JP4774649B2 - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関し、特にオンチップレンズを備えた固体撮像素子、およびオンチップレンズを備えた固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子は、多数の光センサーを半導体基板上にたとえばマトリクス状に配列して構成され、撮影手段としてデジタルスチルカメラや、デジタルビデオカメラに広く用いられている。図６は従来のカラー固体撮像素子を示す部分断面側面図である。図６に示した固体撮像素子１０２は具体的にはＣＭＯＳイメージセンサーであり、シリコンによる半導体基板１０４の表面部に光センサー１０６がマトリクス状に配列され（図では１つの光センサーのみを示す）、各光センサー１０６の近傍には電荷転送ゲート１０８およびフローティングディフュージョン部１１０が形成されている。各光センサー１０６が受光して生成した信号電荷は電荷転送ゲート１０８によってフローティングディフュージョン部１１０へ供給され、このフローティングディフュージョン部１１０において電圧信号に変換される。光センサー１０６およびフローティングディフュージョン部１１０周辺の半導体基板表面部にはフィールド酸化膜１１１が形成され、各素子が分離されている。
【０００３】
これら光センサー１０６や電荷転送ゲート１０８などの上には、表面が平坦化されたシリコンの酸化物による１層目の層間絶縁膜１１４が形成され、その上に、たとえばフローティングディフュージョン部１１０にコンタクトプラグ１１６により接続された１層目の配線１１８が形成されている。さらに、層間絶縁膜１１４および配線１１８の上には、同じく表面が平坦化されたシリコンの酸化物による２層目の層間絶縁膜１２０が形成され、その上に２層目の配線１２２形成されている。層間絶縁膜１２０および配線１２２の上にはさらに、表面が平坦化された、たとえばシリコンの酸化物による３層目の層間絶縁膜１２４が形成され、その上に最上層の配線１２６が形成されている。各層の配線は、コンタクトプラグにより適宜、接続され、本例では、配線１１８、１２２はコンタクトプラグ１２８により相互に接続されている。
【０００４】
そして、最上層の配線１２６、および配線１２６の側部に露出している層間絶縁膜１２４の表面には、層間絶縁膜１３０が形成され、その上にパッシベーション膜１３２が形成されている。パッシベーション膜１３２は層間絶縁膜１３０を介さず直接、配線１２６などの表面に形成することも可能であるが、配線１２６がパッシベーション膜１３２により確実に覆われるようにするため、通常、層間絶縁膜１３０がまず形成され、その上にパッシベーション膜１３２が形成される。
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサーではＣＭＯＳプロセスの特徴を活かして、単一のチップに、光センサー１０６や電荷転送ゲート１０８などから成るセンサー部とともに、増幅回路、サンプルホールド回路、タイミングジェネレーターなどが実装され、その結果、これらの回路間を接続すべく上述のような多層配線構造が用いられる。
【０００６】
パッシベーション膜１３２の上には平坦化膜１３４が形成され、その上に各光センサー１０６ごとにカラーフィルター１３６が、さらにその上にオンチップレンズ１３８が形成されている。固体撮像素子１０２に入射した光はこのオンチップレンズ１３８により収束され、各光センサー１０６に入射する。このようなオンチップレンズ１３８を設けることにより、受光領域は光センサー１０６自体の受光部からオンチップレンズ１３８の開口部に拡大するため、固体撮像素子１０２の感度が大幅に向上する。
【０００７】
オンチップレンズ１３８を効果的に作用させるためには、オンチップレンズ１３８に入射した光が光センサー１０６上に焦点を結ぶようにする必要がある。たとえば図６に示したようにオンチップレンズ１３８に入射した光１４０が、光センサー１０６の手前の箇所１４２に収束した場合には、光センサー１０６の受光面では光１４０は拡散してしまい、固体撮像素子１０２の感度が低下する。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離を、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離に正しく一致させなければならない。
【０００８】
レンズを形成している材料の屈折率をｎ、レンズ表面の曲率半径をｒとすると、レンズの焦点距離ｆは［数１］により表すことができる。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離ｆを光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離に一致させるには、屈折率ｎおよび曲率半径ｒを適切に選定すればよい。
【０００９】
[数１]ｆ ＝ ｎｒ／（ｎ−１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特にＣＭＯＳイメージセンサーの場合には、上述のように多層配線構造を採用していることから、オンチップレンズ１３８の位置が高く、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長くなっている。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離を長くすべくレンズ材料の屈折率や曲率半径が選定される。
【００１１】
しかし、屈折率を優先してオンチップレンズ１３８のレンズ材料を選定した場合には、レンズ性能や加工のし易さなどが犠牲となる場合も起こり得る。また、曲率半径を大きくすることにも問題がある。すなわち、オンチップレンズ１３８は、薄膜をまず形成し、それをパターン化した後、リフローして表面が湾曲した形状を得るといった方法で作製される。そして、曲率半径の大きなレンズは、最初に形成する上記薄膜の厚みを薄くすることにより形成することができる。しかしながら、膜厚を薄くし過ぎると膜厚にムラが生じやすくなり、レンズ性能が低下するという問題が生じる。したがって、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長い構造に対し、オンチップレンズ１３８の焦点距離を長くすることで対処するという方法は必ずしも得策とは言えず、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離を短縮する方法が求められていた。
【００１２】
さらに、固体撮像素子１０２に対して光が斜めに入射し、したがってオンチップレンズ１３８に対し光が斜めに入射した場合には、オンチップレンズ１３８を通過した後、光が収束する位置は、横方向に移動することになり、移動量が大きい場合には、光は光センサー１０６の受光面から外れた位置に収束してしまう場合も生じる。このような収束位置の移動は、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長いほど大きく、そのため、斜め光に対しても充分な感度を備えた固体撮像素子１０２を実現する上でも、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離をできるだけ短くすることが望ましい。
【００１３】
そこで本発明の目的は、光センサーからオンチップレンズまでの距離を短縮してオンチップレンズに入射した光が光センサー上に正しく収束するように図った固体撮像素子、および同固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子であって、前記配線の表面に形成された、前記第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい絶縁材料から成るバッファー層を含み、前記バッファー層は、前記配線と同一にパターン化されて当該配線上のみに形成され、前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と同一の材料から成ると共に当該第１の層間絶縁膜の上に直接形成され、前記第２の層間絶縁膜の表面の高さは、前記配線上の前記バッファー層の表面の高さに等しく、前記パッシベーション膜は、前記配線上の前記バッファー層の表面および前記第２の層間絶縁膜の表面に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子では、最上層の配線の表面にバッファー層が設けられ、このバッファー層は、第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい材料により形成されている。このような固体撮像素子は、バッファー層を介して上記配線の上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、第２の層間絶縁膜の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜を形成することにより製造できる。そして、第２の層間絶縁膜の材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。
【００１６】
したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、最上層の配線上のバッファー層の表面と第２の層間絶縁膜の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子では、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離を従来より短縮することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子を製造する方法であって、前記配線を前記第１の層間絶縁膜の上に形成した後、前記第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい絶縁材料を全体に被着させてバッファー層を形成し、前記バッファー層の上に前記第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ、前記配線上で前記バッファー層の表面が露出するまで前記第２の層間絶縁膜の材料を研磨し表面を平坦化して前記第２の層間絶縁膜を形成し、つづいて、露出した前記バッファー層および前記第２の層間絶縁膜の表面に前記パッシベーション膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、バッファー層を形成し、その上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子を製造する方法であって、前記配線の材料を前記第１の層間絶縁膜の上に成膜し、成膜した配線材料の膜の表面に、前記第２の層間絶縁膜より研磨されにくい絶縁材料を被着させてバッファー層を形成し、前記配線材料の膜を前記バッファー層とともにフォトリソグラフィーによりパターン化して前記最上層の配線を形成し、次に前記バッファー層および前記第１の層間絶縁膜の表面に当該第１の層間絶縁膜と同一の材料から成る前記第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ、前記配線上で前記バッファー層の表面が露出するまで前記第２の層間絶縁膜の材料を研磨し平坦化して前記第２の層間絶縁膜を形成し、つづいて、露出した前記バッファー層および前記第２の層間絶縁膜の表面に前記パッシベーション膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線をパターン化し、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させて、同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態例としての固体撮像素子を示す部分断面側面図である。図中、図６と同一の要素には同一の符号が付されている。第１の実施の形態例の固体撮像素子２は、一例としてＣＭＯＳイメージセンサーであり、最上層の配線１２６以下では図６に示した従来の固体撮像素子と同一の構造を有し、また固体撮像素子２のオンチップレンズ１３８およびカラーフィルター１３６も従来の固体撮像素子と基本的に同様に形成されている。すなわち、半導体基板１０４の表面に光センサー１０６、電荷転送ゲート１０８、フローティングディフュージョン部１１０などが形成され、その上に層間絶縁膜１１４、１２０、１２４を介して配線１１８、１２２、１２６が積層されている。
【００２２】
本実施の形態例の固体撮像素子２では、配線１２６の表面、側面、ならびに配線１２６側部の層間絶縁膜１２４の表面に、層間絶縁膜１３０の材料より研磨レートが低く研磨されにくい絶縁材料から成るバッファー層４が形成されている。層間絶縁膜１３０は例えばシリコンの酸化物により形成し、バッファー層４はシリコンの窒化物により形成することができる。
【００２３】
本実施の形態例では、配線１２６の側部においてバッファー層４の上に形成された層間絶縁膜１３０の表面の高さは、配線１２６上のバッファー層４の表面の高さに一致しており、これら平坦化された配線１２６上のバッファー層４の表面および層間絶縁膜１３０の表面に、たとえばシリコンの窒化物から成るパッシベーション膜１３２が形成されている。
【００２４】
このような固体撮像素子２は、バッファー層４を介して配線１２６の上に層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、層間絶縁膜１３０の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜１３２を形成することにより製造できる。そして、層間絶縁膜１３０の材料を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１３０の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００２５】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線１２６にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、最上層の配線１２６上のバッファー層４の表面と層間絶縁膜１３０の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜１３２の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がなく、パッシベーション膜１３２の上に直接カラーフィルター１３６を形成することができる。
【００２６】
その結果、本実施の形態例の固体撮像素子２では、光センサー１０６から対応するオンチップレンズ１３８までの距離を従来より短縮することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態例を示す部分断面側面図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付されている。図２に示した第２の実施の形態例の固体撮像素子６が、上記固体撮像素子２と異なるのは、配線１２６の側部、および配線１２６の側部における層間絶縁膜１２４の表面にはバッファー層４が形成されておらず、層間絶縁膜１３０が層間絶縁膜１２４の上に直接形成されている点である。
【００２８】
この固体撮像素子６を製造する際にも、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後の研磨において、研磨をバッファー層４の表面で停止することができるので、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。
【００２９】
また、最上層の配線１２６上のバッファー層４の表面と層間絶縁膜１３０の表面とは同じ高さであって平坦であり、パッシベーション膜１３２の表面も平坦となるので、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がなく、パッシベーション膜１３２の上に直接カラーフィルター１３６を形成することができる。
【００３０】
その結果、第２の実施の形態例の固体撮像素子６においても、光センサー１０６から対応するオンチップレンズ１３８までの距離を従来より短縮することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。図３の（Ａ）から（Ｆ）は、本発明の第３の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図であり、一例として上記第１の実施の形態例における層間絶縁膜１２４より上側の構造を形成する工程を示している。
【００３２】
図１に示したように、半導体基板１０４上に配線１１８、１２２を層間絶縁膜１１４、１２０、１２４により分離して順次積層した後、図３の（Ａ）に示したように、最上層の配線１２６を層間絶縁膜１２４の上に形成し、つづいて、図３の（Ｂ）に示したように、層間絶縁膜１３０（図１）の材料より研磨されにくい絶縁材料、たとえばシリコンの窒化物を全体に被着させてバッファー層４を形成し、次に、図３の（Ｃ）に示したように、バッファー層４の上に層間絶縁膜１３０の材料８を配線１２６の厚みより厚く堆積させる。
【００３３】
その後、図３の（Ｄ）に示したように、配線１２６上でバッファー層４の表面が露出するまで層間絶縁膜１３０の材料８をたとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により研磨し表面を平坦化して層間絶縁膜１３０を形成する。そして、図３の（Ｅ）に示したように、露出したバッファー層４および層間絶縁膜１３０の表面にパッシベーション膜１３２を形成する。
【００３４】
つづいて、図３の（Ｆ）に示したように、従来通りの方法によりパッシベーション膜１３２の上にカラーフィルター１３６を形成し、カラーフィルター１３６の上にオンチップレンズ１３８を形成する。このような固体撮像素子の製造方法では、バッファー層４を形成し、さらにその上に層間絶縁膜１３０の材料８を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１３０の材料８より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００３５】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜１３２を形成するので、パッシベーション膜１３２の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がない。
【００３６】
その結果、第３の実施の形態例により、光センサーから対応するオンチップレンズ１３８までの距離が短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第４の実施の形態例について説明する。図４の（Ａ）から（Ｈ）は、本発明の第４の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図であり、一例として上記第２の実施の形態例における層間絶縁膜１２４より上側の構造を形成する工程を示している。
【００３８】
図２に示したように、半導体基板１０４上に配線１１８、１２２を層間絶縁膜１１４、１２０、１２４により分離して順次積層した後、図４の（Ａ）に示したように、配線１２６の材料１０を層間絶縁膜１２４の上に成膜し、つづいて、図４の（Ｂ）に示したように、成膜した配線材料の膜１０の表面に、層間絶縁膜１３０（図２）より研磨されにくい絶縁材料、たとえばシリコンの窒化膜を被着させてバッファー層４を形成する。その後、図４の（Ｃ）に示したように、配線材料の膜１０をバッファー層４とともに、パターン化したフォトレジスト層１２を用いたフォトリソグラフィーによりパターン化して、図４の（Ｄ）に示したように最上層の配線１２６を形成する。
【００３９】
次に、図４の（Ｅ）に示したように、バッファー層４および層間絶縁膜１２４の表面に層間絶縁膜１３０の材料８を、配線１２６とバッファー層４の厚みを加えた厚みより厚く堆積させ、そして、図４の（Ｆ）に示したように、配線１２６上でバッファー層４の表面が露出するまで層間絶縁膜１３０の材料８を、たとえばＣＭＰにより研磨し平坦化して層間絶縁膜１３０を形成する。
【００４０】
その後、図４の（Ｇ）に示したように、露出したバッファー層４および層間絶縁膜１３０の表面にパッシベーション膜１３２を形成し、さらに図４の（Ｈ）に示したように、従来の方法によりカラーフィルター１３６およびオンチップレンズ１３８を順次形成する。
【００４１】
このような固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線１２６をパターン化し、層間絶縁膜１３０の材料８を堆積させて同材料８を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１２４の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００４２】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜１３２を形成するので、パッシベーション膜１３２の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がない。
【００４３】
その結果、第４の実施の形態例の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズ１３８までの距離が短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００４４】
また、この第４の実施の形態例の製造方法は、バッファー層４の被覆性が悪い場合にも、その影響を受けることなく層間絶縁膜１３０やバッファー層４を良好に形成することができる。バッファー層４の被覆性が悪い場合には、バッファー層４は図５に示したような状態となり、正常な場合の図３の（Ｂ）に比べて分かるように、配線１２６の側面や、層間絶縁膜１２４の表面において厚みが不均一となってしまう。このような状態では、層間絶縁膜１３０の材料をバッファー層４上に堆積させた際に、配線１２６の側部を層間絶縁膜１３０の材料によって確実に埋めることができず、不具合が生じる。しかし、第４の実施の形態例では、バッファー層４は、図４の（Ｂ）に示したように、平坦な配線材料の膜１０の表面に形成すればよいため、バッファー層４の被覆性が悪くても図５に示したような問題は生じない。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態例について説明したが、本発明は無論これらの例に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。たとえば、固体撮像素子としては、光センサーがたとえばマトリクス状に配列された２次元の固体撮像素子に限らず、光センサーが１列に配列されたリニアイメージセンサーであってもよく、その場合にも本発明を適用して上述のような効果を得ることができる。また、本実施の形態例では配線は３層に積層されているとしたが、配線が１層や２層である場合にも本発明は有効である。本発明はＣＭＯＳイメージセンサーに限らず、ＣＣＤ構造の固体撮像素子に対しても無論有効である。バッファー層４、層間絶縁膜１３０などの上記材料は一例であり、上記以外の材料を用いて同様の効果を得ることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子では、最上層の配線の表面にバッファー層が設けられ、このバッファー層は、第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい材料により形成されている。このような固体撮像素子は、バッファー層を介して上記配線の上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、第２の層間絶縁膜の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜を形成することにより製造できる。そして、第２の層間絶縁膜の材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。
【００４７】
したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、最上層の配線上のバッファー層の表面と第２の層間絶縁膜の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子では、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離を従来より短縮することが可能できる。したがって、オンチップレンズの材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズの曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００４８】
そして、本発明の固体撮像素子の製造方法では、バッファー層を形成し、その上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線をパターン化し、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させて、同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズの材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズの曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例としての固体撮像素子を示す部分断面側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す部分断面側面図である。
【図３】（Ａ）から（Ｆ）は、本発明の第３の実施の形態例としての固体撮像素子の製造工方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図である。
【図４】（Ａ）から（Ｈ）は、本発明の第４の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図である。
【図５】被覆性の悪いバッファー層を示す部分断面側面図である。
【図６】従来のカラー固体撮像素子を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
２……固体撮像素子、４……バッファー層、６……固体撮像素子、８……材料、１０……膜、１２……フォトレジスト層、１０２……固体撮像素子、１０４……半導体基板、１０６……光センサー、１０８……電荷転送ゲート、１１０……フローティングディフュージョン部、１１２……周辺の半導体基板表面部にはフィールド酸化膜、１１４……層間絶縁膜、１１６……コンタクトプラグ、１１８……配線、１２０……層間絶縁膜、１２２……配線、１２４……層間絶縁膜、１２６……配線、１２８……コンタクトプラグ、１３０……層間絶縁膜、１３２……パッシベーション膜、１３４……平坦化膜、１３６……カラーフィルター、１３８……オンチップレンズ、１４０……光、１４２……箇所。
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法に関し、特にオンチップレンズを備えた固体撮像素子、およびオンチップレンズを備えた固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像素子は、多数の光センサーを半導体基板上にたとえばマトリクス状に配列して構成され、撮影手段としてデジタルスチルカメラや、デジタルビデオカメラに広く用いられている。図６は従来のカラー固体撮像素子を示す部分断面側面図である。図６に示した固体撮像素子１０２は具体的にはＣＭＯＳイメージセンサーであり、シリコンによる半導体基板１０４の表面部に光センサー１０６がマトリクス状に配列され（図では１つの光センサーのみを示す）、各光センサー１０６の近傍には電荷転送ゲート１０８およびフローティングディフュージョン部１１０が形成されている。各光センサー１０６が受光して生成した信号電荷は電荷転送ゲート１０８によってフローティングディフュージョン部１１０へ供給され、このフローティングディフュージョン部１１０において電圧信号に変換される。光センサー１０６およびフローティングディフュージョン部１１０周辺の半導体基板表面部にはフィールド酸化膜１１１が形成され、各素子が分離されている。
【０００３】
これら光センサー１０６や電荷転送ゲート１０８などの上には、表面が平坦化されたシリコンの酸化物による１層目の層間絶縁膜１１４が形成され、その上に、たとえばフローティングディフュージョン部１１０にコンタクトプラグ１１６により接続された１層目の配線１１８が形成されている。さらに、層間絶縁膜１１４および配線１１８の上には、同じく表面が平坦化されたシリコンの酸化物による２層目の層間絶縁膜１２０が形成され、その上に２層目の配線１２２形成されている。層間絶縁膜１２０および配線１２２の上にはさらに、表面が平坦化された、たとえばシリコンの酸化物による３層目の層間絶縁膜１２４が形成され、その上に最上層の配線１２６が形成されている。各層の配線は、コンタクトプラグにより適宜、接続され、本例では、配線１１８、１２２はコンタクトプラグ１２８により相互に接続されている。
【０００４】
そして、最上層の配線１２６、および配線１２６の側部に露出している層間絶縁膜１２４の表面には、層間絶縁膜１３０が形成され、その上にパッシベーション膜１３２が形成されている。パッシベーション膜１３２は層間絶縁膜１３０を介さず直接、配線１２６などの表面に形成することも可能であるが、配線１２６がパッシベーション膜１３２により確実に覆われるようにするため、通常、層間絶縁膜１３０がまず形成され、その上にパッシベーション膜１３２が形成される。
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサーではＣＭＯＳプロセスの特徴を活かして、単一のチップに、光センサー１０６や電荷転送ゲート１０８などから成るセンサー部とともに、増幅回路、サンプルホールド回路、タイミングジェネレーターなどが実装され、その結果、これらの回路間を接続すべく上述のような多層配線構造が用いられる。
【０００６】
パッシベーション膜１３２の上には平坦化膜１３４が形成され、その上に各光センサー１０６ごとにカラーフィルター１３６が、さらにその上にオンチップレンズ１３８が形成されている。固体撮像素子１０２に入射した光はこのオンチップレンズ１３８により収束され、各光センサー１０６に入射する。このようなオンチップレンズ１３８を設けることにより、受光領域は光センサー１０６自体の受光部からオンチップレンズ１３８の開口部に拡大するため、固体撮像素子１０２の感度が大幅に向上する。
【０００７】
オンチップレンズ１３８を効果的に作用させるためには、オンチップレンズ１３８に入射した光が光センサー１０６上に焦点を結ぶようにする必要がある。たとえば図６に示したようにオンチップレンズ１３８に入射した光１４０が、光センサー１０６の手前の箇所１４２に収束した場合には、光センサー１０６の受光面では光１４０は拡散してしまい、固体撮像素子１０２の感度が低下する。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離を、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離に正しく一致させなければならない。
【０００８】
レンズを形成している材料の屈折率をｎ、レンズ表面の曲率半径をｒとすると、レンズの焦点距離ｆは［数１］により表すことができる。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離ｆを光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離に一致させるには、屈折率ｎおよび曲率半径ｒを適切に選定すればよい。
【０００９】
[数１]ｆ ＝ ｎｒ／（ｎ−１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特にＣＭＯＳイメージセンサーの場合には、上述のように多層配線構造を採用していることから、オンチップレンズ１３８の位置が高く、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長くなっている。したがって、オンチップレンズ１３８の焦点距離を長くすべくレンズ材料の屈折率や曲率半径が選定される。
【００１１】
しかし、屈折率を優先してオンチップレンズ１３８のレンズ材料を選定した場合には、レンズ性能や加工のし易さなどが犠牲となる場合も起こり得る。また、曲率半径を大きくすることにも問題がある。すなわち、オンチップレンズ１３８は、薄膜をまず形成し、それをパターン化した後、リフローして表面が湾曲した形状を得るといった方法で作製される。そして、曲率半径の大きなレンズは、最初に形成する上記薄膜の厚みを薄くすることにより形成することができる。しかしながら、膜厚を薄くし過ぎると膜厚にムラが生じやすくなり、レンズ性能が低下するという問題が生じる。したがって、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長い構造に対し、オンチップレンズ１３８の焦点距離を長くすることで対処するという方法は必ずしも得策とは言えず、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離を短縮する方法が求められていた。
【００１２】
さらに、固体撮像素子１０２に対して光が斜めに入射し、したがってオンチップレンズ１３８に対し光が斜めに入射した場合には、オンチップレンズ１３８を通過した後、光が収束する位置は、横方向に移動することになり、移動量が大きい場合には、光は光センサー１０６の受光面から外れた位置に収束してしまう場合も生じる。このような収束位置の移動は、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離が長いほど大きく、そのため、斜め光に対しても充分な感度を備えた固体撮像素子１０２を実現する上でも、光センサー１０６からオンチップレンズ１３８までの距離をできるだけ短くすることが望ましい。
【００１３】
そこで本発明の目的は、光センサーからオンチップレンズまでの距離を短縮してオンチップレンズに入射した光が光センサー上に正しく収束するように図った固体撮像素子、および同固体撮像素子の製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子であって、前記配線の表面に形成された、前記第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい絶縁材料から成るバッファー層を含み、前記バッファー層は、前記配線と同一にパターン化されて当該配線上のみに形成され、前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と同一の材料から成ると共に当該第１の層間絶縁膜の上に直接形成され、前記第２の層間絶縁膜の表面の高さは、前記配線上の前記バッファー層の表面の高さに等しく、前記パッシベーション膜は、前記配線上の前記バッファー層の表面および前記第２の層間絶縁膜の表面に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の固体撮像素子では、最上層の配線の表面にバッファー層が設けられ、このバッファー層は、第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい材料により形成されている。このような固体撮像素子は、バッファー層を介して上記配線の上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、第２の層間絶縁膜の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜を形成することにより製造できる。そして、第２の層間絶縁膜の材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。
【００１６】
したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、最上層の配線上のバッファー層の表面と第２の層間絶縁膜の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子では、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離を従来より短縮することが可能となる。
【００１７】
また、本発明は、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子を製造する方法であって、前記配線を前記第１の層間絶縁膜の上に形成した後、前記第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい絶縁材料を全体に被着させてバッファー層を形成し、前記バッファー層の上に前記第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ、前記配線上で前記バッファー層の表面が露出するまで前記第２の層間絶縁膜の材料を研磨し表面を平坦化して前記第２の層間絶縁膜を形成し、つづいて、露出した前記バッファー層および前記第２の層間絶縁膜の表面に前記パッシベーション膜を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、バッファー層を形成し、その上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００１９】
また、本発明は、半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子を製造する方法であって、前記配線の材料を前記第１の層間絶縁膜の上に成膜し、成膜した配線材料の膜の表面に、前記第２の層間絶縁膜より研磨されにくい絶縁材料を被着させてバッファー層を形成し、前記配線材料の膜を前記バッファー層とともにフォトリソグラフィーによりパターン化して前記最上層の配線を形成し、次に前記バッファー層および前記第１の層間絶縁膜の表面に当該第１の層間絶縁膜と同一の材料から成る前記第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ、前記配線上で前記バッファー層の表面が露出するまで前記第２の層間絶縁膜の材料を研磨し平坦化して前記第２の層間絶縁膜を形成し、つづいて、露出した前記バッファー層および前記第２の層間絶縁膜の表面に前記パッシベーション膜を形成することを特徴とする。
【００２０】
本発明の固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線をパターン化し、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させて、同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態例としての固体撮像素子を示す部分断面側面図である。図中、図６と同一の要素には同一の符号が付されている。第１の実施の形態例の固体撮像素子２は、一例としてＣＭＯＳイメージセンサーであり、最上層の配線１２６以下では図６に示した従来の固体撮像素子と同一の構造を有し、また固体撮像素子２のオンチップレンズ１３８およびカラーフィルター１３６も従来の固体撮像素子と基本的に同様に形成されている。すなわち、半導体基板１０４の表面に光センサー１０６、電荷転送ゲート１０８、フローティングディフュージョン部１１０などが形成され、その上に層間絶縁膜１１４、１２０、１２４を介して配線１１８、１２２、１２６が積層されている。
【００２２】
本実施の形態例の固体撮像素子２では、配線１２６の表面、側面、ならびに配線１２６側部の層間絶縁膜１２４の表面に、層間絶縁膜１３０の材料より研磨レートが低く研磨されにくい絶縁材料から成るバッファー層４が形成されている。層間絶縁膜１３０は例えばシリコンの酸化物により形成し、バッファー層４はシリコンの窒化物により形成することができる。
【００２３】
本実施の形態例では、配線１２６の側部においてバッファー層４の上に形成された層間絶縁膜１３０の表面の高さは、配線１２６上のバッファー層４の表面の高さに一致しており、これら平坦化された配線１２６上のバッファー層４の表面および層間絶縁膜１３０の表面に、たとえばシリコンの窒化物から成るパッシベーション膜１３２が形成されている。
【００２４】
このような固体撮像素子２は、バッファー層４を介して配線１２６の上に層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、層間絶縁膜１３０の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜１３２を形成することにより製造できる。そして、層間絶縁膜１３０の材料を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１３０の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００２５】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線１２６にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、最上層の配線１２６上のバッファー層４の表面と層間絶縁膜１３０の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜１３２の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がなく、パッシベーション膜１３２の上に直接カラーフィルター１３６を形成することができる。
【００２６】
その結果、本実施の形態例の固体撮像素子２では、光センサー１０６から対応するオンチップレンズ１３８までの距離を従来より短縮することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態例について説明する。図２は本発明の第２の実施の形態例を示す部分断面側面図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号が付されている。図２に示した第２の実施の形態例の固体撮像素子６が、上記固体撮像素子２と異なるのは、配線１２６の側部、および配線１２６の側部における層間絶縁膜１２４の表面にはバッファー層４が形成されておらず、層間絶縁膜１３０が層間絶縁膜１２４の上に直接形成されている点である。
【００２８】
この固体撮像素子６を製造する際にも、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後の研磨において、研磨をバッファー層４の表面で停止することができるので、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。
【００２９】
また、最上層の配線１２６上のバッファー層４の表面と層間絶縁膜１３０の表面とは同じ高さであって平坦であり、パッシベーション膜１３２の表面も平坦となるので、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がなく、パッシベーション膜１３２の上に直接カラーフィルター１３６を形成することができる。
【００３０】
その結果、第２の実施の形態例の固体撮像素子６においても、光センサー１０６から対応するオンチップレンズ１３８までの距離を従来より短縮することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態例について説明する。図３の（Ａ）から（Ｆ）は、本発明の第３の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図であり、一例として上記第１の実施の形態例における層間絶縁膜１２４より上側の構造を形成する工程を示している。
【００３２】
図１に示したように、半導体基板１０４上に配線１１８、１２２を層間絶縁膜１１４、１２０、１２４により分離して順次積層した後、図３の（Ａ）に示したように、最上層の配線１２６を層間絶縁膜１２４の上に形成し、つづいて、図３の（Ｂ）に示したように、層間絶縁膜１３０（図１）の材料より研磨されにくい絶縁材料、たとえばシリコンの窒化物を全体に被着させてバッファー層４を形成し、次に、図３の（Ｃ）に示したように、バッファー層４の上に層間絶縁膜１３０の材料８を配線１２６の厚みより厚く堆積させる。
【００３３】
その後、図３の（Ｄ）に示したように、配線１２６上でバッファー層４の表面が露出するまで層間絶縁膜１３０の材料８をたとえばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により研磨し表面を平坦化して層間絶縁膜１３０を形成する。そして、図３の（Ｅ）に示したように、露出したバッファー層４および層間絶縁膜１３０の表面にパッシベーション膜１３２を形成する。
【００３４】
つづいて、図３の（Ｆ）に示したように、従来通りの方法によりパッシベーション膜１３２の上にカラーフィルター１３６を形成し、カラーフィルター１３６の上にオンチップレンズ１３８を形成する。このような固体撮像素子の製造方法では、バッファー層４を形成し、さらにその上に層間絶縁膜１３０の材料８を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１３０の材料８より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００３５】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜１３２を形成するので、パッシベーション膜１３２の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がない。
【００３６】
その結果、第３の実施の形態例により、光センサーから対応するオンチップレンズ１３８までの距離が短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００３７】
次に、本発明の第４の実施の形態例について説明する。図４の（Ａ）から（Ｈ）は、本発明の第４の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図であり、一例として上記第２の実施の形態例における層間絶縁膜１２４より上側の構造を形成する工程を示している。
【００３８】
図２に示したように、半導体基板１０４上に配線１１８、１２２を層間絶縁膜１１４、１２０、１２４により分離して順次積層した後、図４の（Ａ）に示したように、配線１２６の材料１０を層間絶縁膜１２４の上に成膜し、つづいて、図４の（Ｂ）に示したように、成膜した配線材料の膜１０の表面に、層間絶縁膜１３０（図２）より研磨されにくい絶縁材料、たとえばシリコンの窒化膜を被着させてバッファー層４を形成する。その後、図４の（Ｃ）に示したように、配線材料の膜１０をバッファー層４とともに、パターン化したフォトレジスト層１２を用いたフォトリソグラフィーによりパターン化して、図４の（Ｄ）に示したように最上層の配線１２６を形成する。
【００３９】
次に、図４の（Ｅ）に示したように、バッファー層４および層間絶縁膜１２４の表面に層間絶縁膜１３０の材料８を、配線１２６とバッファー層４の厚みを加えた厚みより厚く堆積させ、そして、図４の（Ｆ）に示したように、配線１２６上でバッファー層４の表面が露出するまで層間絶縁膜１３０の材料８を、たとえばＣＭＰにより研磨し平坦化して層間絶縁膜１３０を形成する。
【００４０】
その後、図４の（Ｇ）に示したように、露出したバッファー層４および層間絶縁膜１３０の表面にパッシベーション膜１３２を形成し、さらに図４の（Ｈ）に示したように、従来の方法によりカラーフィルター１３６およびオンチップレンズ１３８を順次形成する。
【００４１】
このような固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線１２６をパターン化し、層間絶縁膜１３０の材料８を堆積させて同材料８を研磨する際、バッファー層４の材料は層間絶縁膜１２４の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層４の表面で停止することができる。
【００４２】
したがって、バッファー層４を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線１２６と、その上のパッシベーション膜１３２との間には薄いバッファー層４が介在するのみとできる。また、層間絶縁膜１３０の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜１３２を形成するので、パッシベーション膜１３２の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜１３２の上に平坦化膜１３４（図６）を形成する必要がない。
【００４３】
その結果、第４の実施の形態例の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズ１３８までの距離が短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズ１３８の材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズ１３８の曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００４４】
また、この第４の実施の形態例の製造方法は、バッファー層４の被覆性が悪い場合にも、その影響を受けることなく層間絶縁膜１３０やバッファー層４を良好に形成することができる。バッファー層４の被覆性が悪い場合には、バッファー層４は図５に示したような状態となり、正常な場合の図３の（Ｂ）に比べて分かるように、配線１２６の側面や、層間絶縁膜１２４の表面において厚みが不均一となってしまう。このような状態では、層間絶縁膜１３０の材料をバッファー層４上に堆積させた際に、配線１２６の側部を層間絶縁膜１３０の材料によって確実に埋めることができず、不具合が生じる。しかし、第４の実施の形態例では、バッファー層４は、図４の（Ｂ）に示したように、平坦な配線材料の膜１０の表面に形成すればよいため、バッファー層４の被覆性が悪くても図５に示したような問題は生じない。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態例について説明したが、本発明は無論これらの例に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。たとえば、固体撮像素子としては、光センサーがたとえばマトリクス状に配列された２次元の固体撮像素子に限らず、光センサーが１列に配列されたリニアイメージセンサーであってもよく、その場合にも本発明を適用して上述のような効果を得ることができる。また、本実施の形態例では配線は３層に積層されているとしたが、配線が１層や２層である場合にも本発明は有効である。本発明はＣＭＯＳイメージセンサーに限らず、ＣＣＤ構造の固体撮像素子に対しても無論有効である。バッファー層４、層間絶縁膜１３０などの上記材料は一例であり、上記以外の材料を用いて同様の効果を得ることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の固体撮像素子では、最上層の配線の表面にバッファー層が設けられ、このバッファー層は、第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい材料により形成されている。このような固体撮像素子は、バッファー層を介して上記配線の上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、第２の層間絶縁膜の材料を研磨して表面を平坦化し、その上にパッシベーション膜を形成することにより製造できる。そして、第２の層間絶縁膜の材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。
【００４７】
したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、最上層の配線上のバッファー層の表面と第２の層間絶縁膜の表面とは同じ高さであって平坦であり、それらの上に形成されたパッシベーション膜の表面も平坦であるため、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子では、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離を従来より短縮することが可能できる。したがって、オンチップレンズの材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズの曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【００４８】
そして、本発明の固体撮像素子の製造方法では、バッファー層を形成し、その上に第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、最上層の配線をパターン化し、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させて、同材料を研磨する際、バッファー層の材料は第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくいので、研磨をバッファー層の表面で停止することができる。したがって、バッファー層を薄く形成しても研磨により配線にダメージを与えるといったことがなく、最上層の配線と、その上のパッシベーション膜との間には薄いバッファー層が介在するのみとできる。また、第２の層間絶縁膜の材料を堆積させた後、表面全体を平坦化した上でパッシベーション膜を形成するので、パッシベーション膜の表面も平坦であり、従来のようにパッシベーション膜の上に平坦化膜を形成する必要がない。その結果、本発明の固体撮像素子の製造方法により、光センサーから対応するオンチップレンズまでの距離が従来より短い固体撮像素子を製造することができる。したがって、オンチップレンズの材料を選定する際の自由度が高くなり、またオンチップレンズの曲率半径も特に大きくする必要がなくなる。さらに、斜めに入射する光に対しても充分な感度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例としての固体撮像素子を示す部分断面側面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態例を示す部分断面側面図である。
【図３】（Ａ）から（Ｆ）は、本発明の第３の実施の形態例としての固体撮像素子の製造工方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図である。
【図４】（Ａ）から（Ｈ）は、本発明の第４の実施の形態例としての固体撮像素子の製造方法による工程を部分的に示す半導体基板上部構造の部分断面側面図である。
【図５】被覆性の悪いバッファー層を示す部分断面側面図である。
【図６】従来のカラー固体撮像素子を示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
２……固体撮像素子、４……バッファー層、６……固体撮像素子、８……材料、１０……膜、１２……フォトレジスト層、１０２……固体撮像素子、１０４……半導体基板、１０６……光センサー、１０８……電荷転送ゲート、１１０……フローティングディフュージョン部、１１２……周辺の半導体基板表面部にはフィールド酸化膜、１１４……層間絶縁膜、１１６……コンタクトプラグ、１１８……配線、１２０……層間絶縁膜、１２２……配線、１２４……層間絶縁膜、１２６……配線、１２８……コンタクトプラグ、１３０……層間絶縁膜、１３２……パッシベーション膜、１３４……平坦化膜、１３６……カラーフィルター、１３８……オンチップレンズ、１４０……光、１４２……箇所。
Claims (8)
- 半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子であって、
前記配線の表面に形成された、前記第２の層間絶縁膜の材料より研磨されにくい絶縁材料から成るバッファー層を含み、
前記バッファー層は、前記配線と同一にパターン化されて当該配線上のみに形成され、
前記第２の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜と同一の材料から成ると共に当該第１の層間絶縁膜の上に直接形成され、
前記第２の層間絶縁膜の表面の高さは、前記配線上の前記バッファー層の表面の高さに等しく、
前記パッシベーション膜は、前記配線上の前記バッファー層の表面および前記第２の層間絶縁膜の表面に形成されている
固体撮像素子。 - 前記第２の層間絶縁膜の材料はシリコンの酸化物から成り、前記バッファー層はシリコンの窒化物から成る
請求項１記載の固体撮像素子。 - 前記半導体基板表面と前記配線との間に前記第１の層間絶縁膜および当該第１の層間絶縁膜より下に形成された第３の層間絶縁膜により分離して積層された１つまたは複数の配線が形成されている
請求項１または２記載の固体撮像素子。 - 前記第３の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜および前記第２の層間絶縁膜と同一の材料から成る
請求項３記載の固体撮像素子。 - 半導体基板の表面部に形成されたフォトセンサーに入射光を収束させるオンチップレンズと、前記半導体基板の上に形成された表面が平坦な第１の層間絶縁膜と、同第１の層間絶縁膜の上に形成された最上層の配線と、同配線の側部を埋めるべく前記第１の層間絶縁膜の上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記配線と前記オンチップレンズとの間に形成されたパッシベーション膜とを備えた固体撮像素子を製造する方法であって、
前記配線の材料を前記第１の層間絶縁膜の上に成膜し、
成膜した配線材料の膜の表面に、前記第２の層間絶縁膜より研磨されにくい絶縁材料を被着させてバッファー層を形成し、
前記配線材料の膜を前記バッファー層とともにフォトリソグラフィーによりパターン化して前記最上層の配線を形成し、
次に前記バッファー層および前記第１の層間絶縁膜の表面に当該第１の層間絶縁膜と同一の材料から成る前記第２の層間絶縁膜の材料を堆積させ、
前記配線上で前記バッファー層の表面が露出するまで前記第２の層間絶縁膜の材料を研磨し平坦化して前記第２の層間絶縁膜を形成し、
つづいて、露出した前記バッファー層および前記第２の層間絶縁膜の表面に前記パッシベーション膜を形成する
固体撮像素子の製造方法。 - 前記第２の層間絶縁膜はシリコンの酸化物により形成し、前記バッファー層はシリコンの窒化物により形成する
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記半導体基板の表面と前記配線との間に１つまたは複数の配線を前記第１の層間絶縁膜および当該第１の層間絶縁膜より下に形成された第３の層間絶縁膜により分離して積層する
請求項５または６に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記第３の層間絶縁膜は、前記第１の層間絶縁膜および前記第２の層間絶縁膜と同一の材料から成る
請求項７記載の固体撮像素子の製造方法。
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