JP5357441B2

JP5357441B2 - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP5357441B2
Application number: JP2008098166A
Authority: JP
Inventors: 剛宏豊田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-04-04
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: US8766340B2; US20130200478A1; JP2009252949A; US8440493B2; US20090251573A1

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関する。

近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ、或いはイメージリーダー等の画像入力装置には、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサをはじめとする増幅型のイメージセンサが用いられている。その際、より高性能な固体撮像装置として、光電変換を行う光電変換素子の面積を縮小して光電変換素子の数を増大させると共に、チップサイズをより縮小したものが望まれている。

光電変換素子の面積を縮小すると、受光できる光量が受光面の面積減少に伴って少なくなり、感度が低下する。感度低下の対策として、受光面上にオンチップマイクロレンズを形成し、受光面に集光して感度の低下を抑制する技術が知られている。

特許文献１には、オンチップマイクロレンズの搭載に加え、受光面の高さ方向のサイズを小さくする構成が開示されている。

図７は特許文献１のＣＭＯＳ型固体撮像装置を示す。一点鎖線の右側Ａは入射光量に応じて光電変換を行う光電変換素子を含む画素が複数配置された有効画素領域を、一点鎖線の左側Ｂは有効画素領域以外の領域（以下、有効画素外領域と称する）である。

図中１は光電変換領域、２、３は各々第１金属配線、第２金属配線である。第１金属配線２上にカラーフィルタ４を介してオンチップマイクロレンズ５が搭載されている。６は有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂの段差である。図７では有効画素外領域Ｂに存在する最上部配線である第２金属配線３が有効画素領域Ａには無く、有効画素領域Ａの受光面からの距離ｈを小さくしている（図７中、ｈ≪ｈ’）。
特開２００４−１８６４０７号公報

図７の固体撮像装置において、段差６が固体撮像装置面内或いは異なる固体撮像装置間でばらつくと、感度がばらついてしまう場合がある。感度ばらつきを抑制するためには層内レンズと光電変換素子との距離を有効画素領域内で均一に製造することが重要である。しかしながら、特許文献１には図７に係る固体撮像装置の製造方法について十分な検討がなされていなかった。また、光電変換領域への集光効率を更に向上させるために、レンズと光電変換素子との距離をより小さくすること（低背化）が求められている。

本発明の目的は、より高感度な固体撮像装置、及び高感度でかつ感度ばらつきが低減可能な固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

本発明の第１側面は、複数の光電変換素子が配された第１領域と、前記第１領域の駆動のための周辺回路を含む第２領域と、前記光電変換素子の上部に配された層内レンズと、前記層内レンズの上部に配されたレンズと、を有する固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域の上に少なくとも第１金属配線層を形成する工程と、前記第１金属配線層の上にエッチングストップ層を形成する工程と、記エッチングストップ層の上に第１絶縁膜を形成する工程と、前記第２領域の前記第１絶縁膜の上部に、前記第１金属配線層とは異なる第２金属配線層を形成する工程と、前記エッチングストップ層を用いて前記第１領域の前記第１絶縁膜を除去する工程と、前記第１絶縁膜が除去された第１領域と、前記第２領域とに第２絶縁膜を形成する工程と、前記第１領域の前記第２絶縁膜から、前記層内レンズを形成する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、より高感度の固体撮像装置を実現することができる。また高感度でかつ感度ばらつきが低減した固体撮像装置を提供することが可能となる。

次に、添付図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１及び図２は本発明の第１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である。本実施形態による製造方法は図１（ａ）乃至図１（ｄ）から図２（ｅ）乃至図２（ｇ）に続くものとする。図中Ａ、Ｂは各々有効画素領域（第１領域）と有効画素領域以外の有効画素外領域（第２領域）を表している。有効画素外領域Ｂには周辺回路領域だけでなく、有効画素に対する基準信号を形成するためのオプティカルブラック領域も含むものとする。

また、有効画素領域Ａとは、光電変換素子やその信号を読み出す回路等を含む複数の画素がマトリクス配置された領域をいう。有効画素領域Ａの周囲に有効画素外領域Ｂが配置されている。有効画素外領域Ｂの周辺回路には画素を行方向と列方向に走査して画素の信号を読み出す、駆動のための垂直走査回路や水平走査回路、画素の信号を増幅する回路等が含まれている。以下の実施形態でも同様である。

また、以下の実施形態において、説明を簡単にするために半導体基板（シリコン基板等）に形成された素子領域、素子分離領域等の詳細な説明は省略する。更に、金属配線間の導通をとるためのコンタクト、ビアプラグは示していない。更に、層内レンズの形成後からカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズの形成にいたる工程は従来方法が適用できるので詳しい説明は省略する。ここで、光電変換素子の表面（半導体基板１００の表面）を受光部とし、受光部からオンチップマイクロレンズに向かって上方向とする。これらに関しては以下の実施形態でも同様である。

本実施形態では、有効画素外領域Ｂの金属配線が３層、有効画素領域Ａの金属配線が２層から成り、下層側から第１及び第２金属配線層は銅配線であり、最上部の第３金属配線層はアルミ系配線である。また、有効画素領域Ａの酸化シリコン系膜に対するエッチング耐性を有する膜として有機系低誘電率材料から成る膜を用いている。各金属配線層はそれぞれ複数の金属配線を有し、異なる絶縁膜上に設けるものである。

まず、図１（ａ）に示すように光電変換素子を構成する半導体領域１０１を形成した半導体基板（シリコン基板等）１００の上にトランジスタのゲート電極となるポリシリコンを形成する。このポリシリコンは不図示である。更に、例えば、ＣＶＤ法により酸化シリコン系膜を堆積し、その後、ＣＭＰ法により平坦化された第１絶縁膜１１０を形成する。

次に、第１絶縁膜１１０にダマシン法により銅から成る第１金属配線層１０２を形成し、且つ、第１拡散防止膜１１５を半導体基板の全面に形成する。その後、リソグラフィ技術及びドライエッチング技術により受光部（光電変換素子）上の第１拡散防止膜１１５が除去されたパターンを形成する。次に、例えば、ＣＶＤ法により酸化シリコン系膜からなる第２絶縁膜１１１を形成する。第２絶縁膜１１１の形成にあたっては、第１拡散防止膜１１５の段差の影響を除去したい場合には、ＣＭＰ法によって平坦化しても良い。

次に、有効画素領域Ａ上で最上部の配線となる銅から成る第２金属配線層１０３をダマシン法により形成する。また、ＣＶＤ法によりシリコン窒化膜を半導体基板の全面に形成し、その後リソグラフィ技術及びドライエッチング技術により受光部上の部分が除去された第２拡散防止膜１１６のパターンを形成する。

次に、図１（ｂ）に示すように第２拡散防止膜１１６による段差が埋まるように半導体基板上にＣＶＤ法、塗布法等により、絶縁膜となる酸化シリコン系膜１１７を形成する。第２拡散防止膜１１６による段差の影響を除去するために、酸化シリコン系膜１１７をＣＭＰ法によって平坦化しても良い。

次いで、有機系低誘電率膜１１８を半導体基板上に塗布し、熱処理を行うことで形成する。有機系低誘電率材料としては、SiLK（ザ・ダウ・ケミカル・カンパニー社商標）などが挙げられる。有機系低誘電率膜１１８は酸化シリコン系膜のエッチングに対して高いエッチング耐性を有する。その後、ＣＶＤ法、塗布法により酸化シリコン系膜１１９を有機系低誘電率膜１１８上に形成する。

以上により、酸化シリコン系膜１１７と、有機系低誘電率膜１１８、酸化シリコン系膜１１９の３つの絶縁膜が、第２拡散防止膜１１６上にこの順に形成される。

次に、図示を省略するが、公知のリソグラフィ技術、ドライエッチング技術により有効画素外領域Ｂにおいてビアホールを形成する。即ち、酸化シリコン系膜１１９、有機系低誘電率膜１１８、酸化シリコン系膜１１７、第２拡散防止膜１１６に対して第２金属配線層１０３と後に形成するアルミ系の第３金属配線層１０４と導通を取るためのビアホールを形成する。続いて、スパッタリング法やＣＶＤ法により半導体基板上に窒化金属膜からなるバリア膜層、タングステン等の金属膜を形成し、ビアホールを金属材料によって埋め込む。更に、ＣＭＰ法によるタングステン等の金属膜の平坦化によりビアプラグを形成する。

次に、図１（ｃ）に示すように半導体基板上にアルミまたはその合金からなるアルミ系膜をスパッタリング法やＣＶＤ法により形成し、リソグラフィ技術、ドライエッチング技術により有効画素外領域Ｂに第３金属配線層１０４を形成する。有効画素領域Ａに形成されたアルミ系膜は、リソグラフィ技術、ドライエッチング技術により除去され、酸化シリコン系膜１１９が露出する。有効画素外領域Ｂに形成した第３金属配線層１０４は、周辺回路領域における金属配線となるだけではなく、オプティカルブラック領域の遮光膜としても機能する。

次いで、図１（ｄ）に示すように有効画素外領域Ｂを公知のリソグラフィ技術によりフォトレジスト１１３にてマスクし、有効画素領域Ａの酸化シリコン系膜１１９をドライエッチングする。本エッチングは、有機系低誘電率膜１１８で停止し、有効画素領域Ａでは有機系低誘電率膜１１８が露出する。

次に、酸化シリコン系膜１１９のエッチングの際に使用したフォトレジスト１１３を公知のアッシング技術、剥離技術により除去する。この際、図２（ｅ）に示すように有効画素領域Ａに露出していた有機系低誘電率膜１１８も同時にアッシングされ、その下層の酸化シリコン系膜１１７が露出する。

また、図２（ｆ）に示すように半導体基板上に層内レンズ形成膜層１１４をＣＶＤ法により形成する。本実施形態では、層内レンズ形成膜層１１４として窒化酸化シリコン膜１２０及び窒化シリコン系膜１２１をＣＶＤ法により形成する。次に、層内レンズを形成するために窒化シリコン系膜１２１上に公知のリソグラフィ技術により、上に凸となる半球状のレジストパターン１２７を形成する。

次に、レジストパターン１２７をマスクにしてエッチングし、図２（ｇ）に示すように層内レンズ１０５を形成する。なお、窒化シリコン系膜１２１のうち層内レンズ１０５以外の部分は半導体基板上のパッシベーション膜１０６となる。更に、図示を省略するが、有効画素外領域Ｂにおいて、特に周辺回路領域においてリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパッド部のための開口を形成する。

本実施形態では、光電変換素子１０１上においては受光部から上方に向かって第１絶縁膜１１０、第２絶縁膜１１１、第２拡散防止膜１１６による段差を平坦化する膜１１７が全て酸化シリコン系膜である。そして、その上層に窒化酸化シリコン膜１２０、パッシベーション膜１０６と層内レンズ１０５を形成する窒化シリコン系膜１２１が堆積されている。これらの膜の屈折率は次のようになる。

例えば、波長６３３ｎｍにおいては、第１絶縁膜１１０、第２絶縁膜１１１、段差を平坦化する膜１１７を構成する酸化シリコン系膜は１．４６〜１．５０であり、窒化酸化シリコン膜１２０は１．６０〜１．７３であり、窒化シリコン系膜１２１は２．０である。これらの膜の屈折率の関係は、半導体基板上の受光面から層内レンズ側に向かって同等または順次大になっており、層内レンズ１０５を透過する光を効率的に光電変換素子１０１に集めることが可能である。

また、本実施形態では、有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂとで配線数が異なる。また、有効画素領域Ａにおける最上層の配線層と、有効画素外領域Ｂにおける最上層の配線層との間にエッチングストップ層である有機系低誘電率膜１１８を設けている。また、有効画素領域Ａの酸化シリコン系膜１１９を除去し、更に有効画素領域Ａにおけるエッチングストップ層を除去する。

このようにして有効画素領域Ａの最上層の配線と、有効画素外領域Ｂの最上層の配線との間に段差を形成し（図２（ｅ）参照）、その段差によるスペースを利用して有効画素領域Ａに層内レンズ１０５を形成する。そして、有効画素領域内に層内レンズを形成することにより、受光面の集光効率を更に向上でき、より高感度の固体撮像装置を実現することができる。また、層内レンズ１０５とパッシベーション膜１０６とを同一膜から構成することで、より低背化が可能となる。

また、本実施形態のような製造方法によって、層内レンズと光電変換素子との距離を有効画素領域内で小さく、且つ、距離を均一にできるため、感度ばらつきを低減することが可能となる。以下の実施形態でも同様に受光面の集光効率を更に向上でき、より高感度を実現できると共に、感度ばらつきを低減することができる。

なお、説明を省略したが、銅から成る第１金属配線層１０２、第２金属配線層１０３をシングルダマシン法、デュアルダマシン法のいずれの方法を用いて形成しても何ら問題ない。また、金属配線の材質は本実施形態に限らず、金属配線の全てがアルミ系材質または銅から成る金属配線であっても良い。

更に、有効画素領域Ａ、有効画素外領域Ｂの金属配線層の数は、有効画素領域Ａの金属配線層数が有効画素外領域Ｂよりも少ない要件を満たすならば、本実施形態に示すものに限らない。例えば、有効画素外領域Ｂにおいては、第１金属配線層１０２と第２金属配線層１０３との間に第３金属配線層を設けてもよい。

また、本実施形態では第２拡散防止膜１１６形成後に半導体基板上に酸化シリコン系膜１１７、有機系低誘電率膜１１８、酸化シリコン系膜１１９の３の絶縁膜から成る膜を形成している。第２拡散防止膜１１６と有機系低誘電率膜１１８との間の膜の密着性に問題がなければ、酸化シリコン系膜１１７を省いても良い。

更に、本実施形態の層内レンズ１０５を形成するために、層内レンズ形成膜層１１４として窒化酸化シリコン膜１２０及び窒化シリコン系膜１２１を形成しているが、層内レンズ形成膜層１１４の膜材質の数、材質はこれらに限るものではない。但し、これらの各膜の屈折率は、層内レンズ１０５を透過する光が各膜で反射することによる損失を低減するために、前記の関係を満たしていることが望ましい。

（第２の実施形態）
図３及び図４は本発明の第２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である。本実施形態による製造方法は図３（ａ）乃至図３（ｄ）から図４（ｅ）乃至図４（ｇ）に続くものとする。

また、図３及び図４では図１及び図２と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。図３（ａ）は図１（a）と同様であり説明を省略する。

図３（ａ）の後に、図３（ｂ）に示すように第２拡散防止膜１１６による段差が埋まるように半導体基板上にＣＶＤ法、塗布法等により絶縁膜となる酸化シリコン系膜１１７を形成する。第２拡散防止膜１１６による段差の影響を除去するために、酸化シリコン系膜１１７をＣＭＰ法によって平坦化しても良い。

次いで、半導体基板上に窒化酸化シリコン系膜１２２をＣＶＤ法により形成し、更に窒化シリコン系膜１２３をＣＶＤ法等により形成する。窒化シリコン系膜１２３は酸化シリコン系膜のエッチングに対するエッチング耐性を有する。その後、ＣＶＤ法、塗布法により酸化シリコン系膜１２４を窒化シリコン系膜１２３上に形成する。

以上により、酸化シリコン系膜１１７、酸化窒化シリコン系膜１２２、窒化シリコン系膜１２３、酸化シリコン系膜１２４の４つの絶縁膜が、第２拡散防止膜１１６を被覆するように半導体基板上に形成される。なお、第２金属配線層１０３と第３金属配線層１０４の導通をとるビアプラグの形成方法は第１の実施形態の説明と同様である。

次に、図３（ｃ）に示すように半導体基板上にアルミまたはその合金からなるアルミ系膜をスパッタリング法やＣＶＤ法により形成し、リソグラフィ技術、ドライエッチング技術により有効画素外領域Ｂに第３金属配線層１０４を形成する。有効画素領域Ａに形成されたアルミ系膜は、リソグラフィ技術、ドライエッチング技術により除去され、酸化シリコン系膜１２４が露出する。有効画素外領域Ｂに形成した第３金属配線層１０４は、周辺回路領域における金属配線となるだけではなく、オプティカルブラック領域の遮光膜としても機能する。

また、図３（ｄ）に示すように有効画素外領域Ｂを公知のリソグラフィ技術によりフォトレジスト１１３にてマスクし、有効画素領域Ａにおける酸化シリコン系膜１２４をドライエッチングする。本エッチングは、窒化シリコン系膜１２３で停止し、有効画素領域Ａでは窒化シリコン系膜１２３が露出する。

次に、酸化シリコン系膜１２４のエッチングの際に使用したフォトレジスト１１３を公知のアッシング技術、剥離技術により除去する。この場合、図４（ｅ）に示すように第１の実施形態の場合とは異なり、有効画素領域Ａに露出している窒化シリコン系膜１２３はアッシング等の影響を受けない。

次いで、図４（ｆ）に示すように半導体基板上に層内レンズ形成膜層１２５をＣＶＤ法により形成する。本実施形態では、窒化シリコン系膜をＣＶＤ法により形成する。次に、層内レンズを形成するために、窒化シリコン系膜に公知のリソグラフィ技術により上に凸となる半球状のレジストパターン１２７を形成する。

次に、レジストパターン１２７をマスクにしてエッチングし、図４（ｇ）に示すように層内レンズ１０５を形成する。なお、層内レンズ形成膜層である窒化シリコン系膜のうち層内レンズ１０５以外の部分は半導体基板上のパッシベーション膜１０６となる。更に、図示は省略するが、有効画素外領域Ｂにおいて、特に周辺回路領域においてリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパッド部のためのパッシベーション膜の開口の形成を行う。

本実施形態では、光電変換素子１０１上において平坦化膜１１７が酸化シリコン系膜である。また、その上層に窒化酸化シリコン系膜１２２と、酸化シリコン系膜に対してエッチング耐性を有する窒化シリコン系膜１２３と、パッシベーション膜１０６と層内レンズ１０５を形成する窒化シリコン膜１２５が堆積されている。

これらの膜の屈折率は次のようになる。例えば、波長６３３ｎｍにおいては、酸化シリコン系膜は１．４６〜１．５０であり、窒化酸化シリコン系膜は１．６０〜１．７３であり、窒化シリコン系膜は２．０である。窒化酸化シリコン系膜１２２の屈折率が、平坦化膜１１７と窒化シリコン系膜１２５の中間の屈折率を有することで、反射防止膜としての役割を果たし、効率的に光を集光することが可能である。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂとで配線層数が異なる。また、有効画素領域Ａの最上配線層と有効画素外領域Ｂの最上配線層との間にエッチングストップ層である窒化シリコン系膜１２３を設け、有効画素領域Ａの酸化シリコン系膜１２４を除去する。このようにして有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂとの間に段差を形成し（図４（ｅ）参照）、その段差によるスペースを利用して有効画素領域Ａに層内レンズ１０５を形成する。

なお、第１の実施形態と同じく、金属配線層の材料、金属配線の層数は本実施形態で示すものに限るものではない。また、本実施形態では、第２拡散防止膜１１６の形成後に半導体基板上に酸化シリコン系膜１１７、窒化酸化シリコン系膜１２２、窒化シリコン系膜１２３、酸化シリコン系膜１２４の４層の絶縁膜を形成している。その際、第２拡散防止膜１１６上に窒化酸化シリコン系膜１２２の形成後にまたは直接に窒化シリコン系膜１２３を形成しても良い。

更に、層内レンズ１０５を形成するために、層内レンズ形成膜層１２５として窒化シリコン系膜を形成しているが、層内レンズ形成膜層の膜材質の数、材質はこれらに限るものではない。但し、これらの各膜の屈折率は、層内レンズ１０５を透過する光を効率的に光電変換素子１０１に集めるため前記関係を満たしている必要がある。即ち、上述のように窒化酸化シリコン系膜１２２の屈折率が、平坦化膜１１７と窒化シリコン系膜１２５の中間の屈折率を有するのが望ましい。

（第３の実施形態）
図５及び図６は本発明の第３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である。本実施形態による製造方法は図５（ｂ）乃至図５（ｄ）から図６（ｅ）乃至図６（ｇ）に続くものとする。また、図５、図６では図１、図２或いは図３、図４と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、第１、第２の実施形態と同様に有効画素外領域の金属配線が３層、有効画素領域の金属配線が２層から成り、下層側から第１及び第２金属配線層は銅配線であり、最上部の第３金属配線層はアルミ系配線である。また、有効画素領域の酸化シリコン系膜に対するエッチング耐性を有する膜として、拡散防止膜となる窒化シリコン系材料からなる絶縁膜を用いている。

まず、図５（ｂ）に至る工程は図１（a）と同様に行うことが可能であるので説明を省略する。即ち、本実施形態の製造工程は図１（a）の工程から図５（ｂ）の工程に続いている。

図１（ａ）の後、図５（ｂ）に示すように第２金属配線１０３上に窒化シリコン系膜１２８を形成し、その窒化シリコン系膜１２８上にＣＶＤ法、塗布法等により絶縁膜となる酸化シリコン系膜１２９を形成する。これにより、窒化シリコン系膜１２８、酸化シリコン系膜１２９の２層の絶縁膜が、銅から成る第２金属配線層１０３を被覆するように半導体基板上に形成される。この窒化シリコン系膜１２８は第２金属配線層１０３の金属の拡散を抑制するための拡散防止膜として機能しうる。なお、第２金属配線層１０３と第３金属配線層１０４の導通をとるビアプラグの形成方法は第１の実施形態の説明と同じである。

次に、図５（ｃ）に示すように半導体基板上にアルミまたはその合金からなるアルミ系膜をスパッタリング法やＣＶＤ法により形成し、リソグラフィ技術、ドライエッチング技術により有効画素外領域Ｂに第３金属配線層１０４を形成する。有効画素領域Ａに形成されたアルミ系膜は、そのリソグラフィ技術、ドライエッチング技術により除去され、酸化シリコン系膜１２９が露出する。なお、有効画素外領域Ｂに形成された第３金属配線層１０４は、周辺回路領域における金属配線となるだけではなく、オプティカルブラック領域の遮光膜としても機能する。

次に、図５（ｄ）に示すように有効画素外領域Ｂを公知のリソグラフィ技術によりフォトレジスト１１３にてマスクし、有効画素領域Ａにおける酸化シリコン系膜１２９をエッチングする。エッチングは窒化シリコン系膜１２８で停止し、有効画素領域Ａでは窒化シリコン系膜１２８が露出する。

次いで、酸化シリコン系膜１２９のエッチングの際に使用したフォトレジスト１１３を公知のアッシング技術、剥離技術により除去する。この場合、図６（ｅ）に示すように第１の実施形態とは異なり、有効画素領域Ａに露出していた窒化シリコン系膜１２８はアッシング等の影響を受けない。

また、図６（ｆ）に示すように半導体基板上に層内レンズ形成膜層１２６をＣＶＤ法により形成する。本実施形態では、層内レンズ形成膜層１２６として窒化シリコン系膜をＣＶＤ法により形成する。次に、層内レンズを形成するために窒化シリコン系膜１２６上に公知のリソグラフィ技術により、上に凸となる半球状のレジストパターン１２７を形成する。

次に、レジストパターン１２７をマスクにしてエッチングし、図６（ｇ）に示すように層内レンズ１０５を形成する。

なお、層内レンズ形成膜層である窒化シリコン系膜のうち層内レンズ１０５以外の部分は半導体基板上のパッシベーション膜１０６となる。更に、図示は省略するが、有効画素外領域Ｂにおいて、特に周辺回路領域においてリソグラフィ技術及びドライエッチング技術によりパッシベーションの開口を形成する。

本実施形態では、光電変換素子１０１上において受光部から上方に向かって第１絶縁膜１１０、第２絶縁膜１１１は全て酸化シリコン系膜である。その上層にエッチングストップ層として窒化シリコン系膜１２８、パッシベーション膜１０６と層内レンズ１０５を形成する窒化シリコン系膜１２６が堆積されている。

これらの膜の屈折率は次のようになる。例えば、波長６３３ｎｍにおいては、酸化シリコン系膜は１．４６〜１．５０であり、窒化酸化シリコン膜は１．６０〜１．７３であり、窒化シリコン系膜は２．０である。これらの膜の屈折率の関係は、半導体基板上の受光面から層内レンズ側に向かって同等または順次大になっており、層内レンズ１０５を透過する光を効率的に光電変換素子１０１に集めることが可能である。

また、本実施形態では、第２の実施形態と同様に有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂとで配線の層数が異なる。また、有効画素領域Ａの最上配線層と有効画素外領域Ｂの最上配線層との間にエッチングストップ層である窒化シリコン系膜１２８を設け、有効画素領域Ａの酸化シリコン系膜１２９を除去する。このようにして有効画素領域Ａと有効画素外領域Ｂとの間に段差を形成し（図６（ｅ）参照）、その段差によるスペースを利用して有効画素領域Ａに層内レンズ１０５を形成する。場合によっては、酸化シリコン系膜１２９を設けず、窒化シリコン系膜１２８上に第３金属配線層１０４を設けてもよい。

以上のように本発明では、有効画素領域内の段差に層内レンズを形成することにより、受光面の集光効率を向上でき、より高感度の固体撮像装置を実現できる。また、層内レンズと受光面との距離が小さく、有効画素領域内でその均一性が良く、更に高感度で感度ばらつきを低減することが可能となる。

なお、図６（ｇ）におけるパッシベーション膜の開口の形成方法は第１、第２の実施形態の説明と同様である。また、金属配線の形成方法、材質については第１、第２の実施形態と同じである。更に、層内レンズ１０５の材質に関しても第１、第２の実施形態と同じものが適用可能である。

更に、上記実施形態では、有効画素領域Ａに層内レンズを形成しているが、本発明は、例えば、特許文献１等に記載されたオンチップマイクロレンズを有効画素領域Ａに形成しても良い。

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。従来例の固体撮像装置を示す断面図である。

符号の説明

１００半導体基板
１０１光電変換素子
１０２第１金属配線層
１０３第２金属配線層
１０４第３金属配線層
１０５層内レンズ
１０６パッシベーション膜
１０７平坦化膜
１０８カラーフィルタ
１０９オンチップマイクロレンズ
１１０第１絶縁膜
１１１第２絶縁膜
１１２第３絶縁膜
１１３有効画素外領域被覆するフォトレジスト
１１４層内レンズ形成膜層
１１５第１拡散防止膜
１１６第２拡散防止膜
１１７、１１９、１２４、１２９酸化シリコン系膜
１１８有機系低誘電率膜
１２０、１２２、１２８窒化酸化シリコン系膜
１２１、１２３、１２５、１２６窒化シリコン系膜
１２７層内レンズパターン形成フォトレジスト
Ａ有効画素領域
Ｂ有効画素外領域

Claims

複数の光電変換素子が配された第１領域と、前記第１領域の駆動のための周辺回路を含む第２領域と、前記光電変換素子の上部に配された層内レンズと、前記層内レンズの上部に配されたレンズと、を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記第１領域及び前記第２領域の上に少なくとも第１金属配線層を形成する工程と、
前記第１金属配線層の上にエッチングストップ層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層の上に第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第２領域の前記第１絶縁膜の上部に、前記第１金属配線層とは異なる第２金属配線層を形成する工程と、
前記エッチングストップ層を用いて前記第１領域の前記第１絶縁膜を除去する工程と、
前記第１絶縁膜が除去された第１領域と、前記第２領域とに第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第１領域の前記第２絶縁膜から、前記層内レンズを形成する工程と、を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記エッチングストップ層は、有機系低誘電率膜であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第１領域の前記第１絶縁膜を除去する工程において、フォトレジストをマスクとして用いて前記第１絶縁膜を除去し、
前記製造方法は、前記第１絶縁膜を除去する工程の後に、前記フォトレジストと同時に前記エッチングストップ層を除去する工程を更に有する請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記エッチングストップ層は、窒化シリコン系膜であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記エッチングストップ層は、前記第１金属配線層の拡散防止膜を兼ねることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記光電変換素子の受光面から前記層内レンズまでに前記第１絶縁膜を含む複数の絶縁膜が形成され、前記複数の絶縁膜の屈折率が、前記受光面から前記層内レンズに向かって同じもしくは順次大きくなる関係を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
更に、前記第２領域の上であって、前記第１金属配線層と前記第２金属配線層との間に、第３金属配線層を形成する工程を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２の絶縁膜は、前記第１領域及び前記第２領域の保護膜として機能することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記第２領域は、オプティカルブラック領域を有し、
前記第１絶縁膜を除去する工程において、前記第２金属配線層よりも前記第１絶縁膜が前記第１領域に向って延在していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。