JP2001024059A - 高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体 - Google Patents

高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体

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JP2001024059A JP2000127497A JP2000127497A JP2001024059A JP 2001024059 A JP2001024059 A JP 2001024059A JP 2000127497 A JP2000127497 A JP 2000127497A JP 2000127497 A JP2000127497 A JP 2000127497A JP 2001024059 A JP2001024059 A JP 2001024059A
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フレデリック・エイ・パーナー
Kao Min
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Abstract

(57)【要約】 【課題】集積回路の保護に好適なハ゜ッシヘ゛ーション構造を提供
する。 【解決手段】集積回路センサ構造は、電子回路を有する基
板(200)を備える。相互接続構造(210)が、基板(200)に
隣接配置される。相互接続構造(210)は、該構造(210)を
貫通する導電性の相互接続ハ゛イア(214,216,218)を備え
る。誘電体層(220)が、相互接続構造(210)に隣接配置さ
れる。誘電体層(220)は、平坦な表面(228)、および誘電
体層(220)を貫通して、相互接続ハ゛イア(214,216,218)に電
気的に接続される導電性の誘電体ハ゛イア(222,224,226)を
備える。誘電体層(220)は、さらに、相互接続層(210)に
隣接する層間平坦化誘電体層(230)と、層間平坦化誘電
体層(230)に隣接するハ゜ッシヘ゛ーション層(240)を備える。集積
回路センサ構造は、さらに、誘電体層(220)に隣接するセンサ
を備える。相互接続ハ゛イア(214,216,218)と誘電体ハ゛イア(22
2,224,226)により、電子回路がセンサに電気的に接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、集積回路の
パッシベーションに関する。より具体的には、本発明は
集積回路のアレイセンサに関連する電気的相互接続及び
電子回路のパッシベーションを提供する層間誘電体に関
する。
【0002】
【従来の技術】通常、集積回路はその上面に形成された
パッシベーション層を含む。パッシベーション層とは概
して言えば、集積回路のアセンブリ及びパッケージング
工程中の機械的、化学的損傷を防ぐ絶縁性の保護層であ
る。更に、パッシベーション層は集積回路の上面に位置
するデリケートな回路を水分(湿気)によるダメージか
ら守ることができる。水分は、集積回路の電気的相互接
続及び回路の腐蝕の触媒となる為、パッシベーション層
は水分に対し不浸透性でなければならない。
【0003】図1に、従来技術によるIC(集積回路)
イメージセンサアレイを示す。ICイメージセンサアレ
イは基板100を含む。相互接続構造110が基板10
0に隣接して形成されている。画素相互接続構造120
は相互接続構造110に隣接して形成されている。画素
相互接続構造120上には、イメージセンサアレイを構
成する幾つかの層130が形成されている。一般的に、
電極140、142、144がイメージセンサのカソー
ドを構成する。イメージセンサアレイを形成する層13
0に隣接して透明導体150が設けられている。透明導
体150はイメージセンサのアノードにバイアスをかけ
る為のものである。
【0004】相互接続構造110は通常、標準的なCM
OS相互接続構造である。相互接続構造には基板100
への電気接続を提供する導電性バイア114、116、
118が含まれる。
【0005】画素相互接続構造120は高架型(elevat
ed)イメージセンサ構造に、信頼性と構造的利点を提供
するものである。画素相互接続構造120により画素電
極140、142、144が相互接続構造110上に位
置する金属パッド上にではなく、シリコン上に形成され
る為、画素電極140、142、144を薄く形成する
ことが出来る。画素相互接続構造120は、画素電極1
40、142、144を相互接続構造110に電気的に
接続する。画素相互接続構造120は、例えば、ポリイ
ミドや酸化珪素、或は窒化珪素のような誘電体膜から一
般的に形成される。
【0006】図1に示す画素相互接続構造120は、導
電性バイア114、116、118や基板100上に配
置された電子回路を湿気から保護するものではない。従
って、導電性バイア114、116、118及び基板1
00上に配置された電子回路は腐蝕を生じ易い。
【0007】一般的に、代表的な集積回路のパッシベー
ション層の上面は平坦ではない。即ち、その上面は平ら
になるように十分に制御された面ではない。従って、代
表的なパッシベーション層を図1のICイメージセンサ
アレイの層間に挟むことは出来ない。
【0008】パッシベーション層を形成するには高温が
必要である。通常、パッシベーション層の形成に要する
温度は、大多数のセンサがダメージを受けずに耐え得る
温度よりも高い。従ってパッシベーション層は図1のI
Cイメージセンサアレイ上に形成することは出来ない。
加えて、ICイメージセンサアレイ上に形成したパッシ
ベーション層は、イメージセンサアレイが光を吸収、即
ち検出する前に光を吸収してしまう可能性もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】パッシベーション構造
を貫通する導電性バイアを備えるパッシベーション構造
を基板上に設け、イメージセンサをパッシベーション構
造上に配置し、かつ、基板に電気的に接続できるように
することが望ましい。更に、パッシベーション層をイメ
ージセンサと基板の間に挟むことができるように、パッ
シベーション構造が平坦な表面を備えることが望まし
い。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、イメージセン
サアレイに関連する電気的相互接続と電子回路のパッシ
ベーションを備える集積回路(IC)センサのパッシベ
ーション構造に関する。
【0011】本発明の第一の実施例はICセンサ構造を
備える。ICセンサ構造は、電子回路有する基板を備え
る。相互接続構造は基板に隣接している。相互接続構造
は、それを貫通する導電性の相互接続バイアを備える。
誘電体(誘電性)層は相互接続構造に隣接している。誘
電体層は平坦な面と、そして誘電体層を貫通して相互接
続バイアに電気的に接続される導電性の誘電体バイアを
備える。誘電体層は、更に、相互接続構造に隣接する層
間平坦化誘電体層と、層間平坦化誘電体層に隣接するパ
ッシベーション層を含む。ICセンサ構造は、更に、誘
電体層に隣接するセンサを含む。相互接続バイア及び誘
電体バイアにより電子回路がセンサに電気的に接続され
る。
【0012】本発明の第二の実施例は、第一の実施例に
類似している。第二の実施例の誘電体層は、更に、パッ
シベーション層に隣接する接着層(adhesion layer)を
備える。
【0013】本発明の第三の実施例は、第一の実施例に
類似している。第三の実施例のセンサは、光検出アクテ
ィブイメージセンサを備える。
【0014】本発明の他の態様及び利点は、添付の図面
を参照しつつ、本発明の原理を例示して記載した以下の
詳細な説明から明らかになろう。
【0015】本発明は、例示として図示したように、イ
メージセンサアレイに関連する電気的相互接続及び電子
回路に防湿を施したイメージセンサアレイのパッシベー
ション構造において具現化される。
【0016】
【発明の実施の形態】図2は、集積回路パッシベーショ
ン構造を備える本発明の一実施例を示す。集積回路パッ
シベーション構造は、基板200を備える。基板200
は、通常、電子回路を備える。相互接続構造210が基
板200に隣接して形成されている。相互接続構造21
0は、それを貫通する導電性の相互接続バイア214、
216、218を有する。誘電体層220は、相互接続
構造210に隣接して設けられている。誘電体層220
は、平坦面228を有する。誘電体層は、それを貫通し
て相互接続バイア214、216、218に電気的に接
続される導電性の誘電体バイア222、224、226
を備える。誘電体層220は、更に、相互接続構造21
0に隣接する層間平坦化誘電体層230及び、その誘電
体層230に隣接するパッシベーション層240を有す
る。パッシベーション構造は、更に、誘電体層220に
隣接するイメージセンサアレイ250を備える。相互接
続バイア214、216、218及び誘電体バイア22
2、224、226は、基板200の電子回路をイメー
ジセンサ250に電気的に接続する。
【0017】透明導電体260は、通常、イメージセン
サ250のアノードにバイアスをかける。イメージセン
サ250のカソードは、通常、電極252、254、2
56により形成される。電極252、254、256
は、誘電体バイア222、224、226に電気的に接
続されている。
【0018】本発明の説明上、イメージセンサ250
は、電極及び内部層を備えるものとする。しかしなが
ら、本発明は、イメージセンサ250の他の構成にも適
用可能である。更に、本発明のパッシベーション構造
は、有機発光ダイオード等のような、他の高架型デバイ
ス(elevated device)にも利用出来る。
【0019】イメージセンサ250は、光を受けた時に
電荷を伝える。基板200は、一般的に、検出回路及び
信号処理回路を備える。検出回路は、イメージセンサ2
50が伝導した電荷の量を検出する。伝導された電荷量
は、イメージセンサ250が受けた光の強度を表わすも
のである。一般的に、基板200は、CMOS(相補型金属
酸化膜シリコン)、BiCMOS、またはBipolarとすること
ができる。基板200には、電荷結合デバイスを含む様
々な種類の基板技術を取り入れることができる。
【0020】一般的には、相互接続構造210は、標準
的な相互接続構造である。相互接続構造210の構造及
び形成方法は、電子集積回路製造分野では周知である。
相互接続構造210は、サブトラクティブ(subtractiv
e)金属構造、あるいは、シングル又はデュアルダマシ
ン(damascene)構造とすることができる。
【0021】誘電体層220は、高架型画素センサ構造
に信頼性と構造的な利点をもたらすものである。誘電体
層220は、画素電極252、254、256を相互接
続構造210に電気的に接続する。
【0022】導電性バイア222、224、226が、
誘電体層220を貫通して、画素電極252、254、
256を基板220に電気的に接続する。一般的には、
導電性バイア222、224、226は、タングステン
から形成される。タングステンは製造工程において一般
的に利用されているが、それはタングステンが高アスペ
クト比の穴を充填することが出来る為である。即ち、タ
ングステンは細く、比較的長い相互接続を形成する為に
用いることが出来る。一般的に、導電性バイア222、
224、226の形成には、化学蒸着(CVD)法を利
用することが出来る。導電性バイア222、224、2
26の形成に利用し得る他の材料としては銅、アルミニ
ウム、または、他の任意の導電性材料が含まれる。
【0023】誘電体層220を画素電極252、25
4、256と基板200との間に挿入することによりも
たらされる構造的利点がいくつかある。この構造によ
り、相互接続回路を緊密に詰め込むことが可能となる。
第一に、バイア222、224、226が画素電極の直
下に配置される為に、横方向の空間が節約される。第二
に、この構造により、バイア222、224、226の
径を最小化して形成することが可能である。バイア22
2、224、226を形成する方法としては、一般的に
CVD法が最良である。タングステンを用いたCVD法
により、小さな径のバイアを形成することが出来る。し
かしながら、CVD法によるタングステンバイアの形成
に必要な温度は、画素電極を形成する材料(例えばアモ
ルファスシリコン)の多くが耐え得る温度よりも高い。
誘電体層220を基板200の上に形成し、画素電極2
52、254、256を誘電体層220上に形成するこ
とにより、画素電極252、254、256を形成する
前にバイア222、224、226を形成することが可
能となり、従って、画素電極252、254、256
が、バイア222、224、226を形成するために必
要な高温にさらされなくてすむことになる。
【0024】図2の誘電体層220には、層間平坦化誘
電体層230及びパッシベーション層240が含まれて
いる。
【0025】層間平坦化誘電体層230は、平らな平坦
面を提供する。層間平坦化誘電体層230は、層間キャ
パシタンスを最小化する低誘電率を有する。層間平坦化
誘電体層230の平坦性により、パッシベーション層2
40のステップカバレージ(step coverage)が改善さ
れ、これによりパッシベーション層240の厚みを最小
化することが出来る。層間平坦化誘電体層230は、Si
O2のような酸化物により形成することが出来る。
【0026】パッシベーション層240は、相互接続バ
イア214、216、218及び基板200上の電子回
路を湿気から守る。パッシベーション層240は、窒化
物又は炭化物から形成することが出来る。
【0027】誘電体層220は、イメージセンサ250
よりも先に形成される。従って、イメージセンサは、誘
電体層220の形成中に必要とされる高温にさらされる
ことがない。
【0028】図3に、本発明の他の実施例を示す。この
実施例には、誘電体層220中に、パッシベーション層
240に隣接して形成された接着層310が更に含まれ
る。接着層310は、パッシベーション層240とイメ
ージセンサ250とを接着するものである。接着層31
0は、酸化物、窒化物又は炭化物から形成することが出
来る。
【0029】図4は、本発明の実施例に基づく誘電体層
220を形成する方法のステップを示すフローチャート
である。
【0030】誘電体層220を形成する第一のステップ
410には、相互接続構造210上に層間誘電体層23
0を被着するステップが含まれる。層間誘電体層230
は、プラズマエッチング化学蒸着(PECVD)法によ
り被着される。また、相互接続構造210上で層間誘電
体層230の形状を整えるバイアススパッタリングによ
り層間誘電体層230を被着することもできる。誘電体
層220を被着するこの方法は、半導体加工技術の分野
では周知である。
【0031】第二のステップ420は、層間誘電体層2
30を平坦化するステップを含む。層間誘電体層230
は、一般的に、化学機械プロセス(CMP)により平坦
化される。CMPにより、表面に最高の均一性が得られ
る。CMPは、半導体加工技術分野では周知のプロセス
である。
【0032】第三のステップ430は、パッシベーショ
ン層240を被着するステップを含む。パッシベーショ
ン層240は、一般的に、バイアススパッタリングプロ
セス、又はスパッタ被着プロセスにより被着される。こ
れらの被着プロセスは、半導体加工技術分野では周知で
ある。
【0033】第四のステップ440は、接着層310を
被着するステップを含む。接着層310は、一般的に、
バイアススパッタリングプロセス、又はスパッタ被着プ
ロセスにより被着される。これらの被着プロセスは、半
導体加工技術分野では周知である。
【0034】画素電極252、254、256の被着を
見越して(それが可能となるように)、バイアが、誘電
体層220を貫通してエッチングされる。
【0035】本発明の特定の実施例を説明及び図示した
が、本発明は、説明及び図示した特定の形態又は構成部
分の構成/配置に限定されるものではない。本発明は、
特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0036】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 1.集積回路センサのパッシベーション構造であって、
電子回路を備える基板(200)と、前記基板(20
0)に隣接する相互接続構造(210)であって、該相
互接続構造(210)を貫通する導電性の相互接続バイ
ア(214、216、218)を有する、相互接続構造
(210)と、前記相互接続構造(210)に隣接する
誘電体層(220)であって、該誘電体層(220)
は、平坦面(228)を有し、また、該誘電体層(22
0)を貫通して、前記相互接続バイア(214、21
6、218)に電気的に接続される導電性の誘電体バイ
ア(222、224、226)を有しており、該誘電体
層(220)が、さらに、前記相互接続構造(210)
に隣接する層間平坦化誘電体層(230)と、前記層間
平坦化誘電体層(230)に隣接するパッシベーション
層(240)とを有し、前記集積回路センサの構造が、
前記誘電体層(220)に隣接するセンサを、さらに有
し、前記相互接続バイア(214、216、218)と
前記誘電体バイア(222、224、226)とが、前
記電子回路を前記センサに電気的に接続することからな
る、集積回路センサのパッシベーション構造。 2.前記誘電体層(220)が、前記パッシーベーショ
ン層(240)に隣接する接着層(310)をさらに有
する、上項1の集積回路のパッシベーション構造。 3.前記センサが、光検出アクティブイメージセンサか
らなる、上項1の集積回路のパッシベーション構造。 4.前記層間平坦化誘電体層(230)が酸化物からな
る、上項1の集積回路のパッシベーション構造。 5.前記パッシベーション層(240)が窒化物からな
る、上項1の集積回路のパッシベーション構造。 6.前記パッシベーション層(240)が炭化物からな
る、上項1の集積回路のパッシベーション構造。 7.前記接着層(310)が酸化物からなる、上項2の
集積回路のパッシベーション構造。 8.前記接着層(310)が窒化物からなる、上項2の
集積回路のパッシベーション構造。 9.前記接着層(310)が炭化物からなる、上項2の
集積回路のパッシベーション構造。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、イメージセンサアレイ
に関連する集積回路の電気配線や電子回路を、機械的、
化学的ダメージから、特に、湿気から、効果的に保護す
ることが可能なパッシベーション構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】イメージセンサに関連する電子回路のパッシベ
ーション保護を有しない従来技術によるイメージセンサ
アレイを示す。
【図2】イメージセンサアレイに関連する電気的相互接
続及び電子回路のパッシベーション保護を有する本発明
の一実施例を示す。
【図3】イメージセンサアレイに関連する電気的相互接
続及び電子回路のパッシベーション保護を有する本発明
の一実施例を示す。
【図4】本発明の実施例の誘電体層220を形成する方
法のステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
200 基板 210 相互接続構造 214、216、218 相互接続バイア 220 誘電体層 222、224、226 誘電体バイア 230 層間平坦化誘電体層 240 パッシベーション層 310 接着層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 399117121 395 Page Mill Road P alo Alto,California U.S.A. (72)発明者 ゲーリー・ダブリュー・レイ アメリカ合衆国カリフォルニア州94043, マウンテン・ビュー,ブレントン・コー ト,131エイ (72)発明者 フレデリック・エイ・パーナー アメリカ合衆国カリフォルニア州94306, パロアルト,ラモナ・ストリート・3234 (72)発明者 ミン・カオ アメリカ合衆国カリフォルニア州94040, マウンテン・ビュー,ローレル・ウェイ・ 101

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集積回路センサのパッシベーション構造で
    あって、 電子回路を備える基板(200)と、 前記基板(200)に隣接する相互接続構造(210)
    であって、該相互接続構造(210)を貫通する導電性
    の相互接続バイア(214、216、218)を有す
    る、相互接続構造(210)と、 前記相互接続構造(210)に隣接する誘電体層(22
    0)であって、該誘電体層(220)は、平坦面(22
    8)を有し、さらに、該誘電体層(220)を貫通し
    て、前記相互接続バイア(214、216、218)に
    電気的に接続される導電性の誘電体バイア(222、2
    24、226)を有しており、該誘電体層(220)
    が、さらに、 前記相互接続構造(210)に隣接する層間平坦化誘電
    体層(230)と、前記層間平坦化誘電体層(230)
    に隣接するパッシベーション層(240)とを有し、 前記集積回路センサ構造が、前記誘電体層(220)に
    隣接するセンサを、さらに有し、 前記相互接続バイア(214、216、218)と前記
    誘電体バイア(222、224、226)とが、前記電
    子回路を前記センサに電気的に接続することからなる、
    集積回路センサのパッシベーション構造。
JP2000127497A 1999-05-06 2000-04-27 高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体 Expired - Lifetime JP4501123B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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