JP2006294765A - Solid state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像装置及びその製造方法に関する。詳しくは、半導体基板上のパターンの疎密を緩和することによって、平坦化層の平坦性の向上を図ろうとした固体撮像装置及びその製造方法に係るものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same that attempt to improve the flatness of the planarization layer by relaxing the density of the pattern on the semiconductor substrate.
電荷結合素子(CCD)や、フォトトランジスタ、フォトダイオードを用いた固体撮像装置は、デジタルスチールカメラやデジタルビデオカメラなどに用いられるエリアセンサ、ファクシミリやバーコードリーダー等に用いられるラインセンサ等に広く用いられて情報化社会における入力機器の核をなすデバイスとして必要不可欠なものとなっており、この様な固体撮像装置は高集積化が進展すると共に、小型化及び高解像度化の要請が非常に強い。 Solid-state imaging devices using charge-coupled devices (CCDs), phototransistors, and photodiodes are widely used in area sensors used in digital still cameras and digital video cameras, line sensors used in facsimiles, barcode readers, etc. As a result, it is indispensable as a device that forms the core of input devices in the information society. Such solid-state imaging devices are highly integrated, and there is a strong demand for miniaturization and high resolution. .
ここで、高集積化のために半導体基板上に複数の配線層を形成した多層配線構造が用いられ、この高集積化のデバイス構造、製造プロセスとして相補型金属酸化膜半導体(CMOS)技術を用いた固体撮像装置がある。
具体的には、図5で示す固体撮像装置101の様に、受光した光の光電変換を行う受光部102が設けられた半導体基板103上にトランジスター104が形成され、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層105aが形成されている。また、第1の平坦化層上の受光部以外の領域(図5中符合Aで示す領域であり、以下、「受光部周辺領域」と称する。)にアルミニウムや銅等から成る第1の配線層106aが形成され、この第1の配線層は第1の平坦化層に形成された開口部に充填された接合層107によって半導体基板と電気的に接続されている。更に、第1の配線層の上層に第2の平坦化層105bが形成され、この第2の平坦化層上の受光部周辺領域にアルミニウムや銅等から成る第2の配線層106bが形成されている。なお、第2の配線層の上層には第3の平坦化層105cが形成されると共に、第3の平坦化層の上層にはカラーフィルタ層108が形成されている。
ここでは配線層が2層でその層に対応する平坦化層が3層あるため、最上層の第3の平坦化層の上層にカラーフィルタ層が形成されているが、配線層を平坦化する層の最上層に通常カラーフィルタは形成される。
Here, a multilayer wiring structure in which a plurality of wiring layers are formed on a semiconductor substrate is used for high integration, and complementary metal oxide semiconductor (CMOS) technology is used as this highly integrated device structure and manufacturing process. There was a solid-state imaging device.
Specifically, like the solid-
Here, since there are two wiring layers and three flattening layers corresponding to the wiring layers, the color filter layer is formed on the uppermost third flattening layer, but the wiring layer is flattened. A color filter is usually formed on the uppermost layer.
こうした多層配線構造を有する固体撮像装置では、下層の配線層(第1の配線層)を形成した後、上層の形成を行う際、下層に段差があると上層形成時にも段差が発生し、その段差で上層の配線層(第2の配線層)のパターン露光の時の投影パターンからパターンを形成する層(第2の配線層)までの焦点距離が一定でなくなるため、上層の配線層(第2の配線層)の形成時のパターン形成の精度が下がってしまう。それを回避するために、配線層間の絶縁膜(平坦化層)の平坦性を保つことが重要な技術となる。 In a solid-state imaging device having such a multilayer wiring structure, when forming an upper layer after forming a lower wiring layer (first wiring layer), if there is a step in the lower layer, a step is generated even when the upper layer is formed. Since the focal distance from the projection pattern at the time of pattern exposure of the upper wiring layer (second wiring layer) to the layer forming the pattern (second wiring layer) is not constant at the step, the upper wiring layer (second wiring layer) The accuracy of pattern formation at the time of forming the (2 wiring layer) is lowered. In order to avoid this, it is an important technique to maintain the flatness of the insulating film (flattening layer) between the wiring layers.
また、高集積化の進展に伴って単位画素あたりの占有面積が縮小され、同時に受光部の開口面積も縮小される方向に進んでおり、こうした受光部の開口面積の縮小により、受光部に採り込まれる光量が不足し、S/N比を確保するのに充分な光誘起電荷を発生させることが困難になりつつある。そこで、高集積度と高感度の両特性を満たすべく半導体基板上に形成された配線層の上層に平坦化層を介してオンチップレンズを形成する技術が提案されている。
具体的には、図6で示す固体撮像装置101の様に、受光部102が設けられた半導体基板103上にトランジスター104が形成され、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層105a、配線層106、第2の平坦化層105b及びカラーフィルタ層108が形成されると共に、カラーフィルタ層の上層にオンチップレンズ109が形成されている。
In addition, with the progress of higher integration, the occupied area per unit pixel has been reduced, and at the same time the opening area of the light receiving part has also been reduced. It is becoming difficult to generate a sufficient amount of photo-induced charges to ensure the S / N ratio due to a shortage of light. Therefore, a technique has been proposed in which an on-chip lens is formed on a wiring layer formed on a semiconductor substrate via a planarization layer so as to satisfy both high integration and high sensitivity characteristics.
Specifically, like the solid-
ここで、極めて形状に優れたオンチップレンズを形成したとしても、オンチップレンズの下地の平坦化層(第2の平坦化層)の表面の平坦性が不充分である場合には、その後に形成するカラーフィルタ層に塗布ムラが生じたり、オンチップレンズの高さや光軸が不揃いとなったりする。これにより入射光が設計時に想定した所定の光路を通じて受光部に入射することが困難になる。これらのことからオンチップレンズの下地となる平坦化層の平坦性を保つことが重要な技術となる。 Here, even if an on-chip lens having an extremely excellent shape is formed, if the flatness of the surface of the underlying flattening layer (second flattening layer) of the on-chip lens is insufficient, Application unevenness occurs in the color filter layer to be formed, and the height and optical axis of the on-chip lens are not uniform. This makes it difficult for incident light to enter the light receiving unit through a predetermined optical path assumed at the time of design. For these reasons, it is important to maintain the flatness of the flattening layer that is the base of the on-chip lens.
なお、平坦化層表面の改良技術としては、平坦化層上に無溶媒のアクリルモノマ等を塗布して平坦化犠牲層を形成し、この平坦化犠牲層をエッチバック処理してその表面性を平坦化層に転写する技術や、平坦化処理を化学的研磨(CMP)によって行う技術等が提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照。)。
As a technique for improving the surface of the flattened layer, a flattened sacrificial layer is formed by applying a solvent-free acrylic monomer or the like on the flattened layer, and this flattened sacrificial layer is etched back to improve its surface properties. Techniques for transferring to a planarization layer, techniques for performing planarization by chemical polishing (CMP), and the like have been proposed (see, for example,
ところで、固体撮像装置の配線層は通常アルミニウムや銅等から構成され、こうした配線層は光を透過せず、半導体基板の受光部上に形成することができないために、配線層は受光部周辺領域に形成されることとなる。そして、この受光部周辺領域のみに配線層が形成されることにより、半導体基板上の配線層パターンに疎密が生じ、この配線層パターンの疎密に起因して配線層の上層に平坦化層を成膜する際に段差が生じることとなる。
即ち、配線層が形成されていない受光部では配線層パターンが疎であるために成膜される平坦化層が薄くなり、配線層が形成されている受光部周辺領域では配線層パターンが密であるために成膜される平坦化層が厚くなってしまう。
By the way, the wiring layer of a solid-state imaging device is usually made of aluminum, copper, or the like, and such a wiring layer does not transmit light and cannot be formed on a light receiving portion of a semiconductor substrate. Will be formed. Then, since the wiring layer is formed only in the peripheral area of the light receiving portion, the wiring layer pattern on the semiconductor substrate is sparsely formed, and a flattening layer is formed on the wiring layer due to the sparseness of the wiring layer pattern. A step is produced when the film is formed.
That is, since the wiring layer pattern is sparse in the light receiving part where the wiring layer is not formed, the flattening layer is thinned, and in the region around the light receiving part where the wiring layer is formed, the wiring layer pattern is dense. For this reason, the flattening layer formed becomes thick.
なお、上記した平坦化犠牲層の塗布やCMPによる平坦化方法では局所的に存在する微妙な段差の平坦化に対しては有効であるものの、広い領域にわたるピッチの大きな段差を平坦化することは困難である。 Although the above-described planarization sacrificial layer coating and CMP planarization methods are effective for the planarization of subtle steps that exist locally, it is not possible to planarize a large step with a large pitch over a wide area. Have difficulty.
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、半導体基板上のパターンの疎密を緩和することによって、配線層の上層に形成される平坦化層の平坦性の向上を図ることができる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。 The present invention has been devised in view of the above points, and it is possible to improve the flatness of a planarizing layer formed on an upper layer of a wiring layer by relaxing the density of a pattern on a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置では、受光部が形成された半導体基板と、該半導体基板上に形成された光を透過しない配線層を有する固体撮像装置において、前記配線層の配線は受光部周辺領域上に設けられ、前記受光部上には光透過性材料からなるダミーパターンが形成され、前記配線層及び前記ダミーパターン上には平坦化層が形成されている。 In order to achieve the above object, in the solid-state imaging device according to the present invention, in the solid-state imaging device having a semiconductor substrate on which a light receiving portion is formed and a wiring layer that does not transmit light formed on the semiconductor substrate, The wiring of the wiring layer is provided on the peripheral area of the light receiving part, a dummy pattern made of a light transmissive material is formed on the light receiving part, and a planarization layer is formed on the wiring layer and the dummy pattern. .
ここで、配線層が形成されていない受光部上に形成されたダミーパターンによって、受光部と受光部周辺領域のパターンの疎密を緩和することができる。即ち、配線層が受光部周辺領域のみに形成され、ダミーパターンが受光部のみに形成されることによって、受光部と受光部周辺領域のパターンの疎密を緩和することができる。なお、ダミーパターンを光透過性材料で構成することによって、受光部上にダミーパターンが形成されたとしても受光部の集光に悪影響を及ぼすものではない。 Here, due to the dummy pattern formed on the light receiving portion where the wiring layer is not formed, the density of the pattern of the light receiving portion and the peripheral region of the light receiving portion can be reduced. That is, the wiring layer is formed only in the peripheral area of the light receiving section, and the dummy pattern is formed only in the light receiving section, thereby reducing the density of the patterns in the light receiving section and the peripheral area of the light receiving section. Note that, by forming the dummy pattern with a light transmissive material, even if the dummy pattern is formed on the light receiving portion, it does not adversely affect the light collection of the light receiving portion.
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、受光部が形成された半導体基板と、該半導体基板上に形成された光を透過しない配線層を有する固体撮像装置の製造方法において、受光部周辺領域上に前記配線層の配線を形成する工程と、前記受光部上に光透過性材料からなるダミーパターンを形成する工程と、前記配線層及び前記ダミーパターン上に平坦化層を形成する工程とを備える。 In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a solid substrate having a light-receiving portion formed thereon and a wiring layer formed on the semiconductor substrate that does not transmit light. In the method for manufacturing an imaging device, a step of forming wiring of the wiring layer on a light receiving portion peripheral region, a step of forming a dummy pattern made of a light-transmitting material on the light receiving portion, the wiring layer and the dummy pattern Forming a planarizing layer thereon.
ここで、配線層が形成されていない受光部上にダミーパターンを形成することによって、受光部と受光部周辺領域のパターンの疎密を緩和することができる。 Here, by forming a dummy pattern on the light receiving portion where the wiring layer is not formed, the density of the patterns in the light receiving portion and the peripheral region of the light receiving portion can be reduced.
上記した本発明の固体撮像装置及びその製造方法では、半導体基板の受光部と受光部周辺領域のパターンの疎密を緩和することができ、配線層の上層に形成する平坦化層の平坦度の向上を図ることができる。 In the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention described above, it is possible to reduce the density of the pattern of the light receiving portion of the semiconductor substrate and the region around the light receiving portion, and to improve the flatness of the flattening layer formed on the wiring layer Can be achieved.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図1は本発明を適用した固体撮像装置の一例を説明するための模式的な断面図であり、ここで示す固体撮像装置1は、受光した光の光電変換を行う受光部2が設けられた半導体基板3上にトランジスター4が形成され、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層5aが形成されている。また、第1の平坦化層上の受光部周辺領域にアルミニウムや銅等から成る第1の配線層6aが形成され、この第1の配線層は第1の平坦化層に形成された開口部に充填された接合層7によって半導体基板と電気的に接続されている。なお、ダミー配線として受光部周辺領域における第1の配線層の疎密を緩和するために、アルミニウムや銅等から成る第1のダミー配線8aを形成してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings to facilitate understanding of the present invention.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of a solid-state imaging device to which the present invention is applied. The solid-
また、第1の平坦化層の上層には膜厚が10〜30nm程度であり、光透過性を有すると共に、後述する第1のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料とドライエッチング時の加工精度が良い(ダミーパターン10a層を形成する材料と第1の絶縁膜9aの材料をエッチングした場合、ダミーパターンのエッチング効率が第1の絶縁膜より良い)材料(例えば、窒化膜、酸化膜、SIOC膜、低誘電率膜等)から成る第1の絶縁膜9aが形成されている。これは、第1のダミーパターンを形成するためのエッチングストッパ膜でエッチング工程の精度によるためエッチングによる精度が制御できる場合には必ずしも必要ではない。更に、この第1の絶縁膜上の受光部に膜厚が200〜300nm程度であり、光透過性及び絶縁性を有する光透過性絶縁材料(例えば、HDP(High Density Plasma)酸化膜をはじめとしたシリコン酸化膜(屈折率n≒1.4)若しくはシリコン窒化膜(屈折率n≒2.0)等)から成る第1のダミーパターン10aが形成されている。また、第1のダミーパターンの上層には、光透過性を有すると共に、第1のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料と略同一の屈折率を有する材料(例えば、窒化膜(屈折率n≒2.0)、酸化膜(屈折率n≒1.4)、SIOC膜(屈折率n≒1.6〜1.8)、その他の屈折率の近い低誘電率膜等)から成る第2の平坦化層5bが形成されている。
The upper layer of the first planarization layer has a film thickness of about 10 to 30 nm, has light transmission, and a light-transmitting insulating material constituting the first dummy pattern described later and processing during dry etching Material (for example, a nitride film, an oxide film, etc.) with good accuracy (when the material for forming the
また、第2の平坦化層上の受光部周辺領域にアルミニウムや銅等から成る第2の配線層6bが形成されると共に、受光部周辺領域における第2の配線層の疎密を緩和するために、アルミニウムや銅等から成る第2のダミー配線8bが形成されている。更に、第2の平坦化層の上層には膜厚が10〜30nm程度であり、光透過性を有すると共に、後述する第2のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料とドライエッチング時の選択比が10程度とれる材料から成る第2の絶縁膜9bが形成されている。 In addition, the second wiring layer 6b made of aluminum, copper, or the like is formed in the peripheral area of the light receiving portion on the second planarizing layer, and the density of the second wiring layer in the peripheral area of the light receiving portion is reduced. A second dummy wiring 8b made of aluminum, copper or the like is formed. Further, the upper layer of the second planarization layer has a film thickness of about 10 to 30 nm, has a light transmission property, and selects a light transmission insulating material constituting a second dummy pattern to be described later and dry etching. A second insulating film 9b made of a material having a ratio of about 10 is formed.
また、この第2の絶縁膜上の受光部に膜厚が200〜300nm程度であり、光透過性及び絶縁性を有する光透過性絶縁材料から成る第2のダミーパターン10bが形成され、第2のダミーパターンの上層には、光透過性を有すると共に、第2のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料と略同一の屈折率を有する材料から成る第3の平坦化層5cが形成され、第3の平坦化層の上層にはカラーフィルタ層11が形成されている。 In addition, a second dummy pattern 10b made of a light-transmitting insulating material having a thickness of about 200 to 300 nm and having a light transmitting property and an insulating property is formed on the light receiving portion on the second insulating film. A third planarizing layer 5c made of a material having light transmittance and substantially the same refractive index as the light transmissive insulating material constituting the second dummy pattern is formed on the upper layer of the dummy pattern, A color filter layer 11 is formed on the third planarizing layer.
ここで、ダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料とダミーパターンを被覆する平坦化層を構成する材料の屈折率が大きく異なる場合には、入射した光が平坦化層とダミーパターンとの界面で反射してしまうことが考えられる。従って、ダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料として、平坦化層を構成する材料と略同一の屈折率を有するものを選択するのが好ましい。具体的には第1のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料と第2の平坦化層を構成する材料の屈折率を略同一にし、第2のダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料と第3の平坦化層を構成する材料の屈折率を略同一にするのが好ましい。
一例として、ダミーパターンをHDP酸化膜で構成し、平坦化層として酸化膜を用いた場合には設計値では両者の屈折率を同じにできる。
Here, if the refractive index of the light transmissive insulating material constituting the dummy pattern and the material constituting the planarization layer covering the dummy pattern are significantly different, the incident light is incident on the interface between the planarization layer and the dummy pattern. It may be reflected. Therefore, it is preferable to select a light-transmissive insulating material constituting the dummy pattern having a refractive index substantially the same as that of the material constituting the planarization layer. Specifically, the light transmissive insulating material constituting the first dummy pattern and the material constituting the second planarization layer have substantially the same refractive index, and the light transmissive insulating material constituting the second dummy pattern It is preferable that the refractive index of the material constituting the third planarizing layer be substantially the same.
As an example, when the dummy pattern is composed of an HDP oxide film and an oxide film is used as the planarizing layer, the refractive index of both can be made the same with the design value.
また、本実施例では、従来の固体撮像装置と同様に、第3の平坦化層の上層にカラーフィルタ層が形成されているが、ダミーパターンをカラーフィルタ層を構成する材料で形成することによって、カラーフィルタ層を別途形成することなくカラー画像信号を得ることができる。 In this embodiment, as in the conventional solid-state imaging device, the color filter layer is formed on the third flattening layer, but by forming the dummy pattern with the material constituting the color filter layer, A color image signal can be obtained without separately forming a color filter layer.
以下、上記した固体撮像装置の製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例について説明する。
本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例では、先ず、図2(a)で示す様に、受光部2が形成された半導体基板3上にトランジスター4を形成し、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層5aを形成する。続いて、第1の平坦化層を開口すると共に、開口部に導電性材料を充填して接合層7を形成する。なお、ここまでは従来の固体撮像装置の製造方法と同様である。
Hereinafter, a method for manufacturing the above-described solid-state imaging device will be described. That is, an example of a method for manufacturing a solid-state imaging device to which the present invention is applied will be described.
In an example of a manufacturing method of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, first, as shown in FIG. 2A, a
次に、図2(b)で示す様に、スパッタリング法によってアルミニウム膜20を成膜した後に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて図2(c)で示す様に第1の配線層6a及び第1のダミー配線8aを形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, after the aluminum film 20 is formed by sputtering, the first wiring layer is used as shown in FIG. 2C by using a general-purpose photolithography technique and etching technique. 6a and
続いて、図2(d)で示す様に、第1の絶縁膜9aを約10nm積層した後に、光透過性及び絶縁性を有する第1の光透過性絶縁膜22を約200nm積層し、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて図2(e)で示す様に第1のダミーパターン10aを形成する。次に、図2(f)で示す様に、第2の平坦化層5bを形成し、CMP処理によって第2の平坦化層に平坦化処理を施す。
Subsequently, as shown in FIG. 2D, after the first insulating
ここで、後述する第2の平坦化層の平坦度の向上のためには、第1のダミーパターンを形成して第1の配線層のパターンの疎密を緩和することができれば充分であり、必ずしも第1の絶縁膜を形成する必要は無い。但し、第1の絶縁膜を形成することによって、本実施例の様に第1のダミーパターンを形成するにあたり第1の光透過性絶縁膜にエッチング処理(ドライエッチング処理等)を施す場合において、第1の絶縁膜がエッチングストッパとしての機能を果たすことができ、第1のダミーパターンを精度良く形成することができる。従って、エッチングストッパとして機能する第1の絶縁膜を形成した方が好ましい。 Here, in order to improve the flatness of the second flattening layer, which will be described later, it is sufficient that the first dummy pattern can be formed to reduce the density of the pattern of the first wiring layer. There is no need to form the first insulating film. However, in the case where the first light-transmissive insulating film is subjected to an etching process (dry etching process or the like) in forming the first dummy pattern as in the present embodiment by forming the first insulating film, The first insulating film can serve as an etching stopper, and the first dummy pattern can be formed with high accuracy. Therefore, it is preferable to form the first insulating film that functions as an etching stopper.
その後、第1の配線層及び第1のダミー配線と同様にして第2の配線層6b及び第2のダミー配線8bを形成し、第1の絶縁膜と同様にして第2の絶縁膜9bを形成すると共に、第1のダミーパターンと同様にして第2のダミーパターン10bを形成し、第2の平坦化層と同様にして第3の平坦化層5cを形成する。続いて、CMP処理によって第3の平坦化層に平坦化処理を施した後に、第3の平坦化層の上層にカラーフィルタ層を形成することによって、図1に示す様な固体撮像装置を得ることができる。 Thereafter, the second wiring layer 6b and the second dummy wiring 8b are formed in the same manner as the first wiring layer and the first dummy wiring, and the second insulating film 9b is formed in the same manner as the first insulating film. At the same time, the second dummy pattern 10b is formed in the same manner as the first dummy pattern, and the third planarizing layer 5c is formed in the same manner as the second planarizing layer. Subsequently, after the planarization process is performed on the third planarization layer by the CMP process, a color filter layer is formed on the third planarization layer to obtain a solid-state imaging device as shown in FIG. be able to.
本発明を適用した固体撮像装置の一例では、第1のダミーパターンを形成し、第1の配線層のパターンの疎密を緩和することで第2の平坦化層を形成する際に生じる段差を抑制することができ、例え段差が生じたとしてもその段差量が小さいためにCMP処理によって第2の平坦化層の平坦度を担保することができる。同様に、第2のダミーパターンを形成し、第2の配線層のパターンの疎密を緩和することで第3の平坦化層を形成する際に生じる段差を抑制することができ、例え段差が生じたとしてもその段差量が小さいためにCMP処理によって第3の平坦化層の平坦度を担保することができる。
従って、多層配線構造を採用したとしても配線層のパターンの疎密に起因する段差が発生し難く、高性能な多層配線構造の固体撮像装置の実現が可能となる。
In an example of the solid-state imaging device to which the present invention is applied, the first dummy pattern is formed, and the unevenness of the pattern of the first wiring layer is alleviated, thereby suppressing the step generated when the second planarization layer is formed. Even if a step is generated, the flatness of the second planarization layer can be ensured by the CMP process because the amount of the step is small. Similarly, by forming the second dummy pattern and reducing the density of the pattern of the second wiring layer, the step generated when the third planarization layer is formed can be suppressed. For example, a step is generated. Even so, the flatness of the third planarizing layer can be ensured by the CMP process because the step amount is small.
Therefore, even if the multilayer wiring structure is adopted, a step due to the density of the wiring layer pattern hardly occurs, and a solid-state imaging device having a high-performance multilayer wiring structure can be realized.
図3は本発明を適用した固体撮像装置の他の一例を説明するための模式的な断面図であり、ここで示す固体撮像装置1は、上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例と同様に、受光部2が設けられた半導体基板3上にトランジスター4が形成され、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層5aが形成されている。また、第1の平坦化層上の受光部周辺領域にアルミニウムや銅等から成る配線層6が形成されると共に、ダミー配線8が形成されている。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of the solid-state imaging device to which the present invention is applied. The solid-
また、第1の平坦化層の上層には膜厚が10nm程度であり、光透過性を有すると共に、後述するダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料とドライエッチング時の選択比が10程度とれる材料(例えば、窒化膜、酸化膜、SIOC膜、低誘電率膜等)から成る絶縁膜9が形成されている。更に、この絶縁膜上の受光部に膜厚が200nm程度であり、光透過性及び絶縁性を有するカラーフィルタ材料(例えば、HDP酸化膜をはじめとしたシリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜等)から成るダミーパターン10が形成されている。また、ダミーパターンの上層には、光透過性を有すると共に、ダミーパターンを構成する光透過性絶縁材料と略同一の屈折率を有する材料(例えば、窒化膜、酸化膜、SIOC膜、低誘電率膜等)から成る第2の平坦化層5bが形成されると共に、第2の平坦化層の上層にはオンチップレンズ12が形成されている。
Further, the upper layer of the first planarization layer has a thickness of about 10 nm, has light transparency, and has a selectivity of about 10 at the time of dry etching with a light-transmissive insulating material constituting a dummy pattern described later. An insulating
以下、上記した固体撮像装置の製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例について説明する。
本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例では、先ず、図4(a)で示す様に、受光部2が形成された半導体基板3上にトランジスター4を形成し、こうした半導体基板の上層に第1の平坦化層5aを形成する。続いて、第1の平坦化層を開口すると共に、開口部に導電性材料を充填して接合層7を形成する。なお、ここまでは従来の固体撮像装置の製造方法と同様である。
Hereinafter, a method for manufacturing the above-described solid-state imaging device will be described. That is, another example of a method for manufacturing a solid-state imaging device to which the present invention is applied will be described.
In another example of the manufacturing method of the solid-state imaging device to which the present invention is applied, first, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4(b)で示す様に、スパッタリング法によってアルミニウム膜20を成膜した後に、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて図4(c)で示す様に配線層6及びダミー配線8を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, after the aluminum film 20 is formed by sputtering, the
続いて、図4(d)で示す様に、絶縁膜9を約10〜30nm積層した後に、光透過性及び絶縁性を有するカラーフィルタ膜23を約500〜1000nm積層し、汎用のフォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いて図4(e)で示す様にダミーパターン10を形成する。現状、カラーフィルタは上記の膜厚を用いているため厚くなるが、カラーフィルタ材料その他の条件では薄くすることもできる。なお、カラーフィルタとしては顔料系カラーフィルタや染料系カラーフィルタ等が知られており、その屈折率は一般に1.5〜1.7程度である。
Subsequently, as shown in FIG. 4D, after the insulating
次に、第2の平坦化層を形成し、CMP処理によって第2の平坦化層の平坦化処理を施した後に、第2の平坦化層上にオンチップレンズ11を形成することによって図4(f)に示す様な固体撮像装置を得ることができる。 Next, a second planarization layer is formed, and after the planarization process of the second planarization layer is performed by a CMP process, the on-chip lens 11 is formed on the second planarization layer. A solid-state imaging device as shown in (f) can be obtained.
本発明を適用した固体撮像装置の他の一例では、ダミーパターンを形成し、配線層のパターンの疎密を緩和することで第2の平坦化層を形成する際に生じる段差を抑制することができ、例え段差が生じたとしてもその段差量が小さいためにCMP処理によって第2の平坦化層の平坦度を担保することができる。
従って、第2の平坦化層上に形成したオンチップレンズの高さや光軸が不揃いになるといった不具合が解消されると共に、第2の平坦化層表面で入射光が設計時に想定した所定の光路を通じて受光部に入射することが困難になるといった不具合も解消され、製品の光学特性が向上する。
In another example of the solid-state imaging device to which the present invention is applied, a step formed when the second planarization layer is formed can be suppressed by forming a dummy pattern and reducing the density of the wiring layer pattern. Even if a step is generated, since the amount of the step is small, the flatness of the second planarization layer can be ensured by the CMP process.
Therefore, the problem that the height and the optical axis of the on-chip lens formed on the second planarizing layer are not uniform is eliminated, and the incident light on the surface of the second planarizing layer is assumed to be a predetermined optical path at the time of design. The problem that it becomes difficult for the light to enter the light receiving portion through is eliminated, and the optical characteristics of the product are improved.
また、カラーフィルタ材料によってダミーパターンを構成することによって、第2の平坦化層上にカラーフィルタを形成する必要が無く、固体撮像装置のより一層の小型化を実現することができる。 Further, by forming the dummy pattern with the color filter material, it is not necessary to form a color filter on the second planarization layer, and the solid state imaging device can be further miniaturized.
1 固体撮像装置
2 受光部
3 半導体基板
4 トランジスター
5a 第1の平坦化層
5b 第2の平坦化層
5c 第3の平坦化層
6a 第1の配線層
6b 第2の配線層
7 接合層
8a 第1のダミー配線
8b 第2のダミー配線
9a 第1の絶縁膜
9b 第2の絶縁膜
10a 第1のダミーパターン
10b 第2のダミーパターン
11 カラーフィルタ層
12 オンチップレンズ
20 アルミニウム膜
22 第1の光透性絶縁膜
23 カラーフィルタ膜
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該半導体基板上に形成された光を透過しない配線層を有する固体撮像装置において、
前記配線層の配線は受光部周辺領域上に設けられ、
前記受光部上には光透過性材料からなるダミーパターンが形成され、
前記配線層及び前記ダミーパターン上には平坦化層が形成された
ことを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate having a light receiving portion formed thereon;
In a solid-state imaging device having a wiring layer that does not transmit light formed on the semiconductor substrate,
The wiring of the wiring layer is provided on the light receiving portion peripheral region,
A dummy pattern made of a light transmissive material is formed on the light receiving portion,
A solid-state imaging device, wherein a planarization layer is formed on the wiring layer and the dummy pattern.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the dummy pattern is made of a color filter material.
ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the dummy pattern has substantially the same refractive index as the planarization layer.
受光部周辺領域上に前記配線層の配線を形成する工程と、
前記受光部上に光透過性材料からなるダミーパターンを形成する工程と、
前記配線層及び前記ダミーパターン上に平坦化層を形成する工程とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 In a method of manufacturing a solid-state imaging device having a semiconductor substrate on which a light receiving portion is formed and a wiring layer that does not transmit light formed on the semiconductor substrate,
Forming a wiring of the wiring layer on the light receiving portion peripheral region;
Forming a dummy pattern made of a light transmissive material on the light receiving portion;
Forming a planarization layer on the wiring layer and the dummy pattern. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
ことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置の製造方法。 5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the dummy pattern is formed by forming a light transmissive film on the light receiving portion via an insulating film and etching the light transmissive film. Production method.
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