(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマダメージを受けることなく、固体撮像素子の光導波路を形成する。【解決手段】半導体基板１上に光導波路６を備えた固体撮像素子１０ａであって、光導波路６は、高屈折率の特性を有する一酸化チタン等を含んだ有機材料等に感光剤を加えて生成した感光性材料により形成され、レンズ形状を有する。【選択図】図１
2018190884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に光導波路を備えた固体撮像素子であって、
前記光導波路は、感光性材料により形成され、レンズ形状を有する
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記レンズ形状は凸レンズ形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記レンズ形状は凹レンズ形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記感光性材料の屈折率は、１．６〜２．３である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
固体撮像素子の製造方法であって、
感光性材料を用いてレンズ形状を有する光導波路を形成する形成工程を含む
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
上記形成工程は、
半導体基板上に感光性材料を塗布する塗布工程と、
前記塗布工程において塗布された感光性材料を露光する露光工程と、
前記露光工程において露光された感光性材料を現像する現像工程と
を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記露光工程において、透過率階調マスクを用いて凸レンズ形状を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記露光工程において、露光焦点位置を制御して凸レンズ形状を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記露光工程において、前記感光性材料を全面露光して凹レンズ形状を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子、および固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路を備えた固体撮像素子が従来技術として知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１１４１５５号公報（２０１２年６月１４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された光導波路は、複数のドライエッチング工程により形成される。これにより、固体撮像素子は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置からプラズマダメージを受け、暗電流や暗時白傷が発生する場合がある。
【０００５】
本発明の一態様は、プラズマダメージを受けることなく、固体撮像素子の光導波路を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、半導体基板上に光導波路を備えた固体撮像素子であって、前記光導波路は、感光性材料により形成され、レンズ形状を有する。
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子の製造方法は、感光性材料を用いてレンズ形状を有する光導波路を形成する形成工程を含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、プラズマダメージを受けることなく、固体撮像素子の光導波路を形成することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の断面図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る固体撮像素子の製造工程の一部の手法を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の断面図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
〔実施形態１〕
以下、図１〜図３に基づいて、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１１】
（固体撮像素子１０ａ）
図１は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ａの断面図である。本実施形態に係る固体撮像素子１０ａは、ＣＭＯＳ型イメージセンサーである。
【００１２】
固体撮像素子１０ａは、半導体基板１、光電変換部２、層間絶縁膜３、配線４、パッシベーション膜５、光導波路６、平坦化膜７、カラーフィルタ８、およびマイクロレンズ９を備えている。
【００１３】
光電変換部２は、半導体基板１内に複数形成されている。
【００１４】
層間絶縁膜３は、半導体基板１上に形成されている。層間絶縁膜３は、プラズマＣＶＤ工程によって形成される酸化膜等であり、配線４の材料に適した材料で形成される。
【００１５】
配線４は、層間絶縁膜３上に複数配されており、各々が絶縁されている。配線４として、Ａｌ配線、Ｃｕ配線を挙げることができる。
【００１６】
パッシベーション膜５は、層間絶縁膜３に形成されている。
【００１７】
光導波路６は、パッシベーション膜５上の、光電変換部２に対応する位置に形成される。光導波路６は、感光性材料により形成される。光導波路６は、凸レンズ形状を有している。
【００１８】
平坦化膜７は、パッシベーション膜５、および光導波路６を覆うように形成されている。
【００１９】
カラーフィルタ８は、平坦化膜７上に形成されている。カラーフィルタ８は、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ、および青色のフィルタを含んでおり、各々の色のフィルタは、光電変換部２に対応する位置に配される。
【００２０】
マイクロレンズ９は、カラーフィルタ８上に形成されている。マイクロレンズ９の各々のレンズは、光電変換部２に対応する位置に配される。
【００２１】
固体撮像素子１０ａは、マイクロレンズ９が集光した入射光を、カラーフィルタ８で分光し、光導波路６の凸レンズ形状により更に集光する。光導波路６の光導波作用により、入射光は、光電変換部２に効率的に入射する。これにより、固体撮像素子１は、高い感度特性を得ることができる。光導波路６は、屈折率が１．６〜２．３の材料を用いると、光導波作用がより効果的になる。
【００２２】
（固体撮像素子１０ａの製造方法）
次に、図２を用いて固体撮像素子１０ａの製造方法を説明する。なお、以下に説明する固体撮像素子１０ａの製造方法における各工程は、主として図示しない固体撮像素子製造装置によって実施される。
【００２３】
（工程１）
図２の（ａ）に示すように、半導体基板１上の複数の画素領域に、光電変換部２を形成する。光電変換部２は、リソグラフィ工程、およびイオン注入工程を繰り返して実施して形成する。
【００２４】
なお、半導体基板１には、画素動作用のゲート電極、画素領域外の回路等も形成するが、以降の工程においてもその説明を省略する。
【００２５】
（工程２）
図２の（ｂ）に示すように、光電変換部２が形成された半導体基板１上に配線４を配する。まず、ＣＶＤ工程、ＣＭＰ工程等により、半導体基板１上に層間絶縁膜３を形成する。次に、層間絶縁膜３上にコンタクトホールを形成し、スパッタ工程、リソグラフィ工程、ドライエッチング工程等で配線４を形成する。
【００２６】
本実施形態において、配線４は、層間絶縁膜３の形成、および配線４の形成を複数回実施することで、複数配する。
【００２７】
配線４がＡｌ配線の場合は、リソグラフィ工程、ドライエッチ工程を実施することにより形成する。また、配線４がＣｕ配線の場合は、溝埋め込み配線構造で、リソグラフィ工程、ＣＭＰ工程等を実施することにより形成する。
【００２８】
（工程３）
図２の（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３の光電変換部２に対応する部分を除去して開口部分を形成する。この開口部分は、光電変換部２の上部に光導波路６を形成するための空間である。除去は、リソグラフィ工程、およびドライエッチング工程により実施する。ドライエッチング工程では、紫外線照射等のプラズマダメージを極力抑えた低プラズマ密度の反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置やＣＨＦ３ガスを用いた条件を選択する。また、層間絶縁膜３をテーパー形状に除去することで、光導波の効果をより大きくすることができる。
【００２９】
（工程４）
図２の（ｄ）に示すように、開口部分を含め、層間絶縁膜３の全面にパッシベーション膜を形成する。パッシベーション膜５は、ＣＶＤ工程を実施することにより形成され、ＳｉＮ膜等を用いる。続けて、画素や周辺回路のゲート電極等のダングリングボンドを終端させるために、水素シンター工程等を実施する。工程３のドライエッチング工程で生じたプラズマダメージ等は、この工程により回復する。
【００３０】
（工程５）
図２の（ｅ）に示すように、層間絶縁膜３の開口部分に、光導波路６を形成する。光導波路６は、高屈折率の特性を有する一酸化チタン（ＴｉＯ）等を含んだ有機材料等に感光剤を加えて生成した感光性材料により形成する。感光性材料にリソグラフィ工程を実施することにより、光導波路６の凸レンズ形状を成形する。リソグラフィ工程では、（１）感光性材料を、層間絶縁膜３の開口部分に全面塗布して感光性高屈折率膜を形成し、（２）感光性高屈折率膜のレンズ形状に成形したい部分にマスクをし、（３）感光性高屈折率膜を露光し、（４）露光された感光性高屈折率膜の部分を現像液で除去して、凸レンズ形状を有する光導波路６を完成する。なお、光導波路６の耐熱性向上のために現像後に１８０〜３００℃のベーク処理を実施しても良い。
【００３１】
（工程６）
図２の（ｆ）に示すように、（１）光導波路６上に平坦化膜７を形成し、（２）平坦化膜７上にカラーフィルタ８を形成し、（３）カラーフィルタ８上にマイクロレンズ９を形成する。平坦化膜７は、アクリル材料を塗布することで形成する。カラーフィルタ８、およびマイクロレンズ９は、リソグラフィ工程を実施して形成する。
【００３２】
（光導波路６の形成工程）
次に、図２の（ｅ）に示す光導波路６の形成工程を、図３を用いて詳細に説明する。
【００３３】
（比較例）
一般的なリソグラフィ工程では、図３の（ａ）に示すように、感光性高屈折率膜をマスクＭａで覆い、矩形の凸部が形成する。本実施形態では、レンズ形状の光導波路を形成したいので、露光方法を工夫する。
【００３４】
（露光方法１）
１つ目の方法は、露光の際に、レンズ形状を得るべく、位置によって透過光量が異なるように形成された透過率階調マスクを用いる。例えば、ポジ型の感光性材料を用いて、凸レンズを形成する場合、図３の（ｂ）に示すように、凸レンズの中央部分に対応する位置の透過光量が少なくなり、凸レンズの境界部分の透過光量が多くなるような透過率階調マスクＭｂを用いればよい。
【００３５】
透過率階調マスクＭｂを用いて感光性高屈折率膜を凸レンズ状に感光させ、感光部を現像液で除去することで、凸レンズ形状を有する光導波路６３ｂを形成することができる。
【００３６】
（露光方法２）
２つ目の方法は、露光の際に、レンズ形状を得るべく、露光の焦点位置を、対応するレンズ形状の位置に応じてずらす。例えば、ポジ型の感光性材料を用いて凸レンズを形成する場合、図３の（ｃ）に示すように、感光性高屈折率膜の、凸レンズ形状の頂部分に対応する部分を矩形、または円形のマスクＭｃで覆う。そして、露光の焦点位置を、マスクＭｃに近づくほど、感光性高屈折率膜の表面から遠ざかる方向へずれるように制御する。これにより、感光性高屈折率膜を凸レンズ形状に感光させ、感光部を現像液で除去することで、凸レンズ形状を有する光導波路６３ｃを形成することができる。
【００３７】
所望のレンズ形状に応じて、マスクのレイアウト、透過光の焦点のずらし量等を、使用する感光性材料の特性も踏まえて調整すればよい。
【００３８】
なお、本実施形態では、ポジ型の感光性材料を用いたが、上記２つの方法のいずれも、ネガ型の感光性材料を用いて、マスクを白黒反転することで同様に凸レンズ形状を有する光導波路を形成することができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る固体撮像素子１０ａは、ＣＭＯＳ型イメージセンサーであるが、固体撮像素子はＣＭＯＳ型イメージセンサー、ＣＣＤセンサーの何れであってもよい。固体撮像素子がＣＣＤセンサーの場合も、光導波路は、高屈折率の感光性材料で、露光方法を工夫して形成される。
【００４０】
本実施形態に係る固体撮像素子１０ａは、レンズ形状を有する光導波路６を備えるので、固体撮像素子１０ａの集光率が向上する。また、感光によって光導波路６を形成するので、暗電流、暗時白傷による画質の悪化を抑制することができる。
【００４１】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図４〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００４２】
（固体撮像素子１０ｂ）
図４は、本実施形態に係る固体撮像素子１０ｂの断面図である。本実施形態に係る固体撮像素子１０ｂは、光導波路６５ｃに備わるレンズ形状が凹レンズ形状である点で、実施形態１に係る固体撮像素子１０ａと異なる。
【００４３】
（光導波路６５ｃの形成工程）
次に、図５を用いて光導波路６５ｃの形成工程を説明する。なお、光電変換部２、層間絶縁膜３、配線４、パッシベーション膜５、平坦化膜７、カラーフィルタ８、およびマイクロレンズ９の形成方法は、図２の（ａ）〜（ｄ），（ｆ）を用いて説明した、工程１〜４，６と同様である。
【００４４】
（塗布工程）
図５の（ａ）に示すように、高屈折率の特性を有する一酸化チタン（ＴｉＯ）等を含んだ有機材料等に感光剤を加えて生成した感光性材料を、パッシベーション膜５上に塗布して感光性高屈折率膜６５ａを形成する。本実施形態においては、ポジ型の感光性材料を用いる。この際に、層間絶縁膜３の開口部分（凹み）を利用して、感光性高屈折率膜６５ａに凹みが形成されるようにする。この感光性高屈折率膜６５ａの凹みの形状は、層間絶縁膜３の開口部分の幅や深さ、感光性高屈折率膜６５ａの膜厚等によって調整することができる。
【００４５】
（露光工程）
図５の（ｂ）に示すように、感光性高屈折率膜６５ａに紫外線を照射し、感光性高屈折率膜６５ａの全面を感光させて、表層が感光部となった感光性高屈折率膜６５ｂを得る。なお、ネガ型の感光性材料を用いる場合は、この露光工程は不要である。
【００４６】
（現像工程）
図５の（ｃ）に示すように、現像することにより、感光性高屈折率膜６５ｂの表層の感光部を除去して、光導波路６５ｃを得る。塗布工程において形成された感光性高屈折率膜６５ａの凹みがそのまま転写されて凹レンズ形状が形成される。現像液や現像時間は、感光性材料の現像速度を考慮して、選択すればよい。
【００４７】
以上の工程を経て、凹レンズ形状を有する光導波路６５ｃを形成する。
【００４８】
本実施形態においても、感光によって光導波路６５ｃを形成するので、暗電流、暗時白傷による画質の悪化を抑制することができる。
【００４９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂは、半導体基板１上に光導波路６，６５ｃを備えた固体撮像素子１０ａ，１０ｂであって、前記光導波路６，６５ｃは、感光性材料により形成され、レンズ形状を有する。
【００５０】
上記の構成によれば、プラズマダメージを受けることなく、固体撮像素子１０ａ，１０ｂの光導波路６，６５ｃを形成することができる。
【００５１】
本発明の態様２に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂは、上記態様１において、前記感光性材料の屈折率は、１．６〜２．３であってもよい。
【００５２】
上記の構成によれば、光導波作用がより効果的になる。
【００５３】
本発明の態様３に係る固体撮像素子１０ａ・・・は、上記態様１または２において、前記レンズ形状は凸レンズ形状であってもよい。
【００５４】
上記の構成によれば、凸レンズ形状で入射光を導波することができる。
【００５５】
本発明の態様４に係る固体撮像素子１０ｂは、上記態様１または２において、前記レンズ形状は凹レンズ形状であってもよい。
【００５６】
上記の構成によれば、凹レンズ形状で入射光を導波することができる。
【００５７】
本発明の態様５に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法は、固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法であって、感光性材料を用いてレンズ形状を有する光導波路６，６５ｃを形成する形成工程を含む。
【００５８】
上記の構成によれば、態様１と同様の効果を奏する。
【００５９】
本発明の態様６に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法は、上記態様５において、上記形成工程は、半導体基板上に感光性材料を塗布する塗布工程と、前記塗布工程において塗布された感光性材料を露光する露光工程と、前記露光工程において露光された感光性材料を現像する現像工程とを含んでいてもよい。
【００６０】
上記の構成によれば、
本発明の態様７に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法は、上記態様６において、前記露光工程において、透過率諧調マスクを用いて凸レンズ形状を形成してもよい。
【００６１】
上記の構成によれば、一様な露光により凸レンズ形状を得ることができる。
【００６２】
本発明の態様８に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法は、上記態様６において、前記露光工程において、露光焦点位置を制御して凸レンズ形状を形成してもよい。
【００６３】
上記の構成によれば、特別なマスクを用意することなく凸レンズ形状を得ることができる。
【００６４】
本発明の態様９に係る固体撮像素子１０ａ，１０ｂの製造方法は、上記態様６において、前記露光工程において、前記感光性材料を全面露光して凹レンズ形状を形成してよい。
【００６５】
上記の構成によれば、特別なマスクを用意することなく、また一様な露光により凹レンズ形状を得ることができる。
【００６６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の係る固体撮像素子は、カメラ付き携帯電話、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、セキュリティカメラ（監視カメラ）、ドアホン画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ等の各種電子機器に適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１  半導体基板
６，６５ｃ  光導波路
１０ａ，１０ｂ  固体撮像素子
Ｍｂ  透過率階調マスク
【図１】
2018190884.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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