JP2015122374A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部材の上に精度よく穴部を形成することができる技術を提供する。【解決手段】固体撮像装置の製造方法は、有効画素領域および非有効画素領域を有する基板の上に、有効画素領域の上に位置する第１部材と、非有効画素領域の上に位置する第２部材と、第１部材および第２部材を覆う第３部材とを含む構造体を形成する第１形成工程と、第１部材の上に位置する第１開口と、第２部材の上に位置する第２開口とを有するマスクを第３部材の上に形成する第２形成工程と、第１開口を介して構造体をエッチングすることによって第１部材を露出する第１穴部を構造体に形成し、第２開口を介して構造体をエッチングすることによって第２部材を露出する第２穴部を構造体に形成するエッチング工程と、を有する。エッチング工程では、第１穴部と第２穴部を並行して形成し、第２穴部が第２部材を露出したことに基づいて、構造体のエッチングを終了する。【選択図】図３

Description

本発明は固体撮像装置及びその製造方法に関する。

固体撮像装置について、光利用効率を向上するために様々な提案がなされている。特許文献１は、光電変換部の上に光導波路を有し、この光導波路の上にカラーフィルタを有する固体撮像装置を提案する。光導波路及びカラーフィルタはともに、絶縁層に形成された穴部に埋め込まれている。カラーフィルタはテーパーを有しており、カラーフィルタも光導波路として機能する。特許文献１の固体撮像装置は、このような２段の埋め込み部材を有する。

特開２０１２−２２７４７８号公報

特許文献１のような２段の構造を形成するために以下の方法をとりうる。すなわち、まず基板上の絶縁層に１段目の光導波路を形成し、その上に更に絶縁層を形成する。その後、この絶縁層のうち光導波路の上にある部分をエッチングによって除去して穴部を形成し、この穴部に２段目のカラーフィルタを形成する。このような形成方法では１段目の光導波路の上面がエッチングにさらされ、１段目の光導波路が意図しない形状になってしまう恐れがある。そこで、本発明は、部材の上に精度よく穴部を形成することができる技術を提供することを１つの目的とする。

上記課題に鑑みて、本発明の１つの側面は、固体撮像装置の製造方法であって、有効画素領域および非有効画素領域を有する基板の上に、前記有効画素領域の上に位置する第１部材と、前記非有効画素領域の上に位置する第２部材と、前記第１部材および前記第２部材を覆う第３部材とを含む構造体を形成する第１形成工程と、前記第１部材の上に位置する第１開口と、前記第２部材の上に位置する第２開口とを有するマスクを前記第３部材の上に形成する第２形成工程と、前記第１開口を介して前記構造体をエッチングすることによって前記第１部材を露出する第１穴部を前記構造体に形成し、前記第２開口を介して前記構造体をエッチングすることによって前記第２部材を露出する第２穴部を前記構造体に形成するエッチング工程と、を有し、前記エッチング工程では、前記第１穴部と前記第２穴部を並行して形成し、前記第２穴部が前記第２部材を露出したことに基づいて、前記構造体のエッチングを終了することを特徴とする製造方法を提供する。
本発明の別の側面は、光電変換部を含む有効画素領域および非有効画素領域を有する基板を備える固体撮像装置であって、前記有効画素領域の上に、前記光電変換部の受光面に沿った第１平面内において第１絶縁膜で囲まれた第１埋設部材と、前記光電変換部の受光面に沿った第２平面内において前記第１絶縁膜の上の第２絶縁膜で囲まれた第２埋設部材と、が設けられており、前記非有効画素領域の上に、前記第２平面内において前記第２絶縁膜で囲まれた第３埋設部材が設けられており、第１平面内において前記第３埋設部材と前記基板との間に前記第１絶縁膜が位置していることを特徴とする固体撮像装置を提供する。

上記手段により、部材の上に、当該部材へのダメージを抑制して精度よく穴部を形成することができる技術が提供される。

一部の実施形態の固体撮像装置の構成を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する図。 一部の実施形態の固体撮像装置の構成を説明する図。

添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について以下に説明する。様々な実施形態を通じて同様の要素には同一の参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。

図１を参照して、一部の実施形態に係る固体撮像装置１００の構成例を説明する。図１は固体撮像装置１００の一部に着目した断面模式図である。本実施形態に係る固体撮像装置１００は図１に示す構成要素を有する。半導体基板１０１は、有効画素領域１０１ａと、非有効画素領域１０１ｂとを含む。有効画素領域１０１ａは、固体撮像装置１００への入射光に応じた信号を生成する複数の画素が２次元アレイに配された領域である。非有効画素領域１０１ｂは半導体基板１０１のうち有効画素領域１０１ａ以外の領域である。非有効画素領域１０１ｂは、例えば画素を駆動するための駆動回路や画素から信号を読み出すための読み出し回路が配された周辺回路領域を含みうる。非有効画素領域１０１ｂは、オプティカルブラック画素やダミー画素が配された無効画素領域を含みうる。固体撮像装置１００の各画素は半導体基板１０１に形成された光電変換部１０２と、光電変換部１０２に隣接するように形成された転送トランジスタ（不図示）とを有する。半導体基板１０１は既存の構成であってもよいので、これ以上の説明を省略する。

固体撮像装置１００は、有効画素領域１０１ａと非有効画素領域１０１ｂとの両方において、半導体基板１０１の上に、半導体基板１０１から近い順に複数の絶縁層１０３〜１１０を有する。ここで、複数の絶縁層を、絶縁層１０３〜１０７を含む複層膜である絶縁膜１２１と、絶縁層１０８〜１１０を含む複層膜である絶縁膜１２２と、に分けて説明する。絶縁層１０３、１０５、１０７、１０８、１１０は例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）で形成され、絶縁層１０４、１０６、１０９は例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）で形成される。絶縁層１０５には配線層を構成する導電パターン１２３が形成されている。導電パターン１２３は例えば銅で形成される。固体撮像装置１００は、導電パターン１２３と絶縁層１０５との間にバリアメタル層（不図示）を有してもよい。導電パターン１２３の上面は絶縁層１０６で覆われており、銅原子の拡散が防止される。固体撮像装置は絶縁層１０８にも同様の導電パターンを有する。

固体撮像装置１００は、半導体基板１０１の上に形成された絶縁層の積層構造に囲まれ、光電変換部１０２の上に設けられた埋設部１１１を有する。埋設部１１１は絶縁層１０４〜１１０を貫通し、絶縁層１０３の途中に底面を有する。埋設部１１１の側面のうちの下側の部分と埋設部１１１の底面とは絶縁層１１２で覆われている。絶縁層１１２は例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成される。埋設部１１１のうちの下側の部分には第１埋設部材１１３が設けられている。第１埋設部材１１３は光電変換部１０２の受光面Ｐ０に沿った第１平面Ｐ１内において絶縁膜１２１で囲まれている。例えば、第１埋設部材１１３は絶縁膜１２１の絶縁層１０５で囲まれている。第１埋設部材１１３の側面及び底面は絶縁層１１２で覆われている。第１埋設部材１１３は例えば窒化シリコンで形成される。埋設部１１１の側面のうちの上側の部分と、絶縁層１１２の上面と、第１埋設部材１１３の上面とは絶縁層１１４で覆われている。絶縁層１１４は例えば窒化シリコンで形成される。埋設部１１１のうちの上側の部分に第２埋設部材１１５が設けられている。第２埋設部材１１５は光電変換部１０２の受光面Ｐ０に沿った第２平面Ｐ２内において絶縁膜１２２で囲まれている。例えば、第２埋設部材１１５は絶縁膜１２２の絶縁層１０８で囲まれている。第２埋設部材１１５の側面及び底面は絶縁層１１４で覆われている。本例の第２埋設部材１１５はカラーフィルタである。固体撮像装置１００は複数の色用のカラーフィルタとしての第２埋設部材１１５を有してもよく、例えば複数の画素の第２埋設部材１１５はベイヤ配列のカラーフィルタアレイを構成してもよい。固体撮像装置１００では、光電変換部１０２の上に、第１埋設部材１１３と第２埋設部材１１５とが積層されている。

半導体基板１０１の上に形成された絶縁層の積層構造は、半導体基板１０１の非有効画素領域１０１ｂの上に埋設部１１６を有する。埋設部１１６は絶縁層１０７〜１１０を貫通する。絶縁層１０６の上面が埋設部１１６の底面を構成する。埋設部１１６の側面及び底面は上述の絶縁層１１４で覆われている。埋設部１１６には第３埋設部材１１７が埋め込まれている。第３埋設部材１１７は光電変換部１０２の受光面Ｐ０に沿った第２平面Ｐ２内において絶縁膜１２２で囲まれている。例えば、第３埋設部材１１７はこの平面内において絶縁膜１２２の絶縁層１０８で囲まれている。第３埋設部材１１７の側面及び底面は絶縁層１１４で覆われている。絶縁層１１４は、絶縁層１１０のうち、埋設部１１１、１１６が形成されてない部分も覆う。有効画素領域１０１ａとは異なり、第１平面Ｐ１内において第３埋設部材１１７と半導体基板１０１との間には絶縁膜１２１が位置している。例えば、絶縁層１０５が第３埋設部材１１７の下に位置している。埋設部１１６は、半導体基板１０１の非有効画素領域１０１ｂのうち、遮光画素（オプティカルブラック画素）が形成されていない部分、例えば周辺回路領域の上に形成されてもよい。この場合に、第３埋設部材１１７を透過した光は光電変換部１０２に到達しないので、第３埋設部材１１７はどの色用のものであってもよい。また、埋設部１１６が遮光画素の光電変換部の上に形成される場合に、光電変換部を遮光するための遮光体を第３埋設部材１１７として埋設部１１６に配置してもよい。

固体撮像装置１００は、絶縁層１１４及び第２埋設部材１１５の上に平坦化層１１８を有し、平坦化層１１８の上にレンズ層１１９を有する。レンズ層１１９のうち光電変換部１０２の上にある部分はオンチップレンズとして機能する形状を有する。

続いて、図２、図３を参照して、固体撮像装置１００の製造方法例を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、光電変換部１０２を成すフォトダイオードや読み出し用のトランジスタ等の半導体素子を備える半導体基板１０１を準備する。半導体素子を備える半導体基板１０１は既存の方法で形成してもよいので、その詳細な説明を省略する。続いて、半導体基板１０１の上に、例えばＣＶＤ法等を用いて、絶縁層１０３〜１０７をこの順に成膜することで、絶縁膜１２１を形成する。ここでは絶縁膜１２１は絶縁層１０３〜１０７を含む複層膜であるが、単層膜であってもよい。絶縁層１０３〜１０７を含む絶縁膜１２１は半導体基板１０１の有効画素領域１０１ａと非有効画素領域１０１ｂとの両方の上に形成される。絶縁層１０３、１０５、１０７は例えば酸化シリコンで形成される。絶縁層１０４、１０６は例えば炭化シリコンで形成される。絶縁層１０５を形成した後、絶縁層１０６を形成する前に、導電パターン１２３を形成する。銅からなる導電パターン１２３はダマシン法などの既存の方法で形成してもよいので、その詳細な説明を省略する。なお、絶縁層１０３には、導電パターン１２３と半導体基板１０１に形成された電極とを接続するためのプラグ（不図示）が形成される。上述の工程により、図２（ａ）に示す構造体が形成される。

続いて、図２（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法により、絶縁膜１２１の上（絶縁層１０７の上）にレジストパターン２０１を形成する。レジストパターン２０１は、光電変換部の上に開口２０１ａを有する。続いて、レジストパターン２０１をマスクとして用いて、半導体基板１０１の上に形成された構造体をエッチングして、穴部２０２を形成する。このエッチングは、穴部２０２が絶縁層１０３の途中に到達するまで行う。エッチング法として例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを用いる。絶縁層１０３、１０５、１０７と絶縁層１０４、１０６とは材料が異なるので、エッチングの途中でガスの種類を切り替えるとよい。上述の工程により、図２（ｂ）に示す構造体が形成される。

続いて、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン２０１を除去した後、例えばＣＶＤ法を用いて絶縁層２１２及び絶縁層２１３を順に成膜する。絶縁層２１２及び絶縁層２１３は例えば窒化シリコンで形成される。上述の工程により、図２（ｃ）に示す構造体が形成される。

続いて、図２（ｄ）に示すように、例えばＣＭＰを用いて絶縁層２１３及び絶縁層２１２を絶縁層１０７の上面が露出するまで研磨する。これにより、絶縁層２１３及び絶縁層２１２のうち絶縁層１０７の上にある部分が除去される。絶縁層２１３及び絶縁層２１２のうちの穴部２０２に入り込んだ部分は除去されずに残る。このようにして、絶縁層２１２のうちの穴部２０２に残った部分が絶縁層１１２となり、絶縁層２１３のうちの穴部２０２に残った部分が第１埋設部材１１３となる。上述の工程により、図２（ｄ）に示す構造体が形成される。

続いて、図３（ａ）に示すように、図２（ｄ）に示す構造体の上に、例えばＣＶＤ法等を用いて、絶縁層１０８〜１１０をこの順に成膜することで、絶縁膜１２２を形成する。ここでは絶縁膜１２２は絶縁層１０８〜１１０を含む複層膜であるが、単層膜であってもよい。絶縁層１０８、１１０は例えば酸化シリコンで形成される。絶縁層１０９は例えば炭化シリコンで形成される。絶縁層１０８〜１１０を含む絶縁膜１２２は半導体基板１０１の有効画素領域１０１ａと非有効画素領域１０１ｂとの両方の上に形成される。絶縁層１０８には配線層を構成する導電パターン１２４も形成される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、例えばフォトリソグラフィ法により、絶縁膜１２２の上（絶縁層１１０の上）にレジストパターン３０１を形成する。レジストパターン３０１は、光電変換部の上に開口３０１ａを有し、非有効画素領域１０１ｂの上に開口３０１ｂを有する。続いて、レジストパターン３０１をマスクとして用いて、半導体基板１０１の上に形成された構造体をエッチングして、穴部３０２、３０３を形成する。穴部３０２の形成のためのエッチングと穴部３０３の形成のためのエッチングは並行して行われる。また、このエッチングは、穴部３０３が少なくとも絶縁膜１２１を露出するように行われる。本例では、絶縁膜１２１の最上層である絶縁層１０６の上面に到達するまで行う。エッチング法として例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いる。絶縁層１０３、１０５、１０７と絶縁層１０４、１０６とは材料が異なるので、エッチングの途中でガスの種類を切り替えるとよい。

ここで、穴部３０２、３０３を形成するためのエッチング処理について詳細に説明する。まず、絶縁層１０８〜１１０のエッチングでは、開口３０１ａの下にある部分と開口３０１ｂの下にある部分とは同じ積層構造を有するので、同様にエッチングが進む。穴部３０２と穴部３０３とでエッチングレートを一致させるために、開口３０１ａと開口３０１ｂとを同じ形状・寸法にしてもよい。絶縁層１０８〜１１０をエッチングすると、開口３０１ａの下において第１埋設部材１１３の上面が露出するとともに、開口３０１ｂの下において絶縁層１０７の上面が露出する。続いて、絶縁層１０７のうち開口３０１ｂの下にある部分を除去するためのエッチングを行う。絶縁層１０７は酸化シリコンで形成されているので、このエッチングでは例えばフルオロカーボン系のエッチングガスをエッチング剤として用いる。その際、エッチング反応により被エッチング層の酸化シリコンとフルオロカーボン系のエッチングガスとが反応することにより、エッチング中にＣＯを成分として含むガスが発生する。絶縁層１０６は炭化シリコンで形成されているので、絶縁層１０７のエッチングが終了し、穴部３０３が絶縁層１０６に到達すると、ＣＯが発生しなくなる。そこで、ドライエッチング装置を用いてＣＯによるプラズマの発光スペクトル（例えば、４８３ｎｍ）の光の発光強度をモニタリングすることによって、絶縁層１０７のエッチングが終了し、穴部３０３が絶縁層１０６に到達したことを検出できる。具体的には、ＣＯのプラズマによる発光スペクトルの光の発光強度が低下した場合に穴部３０３が絶縁層１０６に到達し、絶縁層１０６が露出したことを検出できる。このほか、エッチングガスが絶縁層１０７の下層の絶縁層１０６と反応しうる場合には、絶縁層１０７の材料（炭化シリコンなど）と反応する際に生じるガスによるプラズマの発光スペクトルの発光強度をモニタリングすることもできる。その場合には、発光強度が上昇した場合に、穴部３０３が絶縁層１０６に到達し、絶縁層１０６が露出したことを検出できる。このように、絶縁層１０６や絶縁層１０７はエッチングの終了を検出するための部材として機能する。

図３（ｂ）に示すように、絶縁層１０７をエッチングする際に、絶縁層１１２の上面及び第１埋設部材１１３の上面もエッチングされてもよい。しかし、本実施形態では、穴部３０３が絶縁層１０６を露出したことに基づいてエッチングを停止するので、絶縁層１１２の上面及び第１埋設部材１１３の上面のエッチング量を制御することができる。一例では、穴部３０３が絶縁層１０６に到達したことを検出した直後にエッチングを停止する。これにより、絶縁層１１２及び第１埋設部材１１３を過剰にエッチングすることを抑制でき、第１埋設部材１１３を精度よく形成できる。精度をさらに向上するために、絶縁層１０７と絶縁層１０６との選択比が、絶縁層１０７と第１埋設部材１１３の選択比よりも大きくなるように各絶縁層の材料を選択してもよい。

また、図１〜図３の実施形態では、穴部３０２及び穴部３０３を形成するためのエッチングを行う前の状態（図３（ａ））において、第１埋設部材１１３の上面の半導体基板１０１からの高さが、絶縁層１０６の上面の半導体基板１０１からの高さよりも高い。そのため、図３（ｂ）のエッチングによって、第１埋設部材１１３の上部にある絶縁層１０８〜１１０を確実に除去できる。上述の工程により、図３（ｂ）に示す構造体が形成される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン３０１を除去した後、例えばＣＶＤ法を用いて絶縁層１１４を成膜する。絶縁層１１４は例えば窒化シリコンで形成される。絶縁層１１４はパッシベーション膜として機能する。その後、穴部３０２にカラーフィルタからなる第２埋設部材１１５を埋め込み、穴部３０３にカラーフィルタからなる第３埋設部材１１７を埋め込む。上述の工程により、図３（ｃ）に示す構造体が形成される。その後、平坦化層１１８及びレンズ層１１９を形成することによって、図１の固体撮像装置１００が形成される。穴部３０３には第３埋設部材１１７を埋め込まなくてもよいが、穴部３０３にも第３埋設部材１１７を埋め込むことによって、穴部３０３の形成によって生じた凹凸を軽減でき、平坦化層１１８やレンズ層１１９の形成が容易になる。図２（ｂ）の穴部２０２に設けられた第１埋設部材１１３と図３（ｂ）の穴部３０２に設けられた第２埋設部材１１５とを合わせたものが図１の埋設部１１１に対応し、図３（ｂ）の穴部３０３に設けられた第３埋設部材１１７が図１の埋設部１１６に対応する。

固体撮像装置１００では、埋設部１１１は、上面の面積よりも底面の面積が小さくなるようなテーパーを有している。さらに、埋設部１１１の下側に形成された絶縁層１１２及び第１埋設部材１１３は何れもＳｉＮであり、周囲の絶縁層よりも高い屈折率を有する。そのため、絶縁層１１２及び第１埋設部材１１３は光導波路として機能する。第１埋設部材１１３が光導波路として機能する場合に、第１埋設部材１１３の形成精度が固体撮像装置１００で得られる画質に影響する。本実施形態では、第１埋設部材１１３を精度よく形成できるので、固体撮像装置１００で得られる画質の低下を抑制できる。

上述の実施形態では埋設部１１１の下側に第１埋設部材１１３としてＳｉＮを埋め込んだが、他の実施形態ではＳｉＮの代わりに無機部材、有機部材又は金属部材を埋め込んでもよい。第１埋設部材１１３として金属部材を埋め込む場合に、この金属部材が配線層の一部を構成してもよい。

上述の実施形態では埋設部１１１の上側にカラーフィルタからなる第２埋設部材１１５を埋め込んだが、他の実施形態では第２埋設部材１１５としてカラーフィルタの代わりに無色透明な無機材料や有機材料を埋め込んでもよい。また、穴部３０２に何も埋め込まなくてもよい。また、第１埋設部材１１３や第２埋設部材１１５として、透光材料ではなく金属などの遮光材料を用いて、透光部ではなく遮光部としての埋設部を形成してもよい。その場合、遮光部としての埋設部は光電変換部の上ではなく、光電変換部と光電変換部の間の部分に設けられる。このような遮光部としての埋設部は固体撮像装置１００における迷光の発生を抑制することができる。また、第１埋設部材１１３や第２埋設部材１１５に金属などの導電材料を用いる場合に、この導電材料が配線の一部を構成してもよい。また、埋設部１１１の上側に第２埋設部材１１５以外の部材が埋め込まれる場合に、固体撮像装置はこの部材とマイクロレンズとの間に第２埋設部材１１５を有してもよい。

続いて、図４を参照して、他の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。この方法で製造される固体撮像装置の構成は図１の固体撮像装置１００と同様である。まず、図２（ａ）で説明した工程と同様にして、半導体基板１０１の上に絶縁層１０３〜１０６を含む絶縁膜１２１を形成する。これにより、図４（ａ）に示す構造体が形成される。

続いて、図２（ｂ）〜図２（ｄ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１０３〜１０６のうち光電変換部１０２の上の部分に穴部を形成し、この穴部に絶縁層１１２及び第１埋設部材１１３を形成する。これにより、図４（ｂ）に示す構造体が形成される。

続いて、図３（ａ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１０７〜１１０を形成する。これにより、図４（ｃ）に示す構造体が形成される。図２〜図３の製造方法では絶縁層１０７が絶縁層１１２、第１埋設部材１１３よりも前に形成されるのに対して、図４の製造方法では絶縁層１０７が絶縁層１１２、第１埋設部材１１３よりも後に形成される。その結果、図２〜図３の製造方法では図３（ａ）の段階で第１埋設部材１１３の上面が絶縁層１０６の上面よりも高い位置にあるのに対して、図４の製造方法では第１埋設部材１１３の上面と絶縁層１０６の上面とが同じ高さにある。ここで、面の高さは半導体基板１０１の上面（図１における受光面Ｐ０）を基準としている。以降の説明についても同様である。

続いて、図３（ｂ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１１０の上にレジストパターン３０１を形成し、レジストパターン３０１をマスクとして用いてエッチングを行い、穴部３０２及び穴部３０３を形成する。これにより、図４（ｃ）に示す構造体が形成される。図４の製造方法でも、穴部３０３が絶縁層１０６に到達したことを検出する。本実施形態では、第１埋設部材１１３の上面と絶縁層１０６の上面とが同じ高さにあるので、穴部３０３が絶縁層１０６に到達したことが検出された時点でエッチングを停止してもよい。これにより、穴部３０２の底面が第１埋設部材１１３の上面にちょうど一致する。また、エッチングのばらつきを考慮して、穴部３０３が絶縁層１０６に到達したことが検出された後、事前に決定された時間だけエッチングを継続してもよい。これにより、絶縁層１０７のうち第１埋設部材１１３の上にある部分を確実に除去できる。その後、図３（ｃ）で説明した工程以降と同様にして、固体撮像装置が完成する。

続いて、図５を参照して、他の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。この方法で製造される固体撮像装置の構成は図１の固体撮像装置１００と同様である。まず、図２（ａ）で説明した工程と同様にして、半導体基板１０１の上に絶縁層１０３〜１０５を形成する。これにより、図５（ａ）に示す構造体が形成される。

続いて、図２（ｂ）〜図２（ｄ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１０３〜１０５のうち光電変換部１０２の上の部分に穴部を形成し、この穴部に絶縁層１１２及び第１埋設部材１１３を形成する。これにより、図５（ｂ）に示す構造体が形成される。

続いて、絶縁層を形成した後に、この絶縁層をパターニングして絶縁層５０１を形成する。さらに、絶縁層５０１の上に絶縁層５０２を形成した後、図３（ａ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１０７〜１１０を形成する。これにより、図５（ｃ）に示す構造体が形成される。絶縁層５０１は例えば酸化シリコンで形成される。絶縁層５０２は例えば炭化シリコンで形成される。絶縁層５０２は非有効画素領域１０１ｂの上に形成され、有効画素領域１０１ａの上では、光電変換部１０２の上には位置せずに、光電変換部１０２以外の部分の上に位置する。有効画素領域１０１ａの上に位置する絶縁層５０１は銅の拡散防止層として機能し得る。

続いて、図３（ｂ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１１０の上にレジストパターン３０１を形成し、レジストパターン３０１をマスクとして用いてエッチングを行い、穴部３０２、３０３を形成する。これにより、図５（ｃ）に示す構造体が形成される。図５の製造方法では、穴部３０３が絶縁層５０１に到達したことを検出する。本実施形態では、第１埋設部材１１３の上面が絶縁層５０１の上面よりも低いので、穴部３０３が絶縁層５０１に到達したことが検出された時点では、穴部３０２は第１埋設部材１１３の上面に到達していない。そこで、事前に決定された時間だけエッチングを継続して、第１埋設部材１１３の上面を露出する。その後、図３（ｃ）で説明した工程以降と同様にして、固体撮像装置が完成する。このように、絶縁層５０１はエッチングの終了を検出するための部材として機能する。

続いて、図６（ａ）を参照して、他の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。この方法で製造される固体撮像装置の構成は図１の固体撮像装置１００と同様であるが、絶縁層１１２を有していない点で異なる。まず、図２（ａ）〜図３（ａ）の工程と同様にして、図３（ａ）に示す構造体と同様のものを形成する。本実施形態では、絶縁層１１２が形成されず、第１埋設部材６０１が絶縁膜１２１に接している。続いて、図３（ｂ）で説明した工程と同様にして、絶縁層１１０の上にレジストパターン３０１を形成し、レジストパターン３０１をマスクとして用いてエッチングを行い、穴部３０２、３０３を形成する。穴部３０３が絶縁層１０６に到達した時点でエッチングを終了してもよいし、その後さらに、事前に決定された時間だけエッチングを継続してもよい。第１埋設部材６０１の上面がエッチングされる可能性があるが、その量は絶縁層１０６が露出したタイミングに基づいて制御できるため、第１埋設部材６０１の形状の変化が抑制される。その後、図３（ｃ）で説明した工程以降と同様にして、固体撮像装置が完成する。

続いて、図６（ｂ）を参照して、他の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。この製造方法は図６（ａ）の製造方法と同様であるが、第１埋設部材６０１の配置形態が異なる。第１埋設部材６０１は隣の画素の上にある第１埋設部材６０１と連結部６０２を介して繋がっており、Ｔ字型を有する。

続いて、図７を参照して、他の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図７（ａ）に示す固体撮像装置は、第１埋設部材１１３の形成方法が異なる点で固体撮像装置１００と異なる。まず、絶縁膜１２１の内の絶縁層１０３を形成する。絶縁層１０３の上に、第１埋設部材１１３の材料層を形成する。材料層は例えば窒化シリコンからなる。材料層の光電変換部１０２の上に位置する部分を残すように材料層をエッチングして、第１埋設部材１１３を形成する。この時点で第１埋設部材１１３は埋設されていない。この後、第１埋設部材１１３の側面と上面を覆って絶縁膜１２１の内の絶縁層１０５を形成する。絶縁層１０５を平坦化して第１埋設部材１１３の上面を露出させる。平坦化された絶縁層１０５にダマシン法などで導電パターン１２３、１２５を形成する。次に、絶縁層１０５および第１埋設部材１１３の上に、絶縁層１０６〜１１０、７０３を含む絶縁膜１２２を形成する。絶縁層７０３を窒化シリコン層や炭化シリコン層とすることで、銅からなる導電パターン１２３、１２５の拡散防止層として利用できる。このように第１埋設部材１１３は、穴部への埋め込みとは異なった方法で形成することができる。これにより、例えば第１埋設部材１１３は上面の面積よりも底面の面積が大きくなるようなテーパーを有しているように形成することもできる。また、光電変換部１０２へのダメージが抑制される。非有効画素領域１０１ｂに形成される穴部３０３は絶縁層１０５と導電パターン１２５を露出するように形成される。そして、絶縁層１０５と導電パターン１２５が露出したタイミングに基づきエッチングを終了することができる。絶縁層１０５と導電パターン１２５の露出の検出は、例えば次のように行うことができる。絶縁層１０５の露出については、上述したように絶縁層１０５あるいは絶縁層７０３がエッチングに曝された際に発生するガスによるプラズマの発光強度の変化であってもよい。あるいは、レーザー等の光を導電パターン１２５に向けて照射し、導電パターン１２５の露出により光の反射が変化することによってエッチングが終わったことを検出してもよい。このように、絶縁層１０５や絶縁層７０３、導電パターン１２５はエッチングの終了を検出するための部材として機能する。

図７（ｂ）に示す固体撮像装置は、第３埋設部材１１７の代わりに遮光部材７０２を有する点で固体撮像装置１００と異なる。遮光部材７０２は非有効画素領域１０１ｂの上に開口に埋め込まれるだけでなく、非有効画素領域１０１ｂ全体の上に形成されてもよい。遮光部材７０２は光電変換部１０２の上に形成されない。このような固体撮像装置も図２及び図３と同様の工程によって製造できる。

以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、この固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に有する装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末等）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、固体撮像装置からで得られた信号に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。このデジタルデータを生成するためのＡ／Ｄ変換器を、固体撮像装置の半導体基板に設けてもよいし、別の半導体基板に設けてもよい。

Claims (17)

1. 固体撮像装置の製造方法であって、
   有効画素領域および非有効画素領域を有する基板の上に、前記有効画素領域の上に位置する第１部材と、前記非有効画素領域の上に位置する第２部材と、前記第１部材および前記第２部材を覆う第３部材とを含む構造体を形成する第１形成工程と、
   前記第１部材の上に位置する第１開口と、前記第２部材の上に位置する第２開口とを有するマスクを前記第３部材の上に形成する第２形成工程と、
   前記第１開口を介して前記構造体をエッチングすることによって前記第１部材を露出する第１穴部を前記構造体に形成し、前記第２開口を介して前記構造体をエッチングすることによって前記第２部材を露出する第２穴部を前記構造体に形成するエッチング工程と、を有し、
   前記エッチング工程では、前記第１穴部と前記第２穴部を並行して形成し、前記第２穴部が前記第２部材を露出したことに基づいて、前記構造体のエッチングを終了することを特徴とする製造方法。
2. 前記第１部材は前記有効画素領域の光電変換部の上に位置することを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記第１部材は光導波路として機能することを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第１部材と前記第２部材とは異なる材料で形成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の製造方法。
5. 前記第１形成工程は、
   前記基板の上に第１絶縁膜を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜のうちの前記有効画素領域の上にある部分に穴部を形成する工程と、
   前記第１絶縁膜の前記穴部に前記第１部材を埋め込む工程と、
   前記第１部材を埋め込んだ後に前記第１絶縁膜の上に第２絶縁膜を形成する工程と、を含み、
   前記第２部材は、前記第１絶縁膜を構成する絶縁層、または前記第２絶縁膜を構成する絶縁層であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の製造方法。
6. 前記第１部材の上面の前記基板からの高さが、前記第２部材の上面の前記基板からの高さよりも高いことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法。
7. 前記第１部材の上面の前記基板からの高さと、前記第２部材の上面の前記基板からの高さとが互いに等しいことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法。
8. 前記第１部材の上面の前記基板からの高さが、前記第２部材の上面の前記基板からの高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の製造方法。
9. 前記エッチング工程では、前記第２穴部が前記第２部材を露出したことを検出した後、事前に決定された時間だけエッチングを継続することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の製造方法。
10. 前記第１開口の径と前記第２開口の径とは互いに等しいことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の製造方法。
11. 前記第１穴部に第１部材とは異なる材料を埋め込む工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の製造方法。
12. 前記第２穴部に遮光部材を埋め込む工程を更に有することを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の製造方法。
13. 前記エッチング工程において、前記第２部材の上にある膜のエッチング中に発生するガスの成分と、前記第２部材がエッチングに曝されることで発生するガスの成分との違いに基づいて前記第２穴部が前記第２部材を露出したこと検出することを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の製造方法。
14. 光電変換部を含む有効画素領域および非有効画素領域を有する基板を備える固体撮像装置であって、
    前記有効画素領域の上に、前記光電変換部の受光面に沿った第１平面内において第１絶縁膜で囲まれた第１埋設部材と、前記光電変換部の受光面に沿った第２平面内において前記第１絶縁膜の上の第２絶縁膜で囲まれた第２埋設部材と、が設けられており、
    前記非有効画素領域の上に、前記第２平面内において前記第２絶縁膜で囲まれた第３埋設部材が設けられており、第１平面内において前記第３埋設部材と前記基板との間に前記第１絶縁膜が位置していることを特徴とする固体撮像装置。
15. 前記第１埋設部材は前記光電変換部の上に位置し、前記第１絶縁膜よりも高い屈折率を有することを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置。
16. 前記第２埋設部材は前記光電変換部の上に位置し、カラーフィルタからなることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の固体撮像装置。
17. 前記第３埋設部材は前記非有効画素領域に設けられた遮光画素の光電変換部の上に位置することを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項に記載の固体撮像装置。