JP2007012676A - Process for fabricating solid state image sensor and solid state image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子にかかり、特に、層内レンズの薄型化および集光性を高め、微細化に耐えうる構造の固体撮像素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state image pickup device and a solid-state image pickup device, and more particularly to a method for manufacturing a solid-state image pickup device having a structure capable of increasing the thickness and condensing property of an in-layer lens to withstand miniaturization.
エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。 A solid-state imaging device using a CCD used for an area sensor or the like includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring a signal charge from the photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are sequentially driven.
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。このように微細化が進むにつれて、感度とスミアを維持することが困難になってきており、十分な集光性を得ることができるレンズ形状への要求が高まっている。 In recent years, demands for higher resolution and higher sensitivity have been increasing in solid-state imaging devices, and the number of imaging pixels has been increasing to more than gigapixels. Under such circumstances, in order to obtain high resolution without increasing the chip size, it is necessary to reduce the area per unit pixel and achieve high integration. As miniaturization progresses in this way, it has become difficult to maintain sensitivity and smear, and there is an increasing demand for a lens shape capable of obtaining sufficient light condensing performance.
従来の固体撮像素子の製造工程における層内レンズの形成方法では、平坦化膜の形成された表面に層内レンズを構成するレンズ材の膜を形成し、このレンズ材の膜上に所定のレンズ形状のレジストを形成する工程と、このレジストのレンズ形状をレンズ材の膜に転写する工程と、レンズ形状が転写されたレンズ材の膜上にさらに同一のレンズ材の膜を成膜して層内レンズを形成する工程とを用いて製造を行うという方法がとられている(特許文献1)。 In a conventional method for forming an inner lens in a manufacturing process of a solid-state imaging device, a lens material film constituting an inner lens is formed on a surface on which a planarizing film is formed, and a predetermined lens is formed on the lens material film. A step of forming a resist having a shape, a step of transferring the lens shape of the resist to a lens material film, and forming a layer of the same lens material film on the lens material film to which the lens shape has been transferred The method of manufacturing using the process of forming an inner lens is taken (patent document 1).
しかしながら、上記層内レンズでは、十分になだらかな形状を得ることが難しく、集光性が十分ではなく、さらなる集光率の向上が求められている。 However, it is difficult to obtain a sufficiently gentle shape with the above-mentioned intralayer lens, the light condensing property is not sufficient, and further improvement of the light condensing rate is demanded.
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高度の微細化に際しても高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having high sensitivity and high reliability even at high miniaturization.
そこで本発明の固体撮像素子の製造方法は、基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、さらにこの上層に前記光電変換部に対応するように層内レンズを形成した固体撮像素子の製造方法において、前記層内レンズの形成工程が、前記光電変換部および電荷転送部の形成された前記基板表面に高屈折率材料からなる透光性の絶縁膜を形成する工程と、前記透光性の絶縁膜上に、前記光電変換部上に相対するように第1のレジスト材料からなるレジストパターンを形成し、メルトすることにより上凸形状のレジストパターンを形成する工程と、前記上凸形状のレジストパターン上に第2のレジスト材料を膜厚が均一となるように塗布し、硬化して、第1および第2のレジスト材料で構成されたレジストパターンを形成する工程と、前記第1および第2のレジスト材料と、前記高屈折率材料とのエッチング選択比が1対1となるようにエッチングし、前記高屈折率材料に前記レジストパターンを転写する工程とを含む。 Therefore, a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes, on a substrate, a photoelectric conversion unit, and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit. In the method of manufacturing a solid-state imaging device in which an inner lens is formed on the upper layer so as to correspond to the photoelectric conversion unit, the inner lens forming step is performed on the surface of the substrate on which the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit are formed. Forming a translucent insulating film made of a high refractive index material, and forming a resist pattern made of a first resist material on the translucent insulating film so as to face the photoelectric conversion portion; A step of forming an upward convex resist pattern by melting, and applying and curing a second resist material on the upward convex resist pattern so that the film thickness is uniform; Second Etching such that a resist pattern composed of a resist material is formed, and the etching selectivity between the first and second resist materials and the high refractive index material is 1: 1, and the high refractive index Transferring the resist pattern to a material.
第1のレジスト材料からなるレジストパターンをメルトしただけでは、パターン間にギャップが形成されてしまい、また十分に望ましい形状を得る事は困難であるが、この構成によれば、メルト後、この上層に第2のレジスト材料からなるレジストを塗布することにより、所望の形状を得ることができ、この形状をエッチバックにより、高屈折率材料に転写することにより、効率よく所望の形状の層内レンズを得ることができる。また、電荷転送電極の形成された基板表面に直接高屈折率材料を形成し、これを形状加工することによって層内レンズを形成することができるため、固体撮像素子全体としての薄型化も可能となる。 If only the resist pattern made of the first resist material is melted, gaps are formed between the patterns, and it is difficult to obtain a sufficiently desirable shape. A desired shape can be obtained by applying a resist made of the second resist material to the substrate, and this shape can be transferred to a high refractive index material by etching back, so that an inner lens having a desired shape can be efficiently obtained. Can be obtained. In addition, since an intra-layer lens can be formed by forming a high refractive index material directly on the surface of the substrate on which the charge transfer electrode is formed and processing the shape, it is possible to reduce the thickness of the entire solid-state imaging device. Become.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記透光性の絶縁膜を形成する工程が、前記光電変換部の形成された基板表面にプラズマCVD法により窒化シリコン膜を形成する工程とであるものを含む。 Further, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the step of forming the light-transmitting insulating film includes the step of forming a silicon nitride film on the surface of the substrate on which the photoelectric conversion unit is formed by a plasma CVD method. Including some.
この構成によれば、高屈折率であり、パッシベーション性も高く、かつ平坦性のよい膜を形成することができる層内凸レンズを形成することができる。 According to this configuration, it is possible to form an in-layer convex lens that can form a film having a high refractive index, high passivation, and good flatness.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記透光性の絶縁膜を形成する工程に先立ち、反射防止膜としての窒化シリコン膜を形成する工程を含む。 In addition, the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention includes a step of forming a silicon nitride film as an antireflection film prior to the step of forming the light-transmitting insulating film.
この構成によれば、反射防止膜上に直接高屈折率膜が形成され得、より薄型化をはかることができる。 According to this configuration, the high refractive index film can be formed directly on the antireflection film, and the thickness can be further reduced.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記層内レンズ上にカラーフィルタ層を形成する工程を含む。 Moreover, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention includes the process of forming a color filter layer on the said inner lens.
この構成によれば、平坦化された表面にカラーフィルタ層が形成されるため、より薄型化を図ることができる。 According to this configuration, since the color filter layer is formed on the flattened surface, the thickness can be further reduced.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記カラーフィルタ層を形成する工程に先立ち、水素終端処理を行うための開口を形成する工程を含む。 Moreover, the manufacturing method of the solid-state image sensor of this invention includes the process of forming the opening for performing a hydrogen termination process prior to the process of forming the said color filter layer.
この構成によれば、効率よく水素終端処理を行うことができる。 According to this configuration, hydrogen termination treatment can be performed efficiently.
また、本発明の固体撮像素子は、基板上に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、さらにこの上層に前記光電変換部に対応するように層内レンズを形成した固体撮像素子であって、光電変換部上に、前記光電変換部と相対するように、高屈折率材料からなる上凸形状の透光性の絶縁膜を形成している。 The solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion unit on a substrate and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers a charge generated in the photoelectric conversion unit, and further on the upper layer. A solid-state imaging device in which an inner lens is formed so as to correspond to the photoelectric conversion unit, and an upward convex light transmission made of a high refractive index material on the photoelectric conversion unit so as to face the photoelectric conversion unit An insulating film is formed.
この構成によれば、所望の形状の層内レンズを得ることができるため、集光性が高く、高感度で低スミアの固体撮像素子を得ることができる。また、固体撮像素子全体としての薄型化も可能となる。 According to this configuration, an in-layer lens having a desired shape can be obtained, so that a solid-state imaging device with high light collecting property, high sensitivity, and low smear can be obtained. In addition, it is possible to reduce the thickness of the entire solid-state imaging device.
また、本発明の固体撮像素子は、前記透光性の絶縁膜が、プラズマCVD法で形成された窒化シリコン膜であるものを含む。 In the solid-state imaging device of the present invention, the light-transmitting insulating film is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method.
この構成によれば、緻密で平坦性が高くかつ高屈折率の絶縁膜を得ることができる。 According to this configuration, it is possible to obtain a dense insulating film having high flatness and a high refractive index.
また、本発明の固体撮像素子は、前記窒化シリコンが、前記光電変換部に直接配設されているものを含む。 The solid-state imaging device of the present invention includes one in which the silicon nitride is directly disposed on the photoelectric conversion unit.
この構成によれば、より薄型化をはかることができる。 According to this configuration, the thickness can be further reduced.
また、本発明の固体撮像素子は、前記透光性の絶縁膜は、前記光電変換部上を覆う反射防止膜上に配設されているものを含む。 In the solid-state imaging device of the present invention, the translucent insulating film is disposed on an antireflection film that covers the photoelectric conversion portion.
また、本発明の固体撮像素子は前記光電変換部に対向するようにカラーフィルタ層を形成してなるものを含む。
この構成によれば、より薄型化が可能となる。
Moreover, the solid-state image sensor of this invention contains what formed the color filter layer so as to oppose the said photoelectric conversion part.
According to this configuration, the thickness can be further reduced.
上記構成によれば、非球面状の層内レンズを形成することにより、画素端部の入射光を効率よく光電変換部上に集光でき、集光効率の改善を図り、高感度のセンサを提供することができる。 According to the above configuration, by forming the aspherical inner lens, incident light at the pixel end can be efficiently collected on the photoelectric conversion unit, the light collection efficiency can be improved, and a highly sensitive sensor can be obtained. Can be provided.
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(実施の形態1)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
本実施の形態の固体撮像素子は、図1および図2(図1は図2のA−A断面を示す図)に示すように、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、層内レンズが非球面状の上凸レンズで構成されたことを特徴とするものである。この非球面状の上凸レンズは、マスクパターンとなるレジストパターンをメルトして硬化した後再度この上層にレジストを塗布し、この後エッチバックすることにより非球面状の凸レンズを形成することができる。すなわちこの非球面上の上凸レンズは、光電変換部および電荷転送部の形成された基板表面に高屈折率材料からなる透光性の絶縁膜を形成する工程と、この透光性の絶縁膜上に、前記光電変換部上に相対するように第1のレジスト材料からなるレジストパターンを形成し、メルトすることにより上凸形状のレジストパターンを形成する工程と、上凸形状のレジストパターン上を第2のレジスト材料をギャップフィル膜厚が均一となるように塗布し、硬化して、第1および第2のレジスト材料で構成されたレジストパターンを形成する工程と、第1および第2のレジスト材料と、高屈折率材料とのエッチング選択比が1対1となるようにエッチングし、高屈折率材料にレジストパターンを転写する工程とによって形成される。 As shown in FIGS. 1 and 2 (FIG. 1 is a diagram showing a cross section AA in FIG. 2), the solid-state imaging device of the present embodiment includes a photoelectric conversion unit and charges generated in the photoelectric conversion unit. In the solid-state imaging device including the charge transfer unit including the charge transfer electrode for transferring the inner layer, the inner lens is formed of an aspherical upward convex lens. The aspherical upward convex lens can be formed by melting and curing a resist pattern to be a mask pattern, applying a resist to the upper layer again, and then etching back. That is, the upper convex lens on the aspherical surface includes a step of forming a translucent insulating film made of a high refractive index material on the surface of the substrate on which the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit are formed, and an upper surface of the translucent insulating film. Forming a resist pattern made of a first resist material so as to oppose the photoelectric conversion portion, and forming an upward convex resist pattern by melting; and an upper convex resist pattern A step of applying a resist material of 2 to make the gap fill film thickness uniform and curing to form a resist pattern composed of the first and second resist materials; and the first and second resist materials And etching so that the etching selection ratio with the high refractive index material becomes 1: 1, and transferring the resist pattern to the high refractive index material.
なお、図1および2に示すように、シリコン基板1には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。
電荷転送部以外の部分については、通例の固体撮像素子と同様に形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
About parts other than a charge transfer part, it forms similarly to a usual solid-state image sensor.
ここで有効撮像領域は、光電変換部と垂直転送路(電荷転送部の一部)を含む受光領域と水平転送路(電荷転送部の一部)とで構成されており、その外側に周辺回路としての出力回路が形成されている。 Here, the effective imaging region is composed of a light receiving region including a photoelectric conversion unit and a vertical transfer path (a part of the charge transfer unit) and a horizontal transfer path (a part of the charge transfer unit), and a peripheral circuit outside thereof. As an output circuit.
ここでは、ゲート酸化膜2は、ラジカル酸化膜とCVD膜との合計膜厚50nm程度となるように形成される。また、図示しないがシリコン基板1の非撮像領域および電荷転送部の素子分離領域上には、信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタや信号処理回路および配線が形成されている。
Here, the
すなわち、図1および図2に固体撮像素子チップの断面概要図および平面図(図1は図2のA−A断面図)を示すように、シリコン基板1内には、有効撮像領域(受光領域)内にフォトダイオードを備えた光電変換部および電荷転送部が形成され、その上層は絶縁膜で被覆されている。 That is, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, a schematic cross-sectional view and a plan view of the solid-state imaging device chip (FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 2). ) Are formed with a photoelectric conversion part and a charge transfer part provided with a photodiode, and the upper layer thereof is covered with an insulating film.
電荷転送部40は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板1表面部の列方向に形成された複数本の垂直電荷転送チャネル33と、垂直電荷転送チャネル33の上層に形成された電荷転送電極3と、フォトダイオード30で発生した電荷を垂直電荷転送チャネル33に読み出すための電荷読み出し領域34とを含む。電荷転送電極3は、行方向に配設された複数のフォトダイオード30からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向に延在する蛇行形状となっている。また、電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する垂直電荷転送チャネル33が、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成されている。
The
図1に示すように、シリコン基板1の表面にはpウェル層1Pが形成され、pウェル層1P内に、pn接合を形成するn領域30bが形成されると共に表面にp領域30aが形成され、フォトダイオード30を構成しており、このフォトダイオード30で発生した信号電荷は、n領域30bに蓄積される。
As shown in FIG. 1,
そしてこのフォトダイオード30の右方には、少し離間してn領域からなる垂直電荷転送チャネル33が形成される。n領域30bと垂直電荷転送チャネル33の間のpウェル層1Pに電荷読み出し領域34が形成される。
On the right side of the
電荷読み出し領域34と垂直電荷転送チャネル33の上には、ゲート酸化膜2を介して、電荷転送電極3が形成される。そして電極間には電極間絶縁膜5が形成されている。垂直転送チャネル33の右側にはp+領域からなるチャネルストップ32が設けられ、隣接するフォトダイオード30との分離がなされている。
A
そして電荷転送電極3の上層には、酸化シリコン膜7、(パッシベーション膜)、BPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜8、P−SiNからなる層内レンズ73、透明樹脂等からなるフィルタ下平坦化膜74が形成される。さらにこれらの上方には、カラーフィルタ50(赤色フィルタ50R、緑色フィルタ50G、青色フィルタ:図示せず)とマイクロレンズ60が設けられる。
On top of the
なお、図2では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。 Although FIG. 2 shows a so-called honeycomb-structured solid-state imaging device, it is needless to say that the present invention can also be applied to a square lattice type solid-state imaging device.
次に本実施の形態の固体撮像素子の製造工程について図3乃至図8を参照しつつ説明する。図3乃至図8は図2のB−B断面での説明図である。
まず、n型のシリコン基板1を用意し、図1に記載の電荷転送チャネル33、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域34が形成された、不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化膜厚15〜35nmの酸化シリコン膜と、CVD法による酸化シリコン膜とからなる、2層構造のゲート酸化膜2を形成する。
Next, the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 8 are explanatory views taken along the line BB in FIG.
First, an n-
続いて、このゲート酸化膜2上に、減圧CVD法により、ドープトアモルファスシリコン膜D1を形成するとともに、減圧CVD法により酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜5との2層膜D4を形成し、レジストパターンR1を形成する(図3(a))。このレジストパターンは1個おきの電荷転送電極のパターンに相当するように形成する。
Subsequently, a doped amorphous silicon film D1 is formed on the
続いて、反応性イオンエッチングにより、この2層膜D4をエッチングし、ドープトアモルファスシリコン膜D1のパターニング用のマスクパターンを形成する(図3(b))。 Subsequently, the two-layer film D4 is etched by reactive ion etching to form a mask pattern for patterning the doped amorphous silicon film D1 (FIG. 3B).
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する(図3(c))。 Then, the resist pattern is removed by ashing (FIG. 3C).
続いて、電極パターンの表面に低温プラズマによるラジカル酸化を行うとともにCVD法による成膜を行い2層構造のゲート酸化膜と同じ厚さの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5(正確にはここでは電極間絶縁膜5の芯となる部分5aであるが電極間絶縁膜5とする)を形成する(図4(a))。
Subsequently, radical oxidation by low-temperature plasma is performed on the surface of the electrode pattern and film formation is performed by the CVD method to form an interelectrode
続いて、再度、減圧CVD法により、ドープトアモルファスシリコン膜D2を形成するとともに、CMPにより平坦化する(図4(b))。この後、電荷転送電極の形状をなすようにフォトリソグラフィによりこれらドープトアモルファスシリコン膜D2をパターニング後エッチング加工する(図4(c))。 Subsequently, a doped amorphous silicon film D2 is formed again by the low pressure CVD method and planarized by CMP (FIG. 4B). Thereafter, the doped amorphous silicon film D2 is patterned and etched to form the charge transfer electrode by photolithography (FIG. 4C).
そして、ラジカル酸化を行って酸化シリコン膜4Sを形成し(図5(a))、さらに反射防止膜6としての窒化シリコン膜を形成した後、フォトダイオード部を形成するためのイオン注入を行う。この後、注入したイオンを活性化するためのフラッシュランプアニールを行う。そしてCVD法により表面に酸化シリコン膜7を形成する(図5(b))。
Then, radical oxidation is performed to form a silicon oxide film 4S (FIG. 5A), and after forming a silicon nitride film as the
そしてこの上層に、膜厚700nmのBPSG膜8を形成し、850℃でリフローし平坦化する(図5(c))。
Then, a
次に、反射防止膜としての窒化シリコン膜6を研磨防止層としてCMPを行う。この後窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを異方性エッチングによりエッチング除去し(図6(a))、露呈したドープトアモルファスシリコン層D1,D2をエッチング除去し(図6(b))、電極間絶縁膜5aを隔てて電荷転送電極形成領域が露呈した形状を得る。
Next, CMP is performed using the
続いて低温プラズマによるラジカル酸化後、プラズマCVD法による窒化シリコン膜5bを形成し、さらにこの窒化シリコン膜5b表面をラジカル酸化し、酸化シリコン膜5cを形成することにより、電極間絶縁膜5を形成する(図6(c))。
Subsequently, after radical oxidation by low-temperature plasma, a
次に、CVD法によりTiN層とW層との2層膜を形成し、CMP法により平坦化し、金属電極3を形成する。このときCMP工程における研磨防止層としての窒化シリコン膜5bを除去した後プラズマCVD法により酸化シリコン膜7を形成する(図7)。
Next, a two-layer film of a TiN layer and a W layer is formed by the CVD method, and planarized by the CMP method to form the
そしてパッシベーション膜としての酸化シリコン膜(図示せず)の形成工程を経て、プラズマCVD法によりレンズ材料としての窒化シリコン膜73を形成する。そしてレジストを塗布しフォトリソグラフィによりパターンを形成し、加熱してメルトした後、イオン注入により、レンズ状の第1のレジストパターンR1を硬化させる(図8(a))。
Then, a
この後、第2のレジストパターンR2を形成し、非球面状の外表面とする(図8(b))。そして、第1および第2のレジストパターンからなる表面部材とエッチング速度が同一である窒化シリコン膜73をエッチバックし、層内レンズを形成する(図8(c))。そしてパッド部の窒化シリコンを除去し水素終端処理をした後、平坦化膜74、カラーフィルタ50、マイクロレンズ60などを形成して、図1および図2に示すような固体撮像素子を得る。なお図2では主要部のみを示した。
Thereafter, a second resist pattern R2 is formed to form an aspherical outer surface (FIG. 8B). Then, the
この構成によれば、層内レンズを、所望の曲率を有する非球面形状の凸レンズで構成しているため、集光性を高め、高感度、低スミアを有する固体撮像素子を得ることができる。また本実施の形態では、電荷転送電極を金属材料で構成しているため、遮光膜が不要となり、薄型化が可能であり、極めて集光性の高いものとなっている。また、金属材料で構成された低抵抗の電荷転送電極によって確実な遮光を実現しつつ、電荷転送電極の端縁と自己整合的に受光領域が規定されることになり、最大限に光電変換領域を広げることが可能となることから光量の増大をはかることができる。 According to this configuration, since the in-layer lens is composed of an aspherical convex lens having a desired curvature, it is possible to obtain a solid-state imaging device with improved light collecting performance and high sensitivity and low smear. In this embodiment, since the charge transfer electrode is made of a metal material, a light-shielding film is not required, the thickness can be reduced, and the light collecting property is extremely high. In addition, the light-receiving area is defined in a self-aligned manner with the edge of the charge transfer electrode while realizing reliable light shielding by the low-resistance charge transfer electrode made of a metal material. Therefore, it is possible to increase the amount of light.
この方法によれば、層内レンズの形成にあたり、第1のレジスト材料からなるレジストパターンR1をメルトした後、この上層に第2のレジスト材料からなるレジストR2を塗布することにより、所望の形状を得ることができ、この形状をエッチバックにより、高屈折率材料に転写することにより、ギャップレスなど効率よく所望の形状の層内レンズを得ることができる。また、電荷転送電極の形成された基板表面に直接高屈折率材料を形成し、これを形状加工することによって層内レンズを形成することができるため、固体撮像素子全体としての薄型化も可能となる。 According to this method, in forming the in-layer lens, the resist pattern R1 made of the first resist material is melted, and then the resist R2 made of the second resist material is applied to the upper layer, thereby forming a desired shape. By transferring this shape to a high refractive index material by etch back, an intralayer lens having a desired shape can be obtained efficiently such as gapless. In addition, since an intra-layer lens can be formed by forming a high refractive index material directly on the surface of the substrate on which the charge transfer electrode is formed and processing the shape, it is possible to reduce the thickness of the entire solid-state imaging device. Become.
また、本実施の形態では、電荷転送電極の形成に以下のような効果を奏功する。ドープトアモルファスシリコンなどのシリコン系導電性膜の酸化によって形成した絶縁膜を基体とする電極間絶縁膜によって電極間ギャップが決まるため、解像限界を超えて微細な電極間ギャップを形成することができる。また、ラジカル酸化を用いることにより低温形成が可能でありながら、緻密で高耐圧の絶縁膜を得ることができるため、拡散長の伸びを防ぎ、高精度で信頼性の高い固体撮像素子を形成することができる。特に、ゲート酸化膜をはじめ電極間絶縁膜を低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とCVD膜の2層膜によって形成しているため低温形成が可能で、下地の拡散長の伸びを招くことなく、高品質の絶縁膜を形成することができ、高精度で高耐圧の電極間絶縁膜を形成することができ、信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。また、ラジカル酸化は、低温プロセスであるため、何度も繰り返しても拡散長の伸びはほとんどなく、確実に高耐圧化をはかることができる。 In the present embodiment, the following effects are achieved in forming the charge transfer electrode. Since the interelectrode gap is determined by the interelectrode insulating film based on the insulating film formed by oxidation of a silicon-based conductive film such as doped amorphous silicon, it is possible to form a fine interelectrode gap beyond the resolution limit. it can. In addition, a dense and high withstand voltage insulating film can be obtained while using low-temperature oxidation by using radical oxidation, so that the diffusion length is prevented from increasing and a highly accurate and reliable solid-state imaging device is formed. be able to. In particular, since the inter-electrode insulating film including the gate oxide film is formed by the two-layer film of the silicon oxide film and the CVD film by radical oxidation by low-temperature plasma, it can be formed at a low temperature without causing an increase in the base diffusion length. A high-quality insulating film can be formed, an interelectrode insulating film with high accuracy and high withstand voltage can be formed, and a solid-state imaging device with high reliability can be formed. Further, since radical oxidation is a low-temperature process, the diffusion length is hardly increased even if it is repeated many times, and a high breakdown voltage can be reliably achieved.
前記実施の形態では、層内レンズを構成するのに窒化シリコン膜を用いたが、窒化シリコン膜に限定されることなく、レジストなど他の高屈折率材料をレンズ基体として用いてもよいことはいうまでもない。 In the above embodiment, the silicon nitride film is used to form the intralayer lens. However, the present invention is not limited to the silicon nitride film, and other high refractive index materials such as a resist may be used as the lens substrate. Needless to say.
(実施の形態2)
前記実施の形態では、電荷転送電極が金属材料で構成された固体撮像素子について説明したが、図9に示すように本実施の形態では電荷転送電極をドープトアモルファスシリコン膜3a、3bで構成した例について説明する。この場合はフォトダイオードの受光領域を規定するための遮光膜71Mが形成されている。他部については実施の形態1と同様であり、説明は省略する。
(Embodiment 2)
In the above embodiment, the solid-state imaging device in which the charge transfer electrode is made of a metal material has been described. However, in this embodiment, the charge transfer electrode is made of doped
以上説明してきたように、本発明の方法によれば、集光効率を高め微細で高感度の固体撮像素子を提供することができる。 As described above, according to the method of the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device with high light collection efficiency and fine and high sensitivity.
この構成によれば、層内レンズを非球面レンズとすることができ、集光性の高い固体撮像素子を形成できることから、次世代の携帯電話やディジタルカメラなどの電子機器における固体撮像素子として有用である。 According to this configuration, the in-layer lens can be an aspheric lens, and a solid-state imaging device with high light condensing properties can be formed. Therefore, it is useful as a solid-state imaging device in electronic devices such as next-generation mobile phones and digital cameras. It is.
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 垂直電荷転送電極
3a、3b ドープトアモルファスシリコン層
5a 酸化シリコン膜
5b 窒化シリコン膜
5c 酸化シリコン膜
5 電極間絶縁膜
7 酸化シリコン膜
8 BPSG膜
30 光電変換部
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 レンズ
71M 遮光膜
73 層内レンズ
74 平坦化膜
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記層内レンズの形成工程が、
前記光電変換部および電荷転送部の形成された前記基板表面に高屈折率材料からなる透光性の絶縁膜を形成する工程と、
前記透光性の絶縁膜上に、前記光電変換部上に相対するように第1のレジスト材料からなるレジストパターンを形成し、メルトすることにより上凸形状のレジストパターンを形成する工程と、
前記上凸形状のレジストパターン上に第2のレジスト材料を膜厚が均一となるように塗布し、硬化して、第1および第2のレジスト材料で構成されたレジストパターンを形成する工程と、
前記第1および第2のレジスト材料と、前記高屈折率材料とのエッチング選択比が1対1となるようにエッチングし、前記高屈折率材料に前記レジストパターンを転写する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 A photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit are provided on a substrate, and a layer corresponding to the photoelectric conversion unit is further formed thereon. In the manufacturing method of the solid-state imaging device in which the inner lens is formed,
The step of forming the intralayer lens includes
Forming a translucent insulating film made of a high refractive index material on the substrate surface on which the photoelectric conversion unit and the charge transfer unit are formed;
Forming a resist pattern made of a first resist material on the translucent insulating film so as to face the photoelectric conversion portion, and forming an upward convex resist pattern by melting;
Applying a second resist material on the upwardly convex resist pattern so that the film thickness is uniform and curing to form a resist pattern composed of the first and second resist materials;
Solid-state imaging including a step of etching the first and second resist materials and the high refractive index material so that an etching selection ratio is 1: 1, and transferring the resist pattern to the high refractive index material Device manufacturing method.
前記透光性の絶縁膜を形成する工程は、前記光電変換部の形成された基板表面にプラズマCVD法により窒化シリコン膜を形成する工程である固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The step of forming the light-transmitting insulating film is a method of manufacturing a solid-state imaging device, which is a step of forming a silicon nitride film by plasma CVD on the substrate surface on which the photoelectric conversion unit is formed.
前記透光性の絶縁膜を形成する工程に先立ち、反射防止膜としての窒化シリコン膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1 or 2,
A method for manufacturing a solid-state imaging device including a step of forming a silicon nitride film as an antireflection film prior to the step of forming the light-transmitting insulating film.
前記層内レンズ上にカラーフィルタ層を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of forming a color filter layer on the intra-layer lens.
前記カラーフィルタ層を形成する工程に先立ち、
水素終端処理を行うための開口を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 4,
Prior to the step of forming the color filter layer,
A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of forming an opening for performing hydrogen termination.
光電変換部上に、前記光電変換部と相対するように、高屈折率材料からなる上凸形状の透光性の絶縁膜からなる層内レンズを形成した固体撮像素子。 A photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit are provided on a substrate, and a layer corresponding to the photoelectric conversion unit is further formed thereon. A solid-state image sensor having an inner lens formed thereon,
A solid-state imaging device in which an in-layer lens made of a light-transmitting insulating film having an upward convex shape made of a high refractive index material is formed on a photoelectric conversion portion so as to face the photoelectric conversion portion.
前記透光性の絶縁膜は、プラズマCVD法で形成された窒化シリコン膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 6,
The light-transmitting insulating film is a solid-state imaging device which is a silicon nitride film formed by a plasma CVD method.
前記窒化シリコンは、前記光電変換部に直接配設されている固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 7,
The silicon nitride is a solid-state image sensor directly disposed in the photoelectric conversion unit.
前記透光性の絶縁膜は、前記光電変換部上を覆う反射防止膜上に配設されている固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 6,
The light-transmitting insulating film is a solid-state imaging device disposed on an antireflection film covering the photoelectric conversion unit.
前記光電変換部に対向するようにカラーフィルタ層を形成してなる固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 6 to 9,
A solid-state imaging device formed by forming a color filter layer so as to face the photoelectric conversion unit.
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| JP2005188224A JP2007012676A (en) | 2005-06-28 | 2005-06-28 | Process for fabricating solid state image sensor and solid state image sensor |
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|---|---|---|---|---|
| RU2466478C1 (en) * | 2010-04-06 | 2012-11-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Solid-state image sensor and imaging system |
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2005
- 2005-06-28 JP JP2005188224A patent/JP2007012676A/en active Pending
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