固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法
【課題】 埋め込み用の高屈折率の部材の剥がれを低減し、高屈折率の部材に生ずる内部応力によりウエハの変形を低減する。
【解決手段】 光電変換部を有する基板と、基板の上部に配され、光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、クラッドの開口にコアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、第２の工程は、第１の工程の後に、高密度プラズマＣＶＤ法の基板の表面側の高周波パワーに対する基板の裏面側の高周波パワーの比率が第１の工程に比べて高い条件でコアとなる部材を形成する。
【解決手段】 光電変換部を有する基板と、基板の上部に配され、光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、クラッドの開口にコアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、第２の工程は、第１の工程の後に、高密度プラズマＣＶＤ法の基板の表面側の高周波パワーに対する基板の裏面側の高周波パワーの比率が第１の工程に比べて高い条件でコアとなる部材を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光を増やすため、導波路を有する固体撮像装置が提案されている。特許文献１には、導波路を形成するため、絶縁膜の開口に屈折率の高い膜を埋め込む方法について記載されている。具体的には、初期にスパッタ効果の高い条件で膜を形成し、続いてデポジット効果の高い条件で膜を形成する方法である。
【０００３】
また、特許文献２では、効率よく光を光電変換部に導くための導波路の側壁の傾斜について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らは、特許文献１に記載の条件では、高屈折率の部材を形成する際に絶縁膜の開口が閉塞されやすく、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが困難であることを見出した。
【０００６】
また、本発明者らは、埋め込み用の高屈折率の部材と周囲の層間絶縁膜との密着性が低く、剥がれが生じてしまう場合があること、また埋め込み用の高屈折率の部材に生ずる内部応力によりウエハの変形が生じる場合があることを見出した。更に、本発明者らは、特許文献２の構成においても、画素の微細化がなされた場合に、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが困難であることを見出した。
【０００７】
本発明は上記の課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、前記第２の工程は、前記第１の工程の後に、前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記基板の裏面側の高周波パワーの比率が前記第１の工程に比べて高い条件で、前記コアとなる部材を形成する。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、前記コアは、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす。
【００１０】
また、本発明の別の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口に前記コアを埋め込む工程を有し、前記高密度プラズマＣＶＤ法において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下である。
【００１１】
また、本発明の別の固体撮像内は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、前記コアは、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２≦２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たす。
【００１２】
また、本発明の別の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程と第２の工程を有し、前記第２の工程は、前記第１の工程に比べて成膜効果に対するスパッタ効果の割合が大きな条件で、前記コアとなる部材を形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、例えば高屈折率部材の剥がれを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の固体撮像装置の画素セルの回路図。
【図２】実施例１の固体撮像装置の画素セルの平面レイアウトを示す図。
【図３】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図６】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図７】実施例２の固体撮像装置の断面模式図とグラフ。
【図８】実施例３の固体撮像装置の断面模式図。
【図９】実施例４を説明するための断面模式図。
【図１０】実施例５の固体撮像装置の断面模式図。
【図１１】実施例５を説明するためのグラフ。
【図１２】実施例５の変形例を説明するための断面模式図。
【図１３】高密度プラズマＣＶＤ装置を説明するための模式図。
【図１４】固体撮像装置及び撮像システムの模式図。
【図１５】実施例６を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一つは、光電変換部を有する基板と、基板の上部に配され、光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法に関する。そして、高密度プラズマＣＶＤ法によって、クラッドの開口にコアを形成する第１の工程及び第２の工程を有する。第２の工程は、第１の工程の後に、高密度プラズマＣＶＤ法の基板の表面側の高周波パワーに対する基板の裏面側の高周波パワーの比率が第１の工程に比べて高い条件でコアとなる部材を形成する。
【００１６】
このような構成によって、埋め込み用の高屈折率の部材の密着性が高く、剥がれが生じにくい固体撮像装置を提供可能である。高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが可能となる。また、高屈折率の部材に生ずる内部応力によりウエハの変形が生じることを抑制可能である。
【００１７】
ここで、開口とは、絶縁膜を貫通する場合あるいは貫通しない場合（凹部）のいずれの場合も含み、孔とも言える。開口を用いる構成として、実施例では導波路の構成を説明するが、他の構成でも適用可能である。また、以下の実施例では固体撮像装置に適用した例を示すが半導体装置一般に適用してもよい。また、以下の説明において、公知の半導体の製造方法で製造可能な構成の製造方法及び構造の詳細については省略する場合がある。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では半導体装置として固体撮像装置を例に挙げ、固体撮像装置の製造方法について説明する。固体撮像装置の製造方法については、図１〜図５及び図１４を用いて説明する。まず、図１、図２及び図１４を用いて、本実施例の固体撮像装置について説明する。
【００１９】
図１は、本実施例の固体撮像装置の画素セルの回路図である。図２は、画素セルの上面図である。図１４は本発明の固体撮像装置を含む撮像システムの概念を示すブロック図である。図１において、画素セル１００は、４つのフォトダイオード（以下ＰＤとする）１０１〜１０４と、４つの転送トランジスタ１０５〜１０８と、１つのリセットトランジスタ１１０と、１つの増幅トランジスタ１１２とを有する。そして、フローティングディフュージョンノード（以下、ＦＤノード）１０９を有する。
【００２０】
４つのＰＤ１０１〜１０４は、入射光をその光量に応じた電荷に光電変換する。４つの転送トランジスタ１０５〜１０８は、それぞれ対応する４つのＰＤ１０１〜１０４にて発生した電荷をＦＤノード１０９に転送する転送手段として機能する。具体的には、第１の転送トランジスタ１０５が第１のＰＤ１０１の電荷を転送し、第２の転送トランジスタ１０６が第２のＰＤ１０２の電荷を転送する。そして、第３の転送トランジスタ１０７が第３のＰＤ１０３の電荷を転送し、第４の転送トランジスタ１０８が第４のＰＤ１０４の電荷を転送する。ＦＤノード１０９は複数の光電変換部似て共有された構成となっている。増幅トランジスタ１１２は、そのゲートがＦＤノード１０９に電気的に接続され、ドレインには電源供給線１１１から所定の電圧が供給されている。またソースは出力信号線１１３に電気的に接続されており、ＦＤノード１０９の電位に基づく信号が出力信号線１１３に出力される。リセットトランジスタ１１０は、ＦＤノード１０９の電位を任意の電位にリセットする。リセットトランジスタ１１０と転送トランジスタ１０５〜１０８のいずれかを同時に導通させることにより、ＰＤ１０１〜１０４の電位をリセット可能である。電源供給線１１１は少なくとも２つの電位を供給可能となっており、ＦＤノード１０９の電位を２つの値に設定することで、出力信号線１１３への信号の出力を選択的に行うことが出来る。端子１１４は以下で説明する読み出し回路と接続している。
【００２１】
少なくとも１つの光電変換部を含む繰り返し単位を画素とすると、図１においては、画素セル１００は４つの画素を含む。画素セル１００は、選択トランジスタや容量などを有していてもよい。光電変換部としてフォトダイオードを例に挙げたが、フォトゲートなどでもよい。
【００２２】
図１４において、固体撮像装置１６０１は、画素部１６１１と、垂直走査回路１６１２と、２つの読み出し回路１６１３と、２つの水平走査回路１６１４と、２つの出力アンプ１６１５を備えている。画素部１６１１以外の領域を周辺回路部１６１６と称する。
【００２３】
画素部１６１１には、図１に示した複数の画素セルが２次元状に配列されている。つまり、画素部１６１１には画素が２次元状に配列されている。読み出し回路１６１３は、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等を含み、垂直走査回路１６１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号の増幅、加算等を行うことができる。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路１６１４は、読み出し回路１６１３の信号を選択して読み出すための信号を生成する。出力アンプ１６１５は、水平走査回路１６１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。以上の構成は、固体撮像装置の一つの構成例に過ぎず、本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、図１４において、読み出し回路１６１３と水平走査回路１６１４と出力アンプ１６１５とは、２系統の出力経路を構成するため、画素部１６１１を挟んで上下に１つずつ配置されている。しかし、出力経路は３つ以上設けられていてもよい。
【００２４】
次に、図２を用いて、図１に対応した平面レイアウトを説明する。図２において、第１から第４のＰＤの一部である電荷蓄積領域（Ｎ型半導体領域）２０１〜２０４が配されている。以下、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４とする。そして、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４に対応して第１〜第４の転送トランジスタのゲート電極２０５〜２０８が配置されている。そして、図１のＦＤノードに対応する領域として第１のＦＤ領域２０９、第２のＦＤ領域２１０が配されている。第１のＦＤ領域２０９及び第２のＦＤ領域２１０は別の活性領域に配されている。第１のＦＤ領域２０９には第１及び第２のＰＤからの電荷が転送され、第２のＦＤ領域には第３及び第４ＰＤからの電荷が転送される。この第１のＦＤ領域２０９と第２のＦＤ領域２１０と増幅トランジスタのゲート電極２１２とが接続配線２１３により電気的に接続されている。接続配線２１３は増幅トランジスタのゲート電極を構成するポリシリコンを延在させることにより構成することができる。第１のＦＤ領域２０９と接続配線２１３とをシェアードコンタクト２１４が接続し、第２のＦＤ領域２１０と接続配線２１３とはシェアードコンタクト２１５とで接続されている。シェアードコンタクトとは、半導体領域同士、半導体領域とゲート電極との間、あるいはゲート電極同士を、配線層を介することなく接続するコンタクトプラグのことである。また、図２においては、第２のＦＤ領域２１０がリセットトランジスタのソースあるいはドレインと共通の活性領域に配されている。２１１はリセットトランジスタのゲート電極である。
【００２５】
ここで、ＰＤとトランジスタのソース・ドレイン及びチャネルとなる領域とが配された領域は活性領域であり、その他の領域は素子分離領域２１７となっている。また、活性領域のＰＤとＰＤの間や転送トランジスタのゲート電極とゲート電極との間には、半導体領域である信号電荷に対するポテンシャルバリア２１６が配置されている。ポテンシャルバリア２１６はＰＤとＰＤとの間の電荷の行き来を抑制する、素子分離領域としての機能を有する。ポテンシャルバリアをＰ型半導体領域で構成すれば、電子に対してのポテンシャルバリアとなり、Ｎ型半導体領域で構成すればホールに対してのポテンシャルバリアとなる。
【００２６】
このような固体撮像装置の製造方法を、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、図２のＡＢ線における断面模式図である。具体的には、図３〜図５は、図２のＡＢ線における画素セルの第２、第３のＰＤの断面と、画素セルの任意のトランジスタ３０３と、周辺回路部の任意のトランジスタ３０４とを示している。上述の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、一般の半導体技術によって形成可能な工程については、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
まず、図３（ａ）を用いて、素子が配置された半導体基板を準備する工程を説明する。まず、準備する半導体基板３１は、シリコンからなり、主面３０２を有する。そして、半導体基板３０１には、２つのＰＤのＮ型半導体領域２０２、２０３と、画素セルのトランジスタ３０３と、周辺回路部のトランジスタ３０４とが設けられている。Ｎ型半導体領域２０２、２０３に電子が収集される。以下便宜的に電荷蓄積領域２０２、２０３とよぶ。図３（ａ）において、画素部のトランジスタ３０３はＮ型のソース・ドレイン領域３０９とゲート電極３０８とを有する。電荷蓄積領域２０２、２０３の下部にはＮ型半導体領域３１４が設けられている。このＮ型半導体領域３１４は電荷蓄積領域よりも不純物濃度が低く、電荷蓄積領域と共に光電変換部の一部を構成する。Ｎ型半導体領域３１４の下部には、光電変換部の一部として機能するＰ型半導体領域３１５が配置されている。そして、トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９と第２のＦＤ領域２１０の下部にはＰ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部のトランジスタ３０４は、ＣＭＯＳ回路を構成するトランジスタが配置されるが、本実施形態においては、Ｎ型のトランジスタのみを示している。周辺回路部のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域の間であって半導体基板の主面３０２上のゲート電極３１０とを有する。このような素子を有する半導体基板３０１を準備する。なお、各図面において、ゲート絶縁膜については図示を省略している。
【００２８】
そして、図３（ａ）においては、半導体基板に形成された素子上に絶縁膜を形成する工程を示している。画素部１６１１には、酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、窒化シリコンからなる絶縁膜３０５と、酸化シリコンからなる絶縁膜３０６とが主面３０２側からこの順に積層して配置されている。これらの膜はプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤ）によって形成されうる。
【００２９】
そして、トランジスタ３０４は、そのゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２を有し、ソース・ドレイン領域３１１はＬＤＤ構造（不図示）を有する。サイドスペーサー３１２は、酸化シリコンと、窒化シリコンと、酸化シリコンとの積層膜からなる。これらの膜はプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、サイドスペーサー３１２を構成する膜は、画素部１６１１に形成される絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と同一の膜から形成されうる。
【００３０】
そして、図３（ａ）において、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に渡って窒化シリコンからなる絶縁膜３０７を、例えば低圧プラズマＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって堆積する。ここで、絶縁膜３０７を形成する前に、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に渡って酸化シリコンからなる膜（不図示）をプラズマＣＶＤ法によって堆積しておいてもよい。これは、周辺回路部のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００３１】
図３（ｂ）において、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている絶縁膜３０７を、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、所望の形状にパターニングし、絶縁膜３１７と絶縁膜３１８とを形成する。ここで、絶縁膜３１７は、電荷蓄積領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の上から転送トランジスタのゲート電極の一部上に延在して設けられる。画素部１６１１の他の領域においては、図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１６１６において図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングされることなく、絶縁膜３１８となる。
【００３２】
次に、図３（ｃ）において、図３（ｂ）の構成上に、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とを形成する。ここで、コンタクトや配線層の配線はそれぞれ複数配されている。複数の層間絶縁膜３１９は、酸化シリコンからなる絶縁膜と窒化シリコンからなる絶縁膜とが交互に積層されている。酸化シリコンからなる複数の絶縁膜のそれぞれは、プラズマＣＶＤ法によって、１２０ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚に形成される。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。よって、複数の層間絶縁膜３１９の大部分は酸化シリコンである。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、配線層やビアプラグを形成する際のエッチングストップ膜や配線層を構成する金属の拡散防止膜として機能する。なお、複数の層間絶縁膜３１９は後の導波路のクラッドとなる。
【００３３】
コンタクトプラグ３２０は主にタングステンからなり、第１の配線層３２１、ビアプラグと一体形成された第２の配線層３２２は主に銅を主成分とする。第１の配線層３２１はシングルダマシン法によって形成され、第２の配線層３２２はデュアルダマシン法によって形成されている。コンタクトプラグ、ビアプラグ及び配線層を構成する導電パターンはそれぞれバリアメタルを有している。なお、第１、第２の配線層はダマシン法ではなく、アルミニウムを用いてパターニングによって形成されていてもよい。
【００３４】
ここで、図３（ｃ）において、窒化シリコンからなる複数の絶縁膜のうち、第１及び第２の配線層の上面と接して配置される絶縁膜は、金属、すなわち銅の拡散防止膜として機能する。一方、第１、第２の配線層の下面側に配置される絶縁膜は、第１、第２の配線層をダマシン法で形成する際のエッチングストップ膜として機能する。拡散防止膜として機能する絶縁膜よりもエッチングストップ膜として機能する絶縁膜の膜厚は薄い。ダマシン法では、絶縁膜に配線用の溝あるいは配線及びビアプラグ用の溝を形成する工程があり、この溝を形成する際のエッチングにおいて、溝の形状制御のためエッチングストップ膜があることが好ましい。よって、第１、第２の配線層の下面側にエッチングストップ膜として機能する絶縁膜が配置されている。なお、配置されるエッチングストップ膜は溝を形成する際に除去されるため、エッチングストップ膜の下面は第１、第２の配線層の下面と一致あるいは第１、第２の配線層の下面よりも上部に配置されることになる。なお、図３（ｃ）までの構成が形成済みのウエハを入手して、以下に説明する開口を形成する工程を行ってもよい。
【００３５】
次に、図３（ｃ）の複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３を形成し図４（ａ）の構成を形成する。複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）が形成され、それをマスクとしてエッチングが行われる。エッチングは、例えば異方性のエッチングが行われる。具体的には、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜に対して行われ、絶縁膜３１７が露出するまでエッチングされる。ここで、絶縁膜３１７は、エッチング時における光電変換部へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。そして、半導体基板の主面３０２との間の酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６とは、光電変換部に入射すべき光に対する反射防止膜として機能する。
【００３６】
次に、図４（ａ）の開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９１よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９１を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口内に形成する。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって、窒化シリコンを全面に堆積し、開口３２３に窒化シリコンを埋め込む。ＨＤＰ−ＣＶＤ法は、後述する図１３に示す高密度プラズマＣＶＤ装置によって行われる。例えば、開口３２３の以外の複数の層間絶縁膜３１９１の上などの不要な部分に形成された窒化シリコンを、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去する。この工程により、窒化シリコンの表面は平坦化される。これらの工程により開口３２３に高屈折率部材３２４を形成する。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９１と高屈折率部材３２４とによって構成される。ここで、本実施形態においては、ＣＭＰを行いシリコン窒化膜の除去及び平坦化を行う。複数の層間絶縁膜３１９１の上部の窒化シリコンの一部を残すことにより、高屈折率部材３２４と複数の層間絶縁膜３１９１の上面に渡って延在する厚さ約１００ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜３２５を形成する。シリコン窒化膜を残すことにより、配線層へのプラズマダメージを抑制することが可能となる。そして絶縁膜３２５の上面には酸窒化シリコンからなる絶縁膜３２６を形成する。絶縁膜３２６はプラズマＣＶＤ法によって、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で形成される。
【００３７】
図４（ｂ）の工程の後に、絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６の任意の領域を除去する。本実施形態では、周辺回路領域に対応する領域に配された絶縁膜３２５、３２６をすべて除去して開口３２９を形成する。しかしながら、少なくともビアプラグが配される領域をエッチングによって除去していればよい。除去は、異方性のエッチング、例えばプラズマエッチングによって行われうる。この工程により絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６は開口３２９を有する絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８となる。その後、開口３２９を埋め、絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０を形成する。絶縁膜３３０は、例えば酸化シリコンからなり、プラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、絶縁膜３３０と第２の配線層３２２の上に配置された複数の層間絶縁膜３１９の一部とを貫通するビアプラグ３３１を形成する。ビアプラグ３３１は例えばタングステンからなり、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有する。
【００３８】
ビアプラグ３３１の上部に第３の配線層３３３が形成され、図４（ｃ）の構成が得られる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体からなり、パターニングによって形成される。ここで、第３の配線層３３３は、周辺回路領域の遮光膜としても機能し得る。次に、図４（ｄ）において、絶縁膜３３４となる絶縁膜と絶縁膜３３５となる絶縁膜をこの順に形成する。ここで、絶縁膜３３４となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される酸窒化シリコンであり、絶縁膜３３５となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンである。そして、絶縁膜３３５となる絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングを行うことで、絶縁膜３３５となる絶縁膜にレンズを形成する。その後、レンズ上に絶縁膜３３６となる絶縁膜を形成する。入力もしくは出力パッドに対応する領域において、３層の絶縁膜を除去することで、図５（ａ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４と絶縁膜３３６とは絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００３９】
図５（ａ）の工程の後に、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とをこの順に形成し、図５（ｂ）の構成が得られる。
【００４０】
以上のように図３〜図５のフローによって、固体撮像装置を形成することが可能である。なお、図３〜図５において、半導体基板３０１は主面側の一部を示したものである。
【００４１】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、本実施例では、図４（ｂ）に示した高屈折率の部材３２４を形成する工程に特徴を有する。以下、本工程について、図６及び図１３を用いて、詳細に説明を行う。
【００４２】
本実施例においては、高屈折率部材３２４を２段階の工程によって形成する。図６（ａ）は図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の一部を拡大した断面模式図である。図６において図４（ｂ）と共通の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。まず、図６に示すように、図４（ｂ）の高屈折率部材３２４と絶縁膜３２５に図６の高屈折率部材３２４ａと絶縁膜３２５ａがそれぞれ対応する、高屈折率部材３２４ａと絶縁膜３２５ａは、それぞれ２つの部材からなる。図６において、第１部材６０１及び絶縁膜６０２は、図４（ａ）の開口３２３の側壁に沿って形成され、複数の層間絶縁膜３１９１の上を覆っている。そして、第２部材６０３及び絶縁膜６０４は、第１部材６０１と絶縁膜６０２の上を覆っている。高屈折率部材３２４ａは第１部材６０１と第２部材６０３とを含む。図４（ａ）の絶縁膜３２５に対応する絶縁膜３２５ａは、絶縁膜６０２と絶縁膜６０４とを含む。以下、図６（ｂ）を用いて高屈折率部材３２４ａの製造方法について詳述する。
【００４３】
まず、図１３を用いて、高屈折率部材３２４ａを形成する高密度プラズマＣＶＤ装置について説明する。高密度プラズマＣＶＤとは、高周波電界や磁界等を用いてガスを高密度にプラズマ化し、膜を堆積させるＣＶＤ装置である。図１３は、高周波電界を用いた高密度プラズマＣＶＤ装置１５００の概略図である。高密度プラズマＣＶＤ装置１５００は、チャンバー１５０６と、温度調整機構の付いたステージ１５０３と、上部電極に接続する高周波電源１５０１と、ステージ（下部電極）に接続する高周波電源１５０２とを有する。ステージ１５０３の上には半導体のウエハ１５０４が配置される。上部の高周波電源１５０１と下部の高周波電源１５０２はそれぞれ個別の高周波パワーが設定可能である。成膜時には、所望のガスを供給口１５０５から導入し、反応させる。高密度プラズマＣＶＤ法では、スパッタリング効果と成膜効果を調整しながら行う。上下の高周波電源の高周波パワー、ガス、ウエハ温度等を調整することによってスパッタリング効果と成膜効果との割合が調整される。
【００４４】
本実施例の高屈折率部材の形成方法は、第１部材を形成する第１工程と、第２部材を形成する第２工程とを有する。前記第２の工程は、前記第１の工程と比較して、成膜効果に対するスパッタ効果の割合が高い条件で行う。ここで成膜効果とはＣＶＤ法により所望の膜種が成長している状態を示し、スパッタ効果とはプラズマもしくは成膜種がした字幕に衝突することでスパッタリングする状態をいう。
【００４５】
このような条件で形成される第１部材は、第２部材よりも図４（ａ）の開口３２３の側壁、底部、層間絶縁膜３１９１との密着性が高い。第１部材の剥がれを低減し、高屈折率部材を形成することが可能となる。また、第２部材に生じる応力を小さくできるため、ウエハの変形を抑制することが可能となる。なお、高密度プラズマＣＶＤ法において成膜効果が高い条件で成膜される部材は、密度が高く、下地膜との密着性が高い。すなわち第１の工程で下地膜との密着性の高い膜を形成し、第２の工程で開口に対する埋め込みが容易な条件で高屈折部材を形成する。なお、下地膜との密着性の高い膜は応力が大きくなる傾向が強く、このような膜で開口を埋め込もうとすると膜厚が厚くなる。これに伴ってウエハの変形も生じやすくなる。よって、本実施例の製造方法によって、剥がれを低減しつつ、ウエハの変形を抑制することが可能となる。
【００４６】
第１工程では、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され、高周波電源１５０１から高周波電界が印加される。第２工程では、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され、高周波電源１５０１及び高周波電源１５０２から高周波電界が印加される。
【００４７】
ここで、シリコン含有ガスとは、シラン、ＴＥＯＳ、トリメチルシラン、テトラメチルシラン等であり、窒素含有ガスとはアンモニア等であり、不活性ガスとはアルゴン、ヘリウム等である。本実施例においては、第１の工程及び第２の工程における混合ガスは、シランと、窒素と、アンモニアと、アルゴンとを含む。
【００４８】
また、高周波電源１５０１は、８００ｋＨｚの高周波と、１０００〜７０００Ｗの高周波パワーを供給する。高周波電源１５０２は、１３．５６ＭＨｚの高周波と、０〜５０００Ｗの高周波パワーを供給する。本実施例では、第１の工程の高周波電源１５０１の高周波パワーは５０００Ｗであり、高周波電源１５０２の高周波パワーは０Ｗである。第２の工程の高周波電源１５０１の高周波パワーは５０００Ｗであり、高周波電源１５０２の高周波パワーは３０００Ｗである。第１の工程は、半導体のウエハ１５０４、すなわち半導体基板の表面側の電極にのみ高周波電界が印加されている。つまり、第１の工程は、第２の工程に比べて、半導体基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーに対する半導体基板の表面側の電極に印加される高周波パワーの比率が高い。
【００４９】
つまり、第２の工程は、第１の工程と比較して、成膜効果に対するスパッタ効果の割合がより高い条件で実施される。これは例えば、第１の工程の場合に比べて、第２の工程の半導体基板の表面側の電極に印加される高周波パワーに対する半導体基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーの割合を高めた条件である。つまり、第１の工程における割合よりも第２の工程における割合が高い。また、不活性ガスの割合を高くすることで実現できる。ここで、不活性ガスの割合を過剰に大きくすると、スパッタリング効果が過剰に高まるために、図４（ａ）の開口３２３の側面の絶縁膜、つまり下地膜を除去してしまう可能性がある。そこで、例えば第２の工程におけるシランに対するアルゴンの比率を１．０以上６．０以下の範囲としておくことが好ましい。
【００５０】
以上のような条件で、図４（ａ）の開口３２３の上に、第１部材６０１を形成する第１工程の後に、第２部材６０３を形成する第２工程を行い、高屈折率部材３２４ａを形成する。ここで、第１の部材は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚で形成されることが望ましい。第１の部材の膜厚が１０ｎｍ未満の場合には十分な密着性が得られず、５０ｎｍよりも厚い場合には、部材の応力によりウエハの変形が生じてしまうためである。
【００５１】
以上述べてきたように、本実施例の製造方法によって、下地膜からの剥がれが抑制された高屈折率部材３２４ａを形成することが可能となる。また、高屈折率部材の応力を低減することが可能となり、ウエハの変形を低減することが可能となる。
【００５２】
なお、第１の工程と第２の工程の間に、更に、第３の部材を形成する第３の工程を有していてもよい。第３の工程では、成膜効果に対するスパッタ効果の割合、例えば基板の表面側の電極に印加される高周波パワーに対する基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーの割合が第１の工程と第２の工程との間の条件で行う。このように、第１の工程と第２の工程との間に中間の条件の工程を行い、連続的に高屈折率部材を形成してもよい。なお、説明において、簡単のため第１の部材、第２の部材等を用いて説明したが、出来上がりの構造として一体の部材になっていてもよい。また、図４（ａ）の開口３２３のテーパー角度は本実施例の角度に限定されない。
【実施例２】
【００５３】
本実施例においては、実施例１とは高屈折率部材３２４を１工程で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図７（ａ）は、図６（ｂ）と対応し、図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図７（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｂは、１つの部材７０１からなる。本実施例において、部材７０１は、図７（ｂ）のスペクトル７０２に示すような性質を有する材料からなる。このような材料を有することで、図４（ａ）の開口３２３を高屈折率材料で埋め込む際に、ボイドの発生を抑制することが可能となる。以下、図７（ｂ）について詳述する。
【００５４】
図７（ｂ）はフーリエ変換赤外分光法（以下、ＦＴ−ＩＲ法）による分析結果を示すグラフである。横軸が波数であり、縦軸が吸光度であり、グラフ中のピーク７０４はＮ−Ｈ結合、ピーク７０５はＳｉ−Ｈ結合、ピーク７０６はＳｉ−Ｎ結合の存在を示す。ここで、部材７０１の分析結果はスペクトル７０２で示されている。スペクトル７０３は図４（ａ）の開口３２３を埋め込む際にボイドが形成されてしまった比較部材の分析結果を示す。プラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンは、ＳｉとＨとＮを含む。スペクトル７０２はＮ−Ｈ結合を示すピーク７０４を有し、Ｎ−Ｈ結合が多く含まれていることがわかる。スペクトル７０３ではＮ−Ｈ結合よりもＳｉ−Ｈ結合が多い。ここで、ボイドの発生を抑制することが可能な膜質として、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合の比が、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たすことが望ましい。
【００５５】
なお、部材７０１は実施例１の第２の工程の条件の高密度プラズマＣＶＤ法によって形成される。ここで、Ｎ−Ｈ結合を増大させるには、一般の高密度プラズマＣＶＤ法で知られるＮ−Ｈ結合の多い膜が得られる条件を設定すればよい。例えば、実施例１の第２の工程のような成膜効果に対するスパッタ効果の割合が高い条件である。また、実施例１に記載の混合ガスのうち、窒素の割合を増大させればよい。例えば、シリコン含有ガスの１．２〜２．０倍、窒素含有ガスの２．０〜４．０倍、不活性ガスの２．０〜４．０倍であるＮ−Ｈ結合は上記範囲にあることにより、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが可能である。また、内部応力を適切な範囲内に制御することが可能でとなり、ウエハの変形を抑制することが可能となる。したがって、図５（ｂ）に示すような、高屈折率部材３２４の上部に絶縁膜３２７が配置される構成に好適である。
【００５６】
なお、クラッドとなる絶縁膜との密着性を向上させるため、実施例１のように高屈折率部材３２４を２つの工程によって形成してもよい。
【実施例３】
【００５７】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４を１工程で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図８（ａ）は、図６（ｂ）と対応し、図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図８（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｃは、１つの部材８０３からなる。図８（ａ）において、高屈折率部材３２４ｃが形成される領域である図４（ａ）の開口３２３は、底面８０１、図４（ａ）の開口３２３の周りの領域における複数の層間絶縁膜３１９１の上面を含む面からなる上面８０２と、側面８０５とからなる。ここで、底面８０１に垂直な方向を方向８０４とし、底面８０１に水平な方向を８０６とする。なお、底面８０１は基板の主面３０２に対して平行である。
【００５８】
ここで、本実施例においては、高密度プラズマＣＶＤ法によって部材８０３となる膜を成膜して開口３２３を埋め込む際に、部材８０３となる膜の成膜速度が、以下の関係を満たすような条件で行われる。それは、側面８０５からの方向８０６への成膜速度に対して底面８０１からの方向８０４への成膜速度が１．５倍以上１０倍以下となるような条件である。例えば、実施例１の第２の工程のような条件で行う。このような条件によって、図８（ｂ）の部材８０７のように凸部８０９を有することがない。図８（ｂ）はボイドが形成される条件での埋め込みの過程を示した図である。凸部８０９が存在することによって、開口の上部が埋まり、ボイドが形成されてしまう。しかし、本実施例の製造方法によれば、ボイドの発生が抑制された導波路を形成可能である。
【実施例４】
【００５９】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４と絶縁膜３２５を３つの工程（部材）で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図９（ａ）は、図６（ａ）と対応する固体撮像装置の断面模式図であり、図９（ｂ）は図６（ｂ）と対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図９（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｄ及び絶縁膜３２５ｂは、３つの部材からなる。高屈折率部材３２４ｄは第１の部材６０１と第２の部材６０２と第３の部材９０１を含み、絶縁膜３２５ｄは絶縁膜６０２、絶縁膜９０３、絶縁膜９０２からなる。ここで、絶縁膜９０３は、図６における絶縁膜６０４の一部が除去されたものである。
【００６０】
図９（ａ）の製造方法は、実施例１に記載の第１の工程と、第２の工程とを行った後、第２の工程で形成された図６の絶縁膜６０４の一部を除去するエッチングする工程を行う。ここで、図６の絶縁膜６０４は絶縁膜９０３となる。そして、第２の工程と同じ条件で、第３の部材９０１及び絶縁膜９０２を形成する第３の工程を行う。このような間にエッチング工程を行うことで、高屈折率部材３２４ｄ及び絶縁膜３２５ｄを形成した後の平坦化が容易となる。また、図６の絶縁膜６０４の一部を除去することで、応力を低減することが可能となり、クラックや高屈折率部材の剥がれの発生を低減することが可能となる。なお、３つの部材は一体となってしてもよい。
【実施例５】
【００６１】
本実施例においては、図４（ａ）の開口３２３の形状について、図１０を用いて説明する。図１０は図５（ｂ）に対応する構成を拡大したものであり、共通の構成については同一の符号を付し説明を省略する。他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。
【００６２】
図４（ａ）の開口３２３、すなわち導波路の高屈折率部材３２４ｅの形状は、底面１００１と、上面１００３と、それらを結ぶ側面１００２とで形成される。ここで、底面１００１と上面１００３は、受光面を含む主面３０２と平行である。ここで、底面１００１のもっとも広い幅Ｌ１と、上面１００３のもっとも広い幅Ｌ２と、上面１００３と底面１００１とを結ぶ線分を高さＨとし、側面１００２と底面１００１を含む面との傾き、すなわち角度αとする。高さＨは主面３０２に垂直である。ここで、高屈折率部材３２４ｅの形状は、Ｌ１＜Ｌ２であり、Ｈ／Ｌ２≦２、７２．８°＜α＜９０°を満たす。このような関係によって、高屈折率部材３２４ｅをボイドなく形成することが可能となる。この関係について、図１１を用いて説明する。
【００６３】
図１１（ａ）は縦軸にＬ１、横軸にＬ２をとった時のボイドの発生の有無を示したグラフであり、図１１（ｂ）は縦軸にＨ、横軸にＬ２をとった時のボイドの発生の有無を示したグラフである。各値は、任意の値に対する比率をとっている。なお、実施例１の高屈折率部材の構成を有する場合について測定している。このような図１１（ａ）及び図１１（ｂ）から境界を見出した。図１１（ａ）の境界線１１０１はＬ１＝Ｌ２を示している。また、図１１（ｂ）の境界線１１０２はＨ／Ｌ２＝２を示している。それぞれにおいて、Ｌ１＜Ｌ２、及びＨ／Ｌ２≦２である領域において、ボイドのない高屈折率部材３２４ｅを形成することが可能である。
【００６４】
また、本実施例の構成を実施例１〜４に適宜組み合わせることは可能である。例えば、実施例４の構成に適用したものを、図１２に示す。図１２では、図１０に示したテーパー角αを有し、図９に示した第１〜第３の部材と絶縁膜とを有する。このような構成によって、よりボイドの発生を低減することが可能となる。
【実施例６】
【００６５】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４の第２部材６０３（図６（ｂ）参照）を形成する方法（第２の工程）が相違し、本実施例の他の構成及び製造方法については実施例１に準ずる。
【００６６】
ここで、図１５を用いて窒素の流量と形成される高屈折率の部材の応力の関係を説明する。図１５は横軸に高屈折率部材を形成する際のＣＶＤ装置のチャンバー内における窒素の流量（ｓｃｃｍ）を示しており、縦軸に高屈折率部材の応力を示している。高屈折率部材の応力は、平坦な基板に一様に高屈折率部材を形成し、応力測定装置で測定した際の応力である。ここで、埋め込みが可能なある窒素の流量に設定した場合の基準の高屈折率の部材の応力を１として規格化している。図１５から、窒素の流量が少なくなるにつれ、実施例１に記載の第２の工程における高屈折率部材の応力が低減していることが分かる。なお、窒素が減った分はヘリウムの量を増加させている。
【００６７】
また、表１は、チャンバー内の圧力（ｍＴｏｒｒ）に対して、開口へ高屈折率部材が埋め込むことが出来た場合を○とし、埋め込むことが出来なかった場合を×として示したものである。
【００６８】
【表１】
【００６９】
ここで、表１から、チャンバー内の圧力は３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、６ｍＴｏｒｒ以上９ｍＴｏｒｒ以下である。
【００７０】
図１５及び表１より、窒素のみでなくヘリウムを添加することで応力の低い膜で埋め込みが可能となる。また、チャンバー内の圧力を３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下にすることで、埋め込みが容易となる。更には、窒素を減らしヘリウムを増加させ、チャンバー内の圧力を３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下とすることで、より低い応力の窒化シリコン膜での埋め込みが可能となる。
【実施例７】
【００７１】
本実施例は、実施例１と高屈折率部材３２４の第１部材６０１（図６（ｂ）参照）を形成する方法（第１の工程）が相違し、他の構成及び製造方法については実施例１に準ずる。本実施例は高屈折率部材３２４を形成する第１の工程で平行平板プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成し、第１部材を形成する。本実施例の第１の工程では、シリコン含有ガス、窒素、窒素含有ガスを供給し、窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は実施例１同様に１０ｎｍ以上の膜厚で形成されることが望ましい。１０ｎｍ未満の膜厚の場合には十分な密着性が得られず、その後の工程において高屈折率部材の剥れが生じうる。第２の工程は、実施例１同様に埋め込みが可能な高密度プラズマＣＶＤ法により形成する。本実施例の方法である平行平板プラズマＣＶＤ法で形成された第１の工程の窒化シリコン膜は、実施例１の方法である高密度プラズマＣＶＤ法で形成された第１の工程の窒化シリコン膜に比べて膜の応力が低い。よって、高屈折率部材３２４の内部応力を低減することが可能となる。そのため、高屈折率部材の剥れの発生を低減することが可能となる。
【００７２】
＜撮像システム＞
図１４を用いて撮像システムの構成を説明する。図１４は固体撮像装置及び撮像システムのブロック図である。撮像システム１６００は、固体撮像装置１６０１と、固体撮像装置１６０１から出力された電気信号が入力され、当該電気信号を処理する信号処理装置１６０２とを備える。具体的には、電気信号が固体撮像装置１６０１のＯＵＴ１、２から出力され、信号処理装置１６０２のＩＮに入力される。信号処理装置１６０２のＯＵＴ３からは、電気信号を処理した結果に応じて、画像信号や駆動信号、制御信号が出力される。電気信号としては、電流信号であってもよいし電圧信号でもよく、また、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。固体撮像装置１６０１は、イメージセンサー、焦点検出用のセンサー、光量検出用のセンサーなどに用いることが可能である。そして、信号処理装置１６０２は入力された電気信号を処理し、画像信号、レンズ駆動のための駆動信号、露光時間を調整するための制御信号にして出力する。このような撮像システムを有することで、好適な画像信号、あるいは制御に利用可能な制御信号が得られる。
【００７３】
以上説明してきたように、各実施例によれば、密着性の向上、ウエハの変形の抑制、ボイドの低減の少なくとも一つを解決することが可能となる。また、各実施例は、適宜変更可能であり、組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２０２ 電荷蓄積領域
２０６ ゲート電極
３２４ａ 高屈折率部材
６０１ 第１の部材
６０３ 第２の部材
３１９１ 複数の絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換部に入射する光を増やすため、導波路を有する固体撮像装置が提案されている。特許文献１には、導波路を形成するため、絶縁膜の開口に屈折率の高い膜を埋め込む方法について記載されている。具体的には、初期にスパッタ効果の高い条件で膜を形成し、続いてデポジット効果の高い条件で膜を形成する方法である。
【０００３】
また、特許文献２では、効率よく光を光電変換部に導くための導波路の側壁の傾斜について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１０３４５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者らは、特許文献１に記載の条件では、高屈折率の部材を形成する際に絶縁膜の開口が閉塞されやすく、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが困難であることを見出した。
【０００６】
また、本発明者らは、埋め込み用の高屈折率の部材と周囲の層間絶縁膜との密着性が低く、剥がれが生じてしまう場合があること、また埋め込み用の高屈折率の部材に生ずる内部応力によりウエハの変形が生じる場合があることを見出した。更に、本発明者らは、特許文献２の構成においても、画素の微細化がなされた場合に、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが困難であることを見出した。
【０００７】
本発明は上記の課題の少なくとも一つを解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、前記第２の工程は、前記第１の工程の後に、前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記基板の裏面側の高周波パワーの比率が前記第１の工程に比べて高い条件で、前記コアとなる部材を形成する。
【０００９】
また、本発明の固体撮像装置は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、前記コアは、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす。
【００１０】
また、本発明の別の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口に前記コアを埋め込む工程を有し、前記高密度プラズマＣＶＤ法において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下である。
【００１１】
また、本発明の別の固体撮像内は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、前記コアは、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２≦２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たす。
【００１２】
また、本発明の別の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する基板と、前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程と第２の工程を有し、前記第２の工程は、前記第１の工程に比べて成膜効果に対するスパッタ効果の割合が大きな条件で、前記コアとなる部材を形成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、例えば高屈折率部材の剥がれを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の固体撮像装置の画素セルの回路図。
【図２】実施例１の固体撮像装置の画素セルの平面レイアウトを示す図。
【図３】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図４】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図５】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図６】実施例１の固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図７】実施例２の固体撮像装置の断面模式図とグラフ。
【図８】実施例３の固体撮像装置の断面模式図。
【図９】実施例４を説明するための断面模式図。
【図１０】実施例５の固体撮像装置の断面模式図。
【図１１】実施例５を説明するためのグラフ。
【図１２】実施例５の変形例を説明するための断面模式図。
【図１３】高密度プラズマＣＶＤ装置を説明するための模式図。
【図１４】固体撮像装置及び撮像システムの模式図。
【図１５】実施例６を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一つは、光電変換部を有する基板と、基板の上部に配され、光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法に関する。そして、高密度プラズマＣＶＤ法によって、クラッドの開口にコアを形成する第１の工程及び第２の工程を有する。第２の工程は、第１の工程の後に、高密度プラズマＣＶＤ法の基板の表面側の高周波パワーに対する基板の裏面側の高周波パワーの比率が第１の工程に比べて高い条件でコアとなる部材を形成する。
【００１６】
このような構成によって、埋め込み用の高屈折率の部材の密着性が高く、剥がれが生じにくい固体撮像装置を提供可能である。高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが可能となる。また、高屈折率の部材に生ずる内部応力によりウエハの変形が生じることを抑制可能である。
【００１７】
ここで、開口とは、絶縁膜を貫通する場合あるいは貫通しない場合（凹部）のいずれの場合も含み、孔とも言える。開口を用いる構成として、実施例では導波路の構成を説明するが、他の構成でも適用可能である。また、以下の実施例では固体撮像装置に適用した例を示すが半導体装置一般に適用してもよい。また、以下の説明において、公知の半導体の製造方法で製造可能な構成の製造方法及び構造の詳細については省略する場合がある。以下、図面を用いて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本実施例では半導体装置として固体撮像装置を例に挙げ、固体撮像装置の製造方法について説明する。固体撮像装置の製造方法については、図１〜図５及び図１４を用いて説明する。まず、図１、図２及び図１４を用いて、本実施例の固体撮像装置について説明する。
【００１９】
図１は、本実施例の固体撮像装置の画素セルの回路図である。図２は、画素セルの上面図である。図１４は本発明の固体撮像装置を含む撮像システムの概念を示すブロック図である。図１において、画素セル１００は、４つのフォトダイオード（以下ＰＤとする）１０１〜１０４と、４つの転送トランジスタ１０５〜１０８と、１つのリセットトランジスタ１１０と、１つの増幅トランジスタ１１２とを有する。そして、フローティングディフュージョンノード（以下、ＦＤノード）１０９を有する。
【００２０】
４つのＰＤ１０１〜１０４は、入射光をその光量に応じた電荷に光電変換する。４つの転送トランジスタ１０５〜１０８は、それぞれ対応する４つのＰＤ１０１〜１０４にて発生した電荷をＦＤノード１０９に転送する転送手段として機能する。具体的には、第１の転送トランジスタ１０５が第１のＰＤ１０１の電荷を転送し、第２の転送トランジスタ１０６が第２のＰＤ１０２の電荷を転送する。そして、第３の転送トランジスタ１０７が第３のＰＤ１０３の電荷を転送し、第４の転送トランジスタ１０８が第４のＰＤ１０４の電荷を転送する。ＦＤノード１０９は複数の光電変換部似て共有された構成となっている。増幅トランジスタ１１２は、そのゲートがＦＤノード１０９に電気的に接続され、ドレインには電源供給線１１１から所定の電圧が供給されている。またソースは出力信号線１１３に電気的に接続されており、ＦＤノード１０９の電位に基づく信号が出力信号線１１３に出力される。リセットトランジスタ１１０は、ＦＤノード１０９の電位を任意の電位にリセットする。リセットトランジスタ１１０と転送トランジスタ１０５〜１０８のいずれかを同時に導通させることにより、ＰＤ１０１〜１０４の電位をリセット可能である。電源供給線１１１は少なくとも２つの電位を供給可能となっており、ＦＤノード１０９の電位を２つの値に設定することで、出力信号線１１３への信号の出力を選択的に行うことが出来る。端子１１４は以下で説明する読み出し回路と接続している。
【００２１】
少なくとも１つの光電変換部を含む繰り返し単位を画素とすると、図１においては、画素セル１００は４つの画素を含む。画素セル１００は、選択トランジスタや容量などを有していてもよい。光電変換部としてフォトダイオードを例に挙げたが、フォトゲートなどでもよい。
【００２２】
図１４において、固体撮像装置１６０１は、画素部１６１１と、垂直走査回路１６１２と、２つの読み出し回路１６１３と、２つの水平走査回路１６１４と、２つの出力アンプ１６１５を備えている。画素部１６１１以外の領域を周辺回路部１６１６と称する。
【００２３】
画素部１６１１には、図１に示した複数の画素セルが２次元状に配列されている。つまり、画素部１６１１には画素が２次元状に配列されている。読み出し回路１６１３は、例えば、列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等を含み、垂直走査回路１６１２によって選択された行の画素から垂直信号線を介して読み出された信号の増幅、加算等を行うことができる。列アンプ、ＣＤＳ回路、加算回路等は、例えば、画素列又は複数の画素列毎に配置される。水平走査回路１６１４は、読み出し回路１６１３の信号を選択して読み出すための信号を生成する。出力アンプ１６１５は、水平走査回路１６１４によって選択された列の信号を増幅して出力する。以上の構成は、固体撮像装置の一つの構成例に過ぎず、本実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、図１４において、読み出し回路１６１３と水平走査回路１６１４と出力アンプ１６１５とは、２系統の出力経路を構成するため、画素部１６１１を挟んで上下に１つずつ配置されている。しかし、出力経路は３つ以上設けられていてもよい。
【００２４】
次に、図２を用いて、図１に対応した平面レイアウトを説明する。図２において、第１から第４のＰＤの一部である電荷蓄積領域（Ｎ型半導体領域）２０１〜２０４が配されている。以下、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４とする。そして、第１〜第４のＰＤ２０１〜２０４に対応して第１〜第４の転送トランジスタのゲート電極２０５〜２０８が配置されている。そして、図１のＦＤノードに対応する領域として第１のＦＤ領域２０９、第２のＦＤ領域２１０が配されている。第１のＦＤ領域２０９及び第２のＦＤ領域２１０は別の活性領域に配されている。第１のＦＤ領域２０９には第１及び第２のＰＤからの電荷が転送され、第２のＦＤ領域には第３及び第４ＰＤからの電荷が転送される。この第１のＦＤ領域２０９と第２のＦＤ領域２１０と増幅トランジスタのゲート電極２１２とが接続配線２１３により電気的に接続されている。接続配線２１３は増幅トランジスタのゲート電極を構成するポリシリコンを延在させることにより構成することができる。第１のＦＤ領域２０９と接続配線２１３とをシェアードコンタクト２１４が接続し、第２のＦＤ領域２１０と接続配線２１３とはシェアードコンタクト２１５とで接続されている。シェアードコンタクトとは、半導体領域同士、半導体領域とゲート電極との間、あるいはゲート電極同士を、配線層を介することなく接続するコンタクトプラグのことである。また、図２においては、第２のＦＤ領域２１０がリセットトランジスタのソースあるいはドレインと共通の活性領域に配されている。２１１はリセットトランジスタのゲート電極である。
【００２５】
ここで、ＰＤとトランジスタのソース・ドレイン及びチャネルとなる領域とが配された領域は活性領域であり、その他の領域は素子分離領域２１７となっている。また、活性領域のＰＤとＰＤの間や転送トランジスタのゲート電極とゲート電極との間には、半導体領域である信号電荷に対するポテンシャルバリア２１６が配置されている。ポテンシャルバリア２１６はＰＤとＰＤとの間の電荷の行き来を抑制する、素子分離領域としての機能を有する。ポテンシャルバリアをＰ型半導体領域で構成すれば、電子に対してのポテンシャルバリアとなり、Ｎ型半導体領域で構成すればホールに対してのポテンシャルバリアとなる。
【００２６】
このような固体撮像装置の製造方法を、図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、図２のＡＢ線における断面模式図である。具体的には、図３〜図５は、図２のＡＢ線における画素セルの第２、第３のＰＤの断面と、画素セルの任意のトランジスタ３０３と、周辺回路部の任意のトランジスタ３０４とを示している。上述の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、一般の半導体技術によって形成可能な工程については、その詳細な説明を省略する。
【００２７】
まず、図３（ａ）を用いて、素子が配置された半導体基板を準備する工程を説明する。まず、準備する半導体基板３１は、シリコンからなり、主面３０２を有する。そして、半導体基板３０１には、２つのＰＤのＮ型半導体領域２０２、２０３と、画素セルのトランジスタ３０３と、周辺回路部のトランジスタ３０４とが設けられている。Ｎ型半導体領域２０２、２０３に電子が収集される。以下便宜的に電荷蓄積領域２０２、２０３とよぶ。図３（ａ）において、画素部のトランジスタ３０３はＮ型のソース・ドレイン領域３０９とゲート電極３０８とを有する。電荷蓄積領域２０２、２０３の下部にはＮ型半導体領域３１４が設けられている。このＮ型半導体領域３１４は電荷蓄積領域よりも不純物濃度が低く、電荷蓄積領域と共に光電変換部の一部を構成する。Ｎ型半導体領域３１４の下部には、光電変換部の一部として機能するＰ型半導体領域３１５が配置されている。そして、トランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９と第２のＦＤ領域２１０の下部にはＰ型半導体領域３１６が配置されている。周辺回路部のトランジスタ３０４は、ＣＭＯＳ回路を構成するトランジスタが配置されるが、本実施形態においては、Ｎ型のトランジスタのみを示している。周辺回路部のトランジスタ３０４は、Ｐ型の半導体領域３１３に配されたＮ型のソース・ドレイン領域３１１と、ソース・ドレイン領域の間であって半導体基板の主面３０２上のゲート電極３１０とを有する。このような素子を有する半導体基板３０１を準備する。なお、各図面において、ゲート絶縁膜については図示を省略している。
【００２８】
そして、図３（ａ）においては、半導体基板に形成された素子上に絶縁膜を形成する工程を示している。画素部１６１１には、酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、窒化シリコンからなる絶縁膜３０５と、酸化シリコンからなる絶縁膜３０６とが主面３０２側からこの順に積層して配置されている。これらの膜はプラズマ化学気相成長（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下ＣＶＤ）によって形成されうる。
【００２９】
そして、トランジスタ３０４は、そのゲート電極１０の側壁にサイドスペーサー３１２を有し、ソース・ドレイン領域３１１はＬＤＤ構造（不図示）を有する。サイドスペーサー３１２は、酸化シリコンと、窒化シリコンと、酸化シリコンとの積層膜からなる。これらの膜はプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、サイドスペーサー３１２を構成する膜は、画素部１６１１に形成される絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６と同一の膜から形成されうる。
【００３０】
そして、図３（ａ）において、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に渡って窒化シリコンからなる絶縁膜３０７を、例えば低圧プラズマＣＶＤ法（ＬＰ−ＣＶＤ法）によって堆積する。ここで、絶縁膜３０７を形成する前に、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に渡って酸化シリコンからなる膜（不図示）をプラズマＣＶＤ法によって堆積しておいてもよい。これは、周辺回路部のトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１において半導体基板の主面３０２が露出しないようにするためである。
【００３１】
図３（ｂ）において、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている絶縁膜３０７を、公知のリソグラフィ技術及びエッチング技術によって、所望の形状にパターニングし、絶縁膜３１７と絶縁膜３１８とを形成する。ここで、絶縁膜３１７は、電荷蓄積領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換部の上から転送トランジスタのゲート電極の一部上に延在して設けられる。画素部１６１１の他の領域においては、図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングによって除去されている。周辺回路部１６１６において図３（ａ）の絶縁膜３０７はエッチングされることなく、絶縁膜３１８となる。
【００３２】
次に、図３（ｃ）において、図３（ｂ）の構成上に、複数の層間絶縁膜３１９と、コンタクトプラグ３２０と、第１の配線層３２１と、ビアプラグを含む第２の配線層３２２とを形成する。ここで、コンタクトや配線層の配線はそれぞれ複数配されている。複数の層間絶縁膜３１９は、酸化シリコンからなる絶縁膜と窒化シリコンからなる絶縁膜とが交互に積層されている。酸化シリコンからなる複数の絶縁膜のそれぞれは、プラズマＣＶＤ法によって、１２０ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚に形成される。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法によって、１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚にそれぞれが形成される。よって、複数の層間絶縁膜３１９の大部分は酸化シリコンである。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、配線層やビアプラグを形成する際のエッチングストップ膜や配線層を構成する金属の拡散防止膜として機能する。なお、複数の層間絶縁膜３１９は後の導波路のクラッドとなる。
【００３３】
コンタクトプラグ３２０は主にタングステンからなり、第１の配線層３２１、ビアプラグと一体形成された第２の配線層３２２は主に銅を主成分とする。第１の配線層３２１はシングルダマシン法によって形成され、第２の配線層３２２はデュアルダマシン法によって形成されている。コンタクトプラグ、ビアプラグ及び配線層を構成する導電パターンはそれぞれバリアメタルを有している。なお、第１、第２の配線層はダマシン法ではなく、アルミニウムを用いてパターニングによって形成されていてもよい。
【００３４】
ここで、図３（ｃ）において、窒化シリコンからなる複数の絶縁膜のうち、第１及び第２の配線層の上面と接して配置される絶縁膜は、金属、すなわち銅の拡散防止膜として機能する。一方、第１、第２の配線層の下面側に配置される絶縁膜は、第１、第２の配線層をダマシン法で形成する際のエッチングストップ膜として機能する。拡散防止膜として機能する絶縁膜よりもエッチングストップ膜として機能する絶縁膜の膜厚は薄い。ダマシン法では、絶縁膜に配線用の溝あるいは配線及びビアプラグ用の溝を形成する工程があり、この溝を形成する際のエッチングにおいて、溝の形状制御のためエッチングストップ膜があることが好ましい。よって、第１、第２の配線層の下面側にエッチングストップ膜として機能する絶縁膜が配置されている。なお、配置されるエッチングストップ膜は溝を形成する際に除去されるため、エッチングストップ膜の下面は第１、第２の配線層の下面と一致あるいは第１、第２の配線層の下面よりも上部に配置されることになる。なお、図３（ｃ）までの構成が形成済みのウエハを入手して、以下に説明する開口を形成する工程を行ってもよい。
【００３５】
次に、図３（ｃ）の複数の層間絶縁膜３１９に開口３２３を形成し図４（ａ）の構成を形成する。複数の層間絶縁膜３１９の上に、光電変換部に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターン（不図示）が形成され、それをマスクとしてエッチングが行われる。エッチングは、例えば異方性のエッチングが行われる。具体的には、プラズマエッチング処理が複数の層間絶縁膜に対して行われ、絶縁膜３１７が露出するまでエッチングされる。ここで、絶縁膜３１７は、エッチング時における光電変換部へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。そして、半導体基板の主面３０２との間の酸化シリコンからなる絶縁膜（不図示）と、絶縁膜３０５と、絶縁膜３０６とは、光電変換部に入射すべき光に対する反射防止膜として機能する。
【００３６】
次に、図４（ａ）の開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜３１９１よりも屈折率の高い透明材料を埋め込み、導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、複数の層間絶縁膜３１９１を構成する主な材料である酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口内に形成する。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって、窒化シリコンを全面に堆積し、開口３２３に窒化シリコンを埋め込む。ＨＤＰ−ＣＶＤ法は、後述する図１３に示す高密度プラズマＣＶＤ装置によって行われる。例えば、開口３２３の以外の複数の層間絶縁膜３１９１の上などの不要な部分に形成された窒化シリコンを、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去する。この工程により、窒化シリコンの表面は平坦化される。これらの工程により開口３２３に高屈折率部材３２４を形成する。導波路は、複数の層間絶縁膜３１９１と高屈折率部材３２４とによって構成される。ここで、本実施形態においては、ＣＭＰを行いシリコン窒化膜の除去及び平坦化を行う。複数の層間絶縁膜３１９１の上部の窒化シリコンの一部を残すことにより、高屈折率部材３２４と複数の層間絶縁膜３１９１の上面に渡って延在する厚さ約１００ｎｍ〜５００ｎｍの絶縁膜３２５を形成する。シリコン窒化膜を残すことにより、配線層へのプラズマダメージを抑制することが可能となる。そして絶縁膜３２５の上面には酸窒化シリコンからなる絶縁膜３２６を形成する。絶縁膜３２６はプラズマＣＶＤ法によって、約５０ｎｍ〜１５０ｎｍの膜厚で形成される。
【００３７】
図４（ｂ）の工程の後に、絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６の任意の領域を除去する。本実施形態では、周辺回路領域に対応する領域に配された絶縁膜３２５、３２６をすべて除去して開口３２９を形成する。しかしながら、少なくともビアプラグが配される領域をエッチングによって除去していればよい。除去は、異方性のエッチング、例えばプラズマエッチングによって行われうる。この工程により絶縁膜３２５及び絶縁膜３２６は開口３２９を有する絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８となる。その後、開口３２９を埋め、絶縁膜３２７及び絶縁膜３２８を覆うように、絶縁膜３３０を形成する。絶縁膜３３０は、例えば酸化シリコンからなり、プラズマＣＶＤ法によって形成されうる。そして、絶縁膜３３０と第２の配線層３２２の上に配置された複数の層間絶縁膜３１９の一部とを貫通するビアプラグ３３１を形成する。ビアプラグ３３１は例えばタングステンからなり、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有する。
【００３８】
ビアプラグ３３１の上部に第３の配線層３３３が形成され、図４（ｃ）の構成が得られる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体からなり、パターニングによって形成される。ここで、第３の配線層３３３は、周辺回路領域の遮光膜としても機能し得る。次に、図４（ｄ）において、絶縁膜３３４となる絶縁膜と絶縁膜３３５となる絶縁膜をこの順に形成する。ここで、絶縁膜３３４となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される酸窒化シリコンであり、絶縁膜３３５となる絶縁膜はプラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンである。そして、絶縁膜３３５となる絶縁膜上にレンズ形状のフォトレジストを形成し、それをマスクとしてエッチングを行うことで、絶縁膜３３５となる絶縁膜にレンズを形成する。その後、レンズ上に絶縁膜３３６となる絶縁膜を形成する。入力もしくは出力パッドに対応する領域において、３層の絶縁膜を除去することで、図５（ａ）の構成が得られる。ここで、絶縁膜３３５は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、絶縁膜３３４と絶縁膜３３６とは絶縁膜３３５の反射防止として機能しうる。
【００３９】
図５（ａ）の工程の後に、樹脂からなる平坦化層３３８と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層３３９と、マイクロレンズ３４１を含むマイクロレンズ層３４０とをこの順に形成し、図５（ｂ）の構成が得られる。
【００４０】
以上のように図３〜図５のフローによって、固体撮像装置を形成することが可能である。なお、図３〜図５において、半導体基板３０１は主面側の一部を示したものである。
【００４１】
以上のような固体撮像装置の製造方法において、本実施例では、図４（ｂ）に示した高屈折率の部材３２４を形成する工程に特徴を有する。以下、本工程について、図６及び図１３を用いて、詳細に説明を行う。
【００４２】
本実施例においては、高屈折率部材３２４を２段階の工程によって形成する。図６（ａ）は図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の一部を拡大した断面模式図である。図６において図４（ｂ）と共通の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。まず、図６に示すように、図４（ｂ）の高屈折率部材３２４と絶縁膜３２５に図６の高屈折率部材３２４ａと絶縁膜３２５ａがそれぞれ対応する、高屈折率部材３２４ａと絶縁膜３２５ａは、それぞれ２つの部材からなる。図６において、第１部材６０１及び絶縁膜６０２は、図４（ａ）の開口３２３の側壁に沿って形成され、複数の層間絶縁膜３１９１の上を覆っている。そして、第２部材６０３及び絶縁膜６０４は、第１部材６０１と絶縁膜６０２の上を覆っている。高屈折率部材３２４ａは第１部材６０１と第２部材６０３とを含む。図４（ａ）の絶縁膜３２５に対応する絶縁膜３２５ａは、絶縁膜６０２と絶縁膜６０４とを含む。以下、図６（ｂ）を用いて高屈折率部材３２４ａの製造方法について詳述する。
【００４３】
まず、図１３を用いて、高屈折率部材３２４ａを形成する高密度プラズマＣＶＤ装置について説明する。高密度プラズマＣＶＤとは、高周波電界や磁界等を用いてガスを高密度にプラズマ化し、膜を堆積させるＣＶＤ装置である。図１３は、高周波電界を用いた高密度プラズマＣＶＤ装置１５００の概略図である。高密度プラズマＣＶＤ装置１５００は、チャンバー１５０６と、温度調整機構の付いたステージ１５０３と、上部電極に接続する高周波電源１５０１と、ステージ（下部電極）に接続する高周波電源１５０２とを有する。ステージ１５０３の上には半導体のウエハ１５０４が配置される。上部の高周波電源１５０１と下部の高周波電源１５０２はそれぞれ個別の高周波パワーが設定可能である。成膜時には、所望のガスを供給口１５０５から導入し、反応させる。高密度プラズマＣＶＤ法では、スパッタリング効果と成膜効果を調整しながら行う。上下の高周波電源の高周波パワー、ガス、ウエハ温度等を調整することによってスパッタリング効果と成膜効果との割合が調整される。
【００４４】
本実施例の高屈折率部材の形成方法は、第１部材を形成する第１工程と、第２部材を形成する第２工程とを有する。前記第２の工程は、前記第１の工程と比較して、成膜効果に対するスパッタ効果の割合が高い条件で行う。ここで成膜効果とはＣＶＤ法により所望の膜種が成長している状態を示し、スパッタ効果とはプラズマもしくは成膜種がした字幕に衝突することでスパッタリングする状態をいう。
【００４５】
このような条件で形成される第１部材は、第２部材よりも図４（ａ）の開口３２３の側壁、底部、層間絶縁膜３１９１との密着性が高い。第１部材の剥がれを低減し、高屈折率部材を形成することが可能となる。また、第２部材に生じる応力を小さくできるため、ウエハの変形を抑制することが可能となる。なお、高密度プラズマＣＶＤ法において成膜効果が高い条件で成膜される部材は、密度が高く、下地膜との密着性が高い。すなわち第１の工程で下地膜との密着性の高い膜を形成し、第２の工程で開口に対する埋め込みが容易な条件で高屈折部材を形成する。なお、下地膜との密着性の高い膜は応力が大きくなる傾向が強く、このような膜で開口を埋め込もうとすると膜厚が厚くなる。これに伴ってウエハの変形も生じやすくなる。よって、本実施例の製造方法によって、剥がれを低減しつつ、ウエハの変形を抑制することが可能となる。
【００４６】
第１工程では、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され、高周波電源１５０１から高周波電界が印加される。第２工程では、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され、高周波電源１５０１及び高周波電源１５０２から高周波電界が印加される。
【００４７】
ここで、シリコン含有ガスとは、シラン、ＴＥＯＳ、トリメチルシラン、テトラメチルシラン等であり、窒素含有ガスとはアンモニア等であり、不活性ガスとはアルゴン、ヘリウム等である。本実施例においては、第１の工程及び第２の工程における混合ガスは、シランと、窒素と、アンモニアと、アルゴンとを含む。
【００４８】
また、高周波電源１５０１は、８００ｋＨｚの高周波と、１０００〜７０００Ｗの高周波パワーを供給する。高周波電源１５０２は、１３．５６ＭＨｚの高周波と、０〜５０００Ｗの高周波パワーを供給する。本実施例では、第１の工程の高周波電源１５０１の高周波パワーは５０００Ｗであり、高周波電源１５０２の高周波パワーは０Ｗである。第２の工程の高周波電源１５０１の高周波パワーは５０００Ｗであり、高周波電源１５０２の高周波パワーは３０００Ｗである。第１の工程は、半導体のウエハ１５０４、すなわち半導体基板の表面側の電極にのみ高周波電界が印加されている。つまり、第１の工程は、第２の工程に比べて、半導体基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーに対する半導体基板の表面側の電極に印加される高周波パワーの比率が高い。
【００４９】
つまり、第２の工程は、第１の工程と比較して、成膜効果に対するスパッタ効果の割合がより高い条件で実施される。これは例えば、第１の工程の場合に比べて、第２の工程の半導体基板の表面側の電極に印加される高周波パワーに対する半導体基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーの割合を高めた条件である。つまり、第１の工程における割合よりも第２の工程における割合が高い。また、不活性ガスの割合を高くすることで実現できる。ここで、不活性ガスの割合を過剰に大きくすると、スパッタリング効果が過剰に高まるために、図４（ａ）の開口３２３の側面の絶縁膜、つまり下地膜を除去してしまう可能性がある。そこで、例えば第２の工程におけるシランに対するアルゴンの比率を１．０以上６．０以下の範囲としておくことが好ましい。
【００５０】
以上のような条件で、図４（ａ）の開口３２３の上に、第１部材６０１を形成する第１工程の後に、第２部材６０３を形成する第２工程を行い、高屈折率部材３２４ａを形成する。ここで、第１の部材は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の膜厚で形成されることが望ましい。第１の部材の膜厚が１０ｎｍ未満の場合には十分な密着性が得られず、５０ｎｍよりも厚い場合には、部材の応力によりウエハの変形が生じてしまうためである。
【００５１】
以上述べてきたように、本実施例の製造方法によって、下地膜からの剥がれが抑制された高屈折率部材３２４ａを形成することが可能となる。また、高屈折率部材の応力を低減することが可能となり、ウエハの変形を低減することが可能となる。
【００５２】
なお、第１の工程と第２の工程の間に、更に、第３の部材を形成する第３の工程を有していてもよい。第３の工程では、成膜効果に対するスパッタ効果の割合、例えば基板の表面側の電極に印加される高周波パワーに対する基板の裏面側の電極に印加される高周波パワーの割合が第１の工程と第２の工程との間の条件で行う。このように、第１の工程と第２の工程との間に中間の条件の工程を行い、連続的に高屈折率部材を形成してもよい。なお、説明において、簡単のため第１の部材、第２の部材等を用いて説明したが、出来上がりの構造として一体の部材になっていてもよい。また、図４（ａ）の開口３２３のテーパー角度は本実施例の角度に限定されない。
【実施例２】
【００５３】
本実施例においては、実施例１とは高屈折率部材３２４を１工程で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図７（ａ）は、図６（ｂ）と対応し、図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図７（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｂは、１つの部材７０１からなる。本実施例において、部材７０１は、図７（ｂ）のスペクトル７０２に示すような性質を有する材料からなる。このような材料を有することで、図４（ａ）の開口３２３を高屈折率材料で埋め込む際に、ボイドの発生を抑制することが可能となる。以下、図７（ｂ）について詳述する。
【００５４】
図７（ｂ）はフーリエ変換赤外分光法（以下、ＦＴ−ＩＲ法）による分析結果を示すグラフである。横軸が波数であり、縦軸が吸光度であり、グラフ中のピーク７０４はＮ−Ｈ結合、ピーク７０５はＳｉ−Ｈ結合、ピーク７０６はＳｉ−Ｎ結合の存在を示す。ここで、部材７０１の分析結果はスペクトル７０２で示されている。スペクトル７０３は図４（ａ）の開口３２３を埋め込む際にボイドが形成されてしまった比較部材の分析結果を示す。プラズマＣＶＤ法によって形成される窒化シリコンは、ＳｉとＨとＮを含む。スペクトル７０２はＮ−Ｈ結合を示すピーク７０４を有し、Ｎ−Ｈ結合が多く含まれていることがわかる。スペクトル７０３ではＮ−Ｈ結合よりもＳｉ−Ｈ結合が多い。ここで、ボイドの発生を抑制することが可能な膜質として、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合の比が、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たすことが望ましい。
【００５５】
なお、部材７０１は実施例１の第２の工程の条件の高密度プラズマＣＶＤ法によって形成される。ここで、Ｎ−Ｈ結合を増大させるには、一般の高密度プラズマＣＶＤ法で知られるＮ−Ｈ結合の多い膜が得られる条件を設定すればよい。例えば、実施例１の第２の工程のような成膜効果に対するスパッタ効果の割合が高い条件である。また、実施例１に記載の混合ガスのうち、窒素の割合を増大させればよい。例えば、シリコン含有ガスの１．２〜２．０倍、窒素含有ガスの２．０〜４．０倍、不活性ガスの２．０〜４．０倍であるＮ−Ｈ結合は上記範囲にあることにより、高屈折率の部材をボイドなく埋め込むことが可能である。また、内部応力を適切な範囲内に制御することが可能でとなり、ウエハの変形を抑制することが可能となる。したがって、図５（ｂ）に示すような、高屈折率部材３２４の上部に絶縁膜３２７が配置される構成に好適である。
【００５６】
なお、クラッドとなる絶縁膜との密着性を向上させるため、実施例１のように高屈折率部材３２４を２つの工程によって形成してもよい。
【実施例３】
【００５７】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４を１工程で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図８（ａ）は、図６（ｂ）と対応し、図４（ｂ）に対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図８（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｃは、１つの部材８０３からなる。図８（ａ）において、高屈折率部材３２４ｃが形成される領域である図４（ａ）の開口３２３は、底面８０１、図４（ａ）の開口３２３の周りの領域における複数の層間絶縁膜３１９１の上面を含む面からなる上面８０２と、側面８０５とからなる。ここで、底面８０１に垂直な方向を方向８０４とし、底面８０１に水平な方向を８０６とする。なお、底面８０１は基板の主面３０２に対して平行である。
【００５８】
ここで、本実施例においては、高密度プラズマＣＶＤ法によって部材８０３となる膜を成膜して開口３２３を埋め込む際に、部材８０３となる膜の成膜速度が、以下の関係を満たすような条件で行われる。それは、側面８０５からの方向８０６への成膜速度に対して底面８０１からの方向８０４への成膜速度が１．５倍以上１０倍以下となるような条件である。例えば、実施例１の第２の工程のような条件で行う。このような条件によって、図８（ｂ）の部材８０７のように凸部８０９を有することがない。図８（ｂ）はボイドが形成される条件での埋め込みの過程を示した図である。凸部８０９が存在することによって、開口の上部が埋まり、ボイドが形成されてしまう。しかし、本実施例の製造方法によれば、ボイドの発生が抑制された導波路を形成可能である。
【実施例４】
【００５９】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４と絶縁膜３２５を３つの工程（部材）で形成する点で相違し、他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。図９（ａ）は、図６（ａ）と対応する固体撮像装置の断面模式図であり、図９（ｂ）は図６（ｂ）と対応する固体撮像装置の断面模式図の一部を拡大したものである。図９（ａ）に示すように、高屈折率部材３２４ｄ及び絶縁膜３２５ｂは、３つの部材からなる。高屈折率部材３２４ｄは第１の部材６０１と第２の部材６０２と第３の部材９０１を含み、絶縁膜３２５ｄは絶縁膜６０２、絶縁膜９０３、絶縁膜９０２からなる。ここで、絶縁膜９０３は、図６における絶縁膜６０４の一部が除去されたものである。
【００６０】
図９（ａ）の製造方法は、実施例１に記載の第１の工程と、第２の工程とを行った後、第２の工程で形成された図６の絶縁膜６０４の一部を除去するエッチングする工程を行う。ここで、図６の絶縁膜６０４は絶縁膜９０３となる。そして、第２の工程と同じ条件で、第３の部材９０１及び絶縁膜９０２を形成する第３の工程を行う。このような間にエッチング工程を行うことで、高屈折率部材３２４ｄ及び絶縁膜３２５ｄを形成した後の平坦化が容易となる。また、図６の絶縁膜６０４の一部を除去することで、応力を低減することが可能となり、クラックや高屈折率部材の剥がれの発生を低減することが可能となる。なお、３つの部材は一体となってしてもよい。
【実施例５】
【００６１】
本実施例においては、図４（ａ）の開口３２３の形状について、図１０を用いて説明する。図１０は図５（ｂ）に対応する構成を拡大したものであり、共通の構成については同一の符号を付し説明を省略する。他の構成及び製造方法については、実施例１に準ずる。
【００６２】
図４（ａ）の開口３２３、すなわち導波路の高屈折率部材３２４ｅの形状は、底面１００１と、上面１００３と、それらを結ぶ側面１００２とで形成される。ここで、底面１００１と上面１００３は、受光面を含む主面３０２と平行である。ここで、底面１００１のもっとも広い幅Ｌ１と、上面１００３のもっとも広い幅Ｌ２と、上面１００３と底面１００１とを結ぶ線分を高さＨとし、側面１００２と底面１００１を含む面との傾き、すなわち角度αとする。高さＨは主面３０２に垂直である。ここで、高屈折率部材３２４ｅの形状は、Ｌ１＜Ｌ２であり、Ｈ／Ｌ２≦２、７２．８°＜α＜９０°を満たす。このような関係によって、高屈折率部材３２４ｅをボイドなく形成することが可能となる。この関係について、図１１を用いて説明する。
【００６３】
図１１（ａ）は縦軸にＬ１、横軸にＬ２をとった時のボイドの発生の有無を示したグラフであり、図１１（ｂ）は縦軸にＨ、横軸にＬ２をとった時のボイドの発生の有無を示したグラフである。各値は、任意の値に対する比率をとっている。なお、実施例１の高屈折率部材の構成を有する場合について測定している。このような図１１（ａ）及び図１１（ｂ）から境界を見出した。図１１（ａ）の境界線１１０１はＬ１＝Ｌ２を示している。また、図１１（ｂ）の境界線１１０２はＨ／Ｌ２＝２を示している。それぞれにおいて、Ｌ１＜Ｌ２、及びＨ／Ｌ２≦２である領域において、ボイドのない高屈折率部材３２４ｅを形成することが可能である。
【００６４】
また、本実施例の構成を実施例１〜４に適宜組み合わせることは可能である。例えば、実施例４の構成に適用したものを、図１２に示す。図１２では、図１０に示したテーパー角αを有し、図９に示した第１〜第３の部材と絶縁膜とを有する。このような構成によって、よりボイドの発生を低減することが可能となる。
【実施例６】
【００６５】
本実施例においては、実施例１と高屈折率部材３２４の第２部材６０３（図６（ｂ）参照）を形成する方法（第２の工程）が相違し、本実施例の他の構成及び製造方法については実施例１に準ずる。
【００６６】
ここで、図１５を用いて窒素の流量と形成される高屈折率の部材の応力の関係を説明する。図１５は横軸に高屈折率部材を形成する際のＣＶＤ装置のチャンバー内における窒素の流量（ｓｃｃｍ）を示しており、縦軸に高屈折率部材の応力を示している。高屈折率部材の応力は、平坦な基板に一様に高屈折率部材を形成し、応力測定装置で測定した際の応力である。ここで、埋め込みが可能なある窒素の流量に設定した場合の基準の高屈折率の部材の応力を１として規格化している。図１５から、窒素の流量が少なくなるにつれ、実施例１に記載の第２の工程における高屈折率部材の応力が低減していることが分かる。なお、窒素が減った分はヘリウムの量を増加させている。
【００６７】
また、表１は、チャンバー内の圧力（ｍＴｏｒｒ）に対して、開口へ高屈折率部材が埋め込むことが出来た場合を○とし、埋め込むことが出来なかった場合を×として示したものである。
【００６８】
【表１】
【００６９】
ここで、表１から、チャンバー内の圧力は３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下の範囲であることが好ましい。より好ましくは、６ｍＴｏｒｒ以上９ｍＴｏｒｒ以下である。
【００７０】
図１５及び表１より、窒素のみでなくヘリウムを添加することで応力の低い膜で埋め込みが可能となる。また、チャンバー内の圧力を３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下にすることで、埋め込みが容易となる。更には、窒素を減らしヘリウムを増加させ、チャンバー内の圧力を３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下とすることで、より低い応力の窒化シリコン膜での埋め込みが可能となる。
【実施例７】
【００７１】
本実施例は、実施例１と高屈折率部材３２４の第１部材６０１（図６（ｂ）参照）を形成する方法（第１の工程）が相違し、他の構成及び製造方法については実施例１に準ずる。本実施例は高屈折率部材３２４を形成する第１の工程で平行平板プラズマＣＶＤ法によって窒化シリコン膜を形成し、第１部材を形成する。本実施例の第１の工程では、シリコン含有ガス、窒素、窒素含有ガスを供給し、窒化シリコン膜を形成する。この窒化シリコン膜は実施例１同様に１０ｎｍ以上の膜厚で形成されることが望ましい。１０ｎｍ未満の膜厚の場合には十分な密着性が得られず、その後の工程において高屈折率部材の剥れが生じうる。第２の工程は、実施例１同様に埋め込みが可能な高密度プラズマＣＶＤ法により形成する。本実施例の方法である平行平板プラズマＣＶＤ法で形成された第１の工程の窒化シリコン膜は、実施例１の方法である高密度プラズマＣＶＤ法で形成された第１の工程の窒化シリコン膜に比べて膜の応力が低い。よって、高屈折率部材３２４の内部応力を低減することが可能となる。そのため、高屈折率部材の剥れの発生を低減することが可能となる。
【００７２】
＜撮像システム＞
図１４を用いて撮像システムの構成を説明する。図１４は固体撮像装置及び撮像システムのブロック図である。撮像システム１６００は、固体撮像装置１６０１と、固体撮像装置１６０１から出力された電気信号が入力され、当該電気信号を処理する信号処理装置１６０２とを備える。具体的には、電気信号が固体撮像装置１６０１のＯＵＴ１、２から出力され、信号処理装置１６０２のＩＮに入力される。信号処理装置１６０２のＯＵＴ３からは、電気信号を処理した結果に応じて、画像信号や駆動信号、制御信号が出力される。電気信号としては、電流信号であってもよいし電圧信号でもよく、また、アナログ信号であってもよいしデジタル信号であってもよい。固体撮像装置１６０１は、イメージセンサー、焦点検出用のセンサー、光量検出用のセンサーなどに用いることが可能である。そして、信号処理装置１６０２は入力された電気信号を処理し、画像信号、レンズ駆動のための駆動信号、露光時間を調整するための制御信号にして出力する。このような撮像システムを有することで、好適な画像信号、あるいは制御に利用可能な制御信号が得られる。
【００７３】
以上説明してきたように、各実施例によれば、密着性の向上、ウエハの変形の抑制、ボイドの低減の少なくとも一つを解決することが可能となる。また、各実施例は、適宜変更可能であり、組み合わせ可能である。
【符号の説明】
【００７４】
２０２ 電荷蓄積領域
２０６ ゲート電極
３２４ａ 高屈折率部材
６０１ 第１の部材
６０３ 第２の部材
３１９１ 複数の絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、
前記第２の工程は、前記第１の工程の後に、前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記基板の裏面側の高周波パワーの比率が前記第１の工程に比べて高い条件で、前記コアとなる部材を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記コアとなる部材は窒化シリコンからなり、
前記第１の工程及び前記第２の工程において、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され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。
【請求項３】
前記第１の工程で形成される部材の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記コアとなる部材を形成する工程は、
前記第１の工程と前記第２の工程との間に、前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の裏面側の高周波パワーの割合が、前記第１の工程の値と前記第２の工程の値の間である条件で、前記開口内に前記コアとなる部材を形成する第３の工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程の後に、前記第２の部材の一部を除去するエッチング工程を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程で形成される部材は、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、
前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす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。
【請求項７】
前記第２の工程において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下であ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。
【請求項８】
前記開口は、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２＜２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たす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。
【請求項９】
前記第２の工程において、
不活性ガスとして少なくともヘリウムを含み、
前記コアとなる部材を形成する装置のチャンバーにおける圧力が３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程を平行平板プラズマＣＶＤ法により行い、前記第２の工程を高密度プラズマＣＶＤ法による行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、
前記コアは、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、
前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす固体撮像装置。
【請求項１２】
前記コアとなる窒化シリコンが前記クラッドの上部にまで延在していることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口に前記コアを埋め込む工程を有し、
前記高密度プラズマＣＶＤ法において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下である固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、
前記コアは、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２≦２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たすことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１５】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程と第２の工程を有し、
前記第２の工程は、前記第１の工程に比べて成膜効果に対するスパッタ効果の割合が大きな条件で、前記コアとなる部材を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程及び第２の工程を有し、
前記第２の工程は、前記第１の工程の後に、前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記基板の裏面側の高周波パワーの比率が前記第１の工程に比べて高い条件で、前記コアとなる部材を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記コアとなる部材は窒化シリコンからなり、
前記第１の工程及び前記第２の工程において、シリコン含有ガスと、窒素と、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスが供給され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。
【請求項３】
前記第１の工程で形成される部材の膜厚は１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１あるいは２のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記コアとなる部材を形成する工程は、
前記第１の工程と前記第２の工程との間に、前記基板の表面側の高周波パワーに対する前記高密度プラズマＣＶＤ法の前記基板の裏面側の高周波パワーの割合が、前記第１の工程の値と前記第２の工程の値の間である条件で、前記開口内に前記コアとなる部材を形成する第３の工程を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第２の工程の後に、前記第２の部材の一部を除去するエッチング工程を有する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の工程で形成される部材は、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、
前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす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。
【請求項７】
前記第２の工程において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下であ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。
【請求項８】
前記開口は、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２＜２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たす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。
【請求項９】
前記第２の工程において、
不活性ガスとして少なくともヘリウムを含み、
前記コアとなる部材を形成する装置のチャンバーにおける圧力が３ｍＴｏｒｒ以上１０ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の工程を平行平板プラズマＣＶＤ法により行い、前記第２の工程を高密度プラズマＣＶＤ法による行うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、
前記コアは、Ｓｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合を有する窒化シリコンからなり、
前記窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合とＮ−Ｈ結合は、１．０≦Ｎ−Ｈ結合／Ｓｉ−Ｈ結合≦１０を満たす固体撮像装置。
【請求項１２】
前記コアとなる窒化シリコンが前記クラッドの上部にまで延在していることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口に前記コアを埋め込む工程を有し、
前記高密度プラズマＣＶＤ法において、前記開口の側面から前記基板の主面に平行な方向への成膜速度に対して、前記開口の底面から前記基板の主面に垂直な方向への成膜速度は１．５倍以上１０倍以下である固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置において、
前記コアは、幅Ｌ１の底面と、前記底面からの高さＨの幅Ｌ２の上面と、前記基板の主面から角度αの傾きを有する側面とを有し、Ｌ１＜Ｌ２、Ｈ／Ｌ２≦２、且つ７２．８°＜α＜９０°を満たすことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１５】
光電変換部を有する基板と、
前記基板の上部に配され、前記光電変換部に対応したコアと、クラッドとからなる導波路と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
高密度プラズマＣＶＤ法によって、前記クラッドの開口内に前記コアとなる部材を形成する第１の工程と第２の工程を有し、
前記第２の工程は、前記第１の工程に比べて成膜効果に対するスパッタ効果の割合が大きな条件で、前記コアとなる部材を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１８２４３１（Ｐ２０１２−１８２４３１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２３３０２（Ｐ２０１１−２２３３０２）
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月７日（２０１１．１０．７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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