(57)【要約】【課題】平坦化処理の後処理を行っても光導波路を形成する孔の開口端に段差が発生せず、光導波路の性能を低下させない技術の提供すること。【解決手段】本発明は、基板１０に形成される受光部１１と、受光部１１の上方に設けられる第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０と、受光部１１の位置に対応してＰＭＤ層２０に設けられる孔と、ＰＭＤ層２０より大きい屈折率の材料から成り、孔の底部から開口端まで２つの異なる材料が埋め込まれることで２層構造を構成し、ＰＭＤ層２０の表面と同一平面で平坦化されている光導波路３０とを有する固体撮像装置１およびこの固体撮像装置１を用いた電子機器である。【選択図】図１
2010153414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成される受光部と、
前記受光部の上方に設けられる第１の絶縁膜と、
前記受光部の位置に対応して前記第１の絶縁膜に設けられる孔と、
前記第１の絶縁膜より大きい屈折率の材料から成り、前記孔の底部から開口端まで２つの異なる材料の埋め込みにより２層構造が構成され、前記第１の絶縁膜の表面と同一平面で平坦化されている光導波路と
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記光導波路は、前記孔の底部側に埋め込まれる第２の絶縁膜と、開口端側に埋め込まれる第３の絶縁膜とを有し、
前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜に比べて前記孔への埋め込み性が低い材料である
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第３の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜とエッチングレートが同等である
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光導波路は、前記孔の底部側に埋め込まれるＳｉＯＮ膜と、開口端側に埋め込まれるＳｉＮとを有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記光導波路は、前記孔の底部側に埋め込まれるＳｉＯＮ膜と、開口端側に埋め込まれるＨｆＯ2とを有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
基板に受光部および前記受光部に隣接して転送ゲートならびにサイドウォールを介してトランジスタを形成する工程と、
前記受光部の上方に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記受光部の位置に対応して前記第１の絶縁膜に孔を設ける工程と、
前記第１の絶縁膜より大きい屈折率から成る第２の絶縁膜によって前記孔を埋め込むとともに、前記孔以外の部分で前記第１の絶縁膜の表面が露出するよう平坦化する工程と、
前記第１の絶縁膜の表面の平坦化によって前記孔に埋め込まれた前記第２の絶縁膜が過剰にエッチングされることで生じた凹部に前記第１の絶縁膜より屈折率が大きく、前記第２の絶縁膜より前記孔への埋め込み性が低い第３の絶縁膜を埋め込む工程と、
前記孔以外の部分で前記第１の絶縁膜の表面が露出するよう平坦化して、前記第１の絶縁膜の表面と前記孔の部分で露出する前記第３の絶縁膜の表面とが同一平面となるよう平坦化する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記トランジスタの形成後、前記サイドウォールを除去し、前記受光部の位置に対応して前記サイドウォールが除去された部分まで前記孔を設ける
請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
受光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力された電気信号を処理する信号処理装置とを有し、
前記固体撮像装置が、
基板に形成される受光部と、
前記受光部の上方に設けられる第１の絶縁膜と、
前記受光部の位置に対応して前記第１の絶縁膜に設けられる孔と、
前記第１の絶縁膜より大きい屈折率の材料から成り、前記孔の底部から開口端まで２つの異なる材料の埋め込みにより２層構造が構成され、前記第１の絶縁膜の表面と同一平面で平坦化されている光導波路とを有する
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器に関する。詳しくは、集光感度向上を図る固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＩＳ（CMOS Image Sensor）型固体撮像装置は、昨今、携帯電話・デジタルカメラ・カムコーダ等の電子機器に搭載されており、コスト削減による小型化や多画素化が進んでいる。固体撮像装置では、画素の微細化が進むにつれて、Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ(以下「ＰＤ」もしくは「光電変換素子」と言う。）の受光部面積が減少し、入射光量が減少することで、画素感度特性が低下する。
【０００３】
現在のＣＩＳ型固体撮像構造では、光の反射を利用して集光を行う、光導波路構造を配線層内に形成している（例えば、特許文献１参照）。光導波路構造は、ＰＤ上のＳｉＯ2絶縁層に井戸状の掘り込み加工を行った後、その井戸状の掘りこみ部分に対し、ＳｉＯ2絶縁層よりも高屈折率な材料を埋め込む工程を有する。
【０００４】
ここで、微細画素の感度を向上させるため、ＣＩＳ型の固体撮像素子では、シリコン基板上から配線までの間のＰＭＤ（Pre Metal Dielectric)領域内にも光導波路構造が必要となる。その際、ＰＭＤ層を構成するＳｉＯ2絶縁層は屈折率１．５程度であるのに対し、１．７５程度と高屈折率なＨＤＰ（high density plasma）−ＳｉＯＮ膜を光導波路材料として用いている。これにより、高アスペクト（１．５程度）な埋め込み性を確保できる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９３５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜はウェットエッチングのレートがＰＭＤ酸化膜より１０倍程度速いため、平坦化処理の後処理（平坦化装置の部材からのメタルコンタミネーションやスラリ除去のために行う希フッ酸処理）にて、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ埋め込み膜の上層が後退し、孔の開口端に段差が発生するという問題が生じる。
【０００７】
このように孔の開口端に段差が発生すると、その後の工程で金属配線を形成する際、段差に金属材料が残ってしまい、光導波路の性能を低下させることになる。
【０００８】
本発明は、平坦化処理の後処理を行っても孔の開口端に段差が発生せず、光導波路の性能を低下させない技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基板に形成される受光部と、受光部の上方に設けられる第１の絶縁膜と、受光部の位置に対応して第１の絶縁膜に設けられる孔と、第１の絶縁膜より大きい屈折率の材料から成り、孔の底部から開口端まで２つの異なる材料の埋め込みにより２層構造が構成され、第１の絶縁膜の表面と同一平面で平坦化されている光導波路とを有する固体撮像装置およびこの固体撮像装置を用いた電子機器である。
【００１０】
このような本発明では、孔に設けられる光導波路が２層構造となっており、第１の絶縁膜の表面と同一平面で平坦化されていることから、孔に光導波路が埋め込まれている構造であっても孔の開口端に段差が発生しない状態となる。
【００１１】
ここで、光導波路は、孔の底部側に埋め込まれる第２の絶縁膜と、開口端側に埋め込まれる第３の絶縁膜とを有し、第３の絶縁膜が第２の絶縁膜に比べて孔への埋め込み性が低い材料となっている。また、第３の絶縁膜は第１の絶縁膜とエッチングレートが同等なものとなっている。
【００１２】
これにより、孔の開口端側に第３の絶縁膜が埋め込まれ、平坦化のためのエッチングを行った場合、第１の絶縁膜と同等なエッチングレートで第３の絶縁膜がエッチングされ、一様な平面を構成できるようになる。
【００１３】
なお、埋め込み性とは、同一条件で孔に材料を埋め込む際、材料を孔に完全に埋め込むことができる最大のアスペクト比（孔の開口の径と深さとの比）を言う。
【００１４】
また、本発明は、基板に受光部および前記受光部に隣接して転送ゲートならびにサイドウォールを介してトランジスタを形成する工程と、受光部の上方に第１の絶縁膜を形成する工程と、受光部の位置に対応して第１の絶縁膜に孔を設ける工程と、第１の絶縁膜より大きい屈折率から成る第２の絶縁膜によって孔を埋め込むとともに、孔以外の部分で第１の絶縁膜の表面が露出するよう平坦化する工程と、第１の絶縁膜の表面の平坦化によって孔に埋め込まれた第２の絶縁膜が過剰にエッチングされることで生じた凹部に第１の絶縁膜より屈折率が大きく、第２の絶縁膜より孔への埋め込み性が低い第３の絶縁膜を埋め込む工程と、孔以外の部分で第１の絶縁膜の表面が露出するよう平坦化して、第１の絶縁膜の表面と孔の部分で露出する第３の絶縁膜の表面とが同一平面となるよう平坦化する工程とを有する固体撮像装置の製造方法である。
【００１５】
このような本発明では、受光部の位置に対応して第１の絶縁膜に孔を設け、この孔に絶縁膜を埋め込むことで光導波路を構成するにあたり、孔に第２の絶縁膜を埋め込み平坦化を行った際、孔の開口端側に第２の絶縁膜が過剰にエッチングされることで凹部が生じる。この凹部に第３の絶縁膜を埋め込み、平坦化を施すことから、第１の絶縁膜の表面と孔の開口端側に埋め込まれた第３の絶縁膜とを同一平面にすることができる。これにより、孔に光導波路が埋め込まれている構造であっても孔の開口端に段差が発生しない状態となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１の絶縁膜を平坦化した後の処理を行っても、導波路を構成する孔の開口端に段差が発生せず、この孔に設ける導波路の性能低下を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」と言う。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（固体撮像装置の構成および製造方法の例）
２．第２実施形態（固体撮像装置の構成および製造方法の例）
３．適用例（裏面照射型への適用例）
４．電子機器（デジタルスチルカメラへの適用例）
【００１８】
＜１．第１実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する模式断面図である。すなわち、この固体撮像装置１は、主として、基板１０、受光部１１、第１の絶縁膜であるＰＭＤ（Pre Metal Dielectric）層２０および導波路３０を備えた構成となっている。
【００１９】
基板１０は、例えばシリコンから成る半導体基板が用いられ、フォトリソグラフィによって受光部１１が形成されている。また、受光部１１に隣接する状態で転送ゲート１２が形成され、受光部１１で取り込んで得た電気信号が転送ゲート１２から読み出されるようになっている。
【００２０】
転送ゲート１２の両脇にはサイドウォール１３が形成され、これらを覆う状態でエッチングストッパ膜１４が形成されている。エッチングストッパ膜１４は、例えばＳｉＮによって構成される。ＳｉＮによるエッチングストッパ膜１４は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって形成される。
【００２１】
受光部１１の上方となるエッチングストッパ膜１４上には第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０が形成されている。ＰＭＤ層２０は、例えばＣＶＤ法によりＨＤＰ（high density plasma）−ＳｉＯ膜やＳＡ−ＮＳＧ（self align silicided-nondoped silicate glass）膜を成膜後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法にて平坦化されたものである。ＰＭＤ層２０としては、隣接する転送ゲート間で良好な埋め込み性能を持ち、吸湿性の低い酸化膜を選択するのが望ましい。
【００２２】
受光部１１の位置に対応するＰＭＤ層２０には孔が設けられ、この孔内に２層構造の光導波路３０が設けられている。２層構造の光導波路３０は、孔の底部側に埋め込まれる第２の絶縁膜３１と、開口端側に埋め込まれる第３の絶縁膜３２とを有している。第２の絶縁膜３１と第２の絶縁膜３２とは、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より大きな屈折率を有している。これにより、孔の上方から下方の受光部１１まで光を導く光導波路３０が構成される。
【００２３】
ここで、第３の絶縁膜３２は、第２の絶縁膜３１に比べて孔への埋め込み性が低い材料となっている。埋め込み性とは、同一条件で孔に材料を埋め込む際、材料を孔に完全に埋め込むことができる最大のアスペクト比（孔の開口の径と深さとの比）を言う。なお、以下で示す埋め込み性の値は、ＰＭＤ層２０を１とした場合の相対値となっている。
【００２４】
本実施形態では、第２の絶縁膜３１として、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜を用いる。また、第３の絶縁膜３２として、ＳｉＮ膜を用いる。ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜およびＳｉＮ膜は、ともにＰＭＤ層２０より屈折率が大きい。すなわち、ＰＭＤ層２０の屈折率１．４７に対し、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜は１．７５、ＳｉＮ膜は１．９となっている。
【００２５】
また、ＳｉＮ膜は、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜より埋め込み性が低い。例えば、同一条件での埋め込み性を示すアスペクト比が、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜では１．５１であるのに対し、ＳｉＮ膜では０．８以下となっている。
【００２６】
さらに、第３の絶縁膜３２は、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０と同等のエッチングレートを有している。すなわち、ＰＭＤ層２０のＣＭＰ法による平坦化の際、後処理でエッチングを行うが、このエッチングの際、ＰＭＤ層２０と、ＰＭＤ層２０とともに露出する第３の絶縁膜３２とのエッチングレートが同等となり、均一に平坦化されることになる。
【００２７】
ここで、エッチングレートは、ＰＭＤ層２０が４．９〜５．２ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜が４０．３ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、ＳｉＮ膜が５ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）となっている。
【００２８】
なお、上記の例では、第３の絶縁膜３２としてＳｉＮ膜を用いる例を示したが、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より屈折率が大きく、第２の絶縁膜３１より埋め込み性が低く、ＰＭＤ層２０と同等なエッチングレートを有するものであれば、他の材料であっても適用可能である。例えば、ＨｆＯ2膜が挙げられる。ＨｆＯ2膜は、屈折率１．９５、エッチングレート３〜４ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、埋め込み性１．５１未満である。
【００２９】
ＰＭＤ層２０には、基板１０との間のコンタクトが形成されている。コンタクトは、平坦化されたＰＭＤ層２０の上に設けられる配線層４０の配線４１と導通している。配線層４０は必要に応じた層数となっている。本実施形態では、２層の配線層４０が設けられている。配線層４０には各種配線４１が設けられ、コンタクト４２によって配線４１間が導通している。
【００３０】
配線層４０の上にはパッシベーション膜５０を介してカラーフィルタ６０が形成され、受光部１１の位置に対応してカラーフィルタ６０上にオンチップレンズ７０が形成されている。
【００３１】
［固体撮像装置の製造方法］
第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を、図２〜図４の模式断面図に沿って順に説明する。
【００３２】
先ず、図２（ａ）に示すように、基板１０上の所定の領域に入射光を電気信号に変換する受光部１１をフォトリソグラフィによって形成する。また、受光部１１上に図示しない絶縁膜を介して転送ゲート１２を形成する。そして、転送ゲート１２の両側となる基板１０に図示しないＬＤＤ（Lightly Doped Drain）を形成した後、転送ゲート１２の両脇にサイドウォール１３を形成する。その後、サイドウォール１３を介して基板１０に図示しないソース領域、ドレイン領域をイオン注入によって形成し、トランジスタを構成する。
【００３３】
その後、転送ゲート１２、サイドウォール１３および受光部１１を覆うようエッチングストッパ膜１４を形成する。エッチングストッパ膜１４は、例えばＳｉＮ膜から成り、プラズマＣＶＤによって形成される。エッチングストッパ膜１４を形成した後は、全面に第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０を形成する。ＰＭＤ層２０は、例えばＣＶＤ法によりＨＤＰ−ＳｉＯ膜やＳＡ−ＮＳＧ膜を成膜した後、ＣＭＰ法にて表面を平坦化しておく。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＰＭＤ層２０の受光部１１と対応する位置に孔２０ａを形成する。すなわち、ＰＭＤ層２０の表面に、受光部１１の位置に開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介したエッチングにより、受光部１１の上方に孔２０ａを掘り込む。エッチング加工は、例えば異方性のＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いる。なお、この掘り込みが基板１０まで達すると、受光部１１へダメージを与えることになるので、エッチングストッパ膜１４に対して高選択な条件で掘り込みを行い、エッチングストッパ膜１４を残す。
【００３５】
次に、図２（ｃ）に示すように、第２の絶縁膜３１を孔２０ａに埋め込む処理を行う。第２の絶縁膜３１は、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より屈折率が大きく、後述する第３の絶縁膜より埋め込み性の高い材料を用いる。本実施形態では、ＣＶＤ法によりＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜を孔２０ａに埋め込む。この際、孔２０ａの掘り込み高さ以上の膜厚で埋め込みを行う。
【００３６】
埋め込みを行う際、孔２０ａ内に構成される光導波路にボイドがないことが望ましい。したがって、成膜温度は５５０℃以下とする。これは、本実施形態では、光導波路形成後のコンタクト形成にて、バリアメタル形成後（例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ膜構成）にバリア性向上に向け５５０℃のアニールを行っている。このため、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ成膜温度は光導波路形成後の工程での最高温度以下にするのが望ましいからである。
【００３７】
次に、全面に対してＣＭＰ法による平坦化を施す。図３（ａ）に示すように、この平坦化により、ＰＭＤ層２０上の第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜は除去され、孔２０ａ内のみに残る状態となる。また、この平坦化に対する後処理として、平坦化装置の部材からのメタルコンタミネーションやスラリ除去を行う目的で、例えば希フッ酸（Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：１)によるエッチングを施す。このエッチングにおいて、ＰＭＤ層２０よりＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の方がエッチングレートが高いため、孔２０ａの開口端で第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退が発生する。
【００３８】
次に、図３（ｂ）に示すように、ＰＭＤ膜２０と同等のエッチングレートを有する第３の絶縁膜３２を形成する。第３の絶縁膜３２は、ＰＭＤ膜２０よりも屈折率が高い例えばＳｉＮ膜を用いる。ＳｉＮ膜は、ＰＭＤ膜２０と同等のエッチングレートであるが、第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜より埋め込み性が低い。しかし、ここではＣＭＰの後処理で孔２０ａの開口端からＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜が後退した分の窪み（数十ｎｍ）を埋め込むことができればよいため、孔２０ａの掘り込み高さを埋め込む必要のあるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜に比べて埋め込み性は必要とされない。
【００３９】
第３の絶縁膜３２は、孔２０ａの開口端に形成されたＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退による窪み以上の膜厚で形成される。
【００４０】
次に、全面に対してＣＭＰ法による平坦化を施す。図３（ｃ）に示すように、この平坦化により、ＰＭＤ層２０上の第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜は除去され、孔２０ａの開口端に形成されたＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退分の窪みに第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜が埋め込まれた状態となる。
【００４１】
この平坦化に対する後処理として、平坦化装置の部材からのメタルコンタミネーションやスラリ除去を行う目的で、先と同様、例えば希フッ酸（Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：１)によるエッチングを施す。このエッチングにおいて、ＰＭＤ層２０と第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜とはエッチングレートが同等であるため、いずれかが多くエッチングされることによる段差は発生しない。つまり、ＣＭＰに対する後処理を行っても、孔２０ａの開口端の窪みは解消されたままとなる。
【００４２】
その後は、図４（ａ）に示すように、ＰＭＤ層２０にコンタクト２１を形成し、ＰＭＤ層２０の上に配線層４０および配線４１を形成する。また、配線４１の間を必要に応じてコンタクト４２で接続する。
【００４３】
そして、図４（ｂ）に示すように、配線層４０における受光部１１と対応する位置、すなわち、第２の絶縁膜３１および第３の絶縁膜３２が埋め込まれた孔２０ａと対応する位置に掘り込みを形成し、その中に配線層４０の絶縁膜より屈折率の高い絶縁膜を埋め込む。これにより、光導波路３０が構成される。さらに、配線層４０の上にパッシベーション膜５０を形成し、カラーフィルタ６０を形成し、オンチップレンズ７０を形成する。これによって、固体撮像装置１が完成する。
【００４４】
＜２．第２実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図５は、第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する模式断面図である。すなわち、この固体撮像装置１は、主として、基板１０、受光部１１、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０および導波路３０を備えた構成となっている。第１実施形態に係る固体撮像装置との相違は、転送ゲート１２の両脇にサイドウォールが形成されていない点である。これにより、サイドウォールの分、光導波路３０の径を大きくすることができ、受光部１１での受光量を増加させることができる。
【００４５】
基板１０は、例えばシリコンから成る半導体基板が用いられ、フォトリソグラフィによって受光部１１が形成されている。また、受光部１１に隣接する状態で転送ゲート１２が形成され、受光部１１で取り込んで得た電気信号が転送ゲート１２から読み出されるようになっている。
【００４６】
第２実施形態では、転送ゲート１２の両脇にサイドウォール１３（図１参照）が形成されていない。転送ゲート１２の上には、これを覆う状態でエッチングストッパ膜１４が形成されている。エッチングストッパ膜１４は、例えばＳｉＮによって構成される。ＳｉＮによるエッチングストッパ膜１４は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００４７】
受光部１１の上方となるエッチングストッパ膜１４上には第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０が形成されている。ＰＭＤ層２０は、例えばＣＶＤ法によりＨＤＰ−ＳｉＯ膜やＳＡ−ＮＳＧ膜を成膜後、ＣＭＰ法にて平坦化されたものである。ＰＭＤ層２０としては、隣接する転送ゲート間で良好な埋め込み性能を持ち、吸湿性の低い酸化膜を選択するのが望ましい。
【００４８】
受光部１１の位置に対応するＰＭＤ層２０には孔が設けられ、この孔内に２層構造の光導波路３０が設けられている。本実施形態では、転送ゲート１２の脇（特に、受光部１１側）にサイドウォールがないことから、その分、開口の広い孔を形成でき、光導波路３０の径も大きくすることができる。
【００４９】
２層構造の光導波路３０は、孔の底部側に埋め込まれる第２の絶縁膜３１と、開口端側に埋め込まれる第３の絶縁膜３２とを有している。第２の絶縁膜３１と第２の絶縁膜３２とは、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より大きな屈折率を有している。これにより、孔の上方から下方の受光部１１まで光を導く光導波路３０が構成される。
【００５０】
本実施形態では、第２の絶縁膜３１として、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜を用いる。また、第３の絶縁膜３２として、ＳｉＮ膜を用いる。ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜およびＳｉＮ膜は、ともにＰＭＤ層２０より屈折率が大きい。すなわち、ＰＭＤ層２０の屈折率１．４７に対し、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜は１．７５、ＳｉＮ膜は１．９となっている。
【００５１】
また、ＳｉＮ膜は、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜より埋め込み性が低い。例えば、同一条件での埋め込み性を示すアスペクト比が、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜では１．５１であるのに対し、ＳｉＮ膜では０．８となっている。
【００５２】
さらに、第３の絶縁膜３２は、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０と同等のエッチングレートを有している。すなわち、ＰＭＤ層２０のＣＭＰ法による平坦化の際、後処理でエッチングを行うが、このエッチングの際、ＰＭＤ層２０と、ＰＭＤ層２０とともに露出する第３の絶縁膜３２とのエッチングレートが同等となり、均一に平坦化されることになる。
【００５３】
ここで、エッチングレートは、ＰＭＤ層２０が４．９〜５．２ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜が４０．３ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、ＳｉＮ膜が５ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）となっている。
【００５４】
なお、上記の例では、第３の絶縁膜３２としてＳｉＮ膜を用いる例を示したが、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より屈折率が大きく、第２の絶縁膜３１より埋め込み性が低く、ＰＭＤ層２０と同等なエッチングレートを有するものであれば、他の材料であっても適用可能である。例えば、ＨｆＯ2膜が挙げられる。ＨｆＯ2膜は、屈折率１．９５、エッチングレート３〜４ｎｍ／ｍｉｎ（希フッ酸）、埋め込み性１．５１未満である。
【００５５】
ＰＭＤ層２０には、基板１０との間のコンタクトが形成されている。コンタクトは、平坦化されたＰＭＤ層２０の上に設けられる配線層４０の配線４１と導通している。配線層４０は必要に応じた層数となっている。本実施形態では、２層の配線層４０が設けられている。配線層４０には各種配線４１が設けられ、コンタクト４２によって配線４１間が導通している。
【００５６】
配線層４０の上にはパッシベーション膜５０を介してカラーフィルタ６０が形成され、受光部１１の位置に対応してカラーフィルタ６０上にオンチップレンズ７０が形成されている。
【００５７】
［固体撮像装置の製造方法］
第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を、図６〜図９の模式断面図に沿って順に説明する。
【００５８】
先ず、図６（ａ）に示すように、基板１０上の所定の領域に入射光を電気信号に変換する受光部１１をフォトリソグラフィによって形成する。また、受光部１１上に図示しない絶縁膜を介して転送ゲート１２を形成する。そして、転送ゲート１２の両側となる基板１０に図示しないＬＤＤ（Lightly Doped Drain）を形成した後、転送ゲート１２の両脇にサイドウォール１３を形成する。その後、サイドウォール１３を介して基板１０に図示しないソース領域、ドレイン領域をイオン注入によって形成し、トランジスタを構成する。
【００５９】
基板１０にソース領域、ドレイン領域を形成した後は、図６（ｂ）に示すように、転送ゲート１２の両側に形成したサイドウォールを除去する。サイドウォールの除去は、サイドウォールの部分を開口したレジストマスクを介して、ウェットエッチングもしくは等方性のドライエッチングによって行う。サイドウォールがＳｉＮ膜で構成されている場合には、例えば高温のリン酸を用いてエッチングを行う。
【００６０】
そして、図６（ｃ）に示すように、転送ゲート１２上を覆うよう全面にエッチングストッパ膜１４を形成する。エッチングストッパ膜１４は、例えばＳｉＮ膜から成り、プラズマＣＶＤによって形成される。
【００６１】
エッチングストッパ膜１４を形成した後は、図７（ａ）に示すように、全面に第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０を形成する。ＰＭＤ層２０は、例えばＣＶＤ法によりＨＤＰ−ＳｉＯ膜やＳＡ−ＮＳＧ膜を成膜した後、ＣＭＰ法にて表面を平坦化しておく。
【００６２】
次に、図７（ｂ）に示すように、ＰＭＤ層２０の受光部１１と対応する位置に孔２０ａを形成する。すなわち、ＰＭＤ層２０の表面に、受光部１１の位置に開口を有するレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介したエッチングにより、受光部１１の上方に孔２０ａを掘り込む。エッチング加工は、例えば異方性のＲＩＥ法を用いる。なお、この掘り込みが基板１０まで達すると、受光部１１へダメージを与えることになるので、エッチングストッパ膜１４に対して高選択な条件で掘り込みを行い、エッチングストッパ膜１４を残す。本実施形態では、転送ゲート１２の脇（特に、受光部１１側）にサイドウォールがないため、孔２０ａの開口をその分大きくすることが可能となる。
【００６３】
次に、図７（ｃ）に示すように、第２の絶縁膜３１を孔２０ａに埋め込む処理を行う。第２の絶縁膜３１は、第１の絶縁膜であるＰＭＤ層２０より屈折率が大きく、後述する第３の絶縁膜より埋め込み性の高い材料を用いる。本実施形態では、ＣＶＤ法によりＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜を孔２０ａに埋め込む。この際、孔２０ａの掘り込み高さ以上の膜厚で埋め込みを行う。
【００６４】
埋め込みを行う際、孔２０ａ内に構成される光導波路にボイドがないことが望ましい。したがって、成膜温度は５５０℃以下とする。これは、本実施形態では、光導波路形成後のコンタクト形成にて、バリアメタル形成後（例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ膜構成）にバリア性向上に向け５５０℃のアニールを行っている。このため、ＨＤＰ−ＳｉＯＮ成膜温度は光導波路形成後の工程での最高温度以下にするのが望ましいからである。
【００６５】
次に、全面に対してＣＭＰ法による平坦化を施す。図８（ａ）に示すように、この平坦化により、ＰＭＤ層２０上の第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜は除去され、孔２０ａ内のみに残る状態となる。また、この平坦化に対する後処理として、平坦化装置の部材からのメタルコンタミネーションやスラリ除去を行う目的で、例えば希フッ酸（Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：１)によるエッチングを施す。このエッチングにおいて、ＰＭＤ層２０よりＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の方がエッチングレートが高いため、孔２０ａの開口端で第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退が発生する。
【００６６】
次に、図８（ｂ）に示すように、ＰＭＤ膜２０と同等のエッチングレートを有する第３の絶縁膜３２を形成する。第３の絶縁膜３２は、ＰＭＤ膜２０よりも屈折率が高い例えばＳｉＮ膜を用いる。ＳｉＮ膜は、ＰＭＤ膜２０と同等のエッチングレートであるが、第２の絶縁膜３１であるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜より埋め込み性が低い。しかし、ここではＣＭＰの後処理で孔２０ａの開口端からＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜が後退した分の窪み（数十ｎｍ）を埋め込むことができればよいため、孔２０ａの掘り込み高さを埋め込む必要のあるＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜に比べて埋め込み性は必要とされない。
【００６７】
第３の絶縁膜３２は、孔２０ａの開口端に形成されたＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退による窪み以上の膜厚で形成される。
【００６８】
次に、全面に対してＣＭＰ法による平坦化を施す。図８（ｃ）に示すように、この平坦化により、ＰＭＤ層２０上の第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜は除去され、孔２０ａの開口端に形成されたＨＤＰ−ＳｉＯＮ膜の後退分の窪みに第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜が埋め込まれた状態となる。
【００６９】
この平坦化に対する後処理として、平坦化装置の部材からのメタルコンタミネーションやスラリ除去を行う目的で、先と同様、例えば希フッ酸（Ｈ2Ｏ：ＨＦ＝１００：１)によるエッチングを施す。このエッチングにおいて、ＰＭＤ層２０と第３の絶縁膜３２であるＳｉＮ膜とはエッチングレートが同等であるため、いずれかが多くエッチングされることによる段差は発生しない。つまり、ＣＭＰに対する後処理を行っても、孔２０ａの開口端の窪みは解消されたままとなる。
【００７０】
その後は、図９（ａ）に示すように、ＰＭＤ層２０にコンタクト２１を形成し、ＰＭＤ層２０の上に配線層４０および配線４１を形成する。また、配線４１の間を必要に応じてコンタクト４２で接続する。
【００７１】
そして、図９（ｂ）に示すように、配線層４０における受光部１１と対応する位置、すなわち、第２の絶縁膜３１および第３の絶縁膜３２が埋め込まれた孔２０ａと対応する位置に掘り込みを形成し、その中に配線層４０の絶縁膜より屈折率の高い絶縁膜を埋め込む。これにより、光導波路３０が構成される。本実施形態では、転送ゲート１２の脇（特に、受光部１１側）にサイドウォールがない分、光導波路３０の径を大きくすることができる。さらに、配線層４０の上にパッシベーション膜５０を形成し、カラーフィルタ６０を形成し、オンチップレンズ７０を形成する。これによって、固体撮像装置１が完成する。
【００７２】
＜３．適用例＞
上記説明したいずれの固体撮像装置１も、基板１０上に形成した配線層４０側に設けたオンチップレンズ７０より光を取り込み、受光部１１で光電変換する、いわゆる表面照射型の固体撮像装置を例としたが、本実施形態は裏面照射型の固体撮像装置であっても適用可能である。すなわち、裏面照射型の固体撮像装置は、基板１０上に配線層４０を形成した後、基板１０の裏面側（配線層４０と反対側）を受光部１１に達するまで削り、基板１０の裏面にパッシベーション膜、カラーフィルタおよびオンチップレンズを形成した構成である。このような構成においてパッシベーション膜に光導波路を構成してもよく、この光導波路の形成の際に上記説明した本実施形態を適用する。これにより、同様な効果を得ることができる。
【００７３】
本実施形態によれば、ＰＭＤ層２０に孔２０ａを形成し、その中に絶縁膜を埋め込んで光導波路３０を構成するにあたり、ＰＭＤ層２０の平坦化の後処理で孔２０ａの開口端に発生する窪みを解消でき、その後の工程で窪みに材料が残ることを回避できる。また、窪みが解消されることから、その上に形成する配線層４０の良好な成膜にも寄与でき、コンタクト形成時のリソグラフィの焦点合わせ余裕度を向上できる。これにより、バリアメタル（例えば、Ｔｉ／ＴｉＮ)やタングステンのコンタクト形成のメタル残を防ぎ、光導波路３０による良好な光導波によって受光部１１の感度を向上させることが可能となる。
【００７４】
また、転送ゲート１２の脇にあるサイドウォールを除去することで、上記との組み合わせにより、さらに画素感度を向上させることが可能となる。
【００７５】
＜４．電子機器＞
図１０は、本実施形態に係る固体撮像装置を適用した電子機器の一例であるデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。このデジタルスチルカメラは、大別して被写体を撮像素子に結像させるためのレンズ部１０１、結像された画像を電気信号に変換する固体撮像装置（本実施形態の固体撮像装置）１、電気信号をデジタル信号に変換するフロントエンド部１０２、画像信号の信号処理を行う信号処理部１０３、ＣＰＵ１０４、ＲＯＭ１０５、ＲＡＭ１０６、そしてレンズ部１０１内のフォーカスレンズ駆動機構１１１を駆動させる駆動回路１０７から構成されている。この固体撮像装置１が本実施形態の固体撮像装置に該当する。
【００７６】
レンズ部１０１には、フォーカスレンズＦＬおよびこれを駆動するフォーカスレンズ駆動機構１１１が設けられている。駆動回路１０７からフォーカスレンズ駆動機構１１１へは、ＣＰＵ１０４からの指示による信号が与えられ、フォーカスレンズＦＬを光軸方向に沿って移動させることによって画像を固体撮像装置１の受光面に合焦させる。
【００７７】
例えば、シャッターボタン１０８を軽く押下することでフォーカス動作が行われ、レンズ部１０１を介して被写体の像が固体撮像装置１の受光面に合わせられる。この状態でシャッターボタン１０８をさらに押し込むと、画像取り込み動作が行われる。
【００７８】
画像の取り込みは、固体撮像装置１で被写体の像を電気信号に変換することによって行われる。この電気信号は固体撮像装置１からフロントエンド部１０２へ送られる。その後、信号処理部１０３で所定の信号処理を施した後、ＲＡＭ１０６に格納される。そして、必要に応じて図示しない外部記録媒体に記録される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する模式断面図である。
【図２】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。
【図４】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その３）である。
【図５】第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する模式断面図である。
【図６】第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。
【図７】第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。
【図８】第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その３）である。
【図９】第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する模式断面図（その４）である。
【図１０】本実施形態に係る固体撮像装置を適用した撮像装置の一例であるデジタルスチルカメラの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…固体撮像装置、１０…基板、１１…受光部、１２…転送ゲート、１３…サイドウォール、１４…エッチングストッパ膜、２０…ＰＭＤ層、２０ａ…孔、３０…光導波路、３１…第２の絶縁膜、３２…第３の絶縁膜、４０…配線層、５０…パッシベーション膜、６０…カラーフィルタ、７０…オンチップレンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010153414.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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