JP2005203617A - Solid state imaging device and its fabrication process - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同一半導体チップ上に撮像領域部と周辺領域部とを設けた固体撮像装置に関し、特に各種エッチングやCME平坦化等の加工時のチップ内均一性を確保するために周辺領域部にダミーパターンを設けた固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device in which an imaging region portion and a peripheral region portion are provided on the same semiconductor chip, and in particular, in the peripheral region portion in order to ensure in-chip uniformity during various processes such as etching and CME flattening. The present invention relates to a solid-state imaging device provided with a dummy pattern and a manufacturing method thereof.
従来、例えばCMOS型イメージセンサ等においては、複数の画素を2次元アレイ状に配置した撮像領域部と、この撮像領域部の周辺に画素の走査回路や画素信号処理回路等の各種論理回路を配置した周辺領域部が同一半導体チップ上に形成されている。
そして、このような固体撮像装置では、基本的には撮像領域部に画素が形成され、撮像信号を出力する構成となっているが、その上層膜の形成工程において、例えばエッチングやCME平坦化等の加工時のチップ内均一性を確保するために周辺領域部にダミーパターンを設け、撮像領域部との膜厚を合わせるような方法が採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a CMOS type image sensor, an imaging area unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array, and various logic circuits such as a pixel scanning circuit and a pixel signal processing circuit are arranged around the imaging area unit. The peripheral region portion thus formed is formed on the same semiconductor chip.
In such a solid-state imaging device, basically, pixels are formed in the imaging region portion and output an imaging signal. In the upper layer film forming process, for example, etching, CME flattening, etc. In order to ensure the uniformity within the chip during the processing, a method is adopted in which a dummy pattern is provided in the peripheral area portion and the film thickness with the imaging area portion is matched.
図3は、このような周辺領域部にダミーパターンを設けた固体撮像装置の従来例を示す説明図である。
図示のように、半導体チップ1上に、複数の画素10を2次元アレイ状に配置した撮像領域部20が設けられ、その周辺に各種論理回路(図示の例では水平選択回路部30及び垂直選択回路部40を示す)を配置した周辺領域部50が設けられている。そして、この周辺領域部50には、撮像領域部20の画素10と共通の工程によって形成された複数のダミーパターン60が設けられ、同一チップ内での素子分布や膜厚といった均一性を確保するように工夫されている。
そして、従来は、このダミーパターン60の寸法やピッチが、画素10のピッチ等にかかわらず、予め固定されており、図示の例では、撮像領域部20の各画素10とほぼ同様の平面積を有するダミーパターン60が画素10と異なる固有の繰り返しパターンで形成されている。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a conventional example of a solid-state imaging device in which a dummy pattern is provided in such a peripheral region.
As shown in the drawing, an
Conventionally, the size and pitch of the
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、上述したダミーパターンのピッチが画素ピッチと異なる繰り返しで発生すると、行列状に配された画素選択用の回路部30、40で各列、各行毎の寄生容量が異なってしまい、この寄生容量の影響によって信号の伝送状態に歪みが生じ、出力画像に繰り返し帯状のノイズが発生するという問題があった。
そこで本発明は、ダミーパターンの繰り返しピッチによる寄生容量が出力画像の画質に影響を及ぼすことを防止でき、画質の向上を図ることが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
However, in the above-described conventional solid-state imaging device, when the above-described dummy pattern pitch is generated differently from the pixel pitch, the parasitic capacitance for each column and each row in the pixel
Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of preventing the parasitic capacitance due to the repetition pitch of the dummy pattern from affecting the image quality of the output image and improving the image quality, and a method for manufacturing the same. To do.
上述の目的を達成するため、本発明にかかる固体撮像装置は、同一半導体チップ上に、複数の画素を2次元アレイ状に配置した撮像領域部と、前記撮像領域部の周辺に各種論理回路を配置した周辺領域部とを設けて構成され、前記周辺領域部には前記撮像領域部の画素と共通の工程によって形成された複数のダミーパターンが設けられ、前記周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチが前記撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a solid-state imaging device according to the present invention includes an imaging area unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array on the same semiconductor chip, and various logic circuits around the imaging area unit. A plurality of dummy patterns formed by a process common to the pixels of the imaging region unit, and a repetition pitch of the dummy patterns of the peripheral region unit. Are formed corresponding to the pitch of the repetitive pattern of the pixels in the imaging region.
また、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法は、同一半導体チップ上に、複数の画素を2次元アレイ状に配置した撮像領域部と、前記撮像領域部の周辺に各種論理回路を配置した周辺領域部とを設け、その上層に上層膜を積層後、前記上層膜の上面をCMP加工によって平坦化する固体撮像装置の製造方法であって、前記周辺領域部に前記撮像領域部の画素と共通の工程によって複数のダミーパターンを設ける画素形成工程を有し、前記画素形成工程において、前記周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチを前記撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成することを特徴とする。 The solid-state imaging device manufacturing method according to the present invention includes an imaging area unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array on the same semiconductor chip, and a peripheral in which various logic circuits are arranged around the imaging area unit. A solid-state imaging device manufacturing method comprising: providing a region portion; and laminating an upper layer film thereon; and planarizing an upper surface of the upper layer film by CMP processing, wherein the peripheral region portion is shared with the pixels of the imaging region portion In the pixel forming step, the repetition pitch of the dummy pattern in the peripheral region portion is formed in correspondence with the pitch of the repetition pattern of the pixel in the imaging region portion. It is characterized by that.
本発明にかかる固体撮像装置及びその製造方法によれば、周辺領域部に撮像領域部の画素と共通の工程で形成されるダミーパターンを設ける場合に、ダミーパターンの繰り返しピッチを撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに合わせたことから、周辺領域部における寄生容量の発生状態を撮像領域部における寄生容量の発生状態と揃えることができる。したがって、ダミーパターンの繰り返しパターンによる寄生容量が出力画像の画質に影響を及ぼすことを防止でき、帯状のノイズのない出力画像を得ることができ、画質の向上を図ることが可能となる。 According to the solid-state imaging device and the method for manufacturing the same according to the present invention, when a dummy pattern formed in the same process as the pixels in the imaging region is provided in the peripheral region, the repetition pitch of the dummy pattern is set to the pixels in the imaging region. Therefore, the generation state of the parasitic capacitance in the peripheral region portion can be aligned with the generation state of the parasitic capacitance in the imaging region portion. Therefore, it is possible to prevent the parasitic capacitance due to the repeated pattern of the dummy pattern from affecting the image quality of the output image, to obtain an output image without band-like noise, and to improve the image quality.
本発明の実施の形態による固体撮像装置では、同一半導体チップ上に、複数の画素を2次元アレイ状に配置した撮像領域部と、前記撮像領域部の周辺に各種論理回路を配置した周辺領域部とを設けたものであり、その製造過程でのエッチングやCMP平坦化等に対してチップ内の膜厚等の均一化を図るべく、周辺領域部に撮像領域部の画素と同様のダミーパターンを設けている。そして、このダミーパターンの繰り返しピッチを撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成することにより、周辺領域部における寄生容量の発生状態を撮像領域部における寄生容量の発生状態と揃えるようにし、ダミーパターンの繰り返しピッチによる寄生容量が出力画像の画質への影響を防止し、帯状ノイズ等を防止する。 In the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, an imaging region unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array on the same semiconductor chip, and a peripheral region unit in which various logic circuits are arranged around the imaging region unit In order to make the film thickness in the chip uniform with respect to etching and CMP flattening in the manufacturing process, a dummy pattern similar to the pixels in the imaging region is formed in the peripheral region. Provided. Then, by forming the repetition pitch of this dummy pattern corresponding to the pitch of the repetition pattern of the pixels in the imaging region portion, the parasitic capacitance generation state in the peripheral region portion is aligned with the parasitic capacitance generation state in the imaging region portion. In addition, the parasitic capacitance due to the repetition pitch of the dummy pattern prevents the output image from affecting the image quality, and prevents band noise and the like.
ここで、周辺領域部のダミーパターンを撮像領域部の画素より小さいサイズ(平面積)とし、ダミーパターンの繰り返しピッチと撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチとを等しくすることにより、簡単な繰り返しパターンで、撮像領域部における寄生容量と周辺領域部における寄生容量の発生状態を適正かつ容易に揃えることができる。
また、周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチが行方向及び列方向の両方について撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応させることで、水平方向の信号伝送と垂直方向の信号伝送の両方で、ノイズ特性を改善できる。特に、画素選択回路部の周囲を包囲する状態でダミーパターンを設けることにより、画素選択回路部による動作が歪みなく円滑に行なえ、さらに良好なノイズ特性の改善を図ることが可能となる。
Here, the dummy pattern in the peripheral area is made smaller in size (planar area) than the pixels in the imaging area, and the repetition pitch of the dummy pattern is equal to the pitch of the repeating pattern of the pixels in the imaging area. With the pattern, it is possible to properly and easily align the parasitic capacitance in the imaging region portion and the generation state of the parasitic capacitance in the peripheral region portion.
Also, by making the repetition pitch of the dummy pattern in the peripheral area portion correspond to the pitch of the pixel repetition pattern in both the row direction and the column direction, both horizontal signal transmission and vertical signal transmission are possible. , Noise characteristics can be improved. In particular, by providing a dummy pattern so as to surround the periphery of the pixel selection circuit unit, the operation of the pixel selection circuit unit can be performed smoothly without distortion, and further improved noise characteristics can be achieved.
また、本発明の実施の形態による固体撮像装置の製造方法では、上述した撮像領域部の画素と周辺領域部のダミーパターンを形成する画素形成工程において、周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチを撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成することにより、周辺領域部における寄生容量の発生状態を撮像領域部における寄生容量の発生状態と揃えるように作製でき、ダミーパターンの繰り返しピッチによる寄生容量が出力画像の画質への影響を防止し、帯状ノイズ等を防止することができる固体撮像装置を製造できる。
また、その設計過程において、周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチに対応する撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチを予めデザインルールとしてデータベース化してCADシステム等の設計システムに組み込んでおき、実際のレイアウト設計時には、設計システム上で所定の設計条件を入力することにより、上述のデザインルールに基づいて画像形成工程におけるダミーパターンの繰り返しピッチを決定する。これにより、レイアウトミスのない設計を行なうことができ、優れた特性の固体撮像装置を容易かつ安定的に作製できる。
In the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, the repetition pitch of the dummy pattern in the peripheral region is imaged in the pixel forming step of forming the pixel in the imaging region and the dummy pattern in the peripheral region. By forming in accordance with the pitch of the repetitive pattern of the pixels in the region portion, it is possible to produce the parasitic capacitance generation state in the peripheral region portion so as to be aligned with the parasitic capacitance generation state in the imaging region portion. A solid-state imaging device capable of preventing the parasitic capacitance from affecting the image quality of the output image and preventing band-like noise can be manufactured.
In the design process, the pitch of the repetitive pattern of the pixels in the imaging region corresponding to the repetitive pitch of the dummy pattern in the peripheral region is created as a database in advance as a design rule and incorporated in a design system such as a CAD system. At the time of layout design, by inputting predetermined design conditions on the design system, the repetition pitch of the dummy pattern in the image forming process is determined based on the above design rules. As a result, design without layout errors can be performed, and a solid-state imaging device having excellent characteristics can be easily and stably manufactured.
図1は本発明の実施例による固体撮像装置の素子配置を示す説明図であり、図2は図1に示す固体撮像装置の回路構成を示す概略ブロック図である。
この固体撮像装置は、図1に示すように、CMOSイメージセンサの例であり、上述した従来例と同様に、半導体チップ2上に、複数の画素110を2次元アレイ状に配置した撮像領域部120が設けられ、その周辺に水平選択回路部130や垂直選択回路部140等の論理回路を設けた周辺領域部150が設けられている。そして、この周辺領域部150には、撮像領域部120の画素110と共通の工程によって形成された複数のダミーパターン160が設けられている。
画素110は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、このフォトダイオードによって生成された信号電荷を所定のタイミングで読み出したり、リセットしたりするための読み出し、増幅、リセット等の各種MOSトランジスタとを有しており、その上層に受光用開口部を有する遮光膜や各種の配線膜及び絶縁膜等を設けたものである。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an element arrangement of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic block diagram showing a circuit configuration of the solid-state imaging device shown in FIG.
As shown in FIG. 1, this solid-state imaging device is an example of a CMOS image sensor. Like the conventional example described above, an imaging region unit in which a plurality of
The
また、ダミーパターン160も画素110のパターンと同様の構成を有しているが、画素110のMOSトランジスタと異なり、読み出し用の電気的接続はとられておらず、積層構造だけが画素110と共通となっており、上述のように各種エッチングやCMP平坦化等に際して、チップ内の均一性を保持するための機能を有している。そして、このダミーパターン160は、撮像領域部120を包囲し、かつ、水平選択回路部130や垂直選択回路部140を包囲する状態で、一定ピッチの繰り返しパターンで形成されている。
The dummy pattern 160 also has the same configuration as the pattern of the
また、図2に示すように、画像領域部120に設けられた各画素110は、水平選択回路部130及び垂直選択回路部140によって走査され、画素信号が出力信号線より列信号変換回路部170及び画像信号処理回路部180に伝送され、D/A変換、ゲイン調整、ノイズ除去、画像補正等の処理を順次施されて画像信号に変換され、出力端末190から外部機器(図示せず)に出力される。
なお、図2に示す例は一例であり、例えば画素信号の読み出し方式やD/A変換をどこで行なうかといった具体的構成については様々に変形し得るもので、本発明については特に限定されないものとする。
Further, as shown in FIG. 2, each
The example shown in FIG. 2 is merely an example, and the specific configuration such as the pixel signal readout method and where the D / A conversion is performed can be variously modified, and the present invention is not particularly limited. To do.
そして、本例の固体撮像装置では、上述のダミーパターン160の寸法やピッチが、画素110の繰り返しピッチに対応して決定されており、図示のように、ダミーパターン160の繰り返しの行方向及び列方向のピッチα1、α2が、撮像領域部120の画素110のピッチβ1、β2に等しくなっている。
つまり、撮像領域部120の画素110は互いに密接して設けられているので、各画素110の行方向及び列方向の寸法は、各画素110の繰り返しパターンのピッチβ1、β2にほぼ等しい状態になっているが、ダミーパターン160の画素に相当する部分のサイズ(平面積)は画素110より小さく、ダミーパターン160の行方向及び列方向の各辺の寸法をa1、a2、その間隔をb1、b2とすると、ダミーパターン160の繰り返しの行方向及び列方向のピッチα1、α2は、α1(=β1)=a1+b1、α2(=β2)=a2+b2となっている。
In the solid-state imaging device of this example, the dimensions and pitch of the dummy pattern 160 are determined corresponding to the repetition pitch of the
That is, since the
したがって、このような固体撮像装置において、水平選択回路部130及び垂直選択回路部140の作動によって、撮像領域部120の画素110から画素信号を読み出す動作を行なった場合に、画素110の繰り返しパターンのピッチとダミーパターンの繰り返しピッチとが等しいために、寄生容量の発生状態が撮像領域部120と周辺領域部150とで行方向及び列方向に揃うことから、寄生容量の影響を受けることなく信号の処理を行なうことができ、出力画面上での縦方向や横方向の縞状ノイズを防止でき、画質の向上を図ることが可能となる。
Therefore, in such a solid-state imaging device, when the operation of the horizontal
次に、このような本実施例による固体撮像装置の製造方法について説明する。
本例の固体撮像装置は、従来と同様に半導体ウェーハ上にCMOSプロセス等を用いて画素110、ダミーパターン160、及び各種MOSトランジスタ等の素子を形成し、その上層にフォトレジストやエッチング等の技術を用いて絶縁膜、遮光膜、及び配線膜等の各種上層膜を形成する。そして、このような上層膜の形成過程で、CMP等の平坦化を行ない、その平坦化した上層膜の上にカラーフィルタやマイクロレンズをオンチップ構造で形成する。
Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to this embodiment will be described.
The solid-state imaging device of this example forms elements such as
このような固体撮像装置を製造する場合、まず、各素子のレイアウト設計を行なうが、このレイアウト設計のためのデザインルールとして、予め撮像領域部の画素サイズ(ピッチ)の仕様に対応して、最適なダミーパターンのサイズやピッチを決定しておき、これをデータベース化しておく。
そして、実際の設計時には、システム上で撮像領域部の画素サイズや周辺回路の素子配置をシステム上で設計することにより、これらの情報から自動的にデータベース化したダミーパターンの情報が検索され、その検索結果によってダミーパターンのサイズやピッチが決定され、レイアウト用データとしてシステムに取り込まれる。
When manufacturing such a solid-state imaging device, the layout design of each element is first performed. As a design rule for this layout design, it is best to correspond to the specification of the pixel size (pitch) of the imaging area part in advance. The size and pitch of a dummy pattern are determined and stored in a database.
In actual design, by designing on the system the pixel size of the imaging area and the element arrangement of the peripheral circuit on the system, information on the dummy pattern automatically created from the database is retrieved. The size and pitch of the dummy pattern are determined based on the search result, and are taken into the system as layout data.
例えば画素のピッチが水平(行方向)5μm、垂直(列方向)4μmの繰り返しパターンを有する固体撮像装置で、25%密度でダミーパターンを発生させたいならば、水平方向5μm繰り返し、垂直4μmの繰り返しピッチで、水平2.5μm、垂直2μmの寸法を有するダミーパターンを配置するように、予めデザインルールとして記憶させておき、レイアウト設計時に画素のピッチとダミーパターンの密度を入力すれば、そのデザインルールに沿ってレイアウトの設計が実行されることになる。
したがって、このような方法により、最適なダミーパターンを容易に作成することができ、レイアウトミスの発生を防止し、動作特性に優れた固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
For example, in a solid-state imaging device having a repeating pattern with a pixel pitch of 5 μm in the horizontal direction (row direction) and 4 μm in the vertical direction (column direction), if it is desired to generate a dummy pattern at a density of 25%, the repetition is 5 μm in the horizontal direction and 4 μm in the vertical direction. Design rules are stored in advance so that dummy patterns having a horizontal dimension of 2.5 μm and a vertical dimension of 2 μm are arranged, and the pixel pitch and dummy pattern density are input during layout design. The layout design is executed along the line.
Therefore, by such a method, an optimum dummy pattern can be easily created, layout errors can be prevented, and a solid-state imaging device having excellent operating characteristics can be easily created.
2……半導体チップ、110……画素、120……撮像領域部、130……水平選択回路部、140……垂直選択回路部、150……周辺領域部、160……ダミーパターン。
2 ... Semiconductor chip, 110 ... Pixel, 120 ... Imaging area section, 130 ... Horizontal selection circuit section, 140 ... Vertical selection circuit section, 150 ... Peripheral area section, 160 ... Dummy pattern.
Claims (6)
前記周辺領域部には前記撮像領域部の画素と共通の工程によって形成された複数のダミーパターンが設けられ、
前記周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチが前記撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。 An imaging area unit in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array on the same semiconductor chip, and a peripheral area unit in which various logic circuits are arranged around the imaging area unit.
The peripheral area is provided with a plurality of dummy patterns formed by a process common to the pixels of the imaging area.
The repetition pitch of the dummy pattern in the peripheral area is formed corresponding to the pitch of the repetition pattern of the pixels in the imaging area.
A solid-state imaging device.
前記周辺領域部に前記撮像領域部の画素と共通の工程によって複数のダミーパターンを設ける画素形成工程を有し、
前記画素形成工程において、前記周辺領域部のダミーパターンの繰り返しピッチを前記撮像領域部の画素の繰り返しパターンのピッチに対応して形成する、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 After an imaging area part in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array and a peripheral area part in which various logic circuits are arranged around the imaging area part on the same semiconductor chip, an upper layer film is laminated on the upper layer A method of manufacturing a solid-state imaging device in which the upper surface of the upper layer film is planarized by CMP processing,
A pixel forming step of providing a plurality of dummy patterns in the peripheral region portion by a step common to the pixels of the imaging region portion;
In the pixel formation step, the repetition pitch of the dummy pattern in the peripheral area is formed corresponding to the pitch of the repetition pattern of the pixel in the imaging area.
A method of manufacturing a solid-state imaging device.
The pitch of the repetitive pattern of the pixels in the imaging region corresponding to the repetitive pitch of the dummy pattern in the peripheral region is created as a database in advance as a design rule, and the repetitive pitch of the dummy pattern in the image forming process is determined based on the design rule. 6. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein the determination is performed.
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