JP3824469B2 - 固体撮像装置、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、特に、受光部の感度が向上するように構成された固体撮像装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話を含む携帯情報端末などでは映像の送受信は必須となりつつある。映像の撮影はＣＣＤなどのいわゆる固体撮像装置が使用され、表示には液晶パネルが使用されている。固体撮像装置においては、低消費電力化、低コスト化の観点から、通常の集積回路を作製するいわゆるＣＭＯＳロジックプロセスを基にしたＣＭＯＳイメージセンサの開発が盛んに行われている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいても、ＣＣＤと同様に高画素化、小型化が進むにつれ、画素サイズが縮小され、受光部の面積や遮光膜の開口が狭くなってきている。ところが、ＣＭＯＳイメージセンサについてはロジックプロセスを基にした開発を行ってきている為、多層膜の界面における反射や屈折などの光学的特性を十分考慮して開発しているとはいえない。そのため、入射した光を効率よく集光させ、十分な感度を得ることが難しくなってきている。
【０００３】
従来の固体撮像装置、特にＣＭＯＳイメージセンサについて、図５を用いて説明する。シリコン基板１１の表面に入射した光（ｈν）を電荷に変換する受光部１２が形成されている。層間絶縁膜１３がシリコン基板１１上に形成され、一層目メタル１８と二層目メタル１９と遮光膜１４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜１４は層間絶縁膜１３上に入射した光が受光部１２以外に入射しないように受光部１２の受光面を覆うことなく形成されている。パッシベーション膜１５は遮光膜１４上と遮光膜１４の開口部にある層間絶縁膜１３上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上のために形成されている。平坦化膜１６はパッシベーション膜１５上に形成され、マイクロレンズ１７は平坦化膜１６上に入射する光を集光させるために形成されている。層間絶縁膜１３として、Ｐ（プラズマＣＶＤ）−ＳｉＯ2膜、ＮＳＧ膜（不純物を含まないシリコン酸化膜）、ＢＰＳＧ膜（リンとホウ素を含むシリコン酸化膜）等の積層膜が使用されている。パッシベーション膜１５として、Ｐ（プラズマＣＶＤ）−ＳｉＮ膜の単層膜若しくはＰ−ＳｉＮ膜とＰＳＧ膜（リンを含むシリコン酸化膜）の積層膜が一般的に使用されている。平坦化膜１６として、主にアクリル材料が使用されている。また、カラーの固体撮像装置の場合には、平坦化膜１６として、アクリル材料とカラーフィルターが使用されている。従来の構造ではパッシベーション膜１５に段差が有り、その段差が集光の妨げになっていた。そのため、そのままの構造で、高画素化、小型化を行うとパッシベーション膜１５の段差部分が妨げになり、受光部１２に集光される光が減少する。そのため、十分な感度を得ることが難しくなってきている。
【０００４】
次に、その製造方法について図６を用いて説明する。シリコン基板１１に受光部１２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜１３としてＢＰＳＧ膜をＣＶＤにより堆積させる。ＢＰＳＧ膜は高温で熱処理すると流動性を生じるため、表面を平坦にすることができる。その特性を利用して、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル１８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮやＡｌ等を堆積させ、一層目メタル１８を形成している。一層目メタル１８上には層間絶縁膜１３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより堆積させ、化学機械研磨により表面を平坦にしている。その後、二層目メタル１９も一層目メタル１８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮやＡｌ等の薄膜を形成している。同様に二層目メタル１９上に層間絶縁膜１３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより堆積させ、化学機械研磨により表面を平坦にしている。その後、遮光膜１４としてスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮやＡｌ等を堆積させ、受光部１２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。遮光膜１４上にはパッシベーション膜１５としてＰ−ＳｉＮをＣＶＤ等により堆積させている。アクリル材を塗布することにより平坦化膜１６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜１６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ１７を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５（ａ）の構造において、パッシベーション膜１５に用いられるＰ−ＳｉＮ膜の屈折率は約２．０であるのに対し、平坦化膜１６に用いられるアクリル材料の屈折率は１．５〜１．６程度である。パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より高い状態にある場合、パッシベーション膜１５の段差部分の角に光が入射すると、パッシベーション膜１５の角の部分が丸みをおびている為、入射した光は受光部１２に集光されず、外側の一層目メタル１８や二層目メタル１９の方へ屈折してしまう。また、図５（ｂ）の拡大図に示すように、段差部分の上側の平坦な部分に光が入射した場合、パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より高いため、入射角度によっては遮光膜１４の側壁部分のパッシベーション膜１５と平坦化膜１６の界面で全反射が起こり、遮光膜１４の側壁に沿って光が進み、受光部１２に集光されなくなってしまう。すなわち、図５（ａ）に示す従来の構造では遮光膜１４の側壁に堆積しているパッシベーション膜１５に入射する光は感度には無効になってしまうので、実際には遮光膜１４の開口はパッシベーション膜１５の膜厚分だけ狭くなっていることになる。
【０００６】
従来は開口部分が広くても段差部分に入射する光はあったが、受光部１２に集光された光に比べ段差部分に入射する光は問題にならなかった。しかし、高画素化、小型化による画素サイズの縮小により、受光部１２の受光面が小さくなり遮光膜１４の開口部分も狭くなってきた。その狭くなった部分にパッシベーション膜１５の膜厚分だけさらに狭くなると、パッシベーション膜１５の段差部分に入射する光が増加し、十分な感度を得ることが難しくなってきた。しかし、パッシベーション膜１５は耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上といった重要な役割を果たしているため、取り除くことはできない。
【０００７】
次に、パッシベーション膜の段差部分による影響について具体的に説明する。パッシベーション膜厚分だけ感度が無効になると仮定すると、開口は（画素サイズ）−（遮光膜の幅）−（パッシベーション膜の膜厚×２）と表すことができる。例えば、遮光膜１４の幅を１．５μｍ、パッシベーション膜１５の膜厚を０．５μｍとすると、１０μｍ□画素では、遮光膜１４の開口は１０−１．５−０．５×２＝７．５μｍとなり、開口率は７５％となる。５μｍ□画素の場合でも同様に、５−１．５−０．５×２＝２．５μｍとなり開口率は５０％となる。これは１次元の場合であり、実際には２次元なので面積成分で比較すると開口率の差はさらに大きくなる。また、遮光膜１４はマイクロレンズ１７に近い為、開口の縮小は下層に比べ入射光の妨げになる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、パッシベーション膜の段差をなくすことができ、入射した光を受光部に集光させることができる固体撮像装置、及びその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはエッチバック工程により上面が平坦になったパッシベーション膜と、該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
前記パッシベーション膜が、シリコン窒化膜系の単層膜またはシリコン窒化膜系を含む積層膜であることを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置は、光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはエッチバック工程により表面が平坦化された絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記遮光膜と前記受光部とを覆うように積層されて上面が平坦になったパッシベーション膜と、該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、を有することを特徴とする。
【００１２】
前記絶縁膜が、ＳｉＯ2膜、ＰＳＧ膜、或いはＢＰＳＧ膜等のシリコン酸化膜系であることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層して、その表面を化学機械研磨により平坦化する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層する工程と、積層されたパッシベーション膜上にＳＯＧ膜を塗布し、前記パッシベーション膜と前記ＳＯＧ膜との選択比が１または略１となるエッチング条件にてエッチバックを行うことにより、前記パッシベーション膜の表面を平坦化する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように絶縁膜を積層して、その表面を化学機械研磨によって平坦化する工程と、該絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦なパッシベーション膜を形成する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにＳＯＧ膜の塗布によって表面が平坦な絶縁膜を積層する工程と、その絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦化されたパッシベーション膜を形成する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明は上記目的を達成する為に、層間絶縁膜上のパッシベーション膜の厚さが遮光膜よりも厚くなるまで堆積させる。その後、厚く堆積させたパッシベーション膜の表面を化学機械研磨、またはＳＯＧなどを塗布し、エッチバックを用いて、遮光膜を露出させない程度に削り、パッシベーション膜の表面を平坦化する。
【００１８】
また、別の解決手段として、遮光膜上と層間絶縁膜上にシリコン酸化膜系の絶縁膜を前記同様に厚く堆積させる。その後、化学機械研磨を用いて遮光膜を露出させない程度に削って、表面を平坦にする。そして、このシリコン酸化膜系の絶縁膜の上面にパッシベーション膜を堆積させる。シリコン酸化膜系の絶縁膜の上面が平坦になっているため、パッシベーション膜を堆積させると、パッシベーション膜の上面も平坦になる。これにより、従来までのパッシベーション膜の段差を無くすことができる。
【００１９】
更に、別の解決手段として、遮光膜上と層間絶縁膜上にＳＯＧ膜を塗布形成させる。そして、前記ＳＯＧ膜上面にパッシベーション膜を堆積させる。ＳＯＧ膜の上面が平坦になっているため、パッシベーション膜を堆積させると、パッシベーション膜の上面も平坦になる。これにより、従来までのパッシベーション膜の段差を無くすことができる。
【００２０】
以上のように、本発明は遮光膜上と開口部分の層間絶縁膜上にパッシベーション膜を遮光膜の膜厚以上に厚く堆積させ、その後、パッシベーション膜の上面を化学機械研磨やエッチバックを用いて遮光膜を露出させない程度に削って、表面を平坦にする等の手法を採用することにより、従来のパッシベーション膜の段差を無くすことができる。これによって、これまでは段差部分に入射して、受光部以外の方向に屈折していた光を受光部に集光することができるようになり、高画素化、小型化に対応できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施形態の基本的な構造を図１に示す。図１において、シリコン基板１の表面に入射した光を電荷に変換する受光部２が形成されている。層間絶縁膜３がシリコン基板１上に形成され、一層目メタル８と二層目メタル９と遮光膜４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜４は層間絶縁膜３上に受光部２の受光面を覆うことなく、入射してきた光が受光部２以外に入射しないように形成されている。パッシベーション膜５は遮光膜４上と遮光膜４の開口部にある層間絶縁膜３上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上を図る為に形成されている。パッシベーション膜５の表面は化学機械研磨やエッチバックを用いて遮光膜４を露出させないように削られ、平坦化されている。平坦化膜６がパッシベーション膜５上に形成され、マイクロレンズ７が平坦化膜６上に入射する光を集光する為に形成されている。本実施の形態において、パッシベーション膜５としては、ＳｉＮ膜系の単層膜、若しくはＳｉＮ膜系を含む積層膜が形成されており、ＳｉＮ膜の屈折率は約２．０である。また、平坦化膜６にはアクリル材料を用いており、屈折率は１．５〜１．６程度である。
【００２３】
従来の構造では、図５に示すようにパッシベーション膜１５に段差部分があった。その段差部分に入射した光は段差の角の部分での屈折率の差により受光部以外の方向へ屈折する。また、パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より大きい為、遮光膜１４の側壁部分でパッシベーション膜１５と平坦化膜１６との界面で全反射が起こり、受光部１２に集光されなかった。しかしながら、上記の本発明の第１の実施形態の構造ではパッシベーション膜５を厚く堆積させ、その上面を化学機械研磨やエッチバックにより平坦にしているので、従来のようなパッシベーション膜１５の段差による入射光の屈折は起こらず、マイクロレンズ７により集光された光の殆どが受光部２に集光される。
【００２４】
次に、上記本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法について図３を用いて説明する。シリコン基板１に受光部２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜３としてＢＰＳＧ膜をＣＶＤにより５０００〜１５０００Å堆積させる。ＢＰＳＧ膜を８５０〜９５０℃で熱処理し、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、一層目メタル８を形成している。一層目メタル８上には層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、二層目メタル９も一層目メタル８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させている。同様に二層目メタル９上に層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、遮光膜４をスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００Å〜１００００Å堆積させ、受光部２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮを２００００Å堆積させる。その後、Ｐ−ＳｉＮ膜の表面を化学機械研磨により１００００Å削ることにより平坦化する。また、別の平坦化方法として、遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成し、パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮをＣＶＤ等により厚く堆積させる。その後、ＳＯＧを塗布して、Ｐ−ＳｉＮとＳＯＧの選択比がほぼ１となるようなエッチング条件を用いてＲＩＥでエッチングし、パッシベーション膜５の上面を平坦にする。具体的には、遮光膜４の膜厚を３０００Å〜１００００Å堆積させ、パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮ膜を２００００Å堆積させる。更に、Ｐ−ＳｉＮ膜上にＳＯＧを１５０００Å塗布する。ＲＩＥエッチャーの条件を、圧力：４〜１５Ｐａ、ＣＨＦ3：２０〜５０ｓｃｃｍ、ＣＦ4：２０〜５０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５０〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ2：１〜５ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００〜７００Ｗとすると、Ｐ−ＳｉＮとＳＯＧの選択比は１になり、この条件でエッチングを行うと、Ｐ−ＳｉＮ膜の上面を平坦にすることができる。パッシベーション膜５の上面を平坦にした後で、アクリル材を塗布することにより平坦化膜６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ７を形成している。
【００２５】
パッシベーション膜の段差をなくすことにより、遮光膜の開口は（画素サイズ）−（遮光膜の幅）で表すことができる。例えば、遮光膜の幅を１．５μｍとし、５μｍ□画素では、開口は５−１．５＝３．５μｍとなり、開口率は７０％となる。従来では開口率は５０％なので、開口率は１．４倍に大幅に改善されている。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。
【００２７】
本発明の第２の実施形態の基本的な構造を図２に示す。図２において、シリコン基板１の表面に入射した光を電荷に変換する受光部２が形成されている。層間絶縁膜３がシリコン基板１上に形成され、一層目メタル８と二層目メタル９と遮光膜４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜４が層間絶縁膜３上に受光部２の受光面を覆うことなく、入射してきた光が受光部２以外に入射しないように形成されている。シリコン酸化膜１０が遮光膜４上と遮光膜４の開口部にある層間絶縁膜３上に形成されている。シリコン酸化膜１０の表面は化学機械研磨を用いて遮光膜４を露出させないように削られ、平坦化されている。なお、シリコン酸化膜１０を、ＳＯＧの塗布により形成した場合は、上記化学機械研磨を行わなくても、その上面が平坦なシリコン酸化膜を形成することができる。そして、パッシベーション膜５がシリコン酸化膜１０上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上を図る為に形成されている。平坦化膜６がパッシベーション膜５上に形成され、マイクロレンズ７が平坦化膜６上に入射する光を集光する為に形成されている。
【００２８】
本実施形態では、シリコン酸化膜１０はパッシベーション膜５であるＰ−ＳｉＮ膜に比べ容易に化学機械研磨を行うことができる。まず、Ｐ−ＳｉＮ膜に比べシリコン酸化膜系はエッチングレートが速いためエッチングし易い。次に、層間絶縁膜３を形成する際に化学機械研磨を行っているためシリコン酸化膜系の化学機械研磨は既存プロセスを用いることができる。以上のことにより、シリコン酸化膜系の上面の平坦化を行う方が有利である。その後、シリコン酸化膜１０上にパッシベーション膜５を堆積させると、パッシベーション膜５の上面を平坦にすることができる。これにより、図５（ａ）に示す従来のパッシベーション膜１５の段差部分をなくすことができ、マイクロレンズ７により集光された光は邪魔されることなく受光部２に集光される。
【００２９】
次に、本実施形態の製造方法について図４を用いて説明する。遮光膜４までは従来及び第１実施形態と同様の製造方法で形成する。シリコン基板１に受光部２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜３としてＢＰＳＧをＣＶＤにより５０００〜１５０００Å堆積させる。ＢＰＳＧ膜を８５０〜９５０℃で熱処理し、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、一層目メタル８を形成している。一層目メタル８上には層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、二層目メタル９も一層目メタル８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させている。同様に二層目メタル９上に層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、遮光膜４としてスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、受光部２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成している。その後、シリコン酸化膜１０をＣＶＤにより２００００Å〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å削る。その後、Ｐ−ＳｉＮ膜を３０００Å〜１００００Å堆積させると、Ｐ−ＳｉＮ膜の上面は平坦になる。また、別の平坦化方法として、遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成し、遮光膜４上にシリコン酸化膜１０としてＳＯＧを塗布する。ＳＯＧ膜による平坦化されたシリコン酸化膜１０上にＰ−ＳｉＮ膜を堆積させると、上面が平坦なＰ−ＳｉＮ膜を得ることができる。この場合に於いて、ＳＯＧの塗布膜厚は１００００〜１５０００Åであり、Ｐ−ＳｉＮ膜は３０００〜１００００Å程度、ＣＶＤにより堆積している。その後、アクリル材を塗布することにより平坦化膜６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ７を形成している。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、パッシベーション膜の上面を平坦化することにより、段差部分をなくすことができ、受光部に入射光を集光できる。そのため、画素を縮小しても、効率よく入射光を受光部に集光できる固体撮像装置を提供することことできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構成を示す図であり、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。
【図６】従来の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 受光部
３ 層間絶縁膜
４ 遮光膜
５ パッシベーション膜
６ 平坦化膜
７ マイクロレンズ
８ 一層目メタル
９ 二層目メタル
１０ シリコン酸化膜
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置に関し、特に、受光部の感度が向上するように構成された固体撮像装置とその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話を含む携帯情報端末などでは映像の送受信は必須となりつつある。映像の撮影はＣＣＤなどのいわゆる固体撮像装置が使用され、表示には液晶パネルが使用されている。固体撮像装置においては、低消費電力化、低コスト化の観点から、通常の集積回路を作製するいわゆるＣＭＯＳロジックプロセスを基にしたＣＭＯＳイメージセンサの開発が盛んに行われている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいても、ＣＣＤと同様に高画素化、小型化が進むにつれ、画素サイズが縮小され、受光部の面積や遮光膜の開口が狭くなってきている。ところが、ＣＭＯＳイメージセンサについてはロジックプロセスを基にした開発を行ってきている為、多層膜の界面における反射や屈折などの光学的特性を十分考慮して開発しているとはいえない。そのため、入射した光を効率よく集光させ、十分な感度を得ることが難しくなってきている。
【０００３】
従来の固体撮像装置、特にＣＭＯＳイメージセンサについて、図５を用いて説明する。シリコン基板１１の表面に入射した光（ｈν）を電荷に変換する受光部１２が形成されている。層間絶縁膜１３がシリコン基板１１上に形成され、一層目メタル１８と二層目メタル１９と遮光膜１４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜１４は層間絶縁膜１３上に入射した光が受光部１２以外に入射しないように受光部１２の受光面を覆うことなく形成されている。パッシベーション膜１５は遮光膜１４上と遮光膜１４の開口部にある層間絶縁膜１３上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上のために形成されている。平坦化膜１６はパッシベーション膜１５上に形成され、マイクロレンズ１７は平坦化膜１６上に入射する光を集光させるために形成されている。層間絶縁膜１３として、Ｐ（プラズマＣＶＤ）−ＳｉＯ2膜、ＮＳＧ膜（不純物を含まないシリコン酸化膜）、ＢＰＳＧ膜（リンとホウ素を含むシリコン酸化膜）等の積層膜が使用されている。パッシベーション膜１５として、Ｐ（プラズマＣＶＤ）−ＳｉＮ膜の単層膜若しくはＰ−ＳｉＮ膜とＰＳＧ膜（リンを含むシリコン酸化膜）の積層膜が一般的に使用されている。平坦化膜１６として、主にアクリル材料が使用されている。また、カラーの固体撮像装置の場合には、平坦化膜１６として、アクリル材料とカラーフィルターが使用されている。従来の構造ではパッシベーション膜１５に段差が有り、その段差が集光の妨げになっていた。そのため、そのままの構造で、高画素化、小型化を行うとパッシベーション膜１５の段差部分が妨げになり、受光部１２に集光される光が減少する。そのため、十分な感度を得ることが難しくなってきている。
【０００４】
次に、その製造方法について図６を用いて説明する。シリコン基板１１に受光部１２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜１３としてＢＰＳＧ膜をＣＶＤにより堆積させる。ＢＰＳＧ膜は高温で熱処理すると流動性を生じるため、表面を平坦にすることができる。その特性を利用して、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル１８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮやＡｌ等を堆積させ、一層目メタル１８を形成している。一層目メタル１８上には層間絶縁膜１３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより堆積させ、化学機械研磨により表面を平坦にしている。その後、二層目メタル１９も一層目メタル１８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮやＡｌ等の薄膜を形成している。同様に二層目メタル１９上に層間絶縁膜１３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより堆積させ、化学機械研磨により表面を平坦にしている。その後、遮光膜１４としてスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮやＡｌ等を堆積させ、受光部１２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。遮光膜１４上にはパッシベーション膜１５としてＰ−ＳｉＮをＣＶＤ等により堆積させている。アクリル材を塗布することにより平坦化膜１６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜１６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ１７を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５（ａ）の構造において、パッシベーション膜１５に用いられるＰ−ＳｉＮ膜の屈折率は約２．０であるのに対し、平坦化膜１６に用いられるアクリル材料の屈折率は１．５〜１．６程度である。パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より高い状態にある場合、パッシベーション膜１５の段差部分の角に光が入射すると、パッシベーション膜１５の角の部分が丸みをおびている為、入射した光は受光部１２に集光されず、外側の一層目メタル１８や二層目メタル１９の方へ屈折してしまう。また、図５（ｂ）の拡大図に示すように、段差部分の上側の平坦な部分に光が入射した場合、パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より高いため、入射角度によっては遮光膜１４の側壁部分のパッシベーション膜１５と平坦化膜１６の界面で全反射が起こり、遮光膜１４の側壁に沿って光が進み、受光部１２に集光されなくなってしまう。すなわち、図５（ａ）に示す従来の構造では遮光膜１４の側壁に堆積しているパッシベーション膜１５に入射する光は感度には無効になってしまうので、実際には遮光膜１４の開口はパッシベーション膜１５の膜厚分だけ狭くなっていることになる。
【０００６】
従来は開口部分が広くても段差部分に入射する光はあったが、受光部１２に集光された光に比べ段差部分に入射する光は問題にならなかった。しかし、高画素化、小型化による画素サイズの縮小により、受光部１２の受光面が小さくなり遮光膜１４の開口部分も狭くなってきた。その狭くなった部分にパッシベーション膜１５の膜厚分だけさらに狭くなると、パッシベーション膜１５の段差部分に入射する光が増加し、十分な感度を得ることが難しくなってきた。しかし、パッシベーション膜１５は耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上といった重要な役割を果たしているため、取り除くことはできない。
【０００７】
次に、パッシベーション膜の段差部分による影響について具体的に説明する。パッシベーション膜厚分だけ感度が無効になると仮定すると、開口は（画素サイズ）−（遮光膜の幅）−（パッシベーション膜の膜厚×２）と表すことができる。例えば、遮光膜１４の幅を１．５μｍ、パッシベーション膜１５の膜厚を０．５μｍとすると、１０μｍ□画素では、遮光膜１４の開口は１０−１．５−０．５×２＝７．５μｍとなり、開口率は７５％となる。５μｍ□画素の場合でも同様に、５−１．５−０．５×２＝２．５μｍとなり開口率は５０％となる。これは１次元の場合であり、実際には２次元なので面積成分で比較すると開口率の差はさらに大きくなる。また、遮光膜１４はマイクロレンズ１７に近い為、開口の縮小は下層に比べ入射光の妨げになる。
【０００８】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、パッシベーション膜の段差をなくすことができ、入射した光を受光部に集光させることができる固体撮像装置、及びその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはエッチバック工程により上面が平坦になったパッシベーション膜と、該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
前記パッシベーション膜が、シリコン窒化膜系の単層膜またはシリコン窒化膜系を含む積層膜であることを特徴としてもよい。
【００１１】
また、本発明の固体撮像装置は、光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはエッチバック工程により表面が平坦化された絶縁膜と、前記絶縁膜上に前記遮光膜と前記受光部とを覆うように積層されて上面が平坦になったパッシベーション膜と、該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、を有することを特徴とする。
【００１２】
前記絶縁膜が、ＳｉＯ2膜、ＰＳＧ膜、或いはＢＰＳＧ膜等のシリコン酸化膜系であることを特徴としてもよい。
【００１３】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層して、その表面を化学機械研磨により平坦化する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層する工程と、積層されたパッシベーション膜上にＳＯＧ膜を塗布し、前記パッシベーション膜と前記ＳＯＧ膜との選択比が１または略１となるエッチング条件にてエッチバックを行うことにより、前記パッシベーション膜の表面を平坦化する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように絶縁膜を積層して、その表面を化学機械研磨によって平坦化する工程と、該絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦なパッシベーション膜を形成する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにＳＯＧ膜の塗布によって表面が平坦な絶縁膜を積層する工程と、その絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦化されたパッシベーション膜を形成する工程と、該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、を包含することを特徴とするものである。
【００１７】
本発明は上記目的を達成する為に、層間絶縁膜上のパッシベーション膜の厚さが遮光膜よりも厚くなるまで堆積させる。その後、厚く堆積させたパッシベーション膜の表面を化学機械研磨、またはＳＯＧなどを塗布し、エッチバックを用いて、遮光膜を露出させない程度に削り、パッシベーション膜の表面を平坦化する。
【００１８】
また、別の解決手段として、遮光膜上と層間絶縁膜上にシリコン酸化膜系の絶縁膜を前記同様に厚く堆積させる。その後、化学機械研磨を用いて遮光膜を露出させない程度に削って、表面を平坦にする。そして、このシリコン酸化膜系の絶縁膜の上面にパッシベーション膜を堆積させる。シリコン酸化膜系の絶縁膜の上面が平坦になっているため、パッシベーション膜を堆積させると、パッシベーション膜の上面も平坦になる。これにより、従来までのパッシベーション膜の段差を無くすことができる。
【００１９】
更に、別の解決手段として、遮光膜上と層間絶縁膜上にＳＯＧ膜を塗布形成させる。そして、前記ＳＯＧ膜上面にパッシベーション膜を堆積させる。ＳＯＧ膜の上面が平坦になっているため、パッシベーション膜を堆積させると、パッシベーション膜の上面も平坦になる。これにより、従来までのパッシベーション膜の段差を無くすことができる。
【００２０】
以上のように、本発明は遮光膜上と開口部分の層間絶縁膜上にパッシベーション膜を遮光膜の膜厚以上に厚く堆積させ、その後、パッシベーション膜の上面を化学機械研磨やエッチバックを用いて遮光膜を露出させない程度に削って、表面を平坦にする等の手法を採用することにより、従来のパッシベーション膜の段差を無くすことができる。これによって、これまでは段差部分に入射して、受光部以外の方向に屈折していた光を受光部に集光することができるようになり、高画素化、小型化に対応できるようになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施形態の基本的な構造を図１に示す。図１において、シリコン基板１の表面に入射した光を電荷に変換する受光部２が形成されている。層間絶縁膜３がシリコン基板１上に形成され、一層目メタル８と二層目メタル９と遮光膜４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜４は層間絶縁膜３上に受光部２の受光面を覆うことなく、入射してきた光が受光部２以外に入射しないように形成されている。パッシベーション膜５は遮光膜４上と遮光膜４の開口部にある層間絶縁膜３上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上を図る為に形成されている。パッシベーション膜５の表面は化学機械研磨やエッチバックを用いて遮光膜４を露出させないように削られ、平坦化されている。平坦化膜６がパッシベーション膜５上に形成され、マイクロレンズ７が平坦化膜６上に入射する光を集光する為に形成されている。本実施の形態において、パッシベーション膜５としては、ＳｉＮ膜系の単層膜、若しくはＳｉＮ膜系を含む積層膜が形成されており、ＳｉＮ膜の屈折率は約２．０である。また、平坦化膜６にはアクリル材料を用いており、屈折率は１．５〜１．６程度である。
【００２３】
従来の構造では、図５に示すようにパッシベーション膜１５に段差部分があった。その段差部分に入射した光は段差の角の部分での屈折率の差により受光部以外の方向へ屈折する。また、パッシベーション膜１５の屈折率が平坦化膜１６の屈折率より大きい為、遮光膜１４の側壁部分でパッシベーション膜１５と平坦化膜１６との界面で全反射が起こり、受光部１２に集光されなかった。しかしながら、上記の本発明の第１の実施形態の構造ではパッシベーション膜５を厚く堆積させ、その上面を化学機械研磨やエッチバックにより平坦にしているので、従来のようなパッシベーション膜１５の段差による入射光の屈折は起こらず、マイクロレンズ７により集光された光の殆どが受光部２に集光される。
【００２４】
次に、上記本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の製造方法について図３を用いて説明する。シリコン基板１に受光部２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜３としてＢＰＳＧ膜をＣＶＤにより５０００〜１５０００Å堆積させる。ＢＰＳＧ膜を８５０〜９５０℃で熱処理し、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、一層目メタル８を形成している。一層目メタル８上には層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、二層目メタル９も一層目メタル８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させている。同様に二層目メタル９上に層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、遮光膜４をスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００Å〜１００００Å堆積させ、受光部２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮを２００００Å堆積させる。その後、Ｐ−ＳｉＮ膜の表面を化学機械研磨により１００００Å削ることにより平坦化する。また、別の平坦化方法として、遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成し、パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮをＣＶＤ等により厚く堆積させる。その後、ＳＯＧを塗布して、Ｐ−ＳｉＮとＳＯＧの選択比がほぼ１となるようなエッチング条件を用いてＲＩＥでエッチングし、パッシベーション膜５の上面を平坦にする。具体的には、遮光膜４の膜厚を３０００Å〜１００００Å堆積させ、パッシベーション膜５としてＰ−ＳｉＮ膜を２００００Å堆積させる。更に、Ｐ−ＳｉＮ膜上にＳＯＧを１５０００Å塗布する。ＲＩＥエッチャーの条件を、圧力：４〜１５Ｐａ、ＣＨＦ3：２０〜５０ｓｃｃｍ、ＣＦ4：２０〜５０ｓｃｃｍ、Ａｒ：５０〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ2：１〜５ｓｃｃｍ、ＲＦ：２００〜７００Ｗとすると、Ｐ−ＳｉＮとＳＯＧの選択比は１になり、この条件でエッチングを行うと、Ｐ−ＳｉＮ膜の上面を平坦にすることができる。パッシベーション膜５の上面を平坦にした後で、アクリル材を塗布することにより平坦化膜６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ７を形成している。
【００２５】
パッシベーション膜の段差をなくすことにより、遮光膜の開口は（画素サイズ）−（遮光膜の幅）で表すことができる。例えば、遮光膜の幅を１．５μｍとし、５μｍ□画素では、開口は５−１．５＝３．５μｍとなり、開口率は７０％となる。従来では開口率は５０％なので、開口率は１．４倍に大幅に改善されている。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。
【００２７】
本発明の第２の実施形態の基本的な構造を図２に示す。図２において、シリコン基板１の表面に入射した光を電荷に変換する受光部２が形成されている。層間絶縁膜３がシリコン基板１上に形成され、一層目メタル８と二層目メタル９と遮光膜４をそれぞれ電気的に分離している。遮光膜４が層間絶縁膜３上に受光部２の受光面を覆うことなく、入射してきた光が受光部２以外に入射しないように形成されている。シリコン酸化膜１０が遮光膜４上と遮光膜４の開口部にある層間絶縁膜３上に形成されている。シリコン酸化膜１０の表面は化学機械研磨を用いて遮光膜４を露出させないように削られ、平坦化されている。なお、シリコン酸化膜１０を、ＳＯＧの塗布により形成した場合は、上記化学機械研磨を行わなくても、その上面が平坦なシリコン酸化膜を形成することができる。そして、パッシベーション膜５がシリコン酸化膜１０上に耐湿性、耐薬品性、Ｎａイオン、酸素等の不純物や金属に対するバリヤ性能向上を図る為に形成されている。平坦化膜６がパッシベーション膜５上に形成され、マイクロレンズ７が平坦化膜６上に入射する光を集光する為に形成されている。
【００２８】
本実施形態では、シリコン酸化膜１０はパッシベーション膜５であるＰ−ＳｉＮ膜に比べ容易に化学機械研磨を行うことができる。まず、Ｐ−ＳｉＮ膜に比べシリコン酸化膜系はエッチングレートが速いためエッチングし易い。次に、層間絶縁膜３を形成する際に化学機械研磨を行っているためシリコン酸化膜系の化学機械研磨は既存プロセスを用いることができる。以上のことにより、シリコン酸化膜系の上面の平坦化を行う方が有利である。その後、シリコン酸化膜１０上にパッシベーション膜５を堆積させると、パッシベーション膜５の上面を平坦にすることができる。これにより、図５（ａ）に示す従来のパッシベーション膜１５の段差部分をなくすことができ、マイクロレンズ７により集光された光は邪魔されることなく受光部２に集光される。
【００２９】
次に、本実施形態の製造方法について図４を用いて説明する。遮光膜４までは従来及び第１実施形態と同様の製造方法で形成する。シリコン基板１に受光部２をイオン注入や熱処理を用いて形成する。また、多結晶シリコン膜とシリサイド膜をＣＶＤにより形成し、パターニング、エッチング等を用いてシリコン基板１上にゲート電極（図示せず）を形成している。その後、層間絶縁膜３としてＢＰＳＧをＣＶＤにより５０００〜１５０００Å堆積させる。ＢＰＳＧ膜を８５０〜９５０℃で熱処理し、ＢＰＳＧ膜の表面を平坦にし一層目メタル８を形成し易くしている。ＢＰＳＧ膜上にスパッタやＣＶＤを用いてＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、一層目メタル８を形成している。一層目メタル８上には層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、二層目メタル９も一層目メタル８と同様に、スパッタやＣＶＤを用い、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させている。同様に二層目メタル９上に層間絶縁膜３としてＰ−ＳｉＯ2膜をＣＶＤにより２００００〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å程度削って、表面を平坦にしている。その後、遮光膜４としてスパッタやＣＶＤを用いて、ＴｉＮを３００〜１０００Å、Ａｌを３０００〜１００００Å堆積させ、受光部２を覆うことのないようにパターニングし、エッチングを行っている。遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成している。その後、シリコン酸化膜１０をＣＶＤにより２００００Å〜２５０００Å堆積させ、化学機械研磨により１００００Å削る。その後、Ｐ−ＳｉＮ膜を３０００Å〜１００００Å堆積させると、Ｐ−ＳｉＮ膜の上面は平坦になる。また、別の平坦化方法として、遮光膜４までは従来と同様の製造方法で形成し、遮光膜４上にシリコン酸化膜１０としてＳＯＧを塗布する。ＳＯＧ膜による平坦化されたシリコン酸化膜１０上にＰ−ＳｉＮ膜を堆積させると、上面が平坦なＰ−ＳｉＮ膜を得ることができる。この場合に於いて、ＳＯＧの塗布膜厚は１００００〜１５０００Åであり、Ｐ−ＳｉＮ膜は３０００〜１００００Å程度、ＣＶＤにより堆積している。その後、アクリル材を塗布することにより平坦化膜６を形成している。また、カラーの固体撮像装置の場合はアクリル材を塗布し、その後、カラーフィルターを形成し、さらに保護膜としてアクリル材を塗布し平坦化膜６を形成している。その後、レンズ材料を塗布し、パターニング及び熱処理によりマイクロレンズ７を形成している。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、パッシベーション膜の上面を平坦化することにより、段差部分をなくすことができ、受光部に入射光を集光できる。そのため、画素を縮小しても、効率よく入射光を受光部に集光できる固体撮像装置を提供することことできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の構成を示す図であり、（ａ）は、その断面図、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。
【図６】従来の固体撮像装置の製造工程断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ 受光部
３ 層間絶縁膜
４ 遮光膜
５ パッシベーション膜
６ 平坦化膜
７ マイクロレンズ
８ 一層目メタル
９ 二層目メタル
１０ シリコン酸化膜
Claims (8)
- 光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、
前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはエッチバック工程により上面が平坦になったパッシベーション膜と、
該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記パッシベーション膜が、シリコン窒化膜系の単層膜またはシリコン窒化膜系を含む積層膜であることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置。
- 光電変換を行う受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に積層されており、表面が平坦化された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に前記受光部の受光面を覆うことなく積層された遮光膜と、
前記遮光膜と前記受光部とを覆うように前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に積層されており、化学機械研磨またはＳＯＧ膜の塗布により表面が平坦化された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に前記遮光膜と前記受光部とを覆うように積層されて上面が平坦になったパッシベーション膜と、
該パッシベーション膜上に設けられ、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記絶縁膜がシリコン酸化膜系であることを特徴とする、請求項３に記載の固体撮像装置。
- 半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、
前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、
前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層して、その表面を化学機械研磨により平坦化する工程と、
該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、
を包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、
前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、
前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにパッシベーション膜を積層する工程と、
積層されたパッシベーション膜上にＳＯＧ膜を塗布し、前記パッシベーション膜と前記ＳＯＧ膜との選択比が１または略１となるエッチング条件にてエッチバックを行うことにより、前記パッシベーション膜の表面を平坦化する工程と、
該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、
を包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、
前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、
前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うように絶縁膜を積層して、その表面を化学機械研磨によって平坦化する工程と、
該絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦なパッシベーション膜を形成する工程と、
該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、
を包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 半導体基板上に光電変換を行う受光部を形成する工程と、
前記受光部が形成された半導体基板上に層間絶縁膜を積層して、積層された層間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記層間絶縁膜の平坦化された表面上に遮光膜を積層して、積層された遮光膜を前記受光部の受光面を覆うことがないようにパターニングする工程と、
前記遮光膜および前記層間絶縁膜の表面上に、前記遮光膜と前記受光部とを覆うようにＳＯＧ膜の塗布によって表面が平坦な絶縁膜を積層する工程と、
その絶縁膜上にパッシベーション膜を積層することにより、その表面が平坦化されたパッシベーション膜を形成する工程と、
該パッシベーション膜上に、該パッシベーション膜よりも屈折率の低い屈折率を有する平坦化膜を形成する工程と、
を包含することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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