JP2008288271A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】画素エリア内においてコーティング層の厚さが不均一に形成される現象を抑制することができるイメージセンサを有する半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０上には、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリア１１が形成されている。画素エリア１１の外周の半導体基板１０上には、画素エリア１１の近傍に遮光層スリット１６を有し、入射光を遮光する遮光層１４ａ，１４ｂが形成されている。画素エリア１１内、遮光層１４ａ，１４ｂ上及び遮光層スリット１６内には、パッシベーション膜１５が形成されている。遮光層スリット１６内及び画素エリア１１内のパッシベーション膜１５上には、コーティング層１７が形成されている。さらに、画素エリア１１内のコーティング層１７上には、マイクロレンズ１８が形成されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、イメージセンサを有する半導体装置に関し、例えば最上層メタル配線層にて形成される遮光層を備えたイメージセンサに関するものである。
イメージセンサにおいては、マイクロレンズの下にコーティング層を形成する。これはマイクロレンズと最上層のパッシベーション膜との密着性を高めるためである。また、画素エリアの外周には、多層のメタル配線層のうち最上層のメタル配線層で形成される遮光層があり、これによって画素の暗時出力レベルを検出している。
以下に、イメージセンサの製造方法を簡単に説明する。フォトダイオードが形成された画素エリアを有する半導体基板上に、画素内配線を形成する。さらに、この画素内配線が形成された半導体基板上に、層間絶縁膜を堆積する。その後、ＣＭＰ法等を用いて層間絶縁膜を研磨し平坦化する。次に、画素エリアの外周の半導体基板上に、最上層メタル配線層による遮光層を形成する。遮光層が形成された半導体基板上に、パッシベーション膜を形成する。このパッシベーション膜上にコーティング層を塗布する。そして、画素エリア内の各画素が配置されたコーティング層上にマイクロレンズを形成する。
しかし、このように製造されるイメージセンサでは、画素エリアの外周に遮光層が連続して形成されているため、画素エリアに近接した遮光層上のコーティング層が画素エリア内に流れ込む。これにより、画素エリア内の遮光層に近接した領域でコーティング層が厚くなる現象が起こる。これはストリエーションと呼ばれており、このストリエーションが発生した領域にマイクロレンズを形成すると、マイクロレンズの高さが不均一になる。このため、画素エリア内の遮光層に近接した領域で画素により生成されるイメージ画像に色むらが出てしまう。これはイメージセンサにとって致命的な不良である。
また、本発明に関する従来技術として、固体撮像装置において、有効画素領域の周辺部に形成される配線層や遮光膜の膜厚を薄くすることにより、層間膜の平坦度を高め、色ずれを防止するという装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−７６３２２号公報
この発明は、画素エリア内においてコーティング層の厚さが不均一に形成される現象を抑制することができるイメージセンサを有する半導体装置を提供することを目的とする。
この発明の第１実施態様の半導体装置は、半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、前記画素エリアの外周の前記半導体基板上に形成され、前記画素エリアの近傍にスリットを有し、前記入射光を遮光する遮光層と、前記画素エリア内、前記遮光層上及び前記スリット内に形成されたパッシベーション膜と、前記遮光層が有する前記スリット内及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズとを具備することを特徴とする。
この発明の第２実施態様の半導体装置は、半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、前記画素エリアが形成された前記半導体基板上に形成された配線層と、前記配線層を覆うように、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記画素エリアの外周の前記層間絶縁膜上に形成され、前記画素エリアの近傍にスリットを有し、前記入射光を遮光する遮光層と、前記画素エリア内、前記遮光層上及び前記スリット内に形成されたパッシベーション膜と、前記遮光層が有する前記スリット内及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズとを具備することを特徴とする。
この発明の第３実施態様の半導体装置は、半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、前記画素エリアが形成された前記半導体基板上に形成された配線層と、前記配線層を覆うように、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、前記画素エリアを囲むように形成された第１の遮光層と、前記第１の遮光層に離間して設けられ、前記第１の遮光層を囲むように形成された第２の遮光層と、前記画素エリア内、前記第１の遮光層上、前記第２の遮光層上、及び前記第１の遮光層と前記第２の遮光層間に形成されたパッシベーション膜と、前記第１の遮光層と前記第２の遮光層間の前記パッシベーション膜上、及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズとを具備することを特徴とする。
この発明によれば、画素エリア内においてコーティング層の厚さが不均一に形成される現象を抑制することができる。
以下、図面を参照してこの発明の実施形態のイメージセンサを有する半導体装置について説明する。説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
図１は、この発明の実施形態のイメージセンサの構造を示す断面図であり、図２は実施形態のイメージセンサの平面図である。なお、図１は、図２中の１−１線に沿った断面を示す。
半導体基板１０には、フォトダイオードを有する画素エリア１１が形成されている。画素エリア１１には複数の画素が配列されており、画素エリア１１は入射光に応じた画像信号を生成する。半導体基板１０には、画素内配線層１２が形成されている。画素内配線層１２が形成された半導体基板１０上には、層間絶縁膜１３が形成され、この層間絶縁膜１３上には、多層のメタル配線層のうち最上層のメタル配線層からなる遮光層１４ａ，１４ｂが形成されている。この最上層メタル配線層（遮光層）１４ａ，１４ｂは、画素エリア１１の周囲を囲むように配置される。遮光層１４ａ，１４ｂの画素エリア１１に近接した領域には、画素エリア１１の周囲を囲むように、遮光層スリット１６が形成されている。言い換えると、画素エリア１１を囲むように遮光層１４ａが形成され、この遮光層１４ａに離間して設けられると共に、遮光層１４ａを囲むように遮光層１４ｂが形成されている。遮光層１４ａ，１４ｂ及び遮光層スリット１６が形成された層間絶縁膜１３上には、パッシベーション膜１５が形成されている。パッシベーション膜１５上には、コーティング層１７が形成されている。さらに、画素エリア１１内のコーティング層１７上には、画素エリア１１内に配列された各画素に対応するようにマイクロレンズ１８が形成されている。なお、図２ではコーティング層１７は省略している。
次に、この発明の実施形態のイメージセンサの製造方法について説明する。
図３から図５は、実施形態のイメージセンサの製造方法を示す各工程の断面図である。
まず、図３に示すように、フォトダイオードが形成された画素エリア１１を有する半導体基板１０上に、画素内配線層１２を形成する。画素内配線層１２は、メタル層、例えばＡｌ等からなっている。画素内配線層１２が形成された半導体基板１０上に、層間絶縁膜１３を形成する。層間絶縁膜１３は、シリコン酸化膜等からなっている。その後、ＣＭＰ法等を用いて、層間絶縁膜１３を研磨し平坦化する。
次に、図４に示すように、画素エリア１１の外周の層間絶縁膜１３上に、最上層メタル配線層からなる遮光層１４ａ，１４ｂを形成する。遮光層１４ａ，１４ｂは画素エリア１１を囲むように配置され、画素エリア１１近傍の遮光層１４ａ，１４ｂ間には遮光層スリット１６が形成されている。遮光層１４ａ，１４ｂは、メタル層、例えばＡｌ等からなっている。さらに、遮光層１４ａ，１４ｂが形成された層間絶縁膜１３上に、パッシベーション膜１５を形成する。パッシベーション膜１５は、シリコン窒化膜等からなっている。
次に、図５に示すように、パッシベーション膜１５上に、コーティング層１７を塗布する。さらに、画素エリア１１内のコーティング層１７上には、画素エリア１１内に配列された各画素に対応するようにマイクロレンズ１８が形成されている。なお、コーティング層１７は、アクリル系樹脂等からなり、パッシベーション膜１５とマイクロレンズ１８との密着性を良くするために形成される。また、マイクロレンズ１８は、アクリル系樹脂等からなっている。
前述した構造を有するイメージセンサでは、図１に示すように、画素エリア１１に近接した遮光層１４ａ，１４ｂ間に遮光層スリット１６が形成されている。これにより、画素エリア１１に近接する遮光層１４ａ，１４ｂ上に塗布されたコーティング層１７は、遮光層スリット１６内と画素エリア１１内に分割されて流れ込む。このため、画素エリア１１内に流れ込むコーティング層１７が半減し、画素エリア１１内でコーティング層１７が不均一に厚くなる現象（ストリエーション）の発生が抑制される。特に、画素エリア内の遮光層に近接した領域でコーティング層が厚くなる現象を抑制できる。この結果、コーティング層１７上に形成されるマイクロレンズ１８の高さは均一になり、画素エリア１１における遮光層近傍領域で生成されるイメージ画像に色むらが出ることを防止することができる。
以下に、実施形態のイメージセンサにおいて遮光層１４に遮光層スリット１６を形成した場合の効果を説明する。
図６は、遮光層１４に遮光層スリット１６がある場合とない場合における、遮光層の厚さとストリエーションが発生する距離との関係を示す図である。ここでは、一端が画素エリア１１に接し、他端が遮光層スリット１６に接している遮光層の幅（画素エリア１１端と遮光層スリット１６端との間の遮光層の距離）１９が、７．１μｍである場合を例にとる。
図６からわかるように、遮光層１４に遮光層スリット１６がある場合、ストリエーションが発生する距離は、遮光層スリット１６がない場合と比べてほぼ半分以下になっている。したがって、実施形態のイメージセンサにおいては、画素エリア１１内でコーティング層１７が不均一に厚く形成される現象（ストリエーション）を抑制することができる。特に、遮光層の厚さが０．４μｍ以上であるときに、ストリエーションの抑制効果が大きくなる。なお、このとき遮光層の幅１９は、遮光層の厚さより大きく、７．１μｍ以下であることが好ましい。
以上説明したように実施形態では、画素エリア１１近傍の遮光層１４内に遮光層スリット１６を形成しているので、画素エリア１１に接した遮光層１４上のコーティング層１７は遮光層スリット１６内と画素エリア１１内に分割されて流れ込む。これにより、画素エリア１１内に流れ込むコーティング層１７が低減し、画素エリア１１内でコーティング層１７が不均一に厚くなる現象（ストリエーション）が抑制される。このため、画素エリア１１内のコーティング層１７上に形成されるマイクロレンズ１８の高さは均一になり、画素エリア１１で生成されるイメージ画像に色むらが発生しない。
さらに、画素エリア１１近傍の遮光層１４内に遮光層スリット１６を形成し、かつ遮光層スリット１６が画素エリア１１を囲むように形成すれば、画素エリア１１に接した周囲全ての遮光層１４上のコーティング層１７は、画素エリア１１を囲む遮光層スリット１６内と画素エリア１１内に分割されて流れ込む。これにより、画素エリア１１の周囲全てにおいて画素エリア１１内に流れ込むコーティング層１７が低減し、画素エリア１１内でコーティング層１７が不均一に厚くなる現象（ストリエーション）が抑制される。このため、画素エリア１１内のコーティング層１７上に形成されるマイクロレンズ１８の高さは均一になり、画素エリア１１で生成されるイメージ画像に色むらが発生しない。
なお、前述した実施形態は唯一の実施形態ではなく、前記構成の変更あるいは各種構成の追加によって、様々な実施形態を形成することが可能である。
この発明の実施形態のイメージセンサの構造を示す断面図である。 実施形態のイメージセンサの平面図である。 実施形態のイメージセンサの製造方法を示す第１工程の断面図である。 実施形態のイメージセンサの製造方法を示す第２工程の断面図である。 実施形態のイメージセンサの製造方法を示す第３工程の断面図である。 実施形態のイメージセンサにおいて遮光層スリットを形成した場合の効果を示す図である。
符号の説明
１０…半導体基板、１１…画素エリア、１２…画素内配線層、１３…層間絶縁膜、１４ａ，１４ｂ…遮光層、１５…パッシベーション膜、１６…遮光層スリット、１７…コーティング層、１８…マイクロレンズ、１９…画素エリアと遮光層スリット間の遮光層の幅。

Claims (5)

  1. 半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、
    前記画素エリアの外周の前記半導体基板上に形成され、前記画素エリアの近傍にスリットを有し、前記入射光を遮光する遮光層と、
    前記画素エリア内、前記遮光層上及び前記スリット内に形成されたパッシベーション膜と、
    前記遮光層が有する前記スリット内及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、
    前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズと、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  2. 半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、
    前記画素エリアが形成された前記半導体基板上に形成された配線層と、
    前記配線層を覆うように、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
    前記画素エリアの外周の前記層間絶縁膜上に形成され、前記画素エリアの近傍にスリットを有し、前記入射光を遮光する遮光層と、
    前記画素エリア内、前記遮光層上及び前記スリット内に形成されたパッシベーション膜と、
    前記遮光層が有する前記スリット内及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、
    前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズと、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  3. 前記遮光層が有する前記スリットは、前記画素エリアを囲むように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 半導体基板上に形成され、入射光に応じた画像信号を生成する画素エリアと、
    前記画素エリアが形成された前記半導体基板上に形成された配線層と、
    前記配線層を覆うように、前記半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、
    前記画素エリアを囲むように形成された第１の遮光層と、
    前記第１の遮光層に離間して設けられ、前記第１の遮光層を囲むように形成された第２の遮光層と、
    前記画素エリア内、前記第１の遮光層上、前記第２の遮光層上、及び前記第１の遮光層と前記第２の遮光層間に形成されたパッシベーション膜と、
    前記第１の遮光層と前記第２の遮光層間の前記パッシベーション膜上、及び前記画素エリア内の前記パッシベーション膜上に形成されたコーティング層と、
    前記画素エリア内の前記コーティング層上に形成されたマイクロレンズと、
    を具備することを特徴とする半導体装置。
  5. 前記遮光層は、多層に形成されたメタル配線層のうち、最上層のメタル配線層で形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
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