JP2017162925A - 撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路を有する撮像装置において、配線の導通不良を抑制する技術を提供する。
【解決手段】光電変換部が配された撮像領域と周辺領域とを基板に形成する工程と、複数の光電変換部の上にそれぞれ配された複数の開口部を有する層間絶縁膜及び層間絶縁膜の中に配された配線パターンを含む構造体を形成する工程と、複数の開口部を充填しつつしつつ構造体を覆うように第１の膜を形成する工程と、第１の膜を平坦化し平坦面を含む上面を有する導波路部材を形成する第１の平坦化工程と、第１の平坦化工程の後、導波路部材を覆うように第２の膜を形成する工程と、第２の膜を研磨し導波路部材を露出させる第２の平坦化工程と、第２の平坦化工程の後、導波路部材のうち周辺領域の上に配された部分であって、配線パターンのうち少なくとも一部の上に配された部分を層間絶縁膜が露出するように除去する除去工程と、を含む。
【選択図】図４

Description

本発明は、撮像装置の製造方法に関する。

撮像装置において、撮像領域に配された光電変換部に入射する光量を増やすために、光電変換部の上に光導波路を配する構成が知られている。特許文献１には、光導波路を備える撮像装置において、撮像領域から出力される信号を処理する周辺領域の配線パターンと電気的に接続されるコンタクトプラグの形成を容易にする製造方法が示されている。層間絶縁膜の光電変換部の上に配された開口部を埋め込むために、層間絶縁膜を覆うように光導波路の材料として窒化シリコンを成膜する。次いで、成膜された窒化シリコンの表面に生じた段差を化学機械研磨（ＣＭＰ）法によって平坦化し、光導波路を形成する。その後、光導波路のうち周辺領域に配された部分が除去される。

特開２０１５−１４４２９８号公報

本発明者は、光導波路の材料の成膜及び平坦化の工程で、次のような課題があることを見出した。光導波路の材料を成膜する際、成膜を行う処理室の内壁に付着した堆積物が内壁から剥がれ落ち、成膜された材料膜の中に異物として取り込まれる場合がある。この異物を含む材料膜をＣＭＰ法などの研磨法を用いて平坦化すると、材料膜の中の異物が機械的な外力によって欠落し、形成された光導波路の表面に凹状の欠陥部が生じうる。

この欠陥部が、光導波路のうち周辺領域の配線パターンの上の部分で生じると、当該部分の光導波路を除去する際に、欠陥部の下に配された層間絶縁膜が他の部分よりもエッチングされ、エッチング終了時に配線パターンが露出する場合がある。配線パターンが露出すると、光導波路の周辺領域に配された部分をエッチングする際のレジストマスクの除去やエッチング時の副生成物を除去するための処理によって、露出した配線パターンがエッチングされる可能性がある。配線パターンがエッチングされた場合、配線パターンの一部が消失し、配線パターンの導通不良が起きる可能性がある。

本発明は、光導波路を有する撮像装置において、配線の導通不良を抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部が配された撮像領域と、複数の光電変換部から出力される信号を処理するための周辺領域と、を基板に形成する工程と、撮像領域及び周辺領域の上に、複数の光電変換部の上にそれぞれ配された複数の開口部を有する層間絶縁膜と、層間絶縁膜の中に配された配線パターンと、を含む構造体を形成する工程と、複数の開口部を充填しつつ、撮像領域及び周辺領域の上に配されている構造体を覆うように、第１の材料からなる第１の膜を形成する工程と、第１の膜を平坦化し、撮像領域及び周辺領域の上に、平坦面を含む上面を有する導波路部材を形成する第１の平坦化工程と、第１の平坦化工程の後、導波路部材を覆うように、撮像領域及び周辺領域の上に、第２の材料からなる第２の膜を形成する工程と、第２の膜を研磨し、撮像領域の上に配されている導波路部材を露出させる第２の平坦化工程と、第２の平坦化工程の後、導波路部材のうち周辺領域の上に配された部分であって、配線パターンの一部の上に配された部分を、層間絶縁膜が露出するように除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。

上記手段によって、光導波路を有する撮像装置において、配線の導通不良を抑制する技術が提供される。

本発明に係る撮像装置の製造方法を示す断面図。 本発明に係る撮像装置の製造方法を示す断面図。 比較例の撮像装置の製造方法を示す断面図。 本発明に係る撮像装置の製造方法を示す断面図。

以下、本発明に係る撮像装置の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。

図１〜４を参照して、本発明の実施形態による撮像装置の構造及び製造方法について説明する。図１、２は、本発明の実施形態における撮像装置１００の製造方法の各工程を示す断面図である。

撮像装置１００は、基板１０１を有する。基板１０１は、撮像装置１００を構成する部材のうち半導体材料の部分でありうる。例えば、基板１０１は、半導体ウェーハに対して、周知の半導体製造プロセスによってウェルなどの半導体領域が形成されたものを含む。半導体材料として、例えばシリコンやヒ化ガリウムなどが用いられうる。半導体材料と別の材料との界面が、基板１０１の主面１０２である。例えば、別の材料は、基板１０１の上に基板１０１と接して配された酸化シリコンなどである。

基板１０１には周知の半導体基板を用いることができ、本実施形態において、シリコンを用いる。基板１０１に、ｐ型半導体領域及びｎ型半導体領域が配される。本実施形態では、主面１０２は、基板１０１と基板１０１の上に積層された酸化シリコン（不図示）との界面でありうる。基板１０１は、複数の光電変換部１０５が配された撮像領域１０３と、複数の光電変換部１０５から出力される信号を処理するための信号処理回路が配された周辺領域１０４とを含む。撮像領域１０３及び周辺領域１０４については後述する。

本明細書において、平面は主面１０２と平行な面のことをいう。例えば、後述する光電変換部１０５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を基準としてもよい。また、断面は平面と交差する面のことをいう。

図１（ａ）に示される工程において、基板１０１内に各半導体領域、基板１０１の上にゲート電極や、多層の配線パターン及び配線パターン間の層間絶縁膜を含む構造体１２８などが形成される。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（ＦＤ）部１０６、画素トランジスタ用のウェル１０７や、ウェル１０７内にソース・ドレイン領域などが形成される。光電変換部１０５は、例えば、フォトダイオードであってもよい。光電変換部１０５は、例えば、基板１０１のｐ型の半導体領域に配されたｎ型の半導体領域を含み、ｐｎ接合を構成する。入射した光に応じて光電変換によって発生した電荷は、光電変換部１０５のｎ型の半導体領域に蓄積される。ＦＤ部１０６は、基板１０１のｐ型の半導体領域に配されたｎ型の半導体領域である。それぞれの半導体領域の導電型は、それぞれ逆の導電型であってもよい。光電変換部１０５で発生した電荷は、ＦＤ部１０６に転送され、電圧に変換される。ＦＤ部１０６は、増幅部の入力ノードに電気的に接続されてもよい。また、ＦＤ部は、信号出力線に電気的に接続されてもよい。本実施形態において、ＦＤ部１０６は、増幅部の増幅トランジスタのゲート電極１１０ｂに、コンタクトプラグ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。基板１０１の周辺領域１０４には、周辺回路用のトランジスタのウェル１０８が形成される。ウェル１０８には、光電変換部から出力される信号を処理するための信号処理回路を構成するトランジスタのソース・ドレイン領域が形成される。また、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、撮像領域１０３及び周辺領域１０４において、それぞれの素子を電気的に分離する。素子分離部１０９は、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）やＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ）などの素子分離法を用いて形成される。

図１（ａ）に示す工程において、基板１０１の上に、転送ゲート電極１１０ａ及び各トランジスタのゲート電極１１０ｂが形成される。転送ゲート電極１１０ａ及びゲート電極１１０ｂは、基板１０１の上にゲート絶縁膜（不図示）を介して配される。ゲート絶縁膜として、例えば、基板１０１を熱酸化した酸化シリコンなどが用いられうる。転送ゲート電極１１０ａは、光電変換部１０５とＦＤ部１０６との間の電荷の転送を制御する。ゲート電極１１０ｂは、画素トランジスタや周辺回路用のトランジスタのチャネル領域を制御する。光電変換部１０５が配された撮像領域１０３と、光電変換部１０５から出力される信号を処理するための周辺領域１０４とが、上述のこれらの工程を含み形成される。

転送ゲート電極１１０ａ及びゲート電極１１０ｂの形成後、基板１０１の上に保護層１１１を形成する。保護層１１１として、例えば、窒化シリコンが用いられうる。また、保護層１１１は、窒化シリコンと酸化シリコンとを含む複数の層によって構成されてもよい。保護層１１１は、後の工程で光電変換部１０５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。また、保護層１１１は、ゲート電極１１０ｂやソース・ドレイン領域との電気的な接続を行う電極などを形成するためのシリサイド工程において、金属の拡散を防止する機能を有していてもよい。

保護層１１１の形成後、光電変換部１０５の上に配された保護層１１１の上に、エッチストップ部１１７を形成する。エッチストップ部１１７は、基板１０１の主面１０２に対する正射影において、後の工程で光導波路を配するために形成される開口部１１６の底よりも大きく形成されうる。保護層１１１及びエッチストップ部１１７は、必ずしも形成される必要はない。

次いで、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に構造体１２８を形成する。構造体１２８は、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅと、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの中に配された複数の配線パターン１１２ａ及び１１２ｂとを含む。また、構造体１２８は、構成要素に上述の保護層１１１及びエッチストップ部１１７を含んでもよい。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅは、基板１０１に配された素子や配線パターン１１２ａ及び１１２ｂを電気的に絶縁する。本実施形態において、ダマシン法を用いて配線パターン１１２ａ及び１１２ｂが形成される。まず、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に、層間絶縁膜１１３ａを形成する。必要に応じて、層間絶縁膜１１３ａの上面に生じる段差を化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いて平坦化してもよい。本明細書において、上面とは、撮像装置１００を構成する各部材の基板１０１とは反対側の面のことを示す。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、次に形成される配線パターン１１２ａと基板１０１に形成された半導体領域や転送ゲート電極１１０ａ及びゲート電極１１０ｂなどとを電気的に接続するためのコンタクトプラグ１１４が配される。コンタクトプラグ１１４は、導電性の材料によって形成され、例えばタングステンが用いられる。

次いで、層間絶縁膜１１３ａの上面に層間絶縁膜１１３ｂを形成し、層間絶縁膜１１３ｂのうち、配線パターン１１２ａが配される領域に対応した部分をエッチングし除去する。その後、配線パターン１１２ａの材料となる金属などの導電膜を撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成する。形成された導電膜を、ＣＭＰ法などを用いて研磨することによって、層間絶縁膜１１３ｂの上面が露出するまで除去する。このような手順によって、配線パターン１１２ａが所定のパターンに形成される。

続いて、層間絶縁膜１１３ｃ及び１１３ｄを、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成する。形成された層間絶縁膜１１３ｄのうち、配線パターン１１２ｂが配される領域に対応した部分をエッチングし除去する。次に層間絶縁膜１１３ｃのうち、配線パターン１１２ａと、配線パターン１１２ｂとを電気的に接続するためのコンタクトプラグが配される領域に対応した部分をエッチングし除去する。その後、配線パターン１１２ｂ及びコンタクトプラグの材料となる金属などの導電膜を、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成する。形成された導電膜を、ＣＭＰ法などを用いて研磨することによって、層間絶縁膜１１３ｄの上面が露出するまで導電膜を除去する。このような手順によって、配線パターン１１２ｂ及びコンタクトプラグが所定のパターンに形成される。ここで、層間絶縁膜１１３ｃ及び１１３ｄを形成した後、まず、層間絶縁膜１１３ｃ及び１１３ｄのうち、配線パターン１１２ａと、配線パターン１１２ｂとを電気的に接続するためのコンタクトプラグが配される領域に対応した部分をエッチングし除去してもよい。この場合、次いで、層間絶縁膜１１３ｄのうち、配線パターン１１２ｂが配される領域に対応した部分をエッチングし除去する。

次に、層間絶縁膜１１３ｅを撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成する。必要に応じて、層間絶縁膜１１３ｅの上面を、ＣＭＰ法などを用いて平坦化してもよい。

配線パターン１１２ａ及び１１２ｂは、ダマシン法以外の手法を用いて形成されてもよい。ダマシン法以外の手法の一例を説明する。層間絶縁膜１１３ａを形成した後、配線パターン１１２ａの材料となる導電膜を撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成する。次いで、導電膜のうち、配線パターン１１２ａが配される領域以外の部分をエッチングすることによって除去する。これによって、配線パターン１１２ａが得られる。その後、層間絶縁膜１１３ｂ及び１１３ｃを形成し、配線パターン１１２ａの形成と同様の手法を用いて配線パターン１１２ｂを形成する。配線パターン１１２ｂを形成した後、層間絶縁膜１１３ｄ及び１１３ｅを形成する。層間絶縁膜１１３ｃ及び１１３ｅの上面は、必要に応じて平坦化してもよい。

配線パターン１１２ａ及び１１２ｂは、基板１０１の主面１０２を基準に、互いに異なる高さに配される。本実施形態において、配線パターン１１２ａ及び１１２ｂには、銅が用いられるが、導電部材は導電性の材料であれば銅以外の材料が用いられてもよい。コンタクトプラグによって電気的に接続される部分を除いて、配線パターン１１２ａ及び１１２ｂは、層間絶縁膜１１３ｃによって互いに絶縁されている。本実施形態において、配線パターンは、２層の構成を示しているが、単層であってもよいし、３層以上であってもよい。

また、それぞれの層間絶縁膜１１３の間には、配線パターン１１２を形成する際のエッチストップ膜、配線パターン１１２の金属の拡散防止膜、または、エッチストップと金属の拡散防止との両方の機能を備える膜が配されてもよい。本実施形態では、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅを構成する材料として酸化シリコンを用いる。このため、本実施形態において、エッチストップ及び金属の拡散防止の機能を備える拡散防止膜１１５が配される。拡散防止膜１１５は、例えば窒化シリコンが用いられうる。上述の構造体１２８には、この拡散防止膜１１５が含まれてもよい。拡散防止膜１１５は、構造体１２８の配線層や絶縁膜の構成によって、必ずしも配されなくてもよい。

次いで、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの光電変換部１０５の上の部分に開口部１１６を形成する。本実施形態のように拡散防止膜１１５が配される場合、主面１０２に対する正射影において、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅ及び拡散防止膜１１５の光電変換部１０５と重なる領域に開口部１１６を形成する。主面１０２に対する正射影において、開口部１１６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よい。

開口部１１６の形成は、まず、エッチング用のレジストマスク（不図示）を、層間絶縁膜１１３ｅの上面に形成する。エッチング用のレジストマスクは、開口部１１６が配される領域に開口を有する。エッチング用のレジストマスクは、例えばフォトリソグラフィ法によってパターニングされたフォトレジストでありうる。

続いて、エッチング用のレジストマスクをマスクとして、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、開口部１１６が形成される。開口部１１６を形成するためのエッチングの工程は、１つの条件で連続的にエッチングを行ってもよいし、条件の異なる複数回のエッチングを行ってもよい。開口部１１６を形成した後、エッチング用のレジストマスクは除去されうる。図１（ａ）、（ｂ）に示す工程によって、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に、複数の光電変換部１０５の上にそれぞれ配された複数の開口部１１６を有する層間絶縁膜１１３及び層間絶縁膜中に配された配線パターン１１２を含む構造体１２８が形成される。

図１（ｂ）に示す構成のようにエッチストップ部１１７が配される場合、開口部１１６を形成するためのエッチングは、エッチストップ部１１７が露出するまで行われてもよい。エッチストップ部１１７は、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅをエッチングするエッチング条件において、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅよりもエッチングレートが小さい材料が用いられうる。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅに酸化シリコンを用いる場合、エッチストップ部１１７の材料として、窒化シリコンや酸窒化シリコンが用いられうる。開口部１１６を形成し、エッチストップ部１１７を露出させるためのエッチングの工程は、１つの条件で連続的にエッチングを行ってもよいし、条件の異なる複数回のエッチングを行ってもよい。

開口部１１６は、必ずしても層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの全てを貫通しなくてもよい。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅが有する凹みが、開口部１１６であってもよい、開口部１１６の平面形状は、開口部１１６の境界が円形や四角形などの閉じたループである。また、開口部１１６の平面形状は、複数の光電変換部１０５に渡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、または、挟まれている場合、層間絶縁膜１１３が、開口部１１６を有するといってもよい。

本実施形態において、主面１０２に対する正射影において、光電変換部１０５と重なる位置に開口部１１６が形成され、周辺領域１０４の上には、開口部１１６が形成されない。しかしながら、周辺領域１０４に開口部１１６が形成されてもよい。この場合、撮像領域１０３に形成される開口部１１６の密度が、周辺領域１０４に形成される開口部１１６の密度よりも高くてもよい。開口部１１６の密度は、単位面積あたりに配される開口部１１６の数によって決定することができる。また、開口部１１６の密度は、開口部１１６の占める面積の割合によっても決めることができる。

次に、図１（ｃ）に示すように、複数の開口部１１６を充填しつつ撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に配されている構造体１２８を覆うように、光導波路を構成する材料を用いた導波路材料膜１３０を形成する。導波路材料膜１３０は、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、スパッタ法などを用いて成膜される。導波路材料膜１３０は、図１（ｃ）に示されるように、開口部１１６を埋め込み光導波路コア部として機能する部分と、開口部以外の撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に配された部分とを有する。

導波路材料膜１３０の形成は、１つの条件で連続的に形成してもよいし、条件の異なる複数の工程を用いて形成してもよい。例えば、１つ目の工程において、下地の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとの密着性が高くなる条件を用いて導波路材料膜１３０の一部を形成し、次の工程において、開口部１１６の埋め込み性が高くなる条件で残りの導波路材料膜１３０を形成してもよい。また、複数の異なる材料を順次形成することによって、導波路材料膜１３０を形成してもよい。図１（ｂ）の工程において、エッチストップ部１１７が露出するように層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅがエッチングされた場合、導波路材料膜１３０のうち光導波路として機能する部分は、エッチストップ部１１７と接するように配されうる。また、導波路材料膜１３０は、図１（ｃ）に示すように、開口部１１６を完全に充填していてもよい。また、導波路材料膜１３０は、一部に空間を有していてもよい。

導波路材料膜１３０の材料には、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの屈折率よりも高い屈折率を有する材料が用いられうる。層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅが酸化シリコンの場合、導波路材料膜１３０の材料は、窒化シリコンであってもよい。屈折率が約１．４５の酸化シリコンに対して、窒化シリコンは、約２．００の屈折率を有する。このため、スネルの法則に基づいて、導波路材料膜１３０の開口部１１６に埋め込まれた部分によって構成される光導波路と層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとの界面において、光が反射する。これによって、光電変換部１０５の上に入射した光を、光導波路の内部に閉じ込めることができる。また、導波路材料膜１３０の材料に窒化シリコンを用いた場合、形成する際に窒化シリコンに含まれる水素の量を多くすることが可能であり、この水素によって、基板１０１のダングリングボンドを効果的に終端することができる。これによって、白キズなどのノイズを低減することが可能となる。導波路材料膜１３０の材料は、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅとの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とを考慮し、適宜選択することができる。

ここで、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅと、複数の開口部１１６に配された光導波路のコア部との位置関係について説明する。ある平面において、光導波路のコア部が配された領域が、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの配された領域に囲まれている、または、挟まれている。言い換えると、光電変換部１０５と開口部１１６に配された光導波路コア部とが並ぶ方向と交差する方向に沿って、開口部１１６に配された光導波路のコア部が並んでいる。光電変換部１０５と開口部１１６に配された光導波路のコア部とが並ぶ方向と交差する方向は、例えば基板１０１の主面１０２と平行な方向である。

主面１０２に対する正射影において、基板１０１の光電変換部１０５と重なる位置に、開口部１１６に配された光導波路のコア部が配される。本実施形態において、窒化シリコンを用いる光導波路のコア部を構成する導波路材料膜１３０の屈折率は、酸化シリコンを用いる層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの屈折率よりも高い。このような屈折率の関係によって、光電変換部１０５の上の光導波路のコア部に入射した光のうち、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。このため、開口部１１６に配される光導波路のコア部の少なくとも一部が、主面１０２に対する正射影において、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可能となる。

光導波路を構成する導波路材料膜１３０の屈折率が、必ずしも層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの屈折率よりも高い必要はない。例えば、光導波路のコア部に入射した光が、周囲の層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅ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、開口部１１６の側壁に光を反射する金属などの反射部材が配され、開口部１１６の他の部分に、光導波路のコア部を構成する部材が埋め込まれていてもよい。また例えば、開口部１１６に配された光導波路のコア部と層間絶縁膜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、光導波路のコア部を構成する部材の材料と、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅの材料との屈折率は、どのような大小関係になっていてもよい。

図１（ｄ）は、導波路材料膜１３０が形成された後、導波路材料膜１３０の上面に生じる段差を平坦化し、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に、平坦化された平坦面を含む上面を有する導波路部材１１８を形成する平坦化工程を示す。本実施形態において、ＣＭＰ法を用いて、導波路材料膜１３０の上面を平坦化し、導波路材料膜１３０から導波路部材１１８を形成する。この平坦化は、ＣＭＰ法以外の周知の方法で行ってもよい。例えば、研磨などによって平坦化が行われてもよい。

この平坦化工程において、導波路部材１１８の上面のうち平坦化された平坦面が、図１（ｄ）に示すように完全に平坦になる必要はない。平坦化を行う前の図１（ｃ）に示すような導波路材料膜１３０の上面の段差が、平坦化工程によって低減されればよい。また、導波路部材１１８のうち開口部１１６以外に配された部分、換言すると構造体１２８のうち最も上にある層間絶縁膜１１３ｅの上面と接する部分の膜厚が、５０ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下程度の範囲であってもよい。

本実施形態において、配線パターン１１２ｂの上に配される層間絶縁膜１１３ｅは、上述のように酸化シリコンによって形成される。しかしながら、層間絶縁膜１１３ａ〜１１３ｅのうち開口部１１６以外の部分で導波路部材１１８と接する層間絶縁膜１１３ｅの材料は酸化シリコンに限られるものではない。例えば、層間絶縁膜１１３ｅとして炭化シリコンが用いられ、その上に導波路部材１１８（導波路材料膜１３０）として窒化シリコンが堆積されてもよい。層間絶縁膜１１３ｅの材料は、配線パターン１１２ｂの導電部材と比較して、抵抗率が高く絶縁体として機能する材料であればよい。炭化シリコンは、配線パターン１１２ｂの導電部材よりも抵抗率が高く、絶縁体として機能しうる。

導波路材料膜１３０を平坦化し導波路部材１１８を形成した後、導波路部材１１８を覆うように、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に補修膜１１９を形成する。補修膜１１９に用いる材料は、導波路部材１１８（導波路材料膜１３０）の材料と互いに異なる材料でありうる。本実施形態において、窒化シリコンを用いた導波路部材１１８に対して、補修膜１１９として酸化シリコンを用いる。

次いで、図１（ｆ）に示すように、補修膜１１９の上面を、ＣＭＰ法を用いて研磨し、導波路部材１１８を露出させる平坦化工程を行う。このとき、導波路部材１１８の上面のうち図１（ｄ）に示す工程で平坦化された平坦面を露出させてもよいし、導波路部材１１８のうち当該平坦面よりも基板側の部分（面）を露出させてもよい。導波路部材１１８のうち少なくとも撮像領域１０３の上に配された部分が露出するように、補修膜１１９の研磨を行う。本実施形態において、周辺領域１０４の上に配された導波路部材１１８の上面も露出するが、周辺領域１０４の上に配された導波路部材１１８の上に補修膜１１９が残っていてもよい。この補修膜１１９の効果については後述する。

補修膜１１９を研磨し、撮像領域１０３の導波路部材１１８を露出させた後、導波路部材１１８を覆うように、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に低屈折率膜１２０を形成する。低屈折率膜１２０は、絶縁膜でありうる。低屈折率膜１２０を形成した状態を図２（ａ）に示す。低屈折率膜１２０の屈折率は、低屈折率膜１２０よりも基板１０１の側に配され、かつ、低屈折率膜１２０と接して配された部材の屈折率よりも低い。低屈折率膜１２０よりも基板１０１側に配され、かつ、低屈折率膜１２０と接して配された部材は、低屈折率膜１２０が形成される前の時点で、露出している部材である。本実施形態において、導波路部材１１８が対応する。このため、本実施形態において、導波路部材１１８の屈折率よりも、低屈折率膜１２０の屈折率の方が低い屈折率を有する。本実施形態において、低屈折率膜１２０は酸窒化シリコンを用いて形成される。酸窒化シリコンの屈折率は、約１．７２である。低屈折率膜１２０は、必ずしも設けなくてもよい。低屈折率膜１２０を設けない場合、図２（ａ）に示す工程は省略できる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、導波路部材１１８のうち周辺領域１０４の上に形成された領域を除去する除去工程を行う。この除去工程において、周辺領域１０４の上に配された導波路部材１１８のうち、配線パターン１１２ｂの少なくとも一部の上に配された部分を、層間絶縁膜１１３ｅが露出するように除去する。この部分には、後述する工程によって、配線パターン１１２ｂと構造体１２８の外部とを電気的に接続するためのコンタクトプラグが配される。図２（ｂ）に示すように、周辺領域１０４の上に形成された導波路部材１１８を全て除去してもよい。また、図２（ｂ）に示す構成のように、導波路部材１１８の上に低屈折率膜１２０が配されている場合、導波路部材１１８と同様の部分の低屈折率膜１２０も除去する。

除去の方法は、周知の方法を用いることができる。本実施形態において、エッチングすることによって、導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０のうち周辺領域１０４の上に配された領域を除去する。また、この除去工程で、撮像領域１０３に配された導波路部材１１８の一部が除去されてもよい。光導波路のコア部を構成するために成膜された導波路材料膜１３０のうち、少なくとも開口部１１６に配された部分が残存することによって、光電変換部１０５に入射する光の量を増やすことができる。

ここで、本実施形態において用いられる補修膜１１９の効果について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、比較例の撮像装置の製造方法を示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）の各工程は、本実施形態の図１（ｃ）、（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）で示される工程にそれぞれ対応する。比較例の撮像装置は、本実施形態の撮像装置１００の製造工程と比較して、導波路部材１１８を形成する平坦化工程の後、図１（ｅ）、（ｆ）に対応する補修膜１１９の形成及び補修膜１１９を研磨する平坦化工程を含まない点が異なる。

図３（ａ）は、開口部１１６に光導波路のコア部を形成するための材料として窒化シリコンを堆積し、導波路材料膜１３０を形成した状態を示す。光導波路のコア部を形成する際に開口部１１６の深さに応じて、形成される導波路材料膜１３０の膜厚が変化する。例えば、開口部１１６の深さが深くなると、形成する光導波路のコア部の高さが高くなり、より膜厚の厚い導波路材料膜１３０を形成する必要がある。ＣＶＤ法やスパッタ法などで成膜される膜は、厚くなるほど応力が高まることが知られている。このため、導波路材料膜１３０の成膜時に製造装置の処理室の内壁に付着した堆積物が、膜厚が厚くなるにしたがって壁部から剥がれ落ちやすくなりうる。導波路材料膜１３０の成膜中に、処理室の内壁から堆積物が剥がれ落ちた場合、剥がれた堆積物が、導波路材料膜１３０の膜中に異物３００として取り込まれてしまう可能性がある。図３（ａ）は、異物３００を含む導波路材料膜１３０を示す。導波路材料膜１３０が異物３００を含む場合、図３（ｂ）に示す導波路材料膜１３０を平坦化し導波路部材１１８を形成する工程において、研磨の機械的な外力によって異物３００が欠落しうる。異物３００が欠落した場合、平坦化された導波路部材１１８の上面に、凹状の欠陥部３０１が生じる。次いで、図３（ｃ）に示すように、補修膜１１９を形成せずに、低屈折率膜１２０を形成する。低屈折率膜１２０を形成した後、導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０のうち周辺領域１０４の上に形成された部分を除去する除去工程を行う。この除去工程において、導波路部材１１８と、層間絶縁膜１１３ｅ及び拡散防止膜１１５とのエッチングレートの差が小さい場合、欠陥部３０１の下の部分の層間絶縁膜１１３ｅ及び拡散防止膜１１５がエッチングによって除去される可能性がある。このため、配線パターン１１２ｂの一部が露出してしまう可能性がある。配線パターン１１２ｂが露出すると、配線パターン１１２ｂが、導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０の除去工程で、導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０と共にエッチングされる可能性がある。また、除去工程の後、導波路部材１１８の周辺領域１０４の上に配された部分をエッチングする際のレジストマスクの除去やエッチング時の副生成物を除去するための処理によって、配線パターン１１２ｂがエッチングされる可能性がある。配線パターン１１２ｂがエッチングされ、配線パターン１１２ｂの一部が消失した場合、導通不良が起きる可能性がある。レジストマスクや副生成物の除去処理によって配線パターン１１２ｂの一部が消失した状態を図３（ｄ）に示す。

一方、本実施形態において、配線パターン１１２ｂの消失による導通不良を抑制するために、補修膜１１９を用いる。図４（ａ）〜（ｆ）に、導波路材料膜１３０が異物３００を含む場合の製造方法を示す。図４（ａ）〜（ｆ）は、図１（ｃ）〜（ｆ）、図２（ａ）、（ｂ）で示される工程にそれぞれ対応する。図４（ａ）、（ｂ）に示される各工程は、上述の図３（ａ）、（ｂ）に示される工程と同様である。導波路材料膜１３０の上面を平坦化し導波路部材１１８を形成した後、図４（ｃ）に示すように、凹状の欠陥部３０１が生じた導波路部材１１８の上面を覆うように、補修膜１１９が形成される。この補修膜１１９を形成する工程において、補修膜１１９の一部が、欠陥部３０１に埋め込まれる。欠陥部３０１が、補修膜１１９の一部によって完全に埋め込まれてもよいし、空間を有してもよい。このとき形成される補修膜１１９の膜厚は、補修膜１１９の形成前において導波路部材１１８の開口部１１６以外に配された部分の膜厚よりも厚く形成してもよい。補修膜１１９の膜厚を導波路部材１１８の開口部以外に配された部分よりも厚くすることによって、導波路部材１１８に層間絶縁膜１１３ｅまで達する欠陥部３０１が生じた場合でも、補修膜１１９が、欠陥部３０１に埋め込まれやすくなる。

次いで、少なくとも撮像領域１０３の上に配されている導波路部材１１８が露出するように、補修膜１１９をＣＭＰ法を用いて研磨する。この補修膜１１９を研磨し、導波路部材１１８を露出させる平坦化工程によって、導波路部材１１８の上面に生じた欠陥部３０１に補修膜１１９の一部が埋め込まれた補修部４００が形成される。図４（ｄ）に示す構成では、補修された導波路部材１１８の上面と欠陥部３０１に埋め込まれた補修部４００とが、平坦になる例を示しているが、必ずしも平坦である必要はない。例えば、欠陥部３０１の凹形状が緩和されればよい。

次いで、図４（ｅ）に示すように、低屈折率膜１２０を形成する。低屈折率膜１２０を形成した後、導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０の周辺領域１０４の上に形成された領域をエッチングによって除去する除去工程を行う。この除去工程において、上述の図３（ｄ）の工程とは異なり、欠陥部３０１が補修部４００によって補修されているため、層間絶縁膜１１３ｅの欠陥部３０１の下の部分が、他の部分と比較して大きく除去されることが抑制される。その後、導波路部材１１８をエッチングする際のレジストマスクの除去やエッチング時の副生成物を除去するための処理を行う。処理後の状態を図４（ｆ）に示す。層間絶縁膜１１３ｅの欠陥部３０１の下の部分が、除去され難くなるため、配線パターン１１２ｂの露出が抑制され、配線パターン１１２ｂの消失が抑制される。補修膜１１９を用いることによって、配線パターン１１２の導通不良が抑制される。欠陥部３０１に充填された補修部４００は、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に残ってもよい。

導波路部材１１８及び低屈折率膜１２０の周辺領域１０４の上に形成された部分をエッチングによって除去した後、図２（ｃ）に示すように、導波路部材１１８、低屈折率膜１２０及び層間絶縁膜１１３ｅを覆うように層間膜１２１を形成する。層間膜１２１は、撮像領域１０３及び周辺領域１０４の上に形成される。層間膜１２１は、層間絶縁膜１１３ｅと同じ材料で形成されてもよい。必要に応じて、層間膜１２１の上面は平坦化されうる。

層間膜１２１の形成後、図２（ｄ）に示すように、層間膜１２１の配線パターン１１２ｂの所定の部分と重なる位置にスルーホール１２２が形成される。スルーホール１２２は、例えば、層間膜１２１及び層間絶縁膜１１３ｅをエッチングすることによって形成される。

次いで、図２（ｅ）に示される工程によって、配線パターン１１２ｃ及び層内レンズ１２４を形成する。まず、スルーホール１２２にコンタクトプラグ１２３を形成する。コンタクトプラグ１２３は配線パターン１１２ｂの所定の部分と、コンタクトプラグ１２３の形成後に構造体１２８の外部に配される配線パターン１１２ｃの所定の部分とを電気的に接続する。コンタクトプラグ１２３には、例えばタングステンが用いられる。コンタクトプラグ１２３を構成する材料は、タングステンに限られることはなく、導電性の材料であればよい。

次に、配線パターン１１２ｃを形成する。本実施形態において、配線パターン１１２ｃには、アルミニウムが用いられる。配線パターン１１２ｃを形成する方法は、上述の配線パターン１１２ａ及び１１２ｂを形成する工程で説明した方法が適宜用いられる。配線パターン１１２ｃは、アルミニウムに限られることはなく、導電性の材料であればよい。

また、この工程において、複数の層内レンズ１２４が形成される。層内レンズ１２４のそれぞれは、複数の光電変換部１０５のそれぞれに対応して配される。層内レンズ１２４は、例えば、窒化シリコンによって形成される。層内レンズ１２４を形成する方法は、周知の方法を用いることができる。図２（ｅ）に示される構成では、層内レンズ１２４を形成する材料が周辺領域１０４にも配される。しかしながら、層内レンズ１２４を形成する材料は、撮像領域１０３のみに配されてもよい。

また、層内レンズ１２４と層間膜１２１との間に、両者の中間の屈折率を有する中間膜１２９が配されてもよい。本実施形態において、酸窒化シリコンを用いた中間膜１２９が、層内レンズ１２４と層間膜１２１との間に配さる。層内レンズ１２４に用いられるシリコン窒化膜は約２．００、中間膜１２９に用いられる酸窒化シリコンは約１．７２、層間膜１２１に用いられる酸化シリコンは約１．４５の屈折率をそれぞれ有する。このような構成を有することによって、反射率を低減することが可能である。

中間膜１２９の効果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の媒質に光が進む場合、ｎ１とｎ２との差が大きいほど反射率が大きくなる。層内レンズ１２４と層間膜１２１との間に、両者の中間の屈折率を有する中間膜１２９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１２４と層間膜１２１とが互いに接して配された場合に比べて、層内レンズ１２４から層間膜１２１へ光が入射する場合の反射率を小さくできる。同様に層間膜１２１と、導波路部材１１８との間に、両者の中間の屈折率を有する低屈折率膜１２０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、層間膜１２１から導波路部材１１８によって構成される光導波路のコア部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。

中間膜１２９が配されたことによる反射率の低減の度合いは、中間膜１２９の膜厚ｄ、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場合、式（１）の条件の場合、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の奇数倍の場合、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）を満足するとよい。さらに、式（２）においてｋ＝０であるとよい。

例えば、層間膜１２１の屈折率が１．４５、中間膜１２９の屈折率が１．７２、層内レンズ１２４の屈折率が２．００、撮像装置１００に入射する光の波長が５５０ｎｍの場合を考える。この場合、中間膜１２９の膜厚を８０ｎｍとすると、層内レンズ１２４から層間膜１２１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１２４と層間膜１２１とが互いに接して配された場合、透過率は約０．９７である。

層内レンズ１２４の形成後、図２（ｆ）に示される工程によって、カラーフィルター１２６ａ、１２６ｂ、マイクロレンズ１２７が形成される。まず、層内レンズ１２４の上に層間膜１２５を形成する。層間膜１２５は、例えば、有機材料によって形成された絶縁膜である。必要に応じて層間膜１２５の上面は平坦化される。例えば、層間膜１２５を構成する有機材料を塗布することによって、上面が平坦化された層間膜１２５を形成することができる。

次いで、カラーフィルター１２６ａ、１２６ｂを形成する。カラーフィルター１２６ａ、１２６ｂは、それぞれ光電変換部１０５に対応して配される。カラーフィルター１２６ａを透過する光の波長と、カラーフィルター１２６ｂを透過する光の波長とが、互いに異なってもよい。続いて、カラーフィルター１２６ａ、１２６ｂの上にマイクロレンズ１２７を形成する。マイクロレンズ１２７を形成する方法は周知の方法を用いることができる。

上述した図１、図２及び図４に示す工程によって、本実施形態による撮像装置１００が製造される。補修膜１１９を用いることによって、配線パターン１１２ｂで生じる導通不良を抑制し、製造される撮像装置１００の歩留まりを向上させることが可能となる。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

１００：撮像装置、１０１：基板、１０３：撮像領域、１０４：周辺領域、１０５：光電変換部、１１２ａ、ｂ：配線パターン、１１３ａ〜ｅ：層間絶縁膜、１１６：開口部、１１８：導波路部材、１２８：構造体

Claims (14)

1. 撮像装置の製造方法であって、
   複数の光電変換部が配された撮像領域と、前記複数の光電変換部から出力される信号を処理するための周辺領域と、を基板に形成する工程と、
   前記撮像領域及び前記周辺領域の上に、前記複数の光電変換部の上にそれぞれ配された複数の開口部を有する層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の中に配された配線パターンと、を含む構造体を形成する工程と、
   前記複数の開口部を充填しつつ、前記撮像領域及び前記周辺領域の上に配されている前記構造体を覆うように、第１の材料からなる第１の膜を形成する工程と、
   前記第１の膜を平坦化し、前記撮像領域及び前記周辺領域の上に、平坦面を含む上面を有する導波路部材を形成する第１の平坦化工程と、
   前記第１の平坦化工程の後、前記導波路部材を覆うように、前記撮像領域及び前記周辺領域の上に、第２の材料からなる第２の膜を形成する工程と、
   前記第２の膜を研磨し、前記撮像領域の上に配されている前記導波路部材を露出させる第２の平坦化工程と、
   前記第２の平坦化工程の後、前記導波路部材のうち前記周辺領域の上に配された部分であって、前記配線パターンの一部の上に配された部分を、前記層間絶縁膜が露出するように除去する除去工程と、を含むことを特徴とする製造方法。
2. 前記第１の平坦化工程において、前記導波路部材の上面に凹状の欠陥部が生じ、
   前記第２の膜を形成する工程において、前記欠陥部に前記第２の膜の一部が埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第２の平坦化工程の後、前記導波路部材の上面のうち前記欠陥部に、前記第２の膜の一部が埋め込まれていることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記導波路部材のうち前記複数の開口部以外に配された部分の膜厚よりも、前記第２の平坦化工程の前における前記第２の膜の膜厚の方が厚いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
5. 前記第１の材料が、窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法。
6. 前記第１の材料と前記第２の材料とが、互いに異なる材料であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法。
7. 前記第２の材料が、酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の製造方法。
8. 前記層間絶縁膜が、酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の製造方法。
9. 前記層間絶縁膜のうち、前記複数の開口部以外の部分で前記導波路部材と接する部分が炭化シリコンを含み、他の部分が酸化シリコンを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の製造方法。
10. 前記第２の平坦化工程と前記除去工程との間に、前記導波路部材を覆うように、前記撮像領域及び前記周辺領域の上に、前記第１の材料よりも屈折率の低い材料からなる第３の膜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９の何れか１項に記載の製造方法。
11. 前記第３の膜が、酸窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
12. 前記第１の平坦化工程が、化学機械研磨を用いた平坦化工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の製造方法。
13. 前記第２の平坦化工程が、化学機械研磨を用いた平坦化工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の製造方法。
14. 前記導波路部材のうち前記複数の開口部以外に配された部分の膜厚が、５０ｎｍ以上、３５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか１項に記載の製造方法。