JP5644341B2 - 固体撮像素子、および、その製造方法、電子機器 - Google Patents
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Description
Al+3F− → AlF3+3e− ・・・(2)
(A−1)カメラの要部構成
図1は、本発明にかかる実施形態において、カメラ40の構成を示す構成図である。図1では、カメラ40の全体構成を、模式的に示している。
固体撮像素子1の全体構成について説明する。
本実施形態にかかる固体撮像素子1の詳細内容について説明する。
フォトダイオード21は、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が配置されている。つまり、撮像面(xy面)において、水平方向xと、この水平方向xに対して直交する垂直方向yとのそれぞれに並んで設けられている。
画素トランジスタTrは、図2に示した複数の画素Pに対応するように複数が配置されている。
画素トランジスタTrにおいて、転送トランジスタ22は、図3,図4に示すように、フォトダイオード21で生成された信号電荷を、フローティング・ディフュージョンFDに転送するように構成されている。
画素トランジスタTrにおいて、増幅トランジスタ23は、図3,図4に示すように、フローティング・ディフュージョンFDにおいて、電荷から電圧へ変換された電気信号を増幅して出力するように構成されている。
画素トランジスタTrにおいて、選択トランジスタ24は、図3,図4に示すように、選択信号が入力された際に、増幅トランジスタ23によって出力された電気信号を、垂直信号線27へ出力するように構成されている。
画素トランジスタTrにおいて、リセットトランジスタ25は、図3,図4に示すように、増幅トランジスタ23のゲート電位をリセットするように構成されている。
多層配線層111は、図5および図6に示すように、基板101の表面に設けられている。
また、詳細については後述するが、カーボン系無機膜300は、カーボン系無機膜300の上部に設けられた各層についてドライエッチング処理を実施する際に、エッチングストッパー膜として用いられる。ここでは、フッ素(F)系ガスを用いたドライエッチング処理において、活性化されたフッ素(F)のイオンまたはラジカルに対して、反応しにくい材料で、カーボン系無機膜300を形成し、エッチングストッパー膜として機能させている。
これをカーボン系無機膜300の形成で用いる場合には、全ての炭素−炭素結合において、sp3結合が5%以上であるものを適用できる。
ここでは、特に、sp3結合が40%以上(sp3結合>sp2結合)であるものを用いて、カーボン系無機膜300を形成することが最適である。
この理由は、sp3結合がsp2結合よりも多い場合には、硬度が硬く、透明性が高く、導電性が低いからである。
また、カーボン系無機膜300の形成においては、水素(H)元素が含有する割合が数%(たとえば、5%)以下のものを適用できる。
この理由は、カーボンを主体とする材料において水素(H)元素が多く含まれる場合には、有機系材料となり、ドライエッチング処理で反応して耐性が悪化するので、エッチングストッパー膜として用いることは、好適でないからである。
パッシベーション膜120は、図5に示すように、画素アレイ領域PAにおいて、多層配線層111の上方に設けられている。
平坦化膜130は、図5,図6に示すように、画素アレイ領域PAおよび周辺領域SAにおいて、パッシベーション膜120を介して、多層配線層111の上方に設けられている。たとえば、平坦化膜130は、樹脂などの有機材料を用いて形成されている。
カラーフィルタCFは、図5に示すように、画素アレイ領域PAにおいて、パッシベーション膜120および平坦化膜130を介して多層配線層111の上方に設けられている。カラーフィルタCFは、平坦化膜130によって平坦にされた面に設けられることで、フォトダイオード21の受光面JSと正確に対面するように形成される。また、カラーフィルタCFは、平坦化膜130によって密着性が向上される。
オンチップレンズMLは、図5に示すように、画素アレイ領域PAにおいて、パッシベーション膜120、平坦化膜130およびカラーフィルタCFを介して多層配線層111の上方に設けられている。オンチップレンズMLは、画素アレイ領域PAにおいて画素Pに対応して設けられており、レンズ材膜140を加工することで形成されている。
反射防止膜150は、図5に示すように、画素アレイ領域PAにおいて、オンチップレンズMLおよびレンズ材膜140の上面を被覆するように設けられている。
図10は、本発明にかかる実施形態において、画素Pから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。図10において、(a)は、選択トランジスタ24のゲートへ入力する選択信号(SEL)を示している。(b)は、リセットトランジスタ25のゲートへ入力するリセット信号(RST)を示している。そして、(c)は、転送トランジスタ22のゲートへ入力する転送信号(TG)を示している(図4参照)。
以下より、上記の固体撮像素子1を製造する製造方法の要部について説明する。
まず、図11(a)に示すように、パッド電極111Pなどの各部について形成する。
・材料:アルミニウム、アルミニウム合金
・厚み:300〜1200nm(デバイス性能による)
・材料:グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン(アモルファスカーボン)
・厚み:10〜50nm(グラフェンの場合には、一の炭素元素の厚み)
・材料:窒化シリコン(SixNy)など
・厚み:200〜800nm(組成による)
・材料:アクリル樹脂,エポキシ樹脂
・厚み:50〜800nm(組成,材質,形状による)
・材料:アクリル樹脂,エポキシ樹脂
・厚み:200〜2000nm(組成,材質による)
・材料:酸化シリコン(SiO2)など
・厚み:50〜250nm(組成,材質による)
つぎに、図11(b)に示すように、フォトレジスト膜PRを形成する。
つぎに、図12(c)に示すように、レジストパターンRPを形成する。
つぎに、図12(d)に示すように、カーボン系無機膜300の表面が露出するまで、カーボン系無機膜300の上面に設けられた各部をエッチングする。
・ガス圧力:0.3〜2.0Pa
・ガス流量:
O2 ;50〜500scc
CHF3 ;0〜50scc
CF4 ;30〜400scc
Ar ;0〜30scc
・放電(プラズマ)パワー:500〜2000W
・バイアスパワー:20〜500W
つぎに、図13(e)に示すように、レジストパターンRPとカーボン系無機膜300の一部とを除去する。
C+2O*→CO2 ・・・(4)
以上のように、本実施形態では、基板101の画素アレイ領域PAに、入射光Hを受光する画素Pを形成する(画素形成工程)。また、基板101において画素アレイ領域PAの周辺に位置する周辺領域SAに、パッド電極111Pを形成する(パッド電極形成工程)。ここでは、アルミニウムまたはアルミニウム合金によってパッド電極111Pを形成する。そして、パッド電極111Pにおいて外部に電気的に接続する接続面を含む上面にカーボン系無機膜300を形成する(カーボン系無機膜形成工程)。ここでは、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン(アモルファスカーボン)のうちの少なくとも1つを用いて、カーボン系無機膜300を形成する。そして、そのカーボン系無機膜300の上面を被覆するように、パッシベーション膜120、平坦化膜130、レンズ材膜140、反射防止膜150などの被覆膜を形成する(被覆膜形成工程)(図11(a)参照)。この後、そのパッド電極111Pの接続面上に開口KKを形成し、接続面を露出させる(開口形成工程)(図11(b)〜図13(e)参照)。
P:画素、PA:画素アレイ領域、PR:フォトレジスト膜、PS:撮像面、RP:レジストパターン、SA:周辺領域、Tr:画素トランジスタ
Claims (7)
- 入射光を受光する画素を基板の画素アレイ領域に形成する画素形成工程と、
前記基板において前記画素アレイ領域の周辺に位置する周辺領域に、パッド電極を形成するパッド電極形成工程と、
前記パッド電極において外部に電気的に接続する接続面を含む上面にカーボン系無機膜を形成するカーボン系無機膜形成工程と、
前記カーボン系無機膜の上面を被覆する被覆膜を形成する被覆膜形成工程と、
前記パッド電極の前記接続面上に開口を形成し、前記接続面を露出させる開口形成工程と
を有しており、
前記開口形成工程は、
前記被覆膜の上面において、前記接続面の部分が開口し、前記接続面以外の部分を被覆するように、レジストパターンを形成するレジストパターン形成ステップと、
前記レジストパターンをマスクとして用いると共に、前記カーボン系無機膜をエッチングストッパー膜として用いて、前記被覆膜についてエッチング処理を実施し、前記カーボン系無機膜の上面にて前記接続面に対応する面を露出させるエッチング処理ステップと、
前記レジストパターンと前記カーボン系無機膜にて前記接続面に対応する部分とについてアッシング処理を実施し、両者を同時に除去するアッシング処理ステップと
を含む、
固体撮像素子の製造方法。 - 前記パッド電極形成工程では、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって前記パッド電極を形成し、
前記カーボン系無機膜形成工程では、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドライクカーボン(アモルファスカーボン)のうちの少なくとも1つを用いて前記カーボン系無機膜を形成し、
前記開口形成工程の前記エッチング処理ステップにおいては、CF4,C2F6,C3F8,CHF3,SF6を少なくとも1種含むフッ素系エッチングガスを用いて、前記エッチング処理を実施する、
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記被覆膜形成工程は、
前記カーボン系無機膜の上面を被覆するようにパッシベーション膜を前記被覆膜として形成するパッシベーション膜形成ステップ、
を含む、
請求項2に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記被覆膜形成工程は、
前記パッシベーション膜の上面を被覆するように平坦化膜を前記被覆膜として形成する平坦化膜形成ステップ
を含む、
請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記被覆膜形成工程は、
前記平坦化膜の上面にレンズ材膜を前記被覆膜として形成するレンズ材膜形成ステップ を含み、
前記開口形成工程の実施よりも前に、前記画素アレイ領域において前記レンズ材膜をオンチップレンズに加工する、オンチップレンズ形成工程
を有する、
請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記被覆膜形成工程は、
前記レンズ材膜の上面に反射防止膜を前記被覆膜として形成する反射防止膜形成ステップを含む、
請求項5に記載の固体撮像素子の製造方法。 - 前記開口形成工程の前記エッチング処理ステップでは、前記被覆膜についてエッチング処理する際に生ずるガスをモニタリングすることで、当該エッチング処理のエンドポイントを検知する、
請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法。
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