JP2008159679A - Solid-state imaging device, method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置に関し、特に、オンチップ積層膜干渉フィルタの形成技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device and a solid-state imaging device, and more particularly to a technique for forming an on-chip laminated film interference filter.
近年、ディジタルスティルカメラやディジタルムービカメラなどの撮像デバイスとして固体撮像装置が広く普及している。固体撮像装置では、入射される可視光から所定の波長の成分だけを選択的に透過させる色分離用の光学フィルタが備えられている。その一種として、積層膜干渉フィルタがある。積層膜干渉フィルタを備える固体撮像装置の構成について、図１１を用い説明する。なお、図１１は、固体撮像装置における撮像画素領域を抜き出して示す部分断面図である。 In recent years, solid-state imaging devices have become widespread as imaging devices such as digital still cameras and digital movie cameras. The solid-state imaging device includes an optical filter for color separation that selectively transmits only a component having a predetermined wavelength from incident visible light. One type is a laminated film interference filter. A configuration of a solid-state imaging device including a multilayer film interference filter will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing an imaging pixel region extracted from the solid-state imaging device.
図１１に示すように、固体撮像装置９は、半導体基板９０１の一方の主面上に、ゲート絶縁膜９０３が形成され、さらにその上に、互いに間隙をあけて転送電極９０４が形成されている。各転送電極９０４は、層間絶縁膜９０５を介し２層の電極層９０４Ａ、９０４Ｂから構成されている。また、各転送電極９０４は、遮光膜９０６および層間絶縁膜９０７で周囲を覆われている。 As shown in FIG. 11, in the solid-state imaging device 9, a gate insulating film 903 is formed on one main surface of a semiconductor substrate 901, and a transfer electrode 904 is formed on the gate insulating film 903 with a gap therebetween. . Each transfer electrode 904 includes two electrode layers 904A and 904B with an interlayer insulating film 905 interposed therebetween. Each transfer electrode 904 is covered with a light shielding film 906 and an interlayer insulating film 907.
層間絶縁膜９０７の上には、表面が平坦化されてなる平坦化膜９０８が形成され、平坦化された表面上であって、転送電極９０４間の部分には、略半球状の凸部９０９が各々形成されている。平坦化膜９０８および凸部９０９の上には、オンチップに積層膜干渉フィルタ９１０が形成されている。積層膜干渉フィルタ９１０は、酸化シリコン膜９１０Ａと酸化チタン膜９１０Ｂが交互に積層された構成を有する。 A planarized film 908 having a planarized surface is formed on the interlayer insulating film 907, and a substantially hemispherical convex portion 909 is formed on the planarized surface between the transfer electrodes 904. Are formed. A laminated film interference filter 910 is formed on-chip on the planarizing film 908 and the convex portion 909. The laminated film interference filter 910 has a configuration in which silicon oxide films 910A and titanium oxide films 910B are alternately laminated.
一方、半導体基板９０１とゲート絶縁膜９０３との境界から半導体基板９０１の厚み方向内側に向けての領域であって、転送電極９０４間となる部分には、フォトダイオード９０２が形成されている。
上記構成を有する固体撮像装置９では、全ての撮像画素における積層膜干渉フィルタ９１０を一度に形成することが可能である（例えば、特許文献１）。
On the other hand, a photodiode 902 is formed in a region extending from the boundary between the semiconductor substrate 901 and the gate insulating film 903 toward the inside in the thickness direction of the semiconductor substrate 901 and between the transfer electrodes 904.
In the solid-state imaging device 9 having the above-described configuration, the laminated film interference filter 910 in all imaging pixels can be formed at one time (for example, Patent Document 1).
また、上記の他に、２種類の誘電体膜（酸化シリコン膜と酸化チタン膜）が交互に積層されてなるλ／４誘電体多層膜によりスペーサ層を挟んだ構造の積層膜干渉フィルタも提案されている。なお、λ／４誘電体多層膜により挟まれるスペーサ層は、λ／４以外の光学膜厚を以って構成されている。この提案の積層膜干渉フィルタでは、スペーサ層の膜厚を、各々の領域毎での透過させるべき光の波長に応じ異ならせることで、光学干渉フィルタとしての機能を果たす（例えば、特許文献２）。 In addition to the above, a multilayer film interference filter having a structure in which a spacer layer is sandwiched between λ / 4 dielectric multilayer films in which two types of dielectric films (silicon oxide film and titanium oxide film) are alternately stacked is also proposed. Has been. Note that the spacer layer sandwiched between the λ / 4 dielectric multilayer films is configured with an optical film thickness other than λ / 4. The proposed multilayer interference filter functions as an optical interference filter by changing the thickness of the spacer layer according to the wavelength of light to be transmitted in each region (for example, Patent Document 2). .
上述のように、固体撮像装置に用いられる積層膜干渉フィルタは、簡便には光路長となる構成膜の膜厚と屈折率との積で規定される光学距離が色分離特性を決めることになる。
従来においては、上記積層膜干渉フィルタの形成には、イオン化したガスを供給しながら基板上に蒸着を実行する、所謂、イオンアシスト蒸着法が用いられている。具体的には、蒸着装置内に設置されたペレット状または粒状などの酸化シリコンおよび酸化チタンに対し電子ビームを照射することで加熱蒸気化する。そして、イオン銃により酸素およびアルゴンからなる混合ガスをイオン化して蒸着装置内に対し供給し、これにより基板に対する酸化シリコンおよび酸化チタンの蒸着を促進するという方法が用いられている（特許文献３などを参照）。
Conventionally, a so-called ion-assisted deposition method in which deposition is performed on a substrate while supplying an ionized gas is used to form the laminated film interference filter. Specifically, it is heated and vaporized by irradiating an electron beam to pelletized or granular silicon oxide and titanium oxide installed in a vapor deposition apparatus. Then, a method is used in which a mixed gas composed of oxygen and argon is ionized by an ion gun and supplied into the vapor deposition apparatus, thereby promoting the vapor deposition of silicon oxide and titanium oxide on the substrate (Patent Document 3, etc.). See).
しかしながら、従来のイオンアシスト蒸着法を用いた積層膜干渉フィルタの形成方法では、積層膜干渉フィルタの膜厚および屈折率に係る画素内均一性を高精度に確保することが困難である。即ち、積層膜干渉フィルタにおける色分離機能は、酸化シリコン膜と酸化チタン膜の各膜の数および各膜の膜厚と屈折率との積（光学距離）により規定されるため、高精度の色分離機能を有する積層膜干渉フィルタを形成するためには、酸化シリコン膜および酸化チタン膜の各膜厚および屈折率を正確に制御する必要がある。具体的には、固体撮像装置として求められる色分離特性を得るためには、光学距離を±２［％］以内となるように制御する必要があり、また、上記特許文献などで提案されている構成を採用する場合にも、スペーサ層およびλ／４多層膜の光学距離を±３［％］以内となるように、膜厚および屈折率を制御する必要がある。 However, in the conventional method for forming a laminated film interference filter using the ion-assisted deposition method, it is difficult to ensure the uniformity within the pixel related to the film thickness and the refractive index of the laminated film interference filter with high accuracy. That is, the color separation function in the multilayer interference filter is defined by the number of silicon oxide films and titanium oxide films and the product (optical distance) of the film thickness and refractive index of each film. In order to form a laminated film interference filter having a separation function, it is necessary to accurately control each film thickness and refractive index of the silicon oxide film and the titanium oxide film. Specifically, in order to obtain the color separation characteristics required as a solid-state imaging device, it is necessary to control the optical distance to be within ± 2 [%], and is proposed in the above-mentioned patent documents and the like. Even when the configuration is adopted, it is necessary to control the film thickness and the refractive index so that the optical distance between the spacer layer and the λ / 4 multilayer film is within ± 3 [%].
ところが、イオンアシスト蒸着法などを用い膜形成する上記従来の方法を採用する場合には、積層膜干渉フィルタの色分離特性を確保するのに必要となる膜厚の画素内均一性を十分に確保することが困難である。例えば、直径φ２００［ｍｍ］のシリコン基板に対し上記特許文献２で提案の構成を有する積層膜干渉フィルタを形成する場合には、約１０［％］の画素内均一性しか確保できない。 However, when the above-described conventional method of forming a film using an ion-assisted vapor deposition method or the like is employed, sufficient uniformity within the pixel of the film thickness necessary to ensure the color separation characteristics of the laminated film interference filter is sufficiently ensured. Difficult to do. For example, when forming a laminated film interference filter having the structure proposed in Patent Document 2 on a silicon substrate having a diameter of 200 [mm], only in-pixel uniformity of about 10 [%] can be ensured.
真空蒸着法では、成膜時に蒸着源から基板に対し飛来する粒子のエネルギが小さく、積層膜干渉フィルタの多層膜構造に必要となる密着性が低い。このため、真空蒸着法では、蒸着源から材料を蒸散させる必要があるため、高融点材料を用いた膜形成が困難である。特に、真空蒸着法を用い酸化チタン膜を成膜しようとする場合には、チタン金属からなる蒸着源を蒸発させ基板方向に蒸散させたチタン金属原子と酸素分子とを反応させ酸化チタンを生成するので反応過程を制御することは難しく、結晶状態を面全体でアモルファス状態に制御することが困難である。具体的には、真空蒸着法を用い酸化チタン膜を成膜しようとする場合には、青色領域の低波長領域で消衰効果があり光学異方性を有するアナターゼ構造やルチル構造の酸化チタン膜が混在して形成されるに至る。そして、ルチル構造の酸化チタン膜では、その屈折率が、ｃ軸に垂直な方向に約１０［％］も相違し、上記のように±２［％］以内となるように光学距離を制御することは現実的ではない。 In the vacuum deposition method, the energy of particles flying from the deposition source to the substrate during film formation is small, and the adhesion required for the multilayer film structure of the multilayer film interference filter is low. For this reason, in the vacuum vapor deposition method, since it is necessary to evaporate the material from the vapor deposition source, it is difficult to form a film using a high melting point material. In particular, when a titanium oxide film is to be formed by using a vacuum evaporation method, titanium oxide is generated by reacting a titanium metal atom evaporated from a titanium metal evaporation source in the direction of the substrate with oxygen molecules. Therefore, it is difficult to control the reaction process, and it is difficult to control the crystal state to the amorphous state over the entire surface. Specifically, when a titanium oxide film is to be formed using a vacuum deposition method, an anatase structure or rutile structure titanium oxide film having an extinction effect in the low wavelength region of the blue region and optical anisotropy. Will be formed mixed. In the rutile-structured titanium oxide film, the optical distance is controlled so that the refractive index is different by about 10 [%] in the direction perpendicular to the c-axis, and is within ± 2 [%] as described above. That is not realistic.
これら事項より、従来の技術に係る方法を採用する場合には、高精度の積層膜干渉フィルタを、高い歩留まりで低い製造コストを以って形成することが困難である。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、高い歩留まりと低い製造コストとを実現しながら、優れた光学特性の積層膜干渉フィルタを有する固体撮像装置を製造する方法、および固体撮像装置を提供することを目的とする。
From these matters, when the method according to the conventional technique is adopted, it is difficult to form a highly accurate multilayer film interference filter with a high yield and a low manufacturing cost.
The present invention has been made in view of the above problems, and a method for manufacturing a solid-state imaging device having a laminated film interference filter with excellent optical characteristics while realizing high yield and low manufacturing cost, and solid-state imaging An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
（１）本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部を二次元形成するステップと、複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層して光学干渉フィルタを形成するステップとを有し、光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記２種類の要素膜の少なくとも一方の積層形成にメタルターゲットを使用するスパッタリング法を用い、光学干渉フィルタにおける膜厚の均一性は、前記要素膜における膜厚の±２．０％以下であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.
(1) A method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of two-dimensionally forming a plurality of photoelectric conversion units along one main surface of a substrate, and above each of the plurality of photoelectric conversion units. Forming an optical interference filter by alternately laminating at least two types of element films having different refractive indexes, and in the step of forming the optical interference filter, at least one of the two types of element films is laminated A sputtering method using a metal target is used for formation, and the film thickness uniformity in the optical interference filter is ± 2.0% or less of the film thickness in the element film.
（２）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、スパッタチャンバ内において少なくとも酸素およびアルゴンを含む雰囲気中で反応性スパッタリングを行い、全圧に対する酸素分圧の比率を６０［％］以上８６［％］以下の範囲内に設定する、というバリエーションを採用することができる。 (2) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, reactive sputtering is performed in an atmosphere containing at least oxygen and argon in the sputtering chamber, and the total pressure is increased. It is possible to adopt a variation in which the ratio of the oxygen partial pressure with respect to is set within a range of 60 [%] to 86 [%].
（３）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、スパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、成膜温度を０［℃］以上２５０［℃］以下の範囲内として反応性スパッタリングを行う、というバリエーションを採用することができる。
（４）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、スパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、成膜温度を室温として反応性スパッタリングを行う、というバリエーションを採用することができる。なお、上記において「室温」とは、例えば、５［℃］以上３５［℃］以下の範囲内（ＪＩＳ Ｋ ００５０）の温度をいう。
(3) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, the film forming temperature is set to 0 [° C.] or higher when the element films are stacked using the sputtering method. Variations in which reactive sputtering is performed within a range of 250 [° C.] or less can be employed.
(4) In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, the reactive sputtering is performed at a deposition temperature of room temperature when forming the element films by using the sputtering method. It is possible to adopt a variation of performing. In the above, “room temperature” refers to a temperature in the range of 5 ° C. to 35 ° C. (JIS K 0050), for example.
（５）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、上記少なくとも一方の要素膜として、酸化シリコン膜あるいは酸化チタン膜を積層形成する、というバリエーションを採用することができる。
（６）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、少なくとも初期成膜サブステップと主成膜サブステップとを経て、上記要素膜の各々の積層形成を行い、初期成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧を主成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧よりも大きくする、というバリエーションを採用することができる。
(5) In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, a silicon oxide film or a titanium oxide film is formed as the at least one element film. Variations can be adopted.
(6) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, each of the element films is subjected to at least an initial film formation substep and a main film formation substep in the step of forming the optical interference filter. Thus, it is possible to adopt a variation in which the sputter application voltage in the initial film formation substep is made larger than the sputter application voltage in the main film formation substep.
（７）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、少なくとも初期成膜サブステップと主成膜サブステップとを経て、上記要素膜の各々の積層形成を行い、初期成膜サブステップにおける成膜時の圧力を主成膜サブステップにおける成膜時の圧力よりも小さくする、というバリエーションを採用することができる。 (7) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (1) above, in the step of forming the optical interference filter, each of the element films is subjected to at least an initial film formation substep and a main film formation substep. Thus, it is possible to adopt a variation in which the pressure during film formation in the initial film formation substep is made smaller than the pressure during film formation in the main film formation substep.
（８）上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、複数の成膜サブステップを経て上記要素膜の各々の積層形成を行い、複数の成膜サブステップの各間に、成膜を中断する期間を設定する、というバリエーションを採用することができる。
（９）上記（８）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では 上記要素膜の各々の積層形成において、その構成中で最上となる膜の成膜を行う成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧を、これに先行する他の成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧よりも小さくする、というバリエーションを採用することができる。
(8) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, each of the element films is stacked through a plurality of film formation sub-steps, It is possible to adopt a variation in which a period for interrupting film formation is set between each film formation sub-step.
(9) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (8) above, the sputter applied voltage in the film forming sub-step for forming the uppermost film in the structure in the lamination of each of the element films It is possible to adopt a variation in which the voltage is made smaller than the sputtering applied voltage in other film forming sub-steps preceding this.
（１０）上記（８）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記要素膜の各々の積層形成において、その構成中で最上となる膜の成膜を行う成膜サブステップにおける成膜時の圧力を、これに先行する他の成膜サブステップにおける成膜時の圧力よりも大きくする、というバリエーションを採用することができる。
（１１）本発明に係る固体撮像装置は、基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部を二次元形成され、複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層することにより光学干渉フィルタが形成されている。そして、本発明に係る固体撮像装置は、光学干渉フィルタが、上記２種類の要素膜の少なくとも一方の積層形成にメタルターゲットを使用するスパッタリング法を用いて形成されているとともに、基板上における膜厚の均一性が前記要素膜の±２．０［％］以下であることを特徴とする。
(10) In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (8) above, the film formation in the film formation sub-step for forming the uppermost film in the structure in the lamination of each of the element films It is possible to adopt a variation in which the pressure at the time is made larger than the pressure at the time of film formation in the other film formation substeps preceding this.
(11) In the solid-state imaging device according to the present invention, a plurality of photoelectric conversion units are two-dimensionally formed along one main surface of the substrate, and the refractive indexes of the plurality of photoelectric conversion units are mutually above. An optical interference filter is formed by alternately stacking at least two different element films. In the solid-state imaging device according to the present invention, the optical interference filter is formed using a sputtering method in which a metal target is used for forming at least one of the two types of element films, and the film thickness on the substrate. Of the element film is ± 2.0 [%] or less of the element film.
上記（１）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、２種類の要素膜の内の少なくとも一方の膜を、メタルターゲットを使用するスパッタリング法を用い形成するので、上記従来技術に係る製造方法のように蒸着法を用いる場合に比べて、要素膜における膜厚および屈折率の素子上の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。よって、本発明に係る製造方法では、高い色分離特性を有する光学干渉フィルタを高効率に形成することが可能である。 In the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention of (1) above, in the step of forming the optical interference filter, at least one of the two types of element films is formed using a sputtering method using a metal target. Therefore, compared with the case of using the vapor deposition method as in the manufacturing method according to the above prior art, the uniformity in the pixel on the element of the film thickness and refractive index in the element film is high (± 2.0 [%] or less) can do. Therefore, in the manufacturing method according to the present invention, an optical interference filter having high color separation characteristics can be formed with high efficiency.
また、上記（２）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際して、酸素分圧を高めて（６０［％］以上８６［％］以下の範囲）スパッタされた金属原子が十分酸化する状態に制御すれば、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention (2), the partial pressure of oxygen is increased (60 [%] or more) when the element films are stacked using the sputtering method in the optical interference filter forming step. 86 [%] or less range) If the sputtered metal atoms are controlled to be sufficiently oxidized, the uniformity of the film thickness of the element film in the pixel can be increased (± 2.0 [%] or less). .
また、上記（３）あるいは（４）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、成膜温度を低温（０［℃］以上２５０［℃］以下の範囲）または室温で成膜することにより膜の結晶状態を表面ラフネスの少ないアモルファス状態あるいは大きな結晶粒ではなく微結晶のみ混在した制御すれば、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (3) or (4) above, the deposition temperature is set to a low temperature (0 [0] when the element film is laminated using the sputtering method in the optical interference filter forming step. [° C.] or more and 250 [° C.] or less) or by film formation at room temperature, the film in the element film can be controlled by controlling the crystal state of the film in an amorphous state with less surface roughness or a mixture of only fine crystals instead of large crystal grains. The thickness uniformity within a pixel can be increased (± 2.0 [%] or less).
また、上記（６）あるいは（７）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、初期成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧を主成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧よりも大きくしたり、初期成膜サブステップにおける成膜時の圧力を主成膜サブステップにおける成膜時の圧力よりも大きくすることにより、基板上への密着性を向上させることができる。よって、これらの本発明に係る製造方法では、成膜中のスパッタ粒子の移動が小さくなる状態に制御することにより、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (6) or (7), sputtering is applied in the initial film formation sub-step when the element film is laminated using the sputtering method in the optical interference filter formation step. By making the voltage larger than the sputter applied voltage in the main deposition sub-step, or by making the pressure during deposition in the initial deposition sub-step larger than the pressure during deposition in the main deposition sub-step It is possible to improve the adhesion. Therefore, in these manufacturing methods according to the present invention, by controlling the movement of the sputtered particles during the film formation to be small, the uniformity of the film thickness of the element film in the pixel is increased (± 2.0 [% The following can be done.
また、上記（８）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、互いの間に成膜を中断する期間を介挿した複数の成膜サブステップを経て要素膜の各々の積層形成を行うことにより、初期成膜サブステップで成膜した膜の固定を行なうことが可能となり、あわせて薄膜に分割して成膜することで膜表面ラフネスを低減できる。よって、本発明に係る製造層方法では、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (8) above, when the element films are stacked using the sputtering method in the optical interference filter forming step, the film formation is interrupted between them. By laminating each element film through a plurality of inserted film formation sub-steps, it becomes possible to fix the film formed in the initial film formation sub-step, and to divide the film into thin films. By doing so, the film surface roughness can be reduced. Therefore, in the manufacturing layer method according to the present invention, the in-pixel uniformity of the film thickness of the element film can be increased (± 2.0 [%] or less).
また、上記（９）あるいは（１０）の本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、要素膜の構成中で最上となる膜の成膜サブステップにおけるスパッタ印加電圧を、他の成膜サブステップよりも小さくし、あるいは成膜時の圧力を、他の成膜サブステップよりも大きくすることにより、スパッタ粒子の移動をしやすい状態に制御することができ、膜表面ラフネスを低減できる。よって、これらの本発明に係る製造方法では、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention described in (9) or (10) above, the sputter applied voltage in the film formation substep of the uppermost film in the configuration of the element film is changed to other film formation substeps. By making the pressure smaller than this, or by making the pressure at the time of film formation larger than other film formation sub-steps, it is possible to control the sputtered particles to move easily and to reduce the film surface roughness. Therefore, in these manufacturing methods according to the present invention, the uniformity of the film thickness in the pixel in the element film can be increased (± 2.0 [%] or less).
ここで、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、膜厚だけでなく、その屈折率の画素内均一性も高精度に制御された要素膜を積層形成することができ、より一層優れた光学特性を有する光学干渉フィルタ（積層膜干渉フィルタ）を形成することができる。
上記のように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタ（積層膜干渉フィルタ）を有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラを、高い歩留まりで製造することが可能であって、総合的なコストの低減も可能となる。
Here, in the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention, not only the film thickness but also the element film in which the uniformity of the refractive index within the pixel is controlled with high precision can be formed, and the further excellent An optical interference filter (laminated film interference filter) having optical characteristics can be formed.
As described above, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a solid-state imaging device having an optical interference filter (laminated film interference filter) having excellent optical characteristics, and a camera including the solid-state imaging device have a high yield. The total cost can be reduced.
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上述のように、光学干渉フィルタにおける膜厚および屈折率の画素内均一性を高い精度で確保することができるので、従来技術を用いた場合には膜厚および屈折率の画素内均一性という観点から問題を生じていた直径φ２００［ｍｍ］以上の基板を対象としても、高精度の画素内均一性で膜厚および屈折率が制御された光学干渉フィルタを形成することができる。また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、直径φ３００［ｍｍ］以上の基板を対象とする場合にも、膜厚および屈折率の画素内均一性が高精度に確保された光学干渉フィルタを形成することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、直径φ２００［ｍｍ］以上、あるいはφ３００［ｍｍ］以上の基板を採用する場合にも、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを形成することができる。 In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, as described above, the uniformity of the film thickness and refractive index in the pixel in the optical interference filter can be ensured with high accuracy. Optical interference in which film thickness and refractive index are controlled with high-precision in-pixel uniformity even for a substrate having a diameter of φ200 [mm] or more, which has been problematic from the viewpoint of in-pixel uniformity of film thickness and refractive index A filter can be formed. Further, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, even when a substrate having a diameter of φ300 [mm] or more is targeted, the optical interference filter in which the uniformity of the film thickness and the refractive index within the pixel is ensured with high accuracy. Can be formed. Therefore, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, an optical interference filter having excellent optical characteristics can be formed even when a substrate having a diameter of φ200 [mm] or more or φ300 [mm] or more is employed. it can.
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、撮像画素の一辺のサイズが４［μｍ］よりも小さい微細な撮像画素構造を採る場合、あるいは、撮像画素数が２００万［画素］以上の多画素構造を採る場合にあっても、光電変換部へのダメージを抑制しながら優れた光学特性を備える光学干渉フィルタを形成することができる。
以上より、本発明に係る製造方法では、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを有する固体撮像装置を製造することができる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, when a fine imaging pixel structure in which the size of one side of the imaging pixel is smaller than 4 [μm], or the number of imaging pixels is 2 million [pixels] or more. Even in the case of adopting a multi-pixel structure, an optical interference filter having excellent optical characteristics can be formed while suppressing damage to the photoelectric conversion unit.
As described above, in the manufacturing method according to the present invention, a solid-state imaging device having an optical interference filter having excellent optical characteristics can be manufactured.
また、上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法を、その一部家庭に含むカメラの製造方法を採用する場合には、上記効果を有する固体撮像装置を撮像デバイスとして用いることになるので、上述の効果がそのまま奏され、優れた色分離特性を有する光学干渉フィルタを構成中に備えるカメラを、高い歩留まりで製造することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る製造方法を用い製造されるものであり、要素膜の膜厚の画素内均一性および屈折率の画素内均一性の少なくとも一方が±２．０［％］以下に制御されている。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを有する。
In addition, in the case of adopting a method for manufacturing a camera that includes a part of the manufacturing method for a solid-state imaging device according to the present invention in a household, the solid-state imaging device having the above effect is used as an imaging device. Thus, a camera equipped with an optical interference filter having excellent color separation characteristics can be manufactured with a high yield.
Further, the solid-state imaging device according to the present invention is manufactured using the manufacturing method according to the present invention, and at least one of in-pixel uniformity of the element film thickness and in-pixel uniformity of the refractive index is ± It is controlled to 2.0 [%] or less. Thereby, the solid-state imaging device according to the present invention has an optical interference filter having excellent optical characteristics.
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係る固体撮像装置の製造方法とその作用・効果を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
１．固体撮像装置の製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図１〜図３を用い説明する。なお、以下では、固体撮像装置の製造方法の内でも、本実施の形態が最も特徴とする積層膜干渉フィルタ３０６の製造方法について、主に説明する。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that each embodiment used in the following description is an example for easy understanding of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present invention and its operation and effect. However, the present invention is not limited to the parts other than the parts to be performed.
1. Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device A manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. In the following, the manufacturing method of the multilayer film interference filter 306 which is the most characteristic of the present embodiment among the manufacturing methods of the solid-state imaging device will be mainly described.
図１（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板３０１に対し、一方の主面側にｐ型半導体層３０２を形成し、その上に層間絶縁膜３０４を積層する。ｐ型半導体層３０２と層間絶縁膜３０４との境界からｐ型半導体層３０２の厚み方向に向けた領域において、互いに間隔をあけてフォトダイオード３０３を形成する。実際には、フォトダイオード３０３は、ｎ型半導体基板３０１の主面に沿って二次元形成される。 As shown in FIG. 1A, a p-type semiconductor layer 302 is formed on one main surface side of an n-type semiconductor substrate 301, and an interlayer insulating film 304 is stacked thereon. Photodiodes 303 are formed at a distance from each other in a region from the boundary between the p-type semiconductor layer 302 and the interlayer insulating film 304 in the thickness direction of the p-type semiconductor layer 302. Actually, the photodiode 303 is two-dimensionally formed along the main surface of the n-type semiconductor substrate 301.
また、層間絶縁膜３０４中であって、隣り合うフォトダイオード３０３とフォトダイオード３０３との間となる領域には、遮光膜３０５が形成される。
図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３０４の表面上に対し、酸化チタン膜４０１、４０３と酸化シリコン膜４０２とを交互に積層し、さらにその上にスペーサ準備層４０４０を積層する。ここで、酸化チタン膜４０１、４０３および酸化シリコン膜４０２は、ともにλ／４の光学膜厚を有するものであり、また、スペーサ準備層４０４０は、酸化シリコンを用い形成される。
A light shielding film 305 is formed in a region in the interlayer insulating film 304 between the adjacent photodiodes 303.
As shown in FIG. 1B, titanium oxide films 401 and 403 and a silicon oxide film 402 are alternately laminated on the surface of the interlayer insulating film 304, and a spacer preparation layer 4040 is further laminated thereon. Here, both the titanium oxide films 401 and 403 and the silicon oxide film 402 have an optical film thickness of λ / 4, and the spacer preparation layer 4040 is formed using silicon oxide.
次に、図１（ｃ）に示すように、スペーサ準備層４０４０の上にレジスト膜５０１を形成した後、領域２０１ｂにおけるレジスト膜５０１を除去する。この状態でエッチングを実施し、領域２０１ｂにおける層厚が他の領域２０１ａ、２０１ｃに比べ薄いスペーサ準備層４０４１とする。なお、スペーサ準備層４０４１における層厚の薄い領域２０１ｂが、本実施の形態に係る固体撮像装置の赤色画素領域に相当する。 Next, as shown in FIG. 1C, after a resist film 501 is formed on the spacer preparation layer 4040, the resist film 501 in the region 201b is removed. Etching is performed in this state to form a spacer preparation layer 4041 having a thinner layer thickness in the region 201b than in the other regions 201a and 201c. Note that the thin region 201b in the spacer preparation layer 4041 corresponds to the red pixel region of the solid-state imaging device according to this embodiment.
図２（ａ）に示すように、上記レジスト膜５０１を除去した後、スペーサ準備層４０４１上にレジスト膜５０２を形成し、領域２０１ｃにおけるレジスト膜５０２だけを除去する。そして、この状態でエッチングを実施し、領域２０１ｃにおけるスペーサ準備層４０４１を除去する。これにより、スペーサ層４０４が完成する。なお、本実施の形態においては、スペーサ準備層４０４１を除去する領域２０１ｃは緑色領域に相当する。 As shown in FIG. 2A, after removing the resist film 501, a resist film 502 is formed on the spacer preparation layer 4041, and only the resist film 502 in the region 201c is removed. Then, etching is performed in this state to remove the spacer preparation layer 4041 in the region 201c. Thereby, the spacer layer 404 is completed. In this embodiment, the region 201c from which the spacer preparation layer 4041 is removed corresponds to a green region.
スペーサ層４０４の形成におけるエッチングは、例えば、ウェハー面にレジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）の後、ステッパなどの露光装置を用いて露光を行い、レジスト現像および最終ベーク（ポストベーク）によりレジスト膜５０１、５０２を形成し、４フッ化メタン（ＣＦ４）系のエッチングガスを用い実行される。
図２（ｂ）に示すように、レジスト膜５０２を除去し、スペーサ層４０４および酸化チタン膜４０３の表面に対し、酸化チタン膜４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０６、４０８、４１０、４１２を交互に積層し、λ／４多層膜を形成する。これにより、各撮像画素の透過光波長域に対応する積層膜干渉フィルタ３０６が完成する。
In the etching for forming the spacer layer 404, for example, a resist agent is applied to the wafer surface, pre-exposure baking (pre-baking), exposure is performed using an exposure apparatus such as a stepper, and resist development and final baking (post-baking). Then, resist films 501 and 502 are formed, and this is performed using a tetrafluoromethane (CF 4 ) -based etching gas.
As shown in FIG. 2B, the resist film 502 is removed, and the titanium oxide films 405, 407, 409, and 411 and the silicon oxide films 406, 408, 410, and the surface of the spacer layer 404 and the titanium oxide film 403 are removed. 412 are alternately stacked to form a λ / 4 multilayer film. Thereby, the laminated film interference filter 306 corresponding to the transmitted light wavelength region of each imaging pixel is completed.
なお、酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の形成方法については、後述するが、両膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１、４０２、４０６、４０８、４１０、４１２は、それぞれが結晶構造がアモルファス構造となっている。
次に、図３（ａ）に示すように、積層膜干渉フィルタ３０６上に対し、領域２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ毎に集光レンズ３０７を形成する。このようにして、固体撮像装置における撮像画素領域２０１が完成する。なお、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０１は、図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ａ）および図２（ｂ）、図３（ａ）で示した撮像画素領域２０１の他に、垂直シフトレジスタ２０２、水平シフトレジスタ２０３、出力アンプ２０４および駆動回路２０５がｎ型半導体基板３０１に形成され構成されている。
Note that a method for forming the titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, and 411 and the silicon oxide films 402, 406, 408, 410, and 412 will be described later, but both films 401, 403, 405, 407, and 409 are formed. Each of 411, 402, 406, 408, 410, and 412 has an amorphous crystal structure.
Next, as shown in FIG. 3A, a condensing lens 307 is formed for each of the regions 201a, 201b, and 201c on the laminated film interference filter 306. In this way, the imaging pixel area 201 in the solid-state imaging device is completed. As shown in FIG. 3 (b), the solid-state imaging device 101 according to the present embodiment is configured as shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c), FIG. 2 (a), FIG. 2 (b), and FIG. In addition to the imaging pixel area 201 shown in FIG. 5A, a vertical shift register 202, a horizontal shift register 203, an output amplifier 204, and a drive circuit 205 are formed on an n-type semiconductor substrate 301.
２．カメラの構成
本実施の形態では、上記固体撮像装置１０１を用い、カメラ１を構成する。その構成について、図４を用い説明する。
図４に示すように、本実施の形態に係るカメラ１は、上記固体撮像装置１０１の他に、レンズ１０２、色信号合成部１０３、映像信号作成部１０４および素子駆動部１０５などから構成される。
2. Configuration of Camera In the present embodiment, the camera 1 is configured using the solid-state imaging device 101. The configuration will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 4, the camera 1 according to the present embodiment includes a lens 102, a color signal synthesis unit 103, a video signal creation unit 104, an element driving unit 105, and the like in addition to the solid-state imaging device 101. .
集光レンズ１０２は、カメラ１に入射した光を固体撮像装置１０１における撮像画素領域２０１に集光する。固体撮像装置１０１は、フォトダイオード３０３の入射光量に応じた色信号を生成する。素子駆動部１０５は、固体撮像装置１０１から上記色信号を取り出す。
色信号合成部１０３では、固体撮像装置１０１から入力された色信号に対し、色シェーディングを施す。映像信号作成部１０４は、色信号合成部１０３において色シェーディングを施された色信号からカラー映像信号を生成する。このようにして生成されたカラー映像信号は、最終的に、カラー画像データとして記録媒体に記録される。
The condensing lens 102 condenses the light incident on the camera 1 on the imaging pixel region 201 in the solid-state imaging device 101. The solid-state imaging device 101 generates a color signal corresponding to the amount of light incident on the photodiode 303. The element driving unit 105 extracts the color signal from the solid-state imaging device 101.
The color signal synthesis unit 103 performs color shading on the color signal input from the solid-state imaging device 101. The video signal creation unit 104 generates a color video signal from the color signal subjected to color shading in the color signal synthesis unit 103. The color video signal generated in this way is finally recorded on a recording medium as color image data.
３．積層膜干渉フィルタ３０６を構成する酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造方法で採用する酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の反応性マグネトロン直流スパッタリングを用いた成膜方法について、４例をあげて説明する。
3. Method for Forming Titanium Oxide Films 401, 403, 405, 407, 409, and 411 and Silicon Oxide Films 402, 406, 408, 410, and 412 Constructing Multilayer Film Interference Filter 306 of Solid-State Imaging Device 101 According to this Embodiment Four examples of film formation methods using reactive magnetron DC sputtering of titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, and 411 and silicon oxide films 402, 406, 408, 410, and 412 employed in the manufacturing method I will explain.
（１）実施の形態１に係る成膜方法
本実施の形態においては、反応性マグネトロン直流スパッタリング装置を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行うことにより（反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を用い）、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２を成膜する。具体的には、次の通りである。
(1) Film formation method according to Embodiment 1 In this embodiment, a reactive magnetron DC sputtering apparatus is used to perform plasma generation and ion acceleration together (reactive magnetron DC sputtering method is used). Used), films 401 to 412 constituting the laminated film interference filter 306 are formed. Specifically, it is as follows.
本実施の形態に係る成膜方法では、スパッタチャンバ内を酸素およびアルゴン雰囲気とし、チタンまたはシリコンをターゲットとして、ＤＣ電源を用いターゲットにＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電源は、ターゲットにパルス状のＤＣ電圧を印加する。また、成膜条件については、次のとおりである。
（酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１の成膜条件）
・ターゲット；チタンターゲット
・酸素；２０〜９０［ｓｃｃｍ］（例えば、４０［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１０［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．３〜０．５［Ｐａ］（例えば、０．４［Ｐａ］）
・パワー；６〜１０［ｋＷ］（例えば、９［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
（酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜条件）
・ターゲット；シリコンターゲット
・酸素；３０〜１００［ｓｃｃｍ］（例えば、４５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜３０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；１．０〜１．５［Ｐａ］（例えば、１．２［Ｐａ］）
・パワー；２．５〜４［ｋＷ］（例えば、３［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
ここで、本実施の形態に係る成膜方法では、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、酸素分圧を高めスパッタ成膜時のチャンバ内の酸素量を増やす（酸素分圧比を６０［％］以上にする）ことにより、スパッタされた金属原子が十分酸化する状態に制御することができ、膜厚および屈折率の画素内均一性を、±２．０［％］以下とすることができる。また、酸素分圧を上げすぎる（酸素分圧比を８５［％］よりも高くする）とアルゴン原子によるターゲットへのスパッタ効率が低下する。
In the film forming method according to this embodiment, an oxygen and argon atmosphere is set in the sputtering chamber, titanium or silicon is used as a target, and a DC voltage is applied to the target using a DC power source. The DC power supply applies a pulsed DC voltage to the target. The film forming conditions are as follows.
(Deposition conditions for titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, 411)
-Target; Titanium target-Oxygen; 20-90 [sccm] (for example, 40 [sccm])
Argon: 5 to 20 [sccm] (for example, 10 [sccm])
・ Pressure: 0.3 to 0.5 [Pa] (for example, 0.4 [Pa])
・ Power: 6 to 10 [kW] (for example, 9 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
(Deposition conditions of silicon oxide films 402, 406, 408, 410, 412)
-Target; silicon target-oxygen; 30-100 [sccm] (for example, 45 [sccm])
Argon: 5 to 30 [sccm] (for example, 15 [sccm])
-Pressure; 1.0-1.5 [Pa] (for example, 1.2 [Pa])
-Power; 2.5-4 [kW] (for example, 3 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
Here, in the film forming method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, the oxygen partial pressure is increased to increase the amount of oxygen in the chamber during sputtering film formation (oxygen content). By setting the pressure ratio to 60 [%] or more), the sputtered metal atoms can be controlled to be sufficiently oxidized, and the uniformity of film thickness and refractive index within the pixel is ± 2.0 [%] or less. It can be. Further, if the oxygen partial pressure is increased too much (the oxygen partial pressure ratio is set higher than 85 [%]), the sputtering efficiency of the target to the target by argon atoms is lowered.
よって、本実施の形態に係る成膜方法では、酸素分圧比を６０［％］以上８６［％］以下の範囲内で設定することが適切である。
また、本実施の形態に係る成膜方法では、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、室温で成膜することにより、膜の結晶状態を表面ラフネスの少ないアモルファス状態に制御することができ、膜厚および屈折率の画素内均一性を±２．０［％］以下とすることができる。
Therefore, in the film forming method according to this embodiment, it is appropriate to set the oxygen partial pressure ratio within a range of 60 [%] to 86 [%].
Further, in the film forming method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 6A and 6B, the crystal state of the film is controlled to an amorphous state with less surface roughness by forming the film at room temperature. In-pixel uniformity of film thickness and refractive index can be made to be ± 2.0 [%] or less.
また、成膜温度を０［℃］以上２５０［℃］以下の範囲（低温）とすることにより、膜の結晶状態を大きな結晶粒ではなく微結晶とアモルファス状態が混在した状態で制御することができ、上記同様に膜厚および屈折率の画素内均一性を±２．０［％］以下とすることができる。なお、「室温」とは、例えば、ＪＩＳ Ｋ ００５０で規定の５〜３５［℃］の範囲内をいう。 In addition, by setting the film formation temperature in the range of 0 [° C.] to 250 [° C.] (low temperature), it is possible to control the crystal state of the film in a mixed state of microcrystals and amorphous states rather than large crystal grains. In the same manner as described above, the in-pixel uniformity of the film thickness and the refractive index can be set to ± 2.0 [%] or less. The “room temperature” refers to, for example, a range of 5 to 35 [° C.] defined by JIS K 0050.
（２）実施の形態２に係る成膜方法
本実施の形態においては、反応性マグネトロン直流スパッタリング装置を用い、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２を成膜する。本実施の形態に係る成膜機構について、図７を用い説明する。
図７（ａ）に示すように、従来技術に係る成膜方法では、メタルターゲットを用いてターゲット材料の金属元素をスパッタし、高エネルギのプラズマ中で金属原子と酸素元素を反応させる反応性スパッタ法を用いるため、酸化チタンあるいは酸化シリコンのスパッタ粒子は金属元素と酸素元素との反応際に消費し切れなかったエネルギを有する。そのため、従来の成膜方法では、スパッタ粒子の自由エネルギが大きくなり、基板到達後の自由行程が大きくなり、スパッタ粒子が凝集してしまう。よって、従来技術に係る成膜方法を用いる場合には、凝集した領域での膜厚が厚くなり、膜厚の画素内均一性を改善するための課題となる。
(2) Film Forming Method According to Embodiment 2 In this embodiment, films 401 to 412 constituting the laminated film interference filter 306 are formed using a reactive magnetron DC sputtering apparatus. A film forming mechanism according to this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7A, in the film forming method according to the prior art, reactive sputtering is performed in which a metal element of a target material is sputtered using a metal target, and a metal atom and an oxygen element are reacted in a high energy plasma. Since the method is used, sputtered particles of titanium oxide or silicon oxide have energy that cannot be consumed during the reaction between the metal element and the oxygen element. Therefore, in the conventional film forming method, the free energy of the sputtered particles is increased, the free path after reaching the substrate is increased, and the sputtered particles are aggregated. Therefore, when the film forming method according to the conventional technique is used, the film thickness in the aggregated region is increased, which is a problem for improving the uniformity of the film thickness within the pixel.
図７（ｂ）に示すように、上記従来技術に対し、本実施の形態に係る成膜方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、初期成膜の段階で、基板上への密着性を向上させることで成膜中のスパッタ粒子の移動が小さくなる状態に制御することができ、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。成膜条件としては、ＤＣパワーを上げる、あるいは、成膜圧力を下げることである。
具体的には、次の通りである。
As shown in FIG. 7B, in contrast to the above-described conventional technique, in the film forming method according to the present embodiment, the initial film formation is performed when the element film is stacked using the sputtering method in the optical interference filter forming step. At this stage, it is possible to control the state in which the movement of sputtered particles during film formation is reduced by improving the adhesion to the substrate, and the pixel film thickness uniformity in the element film is high (± 2. 0% or less). The film forming condition is to increase the DC power or to decrease the film forming pressure.
Specifically, it is as follows.
本実施の形態に係る成膜方法では、スパッタチャンバ内を酸素およびアルゴン雰囲気とし、チタンまたはシリコンをターゲットとして、ＤＣ電源を用いターゲットにＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電源は、ターゲットにパルス状のＤＣ電圧を印加する。
また、成膜条件については、初期成膜の段階（初期成膜サブステップ）である膜厚が１０［ｎｍ］相当となるまでは、次のとおりである。
（酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１の成膜条件）
・ターゲット；チタンターゲット
・酸素；２０〜９０［ｓｃｃｍ］（例えば、４５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１０［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．０５〜０．３［Ｐａ］（例えば、０．２［Ｐａ］）
・パワー；１０〜１５［ｋＷ］（例えば、１２［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
（酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜条件）
・ターゲット；シリコンターゲット
・酸素；３０〜１００［ｓｃｃｍ］（例えば、５０［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜３０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．４〜１．０［Ｐａ］（例えば、０．６［Ｐａ］）
・パワー；４〜１５［ｋＷ］（例えば、９［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
膜厚が１０［ｎｍ］相当となって以降、所定の膜厚となるまでの成膜条件には、例えば、上記実施の形態１の成膜条件を用いる。
In the film forming method according to this embodiment, an oxygen and argon atmosphere is set in the sputtering chamber, titanium or silicon is used as a target, and a DC voltage is applied to the target using a DC power source. The DC power supply applies a pulsed DC voltage to the target.
The film forming conditions are as follows until the film thickness corresponding to 10 [nm], which is the initial film forming stage (initial film forming sub-step), is reached.
(Deposition conditions for titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, 411)
-Target; Titanium target-Oxygen; 20-90 [sccm] (for example, 45 [sccm])
Argon: 5 to 20 [sccm] (for example, 10 [sccm])
-Pressure; 0.05-0.3 [Pa] (for example, 0.2 [Pa])
-Power: 10-15 [kW] (for example, 12 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
(Deposition conditions of silicon oxide films 402, 406, 408, 410, 412)
-Target; silicon target-oxygen; 30-100 [sccm] (for example, 50 [sccm])
Argon: 5 to 30 [sccm] (for example, 15 [sccm])
-Pressure; 0.4-1.0 [Pa] (for example, 0.6 [Pa])
・ Power: 4-15 [kW] (for example, 9 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
For example, the film formation conditions of the first embodiment are used as the film formation conditions until the film thickness reaches a predetermined film thickness after the film thickness is equivalent to 10 [nm].
本実施の形態に係る成膜方法のように、スパッタリング法を用いて形成した基板上に酸化シリコン膜について、図８を用い説明する。
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、実施の形態に係る成膜方法では、従来技術に係る条件を用いた場合に比べて、膜表面のラフネスを低減することができ、ひいては画素内の膜厚均一性を高めることができる。
A silicon oxide film over a substrate formed by a sputtering method as in the film formation method according to this embodiment will be described with reference to FIGS.
As shown in FIGS. 8A and 8B, in the film forming method according to the embodiment, the roughness of the film surface can be reduced as compared with the case where the conditions according to the prior art are used, and as a result, the pixel The film thickness uniformity can be improved.
なお、酸化チタン膜の成膜についても、同様である。
（３）実施の形態３に係る成膜方法
本実施の形態においては、反応性マグネトロン直流スパッタリング装置を用い、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２を成膜する。本実施の形態に係る成膜方法の機構について、図９を用い説明する。
The same applies to the formation of the titanium oxide film.
(3) Film Forming Method According to Embodiment 3 In this embodiment, the films 401 to 412 constituting the laminated film interference filter 306 are formed using a reactive magnetron DC sputtering apparatus. The mechanism of the film forming method according to this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施の形態に係る成膜においては、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、互いの間に成膜を中断する期間を入れた状態で、分割された複数の成膜サブステップの実行を経て各要素膜（酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２）の成膜を行う。 In the film formation according to the present embodiment, when the element films are stacked using the sputtering method in the optical interference filter formation step, a plurality of divided pieces are provided with a period in which the film formation is interrupted between each other. Each element film (titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, and 411 and silicon oxide films 402, 406, 408, 410, and 412) is formed through the execution of the film forming sub-step.
図９に示すように、本実施の形態に係る成膜方法を採用する場合には、初期の成膜段階で成膜した膜を固定することができ、あわせて薄膜に分割して成膜することができるので、膜表面ラフネスを低減できる。よって、本実施の形態に係る成膜方法では、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。
具体的には、次の通りである。
As shown in FIG. 9, when the film forming method according to this embodiment is adopted, the film formed in the initial film forming stage can be fixed, and the film is divided into thin films and formed. Therefore, the film surface roughness can be reduced. Therefore, in the film formation method according to the present embodiment, the uniformity of the film thickness of the element film in the pixel can be increased (± 2.0 [%] or less).
Specifically, it is as follows.
本実施の形態に係る成膜方法では、スパッタチャンバ内を酸素およびアルゴン雰囲気とし、チタンまたはシリコンをターゲットとして、ＤＣ電源を用いターゲットにＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電源は、ターゲットにパルス状のＤＣ電圧を印加する。また、成膜条件については、膜厚１０［ｎｍ］から８０［ｎｍ］までに成膜を中断する期間を挿入し、２分割以上に分割成膜をする。成膜条件としては、例えば、上記実施の形態１に係る成膜方法の成膜条件を用いることができるが、成膜条件は各成膜サブステップ毎に異なることとしてもよい。 In the film forming method according to this embodiment, an oxygen and argon atmosphere is set in the sputtering chamber, titanium or silicon is used as a target, and a DC voltage is applied to the target using a DC power source. The DC power supply applies a pulsed DC voltage to the target. As for the film formation conditions, a period during which film formation is interrupted is inserted from a film thickness of 10 nm to 80 nm, and divided film formation is performed in two or more divisions. As the film forming conditions, for example, the film forming conditions of the film forming method according to Embodiment 1 can be used, but the film forming conditions may be different for each film forming sub-step.
（４）実施の形態４に係る成膜方法
本実施の形態に係る成膜方法では、反応性マグネトロン直流スパッタリング装置を用い、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２を成膜する。
実施の形態４に係る成膜方法の機構について、図１０を用い説明する。
図１０に示すように、本実施の形態に係る成膜方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際し、構成中の最上となる膜の成膜サブステップにおいて、スパッタ粒子の移動をしやすい状態に制御することができる。このため、本実施の形態に係る成膜方法を採用する場合には、より一層の膜表面ラフネスの低減が可能となり、当該要素膜における膜厚の画素内均一性を高く（±２．０［％］以下）することができる。本実施の形態に係る成膜方法における成膜条件としては、ＤＣパワーを下げること、あるいは、成膜圧力を上げるという条件を採用することができる。
(4) Film Forming Method According to Embodiment 4 In the film forming method according to the present embodiment, the films 401 to 412 constituting the laminated film interference filter 306 are formed using a reactive magnetron DC sputtering apparatus.
The mechanism of the film forming method according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 10, in the film formation method according to the present embodiment, when the element film is stacked using the sputtering method in the optical interference filter formation step, the film formation sub-step of the uppermost film in the configuration is performed. The sputtered particles can be controlled to move easily. For this reason, when the film forming method according to the present embodiment is adopted, the film surface roughness can be further reduced, and the uniformity of the film thickness in the pixel in the element film is increased (± 2.0 [ %] Or less). As a film forming condition in the film forming method according to the present embodiment, a condition that the DC power is lowered or the film forming pressure is raised can be employed.
具体的には、次の通りである。
本実施の形態に係る成膜方法では、スパッタチャンバ内を酸素およびアルゴン雰囲気とし、チタンまたはシリコンをターゲットとして、ＤＣ電源を用いターゲットにＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電源は、ターゲットにパルス状のＤＣ電圧を印加する。
成膜条件については、最上となる膜の成膜以外の成膜を行うサブステップでは、例えば、上記実施の形態１に係る成膜条件を採用することができる。そして、構成中の最上となる膜の成膜サブステップでの成膜条件としては、例えば、次の条件を採用することができる。
（酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１の成膜条件）
・ターゲット；チタンターゲット
・酸素；２０〜９０［ｓｃｃｍ］（例えば、３５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１０［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．５〜１．０［Ｐａ］（例えば、０．８［Ｐａ］）
・パワー；１〜３［ｋＷ］（例えば、２［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
（酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜条件）
・ターゲット；シリコンターゲット
・酸素；３０〜１００［ｓｃｃｍ］（例えば、４０［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；５〜３０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；１．５〜２．５［Ｐａ］（例えば、２．０［Ｐａ］）
・パワー；１〜２．５［ｋＷ］（例えば、２［ｋＷ］）
・ＤＣパルス周波数；１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）
・成膜温度；０〜２００［℃］（例えば、２５［℃］）
なお、上記実施の形態１〜実施の形態４に係る成膜方法を組み合わせて、各膜４０１、４０２、４０３、４０５、４０６、４０７、４０８、４０９、４１０、４１１、４１２）を積層形成することにすれば、より効果的である。
（その他の事項）
上記実施の形態１〜４およびそれらの組み合わせに係る各方法を採用する場合には、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板を適用する場合においても、膜厚および屈折率の画素内均一性の向上を図ることができ、上記従来技術に係る成膜のように蒸着法を用いる場合に比べ優位である。このような優位性は、直径φ３００［ｍｍ］以上の基板を対象とする場合には、より一層顕著なものとなる。
Specifically, it is as follows.
In the film forming method according to this embodiment, an oxygen and argon atmosphere is set in the sputtering chamber, titanium or silicon is used as a target, and a DC voltage is applied to the target using a DC power source. The DC power supply applies a pulsed DC voltage to the target.
With respect to the film formation conditions, for example, the film formation conditions according to the first embodiment can be employed in the sub-step of performing film formation other than the formation of the uppermost film. As the film formation conditions in the film formation sub-step of the uppermost film in the configuration, for example, the following conditions can be adopted.
(Deposition conditions for titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, 411)
-Target; Titanium target-Oxygen; 20-90 [sccm] (for example, 35 [sccm])
Argon: 5 to 20 [sccm] (for example, 10 [sccm])
-Pressure; 0.5-1.0 [Pa] (for example, 0.8 [Pa])
・ Power: 1-3 [kW] (for example, 2 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
(Deposition conditions of silicon oxide films 402, 406, 408, 410, 412)
-Target; silicon target-oxygen; 30-100 [sccm] (for example, 40 [sccm])
Argon: 5 to 30 [sccm] (for example, 15 [sccm])
-Pressure; 1.5-2.5 [Pa] (for example, 2.0 [Pa])
・ Power: 1 to 2.5 [kW] (for example, 2 [kW])
DC pulse frequency: 1 to 100 [Hz] (for example, 50 [Hz])
Film formation temperature: 0 to 200 [° C.] (for example, 25 [° C.])
Note that the films 401, 402, 403, 405, 406, 407, 408, 409, 410, 411, 412) are stacked by combining the film formation methods according to the first to fourth embodiments. This is more effective.
(Other matters)
When each of the methods according to Embodiments 1 to 4 and the combination thereof is employed, even when a substrate having a diameter of 200 [mm] or more is applied, the uniformity of the film thickness and the refractive index within the pixel can be improved. This is superior to the case where the vapor deposition method is used as in the film formation according to the conventional technique. Such superiority becomes even more remarkable when a substrate having a diameter of φ300 [mm] or more is targeted.
また、上記実施の形態に係る成膜方法を採用する固体撮像装置の製造方法では、撮像画素２０１の一辺の大きさが４［μｍ］よりも小さいサイズ構成の場合に対しても、上記優位性を有するものであり、微細なフォトダイオード３０３へのダメージを軽減しながら積層膜干渉フィルタ３０６を形成することができる。
さらに、撮像画素２０１の数が２００万［画素］以上の固体撮像装置１０１に対し上記実施の形態１〜４およびこれらの組み合わせに係る各方法を採用すれば、画素間での光学特性面でのバラツキが小さく、高い画素内均一性を得ることができる。
Further, in the manufacturing method of the solid-state imaging device that employs the film forming method according to the above-described embodiment, the above-described advantages can be achieved even when the size of one side of the imaging pixel 201 is smaller than 4 [μm]. The multilayer film interference filter 306 can be formed while reducing damage to the fine photodiode 303.
Furthermore, if each of the methods according to Embodiments 1 to 4 and the combination thereof is applied to the solid-state imaging device 101 having the number of imaging pixels 201 of 2 million [pixels] or more, the optical characteristics between the pixels can be reduced. The variation is small and high in-pixel uniformity can be obtained.
なお、上記実施の形態１〜４などでは、酸化チタン膜４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および酸化シリコン膜４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の両方の成膜に対し、スパッタリング法を採用したが、少なくとも一方の種類の層形成にスパッタリング法を採用するようにすれば、その分だけ膜厚および屈折率の画素内均一性を向上させることが可能となり、光学特性の向上に寄与することになる。 In the first to fourth embodiments and the like, the sputtering method is used for forming both the titanium oxide films 401, 403, 405, 407, 409, and 411 and the silicon oxide films 402, 406, 408, 410, and 412. However, if a sputtering method is used to form at least one type of layer, it is possible to improve the uniformity of the film thickness and refractive index within the pixel, which contributes to the improvement of optical characteristics. It will be.
本発明は、優れた光学特性を有する積層膜干渉フィルタを有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラを、高い歩留まりであって、且つ、低い製造コストを以って製造するのに有用である。 The present invention is useful for manufacturing a solid-state imaging device having a laminated film interference filter having excellent optical characteristics and a camera including the solid-state imaging device with high yield and low manufacturing cost. It is.
１．カメラ
１０１．固体撮像装置
１０２．レンズ
１０３．色信号合成部
１０４．映像信号作成部
１０５．素子駆動部
２０１．撮像画素領域
２０２．垂直シフトレジスタ
２０３．水平シフトレジスタ
２０４．出力アンプ
２０５．駆動回路
３０１．ｎ型半導体層
３０２．ｐ型半導体層
３０３．フォトダイオード
３０４．層間絶縁膜
３０５．遮光膜
３０６．積層膜干渉フィルタ
３０７．集光レンズ
４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１．酸化チタン膜
４０２、４０６、４０８、４１０、４１２．酸化シリコン膜
４０４．スペーサ層
５０１、５０２．レジスト膜
1. Camera 101. Solid-state imaging device 102. Lens 103. Color signal synthesis unit 104. Video signal creation unit 105. Element driving unit 201. Imaging pixel region 202. Vertical shift register 203. Horizontal shift register 204. Output amplifier 205. Drive circuit 301. n-type semiconductor layer 302. p-type semiconductor layer 303. Photodiode 304. Interlayer insulating film 305. Light shielding film 306. Laminated film interference filter 307. Condensing lens 401,403,405,407,409,411. Titanium oxide films 402, 406, 408, 410, 412. Silicon oxide film 404. Spacer layers 501, 502. Resist film
Claims (11)
前記複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層して光学干渉フィルタを形成するステップとを有し、
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記２種類の要素膜の少なくとも一方の積層形成にメタルターゲットを使用するスパッタリング法を用い、
前記光学干渉フィルタにおける膜厚の均一性は、前記要素膜における膜厚の±２．０％以下である
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 A step of two-dimensionally forming a plurality of photoelectric conversion units along one main surface of the substrate,
Forming an optical interference filter by alternately laminating at least two types of element films having different refractive indexes on each of the plurality of photoelectric conversion units;
In the step of forming the optical interference filter, a sputtering method using a metal target is used for forming at least one of the two types of element films,
Uniformity of the film thickness in the optical interference filter is ± 2.0% or less of the film thickness in the element film.
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the optical interference filter, reactive sputtering is performed in an atmosphere containing at least oxygen and argon in the sputtering chamber, and the ratio of the oxygen partial pressure to the total pressure is set within a range of 60% to 86%. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 The reactive sputtering is performed in the step of forming the optical interference filter, in forming the element film using the sputtering method, with the film forming temperature being in the range of 0 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. The manufacturing method of the solid-state imaging device as described in 2.
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the step of forming the optical interference filter, reactive sputtering is performed at a film formation temperature of room temperature when the element films are stacked using the sputtering method. Production method.
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the step of forming the optical interference filter, a silicon oxide film or a titanium oxide film is stacked as the at least one element film.
前記初期成膜サブステップでは、前記主成膜サブステップよりもスパッタ印加電圧を大きくする
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the optical interference filter, at least an initial film formation substep and a main film formation substep are performed, and each of the element films is stacked.
2. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the initial film formation substep, a sputtering applied voltage is set larger than in the main film formation substep.
前記初期成膜サブステップでは、前記主成膜サブステップよりも成膜時の圧力を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the optical interference filter, at least an initial film formation substep and a main film formation substep are performed, and each of the element films is stacked.
2. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the initial film formation substep, a pressure during film formation is made smaller than in the main film formation substep.
前記複数の成膜サブステップの各間には、成膜を中断する期間が設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the optical interference filter, each element film is laminated through a plurality of film formation sub-steps,
The solid-state imaging device manufacturing method according to claim 1, wherein a period for interrupting film formation is set between each of the plurality of film formation sub-steps.
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the lamination formation of each of the element films, the sputtering applied voltage is made smaller in the film formation substep for forming the uppermost film in the structure than in the other film formation substeps preceding this. A method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8.
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the layer formation of each of the element films, in the film formation substep for forming the uppermost film in the structure, the pressure at the time of film formation is set larger than the other film formation substeps preceding this. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8.
前記複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層することにより光学干渉フィルタが形成されてなる固体撮像装置において、
前記光学干渉フィルタは、前記２種類の要素膜の少なくとも一方の積層形成にメタルターゲットを使用するスパッタリング法を用いて形成されているとともに、前記基板上における膜厚の均一性が前記要素膜の±２．０％以下である
ことを特徴とする固体撮像装置。 A plurality of photoelectric conversion units are two-dimensionally formed along one main surface of the substrate,
In the solid-state imaging device in which an optical interference filter is formed by alternately laminating at least two kinds of element films having different refractive indexes on each of the plurality of photoelectric conversion units,
The optical interference filter is formed by using a sputtering method using a metal target for stacking at least one of the two types of element films, and the uniformity of the film thickness on the substrate is ± A solid-state imaging device characterized by being 2.0% or less.
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