JP2012164945A

JP2012164945A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2012164945A
Application number: JP2011026355A
Authority: JP
Inventors: Kentaro Suzuki; 健太郎鈴木; Takeshi Okabe; 剛士岡部; Hiroaki Sano; 博晃佐野; Junji Iwata; 旬史岩田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-30
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: US20120202312A1; CN102637705A; JP5709564B2; US8846436B2; CN102637705B

Abstract

【課題】簡単な工程で半導体装置を製造することが可能となる。
【解決手段】半導体基板１０１の撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に第５層間絶縁膜１１３ｅが配される。第５層間絶縁膜１１３ｅの光電変換部１０５と重なった位置に開口１１６が形成される。半導体基板１０１の撮像領域１０３及び周辺領域１０４に第１導波路部材１１８を形成する。第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分を除去し、第５層間絶縁膜１１３ｅを露出させる。
【選択図】図６

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する。

近年、半導体装置の一つである固体撮像装置に関して、光電変換部に入射する光量を増やすため、光導波路を有する固体撮像装置が提案されている。

特許文献１には、低屈折率のクラッド層と、クラッド層に囲まれた溝部内に埋め込まれた高屈折率のコア層とが構成する導波路を有する固体撮像装置が開示されている。このような固体撮像装置の製造方法として、光電変換部に対応する開口を有するクラッド層の上の全面にコア層を成膜する方法が示されている。コア層を構成する材料としては、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、シリコン炭化膜（ＳｉＣ）が挙げられている。

特開２０１０−１０３４５８号公報

特許文献１には、導波路を形成したあとに配線を電気的に接続するプラグを形成することについて開示がない。本発明者らは、従来技術の固体撮像装置の製造方法では、導波路を形成した後に、配線を構成する導電部材を互いに電気的に接続するためのプラグを形成することが困難であるという課題を見出した。具体的には、導波路のコア層としてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）、あるいはシリコン炭化膜（ＳｉＣ）が形成されると、プラグを配するためのスルーホールを形成するための工程が複雑になる可能性がある。

このように、従来技術ではスルーホールを形成することが困難であった。上述の課題に鑑み、本発明の目的は少ない工程数でスルーホールを形成することを可能とする、あるいは簡単な工程でスルーホールを形成することを可能とする半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の一つの側面に係る固体撮像装置の製造方法は、第１領域及び第２領域を含む半導体基板の前記第２領域の上に導電部材を形成する第１工程と、前記半導体基板の第１領域の上と、前記第２領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第１絶縁体を形成する第２工程と、前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第１絶縁体を残し、前記第１絶縁体のうち前記第１領域の上に配された部分に第１開口を形成する第３工程と、前記第１開口の内部、及び前記第１絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分の上に、前記第１絶縁体とは異なる材料で構成される第２絶縁体を形成する第４工程と、前記第２絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第１絶縁体が露出するように除去する第５工程と、前記第５工程の後に、前記第１絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第２開口を形成する第６工程と、前記第２開口にプラグを形成する第７工程と、を含み、前記第２開口の面積は、前記第２絶縁体の前記第３工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明の別の側面に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部が配された第１領域、及び前記複数の光電変換部からの信号を処理する回路が配された第２領域を含む半導体基板の前記第２領域の上に導電部材を形成する第１工程と、前記半導体基板の前記第１領域の上と、前記第２領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第１絶縁体を形成する第２工程と、前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第１絶縁体を残し、前記第１絶縁体の前記複数の光電変換部の各々と重なった位置に複数の第１開口を形成する第３工程と、前記複数の第１開口の各々の内部、及び前記第１絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分の上に、前記第１絶縁体とは異なる材料で構成される第２絶縁体を形成する第４工程と、前記第２絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第１絶縁体が露出するように除去する第５工程と、前記第５工程の後に、前記第１絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第２開口を形成する第６工程と、前記第２開口にプラグを形成する第７工程と、を含み、前記第２開口の面積は、前記第２絶縁体の前記第３工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な工程で半導体装置を製造することが可能となる。

実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例１の固体撮像装置の平面構造の概略図。実施例２の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例２の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例３の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例４の固体撮像装置の製造方法を示す図。実施例５の固体撮像装置の断面構造の概略図。実施例６の固体撮像装置の平面構造の概略図。

本発明は半導体装置の製造方法に関するものである。本発明は、例えば、固体撮像装置の製造方法に適用可能である。固体撮像装置は複数の光電変換部が配された半導体基板を有する半導体装置である。

固体撮像装置の製造方法を例に本発明の好適な実施形態を説明する。半導体基板１０１は、複数の光電変換部１０５が配された撮像領域１０３、光電変換部１０５からの信号を処理する回路が配された周辺領域１０４を含む。周辺領域１０４の上には信号処理回路の配線を構成する導電部材が配される。半導体基板１０１の上には、絶縁体が配される。絶縁体は例えば複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅを含む。第５層間絶縁膜１１３ｅは第２配線層１１２ｂに含まれる導電部材の上に配される。

絶縁体に複数の開口１１６を形成する。開口１１６は絶縁体のうち複数の光電変換部１０５と重なった位置に形成される。撮像領域１０３には多数の光電変換部１０５が配されうる。このとき、第２配線層１１２ｂに含まれる導電部材の上には第５層間絶縁膜１１３ｅが残る。

次に、開口が形成された絶縁体の上に第１導波路部材１１８を形成する。第１導波路部材１１８は複数の開口１１６の内部を埋めるように形成される。さらに、第１導波路部材１１８は周辺領域１０４に配された絶縁体の上に形成される。この時、開口１１６の内部の全体が埋められる必要はない。開口１１６の内部の一部に空隙が残ってもよい。第１導波路部材１１８を構成する材料は、第５層間絶縁膜を構成する材料とは異なる。

第１導波路部材１１８のうち、周辺領域１０４に配された部分を除去する。除去の方法は、エッチングやリフトオフなどを用いることができる。平面的には、少なくとも、第２配線層１１２の導電部材と第３配線層１１２ｃの導電部材とを電気的に接続するプラグ１２１が配される位置、及び当該位置から所定の距離以内に配された部分を除去すればよい。周辺領域１０４に配された部分のうち大部分を除去することが好ましい。周辺領域１０４に配された部分の全面を除去することがさらに好ましい。所定の距離は、プラグ１２１の径に基づいて決定してよい。あるいは、半導体プロセスにおける重ね合わせ精度、最小設計寸法などに基づいて所定の距離を決定してもよい。

また、深さ方向において第１導波路部材１１８の全部を除去することが好ましい。すなわち、下地の第５層間絶縁膜１１３ｅが露出するまで第１導波路部材１１８を除去することが好ましい。

その後、第５層間絶縁膜１１３ｅの第２配線層１１２の導電部材と第３配線層１１２ｃの導電部材とを電気的に接続するプラグ１２１が配される位置にスルーホール１２５を形成する。スルーホール１２５の形成の前に、必要に応じて第５層間絶縁膜１１３ｅの上にさらに別の絶縁体が形成されてもよい。この場合、当該別の絶縁体にもスルーホール１２５が形成されることが好ましい。

スルーホール１２５の面積は、第１導波路部材１１８の除去される部分の面積よりも小さい。本明細書において、特に断りがない限り、面積は半導体基板１０１と該半導体基板と接して配された絶縁体との界面（半導体基板１０１の主面１０２）に平行な面で見たときの面積である。例えば、面積は、スルーホール１２５がある平面に投写された場合に当該平面でのスルーホール１２５が投写された領域の面積である。

本実施例の製造方法によれば、プラグ１２１を配するためのスルーホール１２５を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第５層間絶縁膜１１３ｅとは異なる材料で第１導波路部材１１８は構成される。これは、開口１１６に埋め込まれる第１導波路部材１１８の屈折率を、周囲の層間絶縁膜より高くすることで、光導波路とするためである。このように、スルーホール１２５を形成する位置に異なる材料が積層された場合には、複数の異なる条件でのプロセスによってスルーホール１２５を形成する必要がある。このため、スルーホール１２５を形成する前に、スルーホール１２５が配される位置、及びスルーホール１２５が配される位置から所定の距離以内に配された第１導波路部材１１８を除去することによって、スルーホール１２５を容易に形成することが可能となる。

なお、本発明は、上述のように異なる材料が重なって配された場所にスルーホールを形成する場合に適用可能である。

以下の説明では、電子が信号電荷である場合について説明するが、ホールが信号電荷であってもよい。ホールが信号電荷である場合には、半導体領域の導電型を反対にすればよい。

図面を用いて本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第１の実施例を説明する。図１〜図４は、本実施例の各工程における、固体撮像装置の断面構造の概略図である。

固体撮像装置１００は半導体基板１０１を有する。半導体基板は、固体撮像装置を構成する部材のうち半導体材料の部分である。例えば、半導体基板は、半導体ウェハに対して周知の半導体製造プロセスにより半導体領域が形成されたものを含む。半導体材料としては例えばシリコンが挙げられる。半導体材料と別の材料との界面が半導体基板の主面１０２である。例えば、別の材料は半導体基板上に該半導体基板と接して配された熱酸化膜などである。

本実施例において、半導体基板１０１には周知の半導体基板を用いることができる。半導体基板１０１にＰ型半導体領域、Ｎ型半導体領域が配される。１０２は半導体基板１０１の主面である。本実施例では、主面１０２は半導体基板１０１と半導体基板１０１に積層された熱酸化膜（不図示）との界面である。半導体基板１０１は複数の画素が配された撮像領域１０３、及び画素からの信号を処理する信号処理回路が配された周辺領域１０４を有する。撮像領域１０３、及び周辺領域１０４についての説明は後述する。

なお、本明細書において、平面は主面１０２と平行な面である。例えば、後述する光電変換部が配された領域における主面１０２、あるいはＭＯＳトランジスタのチャネルにおける主面１０２を基準としてよい。本明細書において、断面は平面と交差する面である。

図１（ａ）に示される工程においては、半導体基板１０１内に各半導体領域、半導体基板１０１の上にゲート電極、多層配線を形成する。半導体基板１０１の撮像領域１０３には、光電変換部１０５、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤ）１０６、画素トランジスタ用のウェル１０７やソース・ドレイン領域が形成される。光電変換部１０５は例えばフォトダイオードである。光電変換部１０５は半導体基板１０１に配されたＮ型半導体領域を含む。光電変換によって発生した電子が光電変換部のＮ型半導体領域に収集される。ＦＤ１０６はＮ型半導体領域である。光電変換部１０５で発生した電子はＦＤ１０６に転送され、電圧に変換される。ＦＤ１０６は増幅部の入力ノードに電気的に接続される。あるいは、ＦＤ１０６は信号出力線に電気的に接続される。本実施例では、ＦＤ１０６は増幅トランジスタのゲート電極１１０ｂにプラグ１１４を介して電気的に接続される。画素トランジスタ用のウェル１０７には、信号を増幅する増幅トランジスタや、増幅トランジスタの入力ノードをリセットするリセットトランジスタなどのソース・ドレイン領域が形成される。半導体基板１０１の周辺領域１０４には、周辺トランジスタ用のウェル１０８が形成される。周辺トランジスタ用のウェル１０８には、信号処理回路を構成する周辺トランジスタのソース・ドレイン領域が形成される。また、半導体基板１０１には、素子分離部１０９が形成されてもよい。素子分離部１０９は画素トランジスタ、または周辺トランジスタを他の素子と電気的に分離する。素子分離部１０９は、ＳＴＩ（ＳｈａｌｌｏｗＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏｎ）、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎ）などである。

また、この工程では転送ゲート電極１１０ａ、ゲート電極１１０ｂを形成する。転送ゲート電極１１０ａ、ゲート電極１１０ｂは、半導体基板１０１上に不図示の酸化膜を介して配される。転送ゲート電極１１０ａは光電変換部１０５とＦＤ１０６との間の電荷の転送を制御する。ゲート電極１１０ｂは画素トランジスタ、周辺トランジスタのゲートである。

さらに、この工程では、半導体基板１０１上に保護層１１１を形成する。例えば保護層１１１はシリコン窒化膜である。また、保護層１１１はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜を含む複数の層で構成されてもよい。保護層１１１は、後の工程で光電変換部に与えられるダメージを低減する機能を有していてもよい。あるいは、保護層１１１が反射防止の機能を有していてもよい。あるいは、シリサイド工程における金属の拡散を防止する機能を有していてもよい。また、保護層１１１に対して半導体基板１０１とは反対側にエッチストップ部材１１７を形成する。エッチストップ部材１１７の面積は、その後に形成される開口１１６の底の面積より大きいことが好ましい。なお、保護層１１１及びエッチストップ部材１１７は必ずしも形成される必要はない。

続いて、第１配線層１１２ａ、及び第２配線層１１２ｂ、及び複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅを形成する。本実施例ではダマシン法によって第１配線層１１２ａ、第２配線層１１２ｂが形成される。便宜的に半導体基板１０１に近いほうから順に、第１〜第５層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとする。

第１層間絶縁膜１１３ａを撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。必要に応じて、第１層間絶縁膜１１３ａの半導体基板１０１とは反対側の面を平坦化してもよい。第１層間絶縁膜１１３ａにはスルーホールが形成される。スルーホールには、第１配線層１１２ａの導電部材と半導体基板１０１の半導体領域とを電気的に接続するプラグ１１４が配される。プラグ１１４は導電性の材料で構成される。例えばプラグ１１４はタングステンである。

次に、第１層間絶縁膜１１３ａに対して半導体基板１０１とは反対側に第２層間絶縁膜１１３ｂを形成する。第２層間絶縁膜１１３ｂのうち、第１配線層１１２ａの導電部材が配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。その後、第１配線層の材料となる金属膜を撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。その後、ＣＭＰなどの方法により第２層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去する。このような手順によって、第１配線層１１２ａの配線を構成する導電部材が所定のパターンに配される。

続いて、第３層間絶縁膜１１３ｃ、第４層間絶縁膜１１３ｄを撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。ここで、第４層間絶縁膜１１３ｄのうち、第２配線層１１２ｂの導電部材が配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。次に、第３層間絶縁膜１１３ｃのうち、第１配線層１１２ａの導電部材と第２配線層１１２ｂの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。その後、第２配線層及びプラグの材料となる金属膜を撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。その後、ＣＭＰなどの方法により第４層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去する。このような手順によって、第２配線層１１２ｂの配線パターン、及びプラグのパターンを得る。なお、第３層間絶縁膜１１３ｃ、第４層間絶縁膜１１３ｄを形成した後に、先に第１配線層１１２ａの導電部材と第２配線層１１２ｂの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分をエッチングにより除去してもよい。

最後に第５層間絶縁膜１１３ｅを撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。必要に応じて、第５層間絶縁膜１１３ｅの半導体基板１０１とは反対側の面をＣＭＰなどの方法で平坦化してもよい。

なお、第１配線層１１２ａ及び第２配線層１１２ｂはダマシン法以外の手法で形成されてもよい。ダマシン法以外の手法の一例を説明する。第１層間絶縁膜１１３ａが形成された後に、第１配線層の材料となる金属膜を撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成する。次に、金属膜のうち、第１配線層１１２ａの導電部材が配される領域以外の部分をエッチングにより除去する。これによって、第１配線層１１２ａの配線パターンを得る。その後、第２層間絶縁膜１１３ｂ、第３層間絶縁膜１１３ｃを形成し、同様に第２配線層１１２ｂを形成する。第２配線層１１２ｂが形成された後、第４層間絶縁膜１１３ｄ及び第５層間絶縁膜１１３ｅを形成する。第３層間絶縁膜１１３ｃ、及び第５層間絶縁膜１１３ｅの半導体基板１０１とは反対側の面は必要に応じて平坦化される。

第１配線層１１２ａ、第２配線層１１２ｂは、半導体基板１０１の主面を基準に異なる高さに配される。本実施例において、第１配線層１１２ａ、及び第２配線層１１２ｂの導電部材は銅で形成される。導電部材は導電性の材料であれば銅以外の材料で形成されてもよい。プラグによって電気的に接続される部分を除いて、第１配線層１１２ａの導電部材と第２配線層１１２ｂの導電部材とは層間絶縁膜１１３ｃによって互いに絶縁されている。なお、配線層の数は２層に限らず、配線層が単層であっても、３層以上であってもよい。

また、各層間絶縁膜の間にはエッチストップ膜、金属の拡散防止膜、あるいは、エッチストップと金属の拡散防止の両方の機能を備える膜が配されてもよい。本実施例では、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅがシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜に対しては、シリコン窒化膜がエッチストップ膜となる。そこで、各層間絶縁膜の間に、エッチストップ膜１１５が配される。なお、エッチストップ膜１１５は必ず配される必要はない。

図１（ｂ）においては、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの光電変換部１０５と重なる領域に開口１１６を形成する。拡散防止膜１１５が配されている場合は、拡散防止膜１１５に開口を形成する。

まず、不図示のエッチング用のマスクパターンを層間絶縁膜１１３ｅに対して半導体基板１０１とは反対側に積層する。エッチング用のマスクパターンは開口１１６が配されるべき領域以外に配される。言い換えれば、エッチング用のマスクパターンは開口１１６が配されるべき領域に開口を有する。エッチング用のマスクパターンは、例えばフォトリソグラフィ及び現像によってパターニングされたフォトレジストである。

続いて、エッチング用のマスクパターンをマスクとして、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅ及び拡散防止膜１１５をエッチングする。これによって、開口１１６が形成される。また、条件の異なる複数回のエッチングによって、開口１１６を形成するようにしてもよい。エッチングの後に、エッチング用のマスクパターンを除去してもよい。

エッチストップ部材１１７が配された場合には、図１（ｂ）の工程において、エッチストップ部材１１７が露出するまでエッチングが行われることが好ましい。エッチストップ部材１１７は、層間絶縁膜１１３ａをエッチングするエッチング条件におけるエッチングレートが、層間絶縁膜１１３ａのエッチングレートよりも小さいことが好ましい。層間絶縁膜１１３ａがシリコン酸化膜である場合は、エッチストップ部材１１７はシリコン窒化膜、あるいはシリコン酸窒化膜であればよい。また、条件の異なる複数回のエッチングによって、エッチストップ部材１１７が露出するようにしてもよい。

開口１１６の断面形状については、開口１１６が必ずしも第１〜第５層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅのすべてを貫通している必要はない。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅが有する凹みが開口１１６であってもよい。開口１１６の平面形状については、開口１１６の境界が円形や四角形等の閉じたループである。あるいは、開口１１６の平面形状が、複数の光電変換部１０５にわたって延在する溝のような形状であってもよい。つまり本明細書において、ある平面において層間絶縁膜１１３ｅの配されていない領域が、層間絶縁膜１１３ｅの配された領域に囲まれている、あるいは挟まれているときに、層間絶縁膜１１３ｅは開口１１６を有するという。

平面における開口１１６の位置について、開口１１６の少なくとも一部が光電変換部１０５と平面的に重なって配される。すなわち、開口１１６及び光電変換部１０５を同一の平面に投写した時に、当該同一の平面に開口１１６及び光電変換部１０５の両方が投写された領域が存在する。

本実施例においては、光電変換部１０５と重なった領域に開口１１６が形成され、周辺領域１０４には開口１１６が形成されない。しかし、周辺領域１０４に開口１１６が形成されてもよい。その場合には、撮像領域１０３に形成される開口１１６の密度が、周辺領域１０４に形成される開口１１６の密度よりも高くてもよい。開口１１６の密度は、単位面積あたりに配された開口１１６の数によって決めることができる。あるいは、開口１１６の密度は、開口１１６の占める面積の割合によって決めることができる。

図１（ｃ）においては、開口１１６の内部、及び第５層間絶縁膜１１３ｅの上に、第１導波路部材１１８を形成する。具体的には、撮像領域１０３及び周辺領域１０４に第１導波路部材１１８ａを形成する。第１導波路部材１１８の形成は、ＣＶＤあるいはスパッタによる成膜や、ポリイミド系高分子に代表される有機材料の塗布によって行うことができる。なお、条件の異なる複数の工程で、第１導波路部材１１８を形成してもよい。例えば、最初の工程では、下地との密着性が高くなるような条件で第１導波路部材１１８を形成し、次の工程では、開口１１６内部の埋め込み性が高くなるような条件で第１導波路部材１１８を形成してもよい。あるいは、複数の異なる材料を順次形成することによって第１導波路部材１１８を形成してもよい。例えば、シリコン窒化膜を最初に堆積させ、次に埋め込み性能の高い有機材料を堆積させることによって、第１導波路部材１１８を形成してもよい。また、図１（ｂ）の工程で、エッチストップ部材１１７が露出するまで第１層間絶縁膜１１３ａがエッチングされた場合には、第１導波路部材１１８がエッチストップ部材１１７と接するように配される。

第１導波路部材１１８の材料は、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの屈折率よりも高い材料であることが好ましい。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅがシリコン酸化膜である場合は、第１導波路部材１１８の材料としては、シリコン窒化膜やポリイミド系の有機材料が挙げられる。シリコン窒化膜は屈折率が約２．０である。周囲のシリコン酸化膜の屈折率は約１．４である。そのため、スネルの法則に基づいて、第１導波路部材１１８と層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとの界面において光が反射する。これによって、第１導波路部材１１８の内部に閉じ込めることができる。またシリコン窒化膜の水素含有量を多くすることが可能であり、水素供給効果によって基板のダングリングボンドを終端することができる。これによって、白傷などのノイズを低減することが可能となる。ポリイミド系の有機材料は屈折率が約１．７である。ポリイミド系の有機材料の埋め込み特性はシリコン窒化膜より優れている。第１導波路部材１１８の材料については、屈折率差などの光学特性と製造工程上の長所との兼ね合いを考慮して適宜選定することが好ましい。

ここで、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅと開口１１６に配された第１導波路部材１１８との位置関係について説明する。ある平面において第１導波路部材１１８が配された領域が複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの配された領域に囲まれている、あるいは挟まれている。言い換えると、光電変換部１０５と開口１１６に配された第１導波路部材１１８とが並ぶ方向と交差する方向に沿って、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの第１部分、第１部分とは異なる第２部分、及び開口１１６に配された第１導波路部材１１８が並んでいる。光電変換部１０５と開口１１６に配された第１導波路部材１１８とが並ぶ方向と交差する方向は例えば半導体基板１０１の主面１０２と平行な方向である。

半導体基板１０１上の光電変換部１０５に重なる位置に第１導波路部材１１８が配される。第１導波路部材１１８の周囲には複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅが配される。第１導波路部材１１８を形成する材料の屈折率は、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの屈折率より高いことが好ましい。このような屈折率の関係によって、第１導波路部材１１８に入射した光のうち、複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅに漏れ出す光の量を低減することができる。そのため、第１導波路部材１１８の少なくとも一部が光電変換部１０５と重なって配されれば、光電変換部１０５に入射する光の量を増やすことができる。

第１導波路部材１１８の屈折率が必ずしも複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅより高い必要はない。第１導波路部材１１８に入射した光が周囲の絶縁体に漏れ出ない構成であれば光導波路として機能する。例えば開口１１６の側壁に光を反射する反射部材が配され、開口１１６の他の部分に第１導波路部材１１８が埋め込まれた構成としてもよい。また、開口１１６に配された第１導波路部材１１８と複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとの間にエアギャップがあってもよい。エアギャップは真空であってもよいし、気体が配されていてもよい。これらの場合、第１導波路部材１１８を構成する材料の屈折率と複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅを構成する材料の屈折率とは、どのような大小関係になっていてもよい。

本実施例では、第２配線層１１２ｂの導電部材の上に、第５層間絶縁膜１１３ｅとしてシリコン酸化膜が配される。そして、第５層間絶縁膜１１３ｅの上に、第１導波路部材１１８としてシリコン窒化膜が配される。しかし、第２配線層１１２ｂの導電部材の上に配される絶縁体はシリコン酸化膜に限られない。例えば、第２配線層１１２ｂの導電部材の上にＳｉＣが形成され、ＳｉＣの上に第１導波路部材１１８としてシリコン窒化膜が形成されてもよい。導電部材の抵抗率に比べて、ＳｉＣの抵抗率は絶縁体として機能するのに十分なほど低い。

続いて、図２（ａ）で示す工程では、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分を除去する。まず、不図示のエッチングマスクを第１導波路部材１１８に積層する。エッチングマスクは、周辺領域１０４の位置に開口を有する。次に第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分をエッチングによって除去する。

このとき、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分が所定の膜厚だけ残るようにエッチングされることが好ましい。このように所定の膜厚だけ第１導波路部材１１８が存在することによって、エッチングが半導体基板側に与えるダメージを低減することができる。もちろん、第５層間絶縁膜１１３ｅが露出するまで第１導波路部材１１８を除去してもよい。

本実施例では、第１導波路部材１１８のうち、周辺領域１０４に配されたすべての部分をエッチングしている。言い換えると、周辺領域１０４にはエッチングマスクが配されていない。このように、エッチングする部分の面積が大きいことが好ましい。しかし、周辺領域１０４に配された部分のうち一部のみをエッチングしてもよい。ここでの面積とは、平面における面積である。

また、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分を除去する方法は、エッチングに限られない。例えばリフトオフによって、第１導波路部材１１８の一部を除去してもよい。具体的には、第１導波路部材１１８を形成する前に、周辺領域１０４に下地膜を形成する。第１導波路部材１１８を形成した後に下地膜を除去することで、その上に配された第１導波路部材１１８も同時に除去される。

なお、この工程において、撮像領域１０３に配された第１導波路部材１１８の一部が除去されてもかまわない。

図２（ｂ）で示される工程では、第１導波路部材１１８に対して半導体基板１０１とは反対側に第２導波路部材１２２を形成する。第２導波路部材１２２は撮像領域１０３及び周辺領域１０４に形成される。本実施例において、第１導波路部材１１８を形成する工程と、第２導波路部材１２２を形成する工程の違いは、両工程の間に第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分を除去する工程が行われることである。そのため、第１導波路部材１１８と同じ材料で第２導波路部材１２２を形成してもよい。あるいは、第１導波路部材１１８を形成するときと同じ方法で第２導波路部材１２２とを形成してもよい。もちろん、第１導波路部材１１８と異なる材料で第２導波路部材１２２を形成してもよし、第１導波路部材１１８を形成するときと異なる方法で第２導波路部材１２２とを形成してもよい。

本実施例では、第１導波路部材１１８と第２導波路部材１２２は同じ材料で形成される。具体的には、第２導波路部材１２２は窒化シリコンで形成される。この場合、ＣＶＤあるいはスパッタによって第２導波路部材１２２を形成することができる。あるいは、ポリイミド系高分子に代表される有機材料の塗布によって第２導波路部材１２２を形成してもよい。

本実施例では、第１導波路部材１１８及び第２導波路部材をいずれもＣＶＤによって形成している。しかし、プロセスの条件は、両者の間で異なる。なお、条件の異なる複数の工程で、第２導波路部材１２２を形成してもよい。さらには、複数の異なる材料を順次形成することによって第２導波路部材１２２を形成してもよい。

図２（ｃ）は、第２導波路部材１２２が形成された後の平坦化工程を示す。本実施例においては、ＣＭＰによって第２導波路部材１２２の半導体基板１０１とは反対側の面を平坦化する。平坦化は周知の方法で行うことができる。例えば、研磨やエッチング等によって平坦化が行われてもよい。また、平坦化によって、第１導波路部材１１８、あるいは第２導波路部材よりも半導体基板１０１側にある部材が露出してもよい。本実施例においては、周辺領域１０４において、第１導波路部材１１８が露出している。そして撮像領域１０３には第２導波路部材１２２が残っている。しかし、周辺領域１０４に第２導波路部材１２２が残っていてもよい。

なお、図４（ｃ）の工程においては、第２導波路部材１２２の半導体基板１０１とは反対側の面が完全に平坦になる必要はない。平坦化を行う前の第２導波路部材１２２の半導体基板１０１とは反対側の面における段差が、平坦化の工程によって低減されればよい。例えば、周辺領域１０４において、平坦化された後の第１導波路部材１１８及び第２導波路部材１２２を合わせた膜厚は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、撮像領域１０３の開口１１６が配されていない領域において、平坦化された後の第１導波路部材１１８及び第２導波路部材１２２を合わせた膜厚は、５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲であることが好ましい。

なお、本実施例では平坦化の工程の際に第２導波路部材１２２の半導体基板１０１とは反対側の面が露出している。第２導波路部材１２２の上に別の部材が形成された場合は、当該別の部材の露出面が平坦化される。

図３（ａ）の工程では、低屈折率部材１２３を形成する。低屈折率部材１２３の屈折率は、当該低屈率折部材１２３よりも半導体基板１０１側に配され、かつ当該低屈折率部材１２３と接して配された部材の屈折率よりも低い。低屈折率部材１２３よりも半導体基板１０１側に配され、かつ低屈折率部材１２３と接して配された部材は、言い換えると、低屈折率部材１２３が形成される前の時点で、露出している部材である。本実施例では第１導波路部材１１８及び第２導波路部材１２２が対応する。すなわち、本実施例では、第１導波路部材１１８及び第２導波路部材１２２の屈折率よりも、低屈折率部材１２３の屈折率が低い。具体的には、低屈折率部材１２３はシリコン酸窒化膜で形成される。シリコン酸窒化膜の屈折率は約１．７２である。なお、低屈折率部材１２３は必ずしも設けられる必要はない。低屈折率部材１２３を設けない場合は、図３（ａ）の工程は省略できる。

図３（ｂ）の工程では、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に形成された部分、あるいは第２導波路部材１２２の周辺領域１０４に形成された部分、またはその両方を除去する。特にこの工程では、後述のプラグ１２１が配される位置、及びプラグ１２１が配される位置から所定の距離以内に配された第１導波路部材１１８及び第２導波路部材１２２を除去することが好ましい。また、低屈折率部材１２３が配されている場合は、低屈折率部材１２３の周辺領域１０４に配された部分を除去する。

なお、この工程より前の工程に応じて、第１導波路部材１１８または第２導波路部材１２２のいずれかが、周辺領域１０４に配されていない場合がある。このような場合には、第１導波路部材１１８または第２導波路部材１２２のうち、周辺領域１０４に配されている方を除去する。

除去する方法は、周知の方法を用いることができる。例えば、本実施例ではエッチングによって第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２、及び低屈折率部材１２３の周辺領域１０４に形成された部分を除去している。

図３（ｃ）の工程では、第７層間絶縁膜１２４を形成する。第７層間絶縁膜１２４は第５層間絶縁膜１１３ｅと同じ材料で形成されることが好ましい。必要に応じて、第７層間絶縁膜１２４の半導体基板１０１とは反対側の面が平坦化されてもよい。

図４（ａ）の工程では、第７層間絶縁膜１２４の第２配線層１１２ｂの所定の導電部材と重なった位置にスルーホール１２５を形成する。スルーホール１２５は例えば、第７層間絶縁膜１２４及び第５層間絶縁膜１１３ｅをエッチングすることによって形成される。

図４（ｂ）の工程では、第３配線層１１２ｃ、及び層内レンズ１２０を形成する。まず、スルーホール１２５にプラグ１２１を形成する。プラグ１２１は第２配線層１１２ｂの所定の導電部材と第３配線層１１２ｃの所定の導電部材とを電気的に接続する。プラグ１２１は例えばタングステンで構成される。プラグ１２１を構成する材料は、導電性の材料であればよい。

次に、第３配線層１１２ｃを形成する。本実施例では、第３配線層１１２ｃの導電部材はアルミで構成される。なお、第３配線層１１２ｃを形成する方法は、第１配線層１１２ａまたは第１配線層１１２ｂを形成する工程で説明した方法が適宜用いられる。第３配線層１１２ｃの導電部材は、アルミ以外の金属で構成されてもよい。

また、この工程では層内レンズ１２０を形成する。層内レンズ１２０は光電変換部１０５に対応して配される。層内レンズ１２０は例えばシリコン窒化膜で形成される。層内レンズ１２０を形成する方法は、周知の方法を用いることができる。本実施例では、層内レンズ１２０を形成する材料が周辺領域１０４にも配される。しかし、層内レンズ１２０を形成する材料が撮像領域１０３のみに配されてもよい。

また、層内レンズ１２０と第７層間絶縁膜１２４の間には、両者の中間の屈折率を有する中間部材が配されてもよい。本実施例では、不図示のシリコン酸窒化膜が、層内レンズ１２０と第７層間絶縁膜１２４との間に配される。具体的にはシリコン窒化膜（層内レンズ１２０）の屈折率が約２．００、シリコン酸窒化膜（中間部材）の屈折率が約１．７２、シリコン酸化膜（第７層間絶縁膜１２４）の屈折率が約１．４５である。

このような構成によって、反射率を低減することが可能である。この点について簡単に説明する。一般に、屈折率ｎ１の媒質から屈折率ｎ２の媒質に光が進むとき、ｎ１とｎ２の差が大きいほど反射率が大きくなる。層内レンズ１２０と第７層間絶縁膜１２４との間に、両者の中間の屈折率を有する中間部材が配されることによって、界面での屈折率の差が小さくなる。結果として、層内レンズ１２０と第７層間絶縁膜１２４とが互いに接して配された場合に比べて、層内レンズ１２０から第７層間絶縁膜１２４へ光が入射する場合の反射率を小さくすることができる。同様に第７層間絶縁膜１２４と第２導波路部材１２２との間に、両者の中間の屈折率を有する低屈折率部材１２３が配されることによって、界面での屈折率の差が小さくなる。結果として、第７層間絶縁膜１２４から第２導波路部材１２２へ光が入射する場合の反射率を小さくすることができる。

中間部材が配されたことによる反射率の低減の度合いは、中間部材の膜厚ｄ、中間部材の屈折率Ｎ、及び入射光の波長ｐの関係によって変化する。これは、複数の界面からの多重反射光が互いに打消しあうからである。理論的には、ｋが０以上の任意の整数であるとき、式（１）の条件の時に反射率が最も低減される。

すなわち、中間部材の膜厚が、ｐ／４Ｎの奇数倍の時に、理論的には最も反射率が低減される。したがって、上記の式（１）に基づいて、中間部材の膜厚を設定すればよい。特に、中間部材の膜厚は以下の式（２）を満足することが好ましい。さらに、式（２）においてｋ＝０の場合が最も好ましい。

例えば、第７層間絶縁膜１２４の屈折率が１．４５、中間部材の屈折率が１．７２、層内レンズ１２０の屈折率が２．００であり、入射光の波長が５５０ｎｍである例を考える。このとき、中間部材の膜厚を８０ｎｍとすると、層内レンズ１２０から第７層間絶縁膜１２４へ透過する光の透過率は約１．００である。これに対して、層内レンズ１２０と第７層間絶縁膜１２４とが互いに接して配された場合、透過率は約０．９７である。

図４（ｃ）の工程では、カラーフィルター１２７ａ、１２７ｂ、マイクロレンズ１２８を形成する。まず、層内レンズ１２０に対して半導体基板１０１とは反対側に第８絶縁膜１２６を形成する。第８絶縁膜１２６は例えば有機材料で形成される。必要に応じて第８絶縁膜１２６の半導体基板１０１とは反対側の面は平坦化される。例えば、第８絶縁膜１２６を構成する有機材料を塗布することによって、半導体基板１０１とは反対側の面が平坦化された第８絶縁膜１２６を形成することができる。

次にカラーフィルター１２７ａ、１２７ｂを形成する。カラーフィルター１２７ａ、１２７ｂは光電変換部１０５に対応して配される。カラーフィルター１２７ａを透過する光の波長と、カラーフィルター１２７ｂを透過する光の波長は異なってもよい。続いて、カラーフィルター１２７ａ、１２７ｂに対して半導体基板１０１とは反対側にマイクロレンズ１２８を形成する。マイクロレンズ１２８を形成する方法は周知の方法を用いることができる。

図５は、本実施例の固体撮像装置の平面構造を示す概略図である。図５の直線ＡＢに沿った断面が、図１〜図４に示されている。

図５において、固体撮像装置１００は、撮像領域１０３と、周辺領域１０４を備える。撮像領域１０３は、さらに受光領域１０３ａ、遮光領域１０３ｂを含んでいてもよい。撮像領域１０３には、複数の画素が２次元状に配される。遮光領域１０３ｂに配された画素の光電変換部は遮光される。このような画素からの信号は、黒レベルの基準として使うことができる。

周辺領域１０４は、撮像領域１０３以外の領域である。本実施例おいて、周辺領域１０４には、垂直走査回路３０２、水平走査回路３０３、列アンプ３０４、列ＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｏｒ）３０５、メモリ３０６、タイミングジェネレータ３０７、複数のパッド３０８が配される。これらの回路は、画素からの信号を処理するための回路である。なお、上述の回路の一部が配されていなくてもよい。

本実施例において、第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２及び低屈折率部材１２３が除去される領域は、図５において点線より外側の領域３０１である。第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２及び低屈折率部材１２３の、少なくともスルーホール１２５が形成される領域から所定の距離までに配された部分が除去されていれば本発明の効果を得ることができる。

また、第１導波路部材１１８の誘電率が第５層間絶縁膜１１３ｅの誘電率より高い場合は、図５が示す通り、周辺領域１０４の大部分が領域３０１であることが望ましい。さらには、周辺領域１０４の全面が領域３０１であることがさらに好ましい。この理由は、誘電率の高い第１導波路部材１１８の大部分を除去することによって、配線間の寄生容量を低減することができるからである。あるいは、第１導波路部材１１８の誘電率が第７層間絶縁膜１２４の誘電率より高い場合も、図５が示す通り、周辺領域１０４の大部分が領域３０１であることが望ましい。さらには、周辺領域１０４の全面が領域３０１であることがさらに好ましい。この理由は、誘電率の高い第１導波路部材１１８の大部分を除去することによって、配線間の寄生容量を低減することができるからである。

本実施例の製造方法によれば、プラグ１２１を配するためのスルーホール１２５を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第７層間絶縁膜１２４を形成する前に第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２及び低屈折率部材１２３を除去しなかった場合、第５層間絶縁膜１１３ｅと第７層間絶縁膜１２４との間に、第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２及び低屈折率部材１２３が配される。そうすると、スルーホール１２５を形成するためには、各層に適した条件での除去工程（例えばエッチング）が必要となる場合がある。これに対して、先に第７層間絶縁膜１２４を形成する前に第１導波路部材１１８、第２導波路部材１２２及び低屈折率部材１２３を除去してから、第７層間絶縁膜１２４を形成することによって、スルーホール１２５を形成すべき領域には第５層間絶縁膜１１３ｅ、及び第７層間絶縁膜１２４が互いに接して配される。第５層間絶縁膜１１３ｅと第７層間絶縁膜１２４とを同じ材料で形成することによって、スルーホール１２５を形成する工程を１回のプロセスで行うことができる。したがって、先の第１導波路部材１１８の除去工程を含めて、２回の除去工程でスルーホール１２５を形成することができる。このようにスルーホール１２５を形成することが容易になるため、工程が簡略化される。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第２の実施例について、図６、図７を用いて説明する。図６及び図７において、図１〜図５と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、第２導波路部材１２２を形成しない点で、実施例１と異なる。

図６（ａ）は、実施例１の図１（ｃ）で示される工程と同じ工程を示している。つまり、図６（ａ）は、開口１１６が形成された複数の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの上に第１導波路部材１１８が形成された状態を示している。本実施例の製造方法における図６（ａ）までの工程は、実施例１の図１（ａ）〜図１（ｃ）の工程と同様である。

図６（ｂ）の工程では、第１導波路部材１１８の半導体基板１０１とは反対側の面を平坦化する。第１導波路部材１１８の平坦化は、例えばＣＭＰや研磨、エッチングによって行われる。本実施例ではＣＭＰによって平坦化が行われる。

なお、図６（ｂ）の工程においては、第１導波路部材１１８の半導体基板１０１とは反対側の面が完全に平坦になる必要はない。平坦化を行う前の第１導波路部材１１８の半導体基板１０１とは反対側の面における段差が、平坦化の工程によって低減されればよい。例えば、周辺領域１０４において、平坦化された後の第１導波路部材１１８の膜厚は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲であることが好ましい。また、撮像領域１０３の開口１１６が配されていない領域において、平坦化された後の第１導波路部材１１８の膜厚は、５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲であることが好ましい。

なお、本実施例では平坦化の工程の際に第１導波路部材１１８の半導体基板１０１とは反対側の面が露出している。第１導波路部材１１８の上に別の部材が形成された場合は、当該別の部材の露出面が平坦化される。

図６（ｃ）の工程では、第１導波路部材１１８が平坦化された後に、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に形成された部分を除去する工程を行う。特にこの工程では、プラグ１２１が配される位置、及びプラグ１２１が配される位置から所定の距離以内に配された第１導波路部材１１８を除去することが好ましい。その後、第６層間絶縁膜１１９を形成する。

続いて、図７（ａ）の工程では、第７層間絶縁膜１２４、を形成する。まず第６層間絶縁膜１１９を、第１導波路部材１１８の上に形成する。第６層間絶縁膜１１９は第５層間絶縁膜１１３ｅと同じ材料で形成されることが好ましい。本実施例においては、第６層間絶縁膜１１９はシリコン酸化膜である。

図７（ｂ）の工程では、第２配線層１１２ｂの所定の導電部材と、第３配線層１１２ｃの所定の導電部材を電気的に接続するプラグ１２１を配するためのスルーホール１２５を形成する。第７層間絶縁膜１２４、及び第５層間絶縁膜１１３ｅをエッチングすることによって、スルーホール１２５を形成する。

図７（ｃ）の工程では、第３配線層１１２ｃ、及び層内レンズ１２０を形成する。まず、スルーホール１２５にプラグ１２１を形成する。次に、第３配線層１１２ｃを形成する。本実施例では、第３配線層１１２ｃの導電部材はアルミで構成される。なお、第３配線層１１２ｃを形成する方法は、第１配線層１１２ａまたは第１配線層１１２ｂを形成する方法で説明した方法が適宜用いられる。次に、層内レンズ１２０を形成する。層内レンズ１２０は光電変換部１０５に対応して配される。層内レンズ１２０は例えばシリコン窒化膜で形成される。層内レンズ１２０を形成する方法は、周知の方法を用いることができる。その後、必要に応じて、層内レンズ１２０に対して半導体基板１０１とは反対側に、カラーフィルター、マイクロレンズ等が形成される。

このような工程によれば、プラグ１２１を配するためのスルーホール１２５を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第７層間絶縁膜１２４を形成する前に第１導波路部材１１８を除去しなかった場合、半導体基板１０１に近い側から第５層間絶縁膜１１３ｅ、第１導波路部材１１８、第７層間絶縁膜１２４が順に積層される。そうすると、スルーホール１２５を形成するためには、各層に適した条件での３回の除去工程（例えばエッチング）が必要となる。これに対して、先に第１導波路部材１１８を除去してから、第７層間絶縁膜１２４を形成することによって、スルーホール１２５を形成すべき領域には半導体基板１０１に近い側から第５層間絶縁膜１１３ｅ、第７層間絶縁膜１２４が順に積層される。第５層間絶縁膜１１３ｅと第７層間絶縁膜１２４とを同じ材料で形成することによって、スルーホール１２５を形成する除去工程を１つの条件で行うことができる。したがって、先に行われた第１導波路部材１１８の除去工程を含めて、２回の除去工程でスルーホール１２５を形成することができる。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第３の実施例について、図８を用いて説明する。図８において、図１〜図７と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、第１導波路部材１１８の周辺領域に配された部分を除去した後の工程が、実施例２と相違する。

図８（ａ）は、実施例２の図６（ｃ）で示される工程と同じ工程を示している。つまり、図８（ａ）は、第１導波路部材１１８の半導体基板１０１とは反対側の面が平坦化された後に、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された一部が除去された状態を示している。第１導波路部材１１８のうち、後の工程でプラグが形成される領域と当該領域から所定の距離以内の領域が少なくとも除去される。なお、本実施例の製造方法における図８（ａ）までの工程は、実施例２の図６（ｃ）までの工程と同様である。

図８（ｂ）では、第５層間絶縁膜１１３ｅにスルーホール８０１を形成する。スルーホール８０１は第２配線層１１２ｂの所定の導電部材の上に形成される。スルーホール８０１を形成する方法は種々の方法を用いることができる。本実施例ではエッチングによって第５層間絶縁膜１１３ｅを除去している。

図８（ｃ）では、第３配線層１１２ｃを形成する。本実施例において第３配線層１１２ｃに含まれる導電部材はアルミで構成される。もちろん、第３配線層１１２ｃに含まれる導電部材が銅やその他の導電性材料で構成されてもよい。

本実施例では、スルーホール８０１を形成した後に、半導体基板１０１の全面にアルミ膜を形成し、エッチングによって所定のパターンを得る。このとき、スルーホール８０１内に配されるプラグと第３配線層１１２ｃに含まれる導電部材とが一体として形成される。その後、層内レンズ１２０を形成する。層内レンズ１２０を形成する方法は、実施例１または実施例２と同様であってもよい。

本実施例によれば、第７層間絶縁膜１２４を形成する工程を省略している。さらに、プラグと第３配線層１１２ｃの導電部材とが一体で形成される。そのため、製造工程のさらなる簡略化が可能である。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第４の実施例について、図９を用いて説明する。図９において、図１〜図８と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。実施例１では、第２導波路部材１２２を形成した後に、図２（ｃ）で示される平坦化の工程を行った。本実施例では、第１導波路部材１１８を形成した後に平坦化を行い、その後第２導波路部材１２２を形成する。

本実施例の製造方法は、実施例２の製造方法と図６（ｂ）に示される工程まで同一である。本実施例では図７（ａ）に示されるように、平坦化された第１導波路部材１１８の上に絶縁膜９０１を形成する。

絶縁膜９０１は、開口１１６のうち第１導波路部材１１８が埋め込まれていない部分を埋め込むことを目的として形成されてもよい。この場合には、絶縁膜９０１は第１導波路部材１１８と同じ材料で構成されることが好ましい。また、絶縁膜９０１は実施例１の低屈折率部材１２３と同様の機能を有していてもよい。もちろん、絶縁膜９０１の機能は上記の機能に限定されない。

図９（ｂ）の工程では第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に形成された部分、及び絶縁膜９０１の周辺領域１０４に形成された部分を除去する。特にこの工程では、後述のプラグ１２１が配される位置、及びプラグ１２１が配される位置から所定の距離以内に配された第１導波路部材１１８及び絶縁膜９０１を除去することが好ましい。

除去する方法は、周知の方法を用いることができる。例えば、本実施例ではエッチングによって第１導波路部材１１８、及び絶縁膜９０１の周辺領域１０４に形成された部分を除去している。

図９（ｃ）の工程では、第７層間絶縁膜１２４を形成する。第７層間絶縁膜１２４は第５層間絶縁膜１１３ｅと同じ材料で形成されることが好ましい。必要に応じて、第７層間絶縁膜１２４の半導体基板１０１とは反対側の面が平坦化されてもよい。

この後の工程は、実施例１の図４と同様の工程を適宜実施してもよい。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法を適用可能な固体撮像装置の別の実施例について、図１０を用いて説明する。図１０において、図１〜図９と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施例において、撮像領域１０３は受光領域（有効画素領域）１０３ａ、及び遮光領域（オプティカルブラック画素領域）１０３ｂを含む。受光領域１０３ａに配された光電変換部１０５ａ、及び遮光領域１０３ｂに配された光電変換部１０５ｂの各々に対応して、開口１１６が形成され、開口１１６の内部に第１導波路部材１１８が形成される。つまり、光電変換部１０５ａ、及び光電変換部１０５ｂのそれぞれに光導波路が形成される。

遮光領域１０３ｂには、遮光部材１００１が配される。遮光部材１００１は第１導波路部材１１８に対して半導体基板１０１とは反対側に配される。遮光部材１００１によって、光電変換部１０５ｂに入射する光の少なくとも一部が遮られる。遮光部材１００１によって、光電変換部１０５ｂに入射する光の全部が遮られることが好ましい。もちろん、斜めに入射した光等が遮光領域１０３ｂに配された光電変換部１０５ｂに入射してもよい。遮光部材１００１は、撮像領域１０３の全面に一様な量の光が照射された場合に、光電変換部１０５ａに入射する光の量に比べて、光電変換部１０５ｂに入射する光の量を低減する機能を有していればよい。

本実施例において、遮光部材１００１はアルミによって構成される。遮光部材１００１は第３配線層１１２ｃに含まれてもよい。すなわち、遮光部材１００１が第３配線層１１２ｃに含まれる導電部材と同じ材料で構成されることが好ましい。製造方法の観点からは、第３配線層１１２ｃに含まれる導電部材を形成する際に、同時に遮光部材１００１を形成することが好ましい。なお、これに限らず遮光部材１００１を形成する方法は種々の方法が用いられる。

本実施例において、第１導波路部材１１８の周辺領域１０４に配された部分のうち、少なくともプラグ１２１が配される位置、及びプラグ１２１が配される位置から所定の距離以内の領域にある部分は除去される。しかし、第１導波路部材１１８の遮光領域１０３ｂに配された部分は除去されない。なお、第１導波路部材１１８の遮光領域１０３ｂに配された部分が除去されない構成は、一つの実施例であって、必要に応じて第１導波路部材１１８の遮光領域１０３ｂに配された部分が除去されてもよい。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法を適用可能な固体撮像装置の別の実施例について、図１１を用いて説明する。図１１において、図１〜図１０と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の固体撮像装置の平面構造の概略図である。本実施例では、周辺領域１０４に配された第１導波路部材１１８の一部を除去し、別の一部を除去しない。本実施例では、プラグ１２１が配された領域、及びプラグ１２１が配された領域から所定の距離以内の領域に配された第１導波路部材１１８が少なくとも除去される。所定の距離は図１１（ａ）の矢印で示される。所定の距離は、例えばプラグの平面的なサイズに基づいて決定されてもよい。

第１導波路部材１１８が除去されない領域には、図１１（ａ）が示す通り第１導波路部材１１８がパターン１１０１として配される。パターン１１０１は、プラグ１２１が配された領域から所定の距離より離れた領域にドット状に配される。なお、プラグ１２１が配された領域から所定の距離より離れた領域に、パターン１１０１が配されない領域１１０２があってもよい。例えば、第２配線層の導電部材と第３配線層の導電部材が重なる部分には、パターン１１０１が配されないことが好ましい。この理由は、高誘電率の第１導波路部材１１８が配されることによって、寄生容量が増加することを低減できるからである。なお、第１導波路部材１１８が高誘電率であるとは、第２配線層の導電部材と第３配線層の導電部材との間に配される他の部材に比べて誘電率が高いことを意味する。

第１導波路部材１１８が除去されるとは、例えば、少なくとも第１導波路部材１１８の除去工程の直後において、第５層間絶縁膜１１３ｅが露出することである。これに対して、第１導波路部材１１８が除去されないとは、例えば、第１導波路部材１１８に対して半導体基板１０１側に配され、第１導波路部材１１８と接している第５層間絶縁膜１１３ｅが露出しないことである。

図１１（ｂ）、（ｃ）はパターン１１０１の平面的なバリエーションを示す。ドットパターン１１０１ａとラインパターン１１０１ｂとの組み合わせによって、パターン１１０１が構成されてもよい。

このように、周辺領域１０４の一部に第１導波路部材１１８を残すことによって、撮像領域１０３と周辺領域１０４との間の段差を軽減することが可能となる。周辺領域１０４に配された第１導波路部材１１８の全面を除去すると、例えば第７層間絶縁膜１２４を形成した後に、撮像領域１０３と周辺領域１０４との間に段差が生じる場合がある。この場合、その後の平坦化工程によっても段差が解消されない可能性がある。ここで、周辺領域１０４のうち、第１導波路部材１１８を残す領域の割合を適宜設定することによって、段差を軽減することが可能となる。

１００固体撮像装置
１０１半導体基板
１０３撮像領域
１０４周辺領域
１０５光電変換部
１１２ａ第１配線層
１１２ｂ第２配線層
１１２ｃ第３配線層
１１３ａ〜１１３ｅ第１〜第５層間絶縁膜
１１４プラグ
１１６開口
１１８第１導波路部材
１１９第６層間絶縁膜
１２１プラグ
１２５スルーホール
１２６第８絶縁膜

Claims

第１領域及び第２領域を含む半導体基板の前記第２領域の上に導電部材を形成する第１工程と、
前記半導体基板の第１領域の上と、前記第２領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第１絶縁体を形成する第２工程と、
前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第１絶縁体を残し、前記第１絶縁体のうち前記第１領域の上に配された部分に第１開口を形成する第３工程と、
前記第１開口の内部、及び前記第１絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分の上に、前記第１絶縁体とは異なる材料で構成される第２絶縁体を形成する第４工程と、
前記第２絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第１絶縁体が露出するように除去する第５工程と、
前記第５工程の後に、前記第１絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第２開口を形成する第６工程と、
前記第２開口にプラグを形成する第７工程と、を含み、
前記第２開口の面積は、前記第２絶縁体の前記第３工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
複数の光電変換部が配された第１領域、及び前記複数の光電変換部からの信号を処理する回路が配された第２領域を含む半導体基板の前記第２領域の上に導電部材を形成する第１工程と、
前記半導体基板の前記第１領域の上と、前記第２領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第１絶縁体を形成する第２工程と、
前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第１絶縁体を残し、前記第１絶縁体の前記複数の光電変換部の各々と重なった位置に複数の第１開口を形成する第３工程と、
前記複数の第１開口の各々の内部、及び前記第１絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分の上に、前記第１絶縁体とは異なる材料で構成される第２絶縁体を形成する第４工程と、
前記第２絶縁体のうち前記第２領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第１絶縁体が露出するように除去する第５工程と、
前記第５工程の後に、前記第１絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第２開口を形成する第６工程と、
前記第２開口にプラグを形成する第７工程と、を含み、
前記第２開口の面積は、前記第２絶縁体の前記第３工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第５工程と前記第６工程の間に、前記第２絶縁体の上、及び前記第２領域に配された前記第１絶縁体の上に、第３絶縁体を形成する第８工程をさらに有し、
前記第６工程において、前記第３絶縁体の前記プラグが形成される位置に前記第２開口を形成することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
前記第１絶縁体と前記第３絶縁体とは同じ材料で構成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記第３工程と前記第４工程との間に、前記第２絶縁体の上に第４絶縁体を形成する第９工程をさらに有し、
前記第４工程において、前記導電部材の上であって前記導電部材と電気的に接続されるプラグが形成される位置の上、及び前記プラグが形成される前記位置から所定の距離以内に配された前記第２絶縁体及び前記第４絶縁体を、前記第１絶縁体が露出するように除去することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第４工程の後において、前記第２絶縁体の前記第２領域の上に配された部分の全部が除去され、前記第１絶縁体の前記第２領域の上に配された部分の全面が露出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第４工程の後に、前記第２領域の上であって、前記プラグが形成される前記位置から前記所定の距離よりも遠い位置に配された第２絶縁体の少なくとも一部または全部が、前記第１絶縁体の上に残ることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１絶縁体が複数の絶縁膜を含み、
前記第３工程において、前記第１開口は前記複数の絶縁膜を貫通することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
前記プラグと接続され、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に配された別の導電部材を形成する工程と、をさらに含み、
前記別の導電部材を形成する前記工程において、前記別の導電部材を構成する材料の膜を形成する工程と、前記膜の上に配されたエッチング用のマスクパターンを用いて前記膜をエッチングする工程とが含まれることを特徴とする請求項１乃至請求項８いずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。