JP4500667B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に係り、特に微細構造をもつ固体撮像素子の信頼性の向上に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to improving the reliability of a solid-state imaging device having a fine structure.
エリアセンサ等の撮像デバイスであるCCDを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。 A solid-state imaging device using a CCD, which is an imaging device such as an area sensor, has, as a basic structure, a photoelectric conversion unit such as a photodiode, a charge readout unit from the photoelectric conversion unit, and a charge transfer for transferring the readout charge. And a charge transfer portion including an electrode. A plurality of these charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer channel formed on the surface of the semiconductor substrate, and are sequentially driven by a clock signal.
近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。 In recent years, in a solid-state imaging device, pixel miniaturization has progressed due to an increase in the number of imaging pixels. Along with this, miniaturization of the photoelectric conversion part has progressed and it has become difficult to maintain high sensitivity.
そこで、開口部周辺に到達した光を効率よく光電変換部に集光するための種々の方法が提案されている。 Therefore, various methods for efficiently condensing the light that has reached the periphery of the opening on the photoelectric conversion unit have been proposed.
例えば、受光部の直上位置の平坦化膜に孔部を形成し、その後、高屈折率材料を孔部に埋め込むことにより、光導波路を形成し、光導波路となる高屈折率膜と平坦化膜との界面で光を全反射させて、受光部に取り込む技術が開示されている。また特許文献1では、基板に形成された受光部と、前記基板上に形成された層間膜内に、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記受光部へ導く光導波路を有するように構成された固体撮像装置において、光導波路と前記層間膜の間に、間隙を形成し、導光機能をさらに向上するようにした構造が提案されている(例えば特許文献1)
For example, an optical waveguide is formed by forming a hole in the planarizing film immediately above the light receiving unit, and then embedding a high refractive index material in the hole, and the high refractive index film and the planarizing film that become the optical waveguide A technique is disclosed in which light is totally reflected at the interface with the light and taken into the light receiving unit. Also, in
しかしながら、間隙を形成するに際し、精度よく微細な間隙を形成するのは極めて困難であり、微細化には限界があった。また上層の層内レンズなどを形成する際に、間隙がつぶれてしまうという問題もあった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、入射光の染みだしを低減し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
However, when forming the gap, it is extremely difficult to form a fine gap with high accuracy, and there is a limit to miniaturization. There is also a problem that the gap is collapsed when forming an upper layer inner lens or the like.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device with excellent optical characteristics by further improving the light collection efficiency even when miniaturized, reducing the oozing of incident light. And
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that is easy to manufacture and highly reliable.
本発明の固体撮像素子は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する柱状の第1の透光性膜と、前記第1の透光性膜の周囲に形成されたアスペクト比1.5以上の溝に形成され、ボイド層を有する第2の透光性膜とを具備し、前記ボイド層は、前記溝に、水平面に比べて垂直面の成膜速度が小さくなる条件で前記第2の透光性膜を成膜することにより形成されたものである。
この構成により、ボイド層を低屈折率のエアギャップ層として用いているため、極めて小さな幅のエアギャップ層となり、機械的強度が向上するとともに、埋まることもなく確実にエアギャップ層を確保することができる。また位置精度も高く、固体撮像素子の微細化が可能となる。また、作業性よく第2の透光性膜にボイドを形成することができる。
The solid-state imaging device according to the present invention includes a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers a charge generated in the photoelectric conversion unit, and confines and propagates incident light to transmit the photoelectric conversion unit. A solid-state imaging device having an optical waveguide guided to a conversion unit, wherein the optical waveguide is formed on the photoelectric conversion unit, has a predetermined refractive index, and has a columnar first translucency having a light guiding function A film and a second light-transmitting film having a void layer formed in a groove having an aspect ratio of 1.5 or more formed around the first light-transmitting film , In the groove, the second light-transmitting film is formed under the condition that the film forming speed on the vertical plane is lower than that on the horizontal plane .
With this configuration, since the void layer is used as an air gap layer with a low refractive index, the air gap layer has an extremely small width, improving the mechanical strength and ensuring the air gap layer without being buried. Can do. Also, the positional accuracy is high, and the solid-state imaging device can be miniaturized. In addition, a void can be formed in the second light-transmitting film with good workability.
また本発明の固体撮像素子は、前記第1の透光性膜は前記第2の透光性膜よりも高屈折率の材料で構成されたものを含む。
この構成により、より集光率を高めることができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the first light-transmitting film includes a material having a higher refractive index than that of the second light-transmitting film.
With this configuration, the light collection rate can be further increased.
また本発明の固体撮像素子は、前記第1の透光性膜は窒化シリコン膜であり、第2の透光性膜は酸化シリコン膜であるものを含む。
この構成により、高屈折率材料である窒化シリコンの周りに、ボイド層をもつ酸化シリコン膜が形成されているためより集光率を高めることができる。ここで異方性プロセスとは、スパッタリング法、熱CVD法、プラズマCVD(PECVD)法などがあげられる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the first light-transmitting film is a silicon nitride film and the second light-transmitting film is a silicon oxide film.
With this configuration, since a silicon oxide film having a void layer is formed around silicon nitride which is a high refractive index material, the light collection rate can be further increased. Here, examples of the anisotropic process include sputtering, thermal CVD, and plasma CVD (PECVD).
また本発明の固体撮像素子は、前記第1の透光性膜が、上面が凸レンズ形状をなすように形状加工されているものを含む。
この構成により、チップオンレンズが不要となり、さらなる小型化、薄型をはかることができ、より集光性の高い固体撮像素子を形成することができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the first light-transmitting film includes a shape processed so that the upper surface has a convex lens shape.
With this configuration, a chip-on lens is not necessary, and further downsizing and thinning can be achieved, so that a solid-state imaging device with higher light collecting property can be formed.
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域に柱状の第1の透光性膜を形成するとともに、前記第1の透光性膜の周囲にアスペクト比1.5以上の溝を形成する工程と、前記溝に、水平面に比べて垂直面での成膜速度が小さくなる条件で、ボイド層を残しつつ第2の透光性膜を成膜する工程とを含む。
この構成により、間隙に異方性をもつような成膜条件で第2の透光性膜を成膜するようにしているため、精度よく微細なボイド層(エアギャップ層)を形成することができる。
The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention includes a step of forming, on a semiconductor substrate, a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, Forming a columnar first translucent film in a region corresponding to a light receiving region of the photoelectric conversion unit, and forming a groove having an aspect ratio of 1.5 or more around the first translucent film; And a step of forming a second light-transmitting film in the groove while leaving a void layer under a condition that a film forming speed on a vertical plane is lower than a horizontal plane.
With this configuration, the second light-transmitting film is formed under film-forming conditions such that the gap has anisotropy, so that a fine void layer (air gap layer) can be accurately formed. it can.
また本発明の固体撮像素子の製造方法は前記第2の透光性膜を成膜する工程は、スパッタリング工程であるものを含む。
スパッタリング工程は、水平面に比べて垂直面の被覆性が悪いため、効率よくボイド層を形成することができる。
In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of forming the second light-transmitting film includes a sputtering step.
In the sputtering process, since the coverage of the vertical surface is poor compared to the horizontal surface, the void layer can be formed efficiently.
また本発明の固体撮像素子の製造方法は前記第2の透光性膜を成膜する工程は、CVD工程であるものを含む。
条件を選択することにより、水平面に比べて垂直面の被覆性が悪くなるようにすることができるため、効率よくボイド層を形成することができる。熱CVD法あるいはプラズマCVD法等を用いるのが望ましい。
In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of forming the second light-transmitting film includes a CVD step.
By selecting the conditions, it is possible to make the coverage of the vertical plane worse than the horizontal plane, so that the void layer can be formed efficiently. It is desirable to use a thermal CVD method or a plasma CVD method.
また本発明の固体撮像素子の製造方法は前記第1の透光性膜上にカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成する工程を含むものを含む。
この方法によれば、効率よく光学系を積層することができる。
Moreover, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention includes what includes the process of forming a color filter and a micro lens on a said 1st translucent film | membrane.
According to this method, it is possible to efficiently stack the optical systems.
また本発明の固体撮像素子は、光電変換部の受光領域に開口部を有する遮光膜で被覆され、前記開口部が、第1の透光性膜としての柱状単層構造の高屈折率膜で覆われており、前記高屈折率膜の周りは、前記高屈折率膜よりも屈折率が低く、表面を平坦化された絶縁膜で被覆されているようにしてもよい。
この構成により、開口部が単層構造の高屈折率膜で覆われているため、長波長領域の光も効率よく受光領域に集光することができ、低照度時の感度低下が少ない上、斜め入射光の場合にも、絶縁膜と高屈折率膜との界面で全反射が生じ、入射光の大半がフォトダイオード上に集光される。また形状も簡単であり、小型化をはかることができる。更には絶縁膜表面が平坦化されているため、この上層に配線が形成される場合にもパターン精度の低下を招くことなく形成することができる。
The solid-state imaging device of the present invention is covered with a light-shielding film having an opening in the light receiving region of the photoelectric conversion unit, and the opening is a high refractive index film having a columnar single layer structure as a first light-transmitting film. The periphery of the high refractive index film may be covered with an insulating film having a lower refractive index than the high refractive index film and having a planarized surface.
With this configuration, the opening is covered with a high refractive index film having a single layer structure, so that light in a long wavelength region can also be efficiently collected in the light receiving region, and there is little decrease in sensitivity at low illuminance. Even in the case of oblique incident light, total reflection occurs at the interface between the insulating film and the high refractive index film, and most of the incident light is collected on the photodiode. Further, the shape is simple, and the size can be reduced. Furthermore, since the surface of the insulating film is flattened, even when a wiring is formed in this upper layer, it can be formed without causing a decrease in pattern accuracy.
また第1の透光性膜として、プラズマCVD法で形成された窒化シリコン膜を用いることにより、屈折率1.9以上の高屈折率膜を得ることができる。 Further, a high refractive index film having a refractive index of 1.9 or more can be obtained by using a silicon nitride film formed by plasma CVD as the first light-transmitting film.
また遮光膜としてはタングステン膜を用いるのが望ましく、この構成により周辺回路部の局所配線パターンを兼ねることもでき、遮光性が高く低抵抗の配線パターンを同一工程で形成することができる。 Further, it is desirable to use a tungsten film as the light shielding film. With this structure, it is possible to serve as a local wiring pattern of the peripheral circuit portion, and a wiring pattern having a high light shielding property and a low resistance can be formed in the same process.
以上説明したように本発明では、導波路内に導かれた入射光が、エアギャップであるボイド層の界面で全反射あるいは、染みだしを低減することができることで、集光率が向上し、長波長領域の光も効率よく受光領域に集光することができ、低照度時あるいは斜め入射光である場合にも、入射光の大半がフォトダイオード上に集光される。また形状も簡単であり、小型化が可能となる。従って、高速シャッターを用いることが可能となり、手ぶれ、被写体ぶれの少ない画像を得ることができる。 As described above, in the present invention, the incident light guided into the waveguide can reduce total reflection or bleeding at the interface of the void layer that is an air gap, thereby improving the light collection rate, Light in the long wavelength region can also be efficiently collected on the light receiving region, and most of the incident light is collected on the photodiode even at low illumination or obliquely incident light. In addition, the shape is simple and downsizing is possible. Accordingly, a high-speed shutter can be used, and an image with less camera shake and subject blur can be obtained.
次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態1)
この固体撮像素子は、図1および図2に、断面図およびその要部拡大図を示すように、表面にpウェル(図示せず)、およびn型半導体層(図示せず)が形成されたシリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される複数の電荷転送電極3(3a、3b)が、ゲート酸化膜2上に所定の間隔で形成された電極間絶縁膜4によって複数の電荷転送電極に分離形成されるとともに、光電変換部としてのフォトダイオード30の受光領域に開口を有する遮光膜7で被覆した固体撮像素子であって、前記開口部が、窒化シリコンとこの上層に形成されたBPSG膜からなる柱状構造の高屈折率膜からなる第1の透光性膜20で覆われており、この第1の透光性膜20の周りは、前記第1の透光性膜20よりも屈折率が低く、ボイド層gを有する窒化シリコン膜からなる第2の透光性膜9で被覆されていることを特徴とする。
(Embodiment 1)
This solid-state imaging device has a p-well (not shown) and an n-type semiconductor layer (not shown) formed on the surface thereof as shown in FIG. 1 and FIG. A plurality of charge transfer electrodes 3 (3a, 3b) arranged on the surface of the
このボイド層を有する窒化シリコン膜は、柱状の高屈折率膜からなる第1の透光性膜20の周りに形成した溝T内に常圧CVD法により形成したNSG膜であり、例えば、N2希釈のSiH4ガスと酸素ガスをそれぞれ900ccm、800ccm流すとともにディスパージョンヘッド排気圧70から150Pa、筐体排気圧5〜15Pa、サセプタ温度380〜450℃で成膜することにより、水平面での成膜速度が垂直面での成膜速度に対して十分に大きく、ボイド層をもつように形成される。このとき溝のアスペクト比もボイド層の形成に大きく影響するため、1.5以上程度とするのが望ましい。他の領域については、通例の固体撮像素子と同様に形成される。
The silicon nitride film having the void layer is an NSG film formed by atmospheric pressure CVD in the trench T formed around the first light-transmitting
この第1の透光性膜20の上層は、プラズマCVD法によって形成された窒化シリコン膜からなり、表面が凸形状のレンズ10を構成しており、その周辺は透光性の有機膜からなる平坦化膜70で被覆されている。
The upper layer of the first
なお平面図は省略するが、シリコン基板1には、複数のフォトダイオード30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード30の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送部40によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。
Although a plan view is omitted, a plurality of
なお、pウェルの形成されたシリコン基板1内には、pn接合を備えたフォトダイオード30、電荷転送チャネル、チャネルストップ領域、電荷読み出し領域が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜3と電荷転送電極3(電荷転送部40)が形成される。ここでゲート酸化膜は熱酸化によって形成された酸化シリコン膜と減圧CVD法によって形成された窒化シリコン膜と、熱酸化法によって形成されたHTO膜との3層膜で構成される。
A
また、電荷転送電部40は、図2に要部拡大図を示すように、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、電荷転送電極を構成する第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aからなる第1の電極、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bからなる第2の電極が酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜4を介して積層され、多層電極構造を構成している。
Further, as shown in an enlarged view of the main part of the
そしてこの第2の電極の上層に酸化シリコン膜5を介して膜厚30nmの窒化シリコン膜6が形成され、この上層に膜厚50nmのHTO膜6Sが形成されている。このHTO薄膜6Sはシンター時にフォトダイオード(部)30に水素を供給する経路を形成するための膜である。そしてこの上層はスパッタリング法により形成された膜厚50nmのチタンナイトライド層7Sを介して遮光層として、膜厚200nmのタングステン薄膜7が形成されている。
A
このように固体撮像素子の上方には、フォトダイオード30に相当する領域に開口を形成した遮光膜7が設けられており、酸化シリコン膜からなる絶縁膜21を介して、フォトダイオード領域には高屈折率膜である第1の透光性膜20が柱状に形成されこの周りをボイド層gを有する第2の透光性膜9で囲まれている。そして上層は層内凸レンズ10、平坦化膜70を介してカラーフィルタ50、マイクロレンズ60が設けられる。これらについては通例のものと同様であるので説明を省略する。
As described above, the light-shielding
なおここで第1の透光性膜は窒化シリコンとBPSG膜の2層膜で構成したが、窒化シリコン膜を成膜後エッチバック工程あるいはCMP工程によって平坦化してもよい。 Here, the first light-transmitting film is composed of a two-layer film of silicon nitride and a BPSG film, but it may be planarized by an etch-back process or a CMP process after the silicon nitride film is formed.
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。前記実施の形態では2層電極構造をもつ電荷転送素子について説明したが、本実施の形態では単層電極構造の電荷転送素子について説明する。この固体撮像素子は、図3に、要部断面図を示すように、電荷転送電極が第1の電極としての第1層アモルファスシリコン層3aと第2の電極としての第2層アモルファスシリコン層3bとがゲート酸化膜2上に並置された構造を有しており、電荷転送電極表面が平坦な構造を有している点で実施の形態1と異なっているが基本的には同様の構造を有している。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, a charge transfer element having a two-layer electrode structure has been described. In this embodiment, a charge transfer element having a single-layer electrode structure will be described. In this solid-state imaging device, as shown in a cross-sectional view of the main part in FIG. 3, the charge transfer electrode is a first
そして、シリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される複数の電荷転送電極(3a、3b)が、ゲート酸化膜2上に所定の間隔で形成された電極間絶縁膜4によって複数の電荷転送電極に分離形成されるとともに、光電変換部としてのフォトダイオード30の受光領域に開口を有する遮光膜7で被覆した固体撮像素子であって、前記開口部が、柱状単層構造の高屈折率膜である窒化シリコン膜からなる第1の透光性膜20で覆われており、この第1の透光性膜20の周りは、前記第1の透光性膜20よりも屈折率が低く、ボイド層gを有する酸化シリコン膜からなる第2の透光性膜9で被覆されていることを特徴とする。他の領域については、通例の固体撮像素子と同様である。
A plurality of charge transfer electrodes (3a, 3b) arranged on the surface of the
次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
まず、通常の方法で単層電極構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚25nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
Next, the manufacturing process of this solid-state image sensor will be described.
First, a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure is formed by a normal method. That is, a 25-nm-thick silicon oxide film, a 50-nm-thick silicon nitride film, and a 10-nm-thick silicon oxide film are formed on the surface of an n-
続いて、このゲート酸化膜2上に、PH3とN2とSiH4を用いた減圧CVD法により、膜厚0.25μmのリンドープの第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は500〜600℃とする。
Subsequently, a phosphorus-doped first layer doped
この後、フォトリソグラフィにより第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aをパターニングし、第1の電極を形成し、この第1の電極表面を熱酸化することにより膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜4aを形成する。このパターニングに際してはHBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第1の電極および周辺回路の配線を形成する。ここではECR (電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
Thereafter, the first layer doped
そしてこの上層に同様にしてPH3とN2とSiH4を用いた減圧CVD法により、膜厚0.6μmのリンドープの第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを形成し、CMP(化学的機械研磨)法を用いて平坦化を行い、ゲート酸化膜2上に第1および第2の電極が並置された第2の電極を形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜4bを形成する。このとき、第1層ドープトアモルファスシリコン膜3a上が過度に酸化されないように窒化シリコン膜で被覆しておくようにするのが望ましい。
Similarly, a 0.6 μm-thick phosphorus-doped second-layer doped
そして、フォトダイオード上の窒化シリコン膜を除去した後、この上層にHTO薄膜10nmを減圧CVD法により成膜し、さらにCVD法により膜厚30nmの窒化シリコン膜からなる反射防止膜5を形成し、これをパターニングする(図4(a))。
Then, after removing the silicon nitride film on the photodiode, an HTO thin film of 10 nm is formed on this upper layer by a low pressure CVD method, and further, an
続いて、そしてこの上層にCVD法により酸化シリコン膜7を形成し(図4(b))、さらに密着性層8としてのチタンナイトライド層、遮光層7としてのタングステン膜を形成する(図4(c))。
Subsequently, a
そして図5(d)に示すように、ポジレジストR1を厚さ0.5〜1.4μmとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンR1を形成する。 Then, as shown in FIG. 5D, a positive resist R1 is applied so as to have a thickness of 0.5 to 1.4 μm, exposed using a desired mask by photolithography, developed and washed with water. A pattern R1 is formed.
そしてこのレジストパターンR1をマスクとして遮光膜7および密着性層8のパターニングを行う。
そしてレジストパターンR1を酸素プラズマを用いてアッシングする(図5(e))。
Then, the
Then, the resist pattern R1 is ashed using oxygen plasma (FIG. 5E).
この後、図6(f)に示すように、遮光膜の変質防止用としてSiH4ガスを用いたPECVD法により、膜厚100nmの酸化シリコン膜22aを形成する。
この後、図6(g)に示すように、常圧熱CVD法により、膜厚300nmのBPSG膜22bを形成し、炉アニールにより800〜850℃に加熱し、表面を平坦化する。
Thereafter, as shown in FIG. 6F, a
Thereafter, as shown in FIG. 6G, a
この後、図7(h)に示すように、フォトリソグラフィによりBPSG膜22bを、エッジが電荷転送電極上に位置するようにパターニングしたのち、さらに酸化シリコン膜22aなどをエッチングし、フォトダイオード表面では反射防止膜5をエッチングストッパとしてエッチングを行なう。このときエッチングはC4F6を用いた高密度プラズマによりエッチングを行なう。
Thereafter, as shown in FIG. 7 (h), after patterning the
そして、図7(i)に示すように、プラズマCVD法により窒化シリコン膜からなる第1の透光性膜20を成膜後エッチバックあるいはCMPにより平坦化し、フォトダイオード上の開口部に充填する。また、プラズマCVD法により窒化シリコンを形成した後塗布膜を形成してもよい。
Then, as shown in FIG. 7 (i), a first light-transmitting
この後、図8(j)に示すように、フォトリソグラフィによりレジストパターンR2を形成する。そして、このレジストパターンR2をマスクとして図8(k)に示すように、BPSG膜22bおよび酸化シリコン膜22aを窒化シリコン膜からなる第1の透光性膜に対してエッチング選択比の高いエッチング条件でエッチングし、溝Tを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 8J, a resist pattern R2 is formed by photolithography. Then, as shown in FIG. 8 (k), using this resist pattern R2 as a mask, the
この後、図9(l)に示すように、プラズマCVD法によりボイド層gを形成しつつ第2の透光性膜として酸化シリコン膜9を形成する。このとき、成膜条件は、TEOS:1.2〜1.5ml/min、N2O:5〜10SLM、O2:0〜5SLM、サセプタ温度:300〜420℃、圧力:1.0〜3.0Torr、高周波RF(13.56MHz) :0〜1.0kW、低周波RF(50〜500kW) :0〜1.0kWとした。
Thereafter, as shown in FIG. 9L, the
最後に、図9(m)に示すように、レジストエッチバックまたはCMPにより表面の平坦化を行う。
このようにして、固体撮像素子を形成した後、カラーフィルタ、マイクロレンズなどを形成して、固体撮像素子が完成する。
Finally, as shown in FIG. 9M, the surface is flattened by resist etch back or CMP.
Thus, after forming a solid-state image sensor, a color filter, a microlens, etc. are formed, and a solid-state image sensor is completed.
この方法によれば、プラズマCVD法により、トレンチT内に酸化シリコン膜を形成することにより、ボイド層を形成し、このボイド層をエアギャップとして用いるようにしており、極めて小さなボイド層を精度よく形成することができる上、機械的強度も高く埋まることもない。 According to this method, a void layer is formed by forming a silicon oxide film in the trench T by plasma CVD, and this void layer is used as an air gap. An extremely small void layer is accurately formed. It can be formed and has high mechanical strength and is not buried.
このようにして周囲にエアギャップをもつ高屈折率膜が受光部に形成され、集光効率の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
また表面が平坦で、配線の形成も容易であり、製造が容易で信頼性の高いものとなっている。
また、一連の製造工程が効率化され製造コストの低減が容易になる。
In this way, a high refractive index film having an air gap around it is formed on the light receiving portion, and it is possible to provide a solid-state imaging device with high light collection efficiency.
Further, the surface is flat, the wiring can be easily formed, and the manufacturing is easy and the reliability is high.
In addition, a series of manufacturing processes is made efficient, and manufacturing costs can be easily reduced.
また前記実施の形態では、電極を形成する導電性膜としてドープトアモルファスシリコン層をアニールすることによって形成したドープトポリシリコン膜を用いたが、ノンドープのアモルファスシリコン層を成膜し、成膜後ドーピングを行なうようにしてもよい。 In the above-described embodiment, a doped polysilicon film formed by annealing a doped amorphous silicon layer is used as a conductive film for forming an electrode. However, a non-doped amorphous silicon layer is formed and then formed. Doping may be performed.
なお、ボイド層をもつ第2の透光性膜の形成は、常圧CVD、プラズマCVDに限定されることなく、スパッタリング法を用いて酸化シリコン膜を形成するなどの方法をとるようにしてもよい。また酸化シリコン膜以外にも酸化アルミニウムなどを用いるようにしてもよいが、後続の平坦化処理工程において下地の間隙が露出する虞がある場合もある。 Note that the formation of the second light-transmitting film having a void layer is not limited to atmospheric pressure CVD and plasma CVD, and a method such as forming a silicon oxide film using a sputtering method may be employed. Good. In addition to the silicon oxide film, aluminum oxide or the like may be used, but in some cases, the underlying gap may be exposed in the subsequent planarization process.
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately made within the scope of the technical idea of the present invention.
以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。 As described above, the solid-state imaging device of the present invention can increase the light collection efficiency even when miniaturized, and can be miniaturized and easily manufactured. It is extremely effective as a small-sized image sensor.
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 電荷転送電極
3a 第1層アモルファスシリコン膜
3b 第2層アモルファスシリコン膜
4 電極間絶縁膜
5 反射防止膜
6 窒化シリコン膜
7 遮光膜
9 第2の透光性膜
R1 レジストパターン
R2 レジストパターン
10 レンズ
20 第1の透光性膜(高屈折率膜)
30 フォトダイオード
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 平坦化層
DESCRIPTION OF
30
Claims (8)
前記光導波路は、
前記光電変換部上に形成され、所定の屈折率を有し、導光機能を有する柱状の第1の透光性膜と、
前記第1の透光性膜の周囲に形成されたアスペクト比1.5以上の溝に形成され、ボイド層を有する第2の透光性膜とを具備し、
前記ボイド層は、前記溝に、水平面に比べて垂直面の成膜速度が小さくなる条件で前記第2の透光性膜を成膜することにより形成されたものである固体撮像素子。 A photoelectric transfer unit, and a charge transfer unit including a charge transfer electrode configured to transfer charges generated in the photoelectric conversion unit, and having an optical waveguide that confines and propagates incident light and guides the light to the photoelectric conversion unit A solid-state imaging device,
The optical waveguide is
A columnar first light-transmitting film formed on the photoelectric conversion unit, having a predetermined refractive index and having a light guiding function;
A second translucent film having a void layer formed in a groove having an aspect ratio of 1.5 or more formed around the first translucent film ;
The void layer is formed by forming the second light-transmitting film in the groove under a condition that a film forming speed on a vertical plane is lower than a horizontal plane .
前記第1の透光性膜は前記第2の透光性膜よりも高屈折率の材料で構成された固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The first light-transmitting film is a solid-state imaging device made of a material having a higher refractive index than that of the second light-transmitting film.
前記第1の透光性膜は、窒化シリコン膜であり、前記第2の透光性膜は酸化シリコン膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
The first light-transmitting film is a silicon nitride film, and the second light-transmitting film is a silicon oxide film.
前記第1の透光性膜は、上面が凸レンズ形状をなすように形状加工されたものである固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
The first light-transmitting film is a solid-state imaging device having a shape processed so that an upper surface forms a convex lens shape.
前記光電変換部の受光領域に相当する領域に柱状の第1の透光性膜を形成するとともに、前記第1の透光性膜の周囲にアスペクト比1.5以上の溝を形成する工程と、
前記溝に、水平面に比べて垂直面の成膜速度が小さくなる条件で、ボイド層を残しつつ第2の透光性膜を成膜する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 Forming a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit on a semiconductor substrate;
Forming a columnar first translucent film in a region corresponding to a light receiving region of the photoelectric conversion unit, and forming a groove having an aspect ratio of 1.5 or more around the first translucent film; ,
And a step of forming a second light-transmitting film while leaving a void layer under a condition that a film forming speed on a vertical surface is lower than a horizontal surface in the groove .
前記第2の透光性膜を成膜する工程は、スパッタリング工程である固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 5 ,
The step of forming the second translucent film is a method for manufacturing a solid-state imaging device, which is a sputtering step.
前記第2の透光性膜を成膜する工程は、CVD工程である固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 5 ,
The step of forming the second translucent film is a method for manufacturing a solid-state imaging device, which is a CVD step.
前記第1の透光性膜上にカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 5 to 7 ,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of forming a color filter and a microlens on the first translucent film.
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