JP2014138066A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板SBの上面に複数の受光部1を形成し、半導体基板SBの上方に、各受光部1に対応した複数のカラーフィルタ層5〜7を形成する(図1(A))。次いで、各カラーフィルタ層5〜7の上方に、各カラーフィルタ層5〜7の境界部分の上方領域に開口を有するフォトレジスト9を形成し(図1(B))、続いて、フォトレジスト9の側面に、各カラーフィルタ層5〜7の境界部分の上方領域を覆わないサイドウォール11を形成する(図1(D))。その後、少なくともサイドウォール11をマスクとしたエッチングにより、各カラーフィルタ層5〜7の境界部分を除去し、各カラーフィルタ層5〜7の間に中空部12を形成する(図1(E))。
【選択図】図1
Description
より詳細に、下記の特許文献1では、上述した中空部の形成に関して、まず、カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、当該感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、感光性樹脂層からなるフォトレジストを形成する。その後、当該フォトレジストをマスクとしたエッチングを行うことによってカラーフィルタ形成用膜に溝を形成して、複数のカラーフィルタ層を形成するとともに各カラーフィルタ層の間に中空部を形成している。
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置であって、前記半導体基板の上方に形成され、前記複数の受光部における各受光部に対応した複数のカラーフィルタ層と、前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の上方に形成されたフォトレジストと、前記フォトレジストの側面に、一方側の端が接して形成されたサイドウォールとを含み、前記各カラーフィルタ層の間には中空部が形成されており、前記中空部は、前記サイドウォールにおける前記一方側の端と反対の他方側の端に整合して形成されている。
まず、本発明の第1の実施形態について説明する。
始めに、半導体基板SBの表面(上面)に、例えば2次元行列状に複数の受光部1を形成する。ここで、半導体基板SBは、例えばシリコン基板であり、受光部1は、例えば光電変換素子(フォトダイオード)である。
次いで、半導体基板SBの上面上に、多層配線構造MIを形成する。この多層配線構造MIは、例えば、半導体基板SBの上面上に、第1の層間絶縁層3a、第1の配線層2a、第2の層間絶縁層3b、第2の配線層2b、第3の層間絶縁層3c、第3の配線層2c、及び、第4の層間絶縁層3dを順次形成することで作製される。また、図1(A)に示す例では、第4の層間絶縁層3dの上面は平坦化されているが、平坦化されていなくてもよい。即ち、第4の層間絶縁層3dの上面は凸凹でもかまわない。ここで、第1の層間絶縁層3a〜第4の層間絶縁層3dをまとめて「層間絶縁層3」とし、第1の配線層2a〜第3の配線層2cをまとめて「配線層2」とする。また、配線層2は、いわゆるダマシン法(下地の層間絶縁層3に溝を形成し、当該溝に配線層2となる金属層を埋め込む方法)によって形成されても、いわゆるエッチング法(下地の層間絶縁層3上に金属層を形成した後、当該金属層をエッチングによりパターン形成する手法)によって形成されてもよい。また、層間絶縁層3は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物或いはシリコン酸窒化物の無機材料で形成されている。本実施形態においては、層間絶縁層3は、シリコン酸化物で形成されているものとする。
次いで、多層配線構造MI上に、第1の平坦化層4を形成する。この第1の平坦化層4は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次いで、第1の平坦化層4の上面上に、フォトリソグラフィー法を用いて、複数のカラーフィルタ層である、第1のカラーフィルタ層5、第2のカラーフィルタ層6、及び、第3のカラーフィルタ層7を形成する。ここで、各カラーフィルタ層5〜7は、各受光部1の上方に各受光部1に対応して設けられており、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。ここでは、各カラーフィルタ層5〜7は、図1(A)に示すように、接して形成される。また、図1(A)に示す例では、各カラーフィルタ層5〜7は、略同じ膜厚で形成されているが、異なる膜厚で形成されていてもよい。なお、カラーフィルタ層の種類に関しては、いわゆる原色系のカラーフィルタ層であってもよいし、いわゆる補色系のカラーフィルタ層であってもよい。また、カラーフィルタ層の配列に関しては、図1に示す態様に限定されるものではなく、例えばベイヤー配列等の配列であってもよい。
次いで、各カラーフィルタ層5〜7の上面上に、第2の平坦化層8を形成する。この第2の平坦化層8は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
かかる構成によれば、フォトレジスト9の側面に形成されたサイドウォール11をマスクとしてエッチングを行い、中空部12を形成しているため、より狭い幅(例えば0.1μm程度)の中空部12を形成することができる。これにより、1画素当たりのカラーフィルタ層の占有面積を大きくすることができ、受光部1による光検出感度を向上させることが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
始めに、半導体基板SBの表面(上面)に、例えば2次元行列状に複数の受光部1を形成する。ここで、半導体基板SBは、例えばシリコン基板であり、受光部1は、例えば光電変換素子(フォトダイオード)である。
次いで、半導体基板SBの上面上に、多層配線構造MIを形成する。この多層配線構造MIは、例えば、半導体基板SBの上面上に、第1の層間絶縁層3a、第1の配線層2a、第2の層間絶縁層3b、第2の配線層2b、第3の層間絶縁層3c、第3の配線層2c、及び、第4の層間絶縁層3dを順次形成することで作製される。また、図2(A)に示す例では、第4の層間絶縁層3dの上面は平坦化されているが、平坦化されていなくてもよい。即ち、第4の層間絶縁層3dの上面は凸凹でもかまわない。ここで、第1の層間絶縁層3a〜第4の層間絶縁層3dをまとめて「層間絶縁層3」とし、第1の配線層2a〜第3の配線層2cをまとめて「配線層2」とする。また、配線層2は、いわゆるダマシン法(下地の層間絶縁層3に溝を形成し、当該溝に配線層2となる金属層を埋め込む方法)によって形成されても、いわゆるエッチング法(下地の層間絶縁層3上に金属層を形成した後、当該金属層をエッチングによりパターン形成する手法)によって形成されてもよい。また、層間絶縁層3は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物或いはシリコン酸窒化物の無機材料で形成されている。本実施形態においては、層間絶縁層3は、シリコン酸化物で形成されているものとする。
次いで、多層配線構造MI上に、第1の平坦化層4を形成する。この第1の平坦化層4は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次いで、第1の平坦化層4の上面上に、フォトリソグラフィー法を用いて、複数のカラーフィルタ層である、第1のカラーフィルタ層5、第2のカラーフィルタ層6、及び、第3のカラーフィルタ層7を形成する。ここで、各カラーフィルタ層5〜7は、各受光部1の上方に各受光部1に対応して設けられており、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。ここでは、各カラーフィルタ層5〜7は、図2(A)に示すように、接して形成される。また、図2(A)に示す例では、各カラーフィルタ層5〜7は、略同じ膜厚で形成されているが、異なる膜厚で形成されていてもよい。なお、カラーフィルタ層の種類に関しては、いわゆる原色系のカラーフィルタ層であってもよいし、いわゆる補色系のカラーフィルタ層であってもよい。また、カラーフィルタ層の配列に関しては、図2に示す態様に限定されるものではなく、例えばベイヤー配列等の配列であってもよい。
次いで、各カラーフィルタ層5〜7の上面上に、第2の平坦化層8を形成する。この第2の平坦化層8は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次に、本発明の第3の実施形態について説明する。
図3(A)において、半導体基板SB以下の構成は、第1の実施形態における図1(A)と同様であるため、説明を省略する。
半導体基板SBの表面(上面)に複数の受光部1を形成した後、図3(A)に示すように、半導体基板SBの上面上に、多層配線構造MI'を形成する。この図3(A)に示す多層配線構造MI'は、図1(A)に示す多層配線構造MIに対して、層間絶縁層3に、各受光部1に対応した導波路(光導波路)15を各受光部1の上方に形成したものである。この導波路15は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。なお、図3に示す例では、各受光部1と導波路15との間に層間絶縁層3(第1の層間絶縁層3a)が存在しているが、本実施形態においては、この態様の限定されるものではない。例えば、層間絶縁層3に、当該層間絶縁層3を貫通し各受光部1と接する導波路15を設けるようにしてもよい。このように、導波路15を設けることにより、各受光部1への集光効率を向上させることができる。
次いで、多層配線構造MI'上(層間絶縁層3及び導波路15の上面上)に、第1の平坦化層4を形成する。
次いで、第1の平坦化層4の上面上に、例えばフォトリソグラフィー法を用いて、複数のカラーフィルタ層である、第1のカラーフィルタ層5、第2のカラーフィルタ層6、及び、第3のカラーフィルタ層7を形成する。ここで、各カラーフィルタ層5〜7は、各受光部1の上方に各受光部1に対応して設けられている。ここでは、各カラーフィルタ層5〜7は、図3(A)に示すように、接して形成される。また、図3(A)に示す例では、各カラーフィルタ層5〜7は、略同じ膜厚で形成されているが、異なる膜厚で形成されていてもよい。
次いで、各カラーフィルタ層5〜7の上面上に、第2の平坦化層8を形成する。
次に、本発明の第4の実施形態について説明する。
図4(A)において、半導体基板SB以下の構成は、第2の実施形態における図2(A)と同様であるため、説明を省略する。
半導体基板SBの表面(上面)に複数の受光部1を形成した後、図4(A)に示すように、半導体基板SBの上面上に、多層配線構造MI'を形成する。この図4(A)に示す多層配線構造MI'は、図2(A)に示す多層配線構造MIに対して、層間絶縁層3に、各受光部1に対応した導波路(光導波路)15を各受光部1の上方に形成したものである。この導波路15は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。なお、図4に示す例では、各受光部1と導波路15との間に層間絶縁層3(第1の層間絶縁層3a)が存在しているが、本実施形態においては、この態様の限定されるものではない。例えば、層間絶縁層3に、当該層間絶縁層3を貫通し各受光部1と接する導波路15を設けるようにしてもよい。このように、導波路15を設けることにより、各受光部1への集光効率を向上させることができる。
次いで、多層配線構造MI'上(層間絶縁層3及び導波路15の上面上)に、第1の平坦化層4を形成する。
次いで、第1の平坦化層4の上面上に、例えばフォトリソグラフィー法を用いて、複数のカラーフィルタ層である、第1のカラーフィルタ層5、第2のカラーフィルタ層6、及び、第3のカラーフィルタ層7を形成する。ここで、各カラーフィルタ層5〜7は、各受光部1の上方に各受光部1に対応して設けられている。ここでは、各カラーフィルタ層5〜7は、図4(A)に示すように、接して形成される。また、図4(A)に示す例では、各カラーフィルタ層5〜7は、略同じ膜厚で形成されているが、異なる膜厚で形成されていてもよい。
次いで、各カラーフィルタ層5〜7の上面上に、第2の平坦化層8を形成する。
また、上述した第1〜第4の実施形態に係る固体撮像装置(固体撮像素子)100において、例えば、多層配線構造(層間絶縁層3)と第1の平坦化層4との間に、各受光部1に対応したインナーレンズ(層内レンズ)を設けるようにしてもよい。一例として、例えばシリコン窒化物からなる上に凸のインナーレンズを設ける。このように、インナーレンズを設けることにより、当該インナーレンズとマイクロレンズ14とを組み合わせることで、各受光部1への集光効率を向上させることができる。
Claims (10)
- 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方に、前記複数の受光部における各受光部に対応した複数のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の上方に、前記各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域に開口を有するフォトレジストを形成する工程と、
前記フォトレジストの側面に、前記各カラーフィルタ層の境界部分の上方領域を覆わないサイドウォールを形成する工程と、
少なくとも前記サイドウォールをマスクとしたエッチングにより、前記各カラーフィルタ層の境界部分を除去し、前記各カラーフィルタ層の間に中空部を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記中空部の開口領域を封止する封止層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記フォトレジストは、200℃以上の耐熱材料からなるものであることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記フォトレジストは、波長が400nm〜700nmの光の透過率が80%以上の材料からなるものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記サイドウォールを形成する工程では、前記フォトレジストの上面および側面を含む全面に、酸化膜層を成膜し、その後、前記酸化膜層に対して異方性ドライエッチング法を用いてエッチバックし、前記酸化膜層を前記フォトレジストの側面に残して、前記酸化膜層からなる前記サイドウォールを形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記酸化膜層を、前記フォトレジストの上面にも残す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。
- 前記中空部を形成する際のエッチングに用いるガスは、O2とCOとN2であり、
前記酸化膜層をエッチバックする際に用いるガスは、CF4とArであることを特徴とする請求項5または6に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の上方に、前記複数の受光部における各受光部に対応したマイクロレンズを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記半導体基板と前記複数のカラーフィルタ層との間に、前記複数の受光部における各受光部に対応した導波路を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置であって、
前記半導体基板の上方に形成され、前記複数の受光部における各受光部に対応した複数のカラーフィルタ層と、
前記複数のカラーフィルタ層における各カラーフィルタ層の上方に形成されたフォトレジストと、
前記フォトレジストの側面に、一方側の端が接して形成されたサイドウォールと
を含み、
前記各カラーフィルタ層の間には中空部が形成されており、
前記中空部は、前記サイドウォールにおける前記一方側の端と反対の他方側の端に整合して形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
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JP2018186240A (ja) * | 2017-04-27 | 2018-11-22 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
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