JP2014175623A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高安定性で高感度の固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、シリコン基板部と、カラーフィルタ層と、第１〜第３光学層と、を含む固体撮像装置が提供される。シリコン基板部は、複数の撮像部を含む。カラーフィルタ層は、シリコン基板部と離間し、シリコン基板部の屈折率よりも低い屈折率を有する。第１光学層は、シリコン基板部とカラーフィルタ層との間に設けられカラーフィルタ層よりも低くシリコン基板部よりも低い第１屈折率を有し、光透過性である。第２光学層は、第１光学層とカラーフィルタ層との間に設けられ第１屈折率よりも高くシリコン基板部よりも低い第２屈折率を有し、光透過性で多結晶である。第３光学層は、第２光学層とカラーフィルタ層との間に設けられカラーフィルタ層よりも低く第２屈折率よりも低い第３屈折率を有し、光透過性である。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態によれば、シリコン基板部と、カラーフィルタ層と、第１〜第３光学層と、を含む固体撮像装置が提供される。シリコン基板部は、複数の撮像部を含む。カラーフィルタ層は、シリコン基板部と離間し、シリコン基板部の屈折率よりも低い屈折率を有する。第１光学層は、シリコン基板部とカラーフィルタ層との間に設けられカラーフィルタ層よりも低くシリコン基板部よりも低い第１屈折率を有し、光透過性である。第２光学層は、第１光学層とカラーフィルタ層との間に設けられ第１屈折率よりも高くシリコン基板部よりも低い第２屈折率を有し、光透過性で多結晶である。第３光学層は、第２光学層とカラーフィルタ層との間に設けられカラーフィルタ層よりも低く第２屈折率よりも低い第３屈折率を有し、光透過性である。
【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
例えば、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像装置において、感度を向上するために、撮像部とカラーフィルタ層との間に屈折率を調整して反射を抑制する層を設ける構成がある。感度を向上することと共に、安定した特性を得ることが求められる。
本発明の実施形態は、高安定性で高感度の固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、シリコン基板部と、カラーフィルタ層と、第１光学層と、第２光学層と、第３光学層と、を含む固体撮像装置が提供される。前記シリコン基板部、主面に対して平行な平面内に設けられた複数の撮像部を含む。前記カラーフィルタ層は、前記主面に対して垂直な方向において前記シリコン基板部と離間し、前記シリコン基板部の屈折率よりも低い屈折率を有する。前記第１光学層は、前記シリコン基板部と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記カラーフィルタ層の前記屈折率よりも低く前記シリコン基板部の前記屈折率よりも低い第１屈折率を有し、光透過性である。前記第２光学層は、前記第１光学層と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記第１屈折率よりも高く前記シリコン基板部の前記屈折率よりも低い第２屈折率を有し、光透過性で多結晶である。前記第３光学層は、前記第２光学層と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記カラーフィルタ層の前記屈折率よりも低く前記第２屈折率よりも低い第３屈折率を有し、光透過性である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る固体撮像装置１１０は、シリコン基板部１０と、カラーフィルタ層５０と、第１光学層３１と、第２光学層３２と、第３光学層３３と、を含む。この例では、固体撮像装置１１０は、裏面照射型の撮像装置である。裏面照射型の撮像装置においては、シリコン基板部１０の裏面側から光が入射する。固体撮像装置１１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサの例である。
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、本実施形態に係る固体撮像装置１１０は、シリコン基板部１０と、カラーフィルタ層５０と、第１光学層３１と、第２光学層３２と、第３光学層３３と、を含む。この例では、固体撮像装置１１０は、裏面照射型の撮像装置である。裏面照射型の撮像装置においては、シリコン基板部１０の裏面側から光が入射する。固体撮像装置１１０は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサの例である。
シリコン基板部１０は、主面１０ａを有する。例えば、シリコン基板部１０の１つの面（例えば上面）を主面１０ａとすることができる。
主面１０ａに対して垂直な方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向とＸ軸方向とに対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
シリコン基板部１０は、複数の撮像部１２を含む。複数の撮像部１２は、Ｘ−Ｙ平面（主面１０ａに対して平行な平面）内に設けられる。この例では、シリコン基板部１０は、シリコン層１３と、シリコン層１３の一部に設けられた複数の撮像部１２と、を含む。シリコン層１３は、例えば、ｐ形半導体層である。撮像部１２は、例えば、ｐｎ接合を含むフォトダイオードである。シリコン基板部１０は、ＣＭＯＳ回路部１１をさらに含む。例えば、シリコン基板部１０において、撮像部１２は、ＣＭＯＳ回路部１１に接して設けられる。
この例では、支持基板５の上に、シリコン基板部１０が設けられる。支持基板５と撮像部１２との間、及び、支持基板５とシリコン層１３との間に、ＣＭＯＳ回路部１１が設けられる。
本願明細書において、上に設けられる状態は、直接接して設けられる状態と、間に別の要素が挿入される状態と、を含む。
カラーフィルタ層５０は、Ｚ軸方向（主面１０ａに対して垂直な方向）において、シリコン基板部１０と離間する。カラーフィルタ層５０は、シリコン基板部１０の屈折率よりも低い屈折率を有する。
例えば、５３０ナノメートル（ｎｍ）の波長に対するシリコン基板部１０の屈折率は、４．２以上４．３以下である。例えば、５３０ナノメートルの波長に対するカラーフィルタ層５０の屈折率は、１．５５以上１．６５以下である。例えば、カラーフィルタ層５０には、アクリル樹脂が用いられる。
第１光学層３１は、シリコン基板部１０とカラーフィルタ層５０との間に設けられる。第１光学層３１は、カラーフィルタ層５０の屈折率よりも低くシリコン基板部１０の屈折率よりも低い第１屈折率を有する。第１光学層３１は、光透過性である。
第１光学層３２は、第１光学層３１とカラーフィルタ層５０との間に設けられる。第２光学層３２は、第１屈折率よりも高くシリコン基板部１０の屈折率よりも低い第２屈折率を有する。第２光学層３２は、光透過性であり、多結晶である。
第３光学層３３は、第２光学層３２とカラーフィルタ層５０との間に設けられる。第３光学層３３は、カラーフィルタ層５０の屈折率よりも低く第２屈折率よりも低い第３屈折率を有する。第３光学層３３は、光透過性である。
すなわち、この例では、シリコン基板部１０の上に、第１光学層３１、第２光学層３２及び第３光学層３３が、この順で設けられる。第１光学層３１、第２光学層３２及び第３光学層３３を含む積層体３０ｓは、例えば、反射抑制層として機能する。
この例では、第３光学層３３とカラーフィルタ層５０の間に平坦化層４０が設けられる。平坦化層４０は、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
カラーフィルタ層５０は、例えば、第１カラー層５１ａ、第２カラー層５１ｂ及び第３カラー層５１ｃを含む。第１カラー層５１ａは、例えば、赤色である。第２カラー層５１ｂは、例えば、緑色である。第３カラー層５１ｃは、例えば、青色である。これらのカラー層は、Ｘ−Ｙ平面に配置される。Ｘ−Ｙ平面に投影したときに、これらのカラー層のそれぞれは、複数の撮像部１２のそれぞれに重なる。
この例では、複数の集光レンズ（第１レンズ５３ａ、第２レンズ５３ｂ及び第３レンズ５３ｃ）が設けられる。第１レンズ５３ａと、１つの撮像部１２と、の間に、第１カラー層５１ａが配置される。第２レンズ５３ｂと、１つの撮像部１２と、の間に、第２カラー層５１ｂが配置される。第３レンズ５３ｃと、１つの撮像部１２と、の間に、第３カラー層５１ｃが配置される。
この例では、集光レンズとカラーフィルタ層５０との間に、平坦化膜５２が設けられる。平坦化膜５２は、光透過性である。平坦化膜５２は、必要に応じて設けられ、省略しても良い。
１つの撮像部１２が、１つのサブ画素（第１サブ画素８１ａ、第２サブ画素８１ｂ及び第３サブ画素８１ｃ）に対応する。
固体撮像装置１１０において、例えば、１つの画素８０は、第１サブ画素８１ａ、第２サブ画素８１ｂ及び第３サブ画素８１ｃを含む。このような画素８０が、Ｘ−Ｙ平面内に、複数設けられる。図１は、固体撮像装置１１０に設けられる複数の画素８０のうちの１つを例示している。
図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示する模式的平面図である。
図２に表したように、シリコン基板部１０において、複数の画素８０が配置される。さらに、複数の垂直走査線８５、垂直走査回路８５ａ、複数の水平走査線８６、水平走査回路８６ａ、信号処理回路８７及び出力アンプ８８が設けられる。
図２に表したように、シリコン基板部１０において、複数の画素８０が配置される。さらに、複数の垂直走査線８５、垂直走査回路８５ａ、複数の水平走査線８６、水平走査回路８６ａ、信号処理回路８７及び出力アンプ８８が設けられる。
複数の垂直走査線８５のそれぞれは、例えばＸ軸方向に延びる。複数の水平走査線８６のそれぞれは、例えばＹ軸方向に延びる。これらの走査線の交差部のそれぞれに、複数の撮像部１２のそれぞれが配置される。
複数の垂直走査線８５は、垂直走査回路８５ａに接続される。複数の水平走査線８６は、信号処理回路８７を介して、水平走査回路８６ａに接続される。画素８０（撮像部１２）に光が入射し、画素の特性が変化する。光の強度に応じた画素８０の特性の変化を反映した電気信号が、信号処理回路８７及び水平走査回路８６ａを介して、出力アンプ８８に入力される。出力アンプ８８から、撮像データに対応する電気信号が出力される。
本実施形態に係る固体撮像装置１１０においては、屈折率が互いに大きく異なるシリコン基板部１０とカラーフィルタ層５０との間に、第１光学層３１、第２光学層３２及び第３光学層３３が設けられる。
これらの光学層の厚さは、例えば、可視光の波長よりも薄く設定される。例えば、第１光学層３１の厚さ、第２光学層３２の厚さ、及び、第３光学層３３の厚さのそれぞれは、３８０ｎｍよりも薄い。
例えば、第１光学層３１の厚さは、１０ｎｍ以上２５ｎｍ未満であり、例えば、約１５ｎｍである。第２光学層３２の厚さは、２５ｎｍ以上５０ｎｍ未満であり、例えば、３５ｎｍである。第３光学層３３の厚さは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、例えば、１５ｎｍである。
第２光学層３２の第２屈折率は、第１光学層３１の第１屈折率と、第３光学層３３の第３屈折率と、の間の値に設定される。
例えば、５３０ｎｍの波長における第１屈折率は、１．４５以上１．５５未満である。５３０ｎｍの波長における第２屈折率は、２．５５以上２．６６以下である。５３０ｎｍの波長における第３屈折率は、１．４５以上１．５５未満である。
第２光学層３２には、例えば、多結晶の、酸化チタン（例えばＴｉＯ２）が用いられ、２．５５以上２．６６以下の屈折率が得られる。
第２光学層３２は、屈折率が高いシリコン基板部１０と、屈折率が低いカラーフィルタ層５０と、の間に設けられることで、反射損失を抑制する。第２光学層３２の第２屈折率は、シリコン基板部１０の屈折率（約４．２５）と、カラーフィルタ層５０の屈折率（約１．６）と、の積の平方根（約２．６）に近い値に設定する。これにより反射損失を低くできる。例えば、上記のように、５３０ｎｍの波長における第２屈折率は、２．５５以上２．６６以下とする。これにより、可視光領域での反射が効果的に抑制できる。これにより、高感度の撮像が可能になる。
第１光学層３１は、第２光学層３２のための下地層として機能する。例えば、第２光学層３２は、第１光学層３１を保護する。第３光学層３３は、第２光学層３２のためのキャップ層として機能し、第３光学層３３は、第２光学層３２を保護する。
例えば、第１光学層３１及び第３光学層３３には、例えば、酸化シリコンが用いられる。５３０ｎｍの波長に対する、第１光学層３１の第１屈折率、及び、第３光学層３３の第３屈折率は、それぞれ、約１．４６である。
本実施形態に係る固体撮像装置１１０においては、第２光学層３２には、多結晶の層を用いる。これにより、特性の安定性が高まる。例えば、第２光学層３２として、非晶質の層を用いると、特性が安定し難いことが分かった。
例えば、非晶質の層においては、層の緻密性が低い。このため、ガスや薬液や不純物などが層中に侵入し易い。さらに、例えば、非晶質の酸化チタン層においては、状態が変化しやすい。例えば、第２光学層３２の形成の後の工程により、第２光学層３２に熱が加わる場合がある。もし、第２光学層３２として非晶質の酸化チタンを用いると、この熱により、酸化チタン層の状態が変化し、光学特性が変化する。
これに対して、多結晶の層においては、層の緻密性が高い。このため、ガスや薬液や不純物などの層中への侵入が抑制できる。これにより、安定した特性が得られる。さらに、結晶化した酸化チタンは、非晶質状態には移行しない。例えば、多結晶の酸化チタンに熱が加わったとしても、非晶質状態には移行しない。このため、多結晶の層を第２光学層３２に用いることで、固体撮像装置の製造中及び製造直後における特性のばらつきが抑制でき、さらに、使用中の信頼性も向上できる。
実施形態によれば、高安定性で高感度の固体撮像装置が提供できる。
実施形態によれば、高安定性で高感度の固体撮像装置が提供できる。
後述するように、第２光学層３２として酸化チタンを用いる場合において、多結晶の酸化チタンは、非晶質の酸化チタンよりも、高い屈折率が得られる。
第２光学層３２を反射抑制層として用いる場合、光学膜厚が所定の値になるように、第２光学層３２の厚さ及び屈折率が設定される。このとき、屈折率が高い、多結晶の酸化チタンを用いることで、屈折率が低い非晶質の酸化チタンを用いる場合よりも、第２光学層３２の厚さを薄くできる。厚さを薄くできることで、画素間のクロストークが抑制でき、さらに高画質の撮像が可能になる。
多結晶の酸化チタンを用いることで、所望の値である、２．５５以上２．６６以下の屈折率が得られる。
以下、第２光学層３２として、酸化チタンを用いる場合に関して、酸化チタン層の特性の例について説明する。
図３は、固体撮像装置の特性を例示するグラフ図である。
図３は、シリコン基板上に設けた酸化シリコン膜の上に、種々の条件で形成した酸化チタン膜の特性を示すＸＲＤ特性である。
第１試料ＳＰ０１は、酸化チタンのターゲットを用いて、酸化チタン層をスパッタで形成し、熱処理を行わない試料である。第２試料ＳＰ３５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を３５０℃で熱処理した試料である。第３試料ＳＰ４００は、スパッタで形成した酸化チタン層を４００℃で熱処理した試料である。第４試料ＳＰ４５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を４５０℃で熱処理した試料である。第５試料ＳＰ５５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を５５０℃で熱処理した試料である。図３の横軸は、回転角２θ（度）であり、縦軸は、検出強度（任意単位）である。
図３は、シリコン基板上に設けた酸化シリコン膜の上に、種々の条件で形成した酸化チタン膜の特性を示すＸＲＤ特性である。
第１試料ＳＰ０１は、酸化チタンのターゲットを用いて、酸化チタン層をスパッタで形成し、熱処理を行わない試料である。第２試料ＳＰ３５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を３５０℃で熱処理した試料である。第３試料ＳＰ４００は、スパッタで形成した酸化チタン層を４００℃で熱処理した試料である。第４試料ＳＰ４５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を４５０℃で熱処理した試料である。第５試料ＳＰ５５０は、スパッタで形成した酸化チタン層を５５０℃で熱処理した試料である。図３の横軸は、回転角２θ（度）であり、縦軸は、検出強度（任意単位）である。
図３から分かるように、熱処理を行わない第１試料ＳＰ０１においては、明確なピークが観察されない。第１試料ＳＰ０１においては、酸化チタン層は、非晶質である。
これに対して、熱処理を行った第１〜第４試料においては、回転角２θが約２５．３度において、ピークが観察される。このことから、これらの試料においては、アナターゼ構造の結晶が存在していることが分かる。この結晶においては、（１０１）面に配向している。
すなわち、酸化チタン層をスパッタで形成し、熱処理（例えば３５０℃以上）の熱処理を行うことで、アナターゼ構造の結晶性を有する酸化チタン層が得られる。
図４は、固体撮像装置の特性を例示するグラフ図である。
図４は、シリコン基板上に設けた酸化シリコン膜の上に、種々の条件で形成した酸化チタン膜の特性を示すＸＲＤ特性である。
第６試料ＳＱ０１は、チタン（金属）のターゲットを用いて、チタン層をスパッタで形成し、熱酸化処理を行わない試料である。第７試料ＳＱ３８０は、スパッタで形成したチタン層を３８０℃において１時間の熱酸化処理を行った試料である。第８試料ＳＱ４２１は、スパッタで形成したチタン層を４２０℃において１時間の熱酸化処理を行った試料である。第９試料ＳＱ４２２は、スパッタで形成したチタン層を４２０℃において３時間の熱酸化処理を行った試料である。図４の横軸は、回転角２θ（度）であり、縦軸は、検出強度（任意単位）である。
図４は、シリコン基板上に設けた酸化シリコン膜の上に、種々の条件で形成した酸化チタン膜の特性を示すＸＲＤ特性である。
第６試料ＳＱ０１は、チタン（金属）のターゲットを用いて、チタン層をスパッタで形成し、熱酸化処理を行わない試料である。第７試料ＳＱ３８０は、スパッタで形成したチタン層を３８０℃において１時間の熱酸化処理を行った試料である。第８試料ＳＱ４２１は、スパッタで形成したチタン層を４２０℃において１時間の熱酸化処理を行った試料である。第９試料ＳＱ４２２は、スパッタで形成したチタン層を４２０℃において３時間の熱酸化処理を行った試料である。図４の横軸は、回転角２θ（度）であり、縦軸は、検出強度（任意単位）である。
図４から分かるように、熱酸化処理を行わない第６試料ＳＱ０１においては、明確なピークが観察されない。
これに対して、熱酸化処理を行った第７〜第９試料においては、回転角２θが約２７．５度及び約３６．５度において、ピークが観察される。回転角２θが約２７．５度のピークは、（１１０）面配向のルチル構造の酸化チタン層に対応する。回転角２θが約３６．５度のピークは、（１０１）面配向のルチル構造の酸化チタン層に対応する。
このように、チタン層をスパッタで形成し、熱酸化処理を行うことで、ルチル構造の結晶性を有する酸化チタン層が得られる。
図３及び図４から分かるように、アナターゼ構造の結晶においては、ルチル構造の結晶が実質的に混ざっていない。一方、ルチル構造の結晶においては、アナターゼ構造の結晶が実質的に混ざっていない。このように、これらの試料においては、単一の結晶構造が得られる。
例えば、非晶質の酸化チタン層においては、層中に多くの構造欠陥が存在する。アナターゼ構造の酸化チタン層においては、構造欠陥の数は少ない。ルチル構造の酸化チタンにおいては、構造欠陥はさらに少ない。
非晶質の酸化チタン層においては、緻密性が著しく低い。アナターゼ構造の酸化チタン層においては、高い緻密性が得られる。ルチル構造の酸化チタンにおいては、緻密性がさらに向上する。
例えば、５３０ｎｍの波長で、非晶質の酸化チタン層においては、屈折率は、約２．４５以上２．５２以下である。アナターゼ構造の酸化チタン層においては、約２．５５以上約２．６以下の屈折率が得られる。ルチル構造の酸化チタンにおいては、約２．６１以上約２．６７以下の屈折率が得られ、さらに屈折率が高くなる。
構造欠陥が少なく、緻密性が高く、屈折率が高い点では、ルチル構造の酸化チタンを用いることが好ましい。一方、アナターゼ構造の酸化チタン層においては、製造が容易であり、均一で再現性の高い安定した特性が得易い。
図５は、固体撮像装置の特性を例示するグラフ図である。
図５は、第３光学層３３の厚さｔ３を０ｎｍから３０ｎｍに変えたときの４００ｎｍから７００ｎｍの波長における反射率のシミュレーション結果を例示している。シミュレーションにおいて、シリコン基板部１０の屈折率の波長分散が考慮されている。シリコン基板部１０の５３０ｎｍの波長での屈折率は、４．３である。カラーフィルタ層５０の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．６である。第１光学層３１はシリコン基板部１０に接する。第１光学層３１の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．４６である。第１光学層３１の厚さは、１５ｎｍである。第２光学層３２の５３０ｎｍの波長での屈折率は、２．６である。第２光学層３２の厚さは、３５ｎｍである。第３光学層３３は、カラーフィルタ層５０に接しており、第３光学層３３の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．４６である。図５の横軸は、波長λ（ｎｍ）である。縦軸は、反射率Ｒｆ（％）である。図５において、厚さｔ３が０ｎｍの場合は、第３光学層３３を設けない場合に対応する。
図５は、第３光学層３３の厚さｔ３を０ｎｍから３０ｎｍに変えたときの４００ｎｍから７００ｎｍの波長における反射率のシミュレーション結果を例示している。シミュレーションにおいて、シリコン基板部１０の屈折率の波長分散が考慮されている。シリコン基板部１０の５３０ｎｍの波長での屈折率は、４．３である。カラーフィルタ層５０の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．６である。第１光学層３１はシリコン基板部１０に接する。第１光学層３１の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．４６である。第１光学層３１の厚さは、１５ｎｍである。第２光学層３２の５３０ｎｍの波長での屈折率は、２．６である。第２光学層３２の厚さは、３５ｎｍである。第３光学層３３は、カラーフィルタ層５０に接しており、第３光学層３３の５３０ｎｍの波長での屈折率は、１．４６である。図５の横軸は、波長λ（ｎｍ）である。縦軸は、反射率Ｒｆ（％）である。図５において、厚さｔ３が０ｎｍの場合は、第３光学層３３を設けない場合に対応する。
図５から分かるように、第３光学層３３の厚さｔ３を変えても、光学膜厚への影響が小さいため、所望の５３０ｎｍ付近での反射率は、ほとんど変化しない。本実施形態においては、第３光学層３３の厚さを例えば約１５ｎｍに設定する。これにより、４００ｎｍから７００ｎｍの波長領域での反射率は、平均で約４．５％となり、比較的広い波長領域において、反射率Ｒｆを低くすることができる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、固体撮像装置の製造方法に係る。
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図６に表したように、本製造方法においては、主面１０ａに対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）内に設けられた複数の撮像部１２を含むシリコン基板部１０の上に、積層体３０ｓを形成する（ステップＳ１１０）。積層体３０ｓは、第１光学層３１と、第２光学層３２と、第３光学層３３と、を含む。第１光学層３１は、シリコン基板部１０の屈折率よりも低い第１屈折率を有し、光透過性である。第２光学層３２は、第１光学層３１の上に設けられ、第１屈折率よりも高くシリコン基板部１０の屈折率よりも低い第２屈折率を有し、光透過性で多結晶である。第３光学層３３は、第２光学層３２の上に設けられ、第２屈折率よりも低い第３屈折率を有し、光透過性である。
第２の実施形態は、固体撮像装置の製造方法に係る。
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図６に表したように、本製造方法においては、主面１０ａに対して平行な平面（Ｘ−Ｙ平面）内に設けられた複数の撮像部１２を含むシリコン基板部１０の上に、積層体３０ｓを形成する（ステップＳ１１０）。積層体３０ｓは、第１光学層３１と、第２光学層３２と、第３光学層３３と、を含む。第１光学層３１は、シリコン基板部１０の屈折率よりも低い第１屈折率を有し、光透過性である。第２光学層３２は、第１光学層３１の上に設けられ、第１屈折率よりも高くシリコン基板部１０の屈折率よりも低い第２屈折率を有し、光透過性で多結晶である。第３光学層３３は、第２光学層３２の上に設けられ、第２屈折率よりも低い第３屈折率を有し、光透過性である。
本製造方法においては、積層体３０ｓの上に、カラーフィルタ層５０を形成する（ステップＳ１２０）。例えば、カラーフィルタ層５０の屈折率は、第１屈折率よりも高く第３屈折率よりも高い。
本実施形態によれば、高安定性で高感度の固体撮像装置の製造方法が提供できる。
本実施形態によれば、高安定性で高感度の固体撮像装置の製造方法が提供できる。
本実施形態において、第２光学層３２には、酸化チタンが用いられる。この酸化チタンは、多結晶であり、アナターゼ構造、または、ルチル構造を有する。
以下、本製造方法の例について、さらに説明する。
図７は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図７に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。第１光学層３１の上に、非晶質の酸化チタン膜を形成する（ステップＳ１１２）。酸化チタン膜は、例えばスパッタにより形成される。
図７は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図７に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。第１光学層３１の上に、非晶質の酸化チタン膜を形成する（ステップＳ１１２）。酸化チタン膜は、例えばスパッタにより形成される。
さらに、この非晶質の酸化チタン膜を熱処理して、多結晶化して、第２光学層３２を形成する（ステップＳ１１３）。熱処理は、例えば、３５０℃以上の温度で行われる。熱処理は、例えば、５５０℃以下の温度で行われる。
さらに、第２光学層３２の上に第３光学層３３を形成する（ステップＳ１１４）。
これにより、アナターゼ構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
さらに、第２光学層３２の上に第３光学層３３を形成する（ステップＳ１１４）。
これにより、アナターゼ構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
図８は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の別の製造方法を例示するフローチャート図である。
図８に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。第１光学層３１の上に、非晶質の酸化チタン膜を形成する（ステップＳ１１２）。この場合も、酸化チタン膜は、例えばスパッタにより形成される。
図８に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。第１光学層３１の上に、非晶質の酸化チタン膜を形成する（ステップＳ１１２）。この場合も、酸化チタン膜は、例えばスパッタにより形成される。
非晶質の酸化チタン膜の上に、加熱しつつ第３光学層３３を形成して、非晶質の酸化チタン膜を多結晶化して第２光学層３２を形成する（ステップＳ１１４ａ）。加熱しての第３光学層３３の形成において、加熱の温度は、例えば３５０度以上である。加熱して第３光学層３３を形成することで、非晶質の酸化チタン膜が多結晶化し、多結晶の酸化チタン層が得られる。
これにより、アナターゼ構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
これにより、アナターゼ構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
図７及び図８に例示した方法において、非晶質の酸化チタン膜の形成（ステップＳ１１２）の際に、基板加熱を行うと、アナターゼ構造と、ルチル構造と、が混ざった層が形成され易いいことが分かった。このような結晶構造が混ざった層においては、表面平坦性が悪く、表面の凹凸が大きくなる。このため、非晶質の酸化チタン膜の形成においては、基板の積極的な加熱は行わないことが好ましい。非晶質の酸化チタン膜をスパッタにより形成する際に、スパッタにより基板の温度が上昇する場合がある。この積極的な加熱を行わない条件において、非晶質の酸化チタン膜が得られる。非晶質の酸化チタン膜の形成のときの基板の温度は、例えば、６０℃以下である。これにより、非晶質の酸化チタン膜が得られ、その後の多結晶化により、結晶構造が単一の多結晶が得られる。
図９は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の別の製造方法を例示するフローチャート図である。
図９に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。この例では、第１光学層３１及び第３光学層３３として、酸化シリコン層が用いられる。
図９に表したように、この例では、積層体３０ｓの形成（ステップＳ１１０）においては、第１光学層３１を形成する（ステップＳ１１１）。この例では、第１光学層３１及び第３光学層３３として、酸化シリコン層が用いられる。
第１光学層３１の上に、チタン層（金属のチタン層）を形成する（ステップＳ１１２ａ）。チタン層は、例えば、スパッタ法により形成される。
チタン層を熱酸化して、多結晶の酸化チタンを形成し、第２光学層３２を形成する（ステップＳ１１３ａ）。
第２光学層３２の上に、第３光学層３３を形成する（ステップＳ１１４）。
これにより、ルチル構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
第２光学層３２の上に、第３光学層３３を形成する（ステップＳ１１４）。
これにより、ルチル構造を有する酸化チタンの第２光学層３２が得られる。
このように、チタン層を形成し、そのチタン層を熱酸化して多結晶の酸化チタンを得る場合には、チタン層の膜質が、酸化チタン層の膜質に大きく影響することが分かった。
チタン層が柱状粒界を有している場合は、酸化後の酸化チタン層において結晶が不均一になり易い。チタン層が粒状粒界を有している場合に、酸化後の酸化チタン層において均質で緻密な多結晶が得易くなる。粒状粒界は、例えば、曲面状の粒界を有する。チタン層における粒状粒界のそれぞれの径が、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である場合に、酸化後の酸化チタン層が緻密なルチル構造の多結晶になり、均質で高い屈折率が得られることが分かった。
このようなチタン層は、チタンのターゲットを用いたスパッタ法により形成できる。この際、スパッタ成膜時の圧力（例えばアルゴンガスの圧力）は、比較的大きく設定し、パワーを調整することで、上記のような粒状粒界が得易くなる。
スパッタにより形成したチタン層における膜中酸素濃度が過度に高いと、均質な多結晶を得ることが困難になる。チタン層における膜中酸素濃度は、２０原子パーセント以下であることが好ましい。
実施形態によれば、高安定性で高感度の固体撮像装置及びその製造方法を提供できる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施の形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、固体撮像装置に含まれる撮像部、シリコン基板、光学層、平坦化層、平坦化膜、カラーフィルタ層及び集光レンズなどの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した固体撮像装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての固体撮像装置及びその製造方法も、本発明の実施の形態の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
５…支持基板、 １０…シリコン基板部、 １０ａ…主面、 １１…ＣＭＯＳ回路部、 １２…撮像部、 １３…シリコン層、 ３０ｓ…積層体、 ３１〜３３…第１〜第３光学層、 ４０…平坦化層、 ５０…カラーフィルタ層、 ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…第１、第２、第３カラー層、 ５２…平坦化膜、 ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ…第１、第２、第３レンズ、 ８０…画素、 ８１ａ、８１ｂ、８１ｃ…第１、第２、第３サブ画素、 ８５…垂直走査線、 ８５ａ…垂直走査回路、 ８６…水平走査線、 ８６ａ…水平走査回路、 ８７…信号処理回路、 ８８…出力アンプ、 λ…波長、 １１０…固体撮像装置、 ＳＰ０１、ＳＰ３５０、ＳＰ４００、ＳＰ４５０、ＳＰ５５０…第１〜第５試料、 ＳＱ０１、ＳＱ３８０、ＳＱ４２１、ＳＱ４２２…第６〜第９試料、 ｔ３…厚さ
Claims (5)
- 主面に対して平行な平面内に設けられた複数の撮像部を含むシリコン基板部と、
前記主面に対して垂直な方向において前記シリコン基板部と離間し、前記シリコン基板部の屈折率よりも低い屈折率を有するカラーフィルタ層と、
前記シリコン基板部と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記カラーフィルタ層の前記屈折率よりも低く前記シリコン基板部の前記屈折率よりも低い第１屈折率を有する光透過性の第１光学層と、
前記第１光学層と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記第１屈折率よりも高く前記シリコン基板部の前記屈折率よりも低い第２屈折率を有し光透過性で多結晶の第２光学層と、
前記第２光学層と前記カラーフィルタ層との間に設けられ前記カラーフィルタ層の前記屈折率よりも低く前記第２屈折率よりも低い第３屈折率を有する光透過性の第３光学層と、
を備えた固体撮像装置。 - 前記第１光学層及び前記第３光学層は、酸化シリコンを含み、
前記第２光学層は、酸化チタンを含む請求項１記載の固体撮像装置。 - 主面に対して平行な平面内に設けられた複数の撮像部を含むシリコン基板部の上に、前記シリコン基板部の屈折率よりも低い第１屈折率を有する光透過性の第１光学層と、前記第１光学層の上に設けられ前記第１屈折率よりも高く前記シリコン基板部の前記屈折率よりも低い第２屈折率を有し光透過性で多結晶の第２光学層と、前記第２光学層の上に設けられ前記第２屈折率よりも低い第３屈折率を有する光透過性の第３光学層と、を含む積層体を形成し、
前記積層体の上に、前記第１屈折率よりも高く前記第３屈折率よりも高い屈折率を有するカラーフィルタ層を形成する固体撮像装置の製造方法。 - 前記第２光学層は、酸化チタン層であり、
前記積層体の形成は、
前記第１光学層の上に、非晶質の酸化チタン膜を形成した後、前記非晶質の酸化チタン膜を熱処理で多結晶化して前記第２光学層を形成し、前記第２光学層の上に前記第３光学層を形成する、または、前記非晶質の酸化チタン膜の上に、加熱しつつ前記第３光学層を形成して前記非晶質の酸化チタン膜を多結晶化し、前記第２光学層を形成することを含む請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第１光学層及び前記第３光学層は、酸化シリコン層であり、
前記第２光学層は、酸化チタン層であり、
前記積層体の形成は、
前記第１光学層の上に、粒状粒界を含むチタン層を形成し、
前記チタン層を熱酸化して多結晶の酸化チタンを形成して前記第２光学層を形成し、
前記第２光学層の上に前記第３光学層を形成することを含む請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151006 |
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| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20160526 |