JP2010087441A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボイドの発生なく導波路開口内が光透過性材料で埋め込まれてなる導波路を有し、これにより集光特性を向上させることが可能な固体撮像装置および製造方法を提供する。
【解決手段】受光部５が設けられた半導体基板３と、受光部５上となる位置に導波路開口１５を備えて半導体基板３上に設けられた絶縁層１３と、絶縁層１３の露出面の改質処理によって導波路開口１５の内壁に形成された光透過性下地層１７と、光透過性下地層１７を介して導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９と、導波路開口１５の上方に設けられたオンチップレンズ２３とを備えた固体撮像装置１Ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関し、特には受光部上に導波路を設けてなる固体撮像装置とその製造方法に関する。

近年、固体撮像装置においては撮像画素数の増加により画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化が進み、高感度を維持する事が困難になって来た。その対策のひとつとして、受光部上の配線層に導波路を設ける構成が提案されている。すなわち、図８に示すように、各画素において受光部１０１が設けられた半導体基板１０２上には、複数層の配線１０３を層間絶縁膜１０４で絶縁してなる積層配線構造が設けられている。層間絶縁膜１０４上において受光部１０１上に相当する位置には、カラーフィルタ１０５等を介してオンチップレンズ１０６が設けられている。そこで、層間絶縁膜１０４における受光部１０１上に対応する部分に導波路開口１０７を設けて光透過性埋め込み層１０８で埋め込むことにより、オンチップレンズ１０６で集光された光を効率よく受光部１０１に入射させる構成としている。

以上のような構成においては、導波路開口１０７の内壁に、屈折率の高い窒化シリコン等からなる光透過性下地層１０９をＣＶＤ法やスパッタ法などによって成膜し、これを介して導波路開口１０７内を光透過性埋め込み層１０８で埋め込む構成が提案されている。これにより光透過性下地層１０９と光透過性埋め込み層１０８との屈折率差を利用し、受光部１０１に対する集光性を高めることができる（下記特許文献１，２参照）。またこのような構成においては、窒化シリコンのような透水性の低い材料で光透過性下地層１０９を構成することにより、導波路開口１０７から層間絶縁膜１０４への水分の浸入を防止して要素信頼性を高める効果もある。

特開２００３−２８２８５１号公報（段落１５，２２、図１参照） 特開２００６−２２２３６６号公報（段落１９,２０，５５参照)

ところが、上述した導波路を設置した固体撮像素子の構造では、画素の微細化が更に進み、導波路開口の高アスペクト化が進んだ場合、導波路開口内への光透過性材料の埋め込み性は厳しくなる一方である。このため、図８に示すように、導波路開口１０７の内壁にＣＶＤ法やスパッタ法などによって光透過性下地層１０９を成膜すると、導波路開口１０７における上層部分が光透過性下地層１０９によってオーバーハング状に狭められる。これにより、光透過性埋め込み層１０８による導波路開口１０７内の埋め込み特性が悪化し、ボイドＢを発生させる場合があった。このようなボイドＢの発生は導波路開口１０７を介しての受光部１０１への集光性を劣化させるだけではなく、ボイドＢに封じ込められた水分によって配線１０３を劣化させる要因ともなる。

そこで本発明は、ボイドの発生なく導波路開口内が光透過性材料で埋め込まれてなる導波路を有し、これにより集光特性を向上させることが可能な固体撮像装置を提供すること、さらにはこの固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の固体撮像装置は、受光部が設けられた基板上に絶縁層が設けられている。この絶縁層において受光部上となる位置には導波路開口が設けられており、導波路開口の内壁には光透過性下地層を介して光透過性埋め込み層が設けられている。この導波路開口の上方には、オンチップレンズが設けられている。そして特に、光透過性下地層は、導波路開口の内壁を含む絶縁層の露出面の改質処理によって形成された層あることが特徴的である。

また本発明は、このような固体撮像装置の製造方法でもあり次の手順を特徴としている。先ず、受光部が設けられた基板上に絶縁層を形成し、絶縁層における受光部上となる位置に導波路開口を形成する。次に絶縁層の露出面に改質処理を施すことにより、導波路開口の内壁を含む絶縁層の露出面を覆う光透過性下地層を形成する。その後、光透過性下地層を介して導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層を形成し、次いで導波路開口の上方にオンチップレンズを形成する。

以上によれば、導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層の光透過性下地層を、導波路開口の内壁の改質処理によって形成することにより、当該光透過性下地層の膜厚が導波路開口の内壁においてほぼ均一になる。このため、光透過性下地層によって、導波路開口の上部の開口径が特に狭められてオーバーハング形状になることはなく、この光透過性下地層を介して導波路開口内に設けられた光透過性埋め込み層の埋め込み特性を維持できる。

以上説明したように本発明によれば、光透過性下地層を介しての導波路開口内の埋め込み特性が維持されるため、ボイドの発生なく導波路開口内が光透過性材料で埋め込まれてなる導波路を設けることが可能になる。これにより、導波路を設けた固体撮像装置において、導波路を介しての受光部への集光特性を向上させることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、説明は、以下の順序で行なう。
１．第１実施形態（絶縁膜上に光透過性埋め込み層を残す例）
２．第２実施形態（絶縁膜上の光透過性埋め込み層を除去する例）
３．第３実施形態（導波路開口の底部を下地絶縁膜とした例）

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の固体撮像装置における１画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置１Ａの構成を、図２および図３の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。

先ず、図２（１）に示すように、単結晶シリコン等からなる半導体基板３の表面層に、不純物拡散層によって構成された受光部５を形成する。この受光部５は、ここでの図示を省略した素子分離によって分離された各画素領域に設ける。各受光部５は、例えばＰ型拡散層とその表面側のＮ型拡散層とで構成されたダイオードとして形成され、さらにＰ型拡散層からなる正孔蓄積層によって表面を覆う構成としても良い。

またここでの図示は省略したが、各画素領域には、受光部５の他に不純物拡散層によって構成されたフローティングディフュージョン等を形成し、さらに半導体基板３上には転送ゲート、リセットゲート、アンプゲート等を必要に応じて形成する。

以上のような半導体基板３上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜７を成膜する。次いで、下地絶縁膜７上に層間絶縁膜９を成膜し、層間絶縁膜９の表面側に溝パターンを形成してこの内部に導電性材料を埋め込んでなる配線１１を形成する。この際、層間絶縁膜９は、シリコン系材料膜が好ましく用いられ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の他、炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）やポリアリデン(ＰＡｒ)のような酸化シリコンよりも誘電率の低いいわゆる低誘電率膜であっても良い。低誘電率材料によって層間絶縁膜９を構成することにより、固体撮像素子の変換効率の向上が期待される。また配線１１は、受光部５の上方には配置されないようにレイアウトされると共に、上下層の配線１１間は、層間絶縁膜９に形成した接続孔（図示省略）によって必要部分が接続されていることとする。

以降、例えば、層間絶縁膜９の成膜と溝パターン内への配線１１の形成とを繰り返し、最後に層間絶縁膜９を成膜することにより、多層配線構造を形成する。尚、多層配線構造は、配線１１の形成と、これを覆う層間絶縁膜９の成膜とを繰り返し行なうことで形成しても良く、配線１１が埋め込み配線であることに限定されることはない。

以上により、受光部５が設けられた半導体基板３上に、下地絶縁膜７とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜９とからなる絶縁層１３を形成する。この絶縁層１３は、層間絶縁膜９間に埋め込み配線１１を設けたものとなる。

次に、図２（２）に示すように、絶縁層１３における受光部５の上部に相当する位置に、導波路開口１５をパターン形成する。この導波路開口１５は、受光部５の上部のみを広く開口する平面形状を有すると共に、最下層の層間絶縁膜９を底面とする深さであって絶縁層１３を貫通しない凹状に形成される。また、導波路開口１５は、内壁に配線１１が露出することのないように形成される。

このような導波路開口１５のパターン形成は、例えばレジストマスクや無機マスクを用いたドライエッチングによって行われる。

次に、図２（３）に示すように、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７を形成する。ここでは絶縁層１３の露出面を改質処理することによって、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７を形成するところが特徴的である。

このような改質処理としては、絶縁層１３の露出表面の酸化処理または窒化処理が行われることとし、酸化処理または窒化処理が酸化窒化処理であっても良い。これにより、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面を覆う状態で、層間絶縁膜９を構成する材料の酸化膜、窒化膜、または酸窒化膜からなる光透過性下地層１７が形成される。

例えば、絶縁層１３の露出表面を構成する層間絶縁膜９がシリコン系材料膜である場合に、改質処理として酸化処理を行うことにより、酸化シリコン系材料からなる光透過性下地層１７が形成される。また改質処理として窒化処理を行うことにより、窒化シリコン系材料からなる光透過性下地層１７が形成される。さらに改質処理として酸窒化処理を行うことにより、酸窒化シリコン系材料からなる光透過性下地層１７が形成される。

中でも、光透過性下地層１７は、窒化処理を行うことによって形成される窒化シリコン系材料膜、または酸窒化処理を行うことによって形成される酸窒化シリコン系材料膜であることが好ましい。

これらの膜は、透水性（透過性）が低く、かつ高屈折率な組成である。このため、導波路開口１５内に入射した光を導波路開口１５内に閉じ込め、かつ導波路開口部１５から侵入してくる水分が絶縁層１３に浸入することブロックできることから、光透過性下地層１７として適している。特に、変換効率を向上させる目的で、絶縁層１３を構成する層間絶縁膜９を炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）やポリアリデン(ＰＡｒ)のような低誘電率材料膜で構成した場合には、これらの低誘電率材料は膜密度が低い。このため、導波路開口１５から侵入して来た水分が配線１１を劣化させる可能性があるが、光透過性下地層１７として窒化シリコン系材料膜または酸窒化シリコン系材料膜を用いることにより、このような水分の侵入をブロックでき、要素信頼性も向上が期待できる。

以上のような改質処理のための酸化処理、窒化処理、または酸化窒化処理は、絶縁層１３の処理面を酸素プラズマや窒素プラズマに曝す、いわゆるプラズマ処理を適用して行なわれることが好ましい。これにより、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面を、数ｎｍの深さで酸化または窒化させる改質処理が行われる。

例えば、改質処理として、ＣＶＤ装置を用いたプラズマ窒化処理を行う場合の処理条件は、次の様である。
ガスおよび流量 ：窒素ガス（Ｎ₂)＝３００ｓｃｃｍ、
：ヘリウムガス(Ｈｅ)＝３０００ｓｃｃｍ、
処理雰囲気内圧力：１０ｍＴｏｒｒ、
ソース電力 ：１００Ｗ、
基板温度 ：３００℃、
処理時間 ：３０秒。

尚、改質処理に用いる装置は、プラズマ発生可能な装置であればＣＶＤ装置に限定されることなく、エッチング装置やアッシング装置であっても良い。

次に、図３（１）に示すように、光透過性下地層１７を介して導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９を成膜形成する。この光透過性埋め込み層１９は、アクリル系、またはフッ素系の高分子、有機ケイ素ポリマーのシロキサン、ポリアリデン(ＰＡｒ)など光透過率の高い材料で構成される。これにより、導波路開口１５内に、耐透水性を有する光透過性下地層１７を介して、上記光透過性埋め込み層１９を埋め込んでなる導波路を、受光部３上に形成する。

その後、図３（２）に示すように、光透過性埋め込み層１９上にカラーフィルタ層２１を形成する。

以上の後、図１に示したように、導波路開口１５の上方となる位置にオンチップレンズ２３を形成し、固体撮像装置１Ａを完成させる。

以上のようにして構成された固体撮像装置１Ａは、半導体基板３の表面側に受光部５が設けられ、これを覆う状態で絶縁層１３が設けられていると共に、この絶縁層１３における受光部５上の位置に導波路開口１５が設けられてものとなる。この導波路開口１５内には、光透過性下地層１７を介して光透過性埋め込み層１９を埋め込まれている。ここでは、この光透過性下地層１７が、絶縁層１３の露出面に対して窒化処理や酸化処理のような改質処理を施すことによって形成したものであるところが特徴的である。また、導波路開口１５が設けられた絶縁層１３上には、カラーフィルタ層２１が設けられ、さらにこの上部には導波路開口１５の上方となる位置にオンチップレンズ２３が設けられている。これにより、オンチップレンズ２３で集光された光が効率良く受光部５に入射される構成となっている。

尚、固体撮像装置１Ａを構成する各部材の詳細な説明は、上述した製造工程で説明した通りである。

このような構成の固体撮像装置１Ａにおいては、上述したように、導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９の下地となる光透過性下地層１７が、導波路開口１５の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、この光透過性下地層１７は、導波路開口の内壁においてほぼ均一な膜厚で形成されたものとなる。したがって、この光透過性下地層１７によって、導波路開口１５の上部の開口径が狭められてオーバーハング形状になることはなく、この光透過性下地層１７を介して導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９の埋め込みマージンが拡大する。これにより、光透過性埋め込み層１９の埋め込み特性を維持することができる。

この結果、ボイドの発生なく導波路開口１５内が光透過性材料層１９で埋め込まれてなる導波路を設けることが可能になる。これにより、固体撮像装置１Ａにおいて、導波路を介しての受光部５への集光特性を向上させることが可能になる。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の固体撮像装置における１画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置１Ｂが、図１を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置１Ａと異なるところは、導波路開口１５内のみに光透過性埋め込み層１９が設けられ、この上部が保護膜３０で覆われているところにある。他の構成は、同様であることとする。以下、固体撮像装置１Ｂの構成を、先の図２および図５の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。

先ず、第１実施形態において図２を用いて説明したと同様の工程を行なう。すなわち、図２（１）に示すように、受光部５が形成された半導体基板３上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜７を形成し、この上部に層間絶縁膜９と配線１１とからなる多層配線構造を形成する。そして、下地絶縁膜７とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜９とからなる絶縁層１３を形成する。

次に、図２（２）に示すように、絶縁層１３における受光部５の上部に相当する位置に、導波路開口１５をパターン形成し、さらに図２（３）に示すように、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７を形成する。この際、絶縁層１３の露出面に対して窒化処理や酸化処理などの改質処理を施すことにより、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７を形成する特徴部は、第１実施形態と同様である。

また次の工程では、図５（１）に示すように、光透過性下地層１７を介して導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９を成膜形成する。この工程は、第１実施形態において図３（１）を用いて説明したと同様であり、これにより、耐透水性を有する光透過性下地層１７を介して、上記光透過性埋め込み層１９によって導波路開口１５を埋め込んでなる導波路を受光部５形成する。

以上の後、図５（２）に示すように、導波路開口１５内のみに光透過性埋め込み層１９を残す状態で、絶縁層１３上の光透過性埋め込み層１９を除去する工程を行なうところが、本第２実施形態に特徴的な工程となる。ここでは、例えば光透過性下地層１７をストッパにして光透過性埋め込み層１９をエッチンバックするか、または光透過性埋め込み層１９をケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）法によって研磨除去する。

例えば、ポリアリデンからなる光透過性埋め込み層１９をエッチバックする場合の処理条件は、次のようである。
エッチング装置 ：平行平板型、
処理温度 ：常温、
エッチングガスと流量比：窒素ガス（Ｎ₂）：水素ガス（Ｈ₂）＝１：２、
エッチング雰囲気内圧力：５０ｍＴｏｒｒ、
上部ＲＦ電力 ：１０００Ｗ、
下部ＲＦ電力 ：２００Ｗ、
処理時間 ：５分。

以上の後には、図５（３）に示すように、導波路開口１５内を埋め込む光透過性埋め込み層１９と絶縁層１３との上部に保護膜３０を成膜する。保護膜３０としては、例えば窒化シリコン膜のようなパッシベーション能力がある光透過性の絶縁膜であれば特に限定されることはなく、単層構造または積層構造であっても良く、さらに異なる材料膜の積層膜であっても良い。また特にこの保護膜３０は、以降に形成するオンチップレンズと受光部５との距離を近づける為により薄膜である事が好ましい。オンチップレンズと受光部５の距離が近ければ近いほど、迷光などロスする回数が少なくなる為、集光性能が向上するためである。ただし、要素信頼性を劣化させる事のないように、パッシベーション機能を満たす最低限の膜厚である事を前提とした適切な膜厚ｔを有して成膜されることする。

次に、この保護膜３０の上部にカラーフィルタ層２１を形成する。

以上の後、図４に示したように、導波路開口１５の上方となる位置にオンチップレンズ２３を形成し、固体撮像装置１Ｂを完成させる。

以上のようにして構成された固体撮像装置１Ｂは、第１実施形態と同様に、半導体基板３の表面側に受光部５が設けられ、これを覆う状態で絶縁層１３が設けられていると共に、この絶縁層１３の受光部５上の位置に導波路開口１５が設けられたものとなる。そしてこの導波路開口１５内には、絶縁層１３の露出面に対して窒化処理や酸化処理のような改質処理を施すことによって形成した光透過性下地層１７を介して、光透過性埋め込み層１９を埋め込まれているところが特徴的である。また、導波路開口１５が設けられた絶縁層１３上には、保護膜３０とカラーフィルタ層２１が設けられ、さらにこの上部には導波路開口１５の上方となる位置にオンチップレンズ２３が設けられている。これにより、オンチップレンズ２３で集光された光が効率良く受光部５に入射される構成となっている。そして特に、本第２実施形態においては、絶縁層１３上の光透過性埋め込み層１９が除去されているところが特徴的である。

尚、固体撮像装置１Ｂを構成する各部材の詳細な説明は、上述した製造工程で説明した通りである。

このような構成の固体撮像装置１Ｂにおいては、第１実施形態と同様に、導波路開口１５内に設けた光透過性埋め込み層１９の下地となる光透過性下地層１７が、導波路開口１５の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、第１実施形態の固体撮像装置と同様に、ボイドの発生なく導波路開口１５内が光透過性埋め込み層１９で埋め込まれてなる導波路を設けることができ、導波路を介しての受光部５への集光特性を向上させることが可能になる。

そして特に、本第２実施形態においては、絶縁層１３上の光透過性埋め込み層１９が除去されているため、膜厚制御された保護膜３０によってオンチップレンズ２３と受光部５との距離を制御性良好に調整することができる。これにより、さらに受光部５に対する集光特性の向上を図ることが可能である。

また、透水性の低い光透過性下地層１７と保護膜３０とによって、光透過性埋め込み層１９が完全に封止された構成となり、光透過性埋め込み層１９に溜まった水分の移動を遮断する事ができる。これにより、導波路周辺の配線の劣化を抑制する効果を高めることが可能である。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態の固体撮像装置における１画素分の要部断面図である。この図に示す固体撮像装置１Ｃが、図１を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置１Ａと異なるところは、導波路開口１５’が下地絶縁膜７を底面としているところにある。またこれにより、導波路開口１５’の内壁を覆う光透過性下地層１７’の組成が、導波路開口１５’の側壁と底部とで異なるところにある。他の構成は、第１実施形態と同様であることとする。以下、固体撮像装置１Ｃの構成を、図７の断面工程図に基づいて製造工程順に説明する。

先ず、図７（１）に示す工程は、第１実施形態において図２（１）を用いて説明したと同様に行なう。これにより、受光部５が形成された半導体基板３上に、例えば窒化シリコンからなる下地絶縁膜７を形成し、この上部に層間絶縁膜９と配線１１とからなる多層配線構造を形成する。そして、下地絶縁膜７とこの上部に積層成膜された複数層の層間絶縁膜９とからなる絶縁層１３を形成する。この際、層間絶縁膜９は、シリコン系材料膜が好ましく用いられ、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）の他、炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）のような酸化シリコンよりも誘電率の低いいわゆる低誘電率膜であることが好ましいことも第１実施形態と同様である。

次に、図７（２）に示すように、絶縁層１３における受光部５の上部に相当する位置に、導波路開口１５’をパターン形成する。この際、下地絶縁膜７にまで達する導波路開口１５’を形成するところが特徴的であり、下地絶縁膜７をストッパにした層間絶縁膜９のパターンエッチングを行う。これにより、絶縁層１３に、底面が下地絶縁膜７からなり側壁が層間絶縁膜９からなる凹状の導波路開口１５’を形成する。

次に、図７（３）に示すように、導波路開口１５’の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７’を形成する。ここでは絶縁層１３の露出面を改質処理することによって、導波路開口１５の内壁を含む絶縁層１３の露出表面に光透過性下地層１７’を形成するところが特徴的である。ここでの改質処理は、第１実施形態において図２（３）を用いて説明したと同様に、酸化処理、窒化処理、または酸化窒化処理が行われ、特に絶縁層１３の処理面を酸素プラズマや窒素プラズマに曝す、いわゆるプラズマ処理が適用される。

以上のような改質処理により、導波路開口１５’の側壁を覆う部分と導波路開口１５’の底面を覆う部分とで異なる組成の光透過性下地層１７’が形成される。つまり、導波路開口１５’の側壁を覆う部分は、層間絶縁膜９を構成する材料の窒化膜または酸化膜となる。一方、導波路開口１５’の底面を覆う部分は下地絶縁膜７を構成する材料の窒化膜または酸化膜となる。

具体的には、層間絶縁膜９が炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）からなる低誘電率膜であり、下地絶縁膜７が窒化シリコン膜でる場合を例示する。この場合、改質処理として酸化処理を行うことにより、光透過性下地層１７’は、導波路開口１５’の側壁を覆う部分が酸素リッチな炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜となり、導波路開口１５’の底面を覆う部分が酸窒化シリコン膜となる。また、改質処理として窒化処理を行うことにより、光透過性下地層１７’は、導波路開口１５’の側壁を覆う部分が炭素含有酸窒化シリコン系材料膜となり、導波路開口１５’の底面を覆う部分が下地絶縁膜７よりも窒化が進んだ窒化シリコン膜となる。さらに改質処理として酸窒化処理を行うことにより、光透過性下地層１７’は、導波路開口１５’の側壁を覆う部分が炭素含有酸窒化シリコン系材料膜となり、導波路開口１５’の底面を覆う部分が酸窒化シリコン膜となる。

中でも、光透過性下地層１７’を形成するための改質処理は、酸化処理であることが好ましい。これにより、特に導波路開口１５’の底面は、窒化シリコンからなる下地絶縁膜７から導波路開口１５’側に向かって徐々に酸素含有量が増加することで、屈折率が徐々に低くなる酸窒化シリコンで構成された光透過性下地層１７’で覆われる。このため、光透過性下地層１７’底面での光反射を抑えることができる。

これに対して導波路開口１５’の側壁は、層間絶縁膜９から導波路開口１５’に向かって、徐々に酸素含有量が増加して屈折率が高くなる酸素リッチな炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）で構成された光透過性下地層１７’で覆うことができる。

以降の工程は、第１実施形態において図３（１）を用いて説明したと同様に、光透過性下地層１７’を介して導波路開口１５’内を埋め込む光透過性埋め込み層１９を成膜形成する。この光透過性埋め込み層１９は、アクリル系、またはフッ素系の高分子、有機ケイ素ポリマーのシロキサン、ポリアリデン(ＰＡｒ)など光透過率の高い材料が用いられる。これにより、導波路開口１５’内に、光透過性下地層１７’を介して光透過性埋め込み層１９を埋め込んでなる導波路を、受光部３上に形成する。

その後、図３（２）を用いて説明し他と同様に、光透過性埋め込み層１９上にカラーフィルタ層２１を形成し、さらに導波路開口１５’の上方となる位置にオンチップレンズ２３を形成し、図７に示した固体撮像装置１Ｃを完成させる。

このような構成の固体撮像装置１Ｃであっても、第１実施形態と同様に、導波路開口１５’内に設けた光透過性埋め込み層１９の下地となる光透過性下地層１７’が、導波路開口１５の内壁に対して改質処理を施すことで形成されている。このため、第１実施形態の固体撮像装置と同様に、ボイドの発生なく導波路開口１５内が光透過性材料層１９で埋め込まれてなる導波路を設けることができ、導波路を介しての受光部５への集光特性を向上させることが可能になる。

そして特に、本第３実施形態においては、導波路開口１５’が下地絶縁膜７を底面としている。これにより、光透過性下地層１７’は、導波路開口１５’の側壁を覆う部分と底面を覆う部分とで組成の異なるものとなる。したがって、導波路開口１５'側壁においては屈折率が高く、導波路開口１５’底面で屈折率が低い構成の光透過性下地層１７’を構成することができる。したがって、導波路開口１５'側壁においては光透過性埋め込み層１９との屈折率差を利用して導波路開口１５'内に光と閉じ込めつつ、光透過性下地層１７’の底面においては光の反射を防止して受光部５に対する集光特性の向上を図ることができる。

尚、以上の第３実施形態は第２実施形態と組み合わせることも可能である。この場合、図６に示す光透過性埋め込み層１９は、導波路開口１５'内のみに設けられて絶縁層１３上において除去される。そして、導波路開口１５'内の光透過性埋め込み層１９と絶縁層凹１３の上部にパッシベーション性の保護膜を介してカラーフィルタ層２１を設けた構成とすれば良い。このような構成であれば、第２実施形態の効果も合わせて得ることができる。

第１実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する断面工程図（その１）である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する断面工程図（その２）である。 第２実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造方法の要部を説明する断面工程図である。 第３実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 第３実施形態の固体撮像装置の製造方法の要部を説明する断面工程図である。 従来の固体撮像装置の断面図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…固体撮像装置、３…半導体基板、５…受光部、７…下地絶縁膜、９…層間絶縁膜、１３…埋め込み配線、１３…絶縁層、１５，１５’…導波路開口、１７，１７’…光透過性下地層、１９…光透過性埋め込み層、２１…カラーフィルタ層、２３…オンチップレンズ、３０…保護膜

Claims (19)

1. 受光部が設けられた基板と、
   前記受光部上となる位置に導波路開口を備えて前記基板上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層の露出面の改質処理によって前記導波路開口の内壁に形成された光透過性下地層と、
   前記光透過性下地層を介して前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層と、
   前記導波路開口の上方に設けられたオンチップレンズとを備えた
   固体撮像装置。
2. 前記光透過性下地層は、酸化膜または窒化膜である
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記絶縁層および光透過性下地層は、シリコン系材料膜である
   請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記導波路開口は、前記絶縁層からなる底部を有する凹状に形成されている
   請求項１〜３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記絶縁層は、最下層の下地絶縁膜と、当該下地絶縁膜とは異なる材質の層間絶縁膜とからなり、
   前記導波路開口は、前記下地絶縁膜を底面としている
   請求項１〜４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記光透過性下地層は、前記導波路開口の底部を覆う部分と側壁を覆う部分とで組成が異なる
   請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記光透過性埋め込み層は、前記導波路開口内のみに設けられている
   請求項１〜６の何れか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層と前記絶縁層との上部に保護膜が設けられている
   請求項７記載の固体撮像装置。
9. 前記絶縁層は複数層からなり、各層間に配線が設けられている
   請求項１〜８の何れか１項に記載の固体撮像装置。
10. 受光部が設けられた基板上に絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層における前記受光部上となる位置に導波路開口を形成する工程と、
    前記絶縁層の露出面に対して改質処理を施すことにより、前記導波路開口の内壁を覆う光透過性下地層を形成する工程と、
    前記光透過性下地層を介して前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層を形成する工程と、
    前記導波路開口の上方にオンチップレンズを形成する工程とを行なう
    固体撮像装置の製造方法。
11. 前記光透過性下地層を形成する工程では、酸化処理または窒化処理を行う
    請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記光透過性下地層の形成は、プラズマ処理によって行なう
    請求項１０または１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記絶縁層としてシリコン系材料膜を形成することにより、前記光透過性下地層としてシリコン系材料膜を形成する
    請求項１０〜１２の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記導波路開口を形成する工程では、前記絶縁層からなる底部を有する凹状の導波路開口を形成する
    請求項１０〜１３の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
15. 前記絶縁層を形成する工程では、当該絶縁層として下地絶縁膜と当該下地絶縁膜とは異なる材質の層間絶縁膜とをこの順に成膜し、
    前記導波路開口を形成する工程では、前記下地絶縁膜を底面として前記層間絶縁膜をパターンエッチングする
    請求項１０〜１４の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
16. 前記光透過性下地層を形成する工程では、前記改質処理により前記導波路開口の底部を覆う部分と側壁を覆う部分とで組成が異なる光透過性下地層を形成する
    請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
17. 前記光透過性埋め込み層を形成する工程では、前記導波路開口を埋め込む状態で前記絶縁層上に光透過性埋め込み層を成膜した後、前記導波路開口内のみに残す状態で当該絶縁層上における当該光透過性埋め込み層を除去する
    請求項１０〜１６の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
18. 前記光透過性埋め込み層を形成する工程の後、前記オンチップレンズを形成する工程の前に、前記導波路開口内を埋め込む光透過性埋め込み層と前記絶縁層との上部に保護膜を成膜する工程を行なう
    請求項１７記載の固体撮像装置の製造方法。
19. 前記絶縁層を形成する工程では、積層構造の絶縁層を成膜すると共に、各層間に配線を形成する
    請求項１０〜１８の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。

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