JP2006352013A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボンディングパッドでの残渣不良を防止することができる固体撮像素子及びその固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 基板１１と、基板１１に形成された撮像領域１と、撮像領域１の周辺に設けられたボンディングパッド２１と、を備え、ボンディングパッド２１の表面に、基板１１の面方向に対して傾斜する傾斜面２１ａが形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関し、特に、ボンディングパッドを有し、ボンディングパッドが駆動回路にボンディングワイヤによって電気的に接続される固体撮像素子及びその固体撮像素子の製造方法に関する。

固体撮像素子として、例えば、下記特許文献１のように、撮像領域に受光センサ部を備え、該撮像領域の周辺領域にボンディングパッドが形成されたオンチップ構成のものが用いられている。

このような固体撮像素子は、半導体基板の撮像領域に電荷蓄積領域及び受光センサが構成されている。また、半導体基板の周辺領域には、周辺表面に選択酸化等によりフィールド絶縁層が形成され、このフィールド絶縁層上にボンディングパッドが形成されている。そして、撮像領域及び周辺領域を含む表面全体に、例えば、プラズマＳｉＯＮ膜、プラズマＳｉＮ膜等からなる保護膜や有機膜等からなる平坦化層が形成されている。ワイヤボンディング時には、周辺領域におけるボンディングパッド上の保護膜や平坦化層を選択エッチングで除去して開口を形成し、ボンディングパッドのパッド表面を外部に露呈させる。

特開平５−９５０９７号公報

ところで、ボンディングパッド上の保護膜や平坦化層をエッチングで除去する際に、保護膜や平坦化層を除去するために使用される薬液がボンディングパッドの表面上に溜まり、残渣となってしまうことがあった。ボンディングパッドに残渣が生じると、プローブ検査のプローブ針やボンディングワイヤをボンディングパッドに対して適正に接触させることができなくなることが問題となっていた。
また、ボンディングパッドに生じた残渣が、該ボンディングパッドを構成する金属材料を腐食させてしまうといったことも問題となっていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ボンディングパッドでの残渣不良を防止することができる固体撮像素子及びその固体撮像素子の製造方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、基板と、前記基板に形成された撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられたボンディングパッドと、を備え、前記ボンディングパッドの表面に、前記基板の面方向に対して傾斜する傾斜面が形成されていることを特徴とする固体撮像素子によって達成される。

また、本発明の上記目的は、基板上に撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられたボンディングパッドとを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記ボンディングパッドを形成する際に、該ボンディングパッドにおけるパッド開口から露呈する部位に、前記基板の面方向に対して傾斜する傾斜面を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。

本発明によれば、ボンディングパッドの表面に傾斜面が形成されており、ボンディングパッドのパッド開口時に、保護膜や平坦化層を除去するために供した薬剤が傾斜面の面方向に沿って自重により移動し、パッド上に残留してしまうことを防止することができる。そして、傾斜面によって残渣をパッド上の隅に寄せてしまうように傾斜の向きを規定すれば、開口部から露呈するパッドの表面における中央や全面に残渣が覆い被さった状態を回避することができる。こうして、プローブ検査時にプローブ針をボンディングパッドに対して良好に接触させる場合や、ボンディングワイヤをボンディングパッドに適正に接触させる場合に、残渣に妨害されることなく、プローブ針やボンディングワイヤをボンディングパッドに確実に接触させることができる。
また、パッド開口を形成するための薬剤等の残渣が、ボンディングパッドの表面に残留することを防止でき、このような残渣によって金属材料を腐食させてしまうといったことを防止することができる。

本発明において、ボンディングパッドが基板上に設けられた複数のパッド層から構成され、複数のパッド層が第１のパッド層と、該第１のパッド層の上に積層された第２のパッド層とを有し、第１のパッド層の端部における段差を覆うように第２のパッド層が形成され、該第２のパッド層の表面の段差に対応する部位が、基板の面方向に対して傾斜していることが好ましい。こうすれば、第１のパッド層と第２のパッド層とをそれぞれの端部の位置をずらした状態で積層することにより、第１のパッド層の段差に応じて、第２のパッド層が段差の高い側から低い側に向って傾斜した状態となるように形成できる。このため、積層させた後で別途に傾斜面を形成する工程を行う必要がなく、パッド層を積層させる工程により傾斜面を構成することができる。

上記複数のパッド層は、転送電極層と、前記転送電極層を覆うように積層されたアルミニウム層とを有している構成とすることができる。こうすれば、撮像領域側で各画素領域から電荷信号を転送するための転送電極層を、周辺領域側にもあわせて形成し、ボンディングパッドを構成するパッド層の下地とする構成とすることで撮像領域を形成する工程と同時に周辺領域のボンディングパッドを形成することができる。

また、上記複数のパッド層は、転送電極層と、転送電極層を覆うように積層されたタングステン層と、タングステン層とを覆うように積層されたアルミニウム層とを有している構成としてもよい。こうすれば、撮像領域を形成する工程と同時に周辺領域のボンディングパッドを形成することができるうえ、タングステン層の段差に応じて、傾斜面の傾斜をより一層大きくすることができる。

転送電極層の端部に傾斜部が形成されていることが好ましい。こうすれば、端部の段差に応じて形成される傾斜面を、端部に形成された傾斜部によって緩やかにすることができる。転送電極層の端部に傾斜部は、例えば、テーパーエッチングによって形成することができる。

タングステン層の端部に傾斜部が形成されていることが好ましい。こうすれば、端部の段差に応じて形成される傾斜面を、端部に形成された傾斜部によって緩やかにすることができる。タングステン層の端部に傾斜部は、例えば、テーパーエッチングによって形成することができる。

本発明によれば、ボンディングパッドでの残渣不良を防止することができる固体撮像素子及びその固体撮像素子の製造方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる固体撮像素子の概略的な構成の示す図である。本図では、製造段階でウェハを構成する半導体基板１１上に形成された固体撮像素子１０の形成を示している。
固体撮像素子１０は、半導体基板（以下、基板ともいう。）１１と、該半導体基板１１上に形成された撮像領域１と、該撮像領域１の周辺に位置する周辺領域２と、を備えている。

基板１１は、例えば、ｎ型のシリコン半導体基板で、撮像領域１に相当する領域にｐ型半導体ウェル領域を形成してなる。基板１１の撮像領域１には、ｎ型の電荷蓄積領域１２が形成される。また、図示しないが、電荷蓄積領域１２の上方で、基板１１の表面側には、暗電流抑制のためのｐ型の表面蓄積層がイオン注入で形成されている。

また、電荷蓄積領域１２に対応して、図示しないｎ型の転送チャンネル領域と、ｐ型のチャンネルストップ領域等が、例えば、イオン注入によって形成されている。

基板１１上には、図示しない絶縁膜を介して、多結晶シリコンからなる第１の転送電極１３と、第２の転送電極１４とが設けられている。なお、本実施形態では、第１の転送電極１３と、第２の転送電極１４との複数の転送電極を備えた構成としたが、単一の転送電極を有する構成としてもよい。

第１の転送電極１３及び第２の転送電極１４を、層間絶縁膜１６の内部に形成されている。層間絶縁膜１６には、第１の転送電極１３及び第２の転送電極１４の上部に遮光膜１５が設けられている。ここで、遮光膜１５が、電荷蓄積領域１２の上部を避けるように形成されており、固体撮像素子１０に入射した光が、電荷蓄積領域１まで入り込むように構成されている。固体撮像素子１０において、電荷蓄積領域１２を含む、該電荷蓄積領域１２の上部において遮光膜１５同士の間の部位が受光センサ部として機能する。

一方、固体撮像素子１０の周辺領域２では、基板１１の表面に、例えば、選択酸化等によるフィールド絶縁層が形成され、このフィールド絶縁層上に、ボンディングパッド２１が形成されている。また、撮像領域１に形成された層間絶縁膜１６が、周辺領域２のボンディングパッド２１を含め基板１１の表面を覆うように形成される。

撮像領域１の表面全体に保護膜１７を形成する。保護膜１７は、例えば、プラズマＳｉＯＮ膜、プラズマＳｉＮ膜等によって形成することができる。

撮像領域１に保護膜１７を形成した後、保護膜１７上に有機膜からなる平坦化層１８とカラーフィルタ層１９を形成する。そして、撮像領域１のカラーフィルタ層１９の表面と、周辺領域２の平坦化層１８の表面とを覆うようにレンズ材料層２０が形成されている。撮像領域１のレンズ材料層２０に、例えば、異方性エッチング等でエッチバックしてレンズパターンの形状を転写することで、受光センサ部に対応する位置にオンチップレンズが形成される。

次に、ボンディング工程時に、ボンディングワイヤを接続するため、ボンディングパッド２１上にパッド開口２２を形成する。パッド開口２２を形成する手法としては、一例として、周辺領域２における平坦化層１８及びレンズ材料層２０において、ボンディングパッド２１を露出させる位置に対応する部分をアセトンなどの薬剤を使用して剥離することで、平坦化層１８及びレンズ材料層２０を除去してパッド開口２２を形成し、パッド開口２２からボンディングパッド２１を露呈させた状態とする。そして、固体撮像素子１０を装着する撮像素子パッケージ容器側の電極部と電気的に接続するボンディングワイヤの一端をパッド開口２２から露呈したボンディングパッド２１の表面に接続する。

次に、本発明にかかる固体撮像素子のボンディングパッドの形態を説明する。図２は、ボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。

ボンディングパッド２１は、基板１１上に複数のパッド層が積層された構成であり、すなわち、第１の転送電極１３を構成するポリシリコン層３１と、第２の転送電極を構成するポリシリコン層３２と、遮光膜１５を構成するタングステン層３３と、最上層に位置するアルミニウム層３４とが積層された構成である。

ここで、ポリシリコン層３１の端部がパッド開口２２内に位置し、ポリシリコン層３１の端部の段差を覆うようにポリシリコン層３２が形成されている。また、ポリシリコン層３２の端部がパッド開口２２内に位置し、このポリシリコン層３２の端部の段差を覆うようにタングステン層３３が形成されている。さらに、タングステン層３３の端部がパッド開口２２内に位置し、タングステン層３３の端部の段差を覆うようにアルミニウム層３４が形成されている。

ポリシリコン層３２の表面において、その下層のポリシリコン層３１の端部の段差に対応する部位に、該段差の高低差に応じて基板１１の面方向に対して傾斜する傾斜部３２ａが形成される。また、タングステン層３３の表面において、その下層のポリシリコン層３２の端部の段差と該ポリシリコン層３２傾斜部３２ａに対応する部位とに、基板１１からの高低差に応じて該基板１１の面方向に対して傾斜する傾斜部３３ａが形成される。さらに、最上層であるアルミニウム層３４の表面において、その下層のタングステン層３３の端部の段差と該タングステン層３３の傾斜部３３ａに対応する部位とに、基板１１からの高低差に応じて該基板１１の面方向に対して傾斜する傾斜部３４ａが形成される。こうして、最上層であるアルミニウム層３４の表面に傾斜部３４ａを形成することによって、ボンディングパッド２１の表面に基板１１の面方向に対して傾斜する傾斜面２１ａを形成することができる。

本発明によれば、ボンディングパッド２１の表面に傾斜面２１ａが形成されており、ボンディングパッド２１のパッド開口２２の形成時に、保護膜１７及び平坦化層１８を除去するために供した薬剤が傾斜面２１ａの傾斜する方向に沿って自重により移動し、パッド２１上に残留してしまうことを防止することができる。そして、傾斜面２１ａによって残渣をパッド上の隅に寄せてしまうように傾斜の向きを規定すれば、パッド開口２２から露呈するパッドの表面における中央や全面に残渣が覆い被さった状態を回避することができる。こうして、プローブ検査時のプローブ針やボンディングワイヤＷをボンディングパッド２１に接触させる場合に、残渣に妨害されることなく、ボンディングパッド２１の表面に確実に接触させることができる。
また、パッド開口２２を形成するための薬剤等の残渣が、ボンディングパッド２１の表面に残留することを防止でき、このような残渣によって金属材料を腐食させてしまうといったことを防止することができる。

また、本実施形態のように、ボンディングパッドが複数のパッド層から構成されている場合に、複数のパッド層が第１のパッド層（例えば、ポリシリコン層３２）と、該第１のパッド層の上に積層された第２のパッド層（例えば、タングステン層３３）とを有し、第１のパッド層の端部における段差を覆うように第２のパッドそうが形成され、第２のパッド層に表面の、段差に対応する部位が、基板１１の面方向に対して傾斜している構成であることが好ましい。こうすれば、第１のパッド層と第２のパッド層とをそれぞれの端部の位置をずらした状態で積層することにより、第１のパッド層の段差に応じて、第２のパッド層が段差の高い側から低い側に向って傾斜した状態となるように形成できる。このため、ボンディングパッド２１を構成する工程でパッド層３１〜３４を積層させた後で、別途に最上層の表面に傾斜面２１ａを形成する工程を行う必要がなく、パッド層３１〜３４を積層させる工程とあわせて傾斜面２１ａを構成することができる。

また、上記実施形態のように、ボンディングパッド２１が、転送電極１３，１４を構成するポリシリコン層（転送電極層）３１，３２と、前記転送電極層３１，３２を覆うように積層されたアルミニウム層３４とを有している構成とすることができる。こうすれば、撮像領域１側で各画素領域から電荷信号を転送するための転送電極層を、周辺領域２側にもあわせて形成し、ボンディングパッド２１を構成するパッド層３１〜３４の下地の一部とする構成とすることで撮像領域１を形成する工程と同時に周辺領域２のボンディングパッド２１を形成することができる。

なお、複数のパッド層３１〜３４のうち、いずれかの層を形成しないで省略することができ、例えば、遮光膜１５を構成するタングステン層３３を省略してもよい。しかし、複数のパッド層が、ポリシリコン層（転送電極層）３１，３２と、転送電極層を覆うように積層されたタングステン層３３と、タングステン層３３とを覆うように積層されたアルミニウム層３４とを有している構成としてもよい。こうすれば、撮像領域１を形成する工程と同時に周辺領域２のボンディングパッド２１を形成することができるうえ、タングステン層３３の段差に応じて、傾斜面２１ａの傾斜をより一層大きくすることができる。

ここで、本実施形態のボンディングパッド２１のパッド開口２２の開口幅（図２の左右方向の寸法）が約１００μｍであり、ボンディングパッド２１全体の厚みが約１．５μｍである。また、ポリシリコン層３１，３２の層の厚みがそれぞれ約０．３μｍであり、タングステン層３３の層の厚みが約０．２μｍであり、アルミニウム層の層の厚みが約０．５μｍである。さらに、ボンディングワイヤＷとボンディングパッド２１との接触領域における傾斜方向の寸法が約５０μｍである。

図３は、本発明にかかる固体撮像素子の別の形態を示す図である。
本実施形態の固体撮像素子のボンディングパッド３０において、基板１１上に、ポリシリコン層４１，４２と、タングステン層４３と、アルミニウム層４４とが順に積層されている構成で、上記実施形態のものと共通する。しかし、ポリシリコン層４１，４２の端部がテーパーエッチングによって面取りされて傾斜部４１ａ，４２ａが形成されている点で上記実施形態とは相違する。なお、タングステン層４３の端部４３ａにも同様にテーパーエッチングを施することで傾斜部５３ａが形成されていてもよい。

本実施形態の構成によれば、最上層アルミニウム層４４の表面の傾斜面４４ａ、すなわち、ボンディングパッド３０の表面の傾斜面３０ａが、下層のポリシリコン層４１，４２及びタングステン層４３の各端部における段差による高低差による影響だけでなく、各端部の傾斜部４１ａ，４２ａ，５３ａの高低差による影響も受けることで、より一層緩やかな傾斜となる。

本発明にかかる固体撮像素子の概略的な構成の示す図である。 ボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。 別の実施形態におけるボンディングパッドの形態を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 撮像領域
２ 周辺領域
１０ 固体撮像素子
１１ 半導体基板（基板）
２１，３０ ボンディングパッド
２１ａ，３０ａ 傾斜面
Ｗ ボンディングワイヤ

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板に形成された撮像領域と、
   前記撮像領域の周辺に設けられたボンディングパッドと、を備え、
   前記ボンディングパッドの表面に、前記基板の面方向に対して傾斜する傾斜面が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記ボンディングパッドが前記基板上に設けられた複数のパッド層から構成され、前記複数のパッド層が第１のパッド層と、該第１のパッド層の上に積層された第２のパッド層とを有し、前記第１のパッド層の端部における段差を覆うように前記第２のパッド層が形成され、該第２のパッド層の表面の前記段差に対応する部位が、前記基板の面方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記複数のパッド層が、転送電極層と、前記転送電極層を覆うように積層されたアルミニウム層とを有していることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 前記複数のパッド層が、転送電極層と、前記転送電極層を覆うように積層されたタングステン層と、前記タングステン層とを覆うように積層されたアルミニウム層とを有していることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
5. 前記転送電極層の前記端部に傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の固体撮像素子。
6. 前記タングステン層の前記端部に傾斜部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
7. 基板上に撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられたボンディングパッドとを有する固体撮像素子の製造方法であって、
   前記ボンディングパッドを形成する際に、該ボンディングパッドにおけるパッド開口から露呈する部位に、前記基板の面方向に対して傾斜する傾斜面を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
8. 前記ボンディングパッドを、前記基板上に設けられた複数のパッド層を積層させることで形成する際に、前記複数のパッド層が第１のパッド層と、該第１のパッド層の上に積層された第２のパッド層とを有し、前記第１のパッド層の端部における段差を覆うように前記第２のパッド層が形成し、該第２のパッド層の表面の前記段差に対応する部位を、前記基板の面方向に対して傾斜させる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。
9. 前記複数のパッド層を、転送電極層と、前記転送電極層を覆うように積層されたアルミニウム層とで構成することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
10. 前記複数のパッド層を、転送電極層と、前記転送電極層を覆うように積層されたタングステン層と、前記タングステン層とを覆うように積層されたアルミニウム層とで構成することを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
11. 前記転送電極層の前記端部にテーパーエッチングにより傾斜部を形成することを特徴とする請求項９又は１０に記載の固体撮像素子の製造方法。
12. 前記タングステン層の前記端部にテーパーエッチングにより傾斜部を形成することを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法。

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