JP4556475B2 - Solid-state imaging device and manufacturing method thereof - Google Patents
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本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に係わる。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same .
従来から、固体撮像素子における感度の向上を目的として、様々な提案がなされている。 Conventionally, various proposals have been made for the purpose of improving sensitivity in a solid-state imaging device.
その1つとして、受光部の直上の位置に孔部を形成し、この孔部内に高屈折率材料を充填して導波路構造とした構成が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
As one of them, a configuration is proposed in which a hole is formed at a position immediately above the light receiving portion, and a high refractive index material is filled in the hole to form a waveguide structure (for example,
この導波路構造を設けた固体撮像素子の概略断面図を図4に示す。
シリコン基板等の半導体基体51の素子分離層53によって分離された領域に、受光部(フォトダイオード)52が形成されている。
この受光部(フォトダイオード)52の左側の半導体基体51上には、ゲート絶縁膜54を介して転送ゲート電極55が形成されている。
また、コンタクト層(導電プラグ)57を介して半導体基体51に接続された、2層の配線層58が設けられている。
これら2層の配線層58は、絶縁層59により覆われている。
この絶縁層59の上に、パッシベーション膜(保護膜)61、平坦化膜62、カラーフィルタ63、オンチップレンズ64が形成されている。
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device provided with this waveguide structure.
A light receiving portion (photodiode) 52 is formed in a region separated by the
A
A two-
These two
On this
そして、受光部(フォトダイオード)52の上方において、絶縁層59に形成された孔部内に、高屈折率材料層60が充填されて、詳細を後述するように、導波路を構成している。
なお、図中56は、エッチングストッパ膜であり、絶縁層59に孔部を形成するエッチングの際のエッチングストッパとなるものである。
Then, above the light receiving portion (photodiode) 52, a hole formed in the
In the figure,
導波路は、オンチップレンズ64と受光部(フォトダイオード)52との間を光学的に接続するものである。
導波路内部のコア材となる高屈折率材料層60がクラッド部となる絶縁層59に比して屈折率が高いことを利用して、高屈折率材料層60と絶縁層59との界面において、臨界角θよりも大きい入射角をもつ入射光を全反射させることができる。
この界面での反射により、入射光を受光部(フォトダイオード)52へ向かうようにすることができるため、受光部(フォトダイオード)52への集光効率を高めることができる。
By utilizing the fact that the refractive index of the high refractive
Due to the reflection at the interface, incident light can be directed to the light receiving portion (photodiode) 52, so that the light collection efficiency to the light receiving portion (photodiode) 52 can be increased.
しかしながら、固体撮像素子の微細化に伴い、各画素の面積が狭くなるため、それに伴い孔部の開口面積も縮小され、孔部のアスペクト比(幅と深さの比)が大きくなる。
また、例えば、図4に示したように多層の配線層58を有する構成においては、配線層58を覆う絶縁層59の高さが高くなるため、導波路が深く形成される。これによっても、孔部のアスペクト比が大きくなる。
このように孔部のアスペクト比が大きくなることにより、孔部に高屈折率材料を充填する際に埋め込み性が悪くなる。そのため、集光性の悪化や、画素の特性ばらつきが懸念される。
However, as the solid-state imaging device is miniaturized, the area of each pixel is reduced, and accordingly, the opening area of the hole is reduced and the aspect ratio (width / depth ratio) of the hole is increased.
Further, for example, in the configuration having the
By increasing the aspect ratio of the hole as described above, the embedding property is deteriorated when the hole is filled with a high refractive index material. For this reason, there is a concern about deterioration of the light condensing property and variation in pixel characteristics.
また、導波路の孔部を開口するエッチングの際に、受光部52付近の半導体基体51等にダメージを与えてしまうことがあり、これが白点の発生原因となる。
Further, when etching is performed to open the hole portion of the waveguide, the
そこで、このエッチングによるダメージを回避するため、導波路の孔部を半導体基体51付近まで形成せず、エッチングを途中で止めて、導波路の底面を高くして受光部(フォトダイオード)52から離すことが考えられる。
しかし、この場合には、導波路から放出される斜め光が、受光部(フォトダイオード)52に集光されなくなるおそれがある。
Therefore, in order to avoid damage due to this etching, the hole portion of the waveguide is not formed up to the vicinity of the
However, in this case, the oblique light emitted from the waveguide may not be collected on the light receiving unit (photodiode) 52.
また、導波路への集光率を上げるために、導波路の径を広げることが考えられる。
この場合にも、導波路の径を広げたことにより、導波路から放出される斜め光が受光部(フォトダイオード)52に集光されなくなるおそれがある。
It is also conceivable to increase the diameter of the waveguide in order to increase the light collection rate to the waveguide.
Also in this case, there is a possibility that the oblique light emitted from the waveguide is not collected on the light receiving unit (photodiode) 52 by expanding the diameter of the waveguide.
これらの場合のように、導波路から放出される斜め光が、受光部(フォトダイオード)52に集光されなくなると、図4中矢印71で示すように隣接するゲート電極55に拡散したり、素子分離領域53に拡散したりするため、感度向上の効果が充分に得られなくなる。
As in these cases, when the oblique light emitted from the waveguide is not collected on the light receiving portion (photodiode) 52, it is diffused to the
上述した問題の解決のために、本発明においては、容易に歩留まりよく製造することができると共に、感度等の特性が良好である構成の固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a solid-state imaging device having a configuration that can be easily manufactured with a high yield and has good characteristics such as sensitivity, and a manufacturing method thereof .
本発明の固体撮像素子は、半導体基体と、この半導体基体に光電変換素子が形成されて成る受光部と、この受光部の上方に設けられ、プラズマCVD法により形成されたシリコン窒化膜により形成され、受光部側にレンズ面が形成された層内レンズと、この層内レンズ上に接続して形成された孔部内にポリイミド樹脂が充填されることにより構成された、導波路と、層内レンズの周囲及び孔部の周囲の酸化シリコン層とを含むものである。 The solid-state imaging device of the present invention is formed by a semiconductor substrate , a light receiving portion in which a photoelectric conversion element is formed on the semiconductor substrate , and a silicon nitride film provided above the light receiving portion and formed by a plasma CVD method. a layer lens that the lens surface is formed on the light receiving side, the polyimide resin is composed by being filled in the hole portion formed by connecting on this layer lens, waveguide and, layer lens And a silicon oxide layer around the hole .
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、受光部の上方に、この受光部側にレンズ面が形成された層内レンズが設けられ、この層内レンズが、その周囲の酸化シリコン層よりも屈折率の高いシリコン窒化膜により形成されていることにより、層内レンズの受光部側のレンズ面で入射光を集光させて、受光部へ入射させることができる。
さらに、層内レンズ上に接続して形成された孔部内に、この孔部の周囲の酸化シリコン層よりも屈折率の高いポリイミド樹脂が充填されることにより、導波路が構成されているので、導波路をコア部、周囲の層をクラッド部として作用させ、入射光を導波路の外壁で反射させて、受光部へ導くことが可能になる。
従って、入射光の受光部への集光度を高めて、より多くの入射光を受光部に入射させることができる。
According to the configuration of the above-described solid-state imaging device of the present invention, an intralayer lens having a lens surface formed on the light receiving portion side is provided above the light receiving portion, and the intralayer lens is formed by surrounding silicon oxide layers. By using a silicon nitride film having a higher refractive index, incident light can be condensed on the lens surface on the light receiving portion side of the in-layer lens and can be incident on the light receiving portion.
Furthermore, the waveguide is configured by filling a polyimide resin having a refractive index higher than that of the silicon oxide layer around the hole in the hole formed by connecting on the in-layer lens. The waveguide can act as a core part, and the surrounding layers can act as a cladding part, and incident light can be reflected by the outer wall of the waveguide and guided to the light receiving part.
Therefore, the degree of condensing incident light on the light receiving portion can be increased, and more incident light can be incident on the light receiving portion.
そして、導波路の下に接続して層内レンズがあるため、導波路と受光部との間の垂直距離を広げることができ、また導波路の孔部をエッチングにより形成する際のエッチングの終点は層内レンズの上になる。これにより、受光部付近の半導体基体に対するダメージを抑制することができる。
同時に、導波路の深さを低減して、アスペクト比を低減することができるため、導波路の充填材料の埋め込み性を向上させることができる。
And since there is an in-layer lens connected under the waveguide, the vertical distance between the waveguide and the light receiving portion can be increased, and the etching end point when the hole of the waveguide is formed by etching Is on the inner lens. Thereby, damage to the semiconductor substrate near the light receiving portion can be suppressed.
At the same time, since the depth of the waveguide can be reduced and the aspect ratio can be reduced, the embedding property of the filling material of the waveguide can be improved.
また、層内レンズがシリコン窒化膜により形成されていることにより、シリコン窒化膜が高屈折率材料である(シリコン窒化膜は、屈折率n=2.0である)ことから、上述した集光効果が得られる。 In addition, by in-layer lens are formed of a silicon nitride film, a silicon nitride film is a high refractive index material (silicon nitride film, the refractive index n = 2.0) since, condensing the above An effect is obtained.
また、層内レンズのシリコン窒化膜がプラズマCVD法により形成されたシリコン窒化膜であることにより、プラズマCVD法により形成したシリコン窒化膜が水素を多く含有しているため、製造の際に、シリコン窒化膜から受光部の半導体基体に水素を供給することが可能になる。これにより、ダングリングボンドを終端させて、界面準位の発生を抑制し、白点の発生を抑制することが可能となる。 Further, by the silicon nitride film layer lens is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, the silicon nitride film formed by plasma CVD method contains a large amount of hydrogen, in the preparation of silicon Hydrogen can be supplied from the nitride film to the semiconductor substrate of the light receiving unit. As a result, the dangling bonds are terminated, the generation of interface states can be suppressed, and the generation of white spots can be suppressed.
また、上記本発明の固体撮像素子において、導波路の充填材料が、層内レンズのシリコン窒化膜に対して、屈折率が低いポリイミド樹脂であることにより、導波路と層内レンズの境界面で入射光が反射しないようにすることができるため、その分受光部へ向かう入射光を増やして感度を向上することができる。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the filling material of the waveguide is a polyimide resin having a low refractive index with respect to the silicon nitride film of the in-layer lens , so that at the interface between the waveguide and the in-layer lens. Since it is possible to prevent the incident light from being reflected, the sensitivity can be improved by increasing the amount of incident light directed toward the light receiving portion.
上述の本発明によれば、層内レンズ及び導波路の各作用によって入射光の集光度を高めて、より多くの入射光を受光部に入射させることができるため、感度を向上することができる。
また、受光部付近の半導体基体に対するダメージを抑制することができるため、半導体基体に対するダメージに起因する白点の発生を抑制することができる。
従って、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することができる。
According to the above-described present invention, the degree of condensing incident light can be increased by the action of the inner lens and the waveguide, and more incident light can be incident on the light receiving unit, so that the sensitivity can be improved. .
In addition, since damage to the semiconductor substrate near the light receiving portion can be suppressed, generation of white spots due to damage to the semiconductor substrate can be suppressed.
Therefore, a solid-state image sensor having good characteristics can be realized.
また、本発明によれば、導波路の充填材料の埋め込み性を向上させることができるため、容易に良好な特性を有する固体撮像素子を製造することができ、製造歩留まりを向上することが可能になる。
従って、信頼性の高い固体撮像素子を実現することができる。
In addition, according to the present invention, since the embedding property of the filling material of the waveguide can be improved, a solid-state imaging device having good characteristics can be easily manufactured, and the manufacturing yield can be improved. Become.
Therefore, a highly reliable solid-state imaging device can be realized.
本発明の一実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図(断面図)を図1に示す。図1は、固体撮像素子の1画素分の断面図を示している。
本実施の形態は、本発明をCMOS型の固体撮像素子に適用した場合である。
As an embodiment of the present invention, FIG. 1 shows a schematic configuration diagram (cross-sectional view) of a solid-state imaging device. FIG. 1 shows a cross-sectional view of one pixel of a solid-state image sensor.
In this embodiment, the present invention is applied to a CMOS solid-state imaging device.
この固体撮像素子は、シリコン基板等の半導体基体1の素子分離層3によって分離された領域に、受光部(フォトダイオード)2が形成されて、画素を構成している。
この受光部(フォトダイオード)2の左側の半導体基体1上には、ゲート絶縁膜4を介して転送ゲート電極5が形成されている。
また、コンタクト層(導電プラグ)7を介して半導体基体1に接続された、2層の配線層8が設けられている。
これら2層の配線層8は、絶縁層9により覆われている。
そして、この絶縁層9の上に、パッシベーション膜(保護膜)11、平坦化膜12、カラーフィルタ13、オンチップレンズ14が形成されている。
In this solid-state imaging device, a light receiving portion (photodiode) 2 is formed in a region separated by an
A
A two-layer wiring layer 8 connected to the
These two wiring layers 8 are covered with an
A passivation film (protective film) 11, a
本実施の形態においては、受光部2の上方に、層内レンズ6を設けている。
この層内レンズ6は、受光部2側に下に凸の曲面から成るレンズ面6Aが形成され、周囲の絶縁層9よりも屈折率の高い材料から成る。
層内レンズ6の材料としては、例えば、シリコン窒化膜(屈折率n=2.0)等の窒化膜を用いることができる。
そして、窒化膜として、特に、プラズマCVD法により形成された窒化膜を用いることにより、後述するように、水素供給によって白点の発生を抑制する効果が得られる。
In the present embodiment, an in-
This in-
As a material of the in-
In particular, by using a nitride film formed by a plasma CVD method as the nitride film, an effect of suppressing the generation of white spots by supplying hydrogen can be obtained as will be described later.
また、本実施の形態においては、特に、層内レンズ6上に接続して導波路10を設けている。
この導波路10は、層内レンズ6の上方の絶縁層9に形成された孔部内に、周囲の絶縁層9よりも屈折率の高い材料が充填されて成る。
導波路10の充填材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂(屈折率n=1.7)等の比較的屈折率の高い樹脂を用いることができる。
In the present embodiment, in particular, the
The
As a filling material of the
この導波路10を設けたことにより、内部が周囲の絶縁層9よりも屈折率が高いため、導波路10の内部を光を伝達させるコア部、周囲の絶縁層9をクラッド部として作用させ、図1中矢印で示すように、導波路10の外壁面10Aにおいて、入射光を反射させることができる。これにより、入射光を受光部2の方へ導くことができる。
By providing this
また、導波路10の充填材料(光伝達コア材料)は、層内レンズ6を構成する材料、例えばプラズマシリコン窒化膜(n=2.0)よりも屈折率が低い材料とすることが望ましい。
これにより、導波路10と層内レンズ6との境界面で、入射光が反射して上方に戻ってしまわないようにすることが可能になる。
The filling material (light transmission core material) of the
This makes it possible to prevent incident light from being reflected and returning upward at the boundary surface between the
図4に示した構成では、導波路60の底部において、導波路60の孔部に充填された材料よりも屈折率が低い絶縁層59内に向けて光が放出される。このため、臨界角以上の斜め光が、図4中矢印72で示すように、導波路60の底部の界面においても全反射して、導波路60の上部に向けて戻ってしまうことになる。
これに対して、本実施の形態の構成では、導波路10の下に層内レンズ6が接続され、この層内レンズ6が導波路10の充填材料のポリイミド系樹脂よりも屈折率の高いシリコン窒化膜から成るため、導波路10と層内レンズ6との界面での反射を生じないようにすることができる。
In the configuration shown in FIG. 4, light is emitted at the bottom of the
On the other hand, in the configuration of the present embodiment, the
また、図4に示した構成において、導波路の充填材料にポリイミド系樹脂を用いると、ポリイミド系樹脂の金属含有量がレジスト等他の樹脂と比べて多いため(例えばナトリウムの含有量が0.4ppm)、フォトダイオード52の表面に金属の拡散が起こり、その結果、白点が増加することが懸念される。
これに対して、本実施の形態の構成では、フォトダイオード2と導波路10との間に層内レンズ6があることから、導波路10の充填材料にポリイミド系樹脂を用いても、層内レンズ6のシリコン窒化膜により金属の拡散を抑制することが可能である。これにより、金属の拡散に起因する白点の発生を抑制することが可能になる。
In the configuration shown in FIG. 4, when a polyimide resin is used as a filling material of the waveguide, the metal content of the polyimide resin is higher than that of other resins such as a resist (for example, the sodium content is 0.1%). 4 ppm), metal diffusion occurs on the surface of the
On the other hand, in the configuration of the present embodiment, since the
なお、層内レンズ6の材料と導波路10の充填材料とを同じ材料としても構わない。
ただし、その場合、上述した金属の拡散を抑制すると共に、良好な埋め込み性を有することが望ましいため、材料がさらに制限されたり、製造工程に工夫を要したりする。
The material of the
However, in that case, it is desirable to suppress the diffusion of the metal described above and to have a good embedding property, so that the material is further limited or the manufacturing process needs to be devised.
本実施の形態の固体撮像素子は、例えば次のようにして、製造することができる。
まず、従来の製造方法と同様にして、例えばシリコン層から成る半導体基体1内にフォトダイオード2を、半導体基体1上にゲート絶縁膜4を介して転送ゲート電極5を、それぞれ形成する。
その後、転送ゲート電極5を覆って、例えば酸化シリコン等の絶縁層21を形成する(以上図2A参照)。
The solid-state imaging device of the present embodiment can be manufactured, for example, as follows.
First, in the same manner as in the conventional manufacturing method, a
Thereafter, an insulating
次に、絶縁層21に、等方性エッチングにより、図2Bに示すように、層内レンズを形成するための凹型溝(凹面)21Aを形成する。このエッチングは、例えばダウンフロープラズマを用いて、C4F8,O2,Ar等のガスを用いる。
Next, as shown in FIG. 2B, a concave groove (concave surface) 21A for forming an in-layer lens is formed in the insulating
次に、プラズマCVD法により、プラズマシリコン窒化膜を全面に形成する。このとき、例えば、シランガス(SiH4)及び窒素ガスを用いる。
その後、エッチバック法により、絶縁層21の表面までプラズマシリコン窒化膜を削って、図2Cに示すように、絶縁層21の凹型溝(凹面)21A上に層内レンズ6を形成する。このとき、例えば、エッチングガスとしてCH2F2,O2,Ar等のガスを用いる。
さらに、アニール(例えば400℃)を行って、層内レンズ6を構成するプラズマシリコン窒化膜から、受光部2の半導体基体1へ水素22を供給する。
Next, a plasma silicon nitride film is formed on the entire surface by plasma CVD. At this time, for example, silane gas (SiH 4 ) and nitrogen gas are used.
Thereafter, the plasma silicon nitride film is cut down to the surface of the insulating
Furthermore, annealing (for example, 400 ° C.) is performed to supply
次に、層間絶縁膜、コンタクト層7、多層の配線層8をそれぞれ形成した後に、全体を絶縁層で覆う。これにより、図2Dに示すように、層内レンズ6、コンタクト層7、多層の配線層8が絶縁層9に覆われる。
Next, after an interlayer insulating film, a contact layer 7 and a multilayer wiring layer 8 are formed, the whole is covered with an insulating layer. As a result, as shown in FIG. 2D, the
次に、図3Eに示すように、絶縁層9に、異方性エッチングにより、導波路となる孔部23を開口する。この異方性エッチングは、例えば、C4F8,O2,Arを用いたRIE(反応性イオンエッチング)により行う。
このとき、層内レンズ6のプラズマシリコン窒化膜がエッチングストッパとして作用する。そして、絶縁層(例えば酸化シリコン)9と層内レンズ(プラズマシリコン窒化膜)6との間で、10程度のエッチング選択比を確保することが可能である。
Next, as shown in FIG. 3E, a
At this time, the plasma silicon nitride film of the
次に、孔部を埋めて、導波路の充填材料の透明膜を形成する。例えば、塗布法によりポリイミド系樹脂を孔部に埋め込む。
続いて、エッチバック法又はCMP(化学的機械的研磨)法により、透明膜を絶縁層9の表面まで全面的に除去して、グローバル平坦化処理を施す。これにより、孔部内のみに透明膜が残り、導波路10が形成される(以上図3F参照)。
Next, the hole is filled to form a transparent film of the waveguide filling material. For example, a polyimide resin is embedded in the hole by a coating method.
Subsequently, the transparent film is entirely removed to the surface of the insulating
その後は、従来の製造方法と同様にして、パッシベーション膜(保護膜)11、平坦化膜12、カラーフィルタ13、オンチップレンズ14を順次形成する。
このようにして、図1に示した固体撮像素子を製造することができる。
Thereafter, a passivation film (protective film) 11, a
In this way, the solid-state imaging device shown in FIG. 1 can be manufactured.
上述の本実施の形態によれば、受光部(フォトダイオード)2の上方に、この受光部2側にレンズ面6Aが形成された層内レンズ6が設けられ、この層内レンズ6が周囲の絶縁層6よりも屈折率の高い材料(例えば窒化シリコン膜)から成ることにより、レンズ面6Aで入射光を集光させて、受光部2へ入射させることができる。
According to the above-described embodiment, the in-
さらに、層内レンズ6上に接続して、周囲の絶縁層9よりも屈折率の高い材料が充填されて成る導波路10を設けていることにより、導波路10をコア部、周囲の絶縁層9をクラッド部として作用させ、入射光を導波路10の外壁10Aで反射させて、受光部2へ導くことが可能になる。
Further, by providing a
従って、入射光の受光部2への集光度を高めて、より多くの入射光を受光部2に入射させることができる。
これにより、感度の向上を図ることが可能になる。
Accordingly, the degree of condensing incident light onto the
This makes it possible to improve sensitivity.
また、層内レンズ6上に接続して導波路10を設けているので、導波路10の直下に接続して層内レンズ6があり、層内レンズ6によって導波路10と受光部2との間の垂直距離Hを広げることができる。そして、導波路10の孔部をエッチングにより形成する際のエッチングの終点は、層内レンズ6の上になる。
これにより、受光部2付近の半導体基体1に対するダメージを抑制することができる。
同時に、層内レンズ6の分だけ導波路10の深さを低減することができ、孔部のアスペクト比を低減することができるため、導波路10の充填材料の埋め込み性を向上させることができる。
In addition, since the
Thereby, damage to the
At the same time, the depth of the
さらに、層内レンズ6の材料を、プラズマCVD法により形成した窒化膜とすることにより、窒化膜が絶縁層9に用いられる酸化膜よりも高い屈折率を有する(例えばシリコン窒化膜で屈折率n=2.0)ことにより、上述した集光効果が得られる。また、プラズマCVD法により形成した窒化膜は、水素の含有量が多いため、製造の際に受光部2付近の半導体基体1へ水素を供給することが可能になる。
これにより、ダングリングボンドを終端させて、白点の発生を抑制することができる。
Furthermore, the material of the
Thereby, dangling bonds can be terminated and the occurrence of white spots can be suppressed.
さらにまた、導波路10の充填材料を、層内レンズ6の材料に対して、屈折率が同じか屈折率が低い材料とすることにより、導波路10と層内レンズ6との境界面における反射を抑制することができ、斜めに入射した光に対しても、受光部2へ向けて集光させて、受光部2への集光率を向上させることができる。
Furthermore, the filling material of the
即ち、本実施の形態の固体撮像素子によれば、高い感度を有し、白点の発生が少なく、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することができる。
また、容易に良好な特性を有する固体撮像素子を製造することができ、製造歩留まりを向上することが可能になる。
従って、信頼性の高い固体撮像素子を実現することができる。
That is, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, it is possible to realize a solid-state imaging device having high sensitivity, few white spots, and good characteristics.
In addition, a solid-state imaging device having good characteristics can be easily manufactured, and the manufacturing yield can be improved.
Therefore, a highly reliable solid-state imaging device can be realized.
なお、層内レンズを形成する方法は、図2B〜図2Cに示した等方エッチングにより凹面を形成する方法に限定されるものではなく、その他の方法により層内レンズを形成することも可能である。
例えば、PSG(リン珪酸ガラス)やBPSG(ボロン・リン珪酸ガラス)等により、配線層等の段差を利用して凹部を形成し、さらにリフローさせて凹部の曲面の形状を整えてレンズ面を形成した後に、この凹部内に窒化膜等の屈折率の高い材料を埋めて層内レンズとする方法がある。
The method for forming the inner lens is not limited to the method for forming the concave surface by isotropic etching shown in FIGS. 2B to 2C, and the inner lens can be formed by other methods. is there.
For example, by using PSG (phosphosilicate glass), BPSG (boron / phosphosilicate glass), etc., a recess is formed using steps such as a wiring layer, and then reflowing is performed to adjust the shape of the curved surface of the recess to form a lens surface. Then, there is a method of filling the recess with a material having a high refractive index such as a nitride film to form an in-layer lens.
また、層内レンズの上面(受光部とは反対側の面)は、図1に示した平面に限られるものではなく、例えば集光性を高めるために、上側に凸の曲面としてもよい。 Further, the upper surface of the inner lens (the surface opposite to the light receiving portion) is not limited to the plane shown in FIG. 1, and may be a curved surface convex upward, for example, in order to improve the light collecting property.
上述の実施の形態では、CMOS型固体撮像素子に本発明を適用したが、その他の構成の固体撮像素子にも本発明を適用することができる。
例えばCCD固体撮像素子にも、本発明を適用することが可能である。
いずれの構成の固体撮像素子においても、本発明を適用して、受光部の上方に層内レンズを設け、この層内レンズ上に接続して導波路を設けることにより、本発明の効果が得られる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the CMOS type solid-state imaging device. However, the present invention can also be applied to solid-state imaging devices having other configurations.
For example, the present invention can be applied to a CCD solid-state imaging device.
In any configuration of the solid-state imaging device, the effect of the present invention can be obtained by applying the present invention and providing an intralayer lens above the light receiving portion and providing a waveguide connected to the intralayer lens. It is done.
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.
1 半導体基体、2 フォトダイオード(受光部)、3 素子分離層、4 ゲート絶縁膜、5 転送ゲート電極、6 層内レンズ、7 コンタクト層、8 配線層、9 絶縁層、10 導波路、13 カラーフィルタ、14 オンチップレンズ
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体基体に光電変換素子が形成されて成る受光部と、
前記受光部の上方に設けられ、プラズマCVD法により形成されたシリコン窒化膜により形成され、前記受光部側にレンズ面が形成された層内レンズと、
前記層内レンズ上に接続して形成された孔部内にポリイミド樹脂が充填されることにより構成された、導波路と、
前記層内レンズの周囲及び前記孔部の周囲の酸化シリコン層とを含む
固体撮像素子。 A semiconductor substrate ;
A light receiving portion formed by forming a photoelectric conversion element on the semiconductor substrate ;
An in-layer lens provided above the light receiving portion, formed of a silicon nitride film formed by a plasma CVD method, and having a lens surface on the light receiving portion side ;
A waveguide configured by filling a polyimide resin into a hole formed on the intra-layer lens , and
A solid-state imaging device including a silicon oxide layer around the inner lens and around the hole .
前記酸化シリコン層に、等方性エッチングにより、層内レンズを形成するための凹型溝を形成する工程と、Forming a concave groove for forming an in-layer lens in the silicon oxide layer by isotropic etching;
プラズマCVD法により、全面にシリコン窒化膜を形成する工程と、A step of forming a silicon nitride film on the entire surface by plasma CVD;
エッチバックにより、前記酸化シリコン層の表面まで前記シリコン窒化膜を削って、前記凹型溝上に層内レンズを形成する工程と、Etching back the silicon nitride film to the surface of the silicon oxide layer to form an in-layer lens on the concave groove;
全体を酸化シリコン層で覆う工程と、Covering the whole with a silicon oxide layer;
前記酸化シリコン層に、異方性エッチングにより、導波路となる孔部を形成する工程と、Forming a hole serving as a waveguide in the silicon oxide layer by anisotropic etching;
塗布法により、ポリイミド樹脂を前記孔部に埋める工程とを含むAnd filling the hole with polyimide resin by a coating method.
固体撮像素子の製造方法。Manufacturing method of solid-state image sensor.
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