JP2008147288A - 固体撮像装置及びその製造方法並びに撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属埋め込み工程で瞳補正が行われた溝(及びビア)と開口部を形成し、この溝(及びビア)に金属が埋め込まれて金属配線を形成するとともに開口部に金属が埋め込まれてダミー用金属層を形成する。金属拡散防止膜形成工程で開口部による瞳補正を行う部分が除去された金属拡散防止膜を形成する。繰り返し工程により積層された複数のダミー用金属層72,73,74を形成し、この複数層のダミー用金属層72,73,74をエッチングにより一括して除去し、瞳補正に追従した複数層の開口部52,53,54を形成し、この開口部52,53,54を絶縁材料により埋めて、絶縁膜80を形成する。
【選択図】図1
Description
一方、CMOSイメージセンサにおいては、銅(Cu)の多層配線を用いた場合、各配線層の銅拡散防止膜と層間絶縁膜との屈折率の違いにより光の反射が起こり、その光学特性を低下させていた。この光の反射を防止するため、フォトダイオード上の層間膜をエッチングで抜いて開口部を形成し、この開口部に単一の絶縁物を埋めるCMOSイメージセンサが報告されている。層間膜をエッチングする方法としては、各層毎にエッチングを行うと工程数が大幅に増加するため、最上層の配線工程が終了した後、一括してドライエッチングを行う方法が採用されていた(特許文献1参照)。
以下、図10により、従来の固体撮像装置について説明する。
図10において、フォトダイオード120が形成された半導体基板110上に3層の配線層間膜121、122及び123、銅(Cu)配線131、132及び133並びに銅拡散防止膜141、142及び143が形成されている。3層の銅配線131、132及び133は、斜めから入射する光100(図中矢印で示される)を想定して瞳補正が行われており、半導体基板110の表面に直交する方向に対し傾斜した位置関係で形成されている。しかし、フォトダイオード120上の開口部150は一括してドライエッチングされるため、その側面は半導体基板110の表面に直交する方向に延在し、半導体基板110の表面と平行な方向に余分な配線層間膜121、122及び123及び銅拡散防止膜141、142及び143が延在する。このため、斜めから入射した光100が各層の銅拡散防止膜141、142及び143に遮られ、フォトダイオード120への光の入射効率が低下する。
よって、本発明によれば、光電変換素子上の複数層のダミー用金属層を一括してエッチングして複数層の開口部を形成しながらも、その開口部の形状を配線の瞳補正に追従させた形状に形成することができる。したがって、斜めから入射した光が各層の金属拡散防止膜及び配線層間膜で遮られることがなくなり、光電変換素子への光の入射効率を向上できるとともに、銅拡散防止膜や配線層間膜による光の反射を低減させた光学特性の良い固体撮像装置を製造することができる。
以下、本発明にかかる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置について、図1〜図8を参照して説明する。なお、本発明にかかる固体撮像装置及びその製造方法は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
その後、図1及び図2に示すように、溝(及びビア)22aにタンタルや窒化タンタルなどからなる金属拡散防止用のバリア膜62を介してCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んで金属配線32を形成するとともに、開口部52にもCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んでダミー用金属層72を形成する。
次に、図1に示すように、溝(及びビア)23aにタンタルや窒化タンタルなどからなる金属拡散防止用のバリア膜63を介してCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んで金属配線33を形成するとともに、開口部53にもCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んでダミー用金属層73を形成する。
次に、図1示すように、溝(及びビア)24aにタンタルや窒化タンタルなどからなる金属拡散防止用のバリア膜64を介してCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んで金属配線34を形成するとともに、開口部54にもCu,W,Alなどの金属を蒸着などの手段により埋め込んでダミー用金属層74を形成する。
なお、ダミー用金属層72,73,74の除去には、エッチングガスを用いたドライエッチング法を使用することもできる。
次に、図7に示すように、保護膜82の上に開口部52,53,54の絶縁膜80に対向させて前記瞳補正が行われたカラーフィルタ92を形成する(特許請求の範囲に記載のカラーフィルタ形成工程に相当する)。次いで、各カラーフィルタ92の上に前記瞳補正が行われたマイクロレンズ94を形成する(特許請求の範囲に記載のマイクロレンズ形成工程に相当する)。以上の各工程を実行することにより、図7に示す構造の固体撮像装置を製造することができる。
図8により、本発明にかかる固体撮像装置の第2の実施の形態について説明する。
この第2の実施の形態において、固体撮像装置は、図8に示すように、シリコン等の半導体基板10の上層部にはフォトダイオード等の複数の光電変換素子20が形成され(特許請求の範囲に記載の光電変換素子形成工程に相当する)、この光電変換素子20の上面を含む半導体基板10上には酸化シリコンなどの層間絶縁膜21が形成されている。この層間絶縁膜21は半導体基板10と、後述する金属配線との間に容量が発生するのを防止するためのものである。また、層間絶縁膜21の内部には、図示省略したスイッチング用トランジスタのゲート電極等が形成されている。さらに、層間絶縁膜21上には、3層の配線層間膜22、23及び24と、金属配線32、33、34が形成され、そして、光電変換素子20の上方に位置する配線層間膜22、23、24には、斜めから入射する光100が効率良く光電変換素子20に集光されるように、光の入射角度に応じて瞳補正された開口部52,53,54が設けられている。
また、開口部52,53,54の形状(幅と深さ)に応じて絶縁材料とその埋め込み条件を設定することにより、光電変換素子20寄りの開口部52,53の内側箇所、すなわちマイクロレンズ94側から見て死角となる開口部52,53の側面箇所に絶縁材料が埋め込まれないエアギャップ88が形成され、このエアギャップ88は光100の導波路となるように構成されている。
次に、上記第1または第2の実施の形態に示した固体撮像装置を動画撮影可能なビデオカメラや携帯電話に内蔵されるカメラ等の撮像装置に適用した場合の例について図9を参照して説明する。
図9において、撮像装置200は、固体撮像装置201と、この固体撮像装置201に被写体からの撮像光を導く光学系202と、固体撮像装置201からの出力信号を処理する信号処理回路203と、固体撮像装置201を駆動する駆動回路204などを備える構成になっている。
この撮像装置200において、固体撮像装置201には、前記第1または第2の実施の形態にかかる固体撮像装置が使用される。
Claims (10)
- 半導体基板の上層部に複数の光電変換素子を形成する光電変換素子形成工程と、
前記半導体基板上に配線層間膜を形成する配線層間膜形成工程と、
前記配線層間膜に前記光電変換素子に対し光の入射角度に応じた瞳補正が行われた金属配線を形成するための溝及びビアを形成するとともに、前記光電変換素子の上方の配線層間膜を貫くための前記瞳補正が行われた光入射用の開口部を前記配線層間膜に形成し、前記溝及び前記ビア並びに前記開口部に金属を埋め込んで前記溝及び前記ビアによる前記金属配線並びに前記開口部によるダミー用金属層を形成する金属埋め込み工程と、
前記金属配線及び前記ダミー用金属層並びに前記配線層間膜上に金属拡散防止膜を形成し、前記金属拡散防止膜のうち前記開口部による瞳補正を行う部分の金属拡散防止膜を除去する金属拡散防止膜形成工程と、
前記配線層間膜形成工程、前記金属埋め込み工程及び前記金属拡散防止膜形成工程を2回以上行う繰り返し工程と、
前記繰り返し工程で積層された複数層の前記ダミー用金属層をエッチングにより一括して除去するダミー金属層除去工程と、
前記複数層のダミー用金属層が除去された複数層の前記開口部を光透過性の絶縁材料で埋めて絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に前記瞳補正が行われたカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程と、
前記カラーフィルタの上に前記瞳補正が行われたマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記半導体基板の上面と該上面に隣接する配線層間膜との間に層間絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記金属埋め込み工程で前記溝及び前記ビア並びに前記開口部に埋め込まれた金属の前記層間絶縁膜の上面から突出する余分な金属及び前記金属埋め込み工程で前記層間絶縁膜の上面に形成された金属を除去する工程を更に含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記カラーフィルタが形成される前に前記絶縁膜形成工程で形成された前記絶縁膜の上及び前記繰り返し工程で形成された最上層の金属拡散防止膜の上に前記絶縁膜と同一の絶縁材料からなる保護膜を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記金属埋め込み工程で前記溝及びビアに金属が埋め込まれる前に当該溝及びビアの内壁面にバリア膜が形成されることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記絶縁膜形成工程で前記開口部に絶縁材料で埋め込んで絶縁膜を形成する時に前記光電変換素子寄りの前記開口部の内側箇所に絶縁材料が埋め込まれないエアギャップを形成し、前記エアギャップを前記光の導波路とすることを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置の製造方法。
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上層部に形成された複数の光電変換素子と、
前記半導体基板上に配線層間膜を介して複数層に設けられ、前記光電変換素子に対し光の入射角度に応じた瞳補正が行われた金属配線と、
前記配線層間膜に形成され、前記光電変換素子の上方の配線層間膜を貫くための前記瞳補正が行われた光入射用の開口部と、
前記開口部に埋め込まれた光透過性の絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成され前記瞳補正が行われたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上に形成され前記瞳補正が行われたマイクロレンズと、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記光電変換素子寄りの前記開口部の内側箇所に前記絶縁膜が埋め込まれないエアギャップが設けられていることを特徴とする請求項7記載の固体撮像装置。
- 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に被写体からの入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の上層部に形成された複数の光電変換素子と、
前記半導体基板上に配線層間膜を介して複数層に設けられ、前記光電変換素子に対し光の入射角度に応じた瞳補正が行われた金属配線と、
前記配線層間膜に形成され、前記光電変換素子の上方の配線層間膜を貫くための前記瞳補正が行われた光入射用の開口部と、
前記開口部に埋め込まれた光透過性の絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に形成され前記瞳補正が行われたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上に形成され前記瞳補正が行われたマイクロレンズと、
を備えることを特徴とする撮像装置。 - 前記光電変換素子寄りの前記開口部の内側箇所に前記絶縁膜が埋め込まれないエアギャップが設けられていることを特徴とする請求項9記載の撮像装置。
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