JP5968481B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
近年、半導体装置の一つである固体撮像装置に関して、光電変換部に入射する光量を増やすため、光導波路を有する固体撮像装置が提案されている。 2. Description of the Related Art In recent years, a solid-state imaging device having an optical waveguide has been proposed for a solid-state imaging device that is one of semiconductor devices in order to increase the amount of light incident on a photoelectric conversion unit.
特許文献1には、低屈折率のクラッド層と、クラッド層に囲まれた溝部内に埋め込まれた高屈折率のコア層とが構成する導波路を有する固体撮像装置が開示されている。このような固体撮像装置の製造方法として、光電変換部に対応する開口を有するクラッド層の上の全面にコア層を成膜する方法が示されている。コア層を構成する材料としては、シリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)、シリコン炭化膜(SiC)が挙げられている。 Patent Document 1 discloses a solid-state imaging device having a waveguide constituted by a low refractive index cladding layer and a high refractive index core layer embedded in a groove surrounded by the cladding layer. As a method for manufacturing such a solid-state imaging device, a method of forming a core layer on the entire surface of a clad layer having an opening corresponding to a photoelectric conversion portion is shown. Examples of the material constituting the core layer include a silicon nitride film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON), and a silicon carbide film (SiC).
特許文献1には、導波路を形成したあとに配線を電気的に接続するプラグを形成することについて開示がない。本発明者らは、従来技術の固体撮像装置の製造方法では、導波路を形成した後に、配線を構成する導電部材を互いに電気的に接続するためのプラグを形成することが困難であるという課題を見出した。具体的には、導波路のコア層としてシリコン窒化膜(SiN)、シリコン酸窒化膜(SiON)、あるいはシリコン炭化膜(SiC)が形成されると、プラグを配するためのスルーホールを形成するための工程が複雑になる可能性がある。 Patent Document 1 does not disclose the formation of a plug that electrically connects wiring after the waveguide is formed. In the manufacturing method of the solid-state imaging device of the prior art, the present inventors have a problem that it is difficult to form a plug for electrically connecting the conductive members constituting the wiring to each other after the waveguide is formed. I found. Specifically, when a silicon nitride film (SiN), a silicon oxynitride film (SiON), or a silicon carbide film (SiC) is formed as the core layer of the waveguide, a through hole for arranging a plug is formed. The process may be complicated.
このように、従来技術ではスルーホールを形成することが困難であった。上述の課題に鑑み、本発明の目的は少ない工程数でスルーホールを形成することを可能とする、あるいは簡単な工程でスルーホールを形成することを可能とする半導体装置の製造方法を提供することである。 Thus, it has been difficult to form a through hole with the prior art. In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that enables a through hole to be formed with a small number of steps, or allows a through hole to be formed with a simple process. It is.
本発明の一つの側面に係る固体撮像装置の製造方法は、第1領域及び第2領域を含む半導体基板の前記第2領域の上に導電部材を形成する第1工程と、前記半導体基板の第1領域の上と、前記第2領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第1絶縁体を形成する第2工程と、前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第1絶縁体を残し、前記第1絶縁体のうち前記第1領域の上に配された部分に第1開口を形成する第3工程と、前記第1開口の内部、及び前記第1絶縁体のうち前記第2領域の上に配された部分の上に、前記第1絶縁体とは異なる材料で構成される第2絶縁体を形成する第4工程と、前記第2絶縁体のうち前記第2領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第1絶縁体が露出するように除去する第5工程と、前記第5工程の後に、前記第1絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第2開口を形成する第6工程と、前記第2開口にプラグを形成する第7工程と、を含み、前記第2開口の面積は、前記第2絶縁体の前記第3工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする。 According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a solid-state imaging device, the first step of forming a conductive member on the second region of the semiconductor substrate including the first region and the second region, and the first step of the semiconductor substrate. A second step of forming a first insulator on the opposite side of the semiconductor substrate with respect to the conductive member on the first region and the second region; and electrically connected to the conductive member A third step of leaving the first insulator at a position where the plug to be disposed is disposed, and forming a first opening in a portion of the first insulator disposed on the first region; Forming a second insulator made of a material different from the first insulator on the inside of one opening and on the portion of the first insulator disposed on the second region; A portion of the second insulator disposed on the second region, wherein the plug is disposed A fifth step of removing the portion disposed above the position and within a predetermined distance from the position where the plug is disposed so that the first insulator is exposed, and after the fifth step, A sixth step of forming a second opening at the position where the plug of the first insulator is disposed, and a seventh step of forming a plug in the second opening, wherein the area of the second opening is: It is smaller than the area of the said part removed by the said 3rd process of a said 2nd insulator, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の別の側面に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部が配された第1領域、及び前記複数の光電変換部からの信号を処理する回路が配された第2領域を含む半導体基板の前記第2領域の上に導電部材を形成する第1工程と、前記半導体基板の前記第1領域の上と、前記第2領域の上であって、前記導電部材に対して前記半導体基板とは反対側に第1絶縁体を形成する第2工程と、前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第1絶縁体を残し、前記第1絶縁体の前記複数の光電変換部の各々と重なった位置に複数の第1開口を形成する第3工程と、前記複数の第1開口の各々の内部、及び前記第1絶縁体のうち前記第2領域の上に配された部分の上に、前記第1絶縁体とは異なる材料で構成される第2絶縁体を形成する第4工程と、前記第2絶縁体のうち前記第2領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される前記位置の上、及び前記プラグが配される前記位置から所定の距離以内に配された部分を前記第1絶縁体が露出するように除去する第5工程と、前記第5工程の後に、前記第1絶縁体の前記プラグが配される前記位置に第2開口を形成する第6工程と、前記第2開口にプラグを形成する第7工程と、を含み、前記第2開口の面積は、前記第2絶縁体の前記第3工程で除去される前記部分の面積よりも小さいことを特徴とする。 The manufacturing method of the solid-state imaging device according to another aspect of the present invention includes a first region in which a plurality of photoelectric conversion units are disposed, and a second region in which a circuit for processing signals from the plurality of photoelectric conversion units is disposed. A first step of forming a conductive member on the second region of the semiconductor substrate including: on the first region of the semiconductor substrate; on the second region; A second step of forming a first insulator on a side opposite to the semiconductor substrate; and the first insulator is left at a position where a plug electrically connected to the conductive member is disposed; A third step of forming a plurality of first openings at positions overlapping with each of the plurality of photoelectric conversion portions of the body, the second of the first insulators, and the second of the first insulators A second layer made of a material different from that of the first insulator on a portion disposed on the region; A fourth step of forming an edge, and a portion of the second insulator disposed on the second region, on the position where the plug is disposed, and on which the plug is disposed A fifth step of removing a portion disposed within a predetermined distance from the position so that the first insulator is exposed, and the plug of the first insulator is disposed after the fifth step. A sixth step of forming a second opening at a position and a seventh step of forming a plug in the second opening, wherein the area of the second opening is removed in the third step of the second insulator It is smaller than the area of the said part to be performed.
本発明によれば、簡単な工程で半導体装置を製造することが可能となる。 According to the present invention, a semiconductor device can be manufactured by a simple process.
本発明は半導体装置の製造方法に関するものである。本発明は、例えば、固体撮像装置の製造方法に適用可能である。固体撮像装置は複数の光電変換部が配された半導体基板を有する半導体装置である。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. The present invention is applicable to, for example, a method for manufacturing a solid-state imaging device. A solid-state imaging device is a semiconductor device having a semiconductor substrate on which a plurality of photoelectric conversion units are arranged.
固体撮像装置の製造方法を例に本発明の好適な実施形態を説明する。半導体基板101は、複数の光電変換部105が配された撮像領域103、光電変換部105からの信号を処理する回路が配された周辺領域104を含む。周辺領域104の上には信号処理回路の配線を構成する導電部材が配される。半導体基板101の上には、絶縁体が配される。絶縁体は例えば複数の層間絶縁膜113a〜113eを含む。第5層間絶縁膜113eは第2配線層112bに含まれる導電部材の上に配される。
A preferred embodiment of the present invention will be described by taking a solid-state imaging device manufacturing method as an example. The
絶縁体に複数の開口116を形成する。開口116は絶縁体のうち複数の光電変換部105と重なった位置に形成される。撮像領域103には多数の光電変換部105が配されうる。このとき、第2配線層112bに含まれる導電部材の上には第5層間絶縁膜113eが残る。
A plurality of
次に、開口が形成された絶縁体の上に第1導波路部材118を形成する。第1導波路部材118は複数の開口116の内部を埋めるように形成される。さらに、第1導波路部材118は周辺領域104に配された絶縁体の上に形成される。この時、開口116の内部の全体が埋められる必要はない。開口116の内部の一部に空隙が残ってもよい。第1導波路部材118を構成する材料は、第5層間絶縁膜を構成する材料とは異なる。
Next, the
第1導波路部材118のうち、周辺領域104に配された部分を除去する。除去の方法は、エッチングやリフトオフなどを用いることができる。平面的には、少なくとも、第2配線層112の導電部材と第3配線層112cの導電部材とを電気的に接続するプラグ121が配される位置、及び当該位置から所定の距離以内に配された部分を除去すればよい。周辺領域104に配された部分のうち大部分を除去することが好ましい。周辺領域104に配された部分の全面を除去することがさらに好ましい。所定の距離は、プラグ121の径に基づいて決定してよい。あるいは、半導体プロセスにおける重ね合わせ精度、最小設計寸法などに基づいて所定の距離を決定してもよい。
A portion of the
また、深さ方向において第1導波路部材118の全部を除去することが好ましい。すなわち、下地の第5層間絶縁膜113eが露出するまで第1導波路部材118を除去することが好ましい。
Further, it is preferable to remove all of the
その後、第5層間絶縁膜113eの第2配線層112の導電部材と第3配線層112cの導電部材とを電気的に接続するプラグ121が配される位置にスルーホール125を形成する。スルーホール125の形成の前に、必要に応じて第5層間絶縁膜113eの上にさらに別の絶縁体が形成されてもよい。この場合、当該別の絶縁体にもスルーホール125が形成されることが好ましい。
Thereafter, a
スルーホール125の面積は、第1導波路部材118の除去される部分の面積よりも小さい。本明細書において、特に断りがない限り、面積は半導体基板101と該半導体基板と接して配された絶縁体との界面(半導体基板101の主面102)に平行な面で見たときの面積である。例えば、面積は、スルーホール125がある平面に投写された場合に当該平面でのスルーホール125が投写された領域の面積である。
The area of the through
本実施例の製造方法によれば、プラグ121を配するためのスルーホール125を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第5層間絶縁膜113eとは異なる材料で第1導波路部材118は構成される。これは、開口116に埋め込まれる第1導波路部材118の屈折率を、周囲の層間絶縁膜より高くすることで、光導波路とするためである。このように、スルーホール125を形成する位置に異なる材料が積層された場合には、複数の異なる条件でのプロセスによってスルーホール125を形成する必要がある。このため、スルーホール125を形成する前に、スルーホール125が配される位置、及びスルーホール125が配される位置から所定の距離以内に配された第1導波路部材118を除去することによって、スルーホール125を容易に形成することが可能となる。
According to the manufacturing method of the present embodiment, it is easy to form the through
なお、本発明は、上述のように異なる材料が重なって配された場所にスルーホールを形成する場合に適用可能である。 Note that the present invention can be applied to the case where a through hole is formed at a place where different materials overlap each other as described above.
以下の説明では、電子が信号電荷である場合について説明するが、ホールが信号電荷であってもよい。ホールが信号電荷である場合には、半導体領域の導電型を反対にすればよい。 In the following description, a case where electrons are signal charges will be described, but holes may be signal charges. When holes are signal charges, the conductivity type of the semiconductor region may be reversed.
図面を用いて本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第1の実施例を説明する。図1〜図4は、本実施例の各工程における、固体撮像装置の断面構造の概略図である。 A first embodiment of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 4 are schematic views of a cross-sectional structure of the solid-state imaging device in each process of the present embodiment.
固体撮像装置100は半導体基板101を有する。半導体基板は、固体撮像装置を構成する部材のうち半導体材料の部分である。例えば、半導体基板は、半導体ウェハに対して周知の半導体製造プロセスにより半導体領域が形成されたものを含む。半導体材料としては例えばシリコンが挙げられる。半導体材料と別の材料との界面が半導体基板の主面102である。例えば、別の材料は半導体基板上に該半導体基板と接して配された熱酸化膜などである。
The solid-
本実施例において、半導体基板101には周知の半導体基板を用いることができる。半導体基板101にP型半導体領域、N型半導体領域が配される。102は半導体基板101の主面である。本実施例では、主面102は半導体基板101と半導体基板101に積層された熱酸化膜(不図示)との界面である。半導体基板101は複数の画素が配された撮像領域103、及び画素からの信号を処理する信号処理回路が配された周辺領域104を有する。撮像領域103、及び周辺領域104についての説明は後述する。
In this embodiment, a known semiconductor substrate can be used as the
なお、本明細書において、平面は主面102と平行な面である。例えば、後述する光電変換部が配された領域における主面102、あるいはMOSトランジスタのチャネルにおける主面102を基準としてよい。本明細書において、断面は平面と交差する面である。
In the present specification, the plane is a plane parallel to the
図1(a)に示される工程においては、半導体基板101内に各半導体領域、半導体基板101の上にゲート電極、多層配線を形成する。半導体基板101の撮像領域103には、光電変換部105、フローティングディフュージョン(以下、FD)106、画素トランジスタ用のウェル107やソース・ドレイン領域が形成される。光電変換部105は例えばフォトダイオードである。光電変換部105は半導体基板101に配されたN型半導体領域を含む。光電変換によって発生した電子が光電変換部のN型半導体領域に収集される。FD106はN型半導体領域である。光電変換部105で発生した電子はFD106に転送され、電圧に変換される。FD106は増幅部の入力ノードに電気的に接続される。あるいは、FD106は信号出力線に電気的に接続される。本実施例では、FD106は増幅トランジスタのゲート電極110bにプラグ114を介して電気的に接続される。画素トランジスタ用のウェル107には、信号を増幅する増幅トランジスタや、増幅トランジスタの入力ノードをリセットするリセットトランジスタなどのソース・ドレイン領域が形成される。半導体基板101の周辺領域104には、周辺トランジスタ用のウェル108が形成される。周辺トランジスタ用のウェル108には、信号処理回路を構成する周辺トランジスタのソース・ドレイン領域が形成される。また、半導体基板101には、素子分離部109が形成されてもよい。素子分離部109は画素トランジスタ、または周辺トランジスタを他の素子と電気的に分離する。素子分離部109は、STI(Shallow Trench Isolation)、LOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)などである。
In the process shown in FIG. 1A, each semiconductor region is formed in the
また、この工程では転送ゲート電極110a、ゲート電極110bを形成する。転送ゲート電極110a、ゲート電極110bは、半導体基板101上に不図示の酸化膜を介して配される。転送ゲート電極110aは光電変換部105とFD106との間の電荷の転送を制御する。ゲート電極110bは画素トランジスタ、周辺トランジスタのゲートである。
In this step, the
さらに、この工程では、半導体基板101上に保護層111を形成する。例えば保護層111はシリコン窒化膜である。また、保護層111はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜を含む複数の層で構成されてもよい。保護層111は、後の工程で光電変換部に与えられるダメージを低減する機能を有していてもよい。あるいは、保護層111が反射防止の機能を有していてもよい。あるいは、シリサイド工程における金属の拡散を防止する機能を有していてもよい。また、保護層111に対して半導体基板101とは反対側にエッチストップ部材117を形成する。エッチストップ部材117の面積は、その後に形成される開口116の底の面積より大きいことが好ましい。なお、保護層111及びエッチストップ部材117は必ずしも形成される必要はない。
Further, in this step, a
続いて、第1配線層112a、及び第2配線層112b、及び複数の層間絶縁膜113a〜113eを形成する。本実施例ではダマシン法によって第1配線層112a、第2配線層112bが形成される。便宜的に半導体基板101に近いほうから順に、第1〜第5層間絶縁膜113a〜113eとする。
Subsequently, a
第1層間絶縁膜113aを撮像領域103及び周辺領域104に形成する。必要に応じて、第1層間絶縁膜113aの半導体基板101とは反対側の面を平坦化してもよい。第1層間絶縁膜113aにはスルーホールが形成される。スルーホールには、第1配線層112aの導電部材と半導体基板101の半導体領域とを電気的に接続するプラグ114が配される。プラグ114は導電性の材料で構成される。例えばプラグ114はタングステンである。
A first
次に、第1層間絶縁膜113aに対して半導体基板101とは反対側に第2層間絶縁膜113bを形成する。第2層間絶縁膜113bのうち、第1配線層112aの導電部材が配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。その後、第1配線層の材料となる金属膜を撮像領域103及び周辺領域104に形成する。その後、CMPなどの方法により第2層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去する。このような手順によって、第1配線層112aの配線を構成する導電部材が所定のパターンに配される。
Next, a second
続いて、第3層間絶縁膜113c、第4層間絶縁膜113dを撮像領域103及び周辺領域104に形成する。ここで、第4層間絶縁膜113dのうち、第2配線層112bの導電部材が配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。次に、第3層間絶縁膜113cのうち、第1配線層112aの導電部材と第2配線層112bの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分をエッチングにより除去する。その後、第2配線層及びプラグの材料となる金属膜を撮像領域103及び周辺領域104に形成する。その後、CMPなどの方法により第4層間絶縁膜が露出するまで金属膜を除去する。このような手順によって、第2配線層112bの配線パターン、及びプラグのパターンを得る。なお、第3層間絶縁膜113c、第4層間絶縁膜113dを形成した後に、先に第1配線層112aの導電部材と第2配線層112bの導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分をエッチングにより除去してもよい。
Subsequently, a third
最後に第5層間絶縁膜113eを撮像領域103及び周辺領域104に形成する。必要に応じて、第5層間絶縁膜113eの半導体基板101とは反対側の面をCMPなどの方法で平坦化してもよい。
Finally, a fifth
なお、第1配線層112a及び第2配線層112bはダマシン法以外の手法で形成されてもよい。ダマシン法以外の手法の一例を説明する。第1層間絶縁膜113aが形成された後に、第1配線層の材料となる金属膜を撮像領域103及び周辺領域104に形成する。次に、金属膜のうち、第1配線層112aの導電部材が配される領域以外の部分をエッチングにより除去する。これによって、第1配線層112aの配線パターンを得る。その後、第2層間絶縁膜113b、第3層間絶縁膜113cを形成し、同様に第2配線層112bを形成する。第2配線層112bが形成された後、第4層間絶縁膜113d及び第5層間絶縁膜113eを形成する。第3層間絶縁膜113c、及び第5層間絶縁膜113eの半導体基板101とは反対側の面は必要に応じて平坦化される。
The
第1配線層112a、第2配線層112bは、半導体基板101の主面を基準に異なる高さに配される。本実施例において、第1配線層112a、及び第2配線層112bの導電部材は銅で形成される。導電部材は導電性の材料であれば銅以外の材料で形成されてもよい。プラグによって電気的に接続される部分を除いて、第1配線層112aの導電部材と第2配線層112bの導電部材とは層間絶縁膜113cによって互いに絶縁されている。なお、配線層の数は2層に限らず、配線層が単層であっても、3層以上であってもよい。
The
また、各層間絶縁膜の間にはエッチストップ膜、金属の拡散防止膜、あるいは、エッチストップと金属の拡散防止の両方の機能を備える膜が配されてもよい。本実施例では、複数の層間絶縁膜113a〜113eがシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜に対しては、シリコン窒化膜がエッチストップ膜となる。そこで、各層間絶縁膜の間に、エッチストップ膜115が配される。なお、エッチストップ膜115は必ず配される必要はない。
Further, an etch stop film, a metal diffusion prevention film, or a film having both functions of etch stop and metal diffusion prevention may be disposed between the interlayer insulating films. In this embodiment, the plurality of interlayer insulating
図1(b)においては、複数の層間絶縁膜113a〜113eの光電変換部105と重なる領域に開口116を形成する。拡散防止膜115が配されている場合は、拡散防止膜115に開口を形成する。
In FIG. 1B, an
まず、不図示のエッチング用のマスクパターンを層間絶縁膜113eに対して半導体基板101とは反対側に積層する。エッチング用のマスクパターンは開口116が配されるべき領域以外に配される。言い換えれば、エッチング用のマスクパターンは開口116が配されるべき領域に開口を有する。エッチング用のマスクパターンは、例えばフォトリソグラフィ及び現像によってパターニングされたフォトレジストである。
First, an etching mask pattern (not shown) is stacked on the side opposite to the
続いて、エッチング用のマスクパターンをマスクとして、複数の層間絶縁膜113a〜113e及び拡散防止膜115をエッチングする。これによって、開口116が形成される。また、条件の異なる複数回のエッチングによって、開口116を形成するようにしてもよい。エッチングの後に、エッチング用のマスクパターンを除去してもよい。
Subsequently, the plurality of interlayer insulating
エッチストップ部材117が配された場合には、図1(b)の工程において、エッチストップ部材117が露出するまでエッチングが行われることが好ましい。エッチストップ部材117は、層間絶縁膜113aをエッチングするエッチング条件におけるエッチングレートが、層間絶縁膜113aのエッチングレートよりも小さいことが好ましい。層間絶縁膜113aがシリコン酸化膜である場合は、エッチストップ部材117はシリコン窒化膜、あるいはシリコン酸窒化膜であればよい。また、条件の異なる複数回のエッチングによって、エッチストップ部材117が露出するようにしてもよい。
When the
開口116の断面形状については、開口116が必ずしも第1〜第5層間絶縁膜113a〜113eのすべてを貫通している必要はない。層間絶縁膜113a〜113eが有する凹みが開口116であってもよい。開口116の平面形状については、開口116の境界が円形や四角形等の閉じたループである。あるいは、開口116の平面形状が、複数の光電変換部105にわたって延在する溝のような形状であってもよい。つまり本明細書において、ある平面において層間絶縁膜113eの配されていない領域が、層間絶縁膜113eの配された領域に囲まれている、あるいは挟まれているときに、層間絶縁膜113eは開口116を有するという。
Regarding the cross-sectional shape of the
平面における開口116の位置について、開口116の少なくとも一部が光電変換部105と平面的に重なって配される。すなわち、開口116及び光電変換部105を同一の平面に投写した時に、当該同一の平面に開口116及び光電変換部105の両方が投写された領域が存在する。
Regarding the position of the
本実施例においては、光電変換部105と重なった領域に開口116が形成され、周辺領域104には開口116が形成されない。しかし、周辺領域104に開口116が形成されてもよい。その場合には、撮像領域103に形成される開口116の密度が、周辺領域104に形成される開口116の密度よりも高くてもよい。開口116の密度は、単位面積あたりに配された開口116の数によって決めることができる。あるいは、開口116の密度は、開口116の占める面積の割合によって決めることができる。
In this embodiment, an
図1(c)においては、開口116の内部、及び第5層間絶縁膜113eの上に、第1導波路部材118を形成する。具体的には、撮像領域103及び周辺領域104に第1導波路部材118aを形成する。第1導波路部材118の形成は、CVDあるいはスパッタによる成膜や、ポリイミド系高分子に代表される有機材料の塗布によって行うことができる。なお、条件の異なる複数の工程で、第1導波路部材118を形成してもよい。例えば、最初の工程では、下地との密着性が高くなるような条件で第1導波路部材118を形成し、次の工程では、開口116内部の埋め込み性が高くなるような条件で第1導波路部材118を形成してもよい。あるいは、複数の異なる材料を順次形成することによって第1導波路部材118を形成してもよい。例えば、シリコン窒化膜を最初に堆積させ、次に埋め込み性能の高い有機材料を堆積させることによって、第1導波路部材118を形成してもよい。また、図1(b)の工程で、エッチストップ部材117が露出するまで第1層間絶縁膜113aがエッチングされた場合には、第1導波路部材118がエッチストップ部材117と接するように配される。
In FIG. 1C, the
第1導波路部材118の材料は、層間絶縁膜113a〜113eの屈折率よりも高い材料であることが好ましい。層間絶縁膜113a〜113eがシリコン酸化膜である場合は、第1導波路部材118の材料としては、シリコン窒化膜やポリイミド系の有機材料が挙げられる。シリコン窒化膜は屈折率が約2.0である。周囲のシリコン酸化膜の屈折率は約1.4である。そのため、スネルの法則に基づいて、第1導波路部材118と層間絶縁膜113a〜113eとの界面において光が反射する。これによって、第1導波路部材118の内部に閉じ込めることができる。またシリコン窒化膜の水素含有量を多くすることが可能であり、水素供給効果によって基板のダングリングボンドを終端することができる。これによって、白傷などのノイズを低減することが可能となる。ポリイミド系の有機材料は屈折率が約1.7である。ポリイミド系の有機材料の埋め込み特性はシリコン窒化膜より優れている。第1導波路部材118の材料については、屈折率差などの光学特性と製造工程上の長所との兼ね合いを考慮して適宜選定することが好ましい。
The material of the
ここで、複数の層間絶縁膜113a〜113eと開口116に配された第1導波路部材118との位置関係について説明する。ある平面において第1導波路部材118が配された領域が複数の層間絶縁膜113a〜113eの配された領域に囲まれている、あるいは挟まれている。言い換えると、光電変換部105と開口116に配された第1導波路部材118とが並ぶ方向と交差する方向に沿って、複数の層間絶縁膜113a〜113eの第1部分、第1部分とは異なる第2部分、及び開口116に配された第1導波路部材118が並んでいる。光電変換部105と開口116に配された第1導波路部材118とが並ぶ方向と交差する方向は例えば半導体基板101の主面102と平行な方向である。
Here, the positional relationship between the plurality of interlayer insulating
半導体基板101上の光電変換部105に重なる位置に第1導波路部材118が配される。第1導波路部材118の周囲には複数の層間絶縁膜113a〜113eが配される。第1導波路部材118を形成する材料の屈折率は、複数の層間絶縁膜113a〜113eの屈折率より高いことが好ましい。このような屈折率の関係によって、第1導波路部材118に入射した光のうち、複数の層間絶縁膜113a〜113eに漏れ出す光の量を低減することができる。そのため、第1導波路部材118の少なくとも一部が光電変換部105と重なって配されれば、光電変換部105に入射する光の量を増やすことができる。
A
第1導波路部材118の屈折率が必ずしも複数の層間絶縁膜113a〜113eより高い必要はない。第1導波路部材118に入射した光が周囲の絶縁体に漏れ出ない構成であれば光導波路として機能する。例えば開口116の側壁に光を反射する反射部材が配され、開口116の他の部分に第1導波路部材118が埋め込まれた構成としてもよい。また、開口116に配された第1導波路部材118と複数の層間絶縁膜113a〜113eとの間にエアギャップがあってもよい。エアギャップは真空であってもよいし、気体が配されていてもよい。これらの場合、第1導波路部材118を構成する材料の屈折率と複数の層間絶縁膜113a〜113eを構成する材料の屈折率とは、どのような大小関係になっていてもよい。
The refractive index of the
本実施例では、第2配線層112bの導電部材の上に、第5層間絶縁膜113eとしてシリコン酸化膜が配される。そして、第5層間絶縁膜113eの上に、第1導波路部材118としてシリコン窒化膜が配される。しかし、第2配線層112bの導電部材の上に配される絶縁体はシリコン酸化膜に限られない。例えば、第2配線層112bの導電部材の上にSiCが形成され、SiCの上に第1導波路部材118としてシリコン窒化膜が形成されてもよい。導電部材の抵抗率に比べて、SiCの抵抗率は絶縁体として機能するのに十分なほど低い。
In the present embodiment, a silicon oxide film is disposed as the fifth
続いて、図2(a)で示す工程では、第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分を除去する。まず、不図示のエッチングマスクを第1導波路部材118に積層する。エッチングマスクは、周辺領域104の位置に開口を有する。次に第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分をエッチングによって除去する。
Subsequently, in the process illustrated in FIG. 2A, the portion disposed in the
このとき、第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分が所定の膜厚だけ残るようにエッチングされることが好ましい。このように所定の膜厚だけ第1導波路部材118が存在することによって、エッチングが半導体基板側に与えるダメージを低減することができる。もちろん、第5層間絶縁膜113eが露出するまで第1導波路部材118を除去してもよい。
At this time, it is preferable that the
本実施例では、第1導波路部材118のうち、周辺領域104に配されたすべての部分をエッチングしている。言い換えると、周辺領域104にはエッチングマスクが配されていない。このように、エッチングする部分の面積が大きいことが好ましい。しかし、周辺領域104に配された部分のうち一部のみをエッチングしてもよい。ここでの面積とは、平面における面積である。
In the present embodiment, all portions of the
また、第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分を除去する方法は、エッチングに限られない。例えばリフトオフによって、第1導波路部材118の一部を除去してもよい。具体的には、第1導波路部材118を形成する前に、周辺領域104に下地膜を形成する。第1導波路部材118を形成した後に下地膜を除去することで、その上に配された第1導波路部材118も同時に除去される。
Further, the method of removing the portion disposed in the
なお、この工程において、撮像領域103に配された第1導波路部材118の一部が除去されてもかまわない。
In this step, a part of the
図2(b)で示される工程では、第1導波路部材118に対して半導体基板101とは反対側に第2導波路部材122を形成する。第2導波路部材122は撮像領域103及び周辺領域104に形成される。本実施例において、第1導波路部材118を形成する工程と、第2導波路部材122を形成する工程の違いは、両工程の間に第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分を除去する工程が行われることである。そのため、第1導波路部材118と同じ材料で第2導波路部材122を形成してもよい。あるいは、第1導波路部材118を形成するときと同じ方法で第2導波路部材122とを形成してもよい。もちろん、第1導波路部材118と異なる材料で第2導波路部材122を形成してもよし、第1導波路部材118を形成するときと異なる方法で第2導波路部材122とを形成してもよい。
In the step shown in FIG. 2B, the
本実施例では、第1導波路部材118と第2導波路部材122は同じ材料で形成される。具体的には、第2導波路部材122は窒化シリコンで形成される。この場合、CVDあるいはスパッタによって第2導波路部材122を形成することができる。あるいは、ポリイミド系高分子に代表される有機材料の塗布によって第2導波路部材122を形成してもよい。
In the present embodiment, the
本実施例では、第1導波路部材118及び第2導波路部材をいずれもCVDによって形成している。しかし、プロセスの条件は、両者の間で異なる。なお、条件の異なる複数の工程で、第2導波路部材122を形成してもよい。さらには、複数の異なる材料を順次形成することによって第2導波路部材122を形成してもよい。
In the present embodiment, both the
図2(c)は、第2導波路部材122が形成された後の平坦化工程を示す。本実施例においては、CMPによって第2導波路部材122の半導体基板101とは反対側の面を平坦化する。平坦化は周知の方法で行うことができる。例えば、研磨やエッチング等によって平坦化が行われてもよい。また、平坦化によって、第1導波路部材118、あるいは第2導波路部材よりも半導体基板101側にある部材が露出してもよい。本実施例においては、周辺領域104において、第1導波路部材118が露出している。そして撮像領域103には第2導波路部材122が残っている。しかし、周辺領域104に第2導波路部材122が残っていてもよい。
FIG. 2C shows a planarization process after the
なお、図4(c)の工程においては、第2導波路部材122の半導体基板101とは反対側の面が完全に平坦になる必要はない。平坦化を行う前の第2導波路部材122の半導体基板101とは反対側の面における段差が、平坦化の工程によって低減されればよい。例えば、周辺領域104において、平坦化された後の第1導波路部材118及び第2導波路部材122を合わせた膜厚は、200nm〜500nmの範囲であることが好ましい。また、撮像領域103の開口116が配されていない領域において、平坦化された後の第1導波路部材118及び第2導波路部材122を合わせた膜厚は、50nm〜350nmの範囲であることが好ましい。
In the step of FIG. 4C, the surface of the
なお、本実施例では平坦化の工程の際に第2導波路部材122の半導体基板101とは反対側の面が露出している。第2導波路部材122の上に別の部材が形成された場合は、当該別の部材の露出面が平坦化される。
In this embodiment, the surface of the
図3(a)の工程では、低屈折率部材123を形成する。低屈折率部材123の屈折率は、当該低屈率折部材123よりも半導体基板101側に配され、かつ当該低屈折率部材123と接して配された部材の屈折率よりも低い。低屈折率部材123よりも半導体基板101側に配され、かつ低屈折率部材123と接して配された部材は、言い換えると、低屈折率部材123が形成される前の時点で、露出している部材である。本実施例では第1導波路部材118及び第2導波路部材122が対応する。すなわち、本実施例では、第1導波路部材118及び第2導波路部材122の屈折率よりも、低屈折率部材123の屈折率が低い。具体的には、低屈折率部材123はシリコン酸窒化膜で形成される。シリコン酸窒化膜の屈折率は約1.72である。なお、低屈折率部材123は必ずしも設けられる必要はない。低屈折率部材123を設けない場合は、図3(a)の工程は省略できる。
In the step of FIG. 3A, the low
図3(b)の工程では、第1導波路部材118の周辺領域104に形成された部分、あるいは第2導波路部材122の周辺領域104に形成された部分、またはその両方を除去する。特にこの工程では、後述のプラグ121が配される位置、及びプラグ121が配される位置から所定の距離以内に配された第1導波路部材118及び第2導波路部材122を除去することが好ましい。また、低屈折率部材123が配されている場合は、低屈折率部材123の周辺領域104に配された部分を除去する。
In the step of FIG. 3B, the portion formed in the
なお、この工程より前の工程に応じて、第1導波路部材118または第2導波路部材122のいずれかが、周辺領域104に配されていない場合がある。このような場合には、第1導波路部材118または第2導波路部材122のうち、周辺領域104に配されている方を除去する。
Depending on the process prior to this process, either the
除去する方法は、周知の方法を用いることができる。例えば、本実施例ではエッチングによって第1導波路部材118、第2導波路部材122、及び低屈折率部材123の周辺領域104に形成された部分を除去している。
A well-known method can be used for the removal method. For example, in this embodiment, the portions formed in the
なお、この工程において、撮像領域103に配された第1導波路部材118の一部が除去されてもかまわない。
In this step, a part of the
図3(c)の工程では、第7層間絶縁膜124を形成する。第7層間絶縁膜124は第5層間絶縁膜113eと同じ材料で形成されることが好ましい。必要に応じて、第7層間絶縁膜124の半導体基板101とは反対側の面が平坦化されてもよい。
In the step of FIG. 3C, a seventh
図4(a)の工程では、第7層間絶縁膜124の第2配線層112bの所定の導電部材と重なった位置にスルーホール125を形成する。スルーホール125は例えば、第7層間絶縁膜124及び第5層間絶縁膜113eをエッチングすることによって形成される。
In the process of FIG. 4A, a through
図4(b)の工程では、第3配線層112c、及び層内レンズ120を形成する。まず、スルーホール125にプラグ121を形成する。プラグ121は第2配線層112bの所定の導電部材と第3配線層112cの所定の導電部材とを電気的に接続する。プラグ121は例えばタングステンで構成される。プラグ121を構成する材料は、導電性の材料であればよい。
In the step of FIG. 4B, the third wiring layer 112c and the
次に、第3配線層112cを形成する。本実施例では、第3配線層112cの導電部材はアルミで構成される。なお、第3配線層112cを形成する方法は、第1配線層112aまたは第1配線層112bを形成する工程で説明した方法が適宜用いられる。第3配線層112cの導電部材は、アルミ以外の金属で構成されてもよい。
Next, the third wiring layer 112c is formed. In the present embodiment, the conductive member of the third wiring layer 112c is made of aluminum. As the method for forming the third wiring layer 112c, the method described in the step of forming the
また、この工程では層内レンズ120を形成する。層内レンズ120は光電変換部105に対応して配される。層内レンズ120は例えばシリコン窒化膜で形成される。層内レンズ120を形成する方法は、周知の方法を用いることができる。本実施例では、層内レンズ120を形成する材料が周辺領域104にも配される。しかし、層内レンズ120を形成する材料が撮像領域103のみに配されてもよい。
In this step, the
また、層内レンズ120と第7層間絶縁膜124の間には、両者の中間の屈折率を有する中間部材が配されてもよい。本実施例では、不図示のシリコン酸窒化膜が、層内レンズ120と第7層間絶縁膜124との間に配される。具体的にはシリコン窒化膜(層内レンズ120)の屈折率が約2.00、シリコン酸窒化膜(中間部材)の屈折率が約1.72、シリコン酸化膜(第7層間絶縁膜124)の屈折率が約1.45である。
Further, an intermediate member having an intermediate refractive index between the
このような構成によって、反射率を低減することが可能である。この点について簡単に説明する。一般に、屈折率n1の媒質から屈折率n2の媒質に光が進むとき、n1とn2の差が大きいほど反射率が大きくなる。層内レンズ120と第7層間絶縁膜124との間に、両者の中間の屈折率を有する中間部材が配されることによって、界面での屈折率の差が小さくなる。結果として、層内レンズ120と第7層間絶縁膜124とが互いに接して配された場合に比べて、層内レンズ120から第7層間絶縁膜124へ光が入射する場合の反射率を小さくすることができる。同様に第7層間絶縁膜124と第2導波路部材122との間に、両者の中間の屈折率を有する低屈折率部材123が配されることによって、界面での屈折率の差が小さくなる。結果として、第7層間絶縁膜124から第2導波路部材122へ光が入射する場合の反射率を小さくすることができる。
With such a configuration, the reflectance can be reduced. This point will be briefly described. In general, when light travels from a medium having a refractive index n1 to a medium having a refractive index n2, the reflectance increases as the difference between n1 and n2 increases. By disposing an intermediate member having an intermediate refractive index between the
中間部材が配されたことによる反射率の低減の度合いは、中間部材の膜厚d、中間部材の屈折率N、及び入射光の波長pの関係によって変化する。これは、複数の界面からの多重反射光が互いに打消しあうからである。理論的には、kが0以上の任意の整数であるとき、式(1)の条件の時に反射率が最も低減される。 The degree of reduction in reflectance due to the arrangement of the intermediate member varies depending on the relationship between the film thickness d of the intermediate member, the refractive index N of the intermediate member, and the wavelength p of the incident light. This is because multiple reflected light from a plurality of interfaces cancel each other. Theoretically, when k is an arbitrary integer greater than or equal to 0, the reflectance is most reduced when the condition of the expression (1) is satisfied.
すなわち、中間部材の膜厚が、p/4Nの奇数倍の時に、理論的には最も反射率が低減される。したがって、上記の式(1)に基づいて、中間部材の膜厚を設定すればよい。特に、中間部材の膜厚は以下の式(2)を満足することが好ましい。さらに、式(2)においてk=0の場合が最も好ましい。 That is, when the film thickness of the intermediate member is an odd multiple of p / 4N, the reflectance is theoretically reduced most. Therefore, what is necessary is just to set the film thickness of an intermediate member based on said Formula (1). In particular, the film thickness of the intermediate member preferably satisfies the following formula (2). Furthermore, the case where k = 0 in the formula (2) is most preferable.
例えば、第7層間絶縁膜124の屈折率が1.45、中間部材の屈折率が1.72、層内レンズ120の屈折率が2.00であり、入射光の波長が550nmである例を考える。このとき、中間部材の膜厚を80nmとすると、層内レンズ120から第7層間絶縁膜124へ透過する光の透過率は約1.00である。これに対して、層内レンズ120と第7層間絶縁膜124とが互いに接して配された場合、透過率は約0.97である。
For example, the refractive index of the seventh
図4(c)の工程では、カラーフィルター127a、127b、マイクロレンズ128を形成する。まず、層内レンズ120に対して半導体基板101とは反対側に第8絶縁膜126を形成する。第8絶縁膜126は例えば有機材料で形成される。必要に応じて第8絶縁膜126の半導体基板101とは反対側の面は平坦化される。例えば、第8絶縁膜126を構成する有機材料を塗布することによって、半導体基板101とは反対側の面が平坦化された第8絶縁膜126を形成することができる。
In the step of FIG. 4C,
次にカラーフィルター127a、127bを形成する。カラーフィルター127a、127bは光電変換部105に対応して配される。カラーフィルター127aを透過する光の波長と、カラーフィルター127bを透過する光の波長は異なってもよい。続いて、カラーフィルター127a、127bに対して半導体基板101とは反対側にマイクロレンズ128を形成する。マイクロレンズ128を形成する方法は周知の方法を用いることができる。
Next,
図5は、本実施例の固体撮像装置の平面構造を示す概略図である。図5の直線ABに沿った断面が、図1〜図4に示されている。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a planar structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment. Cross sections along the line AB in FIG. 5 are shown in FIGS.
図5において、固体撮像装置100は、撮像領域103と、周辺領域104を備える。撮像領域103は、さらに受光領域103a、遮光領域103bを含んでいてもよい。撮像領域103には、複数の画素が2次元状に配される。遮光領域103bに配された画素の光電変換部は遮光される。このような画素からの信号は、黒レベルの基準として使うことができる。
In FIG. 5, the solid-
周辺領域104は、撮像領域103以外の領域である。本実施例おいて、周辺領域104には、垂直走査回路302、水平走査回路303、列アンプ304、列ADC(Analog to Digital Convertor)305、メモリ306、タイミングジェネレータ307、複数のパッド308が配される。これらの回路は、画素からの信号を処理するための回路である。なお、上述の回路の一部が配されていなくてもよい。
The
本実施例において、第1導波路部材118、第2導波路部材122及び低屈折率部材123が除去される領域は、図5において点線より外側の領域301である。第1導波路部材118、第2導波路部材122及び低屈折率部材123の、少なくともスルーホール125が形成される領域から所定の距離までに配された部分が除去されていれば本発明の効果を得ることができる。
In this embodiment, the region where the
また、第1導波路部材118の誘電率が第5層間絶縁膜113eの誘電率より高い場合は、図5が示す通り、周辺領域104の大部分が領域301であることが望ましい。さらには、周辺領域104の全面が領域301であることがさらに好ましい。この理由は、誘電率の高い第1導波路部材118の大部分を除去することによって、配線間の寄生容量を低減することができるからである。あるいは、第1導波路部材118の誘電率が第7層間絶縁膜124の誘電率より高い場合も、図5が示す通り、周辺領域104の大部分が領域301であることが望ましい。さらには、周辺領域104の全面が領域301であることがさらに好ましい。この理由は、誘電率の高い第1導波路部材118の大部分を除去することによって、配線間の寄生容量を低減することができるからである。
Further, when the dielectric constant of the
本実施例の製造方法によれば、プラグ121を配するためのスルーホール125を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第7層間絶縁膜124を形成する前に第1導波路部材118、第2導波路部材122及び低屈折率部材123を除去しなかった場合、第5層間絶縁膜113eと第7層間絶縁膜124との間に、第1導波路部材118、第2導波路部材122及び低屈折率部材123が配される。そうすると、スルーホール125を形成するためには、各層に適した条件での除去工程(例えばエッチング)が必要となる場合がある。これに対して、先に第7層間絶縁膜124を形成する前に第1導波路部材118、第2導波路部材122及び低屈折率部材123を除去してから、第7層間絶縁膜124を形成することによって、スルーホール125を形成すべき領域には第5層間絶縁膜113e、及び第7層間絶縁膜124が互いに接して配される。第5層間絶縁膜113eと第7層間絶縁膜124とを同じ材料で形成することによって、スルーホール125を形成する工程を1回のプロセスで行うことができる。したがって、先の第1導波路部材118の除去工程を含めて、2回の除去工程でスルーホール125を形成することができる。このようにスルーホール125を形成することが容易になるため、工程が簡略化される。
According to the manufacturing method of the present embodiment, it is easy to form the through
本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第2の実施例について、図6、図7を用いて説明する。図6及び図7において、図1〜図5と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、第2導波路部材122を形成しない点で、実施例1と異なる。
A second embodiment of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in that the
図6(a)は、実施例1の図1(c)で示される工程と同じ工程を示している。つまり、図6(a)は、開口116が形成された複数の層間絶縁膜113a〜113eの上に第1導波路部材118が形成された状態を示している。本実施例の製造方法における図6(a)までの工程は、実施例1の図1(a)〜図1(c)の工程と同様である。
FIG. 6A shows the same process as the process shown in FIG. That is, FIG. 6A shows a state in which the
図6(b)の工程では、第1導波路部材118の半導体基板101とは反対側の面を平坦化する。第1導波路部材118の平坦化は、例えばCMPや研磨、エッチングによって行われる。本実施例ではCMPによって平坦化が行われる。
In the step of FIG. 6B, the surface of the
なお、図6(b)の工程においては、第1導波路部材118の半導体基板101とは反対側の面が完全に平坦になる必要はない。平坦化を行う前の第1導波路部材118の半導体基板101とは反対側の面における段差が、平坦化の工程によって低減されればよい。例えば、周辺領域104において、平坦化された後の第1導波路部材118の膜厚は、200nm〜500nmの範囲であることが好ましい。また、撮像領域103の開口116が配されていない領域において、平坦化された後の第1導波路部材118の膜厚は、50nm〜350nmの範囲であることが好ましい。
In the process of FIG. 6B, the surface of the
なお、本実施例では平坦化の工程の際に第1導波路部材118の半導体基板101とは反対側の面が露出している。第1導波路部材118の上に別の部材が形成された場合は、当該別の部材の露出面が平坦化される。
In this embodiment, the surface of the
図6(c)の工程では、第1導波路部材118が平坦化された後に、第1導波路部材118の周辺領域104に形成された部分を除去する工程を行う。特にこの工程では、プラグ121が配される位置、及びプラグ121が配される位置から所定の距離以内に配された第1導波路部材118を除去することが好ましい。その後、第6層間絶縁膜119を形成する。
In the step of FIG. 6C, after the
続いて、図7(a)の工程では、第7層間絶縁膜124、を形成する。まず第6層間絶縁膜119を、第1導波路部材118の上に形成する。第6層間絶縁膜119は第5層間絶縁膜113eと同じ材料で形成されることが好ましい。本実施例においては、第6層間絶縁膜119はシリコン酸化膜である。
Subsequently, in the process of FIG. 7A, a seventh
図7(b)の工程では、第2配線層112bの所定の導電部材と、第3配線層112cの所定の導電部材を電気的に接続するプラグ121を配するためのスルーホール125を形成する。第7層間絶縁膜124、及び第5層間絶縁膜113eをエッチングすることによって、スルーホール125を形成する。
In the step of FIG. 7B, a through
図7(c)の工程では、第3配線層112c、及び層内レンズ120を形成する。まず、スルーホール125にプラグ121を形成する。次に、第3配線層112cを形成する。本実施例では、第3配線層112cの導電部材はアルミで構成される。なお、第3配線層112cを形成する方法は、第1配線層112aまたは第1配線層112bを形成する方法で説明した方法が適宜用いられる。次に、層内レンズ120を形成する。層内レンズ120は光電変換部105に対応して配される。層内レンズ120は例えばシリコン窒化膜で形成される。層内レンズ120を形成する方法は、周知の方法を用いることができる。その後、必要に応じて、層内レンズ120に対して半導体基板101とは反対側に、カラーフィルター、マイクロレンズ等が形成される。
In the step of FIG. 7C, the third wiring layer 112c and the
このような工程によれば、プラグ121を配するためのスルーホール125を形成することが容易になる。この理由を簡単に説明する。第7層間絶縁膜124を形成する前に第1導波路部材118を除去しなかった場合、半導体基板101に近い側から第5層間絶縁膜113e、第1導波路部材118、第7層間絶縁膜124が順に積層される。そうすると、スルーホール125を形成するためには、各層に適した条件での3回の除去工程(例えばエッチング)が必要となる。これに対して、先に第1導波路部材118を除去してから、第7層間絶縁膜124を形成することによって、スルーホール125を形成すべき領域には半導体基板101に近い側から第5層間絶縁膜113e、第7層間絶縁膜124が順に積層される。第5層間絶縁膜113eと第7層間絶縁膜124とを同じ材料で形成することによって、スルーホール125を形成する除去工程を1つの条件で行うことができる。したがって、先に行われた第1導波路部材118の除去工程を含めて、2回の除去工程でスルーホール125を形成することができる。
According to such a process, it becomes easy to form the through
本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第3の実施例について、図8を用いて説明する。図8において、図1〜図7と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例では、第1導波路部材118の周辺領域に配された部分を除去した後の工程が、実施例2と相違する。
A third embodiment of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIG. 8, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the present embodiment, the process after removing the portion arranged in the peripheral region of the
図8(a)は、実施例2の図6(c)で示される工程と同じ工程を示している。つまり、図8(a)は、第1導波路部材118の半導体基板101とは反対側の面が平坦化された後に、第1導波路部材118の周辺領域104に配された一部が除去された状態を示している。第1導波路部材118のうち、後の工程でプラグが形成される領域と当該領域から所定の距離以内の領域が少なくとも除去される。なお、本実施例の製造方法における図8(a)までの工程は、実施例2の図6(c)までの工程と同様である。
FIG. 8A shows the same process as that shown in FIG. That is, in FIG. 8A, after the surface of the
図8(b)では、第5層間絶縁膜113eにスルーホール801を形成する。スルーホール801は第2配線層112bの所定の導電部材の上に形成される。スルーホール801を形成する方法は種々の方法を用いることができる。本実施例ではエッチングによって第5層間絶縁膜113eを除去している。
In FIG. 8B, a through
図8(c)では、第3配線層112cを形成する。本実施例において第3配線層112cに含まれる導電部材はアルミで構成される。もちろん、第3配線層112cに含まれる導電部材が銅やその他の導電性材料で構成されてもよい。 In FIG. 8C, the third wiring layer 112c is formed. In this embodiment, the conductive member included in the third wiring layer 112c is made of aluminum. Of course, the conductive member included in the third wiring layer 112c may be made of copper or another conductive material.
本実施例では、スルーホール801を形成した後に、半導体基板101の全面にアルミ膜を形成し、エッチングによって所定のパターンを得る。このとき、スルーホール801内に配されるプラグと第3配線層112cに含まれる導電部材とが一体として形成される。その後、層内レンズ120を形成する。層内レンズ120を形成する方法は、実施例1または実施例2と同様であってもよい。
In this embodiment, after forming the through
本実施例によれば、第7層間絶縁膜124を形成する工程を省略している。さらに、プラグと第3配線層112cの導電部材とが一体で形成される。そのため、製造工程のさらなる簡略化が可能である。
According to this embodiment, the step of forming the seventh
本発明に係る固体撮像装置の製造方法の第4の実施例について、図9を用いて説明する。図9において、図1〜図8と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。実施例1では、第2導波路部材122を形成した後に、図2(c)で示される平坦化の工程を行った。本実施例では、第1導波路部材118を形成した後に平坦化を行い、その後第2導波路部材122を形成する。
A fourth embodiment of the method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to FIG. 9, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In Example 1, after the
本実施例の製造方法は、実施例2の製造方法と図6(b)に示される工程まで同一である。本実施例では図7(a)に示されるように、平坦化された第1導波路部材118の上に絶縁膜901を形成する。
The manufacturing method of this example is the same as the manufacturing method of Example 2 up to the step shown in FIG. In this embodiment, as shown in FIG. 7A, an insulating
絶縁膜901は、開口116のうち第1導波路部材118が埋め込まれていない部分を埋め込むことを目的として形成されてもよい。この場合には、絶縁膜901は第1導波路部材118と同じ材料で構成されることが好ましい。また、絶縁膜901は実施例1の低屈折率部材123と同様の機能を有していてもよい。もちろん、絶縁膜901の機能は上記の機能に限定されない。
The insulating
図9(b)の工程では第1導波路部材118の周辺領域104に形成された部分、及び絶縁膜901の周辺領域104に形成された部分を除去する。特にこの工程では、後述のプラグ121が配される位置、及びプラグ121が配される位置から所定の距離以内に配された第1導波路部材118及び絶縁膜901を除去することが好ましい。
9B, the portion formed in the
除去する方法は、周知の方法を用いることができる。例えば、本実施例ではエッチングによって第1導波路部材118、及び絶縁膜901の周辺領域104に形成された部分を除去している。
A well-known method can be used for the removal method. For example, in this embodiment, the
図9(c)の工程では、第7層間絶縁膜124を形成する。第7層間絶縁膜124は第5層間絶縁膜113eと同じ材料で形成されることが好ましい。必要に応じて、第7層間絶縁膜124の半導体基板101とは反対側の面が平坦化されてもよい。
In the step of FIG. 9C, a seventh
この後の工程は、実施例1の図4と同様の工程を適宜実施してもよい。 In the subsequent steps, the same steps as those in FIG.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法を適用可能な固体撮像装置の別の実施例について、図10を用いて説明する。図10において、図1〜図9と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。 Another embodiment of the solid-state imaging device to which the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention can be applied will be described with reference to FIG. 10, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
本実施例において、撮像領域103は受光領域(有効画素領域)103a、及び遮光領域(オプティカルブラック画素領域)103bを含む。受光領域103aに配された光電変換部105a、及び遮光領域103bに配された光電変換部105bの各々に対応して、開口116が形成され、開口116の内部に第1導波路部材118が形成される。つまり、光電変換部105a、及び光電変換部105bのそれぞれに光導波路が形成される。
In this embodiment, the
遮光領域103bには、遮光部材1001が配される。遮光部材1001は第1導波路部材118に対して半導体基板101とは反対側に配される。遮光部材1001によって、光電変換部105bに入射する光の少なくとも一部が遮られる。遮光部材1001によって、光電変換部105bに入射する光の全部が遮られることが好ましい。もちろん、斜めに入射した光等が遮光領域103bに配された光電変換部105bに入射してもよい。遮光部材1001は、撮像領域103の全面に一様な量の光が照射された場合に、光電変換部105aに入射する光の量に比べて、光電変換部105bに入射する光の量を低減する機能を有していればよい。
A
本実施例において、遮光部材1001はアルミによって構成される。遮光部材1001は第3配線層112cに含まれてもよい。すなわち、遮光部材1001が第3配線層112cに含まれる導電部材と同じ材料で構成されることが好ましい。製造方法の観点からは、第3配線層112cに含まれる導電部材を形成する際に、同時に遮光部材1001を形成することが好ましい。なお、これに限らず遮光部材1001を形成する方法は種々の方法が用いられる。
In this embodiment, the
本実施例において、第1導波路部材118の周辺領域104に配された部分のうち、少なくともプラグ121が配される位置、及びプラグ121が配される位置から所定の距離以内の領域にある部分は除去される。しかし、第1導波路部材118の遮光領域103bに配された部分は除去されない。なお、第1導波路部材118の遮光領域103bに配された部分が除去されない構成は、一つの実施例であって、必要に応じて第1導波路部材118の遮光領域103bに配された部分が除去されてもよい。
In the present embodiment, among the portions disposed in the
本発明に係る固体撮像装置の製造方法を適用可能な固体撮像装置の別の実施例について、図11を用いて説明する。図11において、図1〜図10と同様の機能を有する部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。 Another embodiment of the solid-state imaging device to which the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention can be applied will be described with reference to FIG. 11, parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図11(a)〜(c)は、本実施例の固体撮像装置の平面構造の概略図である。本実施例では、周辺領域104に配された第1導波路部材118の一部を除去し、別の一部を除去しない。本実施例では、プラグ121が配された領域、及びプラグ121が配された領域から所定の距離以内の領域に配された第1導波路部材118が少なくとも除去される。所定の距離は図11(a)の矢印で示される。所定の距離は、例えばプラグの平面的なサイズに基づいて決定されてもよい。
FIGS. 11A to 11C are schematic views of a planar structure of the solid-state imaging device of the present embodiment. In the present embodiment, a part of the
第1導波路部材118が除去されない領域には、図11(a)が示す通り第1導波路部材118がパターン1101として配される。パターン1101は、プラグ121が配された領域から所定の距離より離れた領域にドット状に配される。なお、プラグ121が配された領域から所定の距離より離れた領域に、パターン1101が配されない領域1102があってもよい。例えば、第2配線層の導電部材と第3配線層の導電部材が重なる部分には、パターン1101が配されないことが好ましい。この理由は、高誘電率の第1導波路部材118が配されることによって、寄生容量が増加することを低減できるからである。なお、第1導波路部材118が高誘電率であるとは、第2配線層の導電部材と第3配線層の導電部材との間に配される他の部材に比べて誘電率が高いことを意味する。
In the region where the
第1導波路部材118が除去されるとは、例えば、少なくとも第1導波路部材118の除去工程の直後において、第5層間絶縁膜113eが露出することである。これに対して、第1導波路部材118が除去されないとは、例えば、第1導波路部材118に対して半導体基板101側に配され、第1導波路部材118と接している第5層間絶縁膜113eが露出しないことである。
The removal of the
図11(b)、(c)はパターン1101の平面的なバリエーションを示す。ドットパターン1101aとラインパターン1101bとの組み合わせによって、パターン1101が構成されてもよい。
FIGS. 11B and 11C show planar variations of the
このように、周辺領域104の一部に第1導波路部材118を残すことによって、撮像領域103と周辺領域104との間の段差を軽減することが可能となる。周辺領域104に配された第1導波路部材118の全面を除去すると、例えば第7層間絶縁膜124を形成した後に、撮像領域103と周辺領域104との間に段差が生じる場合がある。この場合、その後の平坦化工程によっても段差が解消されない可能性がある。ここで、周辺領域104のうち、第1導波路部材118を残す領域の割合を適宜設定することによって、段差を軽減することが可能となる。
As described above, by leaving the
100 固体撮像装置
101 半導体基板
103 撮像領域
104 周辺領域
105 光電変換部
112a 第1配線層
112b 第2配線層
112c 第3配線層
113a〜113e 第1〜第5層間絶縁膜
114 プラグ
116 開口
118 第1導波路部材
119 第6層間絶縁膜
121 プラグ
125 スルーホール
126 第8絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体基板の第1領域の上に配される第1部分と前記第2領域の上に配される第2部分とを含む第1酸化シリコン膜を形成する第2工程と、
前記導電部材と電気的に接続されるプラグが配される位置には前記第1酸化シリコン膜を残し、前記第1酸化シリコン膜の前記第1部分であって、前記複数の光電変換部に対応する位置に複数の第1開口を形成する第3工程と、
前記複数の第1開口を充填し、かつ、前記第1酸化シリコン膜の前記第2部分を覆うように、前記第1領域および前記第2領域の上に、窒化シリコン膜を形成する第4工程と、前記窒化シリコン膜のうち前記第2領域の上に配された部分であって、前記プラグが配される位置、および前記プラグが配される位置から所定の距離以内に配された部分を、前記第1酸化シリコン膜が露出するように除去する第5工程と、
前記第5工程で露出された前記第1酸化シリコン膜および前記第1領域の上に配された前記窒化シリコン膜の上に、第2酸化シリコン膜を形成する第6工程と、
前記第1酸化シリコン膜および前記第2酸化シリコン膜のうち、前記プラグが配される位置に配された部分に第2開口を形成する第7工程と、
前記第2開口にプラグを形成する第8工程と、を有し、
前記第5工程において、前記窒化シリコン膜のうち、前記第1の領域の上に配された部分であって、前記第1開口が形成されていない位置の上に配された部分を残す
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A conductive member is formed on the second region of the semiconductor substrate including a first region in which a plurality of photoelectric conversion units are arranged and a second region in which a circuit for processing signals from the plurality of photoelectric conversion units is arranged. The first step;
A second step of forming a first silicon oxide film including a first portion disposed on the first region of the semiconductor substrate and a second portion disposed on the second region;
The first silicon oxide film is left at a position where a plug electrically connected to the conductive member is disposed, and corresponds to the plurality of photoelectric conversion units, which is the first portion of the first silicon oxide film. A third step of forming a plurality of first openings at positions to be
A fourth step of forming a silicon nitride film on the first region and the second region so as to fill the plurality of first openings and cover the second part of the first silicon oxide film; A portion of the silicon nitride film disposed on the second region, the position where the plug is disposed, and the portion disposed within a predetermined distance from the position where the plug is disposed. A fifth step of removing the first silicon oxide film so as to be exposed;
A sixth step of forming a second silicon oxide film on the first silicon oxide film exposed in the fifth step and the silicon nitride film disposed on the first region;
A seventh step of forming a second opening in a portion of the first silicon oxide film and the second silicon oxide film disposed at a position where the plug is disposed;
Have a, a eighth step of forming a plug in said second opening,
In the fifth step, a portion of the silicon nitride film that is disposed on the first region and that is disposed on a position where the first opening is not formed is left. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that:
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