を向上することができる。
上述の本実施形態の製造方法では、マイクロレンズ・カラーフィルターが形成されている基体とは、異なる基体上でＷＧＰを形成する。このため、ＷＧＰ形成の際に、プロセス温度の低温化や、低ストレス化が不要となる。従って、より信頼度が高いプロセス条件でＷＧＰを形成することが可能となる。特に、ストッパ絶縁層等で用いるシリコン窒化物等の絶縁層を、より高い密度で形成することができる。このため、吸湿性の悪化を抑制し、膜吸湿によるデバイスの長期信頼性の劣化を改善することができ、より信頼性の高い偏光子を備える固体撮像装置を提供できる。
なお、上述の実施の形態では、ＷＧＰ３０を反射層３１、絶縁層３２及び吸収層３３からなる積層体で形成したが、反射層のみから構成される単層偏光子としてもよい。ＷＧＰ３０を反射層のみから構成する場合には、支持基体３４上に絶縁層３５を形成した後、絶縁層３５上に直接反射材料層３１Ａを形成し、リソグラフィを用いて反射層３１を形成する。そして、反射層３１上にパッシベーション層３９を形成する。この後、上述の方法と同様に、光電変換素子上のストッパ絶縁層２６とパッシベーション層３９とを接合する。そして、支持基体３４等を除去して反射層３１を露出することで、光電変換素子上にＷＧＰ３０を形成することができる。
また、ＷＧＰ３０のグリッドパターンの寸法も上述の実施の形態に限定されるものではない。上述の実施の形態では、偏光子の形成方法として、ＫｒＦあるいはＡｒＦ露光によるレジスト加工を示したが、より微細ピッチ名偏光子を適用する必要がある場合は、他の方法を用いる。例えば、ＩＴＲＳ（Technology Roadmapfor Semiconductors）に示される、側壁転写方式（サイドウォール方式、スペーサー方式）や、ダブルパターニング法等の加工プロセスを用いてもよい。
また、上述の実施形態では、ＷＧＰ３０上に形成するパッシベーション層としてシリコン酸化膜を用いたが、親水化処理、活性化処理によりシラノール基を形成できるケイ素化合物であれば、限定することなく使用可能である。例えば、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、及び、ＳｉＣＮ等のケイ素化合物からなる絶縁層を形成することもできる。
〈３．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第２実施形態〉
［ワイヤグリッド偏光子の製造方法：第２実施形態］
上述の第１実施形態では、ワイヤグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer：ＷＧＰ）を構成する格子間が空洞であり、ＷＧＰが形成された支持基体を光電変換素子側の基体に接合する際の接合面が小さい。このため、余剰基板除去の際等の工程で、接合の際に隙間の発生や接合強度の低下した場合に、ＷＧＰが接合面から剥離する可能性が考えられる。
また、上記のような空洞があると、接合後の製造プロセス中で、引加される熱ストレスにより、空洞が肥大化してＷＧＰが接合面から剥離する可能性が考えられる。
上述の対策として、第２実施形態では、偏光子間を例えば有機系絶縁膜で埋めて表面を平坦化する工程を備える。以下、ワイヤグリッド偏光子を備える固体撮像装置の製造方法の第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態では、上述の第１実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
まず、上述の第１実施形態の図３Ａ〜Ｃに示す工程と同様に、光電変換素子上にストッパ絶縁層２６を形成する。
次に、図７Ａに示すように、支持基体３４上に、偏光子形成の為の下地および加工プロセスのエッチングストッパとなる絶縁層４１を形成する。絶縁層４１は、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２等を形成する。また、絶縁層４１上にＷＧＰの反射層となる反射材料層３１Ａを形成する。
次に、図７Ｂに示すように、反射材料層３１Ａ上に、パターニングされたレジスト層３７を形成する。反射材料層３１Ａは、例えば、ＣＶＤ法、塗布法、ＰＶＤ法等を用いて形成する。上述の一般的なＷＧＰ用の格子材料として用いられる材料、例えばＡｌ又はＡｌを含む合金を用いて１５０ｎｍの厚さに形成する。レジスト層３７は、ＷＧＰを形成する位置に残存させるように、リソグラフィーパターニングを行う。
次に、図７Ｃに示すように、レジスト層３７を用いて、反射材料層３１Ａのエッチングを行う。エッチングにより、レジスト層３７のパターンを反射材料層３１Ａに転写して、ＷＧＰの反射層３１を形成する。エッチング後、レジスト層３７を剥離する。
次に、図８Ａに示すように、反射層３１を覆うパッシベーション層３９と、反射層３１の格子間を埋める絶縁層４２を形成する。パッシベーション層３９は、反射層３１の保護層として機能するとともに、上述の光電変換素子上のストッパ絶縁層２６との接合面として機能する材料を用いて形成する。
絶縁層４２は、ポリアリレン等の有機絶縁材料を用いることが好ましい。絶縁層４２は、形成工程や後述の除去工程における簡易性のため、例えば、スピンコーティング等の塗布法を適用可能な有機系材料を用いることが好ましい。
また、絶縁層４２は、反射層３１上に形成したパッシベーション層３９の上面が露出するように形成する。つまり、パッシベーション層３９の上面が、絶縁層４２よりも高い位置となるように、又は、パッシベーション層３９の上面と絶縁層４２とが同じ高さとなるように形成する。
次に、図８Ｅに示すように、光電変換素子の上に、支持基体３４を接合する。このとき、支持基体３４に形成したパッシベーション層３９が、光電変換素子の表面に形成したストッパ絶縁層２６と接触するように、支持基体３４の上下を反転して接合する。光電変換素子と支持基体とは、ストッパ絶縁層２６とパッシベーション層３９を活性化させてシラノール基を形成し、脱水縮合反応により接合させる。
次に、図８Ｆに示すように、光電変換素子上から支持基体３４を、ウェーハグラインダー等の研削機を用いて除去する。そして、反射層３１の上面に形成されている絶縁層４１、及び、絶縁層４２上に形成されているパッシベーション層３９を、例えばフッ素系の薬液を用いて除去し、反射層３１の正面を露出する。
さらに、反射層３１間に形成されている絶縁層４２を除去する。絶縁層４２の除去は、例えば、酸素プラズマによるエッチング等を用いて行う。
以上の工程により、ＷＧＰとして反射層３１が形成された固体撮像装置を製造することができる。
上述の第２実施形態では、第１実施形態と比較して、基体接合の際に、ＷＧＰの各反射層間に絶縁層が形成されている。このため、基体剥離の原因となる空洞が形成されない。従って、信頼性の高い偏光子を備える固体撮像装置を提供できる。
なお、本実施形態では、ＷＧＰとしては反射層３１のみからなる単層偏光子を用いたが、偏光子の形状としては特に限定するものではなく、例えば、第１実施形態のように、吸収層、絶縁層及び反射層からなる吸収型の偏光子としてもよい。この場合には、第１実施形態と同様に、支持基体上に吸収層から反射層までの積層構造のＷＧＰを形成した後、ＷＧＰの格子間に絶縁層を形成すればよい。
〈４．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の第３実施形態〉
［ワイヤグリッド偏光子の製造方法：第３実施形態］
上述の第１実施形態及び第２実施形態では、偏光子が形成されている支持基体を光電変換素子が形成されている基体に接合する際、支持基体上に一様に形成されている偏光子を、光電変換素子上の平坦面に接合している。
偏光子を高性能なオンチップ偏光子として機能させるためには、マイクロレンズ上に、位置精度よく偏光子を形成する必要がある。このため、偏光子の接合の際に、位置合わせの高い精度が要求される。
このような要求に応じて、第３実施形態では、基板接合の位置精度の向上が可能な製造方法を提供する。以下、上述のワイヤグリッド偏光子を備える固体撮像装置の製造方法の第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態では、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同様の構成には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
まず、図９Ａに示すように、光電変換部を備え、画素単位でマイクロレンズ２４が形成され、最表面にマイクロレンズ２４の凹凸が残っている光電変換素子を準備する。そして、図９Ｂに示すように、マイクロレンズ２４上に、使用波長帯域内で透明な材料を塗布及び平坦化してマイクロレンズ平坦化層２５を形成する。
次に、図９Ｃに示すように、使用波長帯域内で透明、且つ、ドライエッチング耐性が充分あり、エッチングストッパ及び基板接合の際の接合面として機能する誘電体材料を用いてストッパ絶縁層２６を形成する。
次に、図１０Ｄに示すように、ストッパ絶縁層２６上にレジスト層４３を形成する。そして、レジスト層４３を、リソグラフィーパターニングを行い、偏光子を接合する位置を開口するレジストパターンを形成する。そして、図１０Ｅに示すように、レジスト層４３のパターンを用いてストッパ絶縁層２６上にエッチングを行い、素子接合面に凹部４４を形成する。凹部４４を形成した後、レジスト層３６を除去する。
上記凹部４４は、後述する凸状に形成される偏光子に相対する位置に形成されるストッパ絶縁層２６の段差である。ストッパ絶縁層２６のエッチングは、例えば、矩形状パターンを用いてパターニングされたレジスト層４３を用いて、ストッパ絶縁層２６に、例えば深さ３０ｎｍの凹部４４を形成する。
以上の工程により、光電変換素子上に、凹状の段差が形成されたストッパ絶縁層２６を形成する。
次に、図１１Ａに示すように、支持基体３４上に偏光子形成の為の下地および加工プロセスのエッチングストッパとなる絶縁層４１を形成する。絶縁層４１は、例えばＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２等を形成する。また、絶縁層４１上にＷＧＰの反射層となる反射材料層３１Ａを形成する。
そして、図１１Ｂに示すように、反射材料層３１Ａ上にパターニングされたレジスト層４５を形成する。レジスト層４５は、ワイヤグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer：ＷＧＰ）となる反射層３１を形成する位置に残存させるように、リソグラフィーパターニングを行う。この工程におけるリソグラフィは、ラインアンドスペースパターンからなるフォトマスクを用いて行うものであり、例えば、露光波長２４８ｎｍのＫｒＦ露光、又は、露光波長１９３ｎｍのＡｒＦ露光を用いることが好ましい。
次に、図１１Ｃに示すように、レジスト層４５を用いて、反射材料層３１Ａのエッチングを行う。エッチングにより、レジスト層４５のパターンを反射材料層３１Ａに転写して、ＷＧＰの反射層３１を形成する。エッチング後、レジスト層４５を剥離する。
次に、図１１Ｄに示すように、反射層３１を覆うパッシベーション層３９を形成する。パッシベーション層３９は、反射層３１の保護層として機能するとともに、上述の光電変換素子上のストッパ絶縁層２６との接合面として機能する材料を用いて形成する。
次に、図１１Ｅに示すように、反射層３１の格子間を埋める絶縁層４６を形成する。絶縁層４６は、反射層３１が凸形状となるように、反射層３１の上面よりも低い位置まで形成する。例えば、絶縁層４６に用いる有機絶縁材料を、反射層３１と同じ高さまで塗工する。そして、酸素プラズマによるエッチングを行い、反射層３１よりも５０ｎｍ程度低くなる位置まで絶縁層４６を除去する。
この工程により、反射層３１は、絶縁層４６との間に凸状の段差が設けられる、反射層３１とパッシベーション層３９とからなる凸部が形成される。
次に、図１２Ａに示すように、光電変換素子の上に、支持基体３４を接合する。このとき、支持基体３４に形成したパッシベーション層３９が、光電変換素子の表面に形成したストッパ絶縁層２６と接触するように、支持基体３４の上下を反転して接合する。光電変換素子と支持基体とは、ストッパ絶縁層２６とパッシベーション層３９を活性化させてシラノール基を形成し、脱水縮合反応により接合させる。
また、光電変換素子の上への支持基体３４の接合は、図１２Ｂに示すように、絶縁層４６表面から凸状に形成されている反射層３１を、光電変換素子表面に形成されたストッパ絶縁層２６の凹部４４内にはめ込むように接合する。つまり、反射層３１とパッシベーション層３９とからなる凸部の側面と、ストッパ絶縁層２６の凹部の内壁とを接触させるように接合する。このように、反射層３１を含んで構成される凸部をほぞとし、また、ストッパ絶縁層２６の凹部をほぞ穴とした、ほぞ接合形状することにより、正確な位置合わせが可能となる。この位置合わせ精度は、ストッパ絶縁層２６に凹部４４の形成に用いるリソグラフィーパターニングの精度に依存する。反射層３１が接合される部分に精度良くパターニングを行うことにより、凹部４４を適切な位置、及び、形状に形成することができる。そして、凹部４４が精度良く形成されていることにより、凹部４４の凸状の段差を利用した正確な位置合わせが可能となる。このようなほぞ接合形状とすることにより、光電変換素子上への支持基体の接合において、物理的な基板接合時の位置ずれを最小化することができる。
次に、図１２Ｃに示すように、光電変換素子上から支持基体３４を、ウェーハグラインダー等の研削機を用いて除去する。そして、反射層３１の上面に形成されている絶縁層４１、及び、絶縁層４６上に形成されているパッシベーション層３９を、例えばフッ素系の薬液を用いて除去し、反射層３１の正面を露出する。さらに、反射層３１の格子間に形成されている絶縁層４６を除去する。絶縁層４６の除去は、例えば、酸素プラズマによるエッチング等を用いて行う。
以上の工程により、ＷＧＰとして反射層３１が形成された固体撮像装置を製造することができる。
上述の第３実施形態では、偏光子側に凸状の段差を形成し、光電変換素子の表面の相対する位置に凹部を形成し、ほぞ接合形状として接合の際の位置精度を向上させている。この方法により、物理的な基板接合時の位置ずれを最小化することが可能となる。このため、偏光子を透過してマイクロレンズに入射した光が、光電変換部へと効率よく集光される構成となる。偏光子と光電変換部との位置合わせ精度が低下した場合には、偏光した光が隣接する光電変換部に入射するため、感度劣化、偏光特性劣化、混色悪化等の特性悪化が発生する。上述の方法により、偏光子の位置を精度良く光電変換部上に形成することにより、上記の特性を改善することができ、高性能な偏光子を有する固体撮像装置を提供することができる。
なお、上述の第３実施形態では、反射層の形成部に段差を形成する場合について説明したが、支持基体側（偏光子作製側）と光電変換素子側のいずれか一方に凸状の段差（凸部）を形成し、他方に凸状の段差に相対する凹状の段差（凹部）を形成すればよい。このため、上述の反射層を形成する領域以外にも、例えばチップ間のスクライブライン上において、支持基体と光電変換素子とに、それぞれ凸部と凹部とを形成してもよい。この場合にも、精度よく支持基体と光電変換素子とを接合することが可能である。
また、本実施形態では、ＷＧＰとしては反射層３１のみからなる単層偏光子を用いたが、偏光子の形状としては特に限定するものではなく、例えば、第１実施形態のように、吸収層、絶縁層及び反射層からなる吸収型の偏光子としてもよい。この場合には、第１実施形態と同様に、支持基体上に吸収層から反射層までの積層構造のＷＧＰを形成した後、ＷＧＰ間に、絶縁層を形成すればよい。
〈４．ワイヤグリッド偏光子の製造方法の変形例〉
［変形例：透明支持基体］
上述の第３実施形態では、接合を行うそれぞれの基板に対して段差を形成し、ほぞ接合することにより物理的な位置合わせ精度を向上させている。一般的に、半導体装置等の製造方法における基体接合では、それぞれの基体の位置座標を元に、機械的な位置合わせ（アライメント）が行われている。これら基体接合方法において、位置合わせの精度を高める場合には、基体上に形成されたアライメントマークを直接読みとり、位置補正を行いながら基体を接合する方法が用いられる。
上述の第１実施形態、第２実施形態、及び、第３実施形態において、上述のアライメントマークによる位置補正を用いた基体接合を適用する場合には、ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）を形成する支持基体として、透明な基体、例えば透明なガラス基板を用いる。
ＷＧＰ形成用の支持基体として、透明なガラス基板を用いることにより、基体を接合する際に支持基体を透過して、光電変換素子側の基体の表面を視認することが可能になる。そして、光電変換素子側の基体に形成した位置合わせ用のアライメントマークを、直接読み取り、支持基体の位置を補正しながら、基体の接合を行うことができる。このため、接合の際のＷＧＰと光電変換素子との位置ずれをさらに小さくすることができる。
この結果、感度劣化、偏光特性劣化、混色悪化を抑制した高性能な偏光子を有する固体撮像装置を提供することができる。
また、固体撮像素側の基体に形成されるアライメントマークの視認性をより向上させるため、ＷＧＰを形成する際に支持基体上に形成する絶縁層として、透明性の高い材料を適切な厚さに形成することが好ましい。例えば、絶縁層としてシリコン酸化膜を１００ｎｍ以下に形成することで、位置合わせずれ量をさらに最小化することが可能となる。
上述の第１〜３実施形態の製造方法によれば、ワイヤグリッド偏光子（Wire Grid Polarizer：ＷＧＰ）の形成を、マイクロレンズやカラーフィルタが形成された基体と異なる基体上で行う。このため、ＷＧＰ形成の際のプロセス温度が、マイクロレンズやカラーフィルタの耐熱温度以下に限定されない。従って、プロセス温度の低温化、低ストレス化が不要となり、より信頼度の高いプロセス条件により、ＷＧＰを備える固体撮像装置を製造することが可能となる。
特にエッチングストッパ膜等で用いるシリコン窒化膜等からなる絶縁層を、より密度の高い状態で形成することが可能となる。このため、膜吸湿性の抑制が可能となり、膜吸湿によるデバイスの長期信頼性の劣化を改善させ、より信頼性の高い固体撮像装置を提供できる。
また、上述の第２実施形態によれば、基体を接合する際、ＷＧＰの各格子間に絶縁層を形成するため、ＷＧＰ内に空洞が形成されない。このため、固体撮像装置の製造工程において、ＷＧＰ接合後の熱ストレス等による剥離発生を抑制することができる。従って、より信頼性の高い固体撮像装置を提供できる。
また、上述の第３実施形態では、支持基体上に凸状のＷＧＰを形成し、光電変換素子側の表面にＷＧＰの凸状の段差（凸部）に相対する凹状の段差（凹部）を形成することにより、ほぞ接合形状として、支持基体と光電変換素子とを接合する。この接合方法を用いることにより、物理的な基体接合時の位置ずれを最小化することができる。
偏光子の位置を精度良く光電変換部上に形成することにより、偏光子を透過した光がマイクロレンズで集光され、効率よく光電変換部へと入射する。このため、偏光した光の隣接光電変換部への入射を抑制し、感度劣化、偏光特性劣化、混色悪化等の特性を改善した、高性能な偏光子を有する固体撮像装置を提供することができる。
１０ 固体撮像装置、１１ 水平信号線、１２ 画素、１３ 画素部、１４ 垂直駆動回路、１５ カラム信号処理回路、１６ 水平駆動回路、１７ 出力回路、１８ 制御回路、１９ 垂直信号線、２１ 下地デバイス、２２ デバイス平坦化層、２３ カラーフィルタ、２４ マイクロレンズ、２５ マイクロレンズ平坦化層、２６ ストッパ絶縁層、３０ ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）、３１，１０３ 反射層、３１Ａ 反射材料層、３２ 絶縁層、３２Ａ 絶縁材料層、３３，１０５ 吸収層、３３Ａ 吸収材料層、３４ 支持基体、３５，４１，４２，４６，１０２，１０４ 絶縁層、３６，３７，４３，４５ レジスト層、３８，４４ 凹部、３９ パッシベーション層、１００ 光電変換素子、１０１ 平坦化層

Claims (8)

  1. 光電変換素子を準備する工程と、
    前記光電変換素子の表面に絶縁層を形成する工程と、
    支持基体上にワイヤグリッド偏光子を形成する工程と、
    前記光電変換素子の表面の前記絶縁層上に、前記支持基体の前記ワイヤグリッド偏光子形成面を接合する工程と、
    前記ワイヤグリッド偏光子から前記支持基体を除去する工程と、を有する
    固体撮像装置の製造方法。
  2. 前記光電変換素子の表面にケイ素化合物からなる前記絶縁層を形成し、前記支持基体上の前記ワイヤグリッド偏光子の表面にケイ素化合物を含むパッシベーション層を形成し、前記絶縁層と前記パッシベーション層を活性化することにより、前記光電変換素子と前記支持基体とを接合する請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  3. 前記ワイヤグリッド偏光子を形成した後、前記ワイヤグリッド偏光子の格子間に絶縁層を形成する工程を備える請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
  4. 前記ワイヤグリッド偏光子の格子間に絶縁層をする工程において、前記絶縁層を前記ワイヤグリッド偏光子よりも低い高さで形成し、格子間の前記絶縁層上に前記ワイヤグリッド偏光子による凸形状を形成し、前記光電変換素子の表面の前記絶縁層を形成する工程において、前記ワイヤグリッド偏光子による凸部に相対する凹部を形成し、前記ワイヤグリッド偏光子による凸形状と、前記光電変換素子の表面の前記絶縁層の前記凹部とを合わせて接合する請求項３に記載の固体撮像装置の製造方法。
  5. 前記支持基体に透明な基体を使用し、前記光電変換素子に前記支持基体を接合する際に、前記支持基体を透過して前記光電変換素子側の基体に形成されているアライメントマークを用いて位置合わせを行う請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  6. 前記ワイヤグリッド偏光子を形成する工程が、前記支持基体の全面に金属層を形成する工程と、前記金属層をグリッドアレイ状に加工する工程とからなる請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  7. 前記ワイヤグリッド偏光子を形成する工程が、前記支持基体上に島状の吸収層を形成する工程と、前記吸収層上を覆って前記支持基体の全面に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に金属層を形成する工程と、前記金属層及び前記絶縁層をグリッドアレイ状に加工する工程とからなる請求１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 光電変換素子と、
    前記光電変換素子上に形成されている絶縁層と、
    前記絶縁層上に形成されているワイヤグリッド偏光子と、を備え、
    前記絶縁層に凹部が形成され、
    前記ワイヤグリッド偏光子の側壁が、前記絶縁層に形成されている前記凹部の内壁と接して形成されている
    固体撮像装置。
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