JP2017022293A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】導光部の集光特性の低下を防ぐのに有利な技術を提供する。
【解決手段】固体撮像装置の製造方法は、光電変換部が形成された基板とその上に設けられた絶縁部材とを含む構造を用意する工程と、前記光電変換部の上方において、前記絶縁部材に、前記基板の上面より高い位置に底面を有し傾斜した第1側面を有する第1開口を形成する工程と、前記第1開口を埋めるように第1部材を形成する工程と、前記光電変換部の上方において、前記第1部材に第2開口を形成する工程と、前記第2開口が形成された前記第1部材をマスクとして用いて前記絶縁部材のうちの前記第2開口の下の部分をエッチングすることにより、第2側面を有する第3開口を前記絶縁部材に形成する工程と、前記第3開口を埋めるように第2部材を形成する工程とを含み、前記第1側面と前記基板の上面とが成す角は、前記第2側面と前記基板の上面とが成す角よりも小さい。
【選択図】図1

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関する。
固体撮像装置は、例えば、光電変換部を有する基板と、基板上に配された絶縁部材と、絶縁部材の中かつ光電変換部の上に配された導光部とを備える。導光部は、入射光を反射により光電変換部に導く。導光部は、例えば、基板上に絶縁部材を形成した後、該絶縁部材に開口を形成して該開口を絶縁部材よりも屈折率の高い透光性部材で埋めることにより形成される。
特許文献1は、導光部における上部の側面の傾斜角(該側面と基板の上面との成す角)が、該導光部における下部の側面の傾斜角よりも小さい構造を開示している。特許文献1によると、基板上に絶縁部材を形成した後、開口を有するレジストパターンを絶縁部材の上に形成し、該レジストパターンをマスクとして用いて、絶縁部材に対して等方性エッチングである第1エッチングを行う。これにより、絶縁部材における上部に、傾斜した側面を有する開口を形成する。その後、このレジストパターンをマスクとして用いて、更に、該開口が形成された絶縁部材に対して異方性エッチングである第2エッチングを行う。このような手順により、導光部用の開口を、該開口における上部の側面の傾斜角が下部の側面の傾斜角よりも小さくなるように形成する。特許文献1の方法によると、該開口を透光性部材で埋めて導光部を形成する際に、導光部内にボイドが生じにくくなる。
特開2008−103757号公報
しかしながら、特許文献1の方法によると、第1エッチングで形成された開口の側面(傾斜した側面)の形状が第2エッチングの際に変わってしまい、第2エッチング後に得られる導光部用の開口の形状が所望の形状からずれてしまう可能性がある。そのため、該開口を透光性部材で埋めることにより得られる導光部において、導光部の上部径が縮小する事によって集光量が減少する場合や入射光が光電変換部に向かって適切に反射されなくなる場合があり、このことは、該導光部の集光特性の低下の原因となりうる。
本発明の目的は、導光部であって該導光部における上部の側面の傾斜角が下部の側面の傾斜角よりも小さい導光部を備える固体撮像装置において、該導光部の集光特性の低下を防ぐのに有利な技術を提供することにある。
本発明の一つの側面は固体撮像装置の製造方法にかかり、前記固体撮像装置の製造方法は、光電変換部が形成された基板とその上に設けられた絶縁部材とを含む構造を用意する第1工程と、前記光電変換部の上方において、前記絶縁部材に、前記基板の上面より高い位置に底面を有し且つ傾斜した第1側面を有する第1開口を形成する第2工程と、前記第1開口を埋めるように第1部材を形成する第3工程と、前記光電変換部の上方において、前記第1部材に第2開口を形成する第4工程と、前記第2開口が形成された前記第1部材をマスクとして用いて前記絶縁部材のうちの前記第2開口の下の部分をエッチングすることにより、第2側面を有する第3開口を前記絶縁部材に形成する第5工程と、前記第3開口を埋めるように第2部材を形成する第6工程と、を含み、前記第1側面と前記基板の上面とが成す角は、前記第2側面と前記基板の上面とが成す角よりも小さいことを特徴とする。
本発明によれば、上述の導光部の集光特性の低下を防ぐことができる。
固体撮像装置の構造の例を説明するための図である。 固体撮像装置の製造方法の例を説明するための図である。 固体撮像装置の製造方法の例を説明するための図である。 固体撮像装置の製造方法の例を説明するための図である。 カメラの構成例を説明するためのブロック図である。
(固体撮像装置の構造例)
図1を参照しながら、本発明に係る固体撮像装置100の構造の例を述べる。図1は、固体撮像装置100の撮像領域における単位画素を示している。固体撮像装置100は、例えば、基板110と、基板110の上に配された絶縁部材120と、絶縁部材120の中に配された導光部131と、導光部131の上に配された光学素子150とを備える。基板110には、例えば、光電変換部111と、光電変換部111で発生した電荷を信号として読み出すためのトランジスタとが形成される。図中には、該トランジスタのゲート電極112を例示している。
絶縁部材120は、例えば、複数の絶縁層が積層されて成る。本例では、絶縁部材120は、酸化シリコン層121a〜121d及び炭化シリコン層122a〜122cを含む。具体的には、下側から上側に向かって、酸化シリコン層121a、炭化シリコン層122a、酸化シリコン層121b、炭化シリコン層122b、酸化シリコン層121c、炭化シリコン層122c、酸化シリコン層121dが、この順に配されている。
導光部131は、絶縁部材120の中かつ光電変換部111の上に配される。導光部131は、絶縁部材120に開口を形成した後に絶縁部材120を覆いながら該開口を埋めるように透光性の部材130を形成することにより得られる。導光部131は、その屈折率が絶縁部材120の少なくとも一部の屈折率より大きくなるように構成されればよく、部材130には、例えば窒化シリコン等の高屈折率部材が用いられる。このような構造により、導光部131は、入射光を屈折により光電変換部111に導く。
導光部131は、光電変換部111側の第1部分131aと、その上の第2部分131bとを含む。部分131bの側面と基板110の上面とが成す角は、部分131aの側面と基板110の上面とが成す角より小さい。前述のとおり、導光部131は、絶縁部材120に形成された開口を部材130で埋めることにより得られる。このとき、該開口を、開口上部(該開口における上部)の側面を傾斜させて形成することにより、開口下部(該開口における下部)に高屈折率部材が適切に堆積する前に開口上部が高屈折率部材で塞がれてしまうことを防ぐことができる。そのため、該開口を高屈折率部材で埋めて導光部131を形成する際に導光部131内にボイド(埋め込み欠陥による空洞)が生じにくい。
なお、「傾斜」とは、基板110の上面に対して水平および垂直のいずれでもない状態をいうものとし、傾斜した側面と基板110の上面とが成す角は、該側面の「傾斜角」と表現されてもよい。部分131bの側面は、図中に示されるように傾斜していてもよいが、基板110の上面に対して略垂直であってもよい。また、導光部131の集光特性を向上させるため、部分131aの側面と部分131bの側面との境界には段差(より具体的には水平方向と略平行な面)が形成されないことが望ましい。
絶縁部材120の中には、配線部140が配される。配線部140は、例えば、基板110の上面に対する平面視(以下、単に「平面視」という。)において、導光部131の周辺またはその一部に、導光部131を取り囲むように配される。これにより、配線部140は、隣接画素からの漏れ光または隣接画素への漏れ光を防ぐ。
配線部140は、例えば、プラグ141、配線パターン142、プラグ143および配線パターン144を含む。配線パターン142は、第1配線層(基板110に最も近い配線層)に配され、例えば銅やアルミニウム等の導電材料で構成されうる。配線パターン144は、第2配線層(第1配線層の上の配線層)に配され、配線パターン142同様、導電材料で構成されうる。プラグ141は、基板110と配線パターン142とを接続し、例えばタングステン等の導電材料で構成されうる。プラグ143は、配線パターン142と配線パターン144とを接続し、プラグ141同様、導電材料で構成されうる。なお、本例において、炭化シリコン層122a〜122cは金属拡散防止膜として作用しうる。
光学素子150は、導光部131を形成する部材130の上に、例えば、酸化シリコン層151、パッシベーション膜152、平坦化層153およびカラーフィルタ154を介して配されうる。他の例では、光学素子150と部材130との間には、上記層、膜もしくは部材151〜154のうちの一部のみが配されてもよいし、必要に応じて他の層、膜もしくは部材が更に配されてもよい。
以上に例示された固体撮像装置100は、公知の半導体製造プロセスを用いて製造されうる。以下、本発明に係る固体撮像装置100の製造方法のいくつかの例を、導光部131を形成する工程に着目して述べる。
(第1の例)
図2(a)〜(h)を参照しながら固体撮像装置100の製造方法の第1の例を述べる。図2(a)の工程では、光電変換部111やゲート電極112等が形成された基板110を準備し、その後、該基板110の上に絶縁部材120を形成する。前述のとおり、絶縁部材120は、例えば酸化シリコン層121a〜121d及び炭化シリコン層122a〜122cを含む。絶縁部材120は、例えばCVD(化学気相成長)とCMP(化学機械研磨)とを交互に繰り返すことにより形成されうる。なお、絶縁部材120を形成する各工程の間、絶縁部材120における所望の位置には、例えばPVD(物理気相成長)、ダマシン法等を用いて、配線部140(プラグ141及び143並びに配線パターン142及び144のそれぞれ)が形成されうる。
図2(b)の工程では、絶縁部材120における上部に開口210を形成する。開口210は、その側面S1が傾斜するように形成される。例えば、絶縁部材120の上面と同一面における開口210の幅をW1とし、開口210の底面の幅をW2としたときに、W1>W2の関係が成立する。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよく、エッチング条件(例えば、エッチングガスの混合比、温度など)は、開口210がその側面S1が傾斜して形成されるように調整されるとよい。
なお、本例では、開口210は、炭化シリコン層122bが露出するように形成された態様を示したが、開口210の深さは本例に限られない。また、酸化シリコン層121d及び121cをエッチングしているときのエッチング条件と、炭化シリコン層122cをエッチングしているときのエッチング条件とは、開口210の側面S1が実質的に一直線になるようにそれぞれ調整されればよい。
図2(c)の工程では、絶縁部材120の上面を覆いながら開口210を埋めるように絶縁部材120の上に樹脂211を形成し、更に、樹脂211の上に、開口213を有するレジストパターン212を形成する。開口213は、平面視において、その外縁が開口210の側面S1と重なるように形成される。即ち、開口213の幅をW3とすると、W1>W3>W2の関係が成立する。なお、樹脂211の形成は、例えばスピンコーティングによって為されうる。また、必要に応じて、樹脂211の上面に対してCMP等の所定の平坦化処理が為されてもよい。
図2(d)の工程では、レジストパターン212をマスクとして用いて樹脂211の一部であって開口213の下の一部をエッチングする。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよい。この工程により、樹脂211に開口214を形成する。開口214は、開口210の底面と、開口210の側面S1の一部であって該底面の近傍(周辺)の一部とを露出するように形成される。換言すると、開口210の側面S1の該一部以外の部分(平面視において該一部より外側の部分)は、樹脂211に覆われた状態になる。図中において、側面S1のうち樹脂211に覆われた部分を「S2」と示す。
図2(e)の工程では、レジスト212と、開口214が形成された樹脂211とをマスクとして用いて、絶縁部材120の開口214の下の部分をエッチングする。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよい。基板110の光電変換部111の上には、窒化シリコン等で構成されたエッチングストッパが配されていてもよく、その場合、この工程は該エッチングストッパが露出したことに応じて終了されればよい。ここで、この工程では、開口210の側面S1のうちの部分S2は樹脂211により覆われているため、この工程でのプラズマエッチングによって、部分S2が更にエッチングされることもなく、その形状が変わることはない。
図2(f)の工程では、剥離剤を用いて樹脂211を剥離し、樹脂211を除去する。この工程により、絶縁部材120に開口215が形成された状態になる。
以上の手順によると、開口215は、開口上部の側面と基板110の上面とが成す角が、開口下部の側面と基板110の上面とが成す角より小さくなるように形成される。
図2(g)の工程では、例えば高密度プラズマCVD等によって開口215を部材130で埋めて、導光部131を形成する。なお、部材130には、例えば窒化シリコンが用いられうるが、高屈折率の材料で構成された他の部材が用いられてもよく、例えば樹脂等の有機物が用いられてもよい。また、開口215を埋める部材は、絶縁部材120に含まれる材料と同じ材料(例えば酸化シリコン)であってもよいし、絶縁部材120に含まれる材料よりも屈折率が小さい材料であってもよい。絶縁部材120が、屈折率が互いに異なる複数の層で構成されていても、均一な材料で開口215を埋めることでこれら複数の層の間での多重反射を低減できる。
ここで、部材130の上面に対して、絶縁部材120の上面が露出しない程度にCMPが為されてもよい。上面に互いに異なる材料の部分が存在するとそれらの間で研磨レートの差が生じて該上面に高低差が生じうるため、絶縁部材120の上面を露出させないことにより該上面を適切に平坦化することができる。
図2(h)の工程では、導光部131を形成する部材130の上に、酸化シリコン層151、パッシベーション膜152、平坦化層153およびカラーフィルタ154を介して、光学素子150を形成する。以上により、図1で例示された固体撮像装置100の構造が得られる。
本例によると、図2(e)の工程において、開口210の側面S1のうちの部分S2が樹脂211により覆われているため、この工程でのプラズマエッチングによって部分S2が更にエッチングされることもなく、その形状が変わることはない。そのため、図2(f)の工程で得られる開口215(更には、開口215に部材130を埋めることにより得られる導光部131)の形状が所望の形状からずれてしまうことを防ぐことができる。よって、本例によると、導光部131の集光特性の低下を防ぐのに有利である。
(第2の例)
図3を参照しながら固体撮像装置100の製造方法の第2の例を述べる。前述の第1の例と同様の手順で絶縁部材120に開口210を形成した後、即ち、図2(b)の工程の後、図3(a)の工程を行う。
図3(a)の工程では、絶縁部材120の上面を覆いながら開口210を埋めるように絶縁部材120の上に樹脂311を形成した後、樹脂311の上に酸化シリコン312を形成し、更に、酸化シリコン312の上にレジストパターン313を形成する。レジストパターン313は開口314を有する。開口314は、平面視において、その外縁が開口210の側面S1と重なるように形成される。即ち、開口314の幅をW4とすると、W1>W4>W2の関係が成立する。なお、前述の第1の例で述べたとおり、W1は絶縁部材120の上面と同一面における開口210の幅であり、W2は開口210の底面の幅である。
図3(b)の工程では、レジストパターン313をマスクとして用いて、酸化シリコン312の一部であって開口314の下の一部をエッチングする。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよい。この工程により、酸化シリコン312に開口315を形成する。
図3(c)の工程では、レジストパターン313と、開口315が形成された酸化シリコン312とをマスクとして用いて、樹脂311の一部であって開口315の下の一部をエッチングする。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよい。この工程により、樹脂311に開口316を形成する。
図3(c)の工程の後、酸化シリコン312および樹脂311をマスクとして用いて、絶縁部材120の一部であって開口316の下の一部をエッチングする。ここで、酸化シリコン312は、この工程において絶縁部材120と共にエッチングされうるが、酸化シリコン312がエッチングされた後、樹脂311がマスクとして作用するため、結果として、図2(e)の工程の後の構造と同様の構造が得られる。更にその後、図2(f)〜(h)と同様の工程が為されればよい。
本例によると、図3(c)の工程において、開口210の側面S1のうちの部分S2が樹脂311により覆われているため、この工程でのプラズマエッチングによって部分S2が更にエッチングされることもなく、その形状が変わることはない。そのため、本例によっても第1の例と同様の効果が得られる。
(第3の例)
図4を参照しながら固体撮像装置100の製造方法の第3の例を述べる。前述の第1の例と同様の手順で絶縁部材120に開口210を形成した後、即ち、図2(b)の工程の後、図4(a)の工程を行う。
図4(a)の工程では、絶縁部材120の上面を覆いながら開口210を埋めるように、例えば窒化シリコン等の高屈折率部材410を絶縁部材120の上に形成する。この工程は、例えば高密度プラズマCVD等により為されればよい。
図4(b)の工程では、部材410の上に、開口412を有するレジストパターン411を形成する。開口412は、平面視において、その外縁が開口210の側面S1と重なるように形成される。即ち、開口412の幅をW5とすると、W1>W5>W2の関係が成立する。なお、前述の第1の例で述べたとおり、W1は絶縁部材120の上面と同一面における開口210の幅であり、W2は開口210の底面の幅である。
図4(c)の工程では、レジストパターン411をマスクとして用いて、部材410の一部であって開口412の下の一部と、絶縁部材120の一部であって開口412の下の一部とをエッチングする。この工程は、例えばプラズマエッチングにより為されればよい。この工程により、部材410および絶縁部材120に開口413を形成する。このとき、開口413は、その側面が傾斜するように形成されるとよい。
図4(d)の工程では、剥離剤を用いてレジストパターン411を剥離し、レジストパターン411を除去する。
図4(e)の工程では、部材410の上面を覆いながら開口413を埋めるように、部材410と同一材料で構成された部材414(本例では窒化シリコン)を形成する。この工程は、例えば高密度プラズマCVD等により為されればよい。ここで、図4(c)の工程で開口413がその側面が傾斜するように形成されたことにより、開口413を部材414で埋める際にボイドが生じにくい。
図4(e)の工程の後、部材410及び414の上面に対してCMPが為され、これにより、図2(g)の工程の後の構造と同様の構造が得られる。その後、図2(h)と同様の工程が為されればよい。
本例によると、図4(c)の工程において、開口210の側面S1のうちの部分S2が部材410により覆われているため、この工程でのプラズマエッチングによって部分S2が更にエッチングされることもなく、その形状が変わることはない。そのため、本例によっても第1〜第2の例と同様の効果が得られる。
(その他)
以上、いくつかの好適な実施形態を例示したが、本発明はこれらに限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その一部が変更されてもよいし、各実施形態のいくつかの特徴が組み合わされてもよい。
(撮像システム)
図5は、以上の例で示された固体撮像装置100が適用されたカメラの構成例を説明するための図である。カメラは、固体撮像装置100の他、例えば、処理部200、CPU300(又はプロセッサ)、操作部400、光学系500を具備する。また、カメラは、静止画や動画をユーザに表示するための表示部600、それらのデータを記憶するためのメモリ700をさらに具備しうる。固体撮像装置100は、光学系500を通過した光に基づいて画像データを生成する。該画像データは、処理部200により所定の補正処理が為され、表示部600やメモリ700に出力される。また、ユーザにより操作部400を介して入力された撮影条件に応じて、CPU300によって、各ユニットの設定情報が変更され、又は、各ユニットの制御方法が変更されうる。なお、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も含まれる。
100:固体撮像装置、110:基板、111:光電変換部、120:絶縁部材、131:導光部。

Claims (10)

  1. 光電変換部が形成された基板とその上に設けられた絶縁部材とを含む構造を用意する第1工程と、
    前記光電変換部の上方において、前記絶縁部材に、前記基板の上面より高い位置に底面を有し且つ傾斜した第1側面を有する第1開口を形成する第2工程と、
    前記第1開口を埋めるように第1部材を形成する第3工程と、
    前記光電変換部の上方において、前記第1部材に第2開口を形成する第4工程と、
    前記第2開口が形成された前記第1部材をマスクとして用いて前記絶縁部材のうちの前記第2開口の下の部分をエッチングすることにより、第2側面を有する第3開口を前記絶縁部材に形成する第5工程と、
    前記第3開口を埋めるように第2部材を形成する第6工程と、
    を含み、
    前記第1側面と前記基板の上面とが成す角は、前記第2側面と前記基板の上面とが成す角よりも小さい
    ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  2. 前記第5工程の後であって、前記第6工程の前に、前記第2開口が形成された前記第1部材を除去する工程をさらに含む
    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。
  3. 前記絶縁部材は少なくとも酸化シリコンを含んでおり、
    前記第1部材は樹脂を含んでおり、
    前記第2部材は窒化シリコンを含んでいる
    ことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
  4. 前記第4工程は、
    前記第1部材の上に、開口を有するレジストパターンであって該開口の外縁が前記基板の上面に対する平面視において前記第1側面と重なるレジストパターンを形成する工程と、
    前記レジストパターンをマスクとして用いて、前記第1開口の前記底面と前記第1側面の一部であって該底面の近傍の一部とが露出するように、前記第1部材の一部をエッチングする工程と、
    を含む
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  5. 前記第4工程では、
    前記第1部材の上に第3部材を形成し、
    前記第3部材の上に、第4開口を有するレジストパターンを形成し、
    前記レジストパターンをマスクとして用いて前記第3部材の一部をエッチングし、
    前記一部がエッチングされた前記第3部材をマスクとして用いて、前記第1開口の前記底面と前記第1側面の一部であって該底面の近傍の一部とが露出するように、前記第1部材の一部をエッチングする
    ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  6. 前記第4工程では、前記第1部材の上に、第4開口を有するレジストパターンでレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして用いて、前記第1部材のうちの前記第4開口の下の部分をエッチングすることにより前記第2開口を形成し、
    前記第5工程では、前記レジストパターンおよび前記第1部材をマスクとして用いて、前記絶縁部材のうちの前記第4開口の下の部分をエッチングすることにより前記第3開口を形成する
    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。
  7. 前記第5工程では、前記基板の上面に対する平面視において前記第1側面の一部は、前記第1部材により覆われている
    ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 前記絶縁部材は少なくとも酸化シリコンを含んでおり、
    前記第1部材および前記第2部材は窒化シリコンを含んでいる
    ことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記第6工程の後に、前記絶縁部材の上面が露出しないように前記第2部材の上面を平坦化する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記第6工程では、前記第3開口を前記第2部材で埋めることによって導光部が形成され、
    前記固体撮像装置の製造方法は、前記第6工程の後に、前記導光部の上に光学素子を形成する工程をさらに含む
    ことを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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