JP4117545B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4117545B2
JP4117545B2 JP2002373745A JP2002373745A JP4117545B2 JP 4117545 B2 JP4117545 B2 JP 4117545B2 JP 2002373745 A JP2002373745 A JP 2002373745A JP 2002373745 A JP2002373745 A JP 2002373745A JP 4117545 B2 JP4117545 B2 JP 4117545B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
refractive index
solid
optical waveguide
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002373745A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2004207433A (ja
Inventor
徹哉 菰口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP2002373745A priority Critical patent/JP4117545B2/ja
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to KR1020117001531A priority patent/KR20110011751A/ko
Priority to KR1020057010687A priority patent/KR20050085579A/ko
Priority to KR1020117001532A priority patent/KR101089684B1/ko
Priority to CN 200910132130 priority patent/CN101540335B/zh
Priority to PCT/JP2003/015939 priority patent/WO2004055898A1/ja
Priority to KR1020117001529A priority patent/KR20110015473A/ko
Priority to CN2008101710233A priority patent/CN101425524B/zh
Priority to TW092135207A priority patent/TWI236767B/zh
Priority to US10/538,943 priority patent/US7442973B2/en
Publication of JP2004207433A publication Critical patent/JP2004207433A/ja
Priority to US12/127,434 priority patent/US7842986B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4117545B2 publication Critical patent/JP4117545B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636Interconnect structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629Reflectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14643Photodiode arrays; MOS imagers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換部に光を集光する光導波路を備えた固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の固体撮像素子において、光電変換部(フォトダイオード)の受光領域上の配線層に井戸構造で光導波路を設け、受光領域への集光効率を高めるようしたものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0003】
図6は、このような固体撮像素子の具体例として光導波路のコア(光導波部)に高密度プラズマCVD(chemical vapor deposition )によって形成した窒化シリコン(以下、プラズマ窒化シリコンという)を用いた例を示す断面図である。
図において、半導体基板100には、素子分離領域103によって分離された画素領域にフォトダイオード(光電変換部)101や転送ゲート104等の画素トランジスタが形成され、半導体基板100の上面にはゲート絶縁膜102を介して転送ゲート104のゲート電極(polySi電極)104A、複数層の配線108、及び層間絶縁膜106が設けられている。各配線108及び半導体基板100のコンタクト領域の間には導電プラグ107が設けられ、各層の配線108が接続されている。
また、最上層の絶縁膜106の上にはパッシベーション膜110が設けられ、その上に平坦化膜111を介してカラーフィルタ112及びマイクロレンズ113が設けられている。
【0004】
そして、絶縁膜106には、その最上面からフォトダイオード101の受光領域上のゲート絶縁膜102に到る孔部106Aが形成され、この孔部106Aに埋め込まれる形で光導波部109が設けられている。
この光導波部109は、上述のようにプラズマCVDを用いて絶縁膜106の最上面から孔部106A内に埋め込み形成されており、このプラズマ窒化シリコンは、絶縁膜106を形成しているSiO2 に対して高い屈折率を有している。したがって、光導波部109をコア、絶縁膜106をクラッドとして、両者の界面において臨界角より大きい入射角をもつ入射光を全反射させ、フォトダイオード101の受光領域に導くものである。
なお、フォトダイオード101の受光領域上のゲート絶縁膜102の上には、絶縁膜106に孔部106Aを形成するエッチング工程で用いるエッチングストッパ膜105が形成されている。このエッチングストッパ膜105は、減圧CVDによる窒化シリコン膜(LP−窒化シリコン)によって形成されている。
【0005】
ところで、上述のような高密度プラズマCVDによって窒化シリコンの光導波部109を形成する場合、埋め込み性が悪く、特に孔部106Aが細長い場合には、図6に示すように、光導波部109の内部にボイド部109Aが形成されてしまい、集光性の悪化、ばらつきが生じる場合がある(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。
そこで、上述のようなプラズマ窒化シリコン膜による光導波部109の代わりに、プラズマ窒化シリコン膜とポリイミド系樹脂膜の2重構造による光導波部を用いたものが知られている(例えば、特許文献5参照)。
【0006】
図7は、このような2重構造の光導波部を用いた固体撮像素子の例を示す断面図である。なお、図6に示す例と共通の構成については同一符号を用いて説明は省略する。
図7に示す例では、光導波路のコア(光導波部)が外側のプラズマ窒化シリコンによる第1光導波部209Aと、この第1光導波部209A内の空洞部に埋め込まれたポリイミド系樹脂(PIQ)よりなる第2光導波部209Bより構成される。なお、第1光導波部209Aは上端部が開口しており、第1光導波部209Aの上方からポリイミド材を塗布することにより、第1光導波部209Aの開口から第2光導波部209Bが埋め込まれている。
ポリイミド系樹脂は、プラズマ窒化シリコンよりも屈折率が低いが、周囲のSiO2 よりも高い屈折率を有している。
このような構成では、プラズマ窒化シリコン単体による光導波部109に比べて埋め込み性を改善できる。また、プラズマ窒化シリコンとポリイミド系樹脂が密着性が高いため、優れた光学特性を得ることができる利点がある。
【0007】
【特許文献1】
特開2000−91549号公報
【特許文献2】
特開2000−150845号公報
【特許文献3】
特開平11−121725号公報
【特許文献4】
特開平10−326885号公報
【特許文献5】
特開平10−320885号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した固体撮像素子においては、光導波部側からフォトダイオード側に不純物金属が浸入し、これがフォトダイオード側の結晶欠陥を招き、いわゆる白点ノイズの原因となる問題がある。
特に、図7に示す構成においては、ポリイミド系樹脂に不純物金属(Na、K)が多く含まれているため、熱ストレスにより不純物がフォトダイオード内に拡散するため、白点が増大することが懸念される。
【0009】
そこで本発明の目的は、光導波路から光電変換部への金属拡散による白点増加を抑制でき、画質の向上を図ることが可能な固体撮像素子及びその製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成するため、半導体基板に形成された光電変換部と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けられた上層膜と、前記上層膜の上面から前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜にかけて形成された孔部と、前記孔部内に埋め込まれた光導波部とを有し、前記光導波部は少なくとも水素を含有する第1の高屈折率材を有して形成され、前記光電変換部は水素雰囲気中の熱処理によって前記第1の高屈折率材から光電変換部側に放出された水素が含有され、前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜の上面に、前記上層膜に孔部をエッチングによって形成する際に用いるエッチングストッパ膜が設けられ、前記光導波部の第1の高屈折率材が前記エッチングストッパ膜に形成され開口部を通して前記ゲート絶縁膜に接触していることを特徴とする。
【0011】
また本発明は、半導体基板に形成された光電変換部と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けられた上層膜と、前記上層膜の上面から前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜にかけて形成された孔部と、前記孔部内に埋め込まれた光導波部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記上層膜に形成した孔部に、前記光導波部の少なくとも一部となる水素を含有する第1の高屈折率材を埋め込む工程と、前記第1の高屈折率材に水素雰囲気中の熱処理を施すことにより、前記第1の高屈折率材から光電変換部側に水素を放出させる工程と、前記光電変換部及びゲート絶縁膜を形成した半導体基板上にエッチングストッパ膜を形成する工程と、前記エッチングストッパ膜上に前記上層膜を形成する工程と、前記上層膜にエッチングを施すことにより前記孔部を形成する工程と、前記孔部の底部に残ったエッチングストッパ膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
【0012】
本発明の固体撮像素子及びその製造方法では、光導波路に設けられる第1の高屈折率材に含有された水素を光電変換部側に放出させることにより、水素を含有した光電変換部とすることで、光導波路から光電変換部への金属拡散による白点増加を抑制でき、画質の向上を図ることが可能となる。
また、光導波路の孔部の形成に用いるエッチングストッパ膜を光電変換部の受光領域以外の領域にも残すことで、光電変換部以外の領域への水素の浸入を防止でき、トランジスタ等の特性劣化を防止することが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による固体撮像素子及びその製造方法の実施の形態例について説明する。
本実施の形態例は、光導波路構造を有する固体撮像素子において、二種類の透明膜(ポリイミド系樹脂(第2の高屈折率材)、プラズマ窒化シリコン(第1の高屈折率材))を組み合わせた光導波部を用いることにより、光導波部の埋め込み性を向上し、ポリイミド系樹脂からの金属拡散による白点増加を抑制し、かつトランジスタの信頼性劣化を抑えることができる固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
【0014】
図1は本発明の実施の形態例による固体撮像素子を示す断面図である。
図示の例は、CMOSイメージセンサに適用した例であり、半導体基板(Si基板)20の素子分離領域3によって分離された画素領域にフォトダイオード(光電変換部)1や転送ゲート4等の画素トランジスタが形成されている。
また、半導体基板20の上面には、ゲート絶縁膜2を介して転送ゲート4の転送電極(polySi電極)4Aが形成され、その上に絶縁膜21を介してエッチングストッパ膜5Aが設けられている。このエッチングストッパ膜5Aは、減圧CVDによる窒化シリコン膜(LP−窒化シリコン)によって形成されている。
また、このエッチングストッパ膜5Aの上には、上層膜となる複数層の配線8、及び層間絶縁膜6が設けられている。各配線8及び半導体基板20のコンタクト領域の間には導電プラグ7が設けられ、各層の配線8が接続されている。なお、層間絶縁膜6には主にSiO2 が用いられている。
また、最上層の絶縁膜6の上にはパッシベーション膜10が設けられ、その上に平坦化膜11を介してカラーフィルタ12及びマイクロレンズ13が設けられている。
【0015】
そして、絶縁膜6には、その最上面からフォトダイオード1の受光領域上のゲート絶縁膜2に到る孔部6Aが形成され、この孔部6Aに埋め込まれる形で光導波部9が設けられている。
この光導波部9は、光導波路のコア(光導波部)が外側のプラズマ窒化シリコンによる第1光導波部9Aと、この第1光導波部9A内の空洞部に埋め込まれたポリイミド系樹脂(PIQ)よりなる第2光導波部9Bより構成される。なお、製造方法は後述するが、第1光導波部9Aは上端部が開口しており、第1光導波部9Aの上方からポリイミド材を塗布することにより、第1光導波部9Aの開口から第2光導波部9Bが埋め込まれている。
詳細は後述するが、ポリイミド系樹脂は、プラズマ窒化シリコンよりも屈折率が低いが、周囲のSiO2 よりも高い屈折率を有している。
このような構成では、プラズマ窒化シリコン単体による光導波部に比べて埋め込み性を改善でき、さらに、プラズマ窒化シリコンとポリイミド系樹脂が密着性が高いため、優れた光学特性を得ることができる利点がある。
また、第1光導波部9Aは十分な膜厚で形成されており、第2光導波部9Bとゲート絶縁膜2とが十分離間した状態で配置され、できるだけポリイミドの不純金属がフォトダイオード1側に拡散しないように形成している。
【0016】
そして、本例では、孔部6A内に第1光導波部9Aを埋め込んだ後、第2光導波部9Bを埋め込む前に、水素アニール処理(水素雰囲気中の熱処理)を行い、プラズマ窒化シリコンに多く含まれる水素をフォトダイオード1内に拡散させることにより、フォトダイオード1内の結晶欠陥を減少させて、白傷ノイズの発生を防止するようになっている。
すなわち、第1光導波部9A(プラズマ窒化シリコン)においては水素を含有しており、水素雰囲気中でアニール処理(例えば400°Cで60分)を施すことにより、フォトダイオード1内への水素供給が促進される。したがって、第2光導波部9Bからフォトダイオード1内へ拡散された金属により、結晶欠陥が引き起こされてできたダングリングボンドに対して、水素による終端効果があらわれて白点低減効果が得られる。
【0017】
この際、第1光導波部9Aの占める割合を第2光導波部9Bに対して多くすることにより、水素供給効果の増大、及び第2光導波部9Bからフォトダイオード1までの距離が広がることで、白点低減効果はさらに大きくなり、さらに、第1光導波部9Aの方が第2光導波部9Bに比して屈折率が高いため、集光性も向上する。
ただし、第1光導波部9Aの割合を過剰に大きくすれば、残留応力による剥がれの問題、導波路表面が第1光導波部9Aにより塞がることによる導波路内のボイドの発生(第2光導波部9Bが埋め込まれないことになる)が懸念されるため、第1光導波部9Aの膜厚は例えば1000nm程度が適切となる。
【0018】
また、図1に示すように、エッチングストッパ膜5Aは、光導波路の井戸構造を得るための孔部6Aをエッチングによって形成する際のエッチングストッパとして機能する窒化シリコン膜であるが、本例では、このエッチングストッパ膜5Aをフォトダイオード1の受光領域以外の領域に残すことにより、プラズマ窒化シリコンを用いた水素アニール処理(水素雰囲気中の熱処理)によって、フォトダイオード1内に水素を拡散する際に、他の領域のトランジスタ等に水素が浸入しないようにするための水素吸収膜として機能するものである。
【0019】
すなわち、上述した第1光導波部9Aによる水素供給効果はトランジスタのソース・ドレイン領域に過剰の水素が供給されると、ドレインアバランシェ効果が促進され、トランジスタの信頼性(ホットキャリア耐性)に悪影響を与える。
そこで、エッチングストッパ膜5Aを形成する減圧CVDによる窒化シリコン(LP−窒化シリコン)膜は、高い水素吸収効果を有することから、このLP−窒化シリコン膜を受光領域以外の領域(特にトランジスタを覆う領域)に残し、水素の浸入を防止するものである。
なお、本例では、このようなエッチングストッパ膜5Aの受光領域以外に配置される窒化シリコン膜を水素浸入防止膜5Bと称して説明する。
【0020】
このような水素浸入防止膜5Bにより、水素の拡散によるトランジスタ等の特性劣化を防止し、適正な動作特性を維持するようになっている。
ただし、トランジスタのコンタクト領域については水素浸入防止膜5Bが除去されることになるが、プラグ内部にTiやTiN等からなるバリアメタル層が形成されているため、これによる水素吸収効果によって保護される。
一方、光導波路の部分では、水素を有効にフォトダイオード1側に供給するため、エッチングストッパ膜5Aを完全に除去し、第1光導波部9Aのプラズマ窒化シリコンをゲート絶縁膜2に直接接触させ、上述した水素供給効果を得るようになっている。
【0021】
なお、水素浸入防止膜5Bを設ける領域としては、半導体基板上に設けられる複数のトランジスタ等の能動素子の全ての領域(ただしプラグ等の貫通部分は除く)を覆うものであってもよいし、一部のトランジスタだけを覆うようなものであってよい。
特に、本例で光導波部に用いるプラズマ窒化シリコンに近い領域に配置されるトランジスタ(例えば転送ゲート等の画素トランジスタ)においては、水素が浸入する可能性が高いので、この領域を水素浸入防止膜5Bの窒化シリコン膜で包囲することにより、有効に水素を吸収してトランジスタへの浸入を防止することができ、極めて顕著な効果を得ることができる。
【0022】
また、CMOSイメージセンサでは、同一チップ上に画素領域と周辺回路領域が設けられており、周辺回路領域内のトランジスタ等についても、画素領域内のトランジスタほどではないものの、水素が侵入する可能性があるので、この周辺回路領域のトランジスタの上面に水素浸入防止膜5Bを設けるようにしてもよい。また、エッチングストッパ膜5A及び水素浸入防止膜5Bは全領域で連続している必要はなく、間欠的に配置されていてもよいし、水素浸入防止膜5Bを設ける位置は、図1に示すように転送電極4Aと上層膜との間に設ける場合に限らず、場所によってはゲート絶縁膜の直上等であってもよい。
【0023】
図2は光導波路内に入射した光の反射経路を示す説明図であり、図2(A)は第1光導波部9Aに入射した光の様子を示し、図2(B)は第2光導波部9Bに入射した光の様子を示している。
まず、第1光導波部9A(プラズマ窒化シリコン膜)の屈折率はn=2.0であり、第2光導波部9Bの屈折率はn=1.7であり、また、層間絶縁膜6の屈折率はn=1.4である。
このような屈折率の関係により、図2(A)に示す第1光導波部9Aの表面から入射し、そのまま第1光導波部9Aと層間絶縁膜6との界面に到った光は、その入射角θ1、すなわち、この入射角と界面との法線のなす角θ1が臨界角以上である場合に、入射光は界面で反射するようになっている。
同様に第1光導波部9Aと第2光導波部9Bとの界面に到った光が両媒体の臨界角θ2以上である場合に全反射する。
【0024】
ここで、θ1とθ2を比較した場合に、次式(1)で表されるスネルの法則が成り立つ。
na・sin θa = nb・sin θb ……(1)
ただし、naは媒体aの屈折率、 sinθaは媒体aの屈折角、nbは媒体bの屈折率、sin θbは媒体bの屈折角である。また、例えばna>nbのとき、θbが90°を超えるときのθaが臨界角となる。
したがって、屈折率の関係からθ2のほうが大きいため、第1光導波部9Aから入射した光は入射角がθ2以上であれば層間絶縁膜6および第2光導波部9Bの界面において全反射し、フォトダイオード1に入射する。
【0025】
また、図2(B)に示すように、第2光導波部9Bより入射した光は第1光導波部9Aとの界面において屈折し、第1光導波部9A中を進み、第1光導波部9Aと層間絶縁膜6の界面で全反射し、第1光導波部9Aを経由して第2光導波部9Bに入り、さらに対向側の第1光導波部9Aとの界面において屈折し、対向側の第1光導波部9Aと層間絶縁膜6の界面で全反射し、これを繰り返してフォトダイオード1に入射する。
このような光の伝播の条件としては、スネルの法則から第1光導波部9Aの屈折率が第2光導波部9Bの屈折率より高く、かつ第2光導波部9Bと層間絶縁膜6との臨界角θ3以上の入射角が必要となる。
【0026】
次に、以上のような固体撮像素子の製造方法について説明する。
図3〜図5は、本例における各製造工程を示す断面図である。
まず、図3(A)において、従来と同様の工程で、Si基板20にフォトダイオード1や転送ゲート4等の各素子を形成し、さらにSi基板20の上にゲート絶縁膜2、転送電極4、下層の絶縁膜21等を形成する。
そして、その上層全面にエッチングストッパ膜5A及び水素浸入防止膜5Bとなる窒化シリコン膜5を形成する。なお、この窒化シリコン膜5は、孔部形成時のエッチング選択比を考慮して減圧CVDによる窒化シリコン膜を使用する。
【0027】
次に、図3(B)において、従来と同様の工程で、上層膜(層間絶縁膜6、プラグ7、配線8等)を形成する。なお、この際、窒化シリコン膜5の不要部を例えばプラグ7用コンタクトホール形成工程のドライエッチング等によって選択的に除去し、エッチングストッパ膜5Aと水素浸入防止膜5Bを形成する。なお、この窒化シリコン膜5のエッチングに際しては、CH2 F2 、CHF3 等の水素含有有機系ガスを使用する。
そして、上層膜にエッチングによって孔部6Aを形成する。この際、上層膜上にレジストパターニングを施し、エッチングストッパ膜5Aをストッパとした異方性ドライエッチングによって開口作業を行い、その後、レジストを除去し、エッチングストッパ膜5Aの光導波路に対応する部分を除去し、この部分のゲート絶縁膜2を露呈させる。
【0028】
次に、図4(C)に示すように、上層膜(絶縁膜6)の上面にプラズマCVDを施すことにより、プラズマ窒化シリコン膜9aを形成し、プラズマ窒化シリコンの一部を孔部6A内に埋め込み、第1光導波部9Aとなる部分を形成する。そして、この段階で水素雰囲気中でアニール処理を施す。これは、例えば400°Cで60分間を行う。これにより、水素をフォトダイオード1に供給する。
次に、図4(D)に示すように、プラズマ窒化シリコン膜9aの上からポリイミド膜9bを塗布し、プラズマ窒化シリコン膜9aの空洞部にポリイミドの第2光導波部9Bとなる部分を埋め込む。これは3000rpm、30秒間のスピンコートで塗布する。
次に、下地(酸化膜、窒化膜)との接着力を確保するため、窒素または空気雰囲気中で硬化処理を施す。これは、例えば300°Cから350°Cで60分間を行う。
【0029】
次に、図5(E)に示すように、上層膜(絶縁膜6)の上面に残ったプラズマ窒化シリコン膜9aとポリイミド膜9bをダウンフロープラズマエッチングにより除去し、上層膜(絶縁膜6)の上面までエッチバック処理してグローバル平坦化処理を施す。なお、ポリイミド膜9bにはフッ素系ガスを用い、プラズマ窒化シリコン膜9aにはCHF3 、Ar、O2 ガスを用いる。
この後、図5(F)に示すように、従来と同様の工程で、パッシベーション膜10、平坦化膜11、カラーフィルタ12、オンチップレンズ13を順次形成し、固体撮像素子を完成する。
【0030】
以上のような本例の固体撮像素子及びその製造方法では、以下のような効果を得ることができる。
(1)光導波路を構成する第2光導波部にポリイミド系樹脂を使用することにより、光導波部の埋込み性を向上でき、集光性の向上、感度特性バラツキの低減を図ることができる。特に、多層配線構造を有する固体撮像素子においては、多層配線化、多画素化に伴い、光導波路のアスペクト比が高くなるため、より顕著な効果を得ることができる。
(2)第2光導波部にポリイミド系樹脂を使用しても、第1光導波部としてプラズマ窒化シリコン膜を使用し、水素アニールを施すことによってポリイミドからの金属拡散による白点増加を抑制できる。
(3)第1光導波部となるプラズマ窒化シリコン膜の水素アニールによる水素供給効果に対し、トランジスタ領域上においては孔部形成用のエッチストッパ膜で用いるLP−窒化シリコン膜によって水素が吸収され、下層のトランジスタを保護できるため、トランジスタの信頼性(ホットキャリア耐性)の劣化を防止できる。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子及びその製造方法によれば、光導波路に設けられれる第1の高屈折率材に含有された水素を光電変換部側に放出させることにより、水素を含有した光電変換部とすることで、光導波路から光電変換部への金属拡散による白点増加を抑制でき、画質の向上を図ることができる効果がある。
また、光導波路の孔部の形成に用いるエッチングストッパ膜を光電変換部の受光領域以外の領域にも残すことで、光電変換部以外の領域への水素の浸入を防止でき、トランジスタ等の特性劣化を防止することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態例による固体撮像素子を示す断面図である。
【図2】図1に示す固体撮像素子の光導波路内に入射した光の反射経路を示す説明図である。
【図3】図1に示す固体撮像素子の各製造工程を示す断面図である。
【図4】図1に示す固体撮像素子の各製造工程を示す断面図である。
【図5】図1に示す固体撮像素子の各製造工程を示す断面図である。
【図6】従来の固体撮像素子の第1の例を示す断面図である。
【図7】従来の固体撮像素子の第1の例を示す断面図である。
【符号の説明】
1……フォトダイオード、2……ゲート絶縁膜、3……素子分離領域、4……転送ゲート、5……LP−窒化シリコン膜、5A……エッチングストッパ膜、5B……水素浸入防止膜、6……層間絶縁膜、7……プラグ、8……配線、9……光導波部、9A……第1光導波部(プラズマ窒化シリコン)、9B……第2光導波部(ポリイミド)、10……パッシベーション膜、11……平坦化膜、12……カラーフィルタ、13……マイクロレンズ、20……半導体基板。

Claims (18)

  1. 半導体基板に形成された光電変換部と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けられた上層膜と、前記上層膜の上面から前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜にかけて形成された孔部と、前記孔部内に埋め込まれた光導波部とを有し、
    前記光導波部は少なくとも水素を含有する第1の高屈折率材を有して形成され、
    前記光電変換部は水素雰囲気中の熱処理によって前記第1の高屈折率材から光電変換部側に放出された水素が含有され、
    前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜の上面に、前記上層膜に孔部をエッチングによって形成する際に用いるエッチングストッパ膜が設けられ、前記光導波部の第1の高屈折率材が前記エッチングストッパ膜に形成され開口部を通して前記ゲート絶縁膜に接触している、
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 前記エッチングストッパ膜が減圧CVDによって形成された窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  3. 前記エッチングストッパ膜を形成する窒化シリコン膜が前記半導体基板の受光領域以外の領域の一部または全体に設けられていることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  4. 前記半導体基板に複数のトランジスタが形成され、前記エッチングストッパ膜を形成する窒化シリコン膜の前記受光領域以外の領域に配置される窒化シリコン膜が、前記複数のトランジスタのうちの少なくとも一部または全部のトランジスタを覆う領域に設けられていることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  5. 前記エッチングストッパ膜を形成する窒化シリコン膜の前記受光領域以外の領域に配置される窒化シリコン膜が、少なくとも前記光電変換部の近傍に配置されるトランジスタを覆う領域に設けられていることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  6. 前記エッチングストッパ膜を形成する窒化シリコン膜の前記受光領域以外の領域に配置される窒化シリコン膜が、前記トランジスタのゲート電極と前記ゲート電極の上層に配置される配線層との中間に配置されていることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  7. 前記光導波部の第1の高屈折率材は上端側に開口した空洞部を有し、前記空洞部内に第2の高屈折率材を配置した構造を有するとともに、前記第1の高屈折率材の屈折率が前記第2の高屈折率材の屈折率よりも高く、前記第2の高屈折率材の屈折率が前記上層膜の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  8. 前記第2の高屈折率材が合成樹脂材であることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  9. 前記合成樹脂材がポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項記載の固体撮像素子。
  10. 半導体基板に形成された光電変換部と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して設けられた上層膜と、前記上層膜の上面から前記光電変換部の受光領域上のゲート絶縁膜にかけて形成された孔部と、前記孔部内に埋め込まれた光導波部とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
    前記上層膜に形成した孔部に、前記光導波部の少なくとも一部となる水素を含有する第1の高屈折率材を埋め込む工程と、
    前記第1の高屈折率材に水素雰囲気中の熱処理を施すことにより、前記第1の高屈折率材から光電変換部側に水素を放出させる工程と、
    前記光電変換部及びゲート絶縁膜を形成した半導体基板上にエッチングストッパ膜を形成する工程と、
    前記エッチングストッパ膜上に前記上層膜を形成する工程と、
    前記上層膜にエッチングを施すことにより前記孔部を形成する工程と、
    前記孔部の底部に残ったエッチングストッパ膜を除去する工程と、
    を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
  11. 前記エッチングストッパ膜を窒化シリコンの減圧CVDによって形成することを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子の製造方法。
  12. 前記エッチングストッパ膜を形成する窒化シリコン膜を前記半導体基板の受光領域以外の領域に残すことを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子の製造方法。
  13. 前記受光領域以外の領域に残す窒化シリコン膜を、前記半導体基板に形成された複数のトランジスタのうちの少なくとも一部または全部のトランジスタを覆う領域に残すことを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子の製造方法。
  14. 前記受光領域以外の領域に残す窒化シリコン膜を、少なくとも前記光電変換部の近傍に配置されるトランジスタを覆う領域に残すことを特徴とする請求項13記載の固体撮像素子の製造方法。
  15. 前記受光領域以外の領域に残す窒化シリコン膜を、前記トランジスタのゲート電極と前記ゲート電極の上層に配置される配線層との中間に配置することを特徴とする請求項12記載の固体撮像素子の製造方法。
  16. 前記光導波部の第1の高屈折率材には上端側に開口した空洞部が形成され、前記空洞部内に第2の高屈折率材を配置する工程を有するとともに、前記第1の高屈折率材の屈折率が前記第2の高屈折率材の屈折率よりも高く、前記第2の高屈折率材の屈折率が前記上層膜の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項10記載の固体撮像素子の製造方法。
  17. 前記第2の高屈折率材を合成樹脂材より形成することを特徴とする請求項16記載の固体撮像素子の製造方法。
  18. 前記合成樹脂材がポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項17記載の固体撮像素子の製造方法。
JP2002373745A 2002-12-13 2002-12-25 固体撮像素子及びその製造方法 Expired - Fee Related JP4117545B2 (ja)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373745A JP4117545B2 (ja) 2002-12-25 2002-12-25 固体撮像素子及びその製造方法
TW092135207A TWI236767B (en) 2002-12-13 2003-12-12 Solid-state image pickup device and its manufacturing method
KR1020117001532A KR101089684B1 (ko) 2002-12-13 2003-12-12 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
CN 200910132130 CN101540335B (zh) 2002-12-13 2003-12-12 固态成像装置及其制造方法
PCT/JP2003/015939 WO2004055898A1 (ja) 2002-12-13 2003-12-12 固体撮像素子およびその製造方法
KR1020117001529A KR20110015473A (ko) 2002-12-13 2003-12-12 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
KR1020117001531A KR20110011751A (ko) 2002-12-13 2003-12-12 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
KR1020057010687A KR20050085579A (ko) 2002-12-13 2003-12-12 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
US10/538,943 US7442973B2 (en) 2002-12-13 2003-12-12 Solid-state imaging device and production method therefor
CN2008101710233A CN101425524B (zh) 2002-12-13 2003-12-12 固态成像装置及其制造方法
US12/127,434 US7842986B2 (en) 2002-12-13 2008-05-27 Solid-state imaging device and method for fabricating the same related application data

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002373745A JP4117545B2 (ja) 2002-12-25 2002-12-25 固体撮像素子及びその製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007325614A Division JP4900228B2 (ja) 2007-12-18 2007-12-18 固体撮像素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004207433A JP2004207433A (ja) 2004-07-22
JP4117545B2 true JP4117545B2 (ja) 2008-07-16

Family

ID=32811942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002373745A Expired - Fee Related JP4117545B2 (ja) 2002-12-13 2002-12-25 固体撮像素子及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4117545B2 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294749A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Sony Corp 固体撮像素子

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006222270A (ja) * 2005-02-10 2006-08-24 Sony Corp 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法
JP4340248B2 (ja) * 2005-03-17 2009-10-07 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体撮像装置を製造する方法
KR100687102B1 (ko) 2005-03-30 2007-02-26 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법.
KR100730471B1 (ko) * 2005-12-29 2007-06-19 매그나칩 반도체 유한회사 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법
JP2008166677A (ja) 2006-12-08 2008-07-17 Sony Corp 固体撮像装置とその製造方法並びにカメラ
US7973271B2 (en) 2006-12-08 2011-07-05 Sony Corporation Solid-state image pickup device, method for manufacturing solid-state image pickup device, and camera
KR100835114B1 (ko) * 2007-04-17 2008-06-05 동부일렉트로닉스 주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
JP2008270457A (ja) * 2007-04-19 2008-11-06 Sharp Corp 固体撮像素子及びその製造方法
US7822300B2 (en) * 2007-11-20 2010-10-26 Aptina Imaging Corporation Anti-resonant reflecting optical waveguide for imager light pipe
US8395686B2 (en) 2007-12-06 2013-03-12 Sony Corporation Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera
JP5374916B2 (ja) * 2008-04-23 2013-12-25 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法、カメラ
KR100965218B1 (ko) 2007-12-27 2010-06-22 주식회사 동부하이텍 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 및 씨모스 이미지 센서
JP4697258B2 (ja) 2008-05-09 2011-06-08 ソニー株式会社 固体撮像装置と電子機器
JP2010123745A (ja) * 2008-11-19 2010-06-03 Sony Corp 固体撮像装置、カメラ
JP5423042B2 (ja) * 2009-02-25 2014-02-19 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP5975617B2 (ja) 2011-10-06 2016-08-23 キヤノン株式会社 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ
JP6151499B2 (ja) * 2012-09-11 2017-06-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像装置およびその製造方法
JP6444066B2 (ja) * 2014-06-02 2018-12-26 キヤノン株式会社 光電変換装置および撮像システム
JP2017130693A (ja) * 2017-04-13 2017-07-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 撮像装置およびその製造方法
JP6645527B2 (ja) 2018-02-27 2020-02-14 セイコーエプソン株式会社 透過型液晶表示装置、および電子機器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294749A (ja) * 2004-04-05 2005-10-20 Sony Corp 固体撮像素子
JP4556475B2 (ja) * 2004-04-05 2010-10-06 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004207433A (ja) 2004-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4117545B2 (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
JP4900228B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
US10367030B2 (en) Photoelectric conversion device and method for producing photoelectric conversion device
KR101089684B1 (ko) 고체 촬상 소자 및 그 제조방법
US8237237B2 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP5364989B2 (ja) 固体撮像装置およびカメラ
JP5241902B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP5783741B2 (ja) 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法
US8816413B2 (en) Semiconductor imaging device with which semiconductor elements of pixel area and other areas has same characteristics
JP5709564B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP5921129B2 (ja) 固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法
US20070212804A1 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing thereof
JP2008091771A (ja) 固体撮像装置およびその製造方法
JP4556475B2 (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
KR100536809B1 (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP2011023481A (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
US9391227B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2009194145A (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
JP2010087441A (ja) 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法
KR100791011B1 (ko) 내부렌즈를 포함하는 이미지 소자 및 그 제조방법
KR20070035206A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
JP7008054B2 (ja) 光電変換装置および機器
JP2008270457A (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
JP2017220620A (ja) 固体撮像装置の製造方法
JP5329001B2 (ja) 半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040427

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071019

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080327

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080409

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4117545

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110502

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110502

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120502

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120502

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130502

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140502

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees