JP2007088057A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基板表面に、前記光電変換部および前記電荷転送部を形成する工程と、前記電荷転送電極上に絶縁膜を介して、遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上層に平坦化膜を形成する工程と、前記平坦化膜上に分離層を形成する工程と、前記光電変換部に相当する領域の前記分離層に開口部を形成する工程と、前記開口部内にカラーフィルタ層を形成する工程と、前記分離層の表面を除去抑制層として、前記開口部上に突出する前記カラーフィルタ層を除去し表面を平坦化する工程とを含む。
【選択図】 図1
Description
このような構造の固体撮像素子において、カラーフィルタは次のようにして製造される。まず、平坦面上に例えばB(青色)のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Bのカラーフィルタを形成する。次に、Bのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばG(緑色)のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Gのカラーフィルタを形成する。最後に、B,Gのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばR(赤色)のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Rのカラーフィルタを形成する。
また、薄型化をはかり、高度の微細化に際しても高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
この構成により、分離層に形成された開口部に充填されたカラーフィルタ材料を、分離層の表面を除去抑制層として平坦化することにより、混色もなく平坦で信頼性の高いカラーフィルタ層を形成することができる。
この構成により、分離層の形成された表面全体すなわち開口の内壁を覆うように窒化シリコン膜が形成されているため、カラーフィルタ材料充填後の平坦化工程がCMP工程である場合にもエッチバック工程である場合にも除去抑制層すなわちストッパ層として有効に作用し、平坦な表面をもつカラーフィルタを形成することができる。
この構成により、分離層が窒化シリコン膜で構成されているため、反射防止機能も除去抑制層としての機能をも併せもち、別工程として反射防止膜あるいは除去抑制層を形成する必要もなく、作業性よく形成することが可能となる。
この構成により、分離層が遮光性のタングステン層で構成されているため、より確実に色分離を行うことができ確実な分離が可能となる。
この構成により、光導波路を構成する第2の遮光膜の開口にカラーフィルタを形成することにより、遮光膜に対して自己整合的にカラーフィルタ層が形成されることになり、きわめて高精度でかつ薄型の固体撮像素子を形成することが可能となる。
この構成により、テーパ状断面を有するレジストパターンをマスクとして、前記第2の遮光膜をエッチングすることにより、前記光電変換部上に前記開口を形成することにより、同様のテーパ状断面をもつ固体撮像素子が作業性よく形成される。
この構成により、第2の遮光膜を形成する工程に先立ち、絶縁膜を形成するようにしているため、第2の遮光膜のパターニング精度が向上する。
この構成により、フィルタ上平坦化層の膜厚は大きく取る必要がなく、薄型の固体撮像素子を形成することができる。
この構成により、フィルタ層の形成を平坦性よく行うことができることから、表面が平坦で信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。また、この構成によれば、別途フィルタ層を設ける必要がなく、より薄型化をはかることができ、集光部にのみフィルタが形成されているため、効率よく集光のなされた光を選択的に波長調整され、また1個1個第2の遮光膜で囲まれているため、混色を防ぐことができる。
この構成により、分離層がアルミニウムなどの腐食性の金属膜である場合にも、除去抑制層としての窒化シリコン膜などで被覆されていれば、カラーフィルタ層の形成時における金属膜の酸化など、金属膜の劣化を防止することができる。
この構成によれば、CVD法により容易に形成可能でかつ遮光性の高い第1の遮光膜を形成することが可能となる。また、電極などの配線取り出しと同一工程で形成可能となる
この構成により、大きく開口した上方から大量の光を取り込み、反射面で良好に反射させることにより、集光効率の高い光導波路構造を形成することができる。
また、マイクロレンズや層内レンズの位置ずれによる影響を受けることなく、ケラレによる感度のばらつきや低下のない、高い信頼性を備えた固体撮像素子を提供することが可能となる。
また遮光膜の位置ずれによる影響を受けることがなく、感度のばらつきやスミアの悪化のない高い信頼性を備えた固体撮像素子を得ることが可能となる。
(第1の実施の形態)
この固体撮像素子は、図1および図2に示すように、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した光導波路構造の固体撮像素子において、前記電荷転送電極が、交互に並置して構成された、第1層導電性膜からなる第1の電極3aと、第2層導電性膜からなる第2の電極3bとで構成され、前記電荷転送電極3の側壁に形成され、サイドウォールを構成するタングステン薄膜からなる第1の遮光膜6を具備し、前記電荷転送電極の上層に、前記光電変換部上で光導波路を形成する開口部をもつ、アルミニウム薄膜からなる第2の遮光膜7と、この第2の遮光膜を覆う窒化シリコン膜8を備え、この開口部にカラーフィルタ層が充填され、表面がこの窒化シリコン膜8を除去抑制層として平坦化するようにしたことを特徴とするものである。ここで、第2の遮光膜7は、前記電荷転送部上に絶縁膜で構成された平坦化膜10を介して形成されており、互いに電気的に絶縁分離されて、この第2の遮光膜7は、前記開口部が、前記光電変換部上で、上方に行くに従って径大となる逆円錐台状をなすように形成され、表面が反射面を構成している。ここで図1は断面概要図、図2は平面概要図であり、図1は図2のA−A断面図である。
まず、通例の方法で、シリコン基板1上に光電変換部と電荷転送部とを形成する。例えば電荷転送部は以下のように形成される。不純物濃度7.0×1014cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚15nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
またこの構造によれば、第1の遮光膜は電荷転送電極の側壁に自己整合的に形成されるため、位置ずれもなく形成可能であり、第2の遮光膜そのものが、反射防止膜で被覆されて光導波路構造を形成しているため、位置ずれの低減をはかることができるとともに、高精度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。また窒化シリコン膜8は、第2の遮光膜を構成するアルミニウム膜の保護膜として作用し、腐食防止効果を奏功する。
前記実施の形態1では、サイドウォールを構成する第1の遮光膜の上縁が露呈する程度に、表面の平坦化をはかって、より平坦な表面を得るようにし、さらに第2の遮光膜のパターン精度の向上をはかるとともに、第2の遮光膜の表面を反射防止膜(金属カバー膜)8としての機能を備えた窒化シリコン膜からなる絶縁性膜で覆うようにし、この窒化シリコン膜8を除去抑制層として平坦化を行うようにしたが、本実施の形態では、図7に固体撮像素子図8にその製造工程図を示すように、第2の遮光膜7によって形成された開口部に直接カラーフィルタ材料を充填し、このアルミニウム薄膜を除去抑制層としてカラーフィルタ材料の平坦化をはかるようにしたことを特徴とするものである。
他部は通例の固体撮像素子と同様に形成され詳細な説明は省略するが、符号は実施の形態1と同様である。
また遮光性の金属としてはタングステンに限定されることなくチタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)など適宜変更可能である。
2 ゲート酸化膜
3a 第1層多結晶シリコン膜
3b 第2層多結晶シリコン膜
4 電極間絶縁膜
5 酸化シリコン膜(絶縁膜)
6 第1の遮光膜(サイドウォール)
7 第2の遮光膜
8 反射防止膜
10 平坦化膜(BPSG膜)
22 透光性膜
30 光電変換部
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
61 平坦化膜
Claims (15)
- 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子を製造する方法であって、
半導体基板表面に、前記光電変換部および前記電荷転送部を形成する工程と、
前記電荷転送電極上に絶縁膜を介して、遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜の上層に平坦化膜を形成する工程と、
前記平坦化膜上に分離層を形成する工程と、
前記光電変換部に相当する領域の前記分離層に開口部を形成する工程と、
前記開口部内にカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記分離層の表面を除去抑制層として、前記開口部上に突出する前記カラーフィルタ層を除去し表面を平坦化する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記開口部を形成する工程後に、表面に除去抑制層として窒化シリコン膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1または2に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記平坦化する工程は、化学的機械研磨(CMP)法による工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1または2に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記平坦化する工程は、レジストエッチバック法による工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記分離層は窒化シリコン膜で構成された固体撮像素子の製造方法。 - 請求項2に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記分離層はタングステン膜で構成された固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記遮光膜を形成する工程は、第1の遮光膜を成膜し、異方性エッチングを行い、前記電荷転送電極の側壁に前記第1の遮光膜を形成する工程と、
前記光電変換部上を覆うように透光性の絶縁膜を形成する工程と、
第2の遮光膜を成膜し、前記光電変換部上に開口を形成し、光導波路を構成する第2の遮光膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2の遮光膜を形成する工程は、
前記第2の遮光膜を表面全体に成膜する工程と、
テーパ状断面を有するレジストパターンをマスクとして、前記第2の遮光膜をエッチングすることにより、前記光電変換部上に前記開口を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2の遮光膜を形成する工程に先立ち、前記絶縁膜としてBPSG膜を成膜し、加熱により平坦化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項1記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記カラーフィルタ層上にフィルタ上平坦化層を形成する工程と、
前記フィルタ上平坦化層上にレンズ層を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 - 光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記光電変換部上にカラーフィルタ層を具備した固体撮像素子において、
前記カラーフィルタ層が、光電変換部上に開口部をもつ分離層内に充填されており、
前記カラーフィルタ層が前記分離層の少なくとも表面に対してエッチング選択性を有する材料で構成された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記分離層は、表面を除去抑制層で被覆されており、
前記カラーフィルタ材料は前記除去抑制層に対してエッチング選択性をもつ材料で構成された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記分離層は窒化シリコン膜で構成された固体撮像素子。 - 請求項12に記載の固体撮像素子であって、
前記分離層はタングステン膜で構成された固体撮像素子。 - 請求項11に記載の固体撮像素子であって、
前記分離層は、前記開口部が、前記光電変換部上で、上方に行くに従って径大となる逆円錐台状をなすように形成された固体撮像素子。
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