JP6083572B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特にカラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置及びその製造方法に関する。
半導体基板に複数形成された受光部のそれぞれに対応してカラーフィルタが形成されてなる固体撮像装置において、所定のカラーフィルタに対して斜めに入射した光が、所定のカラーフィルタに隣接する他のカラーフィルタやそれに対応する受光部に入射するのを抑制する技術として、カラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置が提案されている(例えば、特許文献1である。)。
図16は、特許文献1に記載の固体撮像装置の断面図である。
特許文献1に記載の固体撮像装置では、受光部101の上に平坦化層103が形成され、受光部101の上方に形成されたフィルタ107〜110が有機ケイ素材料層104によって分割されている。つまり、各受光部101に対応したフィルタ107〜110間に有機ケイ素材料層104である隔壁が配されている。
この構成により、所定の受光部101に対して斜めから入射した光が、隔壁(有機ケイ素材料層104)により反射されたり、隔壁(有機ケイ素材料層104)に入射してその内部で吸収されたりして、所定の受光部101の隣の受光部101に達するのが抑制される。
特開平3−282403号公報
しかしながら、上記特許文献1に記載の固体撮像装置では、カラーフィルタの膜厚等が不均一となり、しみなどの色ムラ(画像ムラ)が発生するという問題がある。
つまり、固体撮像装置は、画素部以外に、遮光部や周辺回路部を有しているが、遮光部や周辺回路部には遮光やパッド等に使用される配線が存在し、その厚みにより、画素部と、配線を有する遮光部や周辺回路部とでは、その境界付近で、カラーフィルタの下地において大きな段差を生じている。なお、上述した隔壁は、画素部であって隣り合うカラーフィルタ同士の間に形成されている。また、隔壁を形成する膜(有機ケイ素材料層104)は遮光部や周辺回路部の上記した配線上にも形成されている。
つまり、遮光部や周辺回路部に配線による段差が存在する中で、画素部内に隔壁やカラーフィルタを形成するが、上記した段差の影響により、例えば隔壁形成時のレジスト材料、カラーフィルタ材料、マイクロレンズ形成材料等、段差の上に形成する膜を均一な膜厚で塗布形成できず、その結果、画素部においてしみなどの色ムラが発生してしまうという課題がある。
これらの対策には、段差を小さくするために、配線の厚さを低くすることが有効であると考えられるが、配線を薄くすると、配線の抵抗値が上昇したり、遮光特性が劣化したりする課題がある。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、カラーフィルタ間に隔壁を有する固体撮像装置において、隔壁形成時に生じる表面段差を低減することを目的とする。
本発明の一態様に係る固体撮像装置は、画素部を有する固体撮像装置を対象とし、半導体基板と、半導体基板の上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜の上に形成された第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜とを備え、画素部では、半導体基板に複数のフォトダイオードが形成され、第1の絶縁膜は、複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を有し、第2の絶縁膜は凹部を埋め込み、第2の絶縁膜の上に複数のフォトダイオードの各々に対応して複数のカラーフィルタが形成され、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第3の絶縁膜の一部からなる隔壁が挿設され、凹部内に形成された第2の絶縁膜は、フォトダイオードに光を導く光導波路を構成し、画素部の外側の領域では、第2の絶縁膜の上に、少なくとも一部が第3の絶縁膜に覆われるように導電膜が形成され、導電膜の上と導電膜の周辺の第2の絶縁膜の上とに形成されている第3の絶縁膜の膜厚は、隔壁の膜厚よりも薄いことを特徴としている。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域では、導電膜の周辺の第3の絶縁膜に溝部が形成されており、溝部の内壁面のうち導電膜より遠い方の内壁面から導電膜までの距離が、隔壁の膜厚以上であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、第3の絶縁膜は、第2の絶縁膜より屈折率が低い膜からなってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は遮光部を含み、導電膜は遮光部に形成される遮光膜であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は周辺回路部を含み、周辺回路部は、第1の絶縁膜に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極とを有し、導電膜はパッド電極であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は遮光部と遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、導電膜は第1の導電膜と第2の導電膜とを含み、第1の導電膜は遮光部に形成される遮光膜であり、周辺回路部は、第1の絶縁膜に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極とを有し、第2の導電膜はパッド電極であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域では、導電膜の周辺の第2の絶縁膜の上に形成されている第3の絶縁膜の膜厚が隔壁の膜厚よりも薄い部分が導電膜の周囲を取り囲むように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、第2の絶縁膜と第3の絶縁膜との間に第4の絶縁膜が形成されており、導電膜は第4の絶縁膜の上に形成されており、画素部では、カラーフィルタは第3の絶縁膜及び第4の絶縁膜を貫通するように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。
また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、画素部を有する固体撮像装置の製造方法を対象とし、半導体基板における画素部に複数のフォトダイオードを形成する工程と、半導体基板の上に複数のフォトダイオードを覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、第1の絶縁膜における複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を選択的に形成する工程と、第1の絶縁膜の上に、凹部を埋め込むように第2の絶縁膜を形成することにより、フォトダイオードに光を導く光導波路を形成する工程と、画素部の外側の領域であって第2の絶縁膜の上に導電膜を形成する工程と、第2の絶縁膜の上及び導電膜の上に第3の絶縁膜を形成する工程と、画素部の外側の領域であって導電膜の上及び導電膜の周辺に形成されている第3の絶縁膜を薄膜化する工程と、画素部において第3の絶縁膜を貫通するように隔壁を形成する工程とを備えている。
本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法において、画素部の外側の領域は遮光部と遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、導電膜を形成する工程において導電膜として第1の導電膜と第2の導電膜とを形成し、第1の導電膜は遮光部に形成され、第2の導電膜は周辺回路部に形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、さらに、周辺回路部における第1の絶縁膜に配線を形成する工程を備え、第2の導電膜は配線と電気的に接続されるように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、画素部の外側の遮光部及び周辺回路部において、遮光膜やパッド電極などの導電膜の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、画素部において隔壁の形成やカラーフィルタの形成等が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
図1は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。 図2は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の全体(半導体チップ)の模式平面図である。 図3は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図4は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図5は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図6は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図7は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図8は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図9は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図10は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図11は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図12は第1の除去領域及び第2の除去領域のレイアウトパターンの一例を示す平面図である。 図13Aは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図13Bは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図13Cは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図13Dは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図13Eは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図13Fは第1の除去領域及び第2の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図14Aは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図14Bは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図14Cは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図15は本発明の一実施形態の変形例に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。 図16は特許文献1の固体撮像装置を示す模式断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。
(一実施形態)
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置について図1と図2を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。図2は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の全体(半導体チップ)の模式平面図である。なお、図2は固体撮像装置の全体を上方から見た平面視した図である。
図1に示すように、一実施形態に係る固体撮像装置は、シリコン(Si)等からなる半導体基板1に区画された画素部Aと遮光部Bと周辺回路部Cとから構成される。
図2に示すように、画素部Aの周囲の一部に遮光部Bが配置され、画素部Aと遮光部Bとの周囲に周辺回路部Cが配置されている。
まず、画素部Aの構成について述べる。
画素部Aは、半導体基板1の上部に形成されたn型層2と該n型層2の上に形成されたp型層3とからなるフォトダイオード40を有している。画素部Aには、複数のフォトダイオード40が二次元状(行列状)に配置されている。
半導体基板1の上には、フォトダイオード40と隣接して、ゲート絶縁膜4を介在させたゲート電極5を有する複数のトランジスタが形成されている。このトランジスタは、入射光の光電変換によりフォトダイオード40に蓄積された電荷を読み出す働きをする。ゲート絶縁膜4には、酸化シリコン等を用いることができ、ゲート電極5には、ポリシリコン等を用いることができる。
半導体基板1の全面には、各トランジスタ及びフォトダイオード40を覆うように、上面が平坦化された酸化シリコン(SiO)等からなる下層絶縁膜6が形成されている。下層絶縁膜6の上には、窒化シリコン(SiN)又は炭窒化シリコン(SiCN)等からなる下地絶縁膜7が形成されている。
下地絶縁膜7の上には、それぞれ酸化シリコン等からなる第1の層間絶縁膜8、第2の層間絶縁膜11及び第3の層間絶縁膜14が順次形成されている。第1の層間絶縁膜8におけるゲート電極5の上方の領域には、第1の内部配線9が形成されている。同様に、第2の層間絶縁膜11における第1の内部配線9の上方の領域には、第2の内部配線12が形成され、第3の層間絶縁膜14における第2の内部配線12の上方の領域には、第3の内部配線15が形成されている。ここで、第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15には、例えば銅(Cu)又は銅を主成分とする金属を用いることができる。
第1の層間絶縁膜8と第2の層間絶縁膜11との間には、第1の内部配線9の上面を覆う第1のライナ膜10が形成されている。同様に、第2の層間絶縁膜11と第3の層間絶縁膜14との間には、第2の内部配線12の上面を覆う第2のライナ膜13が形成され、第3の層間絶縁膜14の上には、第3の内部配線15の上面を覆う第3のライナ膜16が形成されている。ここで、第1のライナ膜10、第2のライナ膜13及び第3のライナ膜16は、例えば窒化シリコン(SiN)又は炭窒化シリコン(SiCN)等からなり、第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15を構成する銅原子の拡散防止膜として機能する。
下層絶縁膜6の上に積層された、下地絶縁膜7、第1の層間絶縁膜8、第2の層間絶縁膜11及び第3の層間絶縁膜14、並びに第1のライナ膜10、第2のライナ膜13及び第3のライナ膜16を、便宜上、第1の絶縁膜50と呼ぶ。
第1の絶縁膜50におけるフォトダイオード40上方の領域には、光導波路となる凹部17が形成されている。第1の絶縁膜50の上には、例えば窒化シリコン(SiN)からなる第2の絶縁膜60が、凹部17を埋め込ように形成されている。第2の絶縁膜60は凹部17の外側の第1の絶縁膜50の上面にも接するように形成されている。ここでは、第2の絶縁膜60は、例えば膜厚が600nmの第1の埋め込み層18と、該第1の埋め込み層18の上に形成された第2の埋め込み層19とから構成される。さらに、第1の埋め込み層18における凹部17の上端(開口)上の周縁部は壁面が上方に広がるように加工され、いわゆる肩落としエッチングがなされている。凹部17内に形成された第2の絶縁膜60は、フォトダイオード40に光を導く光導波路を構成する。
第2の絶縁膜60の上における画素部Aに含まれる領域には、隔壁を形成するための第3の絶縁膜23が形成されている。この第3の絶縁膜23は、例えば、酸化シリコン(SiO)からなる。
凹部17の上方の第3の絶縁膜23には、隔壁溝27が形成されており、隔壁溝27の中には青色フィルタ、赤色フィルタ、緑色フィルタ等の各色のカラーフィルタが形成されるが、図1では青色フィルタ29aが形成されている例を示している。すなわち、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第3の絶縁膜23からなる隔壁が挿設されている。ここで、カラーフィルタを形成する前に第2の絶縁膜60の上に例えば有機系樹脂からなる平坦化膜が形成されていてもよい。
青色フィルタ29a上には、集光用の例えば有機ポリマー等の材料からなるマイクロレンズ30が上凸型に形成されている。
次に、遮光部Bの構成について述べる。
遮光部Bは、図2に示すように、画素部Aの2辺を囲むように配置されている。ここで、遮光部Bには、図1に示すように、画素部と同様に複数の画素が行列状に配置されている。
また、図1に示すように、遮光部Bには、半導体基板1の上及びその上部に画素部Aと同様に、フォトダイオード40と、ゲート絶縁膜4及びゲート電極5を有する複数のトランジスタとが形成されている。また、半導体基板1の上には、下層絶縁膜6、第1の絶縁膜50及び第2の絶縁膜60が形成されている。第1の絶縁膜50には、第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15、並びに第1のライナ膜10、第2のライナ膜13及び第3のライナ膜16が形成されている。しかし、画素部Aとは異なり、遮光部Bには光導波路となる凹部17は形成されていない。
第1の絶縁膜50の光の遮光をしたい領域には、幅広の遮光膜22が形成されている。必要に応じて、その遮光膜22の下方には、幅広の第3の内部配線15等を設けてもよい。
遮光膜22上には第3の絶縁膜23が形成されており、この第3の絶縁膜23のうち遮光膜22の周辺部に遮光膜22を取り囲むように遮光膜溝25が形成されている。この遮光膜溝25の外端部から遮光膜22までの距離aは、第3の絶縁膜23の最大膜厚より大きくなるように形成されている。ここで、遮光膜溝25の外端部とは、遮光膜溝25の内壁面のうち遮光膜22より遠い方の内壁面をいう。この遮光膜溝25は隔壁溝27を形成する絶縁膜と同じ一連の膜である第3の絶縁膜23に形成しているが、この遮光膜溝25の深さは隔壁溝27よりも浅く、遮光膜22上には、薄い第3の絶縁膜23が存在する構造となっている。言い換えると、遮光膜22の上面及び遮光膜22周辺の第2の絶縁膜60の上面に形成されている第3の絶縁膜23の膜厚は、隔壁の膜厚(画素部Aにおける第3の絶縁膜23の膜厚)よりも薄い。ここで、遮光膜22には、例えばアルミニウム(Al)又はアルミニウムを主成分とする金属を用いることができる。遮光膜22は、例えばアルミニウムを含む膜からなる単層膜でもよいが、少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。遮光膜22は、例えば、チタン及び窒素化チタンの膜と、アルミニウムの膜とを順次形成した積層膜でもよい。遮光膜22を構成するアルミニウムの上には、さらに、窒化チタン又はチタン等の反射防止膜(メタルキャップ)が必要に応じて、形成されても構わない。
また、第3の絶縁膜23の上には、カラーフィルタとして青色フィルタ29aと赤色フィルタ29bとが重ねて形成されている。2色のカラーフィルタを重ねるのは、光の遮光特性を向上させるためであるが、必須ではない。青色フィルタ29a及び赤色フィルタ29bの上には、マイクロレンズ30の外延部が形成されているが、光の通路ではないので、画素部Aとは異なり遮光部Bのマイクロレンズ30の外延部は上凸型にはされていない。
次に、周辺回路部Cの構成について述べる。
周辺回路部Cは、図2に示すように、画素部A、もしくは遮光部Bの周囲を囲むように配置されている。画素部Aや遮光部Bと異なり、周辺回路部Cの半導体基板1の上部には、フォトダイオードは形成されていない。半導体基板1上には、下層絶縁膜6、第1の絶縁膜50及び第2の絶縁膜60が順次形成されている。第1の絶縁膜50には、画素部Aや遮光部Bと同様に、第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15、並びに第1のライナ膜10、第2のライナ膜13及び第3のライナ膜16が形成されている。
また、第2の絶縁膜60の上にはパッド電極21が形成され、このパッド電極21は第2の絶縁膜60に形成されたコンタクトホール20内に形成されたコンタクトを通じて、第3の内部配線15と接続されている。遮光部Bと同様に、パッド電極21の上面の一部上と、パッド電極21の周辺の第2の絶縁膜60上には第3の絶縁膜23が形成されており、この第3の絶縁膜23のうちパッド電極21の周辺にパッド電極21を取り囲むようにパッド電極溝26が形成されている。このパッド電極溝26の外端部からパッド電極21までの距離aは、第3の絶縁膜23の膜厚より大きくなるように形成されている。ここで、パッド電極溝26の外端部とは、パッド電極溝26の内壁面のうちパッド電極21より遠い方の内壁面をいう。このパッド電極溝26は隔壁溝27を形成する絶縁膜と同じ一連の膜である第3の絶縁膜23に形成しているが、このパッド電極溝26の深さは隔壁溝27よりも浅く、パッド電極21上には、薄い第3の絶縁膜23が存在する構造となっている。言い換えると、パッド電極21の上面及びパッド電極21周辺の第2の絶縁膜60上に形成されている第3の絶縁膜23の膜厚は、隔壁の膜厚よりも薄い。パッド電極21は固体撮像装置外部との電気的な接続を取るためのものである。ここで、コンタクトホール20内に形成されたコンタクト及びパッド電極21には、例えばアルミニウム(Al)又はアルミニウムを主成分とする金属を用いることができる。パッド電極21は、例えばアルミニウムを含む膜からなる単層膜でもよいが、少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。パッド電極21は、例えば、チタン及び窒素化チタンの膜と、アルミニウムの膜とを順次形成した積層膜でもよい。パッド電極21は、さらに、アルミニウムの上に窒化チタン又はチタン等の反射防止膜(メタルキャップ)を形成した積層膜であっても構わない。
第3の絶縁膜23の上には、遮光部Bと同様にカラーフィルタやマイクロレンズ30の外延部が形成されているが、パッド電極21の一部が露出するように第3の絶縁膜23、青色フィルタ29a、赤色フィルタ29b及びマイクロレンズ30の外延部にはこれらを貫通するパッド開口部28が設けられている。
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素部Aを有する固体撮像装置であって、半導体基板1と、半導体基板1の上に形成された第1の絶縁膜50と、第1の絶縁膜50の上に形成された第2の絶縁膜60と、第2の絶縁膜60の上に形成された第3の絶縁膜23とを備える。そして、画素部Aでは、半導体基板1に複数のフォトダイオード40が形成され、第1の絶縁膜50は複数のフォトダイオード40の各々の上方に位置する部分に凹部17を有し、第2の絶縁膜60は凹部17を埋め込んでいる。さらに、画素部Aでは、第2の絶縁膜60の上に、複数のフォトダイオード40の各々に対応して赤色フィルタ29b及び青色フィルタ29a等の複数のカラーフィルタが形成され、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第3の絶縁膜23の一部からなる隔壁が挿設され、凹部17内に形成された第2の絶縁膜60は、フォトダイオード40に光を導く光導波路を構成している。一方、遮光部B及び周辺回路部C等の画素部Aの外側の領域では、第2の絶縁膜60の上に、少なくとも一部が第3の絶縁膜23に覆われるようにパッド電極21及び遮光膜22等の導電膜が形成され、導電膜の上と導電膜の周辺の第2の絶縁膜60の上とに形成されている第3の絶縁膜23の膜厚は、隔壁(画素部Aの第3の絶縁膜23)の膜厚よりも薄い。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Aの外側の領域では、導電膜の周辺の第3の絶縁膜23に遮光膜溝25及びパッド電極溝26等の溝部が形成されており、溝部の内壁面のうち導電膜より遠い方の内壁面から導電膜までの距離aが、隔壁の膜厚以上である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、第3の絶縁膜23は、第2の絶縁膜60より屈折率が低い膜からなる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Aの外側の領域は遮光部Bを含み、導電膜は遮光部Bに形成される遮光膜22である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Aの外側の領域は周辺回路部Cを含み、周辺回路部Cは、第1の絶縁膜50に形成された第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15等の配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極21とを有し、導電膜はパッド電極21である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Aの外側の領域は遮光部Bと遮光部Bの外側に形成された周辺回路部Cとを含み、導電膜は第1の導電膜と第2の導電膜とを含み、第1の導電膜は遮光部Bに形成される遮光膜22であり、周辺回路部Cは、第1の絶縁膜50に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極21とを有し、第2の導電膜はパッド電極21である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Aの外側の領域では、導電膜の周辺の第2の絶縁膜60の上に形成されている第3の絶縁膜23の膜厚が隔壁の膜厚よりも薄い部分(遮光膜溝25及びパッド電極溝26が形成された第3の絶縁膜23)が導電膜の周囲を取り囲むように形成されている。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜である。
これにより、遮光部B及び周辺回路部Cにおいて、遮光膜22及びパッド電極21の上と遮光膜22及びパッド電極21の周辺の第2の絶縁膜60の上とに形成されている第3の絶縁膜23の膜厚が薄くされる。従って、遮光部B及び周辺回路部Cにできた遮光膜22及びパッド電極21の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、隔壁の形成、カラーフィルタの形成、マイクロレンズの形成が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
以下、前記のように構成された図1及び図2の固体撮像装置の製造方法について図3〜図11を参照しながら説明する。図3〜図11は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。
まず、図3に示すように、画素部A及び遮光部Bにおいて、イオン注入法等により、半導体基板1の上部に、n型層2及びp型層3からなる複数のフォトダイオード40を選択的に形成した後、フォトダイオード40と隣接してゲート絶縁膜4及びゲート電極5を選択的に形成する。一方、周辺回路部Cにおいて、イオン注入、ゲート絶縁膜4及びゲート電極5等を用いて、n型もしくは、p型のトランジスタを形成する(トランジスタは図示していない)。続いて、半導体基板1の上に、全面にわたって下層絶縁膜6を成膜する。その後、成膜した下層絶縁膜6の上面を全面にわたって化学機械研磨(CMP)法又はレジストエッチバック法等により平坦化する。
続いて、下層絶縁膜6の上の全面に下地絶縁膜7を成膜し、続いて、第1の層間絶縁膜8、第1の内部配線9及び第1のライナ膜10を下地絶縁膜7上に順次形成する。この工程により、画素部A、遮光部B、及び周辺回路部Cにおいて、多層(3層)配線のうちの1層目の配線が形成される。この後、2層目及び3層目の配線を構成する第2の層間絶縁膜11、第3の層間絶縁膜14、第2の内部配線12、第3の内部配線15、第2のライナ膜13及び第3のライナ膜16を1層目と同様に形成する。
続いて、図4に示すように、画素部Aにおいて、リソグラフィ法及びエッチング法等により、下地絶縁膜7から第3のライナ膜16までの各絶縁膜からなる第1の絶縁膜50におけるフォトダイオード40の上方部分に、光導波路を形成するための凹部17を選択的に形成する。このとき、遮光部B及び周辺回路部Cの第1の絶縁膜50には、凹部17つまり光導波路が形成されない。
次に、例えばプラズマCVD法により、画素部A、遮光部B及び周辺回路部Cの第3のライナ膜16の上に、例えば厚さが600nmの窒化シリコンからなる第1の埋め込み層18を凹部17の底面及び壁面並びに第3のライナ膜16の上面を覆うように形成する。ここで形成される窒化シリコンの屈折率は、例えば1.9〜1.95程度である。
次に、Arスパッタエッチング法等により、第1の埋め込み層18における凹部17の上端部(開口端縁)上の部分に対してその周縁部(第1の埋め込み層18の凹部の開口端縁)が上方に拡がるように第1の埋め込み層18が形成される肩落としエッチングを行う。次に、再度、プラズマCVD法等により、第1の埋め込み層18の上に、例えば厚さが約1000nmの窒化シリコンからなる第2の埋め込み層19を、凹部17を埋め込むように形成する。例えば第2の埋め込み層19を構成する窒化シリコンも、第1の埋め込み層18と同様の屈折率1.9〜1.95程度を有している。
次に、CMP法等により、半導体基板1上の全面に形成された第2の埋め込み層19の上面に対して平坦化を図る研磨を行って第2の埋め込み層19における凹部17上方の凹みを消失させる。
次に、図5に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、周辺回路部Cにおいて、第1の埋め込み層18及び第2の埋め込み層19の各絶縁膜からなる第2の絶縁膜60に第3の内部配線15を露出させるコンタクトホール20を選択的に形成する。本実施形態においては、図2に示すように、パッド電極21は、周囲に配置された周辺回路部Cにのみ設けられるため、コンタクトホール20も周辺回路部Cにのみ形成される。
続いて、リソグラフィ法及びスパッタ法等により、例えば厚さが約760nmの導電膜を遮光部B及び周辺回路部Cの第2の埋め込み層19の上に形成する。この導電膜は遮光部Bにおいては遮光膜22となり、周辺回路部Cにおいてはパッド電極21となる。遮光膜22及びパッド電極21は例えば、膜厚が約160nmのチタン、膜厚が約100nmの窒化チタン、膜厚が約500nmのアルミニウムを順次堆積することで形成できる。さらに、アルミニウムの上に窒化チタン又はチタン等の反射防止膜(メタルキャップ)を必要に応じて、形成しても構わない。このとき、画素部Aの第2の埋め込み層19の上には、導電膜が形成されない。
続いて、画素部Aから周辺回路部Cにわたって全面に、例えば酸化シリコンからなる第3の絶縁膜23を約550nm形成する。この膜は、画素部Aにおいては、隔壁を形成するためのものであり、遮光部B及び周辺回路部Cでは、それぞれ遮光膜22及びパッド電極21を保護する膜となる。
これらの結果、遮光部B及び周辺回路部Cの第3の絶縁膜23の表面では、画素部Aの表面に比べて、遮光膜22やパッド電極21の高さの分だけ段差が形成されることになる。すなわち、本実施形態では例えば約760nmだけ段差が形成されることになる。なお、画素部Aと、遮光部B及び周辺回路部Cとの内部配線層の数が異なる場合であっても遮光膜やパッド電極に起因する段差は同様に形成される。
次に、図6に示すように、リソグラフィ法、及びエッチング法等により、遮光部Bと周辺回路部Cとにおいて、遮光膜22及びパッド電極21の上から、遮光膜22及びパッド電極21の端部から2〜3μm離間した広い領域まで第3の絶縁膜23の表面の一部をエッチング除去し、遮光膜溝25及びパッド電極溝26を形成する。遮光膜溝25及びパッド電極溝26の深さは、例えば約400nmとしている。このとき、遮光膜22及びパッド電極21の上に形成した第3の絶縁膜23は完全に除去されず一部が残されており、例えば、遮光膜22及びパッド電極21の上に形成されている第3の絶縁膜23の膜厚は150nm程度である。この薄く残った第3の絶縁膜23により、遮光膜22やパッド電極21を保護することができる。
次に、図7に示すように、第3の絶縁膜23の全面に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜24を約100nm形成する。再度、酸化シリコンを形成するのは、遮光膜22及びパッド電極21の上に薄く残した第3の絶縁膜23は、遮光膜溝25及びパッド電極溝26を形成する際のエッチングに暴露されているため、遮光膜22やパッド電極21の信頼性が劣化する場合があるためである。新しく絶縁膜24を形成することにより、アルミ配線等の配線の信頼性低下を抑制することができる。
次に、図8に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、画素部Aにおいて、隔壁溝27を第3の絶縁膜23及び絶縁膜24を貫通するように形成する。ここでは、隔壁溝27を例えば650nmの深さで形成する。この隔壁溝27には、カラーフィルタが埋め込まれる。隔壁溝27は、固体撮像装置を上方から平面視したとき、格子状をしている。
次に、図9に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、周辺回路部Cにおいて、ワイヤーボンディング用のパッド開口部28を第3の絶縁膜23及び絶縁膜24を貫通するように形成する。
次に、図10に示すように、カラーフィルタを例えば、緑色フィルタ、青色フィルタ29a、赤色フィルタ29bの順で形成する(緑色フィルタは図示していない)。具体的には、画素部Aにおいて、それぞれの隔壁溝27に予め決められた色のカラーフィルタをそれぞれ形成する。隣接するカラーフィルタ同士の間には、第3の絶縁膜23からなる隔壁が挿設された構造となる。図10では、画素部Aにおいて隔壁溝27に青色フィルタ29aを形成し、遮光部Bと周辺回路部Cとにおいて青色フィルタ29aと赤色フィルタ29bとを重ねて形成した場合を示している。パッド開口部28においては、青色フィルタ29a及び赤色フィルタ29bは現像で除去され、形成されないようにする。
最後に、図11に示すように、マイクロレンズ30を形成する。マイクロレンズ30は、集光特性を向上させるため、光の通路となる導波路の凹部17の上方で上凸型になるように形成する。パッド電極21の上に位置するマイクロレンズ30の外延部は、リソグラフィ法及びエッチング法等によりパッド電極21が露出するように除去される。
このような製造方法によれば、図1及び図2に示す固体撮像装置を得ることができる。
以下、本実施形態に係る固体撮像装置において形成した遮光膜溝25及びパッド電極溝26の詳細と、遮光膜溝25及びパッド電極溝26を形成した理由について順次説明する。
まず、遮光膜溝25及びパッド電極溝26のレイアウトパターンの一例を図12に示す。なお、図12は画素部A、遮光部B及び周辺回路部Cを上方から平面視した図である。
図12において、斜線部が遮光膜22及びパッド電極21を示している。また、遮光膜22の周りを取り囲むように形成されている実線が第3の絶縁膜23を一部除去する領域(以下、「第1の除去領域D」と言う。)の外端部(外縁)を示している。そして、パッド電極21の周りを取り囲むように形成されている実線が第3の絶縁膜23を一部除去する領域(以下、「第2の除去領域E」と言う。)の外端部(外縁)を示している。図12の場合には、それぞれ第1の除去領域D及び第2の除去領域Eの実線より内側に遮光膜溝25又はパッド電極溝26が形成されることになる。また、第1の除去領域D及び第2の除去領域Eの外端部はそれぞれ遮光膜22又はパッド電極21より寸法(距離)aの分だけ大きく形成されている。
次に、第1の除去領域D及び第2の除去領域Eの溝幅の検討結果を図13A〜図13Fに示す。なお、図13A〜図13Fは遮光膜22上又はパッド電極21上に形成された第3の絶縁膜23を一部除去する領域の断面図である。特に、図13A、図13C及び図13Eは、遮光膜22上又はパッド電極21上に形成された第3の絶縁膜23に対して、第1の除去領域D又は第2の除去領域Eを形成する前の断面図である。そして、図13Bは図13Aに対して、図13Dは図13Cに対して、図13Fは図13Eに対して、第1の除去領域D又は第2の除去領域Eを形成した後、つまり第3の絶縁膜23を一部除去した後の断面図である。
図13A、図13C及び図13Eにおいて、第2の絶縁膜60と遮光膜22又はパッド電極21との上に、第3の絶縁膜23が形成されている。ここで、第1の除去領域D又は第2の除去領域Eを形成する前の第3の絶縁膜23の膜厚をT23とする。
図13A及び図13Bに、a(図1、図12の距離a)=0の場合、即ち、遮光膜22の外端部の位置と第1の除去領域Dの外端部の位置とが等しい場合を示す。この場合、第3の絶縁膜23の一部除去を行うと、図13Bに示すように、除去後に遮光膜22の周縁に第3の絶縁膜23が突起状に残留した形状となる。T23>a>0の場合でも、a=0の場合と同様で突起状の部分が残留する。なお、第1の除去領域Dの面積が遮光膜22の面積よりも小さく、第1の除去領域Dが遮光膜22の上のみの場合も同様である。ここで、遮光膜22の代わりにパッド電極21が形成されている場合においても同様である。
図13C及び図13Dに、a=T23の場合、即ち、遮光膜22の外端部から第1の除去領域Dの外端部までの距離が第3の絶縁膜23の膜厚と等しい場合を示す。遮光膜22上において第3の絶縁膜23はT23の膜厚で形成されているので、被着率を100%と仮定すると、遮光膜22の側壁上にもT23の膜厚の第3の絶縁膜23が形成される。この場合、第3の絶縁膜23の一部除去を行うと、図13Dに示すように、遮光膜22の上に形成されている第3の絶縁膜23の膜厚はT23よりも薄くなり、且つ遮光膜22の周縁に突起状の部分も残留することがないため、遮光膜22に起因する段差を低減することができ、色ムラ(画像ムラ)を低減させることができる。ここで、遮光膜22の代わりにパッド電極21が形成されている場合においても同様である。
図13E及び図13Fに、a>T23の場合、即ち、遮光膜22の外端部から第1の除去領域Dの外端部までの距離が、第3の絶縁膜23の膜厚分(T23)より大きくなる場合を示す。この場合、第3の絶縁膜23の一部除去を行うと、図13Fに示すように、第3の絶縁膜23の突起状の部分が残留することなく、遮光膜22に起因する段差を低減でき、さらに第3の絶縁膜23について遮光膜22の周縁にT23より膜厚が薄い領域(遮光膜溝25)が形成される。遮光膜22周縁に形成された遮光膜溝25により、その上に形成するカラーフィルタが貯留される領域ができ、遮光膜22に起因する段差のできる領域をさらに低減することができ、色ムラ(画像ムラ)を確実に低減させることができる。ここで、遮光膜22の代わりにパッド電極21が形成されている場合においても同様である。
また、図12に示したように、画素部Aにおける隔壁溝27と遮光部Bにおける遮光膜溝25とは、重なり合わないように形成される。言い換えると、隔壁溝27と遮光膜溝25との間には必ず除去されていない状態のT23の膜厚の第3の絶縁膜23が形成されている。隔壁溝27と遮光膜溝25とが重なり合うと、隔壁が形成されないためである。同様に、隔壁溝27とパッド電極溝26とも重なり合わないように形成される。
また、a>T23の場合、隣り合う遮光膜22同士の間隔又は隣り合うパッド電極21同士の間隔bがT23の2倍より小さい場合には、隣り合う溝同士が重なり合うように形成される。言い換えると、隣り合う遮光膜22同士又は隣り合うパッド電極21同士の間にT23の膜厚の第3の絶縁膜23が存在しない。遮光膜22とパッド電極21との間隔がT23の2倍より小さい場合にも、同様にその遮光膜22の溝(遮光膜溝25)とパッド電極21の溝(パッド電極溝26)とは重なり合い、遮光膜22とパッド電極21との間にはT23の膜厚の第3の絶縁膜23が存在しない。
以上の検討より、遮光膜溝25は、遮光膜22の外端部から第1の除去領域Dの外端部までの距離aが、第3の絶縁膜23の膜厚分より大きくなるように形成されることが好ましい。ここで、第1の除去領域Dの外端部とは、図1において、遮光膜溝25の内壁面のうち遮光膜22より遠い方の内壁面をいう。同様に、パッド電極溝26は、パッド電極21の外端部から第2の除去領域Eの外端部までの距離aが、第3の絶縁膜23の膜厚分より大きくなるように形成されることが好ましい。ここで、第2の除去領域Eの外端部とは、図1において、パッド電極溝26の内壁面のうちパッド電極21より遠い方の内壁面をいう。画素部Aにおいて形成される隔壁溝27は、第3の絶縁膜23を貫通するように形成されるため、上記を言い換えると、遮光膜溝25は、遮光膜溝25の外端部から遮光膜22までの距離が、隔壁溝27の深さより大きくなるように形成され、パッド電極溝26は、パッド電極溝26の外端部からパッド電極21までの距離が、隔壁溝27の深さより大きくなるように形成されることが好ましい。さらに、隔壁を形成するために遮光膜溝25と隔壁溝27との間には第3の絶縁膜23が形成されていなければならない。また、パッド電極溝26と隔壁溝27との間にも第3の絶縁膜23が形成されていなければならない。従って、遮光膜溝25の外端部から遮光膜22までの距離aは、遮光膜22と隔壁溝27との間の距離cよりも小さくされる。同様に、パッド電極21と隔壁溝27とが隣接している場合は、パッド電極溝26の外端部からパッド電極21までの距離aはパッド電極21と隔壁溝27との間の距離(図示していない)よりも小さくされる。
次に、a>T23の場合に、遮光膜溝25及びパッド電極溝26の深さについて検討した結果を図14A〜図14Cに示す。図14Aは、遮光膜溝25又はパッド電極溝26を形成する前の固体撮像装置の断面図であり、図14B及び図14Cは、遮光膜溝25又はパッド電極溝26を形成した後の固体撮像装置の断面図である。以下では、説明を簡単にするために、遮光膜溝25の場合について説明するが、パッド電極溝26についても同様である。なお、図14A〜図14Cでは、遮光膜22の膜厚をT22(パッド電極21の膜厚をT21)、第3の絶縁膜23の膜厚をT23、遮光膜溝25の深さをT25(パッド電極溝26の深さをT26)で示している。
図14Bに、T25=T23の場合、即ち、第3の絶縁膜23の膜厚と形成される遮光膜溝25の深さとが等しい場合を示す。この条件の場合、遮光膜溝25の形成を行うと、遮光膜22に起因する段差をT23だけ低減することができる。また、第3の絶縁膜23を貫通すると共に第2の絶縁膜60の表面に溝が形成されて構成される遮光膜溝25の場合も同様である。
図14Cに、T25<T23の場合、即ち、第3の絶縁膜23の膜厚より形成される遮光膜溝25の深さのほうが小さい場合を示す。この条件の場合、遮光膜溝25の形成を行うと、遮光膜22に起因する段差をT25だけ低減することができる。さらに、この条件の場合、遮光膜溝25の形成を行うと、遮光膜22の上に第3の絶縁膜23が薄く残存するため、遮光膜22の上部及びこれらの周縁に形成されている第2の埋め込み層19や第1の埋め込み層18が第3の絶縁膜23から露出することがなく、例えば遮光膜溝25の形成時のエッチングなどに暴露されることもないため、抵抗値の上昇や信頼性の低下という問題を抑えることができ、より好ましい。
本実施形態においては、遮光膜22又はパッド電極21に起因する段差(T22又はT21)は例えば約760nm、エッチング等により形成される遮光膜溝25又はパッド電極溝26の深さ(T25又はT26)は例えば約400nmとしているので、表面段差は例えば約760nmから約360nmに低減することができる。つまり、例えば約400nm分の段差をなくすことができる。
また、遮光膜溝25又はパッド電極溝26を形成する前の表面段差は遮光膜22又はパッド電極21の厚み分(T22又はT21)であるので、形成される遮光膜溝25又はパッド電極溝26の深さはT22又はT21以下でよい。
つまり、遮光膜22及びパッド電極21に起因する段差を低減させ、さらに信頼性を低下させないために、形成される遮光膜溝25又はパッド電極溝26の深さは、0より大きく、遮光膜22又はパッド電極21上に形成した第3の絶縁膜23の膜厚より小さいことが好ましい。
また、遮光膜溝25又はパッド電極溝26の深さは、隔壁溝27の深さより浅いことが好ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、画素部Aを有する固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板1における画素部Aに複数のフォトダイオード40を形成する工程と、半導体基板1の上に、複数のフォトダイオード40を覆うように第1の絶縁膜50を形成する工程とを備えている。そして、固体撮像装置の製造方法は、さらに、第1の絶縁膜50における複数のフォトダイオード40の各々の上方に位置する部分に凹部17を選択的に形成する工程と、第1の絶縁膜50の上に、凹部17を埋め込むように第2の絶縁膜60を形成することにより、フォトダイオード40に光を導く光導波路を形成する工程と、遮光部B及び周辺回路部C等の画素部Aの外側の領域であって第2の絶縁膜60の上に遮光膜22及びパッド電極21等の導電膜を形成する工程とを備えている。そして、固体撮像装置の製造方法は、さらに、第2の絶縁膜60の上及び導電膜の上に第3の絶縁膜23を形成する工程と、画素部Aの外側の領域であって導電膜の上及び導電膜の周辺に形成されている第3の絶縁膜23を薄膜化する工程と、画素部Aにおいて、第3の絶縁膜23を貫通するように隔壁(隔壁溝27の内部の第3の層間絶縁膜14)を形成する工程とを備える。特に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、遮光膜22及びパッド電極21を形成した後、第3の絶縁膜23を形成し、その第3の絶縁膜23に遮光膜溝25及びパッド電極溝26を形成することを特徴としている。
また、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、画素部Aの外側の領域は遮光部Bと遮光部Bの外側に形成された周辺回路部Cとを含み、導電膜を形成する工程において、導電膜として第1の導電膜及び第2の導電膜を形成し、第1の導電膜(遮光膜22)は遮光部Bに形成され、第2の導電膜(パッド電極21)は周辺回路部Cに形成される。
また、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、さらに、周辺回路部Cにおける第1の絶縁膜50に第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15等の配線を形成する工程を備え、第2の導電膜は配線と電気的に接続されるように形成される。
これにより、遮光部B及び周辺回路部Cにできた遮光膜22及びパッド電極21の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、隔壁の形成、カラーフィルタの形成、マイクロレンズの形成が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
(変形例)
次に、本実施形態の変形例の固体撮像装置について説明する。
図15は、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。
この固体撮像装置は、半導体基板1内にフォトダイオートを有するのではなく、半導体基板1上に光電変換素子を有する点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。この固体撮像装置は、積層型の固体撮像装置であるが、図1で示したフォトダイオード型と同様、半導体基板1に区画された画素部Aと遮光部Bと周辺回路部Cとから構成されており、第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15等の内部配線を有する。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。
画素部A及び遮光部Bには、フォトダイオード40は形成されていないが、入射光の光電変換を行う光電変換素子70が内部配線より上方に形成されている。光電変換素子70は、順次積層された、例えば窒化チタン等から構成される下部電極32と、例えば有機材料を何層か形成してなる積層体から構成される光電変換膜33と、例えば酸化インジウムズズ等から構成される上部電極34とから構成されている。光電変換素子70は、下部電極32と接続されたコンタクトホール31を介して内部配線と接続されている。光電変換素子70(上部電極34)と第3の絶縁膜23との間には、第1の保護膜35及び第2の保護膜36が第2の絶縁膜として挿入されている。
遮光部B及び周辺部Cには、フォトダイオード型と同様に、遮光膜22とパッド電極21とが形成されている。つまり、画素部Aには光電変換素子70があり、遮光部Bには光電変換素子70と遮光膜22、周辺回路部Cにはパッド電極21が形成されている。従って、遮光部B及び周辺回路部Cでは遮光膜22又はパッド電極21により段差が形成されるが、このような段差上に、カラーフィルタ(青色フィルタ29a及び赤色フィルタ29b)や、マイクロレンズ30を形成すると、しみなどの画像ムラが発生し易い。しかし、遮光部B及び周辺回路部Cにおいて遮光膜溝25及びパッド電極溝26が形成されているため、フォトダイオード型と同様に、遮光膜22及びパッド電極21による段差を低減することができる。その結果、本変形例の固体撮像装置においても、しみなどの画像ムラの発生を低減することができ、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
以上、本発明の固体撮像装置及びその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
例えば、本実施形態においては、隔壁溝27、遮光膜溝25及びパッド電極溝26を形成する第3の絶縁膜23を酸化シリコンにより構成するとしたが、これに必ずしも限定する必要はない。第3の絶縁膜23は、カラーフィルタの屈折率及び第2の絶縁膜60より低い屈折率の材料で構成されればよい。第3の絶縁膜23を構成する材料として、例えば、屈折率が1.3〜1.6程度の材料が好ましい。
本実施形態においては、簡略化のため、下地(第1の絶縁膜50)に形成している内部配線(第1の内部配線9、第2の内部配線12及び第3の内部配線15)は、画素部A、遮光部B、周辺回路部Cともに3層の構成を用いて説明した。しかし、下地の内部配線はこの形態に必ずしも限定される必要はなく、例えば、画素部Aの内部配線が2層で、遮光部B及び周辺回路部Cの内部配線が3層の場合であっても、画素部A内とそれ以外の領域で遮光膜22又はパッド電極21の厚みに起因する段差が少なくとも生じている状況は変わりなく、本実施形態の効果は同様に得ることができる。
本実施形態においては、第2の絶縁膜60を形成した後に第2の絶縁膜60に接するように遮光膜22及びパッド電極21を形成しているが、遮光膜22及びパッド電極21を形成する前に、第2の絶縁膜60に接するように例えば酸化シリコンからなる第4の絶縁膜を形成し、その上に遮光膜22及びパッド電極21を形成してもよい。この場合、固体撮像装置では、第2の絶縁膜60と第3の絶縁膜23との間に第4の絶縁膜が形成され、遮光膜22及びパッド電極21等の導電膜は第4の絶縁膜の上に形成され、画素部Aでは、カラーフィルタは第3の絶縁膜23及び第4の絶縁膜を貫通するように形成される。ここで、画素部Aにおいては第3の絶縁膜23及び第4の絶縁膜を貫通するように隔壁溝27を形成し、遮光部B及び周辺回路部Cにおける遮光膜溝25及びパッド電極溝26は第3の絶縁膜23を貫通し、第4の絶縁膜は貫通しない構造としてもよい。第4の絶縁膜は、第2の絶縁膜60よりも屈折率が低い材料であることが好ましく、さらには、第3の絶縁膜23と同じ材料からなる膜であることが好ましい。
本実施形態においては、第3の絶縁膜23に対して遮光膜溝25及びパッド電極溝26のいずれも形成する構成としたが、遮光膜溝25及びパッド電極溝26のうちいずれかの溝のみを形成してもよい。ただし、遮光膜溝25及びパッド電極溝26のいずれも形成すると、どちらかのみを形成する場合よりもチップ全面を平坦化することができるため、しみ(画像ムラ)をより抑制することができる。
本実施形態においては、第2の絶縁膜60に形成する導電膜の例として遮光膜22及びパッド電極21を挙げて説明した。しかし、第2の絶縁膜60の上に形成される導電膜であって、その導電膜の上面の少なくとも一部が第3の絶縁膜23に覆われるように形成される導電膜であれば、遮光膜22及びパッド電極21に限定される必要はない。このような導電膜であれば、その導電膜に起因する段差は形成されるので、その導電膜に対して本発明を適用することでしみ(画像ムラ)を抑制するという効果が奏される。
本実施形態においては、カラーフィルタ上に直接マイクロレンズ30を形成したが、平坦化膜として透明性の高い膜を、カラーフィルタとマイクロレンズ30との間に形成してもかまわない。
本実施形態においては、フォトダイオードとカラーフィルタとの間に集光機能を有する構成として光導波路を形成しているが、集光機能を有する構成としてはこれに限られるものではない。固体撮像装置に要求される性能に応じて、光導波路に代えて、上凸形状あるいは下凸形状の層内レンズが形成されてもよい。あるいは、集光機能を有する構成は形成されなくてもよい。
本発明は、カラーフィルタ間に設けられた隔壁を有する固体撮像装置等において、画素部の外側の領域に形成された導電膜に起因する段差を低減するのに広く利用することができる。
A 画素部
B 遮光部
C 周辺回路部
D 第1の除去領域
E 第2の除去領域
1 半導体基板
2 n型層
3 p型層
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 下層絶縁膜
7 下地絶縁膜
8 第1の層間絶縁膜
9 第1の内部配線
10 第1のライナ膜
11 第2の層間絶縁膜
12 第2の内部配線
13 第2のライナ膜
14 第3の層間絶縁膜
15 第3の内部配線
16 第3のライナ膜
17 凹部
18 第1の埋め込み層
19 第2の埋め込み層
20 コンタクトホール
21 パッド電極
22 遮光膜
23 第3の絶縁膜
24 絶縁膜
25 遮光膜溝
26 パッド電極溝
27 隔壁溝
28 パッド開口部
29a 青色フィルタ
29b 赤色フィルタ
30 マイクロレンズ
31 コンタクトホール
32 下部電極
33 光電変換膜
34 上部電極
35 第1の保護膜
36 第2の保護膜
40 フォトダイオード
50 第1の絶縁膜
60 第2の絶縁膜
70 光電変換素子

Claims (16)

  1. 入射する光の光電変換を行う画素部を有する固体撮像装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上に形成された第2の絶縁膜と、
    前記第2の絶縁膜の上に形成された第3の絶縁膜とを備え、
    前記画素部では、
    前記第の絶縁膜の上に、複数のカラーフィルタが形成され、
    隣接する前記カラーフィルタ同士の間には、前記第3の絶縁膜の一部からなる隔壁が挿設され、
    前記画素部の外側の領域では、
    前記第2の絶縁膜の上に、少なくとも一部が前記第3の絶縁膜に覆われるように導電膜が形成され、
    前記第3の絶縁膜は、前記導電膜または前記第2の絶縁膜により生じた段差を低減する膜である
    固体撮像装置。
  2. さらに、
    前記半導体基板と前記第2の絶縁膜の間に第1の絶縁膜を備え、
    前記画素部では、
    前記半導体基板に複数のフォトダイオードが形成されており、
    前記第1の絶縁膜は、前記複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を有し、
    前記第2の絶縁膜は前記凹部を埋め込み、
    前記凹部内の前記第2の絶縁膜は、前記フォトダイオードに光を導く光導波路を構成する
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  3. 前記画素部は、
    前記半導体基板と前記第2の絶縁膜との間に光電変換膜を備える
    請求項1に記載の固体撮像装置。
  4. 前記導電膜の上と前記導電膜の周辺の前記第2の絶縁膜の上とに形成された前記第3の絶縁膜の膜厚は、前記隔壁の膜厚よりも小さい
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記画素部の外側の領域では、
    前記導電膜の周辺の前記第3の絶縁膜に溝部が形成されており、
    前記溝部の内壁面のうち前記導電膜より遠い方の内壁面から前記導電膜までの距離が、前記隔壁の膜厚以上である
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第3の絶縁膜は、前記第2の絶縁膜より屈折率が低い膜からなる
    請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  7. 前記画素部の外側の領域は遮光部を含み、
    前記導電膜は前記遮光部に形成される遮光膜である
    請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  8. 前記画素部の外側の領域は周辺回路部を含み、
    前記周辺回路部は、
    前記第1の絶縁膜に形成された配線と、
    前記配線の上に形成され、前記配線と電気的に接続されたパッド電極とを有し、
    前記導電膜は前記パッド電極である
    請求項2〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記画素部の外側の領域は遮光部と前記遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、
    前記導電膜は第1の導電膜と第2の導電膜とを含み、
    前記第1の導電膜は前記遮光部に形成された遮光膜であり、
    前記周辺回路部は、
    前記第1の絶縁膜に形成された配線と、
    前記配線の上に形成され、前記配線と電気的に接続されたパッド電極とを有し、
    前記第2の導電膜は前記パッド電極である
    請求項2〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  10. 前記画素部の外側の領域では、
    前記導電膜の周辺の前記第2の絶縁膜の上に形成された前記第3の絶縁膜の膜厚が前記隔壁の膜厚よりも薄い部分が前記導電膜の周囲を取り囲むように形成されている
    請求項1〜9のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  11. さらに、
    前記第2の絶縁膜と前記第3の絶縁膜との間に形成された第4の絶縁膜を備え、
    前記導電膜は前記第4の絶縁膜の上に形成されており、
    前記画素部では、
    前記カラーフィルタは前記第3の絶縁膜及び前記第4の絶縁膜を貫通するように形成されている
    請求項1〜10のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  12. 前記導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜である
    請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  13. 前記導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜である
    請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
  14. 画素部を有する固体撮像装置の製造方法であって、
    半導体基板における前記画素部に複数のフォトダイオードを形成する工程と、
    前記半導体基板の上に、前記複数のフォトダイオードを覆うように第1の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1の絶縁膜における前記複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を選択的に形成する工程と、
    前記第1の絶縁膜の上に、前記凹部を埋め込むように第2の絶縁膜を形成することにより、前記フォトダイオードに光を導く光導波路を形成する工程と、
    前記画素部の外側の領域であって前記第2の絶縁膜の上に導電膜を形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜の上及び前記導電膜の上に第3の絶縁膜を形成する工程と、
    前記画素部の外側の領域であって前記導電膜の上及び前記導電膜の周辺に形成されている第3の絶縁膜を薄膜化して、前記導電膜及び前記第2の絶縁膜により生じた段差を低減する工程と、
    前記画素部において、前記第3の絶縁膜を貫通するように隔壁を形成する工程と
    前記隔壁溝にカラーフィルタを形成する工程とを備えている
    固体撮像装置の製造方法。
  15. 前記画素部の外側の領域は遮光部と前記遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、
    前記導電膜を形成する工程において、前記導電膜として第1の導電膜及び第2の導電膜を形成し、
    前記第1の導電膜は前記遮光部に形成され、
    前記第2の導電膜は前記周辺回路部に形成される
    請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法。
  16. さらに、前記周辺回路部における前記第1の絶縁膜に配線を形成する工程を備え、
    前記第2の導電膜は前記配線と電気的に接続されるように形成される
    請求項15に記載の固体撮像装置の製造方法。
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