JP2005005471A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表面様相及び被覆性、さらには密着性の良い反射膜を有する導波路を形成することができる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
【解決手段】受光センサ部2上の絶縁層中に、導波路15が設けられた固体撮像素子100を製造する方法であって、受光センサ部2上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路15を形成するための穴16を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜19を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜17を形成する工程と、導波路15の側壁161の下地膜19及び反射膜17を残して、それ以外の下地膜19及び反射膜17を除去する工程と、穴16に、導波路15を構成する透明材料膜18を埋め込む工程とを有する。
【選択図】 図1
【解決手段】受光センサ部2上の絶縁層中に、導波路15が設けられた固体撮像素子100を製造する方法であって、受光センサ部2上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路15を形成するための穴16を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜19を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜17を形成する工程と、導波路15の側壁161の下地膜19及び反射膜17を残して、それ以外の下地膜19及び反射膜17を除去する工程と、穴16に、導波路15を構成する透明材料膜18を埋め込む工程とを有する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、特に、受光センサ部上に光の集光効率を高めるための導波路が設けられてなる固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD型やCMOS型固体撮像素子においては、画素を構成する例えばフォトダイオードからなる複数の受光センサ部上に、絶縁層を挟んでオンチップマイクロレンズを設けることにより、オンチップマイクロレンズを透過した入射光の焦点が受光センサ部近傍にくるようにして、光を受光センサ部へと導くようにした構成が主流となっている。
【0003】
しかしながら、画素寸法の縮小化や配線の多層化等に伴い、絶縁層が厚くなるにつれて、受光センサ部への光の集光効率に与える影響が大きくなってきている。
【0004】
近年、このような問題を回避するための方法として、絶縁層中の受光センサ部と対応する位置に導波路を設け、オンチップマイクロレンズを透過した入射光が効率的に受光センサ部へと導かれるようにした構成が知られている(例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
【0005】
ここで、このような構成を有する固体撮像素子、例えばCMOS型固体撮像素子の構成を図6に示す。
尚、図6の場合は、CMOS型固体撮像素子の1画素分の断面図を示している。
CMOS型固体撮像素子30は、半導体基板31内の所定の位置に受光センサ部32が形成され、半導体基板31上には、絶縁や表面保護或いは表面平坦化の機能を有する例えばシリコン酸化膜(SiO膜)33が形成され、シリコン酸化膜33上には、表面保護や受光センサ部へ水素を供給する機能を有する例えばシリコン窒化膜(SiN膜)34が形成されている。そして、シリコン窒化膜34上には、例えば非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)35が形成され、NSG膜35上には、配線層36が形成されている。
【0006】
配線層36は、3層の配線層361,362,363により構成されており、各配線層361,362,363は、例えば絶縁膜(例えばSiO2膜)37中の所定の位置に形成された溝38内に配線材料(例えばCu)39が埋め込まれた構成となっている。
尚、40は、配線材料(Cu)が絶縁膜37中に拡散することを防ぐために、各配線層36間に形成された所謂バリア膜(例えばSiN膜、SiC膜)である。また、図示せざるも、例えば溝38の周囲にも配線材料が絶縁膜中に拡散することを防ぐためのバリア膜40が形成されている。
【0007】
最上層の配線層363の上方には、絶縁膜37を介して、パッシベーション膜41が形成され、このパッシべーション膜41上には、平坦化膜42を介してカラーフィルタ43が形成されている。
カラーフィルタ43上の受光センサ部32と対応する位置には、オンチップマイクロレンズ44が形成されている。
【0008】
受光センサ部32上の絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)には、入射効率を向上させるための導波路45がパッシべーション膜41の下端まで形成されている。
【0009】
導波路45は、絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)に形成された穴(開口)46の側壁461のみが反射膜47で覆われ、このような構成の穴46内に、可視光に対して透明な材料膜(例えばSiO2膜)48が埋め込まれた構成である。
【0010】
反射膜47としては、高反射率が得られる薄膜、例えばAl膜、Ag膜、Au膜、Cu膜及びW膜が用いることが可能であるが、半導体プロセスで長く使用されている点及び加工がし易い点、並びに高反射率を有しているという点で、Al膜が最も適している。
【0011】
このような構成のCMOS型固体撮像素子30では、例えばオンチップレンズ44を介して導波路45内に入射した光が、穴46の側壁461を覆う反射膜47により反射されながら受光センサ部32へと導かれる。
【0012】
次に、このようなCMOS型固体撮像素子の製造方法、特にその導波路の形成方法を図7〜図9を用いて説明する。
尚、図6と対応する部分には同一符号を付している。
先ず、図7Aに示すように、既に、半導体基板31の所定の位置に入射光を受光する受光センサ部32が形成され、その上方に、3層の配線層361,362,363、並びにその上の絶縁膜(SiO2膜)37までの各層が形成された状態から説明する。
【0013】
次に、最上層の配線層363上に形成された絶縁膜37上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングして、図7Bに示すように、導波路45形成用のパターンのレジストマスク50を形成する。
その後、このレジストマスク50を介して例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等により受光センサ部32上の絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)をエッチング除去する。
これにより、図8Cに示すように、受光センサ部32上の対応する位置に導波路45形成用の穴(開口)46が形成される。
【0014】
尚、例えば反応性イオンエッチング法を行う際に用いられる反応ガスを選定することにより、絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)とSiN膜34との間である程度の選択比が確保でき、穴46の底部がSiN膜34を突き抜けることを防止することができる。
【0015】
次に、レジストマスク50を除去し、穴46を含んで全面に、後述する反射膜47となる金属膜(Al膜)471を成膜する。金属膜471は、一定の膜厚を得るために、例えば高い被覆性(高カバレッジ)が得られるCVD法を用いて形成する。
これにより、図8Dに示すように、穴46を含んで表面に金属膜471が形成される。
【0016】
次に、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等を用いて、図9Eに示すように、穴46の側壁461に形成された金属膜471を残して、それ以外の金属膜471を除去する。
【0017】
次に、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法(HDP法)等を用いて、透明な材料膜(例えばSiO2膜)を穴46内に埋め込む。もしくは、塗布法を用いて、例えばSOG(Spin on Glass)やSOD(Spin on Dielectric)を穴46内に埋め込む。
そして、この後、平坦化処理を行って、穴46内以外の材料膜を除去することにより、図9Fに示すように、穴46の側壁461のみに反射膜47が形成され、穴46内に透明な材料膜48が埋め込まれた構成の導波路45が形成される。
【0018】
そして、この後、絶縁膜37、導波路45内に埋め込まれてなるSiO2膜を含んで全面に、パッシベーション膜41、平坦化膜42、カラーフィルタ43を順に形成し、カラーフィルタ43の受光センサ部32と対応する位置に、即ち穴46の上部にオンチップレンズ44を形成する。
このようにして、図6に示す集光効率を高める構成を有するCMOS型固体撮像素子30が形成される。
【0019】
【特許文献1】
特開平7−45805号公報
【特許文献2】
特開平8−139300号公報
【特許文献3】
特開2002−118245号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、穴46の側壁461を覆う反射膜47としては、半導体プロセスで長く使用されている点及び加工がし易い点、並びに高反射率を有しているという点でAl膜が最も適している。
そして、上述したように、Al膜は、一定の膜厚を得るために、高い被覆性(高カバレッジ)が得られるCVD法により形成されている。
【0021】
しかしながら、Al膜をCVD法により成膜した場合、次に示すような問題が生じてしまう。
即ち、高反射率を有する反射膜47を得ようとする場合、その成膜条件として、低温領域中で成膜を行うことが有効とされるが、低温領域中では、金属膜の表面への選択成長となるため、穴46の側壁461に形成されている絶縁層、即ち絶縁膜37やNSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の表面へ直接Al膜を成膜することは困難となる。
【0022】
このように、高反射率を有する反射膜47を得ようとする場合に、その成膜条件として低温領域中で成膜を行うことが有効とされるのは、初期の核の発生、成長に依存するためである。
即ち、低温領域中での成膜の場合、成膜初期において、基板表面上に比較的小さな核が高密度で発生し、これ以降、この核を中心に核が成長し、あるところで連続膜が形成される。従って、この連続膜の結晶粒の粒径は小さく、表面の凹凸も少ないため高反射率の膜が期待できる。
【0023】
一方、高温領域中で成膜を行えば、穴46の側壁461に形成されている絶縁層の表面へ直接Al膜を成膜することが可能になるが、高温領域中では気相での成長が生じるため、Alガスが粒子となって絶縁層の表面に付着し、仮に絶縁層の表面にAl膜が成膜できたとしても、被覆性の低下、膜表面に形成された顕著な凹凸による反射率の低下、さらには絶縁層の表面との密着性の悪いAl膜が形成されてしまう。
即ち、高温領域中での成膜の場合、成膜が高温領域中で行われるにしたがい、成膜初期において、基板表面上に比較的大きな核が低密度で発生し、これ以降、この核を中心に核が成長する。しかし、成長が進み、連続膜が形成される時には、それぞれの核は、低温領域中での成膜の場合と比べてかなり大きく成長することとなる。従って、この連続膜の結晶粒径は大きく、表面の凹凸も激しくなり、反射率は低いものとなってしまう。
【0024】
また、穴46の側壁461に形成された絶縁層の表面へ、スパッタリング法を用いてAl膜を成膜することも考えられるが、この場合は、図示せざるも、CVD法による成膜と比べ、著しくカバレッジ(特に側壁カバレッジ)が低いため、穴46の側壁461に所要の膜厚を得るには、基板31表面上にその所要の膜厚の数倍から数十倍の成膜が必要となり、その後の加工工程が非常に困難、もしくは不可能となる。
または、スパッタリング法特有のオーバーハングにより、穴46の側壁461に所要の膜厚を得ることができない可能性もある。
【0025】
上述した点に鑑み、本発明は、表面様相及び被覆性、さらには密着性の良い、高反射率を有する反射膜が形成された導波路を有する固体撮像素子を提供するものである。
また、本発明は、表面様相及び被覆性、さらには密着性の良い反射膜を有する導波路を形成することができる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられ、導波路の側壁が、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜により覆われ、反射膜と導波路の側壁との間に下地膜が形成され、下地膜が、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜より形成されている構成とする。
【0027】
上述した本発明の固体撮像素子によれば、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられ、導波路の側壁が、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜により覆われ、反射膜と導波路の側壁との間に下地膜が形成され、下地膜が、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜より形成されているので、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜を、低温領域中で形成された反射膜とすることができ、表面様相や被覆性、さらには密着性の良好な反射膜を得ることができる。
また、下地膜がAl膜もしくはAl合金膜で形成されており、反射膜と類似したAl系の膜で形成されているので、この下地膜上に形成されたAl膜よりなる反射膜は、膜質が良好な反射膜となり、より高い反射率を有する反射膜を得ることができる。
【0028】
本発明は、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、受光センサ部上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路を形成するための穴を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜を形成する工程と、導波路の側壁の下地膜及び反射膜を残して、それ以外の下地膜及び反射膜を除去する工程と、穴に、導波路を構成する透明材料膜を埋め込む工程とを有する。
【0029】
上述した本発明によれば、受光センサ部上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路を形成するための穴を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜を形成する工程と、導波路の側壁の下地膜及び反射膜を残して、それ以外の下地膜及び反射膜を除去する工程と、穴に、導波路を構成する透明材料膜を埋め込む工程とを有することにより、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜上に反射膜を形成することができるので、CVD法により、低温領域中でAl膜よりなる反射膜を形成することが可能になる。
これにより、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜を形成することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、本発明をCMOS型固体撮像素子(CMOSセンサ)に適用した場合の概略構成を図1に示す。
尚、図1の場合ではCMOS型固体撮像素子の1画素に対応する断面を示している。
本実施の形態に係るCMOS型固体撮像素子100は、半導体基板1内の所定の位置に受光センサ部2が形成され、半導体基板1上には、絶縁や表面保護或いは表面平坦化の機能を有する例えばシリコン酸化膜(SiO膜)3が形成され、このシリコン酸化膜3上には、表面保護や受光センサ部に水素を供給する機能を有する例えばシリコン窒化膜(SiN膜)4が形成されている。そして、このシリコン窒化膜4上には、例えば非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)5が形成され、このNSG膜5上には、配線層6が形成されている。
【0031】
配線層6は、3層の配線層61,62,63により構成されている。各配線層61,62,63は、例えば絶縁膜(例えばSiO2膜)7中の所定の位置に形成された溝8内に配線材料(例えばCu)9が埋め込まれた構成である。
10は、配線材料(Cu)が絶縁膜中に拡散することを防ぐために、各配線層6間に形成された所謂バリア膜(例えばSiN膜、SiC膜)である。また、図示せざるも、例えば溝8の周囲にも配線材料が絶縁膜中に拡散することを防ぐためのバリア膜10が形成されている。
尚、上述したように、配線層6は3層に形成された場合を示したが、配線層6が例えばさらに複数層で形成された場合は、所定の位置に形成された溝8内に配線材料9が埋め込まれた絶縁膜7が、例えば間にバリア膜10を介して、その数に応じて何層にも積層されて構成される。
【0032】
最上層の配線層63の上方には、絶縁膜7を介して、パッシベーション膜11が形成され、このパッシべーション膜11上には、平坦化膜12を介してカラーフィルタ13が形成されている。
カラーフィルタ13上の受光センサ部12と対応する位置には、オンチップマイクロレンズ14が形成されている。
【0033】
受光センサ部2上の絶縁層(例えば絶縁膜7の他、NSG膜5、バリア膜10及びSiN膜4の一部を含む)には、入射効率を向上させるための導波路15がパッシべーション膜11の下端まで形成されている。
【0034】
導波路15は、絶縁層(例えば絶縁膜7の他、NSG膜5、バリア膜10及びSiN膜4の一部を含む)に形成された穴(開口)16の側壁161のみが反射膜17で覆われ、このような構成の穴46内に、可視光に対して透明な材料膜(例えばSiO2膜)18が埋め込まれた構成である。
【0035】
反射膜17は、高反射率が得られる薄膜、例えばAl膜で形成されている。このAl膜はCVD法により形成されている。
また、この反射膜17は、例えば30nm〜100nmの膜厚で形成されている。
【0036】
そして、本実施の形態においては、特に、反射膜(Al膜)17と穴16の側壁161との間に下地膜19が形成され、この下地膜19がスパッタリング法により形成された例えばAl膜もしくはAl合金膜(例えばAl−Si、Al−Cu、Al−Si−Cu等)で形成されている。
この下地膜19は、例えば3nm〜10nmの膜厚で形成されている。
【0037】
これによって、入射光の集光効率を高めるようにした構造を有するCMOS型固体撮像素子が構成される。
【0038】
本実施の形態の固体撮像素子100によれば、反射膜17と穴16の側壁161との間に、スパッタリング法により形成された、Al膜もしくはAl合金膜からなる下地膜19が形成されているので、この下地膜19の表面上に形成された反射膜17を、低温領域中で形成された反射膜17とすることが可能になる。
これにより、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜17を得ることができる。
【0039】
即ち、図6に示した構成のように、穴の側壁が絶縁膜(例えばSiO2膜)等であり、この絶縁膜の表面にCVD法により直接反射膜を形成する場合、絶縁膜上に直接反射膜を形成するためには、高温領域中で形成する必要があり、このとき形成された反射膜は、表面様相が悪く、また一定の膜厚で形成されず、さらには下地膜(例えば絶縁膜)との密着性が悪い状態となってしまう。
【0040】
これに対して、本実施の形態の固体撮像素子100では、穴16の側壁161において、絶縁膜7等の表面にAl膜もしくはAl合金膜からなる下地膜19が形成されているため、この下地膜19の表面に形成されている反射膜(Al膜)17を、高温領域中ではなく低温領域中で形成することが可能になる。
【0041】
従って、反射膜17を低温領域中で成膜することが可能となり、表面荒れ等のない表面様相の良好な反射膜17を形成することができる。
また、形成された反射膜17は、オーバーハングが形成されていなく、一定の膜厚で形成された被覆性の良い反射膜17が得られる。また、例えば入射してきた光が穴の開口部に形成されたオーバーハングにより遮られる心配もない。
また、金属膜(Al膜)19との密着性の良い反射膜17が得られる。
【0042】
また、さらに、下地膜19が、Al膜もしくはAl合金膜により形成されており、この下地膜19の表面上に形成された反射膜(Al膜)17と類似のAl系の金属膜により形成されている。即ち、格子定数の差が少ない金属膜で形成されている。
従って、反射膜17は、下地膜19の結晶配向性等に影響なく形成された反射膜17となり、表面荒れ等が少なく、より高い反射率を有す反射膜17が得られる。反射膜17は、その結晶配向性が例えば(111)であり、膜質の良好な膜である。
また、最小限の膜厚で高反射率を有する反射膜17が得られる。
【0043】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を図2〜図5を用いて説明する。
本実施の形態では、図1に示すCMOS型固体撮像素子、特にその導波路を形成する場合を示す。また、この製造方法は、例えばスパッタリング法を行うチャンバーやCVD法を行うチャンバーが設けられた装置を用いて行う。
尚、図2〜図5の場合では、CMOS型固体撮像素子の1画素に対応する断面図を示し、図1と対応する部分には同一符号を付している。
また、図2Aに示すように、既に、半導体基板1に受光センサ部2が形成され、その上方に、シリコン酸化膜(SiO膜)3、シリコン窒化膜(SiN膜)4、非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)5が形成され、NSG膜35上に、3層の配線層61,62,63が形成された状態から説明する。
【0044】
次に、最上層の配線層63上に形成された絶縁膜(SiO2膜)7上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングして、図2Bに示すように、導波路15形成用のパターンのレジストマスク20を形成する。
その後、このレジストマスク20を介して例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等により受光センサ部2上の絶縁層をエッチング除去する。
これにより、図3Cに示すように、受光センサ部32上の対応する位置に導波路15形成用の穴(開口)16が形成される。
【0045】
次に、前述した工程で形成された、受光センサ部2上の対応する位置に穴16が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバー内へと搬送する。
そして、後述する下地膜19となる膜(下地金属膜)191をスパッタリング法により成膜する。下地金属膜191はAl膜より成膜する。
【0046】
以下、具体的に、Al膜を成膜する場合の条件を示す。
ターゲット:Al
ガス、流量:Ar、6sccm
DCパワー(ターゲットパワー):15kW
基板温度:<200℃
膜厚:10〜30nm
【0047】
これにより、図3Dに示すように、穴16を含んで表面に下地金属膜191が形成される。
尚、前述した成膜条件にも示したように、半導体基板1上に、下地金属膜191を10nm〜30nmの膜厚で形成することにより、穴16の側壁161では、例えば3nm〜10nmの膜厚の下地金属膜191が形成される。
【0048】
続いて、前述した工程で形成された、穴16の側壁161及び絶縁膜7上に下地金属膜191が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバーから大気開放することなく、CVDチャンバーへと搬送する。
そして、穴16を含んで下地金属膜191上に、後述する反射膜17となる膜(金属膜)171をCVD法により成膜する。金属膜171はAl膜より成膜する。
【0049】
以下、具体的に、Al膜を成膜する場合の条件を示す。
ガス:MPA(メチルピロリダインアラン)
圧力:30Pa
基板温度:90〜120℃
膜厚:40〜100nm
【0050】
この際、本実施の形態では、前述した工程(図3D)で、穴16の側壁161に下地金属膜191が形成されているので、金属膜上にCVD法を用いてAl膜171を成膜することができ、前述した成膜条件にも示したように、低温領域(90℃〜120℃)中でAl膜171を形成することができる。
【0051】
また、上述したように、下地金属膜191が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバーから大気開放することなく、CVDチャンバーに搬送したことにより、下地金属膜191が大気にふれて酸化されることを防止することができるので、金属膜(Al膜)171を良好に成膜することができる。
【0052】
これにより、図4Eに示すように、下地金属膜191上に金属膜(Al膜)171が形成された状態となる。
尚、成膜条件にも示すように、半導体基板1上に、金属膜171を40nm〜100nmの膜厚で形成することにより、穴16内では、金属膜171を30nm〜100nmの膜厚で形成することができる。
【0053】
次に、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等を用いて、穴16の側壁161を覆う下地金属膜(Al膜)191及び金属膜(Al膜)171を残して、それ以外の下地金属膜191及び金属膜171を除去する。
これにより、図4Fに示すように、穴16の側壁461のみに下地金属膜191が形成された状態の下地膜19、そして、この下地膜19の表面に金属膜191が形成された状態の反射膜17が形成される。
【0054】
次に、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法(HDP法)等を用いて、透明な材料膜(例えばSiO2膜)を穴16内に埋め込む。もしくは、塗布法を用いて、例えばSOG(Spin on Glass)やSOD(Spin on Dielectric)を穴46内に埋め込む。
そして、この後、平坦化処理を行って、穴16内以外の材料膜を除去する。
これにより、図5Gに示すように、穴16内に透明材料膜18が埋め込まれた構成の導波路15が形成される。
【0055】
この後は、絶縁膜7、導波路15内に埋め込まれてなるSiO2膜18を含んで全面に、パッシベーション膜11、平坦化膜12、カラーフィルタ13を順に形成し、カラーフィルタ13の受光センサ部2と対応する位置に、即ち穴16の上部にオンチップレンズ14を形成する。
このようにして、図1に示す集光効率を高める導波路を有するCMOS型固体撮像素子100が形成される。
【0056】
本実施の形態では、一般的なスパッタリング法を用いて下地金属膜191を形成したが、例えば配線6がさらに多くの配線層により構成され、アスペクト比が高い穴(例えば1.5以上)16が形成されるような場合は、指向性を向上させたスパッタリング法、例えば遠距離スパッタリング法、コリメーションスパッタリング法、イオン化スパッタリング法を用いて下地金属膜191を形成することが望ましい。
【0057】
また、本実施の形態では、CVD法を用いてAl膜を成膜する際に用いるガス(プリカーサーガス)として、MPA(メチルピロリダインアラン)を用いたが、この他にも、例えばDMAH(ジメチルアルミニウムハイドライド)、TMA(トリメチルアルミニウム)及びDMEAA(ジメチルエチルアミンアラン)等を用いることができる。
【0058】
本実施の形態によれば、穴16の側壁161に、スパッタリング法により下地膜19となる下地金属膜(Al膜)191を成膜した後、CVD法により反射膜17となる金属膜(Al膜)171を成膜するようにしたので、CVD法を用いて反射膜を形成する際に、高反射率を得られる成膜条件である低温領域中で成膜することが可能となる。
【0059】
即ち、上述したように、穴の側壁の絶縁膜(例えばSiO2膜等)の表面にCVD法により直接反射膜を形成する場合、絶縁膜上に直接反射膜を形成するためには高温領域中で形成する必要があり、このとき形成された反射膜は、表面様相や被覆性、さらには密着性が悪い状態となってしまう。
【0060】
これに対して、本実施の形態では、穴16の側壁161の絶縁膜の表面に下地膜19(Al膜)が形成されているため、この下地膜19の表面に形成されている反射膜(Al膜)17を、高温領域中ではなく低温領域中で形成することが可能になる。
【0061】
従って、CVD法により金属膜(Al膜)171を成膜する際に、Al膜171を、下地金属膜(Al膜)191上に良好に成膜することができる。これにより、表面荒れ等がなく表面様相の良い反射膜17を形成することができる。
【0062】
また、穴16の開口部や側壁161に、オーバーハングが形成されることなく、Al膜171を一定の膜厚で形成できる。これにより、被覆性の良い反射膜17を形成できる。
【0063】
また、下地金属膜(Al膜)191に密着性良くAl膜171を形成することができ、密着性の良い反射膜19を形成できる。
【0064】
また、下地膜19となる下地金属膜191及び反射膜17となる金属膜(Al膜)171が、Al系の金属膜で形成されているので、例えば、穴16の側壁161を覆う下地金属膜191及び金属膜(Al膜)171を残して、それ以外の下地金属膜191及び金属膜(Al膜)171を除去する工程(図4E〜図4F参照)の際に行われる反応性イオンエッチング(RIE法)等の加工が容易になる。
【0065】
上述した実施の形態では、本発明をCMOS型固体撮像素子に適用した場合について説明したが、本発明はその他の固体撮像素子、例えばCCD固体撮像素子においても適用できるものである。
【0066】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【0067】
【発明の効果】
本発明の固体撮像素子によれば、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜が得られるので、高反射率及び高カバレッジの反射膜を有する導波路を得ることができる。
【0068】
従って、光の入射光率が大きく向上された導波路を有する固体撮像素子を提供することが可能になる。
【0069】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜を形成することができるので、高反射率及び高カバレッジの反射膜を有する導波路を形成することができる。
【0070】
従って、光の入射光率が大きく向上された導波路を有する固体撮像素子を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の一実施の形態を示す概略構成図(断面図)である。
【図2】A、B 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その1)である。
【図3】C、D 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その2)である。
【図4】E、F 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その3)である。
【図5】G、H 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その4)である。
【図6】従来の固体撮像素子の概略構成図(断面図)である。
【図7】A、B 図6の固体撮像素子の製造工程図(その1)である。
【図8】C、D 図6の固体撮像素子の製造工程図(その2)である。
【図9】E、F 図6の固体撮像素子の製造工程図(その3)である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・受光センサ部、3・・・シリコン酸化膜(SiO膜)、4・・・シリコン窒化膜(SiN膜)、5・・・非添加珪酸膜(NSG膜)、6・・・配線層、7・・・絶縁膜(SiO2膜)、11・・・パッシべーション膜、12・・・平坦化膜、13・・・カラーフィルタ、14・・・オンチップマイクロレンズ、15・・・導波路、16・・・穴、161・・・側壁、17・・・反射膜、171・・・金属膜、18・・・材料膜、19・・・下地膜、191・・・下地金属膜、20・・・レジストマスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子、特に、受光センサ部上に光の集光効率を高めるための導波路が設けられてなる固体撮像素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CCD型やCMOS型固体撮像素子においては、画素を構成する例えばフォトダイオードからなる複数の受光センサ部上に、絶縁層を挟んでオンチップマイクロレンズを設けることにより、オンチップマイクロレンズを透過した入射光の焦点が受光センサ部近傍にくるようにして、光を受光センサ部へと導くようにした構成が主流となっている。
【0003】
しかしながら、画素寸法の縮小化や配線の多層化等に伴い、絶縁層が厚くなるにつれて、受光センサ部への光の集光効率に与える影響が大きくなってきている。
【0004】
近年、このような問題を回避するための方法として、絶縁層中の受光センサ部と対応する位置に導波路を設け、オンチップマイクロレンズを透過した入射光が効率的に受光センサ部へと導かれるようにした構成が知られている(例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
【0005】
ここで、このような構成を有する固体撮像素子、例えばCMOS型固体撮像素子の構成を図6に示す。
尚、図6の場合は、CMOS型固体撮像素子の1画素分の断面図を示している。
CMOS型固体撮像素子30は、半導体基板31内の所定の位置に受光センサ部32が形成され、半導体基板31上には、絶縁や表面保護或いは表面平坦化の機能を有する例えばシリコン酸化膜(SiO膜)33が形成され、シリコン酸化膜33上には、表面保護や受光センサ部へ水素を供給する機能を有する例えばシリコン窒化膜(SiN膜)34が形成されている。そして、シリコン窒化膜34上には、例えば非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)35が形成され、NSG膜35上には、配線層36が形成されている。
【0006】
配線層36は、3層の配線層361,362,363により構成されており、各配線層361,362,363は、例えば絶縁膜(例えばSiO2膜)37中の所定の位置に形成された溝38内に配線材料(例えばCu)39が埋め込まれた構成となっている。
尚、40は、配線材料(Cu)が絶縁膜37中に拡散することを防ぐために、各配線層36間に形成された所謂バリア膜(例えばSiN膜、SiC膜)である。また、図示せざるも、例えば溝38の周囲にも配線材料が絶縁膜中に拡散することを防ぐためのバリア膜40が形成されている。
【0007】
最上層の配線層363の上方には、絶縁膜37を介して、パッシベーション膜41が形成され、このパッシべーション膜41上には、平坦化膜42を介してカラーフィルタ43が形成されている。
カラーフィルタ43上の受光センサ部32と対応する位置には、オンチップマイクロレンズ44が形成されている。
【0008】
受光センサ部32上の絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)には、入射効率を向上させるための導波路45がパッシべーション膜41の下端まで形成されている。
【0009】
導波路45は、絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)に形成された穴(開口)46の側壁461のみが反射膜47で覆われ、このような構成の穴46内に、可視光に対して透明な材料膜(例えばSiO2膜)48が埋め込まれた構成である。
【0010】
反射膜47としては、高反射率が得られる薄膜、例えばAl膜、Ag膜、Au膜、Cu膜及びW膜が用いることが可能であるが、半導体プロセスで長く使用されている点及び加工がし易い点、並びに高反射率を有しているという点で、Al膜が最も適している。
【0011】
このような構成のCMOS型固体撮像素子30では、例えばオンチップレンズ44を介して導波路45内に入射した光が、穴46の側壁461を覆う反射膜47により反射されながら受光センサ部32へと導かれる。
【0012】
次に、このようなCMOS型固体撮像素子の製造方法、特にその導波路の形成方法を図7〜図9を用いて説明する。
尚、図6と対応する部分には同一符号を付している。
先ず、図7Aに示すように、既に、半導体基板31の所定の位置に入射光を受光する受光センサ部32が形成され、その上方に、3層の配線層361,362,363、並びにその上の絶縁膜(SiO2膜)37までの各層が形成された状態から説明する。
【0013】
次に、最上層の配線層363上に形成された絶縁膜37上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングして、図7Bに示すように、導波路45形成用のパターンのレジストマスク50を形成する。
その後、このレジストマスク50を介して例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等により受光センサ部32上の絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)をエッチング除去する。
これにより、図8Cに示すように、受光センサ部32上の対応する位置に導波路45形成用の穴(開口)46が形成される。
【0014】
尚、例えば反応性イオンエッチング法を行う際に用いられる反応ガスを選定することにより、絶縁層(例えば絶縁膜37の他、NSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の一部を含む)とSiN膜34との間である程度の選択比が確保でき、穴46の底部がSiN膜34を突き抜けることを防止することができる。
【0015】
次に、レジストマスク50を除去し、穴46を含んで全面に、後述する反射膜47となる金属膜(Al膜)471を成膜する。金属膜471は、一定の膜厚を得るために、例えば高い被覆性(高カバレッジ)が得られるCVD法を用いて形成する。
これにより、図8Dに示すように、穴46を含んで表面に金属膜471が形成される。
【0016】
次に、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等を用いて、図9Eに示すように、穴46の側壁461に形成された金属膜471を残して、それ以外の金属膜471を除去する。
【0017】
次に、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法(HDP法)等を用いて、透明な材料膜(例えばSiO2膜)を穴46内に埋め込む。もしくは、塗布法を用いて、例えばSOG(Spin on Glass)やSOD(Spin on Dielectric)を穴46内に埋め込む。
そして、この後、平坦化処理を行って、穴46内以外の材料膜を除去することにより、図9Fに示すように、穴46の側壁461のみに反射膜47が形成され、穴46内に透明な材料膜48が埋め込まれた構成の導波路45が形成される。
【0018】
そして、この後、絶縁膜37、導波路45内に埋め込まれてなるSiO2膜を含んで全面に、パッシベーション膜41、平坦化膜42、カラーフィルタ43を順に形成し、カラーフィルタ43の受光センサ部32と対応する位置に、即ち穴46の上部にオンチップレンズ44を形成する。
このようにして、図6に示す集光効率を高める構成を有するCMOS型固体撮像素子30が形成される。
【0019】
【特許文献1】
特開平7−45805号公報
【特許文献2】
特開平8−139300号公報
【特許文献3】
特開2002−118245号公報
【0020】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したように、穴46の側壁461を覆う反射膜47としては、半導体プロセスで長く使用されている点及び加工がし易い点、並びに高反射率を有しているという点でAl膜が最も適している。
そして、上述したように、Al膜は、一定の膜厚を得るために、高い被覆性(高カバレッジ)が得られるCVD法により形成されている。
【0021】
しかしながら、Al膜をCVD法により成膜した場合、次に示すような問題が生じてしまう。
即ち、高反射率を有する反射膜47を得ようとする場合、その成膜条件として、低温領域中で成膜を行うことが有効とされるが、低温領域中では、金属膜の表面への選択成長となるため、穴46の側壁461に形成されている絶縁層、即ち絶縁膜37やNSG膜35、バリア膜40及びSiN膜34の表面へ直接Al膜を成膜することは困難となる。
【0022】
このように、高反射率を有する反射膜47を得ようとする場合に、その成膜条件として低温領域中で成膜を行うことが有効とされるのは、初期の核の発生、成長に依存するためである。
即ち、低温領域中での成膜の場合、成膜初期において、基板表面上に比較的小さな核が高密度で発生し、これ以降、この核を中心に核が成長し、あるところで連続膜が形成される。従って、この連続膜の結晶粒の粒径は小さく、表面の凹凸も少ないため高反射率の膜が期待できる。
【0023】
一方、高温領域中で成膜を行えば、穴46の側壁461に形成されている絶縁層の表面へ直接Al膜を成膜することが可能になるが、高温領域中では気相での成長が生じるため、Alガスが粒子となって絶縁層の表面に付着し、仮に絶縁層の表面にAl膜が成膜できたとしても、被覆性の低下、膜表面に形成された顕著な凹凸による反射率の低下、さらには絶縁層の表面との密着性の悪いAl膜が形成されてしまう。
即ち、高温領域中での成膜の場合、成膜が高温領域中で行われるにしたがい、成膜初期において、基板表面上に比較的大きな核が低密度で発生し、これ以降、この核を中心に核が成長する。しかし、成長が進み、連続膜が形成される時には、それぞれの核は、低温領域中での成膜の場合と比べてかなり大きく成長することとなる。従って、この連続膜の結晶粒径は大きく、表面の凹凸も激しくなり、反射率は低いものとなってしまう。
【0024】
また、穴46の側壁461に形成された絶縁層の表面へ、スパッタリング法を用いてAl膜を成膜することも考えられるが、この場合は、図示せざるも、CVD法による成膜と比べ、著しくカバレッジ(特に側壁カバレッジ)が低いため、穴46の側壁461に所要の膜厚を得るには、基板31表面上にその所要の膜厚の数倍から数十倍の成膜が必要となり、その後の加工工程が非常に困難、もしくは不可能となる。
または、スパッタリング法特有のオーバーハングにより、穴46の側壁461に所要の膜厚を得ることができない可能性もある。
【0025】
上述した点に鑑み、本発明は、表面様相及び被覆性、さらには密着性の良い、高反射率を有する反射膜が形成された導波路を有する固体撮像素子を提供するものである。
また、本発明は、表面様相及び被覆性、さらには密着性の良い反射膜を有する導波路を形成することができる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
【0026】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像素子は、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられ、導波路の側壁が、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜により覆われ、反射膜と導波路の側壁との間に下地膜が形成され、下地膜が、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜より形成されている構成とする。
【0027】
上述した本発明の固体撮像素子によれば、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられ、導波路の側壁が、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜により覆われ、反射膜と導波路の側壁との間に下地膜が形成され、下地膜が、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜より形成されているので、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜を、低温領域中で形成された反射膜とすることができ、表面様相や被覆性、さらには密着性の良好な反射膜を得ることができる。
また、下地膜がAl膜もしくはAl合金膜で形成されており、反射膜と類似したAl系の膜で形成されているので、この下地膜上に形成されたAl膜よりなる反射膜は、膜質が良好な反射膜となり、より高い反射率を有する反射膜を得ることができる。
【0028】
本発明は、受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、受光センサ部上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路を形成するための穴を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜を形成する工程と、導波路の側壁の下地膜及び反射膜を残して、それ以外の下地膜及び反射膜を除去する工程と、穴に、導波路を構成する透明材料膜を埋め込む工程とを有する。
【0029】
上述した本発明によれば、受光センサ部上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層に導波路を形成するための穴を形成する工程と、表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を形成する工程と、表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜を形成する工程と、導波路の側壁の下地膜及び反射膜を残して、それ以外の下地膜及び反射膜を除去する工程と、穴に、導波路を構成する透明材料膜を埋め込む工程とを有することにより、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜上に反射膜を形成することができるので、CVD法により、低温領域中でAl膜よりなる反射膜を形成することが可能になる。
これにより、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜を形成することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態として、本発明をCMOS型固体撮像素子(CMOSセンサ)に適用した場合の概略構成を図1に示す。
尚、図1の場合ではCMOS型固体撮像素子の1画素に対応する断面を示している。
本実施の形態に係るCMOS型固体撮像素子100は、半導体基板1内の所定の位置に受光センサ部2が形成され、半導体基板1上には、絶縁や表面保護或いは表面平坦化の機能を有する例えばシリコン酸化膜(SiO膜)3が形成され、このシリコン酸化膜3上には、表面保護や受光センサ部に水素を供給する機能を有する例えばシリコン窒化膜(SiN膜)4が形成されている。そして、このシリコン窒化膜4上には、例えば非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)5が形成され、このNSG膜5上には、配線層6が形成されている。
【0031】
配線層6は、3層の配線層61,62,63により構成されている。各配線層61,62,63は、例えば絶縁膜(例えばSiO2膜)7中の所定の位置に形成された溝8内に配線材料(例えばCu)9が埋め込まれた構成である。
10は、配線材料(Cu)が絶縁膜中に拡散することを防ぐために、各配線層6間に形成された所謂バリア膜(例えばSiN膜、SiC膜)である。また、図示せざるも、例えば溝8の周囲にも配線材料が絶縁膜中に拡散することを防ぐためのバリア膜10が形成されている。
尚、上述したように、配線層6は3層に形成された場合を示したが、配線層6が例えばさらに複数層で形成された場合は、所定の位置に形成された溝8内に配線材料9が埋め込まれた絶縁膜7が、例えば間にバリア膜10を介して、その数に応じて何層にも積層されて構成される。
【0032】
最上層の配線層63の上方には、絶縁膜7を介して、パッシベーション膜11が形成され、このパッシべーション膜11上には、平坦化膜12を介してカラーフィルタ13が形成されている。
カラーフィルタ13上の受光センサ部12と対応する位置には、オンチップマイクロレンズ14が形成されている。
【0033】
受光センサ部2上の絶縁層(例えば絶縁膜7の他、NSG膜5、バリア膜10及びSiN膜4の一部を含む)には、入射効率を向上させるための導波路15がパッシべーション膜11の下端まで形成されている。
【0034】
導波路15は、絶縁層(例えば絶縁膜7の他、NSG膜5、バリア膜10及びSiN膜4の一部を含む)に形成された穴(開口)16の側壁161のみが反射膜17で覆われ、このような構成の穴46内に、可視光に対して透明な材料膜(例えばSiO2膜)18が埋め込まれた構成である。
【0035】
反射膜17は、高反射率が得られる薄膜、例えばAl膜で形成されている。このAl膜はCVD法により形成されている。
また、この反射膜17は、例えば30nm〜100nmの膜厚で形成されている。
【0036】
そして、本実施の形態においては、特に、反射膜(Al膜)17と穴16の側壁161との間に下地膜19が形成され、この下地膜19がスパッタリング法により形成された例えばAl膜もしくはAl合金膜(例えばAl−Si、Al−Cu、Al−Si−Cu等)で形成されている。
この下地膜19は、例えば3nm〜10nmの膜厚で形成されている。
【0037】
これによって、入射光の集光効率を高めるようにした構造を有するCMOS型固体撮像素子が構成される。
【0038】
本実施の形態の固体撮像素子100によれば、反射膜17と穴16の側壁161との間に、スパッタリング法により形成された、Al膜もしくはAl合金膜からなる下地膜19が形成されているので、この下地膜19の表面上に形成された反射膜17を、低温領域中で形成された反射膜17とすることが可能になる。
これにより、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜17を得ることができる。
【0039】
即ち、図6に示した構成のように、穴の側壁が絶縁膜(例えばSiO2膜)等であり、この絶縁膜の表面にCVD法により直接反射膜を形成する場合、絶縁膜上に直接反射膜を形成するためには、高温領域中で形成する必要があり、このとき形成された反射膜は、表面様相が悪く、また一定の膜厚で形成されず、さらには下地膜(例えば絶縁膜)との密着性が悪い状態となってしまう。
【0040】
これに対して、本実施の形態の固体撮像素子100では、穴16の側壁161において、絶縁膜7等の表面にAl膜もしくはAl合金膜からなる下地膜19が形成されているため、この下地膜19の表面に形成されている反射膜(Al膜)17を、高温領域中ではなく低温領域中で形成することが可能になる。
【0041】
従って、反射膜17を低温領域中で成膜することが可能となり、表面荒れ等のない表面様相の良好な反射膜17を形成することができる。
また、形成された反射膜17は、オーバーハングが形成されていなく、一定の膜厚で形成された被覆性の良い反射膜17が得られる。また、例えば入射してきた光が穴の開口部に形成されたオーバーハングにより遮られる心配もない。
また、金属膜(Al膜)19との密着性の良い反射膜17が得られる。
【0042】
また、さらに、下地膜19が、Al膜もしくはAl合金膜により形成されており、この下地膜19の表面上に形成された反射膜(Al膜)17と類似のAl系の金属膜により形成されている。即ち、格子定数の差が少ない金属膜で形成されている。
従って、反射膜17は、下地膜19の結晶配向性等に影響なく形成された反射膜17となり、表面荒れ等が少なく、より高い反射率を有す反射膜17が得られる。反射膜17は、その結晶配向性が例えば(111)であり、膜質の良好な膜である。
また、最小限の膜厚で高反射率を有する反射膜17が得られる。
【0043】
次に、本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を図2〜図5を用いて説明する。
本実施の形態では、図1に示すCMOS型固体撮像素子、特にその導波路を形成する場合を示す。また、この製造方法は、例えばスパッタリング法を行うチャンバーやCVD法を行うチャンバーが設けられた装置を用いて行う。
尚、図2〜図5の場合では、CMOS型固体撮像素子の1画素に対応する断面図を示し、図1と対応する部分には同一符号を付している。
また、図2Aに示すように、既に、半導体基板1に受光センサ部2が形成され、その上方に、シリコン酸化膜(SiO膜)3、シリコン窒化膜(SiN膜)4、非添加珪酸ガラス膜(NSG膜)5が形成され、NSG膜35上に、3層の配線層61,62,63が形成された状態から説明する。
【0044】
次に、最上層の配線層63上に形成された絶縁膜(SiO2膜)7上にレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジスト膜を公知のリソグラフィ技術を用いてパターニングして、図2Bに示すように、導波路15形成用のパターンのレジストマスク20を形成する。
その後、このレジストマスク20を介して例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等により受光センサ部2上の絶縁層をエッチング除去する。
これにより、図3Cに示すように、受光センサ部32上の対応する位置に導波路15形成用の穴(開口)16が形成される。
【0045】
次に、前述した工程で形成された、受光センサ部2上の対応する位置に穴16が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバー内へと搬送する。
そして、後述する下地膜19となる膜(下地金属膜)191をスパッタリング法により成膜する。下地金属膜191はAl膜より成膜する。
【0046】
以下、具体的に、Al膜を成膜する場合の条件を示す。
ターゲット:Al
ガス、流量:Ar、6sccm
DCパワー(ターゲットパワー):15kW
基板温度:<200℃
膜厚:10〜30nm
【0047】
これにより、図3Dに示すように、穴16を含んで表面に下地金属膜191が形成される。
尚、前述した成膜条件にも示したように、半導体基板1上に、下地金属膜191を10nm〜30nmの膜厚で形成することにより、穴16の側壁161では、例えば3nm〜10nmの膜厚の下地金属膜191が形成される。
【0048】
続いて、前述した工程で形成された、穴16の側壁161及び絶縁膜7上に下地金属膜191が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバーから大気開放することなく、CVDチャンバーへと搬送する。
そして、穴16を含んで下地金属膜191上に、後述する反射膜17となる膜(金属膜)171をCVD法により成膜する。金属膜171はAl膜より成膜する。
【0049】
以下、具体的に、Al膜を成膜する場合の条件を示す。
ガス:MPA(メチルピロリダインアラン)
圧力:30Pa
基板温度:90〜120℃
膜厚:40〜100nm
【0050】
この際、本実施の形態では、前述した工程(図3D)で、穴16の側壁161に下地金属膜191が形成されているので、金属膜上にCVD法を用いてAl膜171を成膜することができ、前述した成膜条件にも示したように、低温領域(90℃〜120℃)中でAl膜171を形成することができる。
【0051】
また、上述したように、下地金属膜191が形成された半導体基板1を、スパッタリングチャンバーから大気開放することなく、CVDチャンバーに搬送したことにより、下地金属膜191が大気にふれて酸化されることを防止することができるので、金属膜(Al膜)171を良好に成膜することができる。
【0052】
これにより、図4Eに示すように、下地金属膜191上に金属膜(Al膜)171が形成された状態となる。
尚、成膜条件にも示すように、半導体基板1上に、金属膜171を40nm〜100nmの膜厚で形成することにより、穴16内では、金属膜171を30nm〜100nmの膜厚で形成することができる。
【0053】
次に、例えば反応性イオンエッチング法(RIE法)等を用いて、穴16の側壁161を覆う下地金属膜(Al膜)191及び金属膜(Al膜)171を残して、それ以外の下地金属膜191及び金属膜171を除去する。
これにより、図4Fに示すように、穴16の側壁461のみに下地金属膜191が形成された状態の下地膜19、そして、この下地膜19の表面に金属膜191が形成された状態の反射膜17が形成される。
【0054】
次に、例えば公知のプラズマ法やハイデンシティプラズマ法(HDP法)等を用いて、透明な材料膜(例えばSiO2膜)を穴16内に埋め込む。もしくは、塗布法を用いて、例えばSOG(Spin on Glass)やSOD(Spin on Dielectric)を穴46内に埋め込む。
そして、この後、平坦化処理を行って、穴16内以外の材料膜を除去する。
これにより、図5Gに示すように、穴16内に透明材料膜18が埋め込まれた構成の導波路15が形成される。
【0055】
この後は、絶縁膜7、導波路15内に埋め込まれてなるSiO2膜18を含んで全面に、パッシベーション膜11、平坦化膜12、カラーフィルタ13を順に形成し、カラーフィルタ13の受光センサ部2と対応する位置に、即ち穴16の上部にオンチップレンズ14を形成する。
このようにして、図1に示す集光効率を高める導波路を有するCMOS型固体撮像素子100が形成される。
【0056】
本実施の形態では、一般的なスパッタリング法を用いて下地金属膜191を形成したが、例えば配線6がさらに多くの配線層により構成され、アスペクト比が高い穴(例えば1.5以上)16が形成されるような場合は、指向性を向上させたスパッタリング法、例えば遠距離スパッタリング法、コリメーションスパッタリング法、イオン化スパッタリング法を用いて下地金属膜191を形成することが望ましい。
【0057】
また、本実施の形態では、CVD法を用いてAl膜を成膜する際に用いるガス(プリカーサーガス)として、MPA(メチルピロリダインアラン)を用いたが、この他にも、例えばDMAH(ジメチルアルミニウムハイドライド)、TMA(トリメチルアルミニウム)及びDMEAA(ジメチルエチルアミンアラン)等を用いることができる。
【0058】
本実施の形態によれば、穴16の側壁161に、スパッタリング法により下地膜19となる下地金属膜(Al膜)191を成膜した後、CVD法により反射膜17となる金属膜(Al膜)171を成膜するようにしたので、CVD法を用いて反射膜を形成する際に、高反射率を得られる成膜条件である低温領域中で成膜することが可能となる。
【0059】
即ち、上述したように、穴の側壁の絶縁膜(例えばSiO2膜等)の表面にCVD法により直接反射膜を形成する場合、絶縁膜上に直接反射膜を形成するためには高温領域中で形成する必要があり、このとき形成された反射膜は、表面様相や被覆性、さらには密着性が悪い状態となってしまう。
【0060】
これに対して、本実施の形態では、穴16の側壁161の絶縁膜の表面に下地膜19(Al膜)が形成されているため、この下地膜19の表面に形成されている反射膜(Al膜)17を、高温領域中ではなく低温領域中で形成することが可能になる。
【0061】
従って、CVD法により金属膜(Al膜)171を成膜する際に、Al膜171を、下地金属膜(Al膜)191上に良好に成膜することができる。これにより、表面荒れ等がなく表面様相の良い反射膜17を形成することができる。
【0062】
また、穴16の開口部や側壁161に、オーバーハングが形成されることなく、Al膜171を一定の膜厚で形成できる。これにより、被覆性の良い反射膜17を形成できる。
【0063】
また、下地金属膜(Al膜)191に密着性良くAl膜171を形成することができ、密着性の良い反射膜19を形成できる。
【0064】
また、下地膜19となる下地金属膜191及び反射膜17となる金属膜(Al膜)171が、Al系の金属膜で形成されているので、例えば、穴16の側壁161を覆う下地金属膜191及び金属膜(Al膜)171を残して、それ以外の下地金属膜191及び金属膜(Al膜)171を除去する工程(図4E〜図4F参照)の際に行われる反応性イオンエッチング(RIE法)等の加工が容易になる。
【0065】
上述した実施の形態では、本発明をCMOS型固体撮像素子に適用した場合について説明したが、本発明はその他の固体撮像素子、例えばCCD固体撮像素子においても適用できるものである。
【0066】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【0067】
【発明の効果】
本発明の固体撮像素子によれば、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜が得られるので、高反射率及び高カバレッジの反射膜を有する導波路を得ることができる。
【0068】
従って、光の入射光率が大きく向上された導波路を有する固体撮像素子を提供することが可能になる。
【0069】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、表面様相や被覆性、さらには密着性の良い反射膜を形成することができるので、高反射率及び高カバレッジの反射膜を有する導波路を形成することができる。
【0070】
従って、光の入射光率が大きく向上された導波路を有する固体撮像素子を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像素子の一実施の形態を示す概略構成図(断面図)である。
【図2】A、B 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その1)である。
【図3】C、D 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その2)である。
【図4】E、F 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その3)である。
【図5】G、H 図1の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図(その4)である。
【図6】従来の固体撮像素子の概略構成図(断面図)である。
【図7】A、B 図6の固体撮像素子の製造工程図(その1)である。
【図8】C、D 図6の固体撮像素子の製造工程図(その2)である。
【図9】E、F 図6の固体撮像素子の製造工程図(その3)である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・受光センサ部、3・・・シリコン酸化膜(SiO膜)、4・・・シリコン窒化膜(SiN膜)、5・・・非添加珪酸膜(NSG膜)、6・・・配線層、7・・・絶縁膜(SiO2膜)、11・・・パッシべーション膜、12・・・平坦化膜、13・・・カラーフィルタ、14・・・オンチップマイクロレンズ、15・・・導波路、16・・・穴、161・・・側壁、17・・・反射膜、171・・・金属膜、18・・・材料膜、19・・・下地膜、191・・・下地金属膜、20・・・レジストマスク
Claims (4)
- 受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられ、
前記導波路の側壁が、CVD法により形成されたAl膜よりなる反射膜により覆われ、
前記反射膜と前記導波路の側壁との間に下地膜が形成され、
前記下地膜が、スパッタリング法により形成されたAl膜もしくはAl合金膜より形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 受光センサ部上の絶縁層中に、導波路が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
前記受光センサ部上に前記絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層に前記導波路を形成するための穴を形成する工程と、
表面を覆って全面的に、スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を形成する工程と、
表面を覆って全面的に、CVD法によりAl膜よりなる反射膜を形成する工程と、
前記導波路の側壁の前記下地膜及び前記反射膜を残して、それ以外の前記下地膜及び前記反射膜を除去する工程と、
前記穴に、前記導波路を構成する透明材料を埋め込む工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記スパッタリング法によりAl膜もしくはAl合金膜よりなる下地膜を成膜する工程の後、大気開放することなく、前記下地膜上にCVD法によりAl膜よりなる反射膜を成膜する工程を行うことを特徴とする請求項2記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記スパッタリング法として、指向性の高いスパッタリング法を用いることを特徴とする請求項2記載の固体撮像素子の製造方法。
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JP2008010544A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Renesas Technology Corp | 固体撮像素子 |
JP2008112944A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-15 | Sony Corp | 固体撮像素子 |
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- 2003-06-11 JP JP2003167005A patent/JP2005005471A/ja active Pending
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