JP2006173349A - 固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体基体4内に光電変換素子PDを形成する工程と、半導体基体4の表面側に、絶縁層7中に配線層8を有する配線部を形成する工程と、この配線部のさらに表面側に接着剤層9を形成し、熱処理を行うことにより、接着剤層9を介して支持基板30を貼り合わせる工程と、半導体基体4を裏面側から薄くする工程とを有し、接着剤層9として、有機ケイ素系材料を原料として用いた炭素添加SiO2膜を形成して固体撮像素子を製造する。
【選択図】 図1
Description
しかしながら、このような構成の場合、表面側に形成された回路素子や配線層等で入射光が吸収又は反射されてしまい、入射光に対する光電変換効率が低く、感度の低い構成となっていた。
そこで、半導体基体の表面側に回路素子や配線等を形成した後に、半導体基体に支持基板を貼り合わせてから、半導体基体の裏面側を薄膜化している。
しかし、裏面照射型の固体撮像素子を製造する場合には、支持基板を貼り合せる前に、既に半導体基体に回路素子や配線を形成しているため、900℃〜1100℃の高温で熱処理を加えると、耐熱性が低い材料(Al,Cu等)から成る配線層に熱的影響を与えてしまう。
この歪みによって、基板を貼り合わせた後に形成する、カラーフィルタやオンチップレンズ等と、貼り合わせる前に形成したフォトダイオードとの位置ズレが大きくなってしまう。
これにより、先に形成された配線層に熱的影響を与えずに支持基板を貼り合わせることが可能になる。
また、接着剤層の熱膨張係数が比較的小さくなり、半導体基体との熱膨張係数の差が小さくなって、支持基板を貼り合わせた後の歪の発生を抑制することができる。
これにより、歪の発生による光電変換素子とレンズ等の位置ずれを抑制することができる。
また、接着剤層が炭素添加SiO2膜から成ることにより、支持基板を貼り合わせた後の歪の発生による、光電変換素子とレンズ等の位置ずれを抑制することが可能になるため、レンズ等を光電変換素子に対して位置精度良く形成することが可能になる。
また、支持基板を貼り合わせた後の歪の発生を抑制することができることにより、歪の発生による光電変換素子とレンズ等の位置ずれを抑制することができる。
従って、良好な特性の固体撮像素子を製造することが可能になる。
また、レンズ等を光電変換素子に対して位置精度良く形成することが可能になる。
従って、高性能で高い信頼性を有する固体撮像素子を実現することが可能になる。
本実施の形態の固体撮像素子では、図1及び図2に示すように、撮像領域24において、単結晶シリコン層(半導体基体)4に、1つの光電変換素子(フォトダイオードPD)とMOSトランジスタTr1とから構成された単位画素22がマトリクス状に複数形成されている。また、周辺領域25において、半導体基体4に、複数のCMOSトランジスタTr2から成る周辺回路部23が形成されている。
なお、図示しないが、撮像領域24や周辺領域25以外にも、例えば、外部の配線と接続されるパッドが設けられる領域が形成されている。
また、周辺回路部23のCMOSトランジスタTr2も、半導体基体4内に形成されたソース領域及びドレイン領域(図示せず)の間の上に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極6が形成された構成である。
そして、配線部を構成する絶縁層7は、接着剤層9を介して、比較的厚い支持基板30に貼り付けられている。
この炭素添加SiO2膜は、有機ケイ素系材料を原料として用いて、接着剤層9となる膜を成膜し、熱処理を行うことにより形成することができる。
また、アルキルシランのメチル基の代わりに、他のアルキル(CxHy)基からなるC含有基がSiと結合した、Si−C結合を有する化合物を用いてもよい。
また、アルキルシランのメチル基の代わりに、アルコキシル(CxHyO)基からなるC含有基がSiと結合したC−O結合を有する化合物(アルコキシシラン)を用いてもよい。この化合物の代表的なものとしては、テトラエトキシシラン(TEOS;Si(C2H5O)4)及びテトラプロキシシラン(TPOS)等がある。
さらにまた、Siにアルキル基とアルコキシル基の両方が結合した化合物(アルキルアルコキシシラン)を用いてもよい。例えば、メチルメトキシシラン、メチルエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、テトラメチルテトラメトキシシクロテトラシロキサン等が挙げられる。
このような化合物としては、例えば、分子構造を化1に示すオクタメチルシクロテトラシロキサン(OMCTS)や分子構造を化2に示すテトラメチルシクロテトラシロキサン(TMCTS)が挙げられる。
OMCTSは、Si−O結合の4員環構造を有すると共に、4員環構造を構成するSi原子に2つのCH3基が結合しており、Si−C結合を有している。
TMCTSは、Si−O結合の4員環構造を有するとともに、4員環構造を構成するSi原子にCH3基とHとが結合し、Si−C結合とSi−H結合を有して構成されている。
その後、熱処理により、接着剤層9を介して支持基板30と配線部の絶縁層7とを接着することができる。
成膜温度が200℃未満であると、ウェハ表面での反応が不充分となり、膜厚が不均一になるおそれがある。
成膜温度が350℃を超えると、他の部分が熱的影響を受けるおそれがある。
また、接着剤層9が炭素添加SiO2膜から成ることにより、後述する製造工程において、支持基板30を貼り合わせた後の歪の発生による、フォトダイオードPDとオンチップレンズ34等の位置ずれを抑制することが可能になるため、オンチップレンズ34等をフォトダイオードPDに対して位置精度良く形成することが可能になる。
なお、埋め込み酸化膜3や単結晶シリコン層4の膜厚は任意に設定することができる。
具体的には、まず、単結晶シリコン層4の撮像領域24、周辺領域25上に絶縁層7を形成して平坦化処理を行った後、1層目となる配線81を所定のパターンに形成する。
次に、1層目の配線81及び電極層29を含んで全面に再び絶縁層7を形成して平坦化処理を行った後、2層目となる配線82を所定のパターンに形成する。
次に、2層目の配線82を含んで全面に再び絶縁層7を形成して平坦化処理を行った後、3層目となる配線83を所定のパターンに形成する。
なお、図4Dでは配線層8が図2に示した3層構造である場合を示しているが、3層以上の配線層を形成する場合にはこのような工程を繰り返す。
また、この後は、絶縁層7上に例えばSiN膜やSiON膜等から成る平坦化膜を形成する場合もある。
具体的には、例えば、TEOSを原料ガスとして用いて、PE−CVD法により、温度250℃で2μmの厚さで接着剤層9となる膜を成膜し、その後、例えば、10−2Torrの減圧雰囲気下で、350℃で加熱を行いながら、3000Nの力で30分間プレスして貼り合わせを行う。
この際に、350℃の加熱により、接着剤層9は、有機物による水素や酸素等が抜けて、炭素とケイ素と酸素から成る組成の膜、即ち炭素添加SiO2膜となる。
なお、原料としては、前述した各種有機シラン系材料を使用することができ、成膜方法や成膜温度は、前述した方法や条件を採用することができる。
このようにして、図2に示した構成の裏面照射型構造の固体撮像素子を製造することができる。
これにより、歪の発生による、貼り合わせ前に形成したフォトダイオードPDと、貼り合わせ後に形成するオンチップレンズ34との位置ずれを抑制することができ、オンチップレンズ34をフォトダイオードPDに対して高い位置精度で形成することができる。
ここで、雰囲気に関しては、有機物から発生する気体を除去し、接着剤層9中にボイドが発生することを抑制することが目的で減圧雰囲気としているので、減圧雰囲気であれば圧力に制限されることはない。好ましくは、雰囲気の圧力を10−2Torr以下とする。雰囲気は、接着剤層9に用いられる材料の種類に応じて最適化させることができる。
また、プレスの力に関しては、絶縁層7と支持基板30との密着材を高めるために行っており、例えば薄膜化工程をバックグラインダ法で行う場合には、研摩に対する耐性を高めるために、少なくとも500N以上の力を与えることが望ましい。なお、より好ましくは2000N〜4000Nとする。なお、この値は、ウェハサイズが8インチの場合であり、ウェハサイズの大小に応じて、力の最適値も変化する。ウェハサイズが8インチ以外の場合でも、ウェハ面にかかる圧力が同程度になるように力を設定すればよい。
また、加熱温度に関しては、単結晶シリコン層4の表面側に形成された配線層8(81,82,83)の配線材料(Al,Cu)の劣化開始温度よりも低い温度、例えば450℃以下であればよい。なお、好ましくは、350℃〜400℃の温度範囲とする。
このように、雰囲気、プレスの力、加熱温度の条件は、接着剤層9に用いられる材料の種類に応じて任意に選定することが可能である。
接着剤層9の膜厚の膜厚の上限は特に定めないが、あまり厚く形成しても、余剰となった分が汚染の原因となるので、数μm程度あればよい。
この塗布膜としては、例えば、有機シロキサン系材料を原料として用いたSOG(Spin-On-Glass )が挙げられる。SOGを塗布した後、加熱処理により、塗布膜から溶剤を除去して、炭素添加SiO2膜から成る接着剤層9を形成することができる。
このように、塗布膜を用いて接着剤層9となる膜を形成した場合には、低温で成膜することができる。また、比較的低温(例えば150℃〜200℃)の加熱処理で、塗布膜から溶剤を除去して接着剤層9を硬化させることができるため、単結晶シリコン層4の表面側に形成された配線層8(81,82,83)の配線材料(Al,Cu)に与える熱的影響を抑制することができる。
Claims (6)
- 半導体基体内に光電変換素子を形成する工程と、
前記半導体基体の表面側に、絶縁層中に配線層を有する配線部を形成する工程と、
前記配線部のさらに表面側に接着剤層を形成し、熱処理を行うことにより、前記接着剤層を介して支持基板を貼り合わせる工程と、
前記半導体基体を裏面側から薄くする工程とを有し、
前記接着剤層として、有機ケイ素系材料を原料として用いた炭素添加SiO2膜を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 前記有機ケイ素系材料を原料として用いて、プラズマエンハンストCVD法により前記接着剤層となる膜を成膜し、熱処理を行うことにより、前記炭素添加SiO2膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記接着剤層となる膜の成膜を200〜350℃で行うことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記有機ケイ素系材料を原料として用いて、減圧CVD法により前記接着剤層となる膜を成膜し、熱処理を行うことにより、前記炭素添加SiO2膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 前記有機ケイ素系材料を原料として用いて、塗布法により前記接着剤層となる膜を成膜し、熱処理を行うことにより、前記炭素添加SiO2膜を形成することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。
- 半導体基体内に光電変換素子が形成され、
前記半導体基体の表面側に、絶縁層中に配線層を有する配線部が形成され、
前記配線部のさらに表面側に、接着剤層を介して支持基板が貼り合わされ、
前記接着剤層が、炭素添加SiO2膜から成る
ことを特徴とする固体撮像素子。
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