JP2005150463A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】裏面照射型構造を有し、受光センサ部が形成されたシリコン層2の裏面側にレンズ7を有し、撮像領域20の周辺のシリコン層2に絶縁層13,14が埋め込まれて形成され、パッド部の電極層15と表面側の配線層11とを接続するコンタクト層12の周囲に絶縁層14が埋め込まれて形成される固体撮像素子1を構成する。また、撮像領域20の周辺及びパッド部のシリコン層2にそれぞれ溝を形成し、それぞれの溝に絶縁層13,14を埋め込み、該溝に埋め込まれた絶縁層13内に導電材料12を埋め込んでパッド部の配線層11に接続し、撮像領域20の周辺の溝に埋め込まれた絶縁層13を位置合わせマークとし、シリコン層2の裏面側にレンズ7を形成する。
【選択図】図1
Description
この図34に示す固体撮像素子50は、表面照射型構造を有するCMOS型固体撮像素子である。
各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオードPDがシリコン基板51内に形成され、シリコン基板51上に、層間絶縁層52を介して多層の配線層53が設けられ、さらに配線層53よりも上層にカラーフィルター54及びレンズ55が設けられた構成となっている。
そして、光Lは、レンズ55からカラーフィルター54、配線層53の間の絶縁層52を通過して、受光センサ部のフォトダイオードPDに入射するようになっている。
これにより、図34中に斜線を付して示すように、斜めに入射した光Lの一部Lxが配線層53に遮られてフォトダイオードPDに届かなくなってくることから、シェーディング等の悪い現象も発生してしまう。
各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオードPDが単結晶シリコン層61内に形成され、単結晶シリコン層61の上方に、カラーフィルター64及びレンズ65が設けられている。なお、単結晶シリコン層61は、後述するように、シリコン基板を薄くしたものである。
一方、単結晶シリコン層61の下方には、層間絶縁層62を介して多層の配線層63が設けられ、配線層63が形成された層間絶縁層62は、その下の支持基板66により支持されている。
そして、光Lは、レンズ65から、単結晶シリコン層61に形成された受光センサ部のフォトダイオードPDに入射するようになっている。
配線層63が形成された側を表面側とすると、光は裏面側からフォトダイオードPDに入射することになるので、裏面照射型構造と呼ばれている。
従って、感度の大幅な向上とシェーディングレスの実現に大きな期待が寄せられる。
まず、シリコン基板71の表面付近に、受光センサ部を構成するフォトダイオードPDをイオン注入等により形成する。そして、シリコン基板71上にゲート絶縁膜72を介して第1層の配線層63Aを形成し、さらに層間絶縁層62を介して、第2層以降の配線層63を順次形成する(以上図36A参照)。
次に、図36Bに示すように、絶縁層62の表面にSiO2層73を形成し、表面を研磨すると共に、支持基板66としてシリコン基板を用意して、支持基板の表面SiO2層74を形成し、これらをSiO2層73,74が対向するように、互いに接合する。
続いて、図36Cに示すように、上下を反転して、支持基板66側が下になるように配置する。
次に、図37Dに示すように、表面を研磨してシリコン基板71を薄くする。これにより、内部にフォトダイオードPDが形成され、所定の厚さを有する単結晶シリコン層61が得られる。
次に、図37Eに示すように、単結晶シリコン層61上に平坦化層75(図35では省略している)を介して、カラーフィルター64、レンズ65を順次形成する。
その後は、必要に応じて、支持基板66を薄く加工する。
このようにして、図35に示した固体撮像素子60を製造することができる。
また、裏面照射型固体撮像素子では、シリコン基板の裏面側にレンズを形成するため、表面照射型固体撮像素子におけるアライメントマークの作製方法(シリコン基板の表面側にアライメントマークを形成する方法)と同様の方法では、フォトダイオードに対するレンズのアライメントマークを作製することができない。
即ち、裏面照射型固体撮像素子の実現には、フォトダイオードとレンズの位置合わせを行うためのシリコン基板上へのアライメントマーク形成方法、パッドコンタクトの形成方法が求められている。
そして、撮像領域の周辺においてシリコン層に絶縁層が埋め込まれて形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際に、この絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部とレンズとの位置合わせを行うことが可能になる。
また、パッド部の電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に絶縁層が埋め込まれて形成されていることにより、絶縁層によりコンタクト層とシリコン層とを絶縁することができ、表面側の配線層に対してコンタクト層を介して電極層を接続して、パッドを構成することができる。
そして、撮像領域の周辺において第1のシリコン層に非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層から成る第2のシリコン層が埋め込まれて形成され、第1のシリコン層上に絶縁層が形成され、絶縁層の第2のシリコン層上の部分に金属層が埋め込まれて形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際に、この金属層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部とレンズとの位置合わせを行うことが可能になる。
また、パッド部において電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、(第1のシリコン層上に形成されている)絶縁層が埋め込まれて形成され、さらに絶縁層の周囲に第2のシリコン層が埋め込まれて形成されていることにより、絶縁層によりコンタクト層と第2のシリコン層及び第1のシリコン層とを絶縁することができ、表面側の配線層に対してコンタクト層を介して電極層を接続して、パッドを構成することができる。
そして、上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、シリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、少なくとも撮像領域の周辺に絶縁層を埋め込んだ後にシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、撮像領域の周辺の溝に埋め込まれた絶縁層を位置合わせマークとして用いてシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有することにより、絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオードを正確な位置に形成し、さらにレンズを受光センサ部のフォトダイオード等に対して正確に位置を合わせて形成することが可能になる。
また、パッド部のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部の溝に埋め込まれた絶縁層内に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続する工程とを有することにより、絶縁層内に埋め込まれた導電材料がパッド部の配線層に接続され、絶縁層により導電材料とシリコン層とが絶縁される。これにより、導電材料をコンタクト層として用いてパッド電極を形成することにより、パッドを形成することができる。
この場合には、突出させた酸化シリコン層を位置合わせマークとして用いて受光センサ部のフォトダイオード等を所定の位置に形成することが可能になる。
この場合には、溝の形成工程と溝に絶縁層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で同時に行うので、工程数を少なくすることが可能になる。
この場合には、溝の形成工程と溝に絶縁層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で別々に行うので、溝に埋め込む絶縁層の材料や形成方法を、埋め込み性やエッチングレート等の各種特性を考慮してそれぞれ最適化することが可能になる。
さらにまた、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込んだ後に、シリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部のシリコン層に溝を形成し、この溝に絶縁層を埋め込むことも可能である。この場合には、撮像領域の周辺に形成された溝に埋め込んだ絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に形成することができる。また、パッド部の溝に埋め込む絶縁層は、位置合わせマークとして用いられないので自由に材料を選定することが可能である。
この場合には、幅の狭い第2の溝内の導電材料がコンタクト層になり、また上部の幅の広い第3の溝内の導電材料をパッド電極として用いることが可能になる。これにより、コンタクト層とパッド電極を同時に形成することができる。
そして、上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、撮像領域の周辺の第1のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第2のシリコン層を埋め込む工程と、少なくとも撮像領域の周辺に第2のシリコン層を埋め込んだ後に第1のシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、第1のシリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、絶縁層を前記第1のシリコン層上にわたって形成し、この絶縁層のうち、撮像領域の周辺の第2のシリコン層上の部分に金属層を埋め込み、この金属層を位置合わせマークとして用いて第1のシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有することにより、撮像領域の周辺の第2のシリコン層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に位置を合わせて形成することが可能になり、さらに撮像領域の周辺の第2のシリコン層上の部分に形成された金属層を位置合わせマークとして用いて、レンズを受光センサ部のフォトダイオード等に対して正確に位置を合わせて形成することが可能になる。
また、パッド部の第1のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第2のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部の溝に埋め込まれた第2のシリコン層内に絶縁層を介して導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程とを有することにより、第2のシリコン層内に絶縁層を介して埋め込まれた導電材料がパッド部の配線層に接続され、絶縁層により導電材料と第2のシリコン層とが絶縁される。これにより、導電材料をコンタクト層として用いてパッド電極を形成することにより、パッドを形成することができる。
この場合には、溝の形成工程と溝に第2のシリコン層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で同時に行うので、工程数を少なくすることが可能になる。
この場合には、溝の形成工程と溝に第2のシリコン層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で別々に行うので、溝に埋め込む第2のシリコン層の材料(非晶質シリコン或いは多結晶シリコン)や形成方法を、埋め込み性やエッチングレート等の各種特性を考慮してそれぞれ最適化することが可能になる。
さらにまた、撮像領域の周辺に形成された溝に第2のシリコン層を埋め込んだ後に、第1のシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の第1のシリコン層に溝を形成し、この溝に第2のシリコン層を埋め込むことも可能である。この場合には、撮像領域の周辺に形成された溝に埋め込んだ第2のシリコン層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に形成することが可能になる。また、パッド部の溝に埋め込む第2のシリコン層は、位置合わせマークとして用いられないので自由に材料を選定することが可能である。
この場合には、突出させた第2のシリコン層を位置合わせマークとして用いて受光センサ部のフォトダイオード等を所定の位置に形成することが可能になる。
これにより、裏面照射型構造の固体撮像素子においても、受光センサ部(フォトダイオード等)とレンズとの位置を合わせて所定の場所に正確に形成することが可能になる。
これにより、裏面照射型構造の固体撮像素子においても、パッドを形成することが可能になる。
本実施の形態は、本発明を裏面照射型構造のCMOS型固体撮像素子に適用したものである。
この固体撮像素子1は、シリコン層2内に受光センサ部となるフォトダイオードPDが形成され、シリコン層2の上に平坦化層5を介してカラーフィルター6が形成され、カラーフィルター6の上にオンチップレンズ7が形成されている。また、シリコン層2の下に、絶縁層3内に複数層(図1では3層)の配線層4が形成されて成る配線部が設けられている。配線部は支持基板8上にあり、この支持基板8により全体が支持されている。
カラーフィルター6及びオンチップレンズ7は、受光センサ部(フォトダイオードPD)が形成されたシリコン層2の表面側にある配線層4とは反対側に、即ちシリコン層2の裏面側に配置されており、裏面照射型の構造を有する固体撮像素子1となっている。
撮像領域20の外では、最上層の配線層4と同じ層で形成された配線層11に、シリコン層2及び絶縁層3の上部を貫通して形成されたコンタクト層12を介して、表面に形成された電極層15が接続されてパッド部が構成されている。コンタクト層12は、絶縁層(例えばSiO2層)14により、シリコン層2とは絶縁されている。
また、絶縁層13とパッド部の絶縁層14とは、同時に形成された同じ材質の絶縁層から成る。
そして、アライメントマークの絶縁層13は、例えば、図2Bに図2Aのウエハ100の模式的な拡大平面図を示すように、各チップ101において、撮像領域20外に所定の数かつ所定の位置に配置される。
なお、アライメントマークの平面配置は、図2Bの配置に限定されるものではなく、その他の配置も可能である。
まず、図3Aに示すように、シリコン基板21の表面を酸化して、薄い酸化膜22を形成する。
次に、図3Bに示すように、酸化膜22上に、SiN膜(窒化シリコン層)23及びフォトレジスト24を順次形成する。
次に、図3Cに示すように、フォトレジスト24を露光・現像して、開口を形成する。
次に、図4Aに示すように、フォトレジスト24をマスクとしてエッチングを行い、SiN膜23に開口を形成する。さらに、図4Bに示すように、フォトレジスト24を除去してSiN膜23を残す。これにより、シリコン基板21のエッチングのためのハードマスク(SiN膜23)が形成される。
次に、図5Aに示すように、シリコン基板21に形成された溝を埋めて全面的に、例えばSiO2から成る絶縁層25を形成する。ここで埋め込まれる絶縁層25の材料は、SiN等でもよく、絶縁材料なら何でも構わない。
次に、CMP法もしくはRIE法により、表面の絶縁層25を除去する。これにより、図5Bに示すように、溝内とコンタクトホール内のみに絶縁層25が残る。
続いて、SiN膜23を除去する。その後、図5Cに示すように、シリコン層21内に受光センサ部のフォトダイオードPDを構成する不純物領域を形成する。このとき、撮像領域20の周辺に相当する部分に埋め込まれた絶縁層25は、その周囲のシリコン層21と反射率が異なると共に、表面が突出しているため、この絶縁層25を利用して、フォトダイオードPDの位置合わせを行うことができる。
その後、絶縁層3の表面にSiO2膜(接着層)9を形成して表面を平坦化研磨すると共に、表面にT−SiO2膜(接着層)10が形成された支持基板8を用意して、図6Bに示すように、SiO2膜9,10同士が対向するようにして、図6B及び図6Cに示すように、配線部の絶縁層3と支持基板8とを貼り合わせる。
次に、ウエハ裏面材料であるシリコン基板21を、CMP法、RIE法、BGR(バックグラインド)法、もしくはこれら3つの方法の組合せにより、図7Bに示すように、少なくとも先に形成された溝及びコンタクトホール内の絶縁層25が露出するまで薄くする。これにより、シリコン基板21からシリコン層2が形成され、絶縁層25からアライメントマークの絶縁層13が形成される。また、パッド部の絶縁層25はコンタクト層12の周りの絶縁膜14となるものである。
まず、表面にフォトレジスト26を形成し、フォトレジスト26を露光・現像して、図7Cに示すように、パッド部に開口を有するマスクとする。このとき、開口の大きさは、パッド部の絶縁層25よりも小さくする。
次に、図8Aに示すように、フォトレジスト26をマスクとして、パッド部の絶縁層25及びパッド部の配線層11上の絶縁層3に対してエッチングを行うことにより、これら絶縁層25,3を貫通して配線層11に達するコンタクトホールを形成する。このとき、フォトレジスト26の開口がパッド部の絶縁層25よりも小さいので、コンタクトホールの周囲に絶縁層25が残り、図1に示した絶縁層14となる。
その後、図8Bに示すように、フォトレジスト26を除去する。
なお、ここではコンタクトホールを埋める材料としてW(タングステン)を用いているが、Al、もしくはCu、もしくはAg、もしくはAu、もしくはそれらの合金を埋め込み材料に用いても構わない。また、必要に応じて、金属層27をコンタクトホールに埋め込んで形成する際に、予め下地にバリアメタル膜を形成しておくようにする。
次に、図9Aに示すように、CMP法もしくはRIE法によって、表面の金属層27を除去する。これにより、コンタクトホール内にのみ金属層27が残り、コンタクト層12となる。
次に、図9Bに示すように、例えばSiO2から成る平坦化層5を、表面に成膜する。
次に、図9Cに示すように、平坦化層5の上にフォトレジスト28を形成する。さらに、フォトレジスト28を露光・現像して、図10Aに示すように、パッド部のみフォトレジスト28を除去する。
次に、図10Bに示すように、フォトレジスト28をマスクとして、平坦化層5をエッチングして、パッド部のみ除去する。これにより、コンタクト層12が露出する。
続いて、図10Cに示すように、フォトレジスト28を除去する。
次に、図11Bに示すように、表面にフォトレジスト29を形成する。さらに、フォトレジスト29を露光・現像して、図11Cに示すように、パッド部のみフォトレジスト29が残るようにする。
次に、図12Aに示すように、フォトレジスト29をマスクとして、電極層15をエッチングして、パッド部のみ電極層15が残るようにする。続いて、図12Bに示すように、フォトレジスト29を除去する。
最後に、公知の方法により、塗布膜30から、図13Bに示すように、表面が曲面の形状のオンチップレンズ7を作製する。このようにして、図1に示した固体撮像素子1を製造することができる。
このとき、フォトダイオードPDの周囲に絶縁層13によりアライメントマークが形成されているので、フォトダイオードPDとオンチップレンズ7とを位置ずれなく形成することができる。
その場合の製造工程を次に示す。
図9Bに示した工程の後に、図14Aに示すように、フォトダイオードPDの上方にある平坦化層5上に、カラーフィルター6を形成する。
続いて、図14Bに示すように、カラーフィルター6の上に、オンチップレンズとなる材料を塗布して塗布膜30を塗布する。
次に、塗布膜30から、図14Cに示すように、表面が曲面の形状のオンチップレンズ7を作製する。
このとき、フォトダイオードPDの周囲に絶縁層13によりアライメントマークが形成されているので、フォトダイオードPDとオンチップレンズ7とを位置ずれなく形成することができる。
次に、図15Cに示すように、フォトレジスト31をマスクとして、平坦化層5をエッチングして、パッド部のみ除去する。続いて、図16Aに示すように、フォトレジスト31を除去する。
次に、図16Bに示すように、表面を覆って電極層15を成膜する。
次に、図16Cに示すように、表面にフォトレジスト32を形成する。さらに、フォトレジスト32を露光・現像して、図17Aに示すように、パッド部のみフォトレジスト32が残るようにする。
次に、図17Bに示すように、フォトレジスト32をマスクとして、電極層15をエッチングして、パッド部のみ電極層15が残るようにする。続いて、図17Cに示すように、フォトレジスト32を除去する。
このようにして、図1に示した固体撮像素子1を製造することができる。
次に、図18Bに示すように、酸化膜22上に、SiN膜23及びフォトレジスト24を順次形成する。
次に、図18Cに示すように、フォトレジスト24を露光・現像して、開口を形成する。
次に、図19Aに示すように、フォトレジスト24をマスクとしてエッチングを行い、SiN膜23に開口を形成する。さらに、図19Bに示すように、フォトレジスト24を除去してSiN膜23を残す。これにより、シリコン層35のエッチングのためのハードマスク(SiN膜23)が形成される。
次に、図20Aに示すように、シリコン層35に形成された溝を埋めて全面的に、例えばSiO2から成る絶縁層25を形成する。ここで埋め込まれる絶縁層25の材料は、SiN等でもよく、絶縁材料なら何でも構わない。
次に、図20Bに示すように、CMP法もしくはRIE法により、表面の絶縁層25を除去する。これにより、溝内とコンタクトホール内のみに絶縁層25が残る。
次に、SiN膜23を除去した後、図20Cに示すように、シリコン層35内に、受光センサ部のフォトダイオードPDを構成する不純物領域を形成する。このとき、撮像領域20の周辺に相当する部分に埋め込まれた絶縁層25は、その周囲のシリコン層21と反射率が異なると共に、表面が突出しているため、この絶縁層25を利用して、フォトダイオードPDの位置合わせを行うことができる。
その後、絶縁層3の表面にSiO2膜(接着層)9を形成して表面を平坦化研磨すると共に、表面にT−SiO2膜(接着層)10が形成された支持基板8を用意して、図21Bに示すように、SiO2膜9,10同士が対向するようにして、図21Cに示すように、配線部の絶縁層3と支持基板8とを貼り合わせる。
次に、CMP法、RIE法、BGR法、もしくはこれら3つの方法の組合せにより、ウエハ裏面材料であるシリコン基板33、SiO2膜(酸化シリコン膜)34を除去して、図22Bに示すように、シリコン層35、並びに先に形成された溝及びコンタクトホール内の絶縁層25を露出させる。これにより、絶縁層25からアライメントマークの絶縁層13が形成される。また、パッド部の絶縁層25はコンタクト層の周りの絶縁膜14となるものである。
その後は、図7C〜図13Bに示した工程を経て、図1に示した固体撮像素子1を製造することができる。
また、パッド部において、シリコン層2の表面側の配線層11に接続して、シリコン層2に埋め込まれた絶縁層14内にコンタクト層12が形成され、このコンタクト層12を介して、表面に形成された電極層15と配線層11とが接続されている。これにより、絶縁層14により、シリコン層2とコンタクト層12とが絶縁され、電極層15によるパッドが構成される。
また、パッド部のシリコン層2に絶縁層14を埋め込んでから、絶縁層14内にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内に導電材料を埋め込んで配線層11に接続することにより、配線層11及び電極層15を接続するコンタクト層12を形成し、絶縁層14によりシリコン層2とコンタクト層12とを絶縁することができる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率100%を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
この固体撮像素子110は、特に撮像領域20の周辺において、フォトダイオードPDが形成された第1のシリコン層(単結晶シリコン層)2に、アライメントマークとして第2のシリコン層(例えば、非晶質シリコン層や多結晶シリコン層)17が埋め込まれている。さらに、この第2のシリコン層17上の絶縁層19に、金属層16が形成されている。
また、パッド部においても、図1の絶縁層14の代わりに、第2のシリコン層18が埋め込まれている。そして、配線層11及び電極層15を接続するコンタクト層12と、埋め込まれた第2のシリコン層18とを絶縁するために、コンタクト層12と第2のシリコン層18との間に、絶縁層19が入っている。
なお、絶縁層19は、図1の平坦化層5と同じ絶縁材料を使用することも可能であるが、形成方法が平坦化層5とは異なる。
本実施の形態の固体撮像素子110は、例えば次のようにして製造することができる。
図24Aに示すように、撮像領域20(図23参照)の周辺において、フォトダイオードPDが形成された第1のシリコン層2に第2のシリコン層17が埋め込まれ、コンタクトホールの周囲に第2のシリコン層18が埋め込まれた状態から、コンタクトホールを埋めて全面に絶縁層37を形成する。
次に、図25Aに示すように、フォトレジスト38をマスクとして、絶縁層37をエッチングする。これにより、パッド部に配線層11に達する溝が形成されると共に、アライメントマーク部にも溝が形成される。その後、図25Bに示すように、フォトレジスト38を除去する。
次に、図26Aに示すように、表面の金属層39を除去する。これにより、パッド部の孔内及びアライメントマーク部の溝内のみに金属層39が残る。パッド部の溝内の金属層39がコンタクト層12となり、アライメントマーク部の溝内の金属層39がアライメントマークの金属層16となる。コンタクト層12及び第2のシリコン層18は、これらの間に埋め込まれた絶縁層37(図1の絶縁層19となる)により絶縁される。
その後は、図11B〜図13Bに示したと同様の工程を経て、図23に示した固体撮像素子110を製造することができる。
このような製造工程を行うことにより、金属層16をアライメントマークとして利用して、フォトダイオードPDとオンチップレンズ7を位置ずれなく形成することができ、また電極層15によりパッドを形成することも可能となり、裏面照射型構造のCMOS型固体撮像素子を製造することができる。
また、パッド部において、第1のシリコン層2の表面側の配線層11に接続して、第1のシリコン層2に埋め込まれた第2のシリコン層18内に絶縁層19を介してコンタクト層12が形成され、このコンタクト層12を介して、表面に形成された電極層15と配線層11とが接続されている。これにより、絶縁層19により、第2のシリコン層18とコンタクト層12とが絶縁され、電極層15によるパッドが構成される。
また、パッド部の第1のシリコン層2に第2のシリコン層18を埋め込んでから、第2のシリコン層18内に絶縁層19を埋め込んで形成し、さらにこの絶縁層19内にコンタクトホールを形成して、このコンタクトホール内に導電材料を埋め込んで配線層11に接続することにより、配線層11及び電極層15を接続するコンタクト層12を形成し、絶縁層19により第2のシリコン層18とコンタクト層12とを絶縁することができる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率100%を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
これらを別々に形成した場合の製造工程を次に示す。
この場合には、アライメントマークを先に形成して、コンタクトホールは後から形成するため、図7Bと同じ段階において、図27Aに示すように、コンタクトホールの絶縁層25がなく、その他は図7Bと同じ状態になる。
続いて、表面にフォトレジスト40を形成して、これを露光・現像して、図27Bに示すように、パッド部のフォトレジスト40に開口を形成する。
次に、フォトレジスト40をマスクとしてシリコン層2をエッチングして、配線部の絶縁層3に達する凹部(コンタクトホール)を形成し、その後、図27Cに示すように、フォトレジスト40を除去する。
次に、図28Aに示すように、凹部を埋めて全面にSiO2層41を形成する。
その後、図28Bに示すように、CMP法もしくはRIE法により、表面のSiO2層41を除去する。これにより、凹部内のみにSiO2層41が残る。これで、図7Bとほぼ同じ状態になった。
この固体撮像素子120は、特にパッド部において、断面T字状の電極層15が、配線層11に接続するように形成されている。電極層15は、パッドとなる水平方向の部分15Aと、コンタクト層に相当する上下方向の部分15Bとから構成されている。平坦化層5は、電極層15上に開口を有している。また、絶縁層14は、図1の固体撮像素子1と比較して広く形成されている。
その他の構成は、図1に示した固体撮像素子1と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
図30Aに、図7Cと同じ状態を示す。この場合も、図3A〜図7Cに示したと同様の工程を経ているが、パッド部に形成された溝(第1の溝)内の絶縁層25は、その内部にパッドも形成するので、コンタクト形成用のレジストマスク26の開口よりも充分大きく形成している。
続いて、図30Cに示すように、フォトレジスト26を除去する。
次に、図31Cに示すように、フォトレジスト42をマスクとして、絶縁層25を一部エッチングする。このとき、コンタクトホール内のフォトレジスト42も一部除去される。これにより、コンタクトホール(第2の溝)よりも幅が狭い、パッド用の溝(第3の溝)が形成される。
続いて、図32Aに示すように、フォトレジスト42を除去する。
次に、図32Cに示すように、CMP法もしくはRIE法によって、表面の金属層27を除去する。これにより、コンタクトホール内及びパッド用の溝(第3の溝)内にのみ金属層27が残り、パッドとなる水平方向の部分15Aと上下方向の部分15Bとから成る、断面T字形状の電極層15が形成される。
次に、フォトレジスト43をマスクとして、平坦化層5をエッチングした後、図33Cに示すように、フォトレジスト43を除去する。これにより、パッド部の電極層15上の平坦化層5が除去されて、電極層15が表面に露出する。
このような製造工程を行うことにより、絶縁層13をアライメントマークとして利用して、フォトダイオードPDとオンチップレンズ7を位置ずれなく形成することができ、また電極層15によりパッドを形成することも可能となり、裏面照射型構造のCMOS型固体撮像素子を製造することができる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率100%を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
例えば、裏面照射型構造を有するCCD固体撮像素子等において、本発明を適用して、アライメントマークやパッドの電極を形成することが可能である。
Claims (19)
- 光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
前記シリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、
撮像領域の周辺において、前記シリコン層に絶縁層が埋め込まれて形成され、
パッド部の電極層と前記表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、絶縁層が埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換が行われる受光センサ部が形成され、単結晶シリコン層から成る第1のシリコン層と、
前記第1のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
前記第1のシリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、
撮像領域の周辺において、前記第1のシリコン層に、非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層から成る第2のシリコン層が埋め込まれて形成され、
前記第1のシリコン層上に絶縁層が形成され、
前記絶縁層の、前記第2のシリコン層上の部分に、金属層が埋め込まれて形成され、
パッド部において、電極層と前記表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、前記絶縁層が埋め込まれて形成され、さらに前記絶縁層の周囲に前記第2のシリコン層が埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、
前記シリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
前記シリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程と、
パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程と、
撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、
パッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、
少なくとも前記撮像領域の周辺に前記絶縁層を埋め込んだ後に、前記シリコン層に受光センサ部を形成する工程と、
前記シリコン層の前記表面側に、前記配線層を形成する工程と、
前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層内に導電材料を埋め込んで、前記パッド部の配線層に接続する工程と、
前記撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた絶縁層を位置合わせマークとして用いて、前記シリコン層の裏面側に前記レンズを形成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程において、窒化シリコン層をマスクとして用いて前記シリコン層をエッチングして、その後に前記窒化シリコン層を残した状態で前記溝に前記絶縁層として酸化シリコン層を埋め込み、表面の前記酸化シリコン層を除去して前記酸化シリコン層を前記溝内のみに残し、その後前記窒化シリコン層を除去して表面に前記酸化シリコン層を突出させ、続いて前記シリコン層に前記受光センサ部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- シリコン基板と酸化シリコン膜とシリコン層とが積層されて成る積層基板を使用して、前記積層基板の前記シリコン層に対して、その撮像領域の周辺及びパッド部にそれぞれ前記溝を形成し、前記配線層を形成した後に前記積層基板のシリコン基板及び酸化シリコン膜を除去することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程とを同時に行うことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込んだ後に、前記シリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の前記シリコン層に溝を形成し、この溝に絶縁層を埋め込むことを特徴とする請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記配線層を形成する工程の後に、前記シリコン層の裏面側を除去して前記シリコン層を薄くする工程を行い、その後前記導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程を行うことを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層を、前記シリコン層の裏面側を除去する際の終点検出に用いることを特徴とする請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層に、前記絶縁層よりも幅が狭く、前記絶縁層を貫通して前記パッド部の配線層に達する第2の溝を形成し、前記第2の溝の上部に前記絶縁層よりも幅が狭く、かつ前記第2の溝よりも幅が広い第3の溝を形成し、その後前記第2の溝及び前記第3の溝に前記導電材料を埋め込んで前記パッド部の配線層に接続することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 光電変換が行われる受光センサ部が形成された第1のシリコン層と、
前記第1のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
前記第1のシリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
撮像領域の周辺の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程と、
パッド部の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程と、
撮像領域の周辺に形成された前記溝に、非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第2のシリコン層を埋め込む工程と、
パッド部に形成された前記溝に、非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第2のシリコン層を埋め込む工程と、
少なくとも前記撮像領域の周辺に前記第2のシリコン層を埋め込んだ後に、前記第1のシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、
前記第1のシリコン層の前記表面側に、前記配線層を形成する工程と、
前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記第2のシリコン層内に、絶縁層を介して導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程と、
前記絶縁層を前記第1のシリコン層上にわたって形成し、前記絶縁層のうち、前記撮像領域の周辺の前記第2のシリコン層上の部分に金属層を埋め込み、前記金属層を位置合わせマークとして用いて、前記第1のシリコン層の裏面側に前記レンズを形成する工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - シリコン基板と酸化シリコン膜と前記第1のシリコン層とが積層されて成る積層基板を使用して、前記積層基板の前記第1のシリコン層に対して、その撮像領域の周辺及びパッド部にそれぞれ前記溝を形成し、前記配線層を形成した後に前記積層基板のシリコン基板及び酸化シリコン膜を除去することを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部に形成された前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込む工程とを同時に行うことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込んだ後に、前記第1のシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の前記第1のシリコン層に溝を形成し、この溝に前記第2のシリコン層を埋め込むことを特徴とする請求項15に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記配線層を形成する工程の後に、前記第1のシリコン層の裏面側を除去して前記第1のシリコン層を薄くする工程を行い、その後前記導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程を行うことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた前記第2のシリコン層を、前記第1のシリコン層の裏面側を除去する際の終点検出に用いることを特徴とする請求項17に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 撮像領域の周辺の前記第1のシリコン層に溝を形成する工程において、絶縁層をマスクとして用いて前記第1のシリコン層をエッチングして、前記絶縁層を残した状態で前記溝に前記第2のシリコン層を埋め込み、表面の前記第2のシリコン層を除去して前記第2のシリコン層を前記溝内のみに残し、前記絶縁層を除去して表面に前記第2のシリコン層を突出させ、続いて前記第1のシリコン層に前記受光センサ部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像素子の製造方法。
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