JP2009164302A - Image sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve an image sensor with multiple pixels for higher resolution by making a surface wiring easy to be formed for decreased number of bumps, with no degradation in, for example, heat-proof cycle characteristics and sensitivity, with occurrence of flash suppressed to the least. <P>SOLUTION: The image sensor includes a plurality of pixels 1 arranged in two dimension manner, a plurality of pixel division grooves 2 for dividing the plurality of pixels 1, and metal wirings 3 so formed on the surface side as to connect all of the plurality of pixels 1. The metal wirings 3 are formed only at a part of the bottom surface and side surface of the pixel division grooves 2 on the surface of the pixel division grooves 2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、複数の画素が分離溝で分離されて二次元的に配列されているイメージセンサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an image sensor in which a plurality of pixels are separated by a separation groove and arranged two-dimensionally, and a method for manufacturing the same.

複数の画素が分離溝で分離されて二次元的に配列されているイメージセンサとしては、例えば量子井戸型赤外線フォトディテクタ(QWIP;Quantum Well Infrared Photodetector)によって各画素を構成した赤外線イメージセンサがある。
特に、赤外線イメージセンサにおいては複数の波長において動作可能なものが求められており、2つの波長帯域に感度を有する構造を持つ2波長QWIPによって各画素を構成した赤外線イメージセンサが提案されている(例えば特許文献1参照)。
As an image sensor in which a plurality of pixels are separated by a separation groove and arranged two-dimensionally, for example, there is an infrared image sensor in which each pixel is configured by a quantum well type infrared photo detector (QWIP).
In particular, infrared image sensors that can operate at a plurality of wavelengths are required, and an infrared image sensor in which each pixel is configured by two-wavelength QWIP having a structure having sensitivity in two wavelength bands has been proposed ( For example, see Patent Document 1).

このような赤外線イメージセンサの各画素を構成する2波長QWIPは、図7に示すように、下部コンタクト層、一の波長帯域に対して感度を持つ第1多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)層、共通コンタクト層、他の波長帯域に対して感度を持つ第2多重量子井戸(MQW)層、上部コンタクト層を順に積層させた構造になっている。
そして、これらの3つのコンタクト層のそれぞれに接続されるように、1つの画素上に3つのバンプ(金属バンプ)が形成されており、共通コンタクト層に接続されたバンプを介してバイアスをかけ、下部コンタクト層に接続されたバンプから第1MQW層からの信号電流を取り出し、上部コンタクト層に接続されたバンプから第2MQW層からの信号電流を取り出すようになっている。
特開2000−323744号公報
As shown in FIG. 7, the two-wavelength QWIP constituting each pixel of such an infrared image sensor has a lower contact layer, a first multiple quantum well (MQW) having sensitivity to one wavelength band. A layer, a common contact layer, a second multiple quantum well (MQW) layer having sensitivity to other wavelength bands, and an upper contact layer are sequentially stacked.
Then, three bumps (metal bumps) are formed on one pixel so as to be connected to each of these three contact layers, and a bias is applied via the bumps connected to the common contact layer, A signal current from the first MQW layer is taken out from the bump connected to the lower contact layer, and a signal current from the second MQW layer is taken out from the bump connected to the upper contact layer.
JP 2000-323744 A

しかしながら、上述の2波長QWIPによって各画素を構成した赤外線イメージセンサのように、一画素につき3つのバンプを形成する場合、狭ピッチ化(微細化)が難しく、多画素化による高解像度化の要求を満たすのが困難である。バンプは例えばIn等の金属によって形成され、その微細化には限界があり、また、バンプの微細化によってバンプの高さが低下すると耐熱サイクル性の劣化につながるからである。   However, when three bumps are formed for each pixel, as in the case of the infrared image sensor in which each pixel is configured by the above-described two-wavelength QWIP, it is difficult to narrow the pitch (miniaturization), and a demand for higher resolution by increasing the number of pixels is required. It is difficult to satisfy. This is because the bump is formed of a metal such as In, for example, and there is a limit to the miniaturization thereof, and if the bump height is reduced due to the miniaturization of the bump, the heat cycle resistance is deteriorated.

このため、多画素化による高解像度化を図るためには、バンプサイズを小さくするのではなく、一画素あたりのバンプの数を減らすために、バンプに代えて、表面側に金属配線(表面配線)を形成することが考えられる。
例えば、図8に示すように、各画素と各画素を分離する分離溝を横切るように金属配線を形成することが考えられる。
Therefore, in order to increase the resolution by increasing the number of pixels, instead of reducing the bump size, in order to reduce the number of bumps per pixel, instead of bumps, metal wiring (surface wiring) ).
For example, as shown in FIG. 8, it is conceivable to form a metal wiring so as to cross each pixel and a separation groove that separates each pixel.

しかしながら、分離溝の深さは例えば5μm程度であり、分離溝部分の凹凸が激しいため、金属配線のパターンを形成するのが難しい。
この場合、例えば、表面に形成されるパッシベーション膜を厚くして分離溝を埋め込み、さらに表面を研磨等によって平坦化してから、金属配線を形成することが考えられる。
しかしながら、この場合、平坦化のための研磨工程が必要になり、プロセスが煩雑になってしまう。また、例えばQWIPのように70K程度まで冷却して使用するような素子の場合、分離溝を埋め込むのは耐熱サイクル性を劣化させる可能性が高く、好ましくない。
However, the depth of the separation groove is, for example, about 5 μm, and since the unevenness of the separation groove portion is severe, it is difficult to form a metal wiring pattern.
In this case, for example, it is conceivable to form the metal wiring after thickening the passivation film formed on the surface to fill the separation groove and further planarizing the surface by polishing or the like.
However, in this case, a polishing step for flattening is required, and the process becomes complicated. In addition, in the case of an element that is cooled to about 70K and used, for example, QWIP, it is not preferable to fill the isolation groove because the heat cycle property is likely to deteriorate.

また、例えば、図9に示すように、各画素を分離する分離溝の底面に表面配線を形成することが考えられる。
しかしながら、実際に分離溝の底面にパターニングする場合、分離溝の幅をかなり広くする必要がある。このため、各画素の面積を小さくすることになり、この結果、感度が落ちてしまうため、実用的ではない。また、分離溝の底面に表面配線を形成するために、図10に示すように、分離溝の底面の一部を覆うようにレジストを形成し、不要な配線金属を除去すると、削られた金属のカスがレジストの表面に付着し、レジストを除去した後に、図11に示すように、分離溝の底面に形成された金属配線上にバリとなって残ってしまうことになる。このようなバリが残っていると、後の製造工程で剥がれるなどして、プロセスに悪影響を及ぼす可能性があるため、好ましくない。通常、分離溝の底面に表面配線を形成するためのレジストパターンに沿って発生したバリは、直線状で長いため、剥がれて再付着すると、例えば画素間でショートが発生する等の不良の原因となりかねない。
For example, as shown in FIG. 9, it is conceivable to form a surface wiring on the bottom surface of the separation groove that separates each pixel.
However, when patterning is actually performed on the bottom surface of the separation groove, the width of the separation groove needs to be considerably widened. For this reason, the area of each pixel is reduced, and as a result, the sensitivity is lowered, which is not practical. Further, in order to form the surface wiring on the bottom surface of the separation groove, a resist is formed so as to cover a part of the bottom surface of the separation groove as shown in FIG. After the resist is removed and the resist is removed, as shown in FIG. 11, it remains as burrs on the metal wiring formed on the bottom surface of the separation groove. If such burrs remain, it may be adversely affected by a process such as peeling off in a later manufacturing process, which is not preferable. Normally, the burrs generated along the resist pattern for forming the surface wiring on the bottom surface of the separation groove are linear and long, and peeling and reattaching may cause defects such as short circuit between pixels. It might be.

そこで、例えば耐熱サイクル性や感度などの特性を劣化させることなく、バリができるだけ発生しないようにしながら、表面配線を容易に形成できるようにし、バンプの数を減らして、多画素化による高解像度化を実現したい。   Therefore, for example, surface wiring can be easily formed without causing burrs to occur as much as possible without degrading characteristics such as heat cycle characteristics and sensitivity, and the number of bumps is reduced, and high resolution is achieved by increasing the number of pixels. I want to realize.

このため、本イメージセンサは、二次元的に配列された複数の画素と、複数の画素を分離する複数の画素分離溝と、複数の画素の全てを接続するように表面側に形成された金属配線とを備え、金属配線は、画素分離溝の表面においては画素分離溝の側面及び底面の一部分のみに形成されていることを要件とする。
本イメージセンサの製造方法は、基板上に、半導体積層構造を形成し、二次元的に配列された複数の画素が形成されるように半導体積層構造に複数の画素分離溝を形成し、表面上に配線金属を形成し、画素分離溝においては画素分離溝の底面に形成された配線金属の一部分のみを覆うようにマスクを形成し、画素分離溝の側面に形成された配線金属が残るように異方性エッチングによって配線金属を除去して金属配線を形成することを要件とする。
For this reason, this image sensor is a metal formed on the surface side so as to connect a plurality of pixels arranged two-dimensionally, a plurality of pixel separation grooves that separate the plurality of pixels, and all of the plurality of pixels. The metal wiring is required to be formed only on a part of the side surface and the bottom surface of the pixel separation groove on the surface of the pixel separation groove.
In this image sensor manufacturing method, a semiconductor multilayer structure is formed on a substrate, and a plurality of pixel separation grooves are formed in the semiconductor multilayer structure so that a plurality of pixels arranged two-dimensionally are formed. In the pixel separation groove, a mask is formed so as to cover only a part of the wiring metal formed on the bottom surface of the pixel separation groove, so that the wiring metal formed on the side surface of the pixel separation groove remains. It is a requirement to form a metal wiring by removing the wiring metal by anisotropic etching.

したがって、本イメージセンサ及びその製造方法によれば、例えば耐熱サイクル性や感度などの特性を劣化させることなく、バリができるだけ発生しないようにしながら、表面配線を容易に形成できるようになり、バンプの数を減らして、多画素化による高解像度化を実現することができるという利点がある。   Therefore, according to the present image sensor and its manufacturing method, for example, surface wiring can be easily formed without causing burrs to occur as much as possible without deteriorating characteristics such as heat cycle characteristics and sensitivity. There is an advantage that the number of pixels can be reduced to achieve higher resolution by increasing the number of pixels.

以下、図面により、本実施形態にかかるイメージセンサ及びその製造方法について、図1〜図6を参照しながら説明する。
以下、本発明を、例えば、複数の画素が分離溝で分離されて二次元的に配列されており、赤外線の入射量に応じて光電流を発生しうる赤外線イメージセンサであって、異なる波長帯域に対して感度を有する2つの多重量子井戸(MQW;Multi Quantum Well)層を赤外線吸収層として用いた量子井戸型赤外線フォトディテクタ(QWIP;Quantum Well Infrared Photodetector;2波長QWIP;赤外線検知素子;フォトセンサ)によって各画素を構成した量子井戸型赤外線イメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, an image sensor and a manufacturing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Hereinafter, the present invention is an infrared image sensor in which, for example, a plurality of pixels are separated two-dimensionally by a separation groove and can generate a photocurrent according to an incident amount of infrared rays, and has different wavelength bands. Quantum Well Infrared Photodetector (QWIP; Two-Wave QWIP; Infrared Detector; Photosensor) Using Two Multi Quantum Well (MQW) Layers Sensitivity to A case where the present invention is applied to a quantum well infrared image sensor in which each pixel is configured will be described as an example.

本実施形態にかかる量子井戸型赤外線イメージセンサ(イメージセンサ素子)は、例えば図1に示すように、二次元的に配列される複数の画素(素子)1と、複数の画素1を分離する複数の画素分離溝(素子分離溝)2と、複数の画素1の全てが接続されるように表面側に形成された金属配線(表面配線;配線金属;コンタクト金属)3とを備える。
そして、金属配線3は、図1に示すように、画素分離溝2の表面(側面及び底面)においては画素分離溝2の側面(基板に対して垂直な面;画素1の側面)及び複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面のみに形成されている。
A quantum well infrared image sensor (image sensor element) according to the present embodiment includes, for example, a plurality of pixels (elements) 1 arranged two-dimensionally and a plurality of pixels 1 that separate the plurality of pixels 1 as shown in FIG. Pixel isolation trench (element isolation trench) 2 and metal wiring (surface wiring; wiring metal; contact metal) 3 formed on the surface side so that all of the plurality of pixels 1 are connected.
As shown in FIG. 1, the metal wiring 3 has a side surface (a surface perpendicular to the substrate; a side surface of the pixel 1) and a plurality of pixels on the surface (side surface and bottom surface) of the pixel separation groove 2. It is formed only on the bottom surface of the intersection 4 where the pixel separation grooves 2 intersect.

ここでは、交差部4の底面に形成された金属配線3は、図1に示すように、複数の画素1のうち隣接する画素1を相互に接続するように形成されている。なお、交差部4の底面に形成された金属配線3の具体的な構成例については後述する。
本量子井戸型赤外線イメージセンサは、半導体基板上に、異なる波長帯域に対して感度を有する2つのMQW層の上下をコンタクト層で挟み込んだ構造の半導体結晶からなり[図2(A)参照]、縦横に延びる画素分離溝2によって分離されて複数の画素1が形成されている(図1参照)。
Here, as shown in FIG. 1, the metal wiring 3 formed on the bottom surface of the intersecting portion 4 is formed so as to connect adjacent pixels 1 among the plurality of pixels 1. A specific configuration example of the metal wiring 3 formed on the bottom surface of the intersection 4 will be described later.
This quantum well type infrared image sensor comprises a semiconductor crystal having a structure in which two MQW layers having sensitivity to different wavelength bands are sandwiched between contact layers on a semiconductor substrate [see FIG. 2 (A)], A plurality of pixels 1 are formed by being separated by pixel separation grooves 2 extending vertically and horizontally (see FIG. 1).

本実施形態では、各画素1は、2つの感度波長を持つ構造の2波長QWIPによって構成されている。
具体的には、各画素1の構造、即ち、2波長QWIPの構造(素子構造)は、図2(A),(B)に示すように、半導体基板(例えばGaAs基板)10上に、下部コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)11、一の波長帯域の光(ここでは赤外線)を吸収する第1MQW層(吸収層;感光層)12、共通コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)13、他の波長帯域の光(ここでは赤外線)を吸収する第2MQW層(吸収層;感光層)14、上部コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)15を順に積層した構造(半導体積層構造)になっている。なお、図2(A),(B)では、説明を分かり易くするために、金属配線3を覆うように設けられるパッシベーション膜は図示していない。
In the present embodiment, each pixel 1 is configured by a two-wavelength QWIP having a structure having two sensitivity wavelengths.
Specifically, the structure of each pixel 1, that is, the structure (element structure) of two-wavelength QWIP is formed on a semiconductor substrate (for example, a GaAs substrate) 10 as shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B). Contact layer (for example, GaAs contact layer) 11, first MQW layer (absorbing layer; photosensitive layer) 12 that absorbs light (in this case, infrared light) in one wavelength band, common contact layer (for example, GaAs contact layer) 13, and other wavelengths It has a structure (semiconductor laminated structure) in which a second MQW layer (absorbing layer; photosensitive layer) 14 that absorbs light in the band (here, infrared rays) and an upper contact layer (for example, a GaAs contact layer) 15 are sequentially laminated. 2A and 2B, a passivation film provided so as to cover the metal wiring 3 is not shown for easy understanding of the description.

なお、下部コンタクト層11は、図2(A)に示すように、画素分離溝2によって画素毎に分離されていない。つまり、下部コンタクト層11は、全画素でつながっている。
本実施形態では、図2(A)に示すように、共通コンタクト層14の表面が露出するように、各画素1のそれぞれに一つずつコンタクト溝5が形成されている。
また、本実施形態では、図2(A),(B)に示すように、本量子井戸型赤外線イメージセンサを構成する半導体積層構造(半導体結晶)の表面全体を覆うようにパッシベーション膜(絶縁膜;例えばSiN膜等)6が形成されている。
The lower contact layer 11 is not separated for each pixel by the pixel separation groove 2 as shown in FIG. That is, the lower contact layer 11 is connected to all pixels.
In this embodiment, as shown in FIG. 2A, one contact groove 5 is formed in each pixel 1 so that the surface of the common contact layer 14 is exposed.
In this embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, a passivation film (insulating film) is formed so as to cover the entire surface of the semiconductor laminated structure (semiconductor crystal) constituting the quantum well infrared image sensor. A SiN film or the like) 6 is formed.

また、本実施形態では、図2(A),(B)に示すように、パッシベーション膜6のコンタクト溝5の底面に形成された部分に、共通コンタクト層13の表面が露出するように第1コンタクト穴7が形成されている。
また、本実施形態では、図2(A),(B)に示すように、パッシベーション膜6の各画素1の上面に形成された部分に、上部コンタクト層15の表面が露出するように、各画素1のそれぞれに一つずつ第2コンタクト穴8が形成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, the first surface is formed so that the surface of the common contact layer 13 is exposed at the portion formed on the bottom surface of the contact groove 5 of the passivation film 6. A contact hole 7 is formed.
Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, the surface of the upper contact layer 15 is exposed at the portion formed on the upper surface of each pixel 1 of the passivation film 6. One second contact hole 8 is formed in each pixel 1.

また、本実施形態では、図2(A),(B)に示すように、各画素1の表面側に、パッシベーション膜6を介して、各画素1に一つずつバンプ(金属バンプ;バンプ電極;ここではInバンプ)9が形成されている。つまり、本2波長QWIPは、一画素あたり1つのバンプで駆動しうる一画素一バンプの2波長QWIPである。
さらに、本量子井戸型赤外線イメージセンサでは、図2(A),(B)に示すように、画素分離溝2の側面(画素1の側面)、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面、画素分離溝2の側面(画素1の側面)から上部コンタクト層15の表面を露出させた第2コンタクト穴8までの領域、及び、バンプ形成領域から共通コンタクト層13の表面を露出させたコンタクト溝5(内部にコンタクト穴7がある)までの領域に、金属配線3が形成されている。つまり、金属配線3は、画素分離溝2の側面(画素1の側面)に形成された部分3Aと、交差部4の底面に形成された部分3Bと、バンプ9と共通コンタクト層13とを接続する部分3Cと、上部コンタクト層15と画素分離溝2の側面に形成された部分3Aとを接続する部分3Dとを有する。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2A and 2B, one bump is formed on each pixel 1 on the surface side of each pixel 1 via a passivation film 6 (metal bump; bump electrode). ; Here, In bumps) 9 are formed. That is, this two-wavelength QWIP is a two-wavelength QWIP of one pixel and one bump that can be driven by one bump per pixel.
Further, in the present quantum well infrared image sensor, as shown in FIGS. 2A and 2B, the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1) and the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect. And the surface of the common contact layer 13 are exposed from the bump formation region and the region from the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1) to the second contact hole 8 where the surface of the upper contact layer 15 is exposed. The metal wiring 3 is formed in a region up to the contact groove 5 (there is a contact hole 7 inside). That is, the metal wiring 3 connects the portion 3A formed on the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1), the portion 3B formed on the bottom surface of the intersecting portion 4, the bump 9 and the common contact layer 13. And a portion 3D for connecting the upper contact layer 15 and the portion 3A formed on the side surface of the pixel isolation trench 2.

なお、金属配線3の一部分3Cは、共通コンタクト層13に接続される引出電極及びバンプ下地層からなり、全画素1を接続するように形成されていない。このため、全画素1を接続するように形成された金属配線3A,3B,3Dと区別するために、バンプ接続用金属配線と呼ぶ。
そして、図2(A),(B)に示すように、金属配線3Cによって、第1コンタクト穴7を介して、バンプ9と共通コンタクト層13とが接続されている。ここでは、バンプ9と共通コンタクト層13とを接続する金属配線3Cが、パッシベーション膜6の第1コンタクト穴7を介して露出している共通コンタクト層13の表面からバンプ9の下側まで延びるように、パッシベーション膜6の表面上に形成されている。
A part 3C of the metal wiring 3 is composed of an extraction electrode and a bump base layer connected to the common contact layer 13, and is not formed so as to connect all the pixels 1. For this reason, in order to distinguish from the metal wirings 3A, 3B, and 3D formed so as to connect all the pixels 1, they are referred to as bump connection metal wirings.
2A and 2B, the bump 9 and the common contact layer 13 are connected through the first contact hole 7 by the metal wiring 3C. Here, the metal wiring 3 </ b> C connecting the bump 9 and the common contact layer 13 extends from the surface of the common contact layer 13 exposed through the first contact hole 7 of the passivation film 6 to the lower side of the bump 9. Further, it is formed on the surface of the passivation film 6.

また、図2(A),(B)に示すように、金属配線3Dによって、第2コンタクト穴8を介して、全画素1を接続するように形成された金属配線3A,3Bと上部コンタクト層15とが接続されている。ここでは、全画素1を接続するように形成された金属配線3A,3B、即ち、画素分離溝2の側面(画素1の側面)及び複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面に形成された金属配線3A,3Bと、上部コンタクト層15とを接続する金属配線3Dが、パッシベーション膜6の第2コンタクト穴8を介して露出している上部コンタクト層15の表面から画素分離溝2の側面(画素1の側面)まで延びるように、パッシベーション膜6の表面上に形成されている。   Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, the metal wirings 3A and 3B and the upper contact layer formed so as to connect all the pixels 1 through the second contact holes 8 by the metal wiring 3D. 15 is connected. Here, the metal wirings 3A and 3B formed so as to connect all the pixels 1, that is, the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1) and the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect. The metal wiring 3D that connects the formed metal wirings 3A and 3B and the upper contact layer 15 is exposed from the surface of the upper contact layer 15 through the second contact hole 8 of the passivation film 6 to the pixel isolation trench 2. It is formed on the surface of the passivation film 6 so as to extend to the side surface (side surface of the pixel 1).

ここでは、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面に形成される金属配線3B、即ち、各画素1の側面に形成された金属配線3Aを接続するための金属配線(接続用金属配線)3Bは、図2(B)に示すように、隣接する4つの画素1の間に形成される四角形状の領域の対角線上に形成している。
また、本実施形態では、全画素1を接続するように形成された金属配線3A,3B,3D、及び、全画素1でつながっている下部コンタクト層11は、それぞれ、例えば素子外周部に設けられた信号処理回路チップのバイアス供給部に接続されている。つまり、本実施形態では、素子外周部に信号処理回路を設けているため、これらの金属配線3A,3B,3D及び下部コンタクト層11は各画素1から素子外周部まで延びている。これにより、各画素1の上側に設けられている第2MQW層14に金属配線3A,3B,3Dを介してバイアス電圧が印加される一方、各画素1の下側に設けられている第1MQW層12に下部コンタクト層11を介してバイアス電圧が印加されるようになっている。
Here, the metal wiring 3B formed on the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, that is, the metal wiring for connecting the metal wiring 3A formed on the side surface of each pixel 1 (connection metal) As shown in FIG. 2B, the wiring 3B is formed on a diagonal line of a quadrangular region formed between the four adjacent pixels 1.
In the present embodiment, the metal wirings 3A, 3B, 3D formed so as to connect all the pixels 1 and the lower contact layer 11 connected to all the pixels 1 are provided, for example, on the outer periphery of the element. The signal processing circuit chip is connected to the bias supply unit. That is, in this embodiment, since the signal processing circuit is provided in the outer periphery of the element, these metal wirings 3A, 3B, 3D and the lower contact layer 11 extend from each pixel 1 to the outer periphery of the element. Thereby, a bias voltage is applied to the second MQW layer 14 provided on the upper side of each pixel 1 via the metal wirings 3A, 3B, 3D, while the first MQW layer provided on the lower side of each pixel 1 is applied. A bias voltage is applied to 12 via the lower contact layer 11.

なお、全画素1を接続するように形成された金属配線(即ち、画素分離溝2の側面及び複数の画素分離溝2が交差する交差部3の底面に形成された金属配線3A,3B、並びに、画素分離溝2の側面に形成された金属配線3Aと上部コンタクト層15とを接続する金属配線3D)を、バイアス用金属配線と呼び、上部コンタクト層15及び下部コンタクト層11を、バイアス用コンタクト層と呼ぶ。   Note that metal wirings formed so as to connect all the pixels 1 (that is, metal wirings 3A and 3B formed on the side surfaces of the pixel separation grooves 2 and the bottom surfaces of the intersections 3 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, and The metal wiring 3D connecting the metal wiring 3A formed on the side surface of the pixel isolation trench 2 and the upper contact layer 15 is called a bias metal wiring, and the upper contact layer 15 and the lower contact layer 11 are used as the bias contact. Call a layer.

一方、各画素1のそれぞれに一つずつ形成され、金属配線3Cによって共通コンタクト層13に接続されているバンプ9は、例えばフリップチップボンディングなどによって、各画素が対応する信号処理回路チップ中の各セルに別個に電気的に接続されている。これにより、第1MQW層12及び第2MQW層14からの信号電流は、共通コンタクト層13、金属配線3C及びバンプ9を介して、取り出され、信号処理回路チップ中の各セルへ送られるようになっている。この場合、上下に設けられた各MQW層12,14によって構成される2つのQWIPを同時に駆動することはできないが、これらの2つのQWIPを時分割で動作させるようにすれば良い。   On the other hand, the bumps 9 formed one by one in each pixel 1 and connected to the common contact layer 13 by the metal wiring 3C are formed in each signal processing circuit chip to which each pixel corresponds, for example, by flip chip bonding. Separately electrically connected to the cell. As a result, signal currents from the first MQW layer 12 and the second MQW layer 14 are taken out via the common contact layer 13, the metal wiring 3C, and the bumps 9, and are sent to each cell in the signal processing circuit chip. ing. In this case, two QWIPs constituted by the MQW layers 12 and 14 provided on the upper and lower sides cannot be driven simultaneously, but these two QWIPs may be operated in a time division manner.

なお、バンプ9と共通コンタクト層13とを接続する金属配線3Cを、信号取出用金属配線と呼び、共通コンタクト層13を、信号取出用コンタクト層と呼ぶ。
次に、本実施形態にかかるイメージセンサ(量子井戸型赤外線イメージセンサ;イメージセンサ素子)の製造方法について、図3,図4を参照しながら説明する。
以下、本量子井戸型赤外線イメージセンサを構成する一つの画素(1画素1バンプの2波長QWIP;QWIP素子)及びその周辺に形成される金属配線の形成プロセスを中心に説明する。
The metal wiring 3C that connects the bump 9 and the common contact layer 13 is called a signal extraction metal wiring, and the common contact layer 13 is called a signal extraction contact layer.
Next, the manufacturing method of the image sensor (quantum well type | mold infrared image sensor; image sensor element) concerning this embodiment is demonstrated, referring FIG. 3, FIG.
The following description will focus on the formation process of one pixel (two-wavelength QWIP of one pixel and one bump; QWIP element) constituting the quantum well infrared image sensor and the metal wiring formed around the pixel.

まず、図3(a)に示すように、半導体基板(例えばGaAs基板)10上に、下部コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)11、一の波長帯域の光(ここでは赤外線)を吸収する第1MQW層(吸収層;感光層)12、共通コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)13、他の波長帯域の光(ここでは赤外線)を吸収する第2MQW層(吸収層;感光層)14、上部コンタクト層(例えばGaAsコンタクト層)15を順に積層した半導体積層構造(ウェハ)を形成する。   First, as shown in FIG. 3A, a lower contact layer (for example, a GaAs contact layer) 11 on a semiconductor substrate (for example, a GaAs substrate) 10 and a first MQW that absorbs light in one wavelength band (here, infrared rays). Layer (absorbing layer; photosensitive layer) 12, common contact layer (for example, GaAs contact layer) 13, second MQW layer (absorbing layer; photosensitive layer) 14 for absorbing light in other wavelength bands (infrared rays in this case), upper contact layer A semiconductor multilayer structure (wafer) in which (for example, GaAs contact layers) 15 are sequentially laminated is formed.

次に、図3(A),(a)に示すように、上部コンタクト層15及び第2MQW層14を除去して、共通コンタクト層13まで達するコンタクト溝5を形成するとともに、下部コンタクト層11の直上までの深さの複数の画素分離溝2を形成する。これにより、二次元的に配列された複数の画素1が形成される。また、複数の画素1のそれぞれに一つずつコンタクト溝5が形成される。   Next, as shown in FIGS. 3A and 3A, the upper contact layer 15 and the second MQW layer 14 are removed to form the contact trench 5 reaching the common contact layer 13, and the lower contact layer 11 A plurality of pixel separation grooves 2 having a depth up to just above are formed. As a result, a plurality of pixels 1 arranged two-dimensionally are formed. One contact groove 5 is formed in each of the plurality of pixels 1.

次いで、図3(A),(a)に示すように、ウェハの表面上(表面全体)にパッシベーション膜(絶縁膜)6を形成する。
次に、図3(A),(a)に示すように、パッシベーション膜6の所望の位置にコンタクト穴7,8を形成する。つまり、パッシベーション膜6のコンタクト溝5の底面に形成された部分に、共通コンタクト層13の表面が露出するように第1コンタクト穴7を形成するとともに、パッシベーション膜6の画素1の上面に形成された部分に、上部コンタクト層15の表面が露出するように第2コンタクト穴8を形成する。
Next, as shown in FIGS. 3A and 3A, a passivation film (insulating film) 6 is formed on the surface (entire surface) of the wafer.
Next, as shown in FIGS. 3A and 3A, contact holes 7 and 8 are formed at desired positions of the passivation film 6. That is, the first contact hole 7 is formed in the portion of the passivation film 6 formed on the bottom surface of the contact groove 5 so that the surface of the common contact layer 13 is exposed, and the passivation film 6 is formed on the upper surface of the pixel 1. A second contact hole 8 is formed in the exposed portion so that the surface of the upper contact layer 15 is exposed.

このようにして、ウェハの表面全体にパッシベーション膜6を形成し、コンタクト穴7,8を開けた後、図3(B),(b)に示すように、その表面上(表面全体)に、例えばスパッタ等によって配線金属3Xを堆積させて形成する。
続いて、所望の金属配線3[図3(D),(d)参照]を形成するために、配線金属3X上に、図3(C),(c)に示すように、所望のパターンを有するマスク20を形成する。ここでは、配線金属3Xの表面上(表面全体)に、レジストを塗布し、これを所望の形状にパターニングしてマスク(レジストマスク;レジストパターン)20を形成する。
Thus, after forming the passivation film 6 on the entire surface of the wafer and opening the contact holes 7 and 8, as shown in FIGS. 3B and 3B, on the surface (the entire surface), For example, the wiring metal 3X is deposited and formed by sputtering or the like.
Subsequently, in order to form a desired metal wiring 3 [see FIGS. 3D and 3D], a desired pattern is formed on the wiring metal 3X as shown in FIGS. 3C and 3C. A mask 20 is formed. Here, a resist is applied on the surface (the entire surface) of the wiring metal 3X, and this is patterned into a desired shape to form a mask (resist mask; resist pattern) 20.

本実施形態では、図3(C),(c)に示すように、画素分離溝2においては複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面のみに、複数の画素1のそれぞれの表面上においては、画素分離溝2の側面(画素1の側面)から上部コンタクト層15の表面を露出させた第2コンタクト穴8までの領域、及び、バンプ形成領域から共通コンタクト層13の表面を露出させた第1コンタクト穴7(コンタクト溝5)までの領域のみに、レジストパターン20を形成する。   In the present embodiment, as shown in FIGS. 3C and 3C, the surface of each of the plurality of pixels 1 is provided only on the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect in the pixel separation groove 2. Above, the region from the side surface of the pixel isolation trench 2 (side surface of the pixel 1) to the second contact hole 8 where the surface of the upper contact layer 15 is exposed, and the surface of the common contact layer 13 from the bump formation region are exposed. A resist pattern 20 is formed only in the region up to the first contact hole 7 (contact groove 5).

特に、図3(C),(c)に示すように、画素分離溝2においては、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面に形成された配線金属3Xのみを覆うようにレジストパターン20を形成する。ここでは、交差部4の底面に形成された配線金属3Xを覆うように形成するレジストパターン20は、複数の画素1のうち隣接する4つの画素1の間に形成される四角形状の領域の対角線上に形成する。   In particular, as shown in FIGS. 3C and 3C, in the pixel separation groove 2, a resist is formed so as to cover only the wiring metal 3X formed on the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect. A pattern 20 is formed. Here, the resist pattern 20 formed so as to cover the wiring metal 3 </ b> X formed on the bottom surface of the intersecting portion 4 is a diagonal line of a rectangular region formed between four adjacent pixels 1 among the plurality of pixels 1. Form on top.

このようにして形成されたレジストパターン(マスク)20を用いて、イオンミリングによって配線金属3Xの不要な部分を除去して、所望の金属配線3(3A〜3D)を形成する。
この場合、イオンミリングによって配線金属3Xを除去した後に、レジストパターン20を形成した領域以外に、画素分離溝2の側面、即ち、各画素1の側面(周辺)にも配線金属3Xが残ることになる。つまり、所望の金属配線3として、画素分離溝2の側面(画素1の側面)、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面、画素分離溝2の側面(画素1の側面)から上部コンタクト層15の表面を露出させた第2コンタクト穴8までの領域、及び、バンプ形成領域から共通コンタクト層13の表面を露出させた第1コンタクト穴7(コンタクト溝5)までの領域に、金属配線3(3A〜3D)が一括形成されることになる。
Using the resist pattern (mask) 20 thus formed, unnecessary portions of the wiring metal 3X are removed by ion milling to form desired metal wirings 3 (3A to 3D).
In this case, after the wiring metal 3X is removed by ion milling, the wiring metal 3X remains on the side surface of the pixel separation groove 2, that is, the side surface (periphery) of each pixel 1 in addition to the region where the resist pattern 20 is formed. Become. That is, as the desired metal wiring 3, from the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1), the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, and the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1). In a region from the surface of the upper contact layer 15 to the second contact hole 8 and a region from the bump formation region to the first contact hole 7 (contact groove 5) from which the surface of the common contact layer 13 is exposed, The metal wiring 3 (3A to 3D) is formed in a lump.

本実施形態では、交差部4の底面に形成される金属配線3Bは、隣接する4つの画素1の間に形成される四角形状の領域の対角線上に形成される。
なお、本実施形態では、異方性の高い除去方法としてイオンミリングを用いているが、これに限られるものではなく、画素分離溝2の側面に形成された配線金属3Xが残るように異方性エッチングを行なえば良く、例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)などのドライエッチングを用いることもできる。
In the present embodiment, the metal wiring 3 </ b> B formed on the bottom surface of the intersection 4 is formed on a diagonal line of a quadrangular region formed between the four adjacent pixels 1.
In this embodiment, ion milling is used as a removal method with high anisotropy. However, the present invention is not limited to this, and the method is anisotropic so that the wiring metal 3X formed on the side surface of the pixel isolation trench 2 remains. For example, dry etching such as reactive ion etching (RIE) can be used.

このように、本実施形態では、イオンミリングなどの異方性の高い除去方法を用いた場合に、除去されないで残ってしまう配線金属3X、即ち、画素分離溝2の側面(画素1の側面)に形成された配線金属3Xを、金属配線3(3A)として用いるようにしている。
つまり、本実施形態では、交差部4を除く画素分離溝2に金属配線3を形成するのにレジストパターン(マスク)20を形成することなく、イオンミリングなどの異方性の高い除去方法では垂直面又はそれに近い面に形成されている配線金属3Xは除去されないで残ってしまうという性質を利用して、画素分離溝2の側面(画素1の側面)に除去されないで残ってしまう配線金属3Xを、金属配線3(3A)として用いるようにしている。
Thus, in this embodiment, when a highly anisotropic removal method such as ion milling is used, the wiring metal 3X that remains without being removed, that is, the side surface of the pixel isolation trench 2 (side surface of the pixel 1). The wiring metal 3X formed in (1) is used as the metal wiring 3 (3A).
That is, in the present embodiment, the metal wiring 3 is formed in the pixel isolation trench 2 excluding the intersecting portion 4 without forming the resist pattern (mask) 20, and the removal method having high anisotropy such as ion milling is vertical. By utilizing the property that the wiring metal 3X formed on the surface or a surface close thereto is not removed, the wiring metal 3X that remains without being removed on the side surface of the pixel isolation trench 2 (side surface of the pixel 1) is removed. The metal wiring 3 (3A) is used.

このため、画素分離溝の底部に金属配線を形成する場合(図9,図10参照)のように、画素分離溝の幅を広くする必要がなく、したがって、有効画素面積が小さくなり、感度が低下することもない。逆に、画素1の側面に金属配線3(3A)が形成されるため、これが反射板として機能し、入射した赤外線が外部へ逃げないようにすることができ、感度向上に寄与することになる。   For this reason, it is not necessary to increase the width of the pixel separation groove as in the case where metal wiring is formed at the bottom of the pixel separation groove (see FIGS. 9 and 10), and therefore the effective pixel area is reduced and the sensitivity is improved. There is no decline. On the contrary, since the metal wiring 3 (3A) is formed on the side surface of the pixel 1, this functions as a reflecting plate and can prevent incident infrared rays from escaping to the outside, which contributes to improvement in sensitivity. .

但し、この場合、画素周辺部(画素1の側面)にしか金属配線3Aが形成されないため、各画素1の側面に形成された金属配線3Aを相互に接続する必要がある。そこで、上述のように、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面にレジストパターン20を形成し、交差部4の底面に金属配線3Bを形成することで、各画素1の側面に形成された金属配線3Aを相互に接続するようにしている。なお、交差部4は比較的開口が大きいため、パターニングは容易である。   However, in this case, since the metal wiring 3A is formed only on the peripheral portion of the pixel (side surface of the pixel 1), it is necessary to connect the metal wiring 3A formed on the side surface of each pixel 1 to each other. Therefore, as described above, the resist pattern 20 is formed on the bottom surface of the intersecting portion 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, and the metal wiring 3B is formed on the bottom surface of the intersecting portion 4, so that the side surface of each pixel 1 is formed. The formed metal wiring 3A is connected to each other. Since the intersection 4 has a relatively large opening, patterning is easy.

以下、このような方法によって金属配線3を形成している理由を説明する。
まず、表面側に金属配線を形成する場合、画素分離溝の底面に金属配線を形成することが考えられる(図9参照)。
しかしながら、実際に画素分離溝の底面にパターニングする場合、画素分離溝の幅をかなり広くする必要があるため、各画素の面積を小さくすることになり、この結果、感度が落ちてしまうため、実用的ではない。
Hereinafter, the reason why the metal wiring 3 is formed by such a method will be described.
First, when forming a metal wiring on the surface side, it is conceivable to form a metal wiring on the bottom surface of the pixel separation groove (see FIG. 9).
However, when the patterning is actually performed on the bottom surface of the pixel separation groove, the width of the pixel separation groove needs to be considerably widened, so that the area of each pixel is reduced, and as a result, the sensitivity is lowered, so that it is practically used. Not right.

また、画素分離溝の底面に表面配線を形成するために、画素分離溝の底面を覆うようにレジストを形成し(図10参照)、不要な配線金属を除去すると、削られた金属のカスがレジストの表面に付着し、レジストを除去した後に、画素分離溝の底面に形成された表面配線上にバリとなって残ってしまうことになる(図11参照)。
このようなバリが残っていると、後の製造工程で剥がれるなどして、プロセスに悪影響を及ぼす可能性があるため、好ましくない。通常、画素分離溝の底面に表面配線を形成するためのレジストパターンに沿って発生したバリは、直線状で長いため、剥がれて再付着すると、例えば画素間でショートが発生する等の不良の原因となりかねない。
Further, in order to form the surface wiring on the bottom surface of the pixel separation groove, a resist is formed so as to cover the bottom surface of the pixel separation groove (see FIG. 10), and when unnecessary wiring metal is removed, scraped metal residue is formed. After adhering to the surface of the resist and removing the resist, burrs remain on the surface wiring formed on the bottom surface of the pixel separation groove (see FIG. 11).
If such burrs remain, it may be adversely affected by a process such as peeling off in a later manufacturing process, which is not preferable. Normally, burrs generated along the resist pattern for forming the surface wiring on the bottom surface of the pixel isolation groove are linear and long, so if they peel off and reattach, the cause of defects such as short circuit between pixels, for example It can be.

また、図5(A),(a)に示すように、画素分離溝内の全面(側面及び底面)に金属配線を形成することも考えられる。
この場合、図5(B),(b)に示すように、画素分離溝の幅よりも若干幅を広くしてレジストパターンを形成することになる。これは、画素分離溝内のレジストの厚さが非常に厚くなっている領域を避けるようにレジストパターンを形成しないと、レジストの現像がうまくできないからである。このため、実質的な有効画素面積が小さくなり、信号が低下し、感度低下につながるため、好ましくない。また、この場合も、上述の画素分離溝の底面に金属配線を形成する場合(図9参照)と同様に、画素分離溝に沿ってレジストパターンを形成する必要があり、また、レジストパターンも大きいため、バリが発生し、後の製造工程で剥がれるなどして、プロセスに悪影響を及ぼす可能性がある。また、直線状で長いバリが発生することもあり、例えば画素間でショートが発生する等の不良の原因となりかねない。
In addition, as shown in FIGS. 5A and 5A, it is also conceivable to form metal wiring on the entire surface (side surface and bottom surface) in the pixel isolation trench.
In this case, as shown in FIGS. 5B and 5B, the resist pattern is formed with a width slightly larger than the width of the pixel separation groove. This is because the resist cannot be developed successfully unless a resist pattern is formed so as to avoid a region where the thickness of the resist in the pixel separation groove is very large. For this reason, the effective effective pixel area is reduced, the signal is lowered, and the sensitivity is lowered. Also in this case, it is necessary to form a resist pattern along the pixel separation groove as in the case where the metal wiring is formed on the bottom surface of the pixel separation groove (see FIG. 9), and the resist pattern is also large. For this reason, burrs may be generated and peeled off in a later manufacturing process, which may adversely affect the process. In addition, straight and long burrs may occur, which may cause defects such as a short circuit between pixels.

さらに、イオンミリングの際のバリ対策として、図6(A),(B)に示すように、レジストをベーキングによって丸く成形することも考えられる。
これは、イオンミリングによって飛散してレジスト表面に付着した金属カスが、その後のイオンミリングによって除去されるようにするためである。
つまり、図6(A)に示すように、レジストの端面が垂直になっていると、その垂直端面に付着した金属カスがイオンミリングによって削られず、最後まで残ってしまい、バリが発生してしまう。このため、図6(B)に示すように、レジストを高温でベーキングして形状に丸みを持たせ、端面がウェハに対して垂直にならないようにし、レジスト端面に付着した金属カスが、その後のイオンミリングによって削られるようにして、バリが残りにくくすることが考えられる。
Further, as a countermeasure against burrs during ion milling, it is conceivable to form the resist in a round shape by baking as shown in FIGS.
This is because the metal residue scattered by the ion milling and adhering to the resist surface is removed by the subsequent ion milling.
That is, as shown in FIG. 6A, when the end face of the resist is vertical, the metal residue adhering to the vertical end face is not scraped by ion milling and remains until the end, resulting in burrs. . For this reason, as shown in FIG. 6B, the resist is baked at a high temperature to round the shape so that the end face does not become perpendicular to the wafer. It is conceivable that burrs are less likely to remain by scraping by ion milling.

しかしながら、レジストベーキング工程を経ることでレジストパターンの幅は多少広がってしまうため、実質的な有効画素面積が小さくなり、信号が低下し、感度低下につながるため、好ましくない。また、ベーキングによるレジスト成形を行なったとしても、バリが無くなるとは限らない。
そこで、本実施形態では、上述のように、交差部4を除いて画素分離溝2はあえてレジストパターン(マスク)20を形成せずに、イオンミリングなどの異方性の高い除去方法を用いた場合に画素分離溝2の側面(画素1の側面;基板に対して垂直な面)に除去されないで残ってしまう配線金属3Xを、金属配線3(3A)として用いるようにしている。そして、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面のみにレジストパターン20を形成し、交差部4の底面に金属配線3Bを形成することで、各画素1の側面に形成された金属配線3Aを相互に接続するようにしている。
However, since the width of the resist pattern is somewhat widened through the resist baking process, the effective effective pixel area is reduced, the signal is lowered, and the sensitivity is lowered, which is not preferable. Moreover, even if resist molding is performed by baking, burrs are not always eliminated.
Therefore, in the present embodiment, as described above, the pixel separation groove 2 is not formed with a resist pattern (mask) 20 except for the intersection 4, and a highly anisotropic removal method such as ion milling is used. In this case, the wiring metal 3X that remains without being removed on the side surface of the pixel separation groove 2 (the side surface of the pixel 1; the surface perpendicular to the substrate) is used as the metal wiring 3 (3A). Then, the resist pattern 20 is formed only on the bottom surface of the intersecting portion 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, and the metal wiring 3B is formed on the bottom surface of the intersecting portion 4, thereby forming the metal formed on the side surface of each pixel 1 The wiring 3A is connected to each other.

このように、画素分離溝2の側面に金属配線3Aを形成するのにレジストを使用しないため、この部分ではバリが全く発生しない。また、複数の画素分離溝2が交差する交差部4は、比較的広いため、削られた金属のカスの逃げが良く(図11参照)、バリが発生しにくい。しかしながら、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面、画素分離溝2の側面(画素1の側面)から上部コンタクト層15の表面を露出させた第2コンタクト穴8までの領域、及び、バンプ形成領域から共通コンタクト層13の表面を露出させた第2コンタクト穴7(コンタクト溝5)までの領域に金属配線3B〜3Dを形成するためにレジストを使用するため、この部分で多少のバリの発生がある。しかし、後の製造工程で剥がれるなどして、プロセスに悪影響を及ぼすほどのバリが発生することはない。また、これらの領域に形成されるレジストパターン20は小さく、画素分離溝に沿って形成されるレジストパターンに沿って発生するバリのように直線状で長いバリが発生することはないため、万が一バリが剥がれても、画素間のショートの原因になるようなことはない。   Thus, since no resist is used to form the metal wiring 3A on the side surface of the pixel separation groove 2, no burrs are generated at this portion. Further, since the intersecting portion 4 where the plurality of pixel separating grooves 2 intersect is relatively wide, the scraped metal residue is easy to escape (see FIG. 11), and burrs are hardly generated. However, a region from the bottom surface of the intersection 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect, the side surface of the pixel separation groove 2 (side surface of the pixel 1) to the second contact hole 8 where the surface of the upper contact layer 15 is exposed, and The resist is used to form the metal wirings 3B to 3D in the region from the bump formation region to the second contact hole 7 (contact groove 5) where the surface of the common contact layer 13 is exposed. There are burrs. However, burrs that cause adverse effects on the process, such as peeling off in a later manufacturing process, do not occur. In addition, since the resist pattern 20 formed in these regions is small and no long burrs are generated in a straight line unlike the burrs generated along the resist pattern formed along the pixel separation groove, the burrs are not generated. Even if it peels off, it does not cause a short circuit between pixels.

ところで、上述のようして金属配線3(3A〜3D)を形成し、レジストパターン20を除去した後、図4(A),(a)に示すように、さらに表面上(表面全体)にパッシベーション膜30を形成し、図4(B),(b)に示すように、例えば画素中央部分にバンプ接続用のコンタクト穴31を開ける。そして、図4(C),(c)に示すように、例えば蒸着によって金属バンプ(ここではInバンプ)9を形成する。これにより、量子井戸型赤外線イメージセンサ素子(QWIP素子)が完成する。   By the way, after forming the metal wiring 3 (3A to 3D) as described above and removing the resist pattern 20, as shown in FIGS. 4A and 4A, the passivation is further performed on the surface (entire surface). A film 30 is formed, and as shown in FIGS. 4B and 4B, for example, a contact hole 31 for bump connection is formed in the center of the pixel. Then, as shown in FIGS. 4C and 4C, metal bumps 9 (here, In bumps) 9 are formed by vapor deposition, for example. Thereby, a quantum well type infrared image sensor element (QWIP element) is completed.

したがって、本実施形態にかかるイメージセンサ及びその製造方法によれば、例えば耐熱サイクル性や感度などの特性を劣化させることなく、バリができるだけ発生しないようにしながら、表面金属配線3を容易に形成できるようになり、バンプの数を減らして、多画素化による高解像度化を実現することができるという利点がある。
なお、上述の実施形態では、複数の画素分離溝2が交差する交差部4の底面に形成される金属配線(接続用金属配線)3Bを、交差部4の底面に部分的に形成しているが、これに限られるものではなく、例えば、隣接する4つの画素1のそれぞれの側面に形成された金属配線3Aが相互に接続されるように、交差部4の底面の全面に金属配線3Bを形成するようにしても良い(図1参照)。
Therefore, according to the image sensor and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, the surface metal wiring 3 can be easily formed while preventing burrs from occurring as much as possible without degrading characteristics such as heat cycle characteristics and sensitivity. Thus, there is an advantage that the number of bumps can be reduced and high resolution can be realized by increasing the number of pixels.
In the above-described embodiment, the metal wiring (connecting metal wiring) 3B formed on the bottom surface of the intersecting portion 4 where the plurality of pixel separation grooves 2 intersect is partially formed on the bottom surface of the intersecting portion 4. However, the present invention is not limited to this. For example, the metal wiring 3B is formed on the entire bottom surface of the intersection 4 so that the metal wirings 3A formed on the side surfaces of the four adjacent pixels 1 are connected to each other. You may make it form (refer FIG. 1).

また、上述の実施形態では、接続用金属配線3Bを交差部4に形成しているが、これに限られるものではなく、全画素1の上部コンタクト層15にバイアス電圧を印加できるように、全画素1が接続されるように形成されていれば良い。例えば、接続用金属配線3Bは、画素分離溝の底面の一部分に形成されていれば良い。この場合、金属配線3は、画素分離溝2の表面においては画素分離溝2の側面及び底面の一部分のみに形成されることになる。特に、接続用金属配線3Bは、複数の画素1のうち隣接する画素1を相互に接続するように画素分離溝2の底面の一部分に形成するのが好ましい。この場合、金属配線3は、画素分離溝2の表面においては、画素分離溝2の側面、及び、複数の画素1のうち隣接する画素1を相互に接続するように画素分離溝2の底面の一部分のみに形成されることになる。   Further, in the above-described embodiment, the connection metal wiring 3B is formed at the intersecting portion 4. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to apply a bias voltage to the upper contact layer 15 of all the pixels 1 so that the bias voltage can be applied. What is necessary is just to form so that the pixel 1 may be connected. For example, the connection metal wiring 3B may be formed on a part of the bottom surface of the pixel separation groove. In this case, the metal wiring 3 is formed only on a part of the side surface and the bottom surface of the pixel separation groove 2 on the surface of the pixel separation groove 2. In particular, the connection metal wiring 3B is preferably formed on a part of the bottom surface of the pixel separation groove 2 so as to connect adjacent pixels 1 among the plurality of pixels 1 to each other. In this case, the metal wiring 3 is formed on the side surface of the pixel separation groove 2 on the surface of the pixel separation groove 2 and on the bottom surface of the pixel separation groove 2 so as to connect adjacent pixels 1 among the plurality of pixels 1. It will be formed only in part.

このように、上述の実施形態のものに対して、接続用金属配線3Bを設ける位置や形状を変える場合は、それに応じて、レジストパターン(マスク)の位置や形状を変えれば良い。
例えば、交差部4の底面の全面に金属配線3Bを形成する場合(図1参照)は、隣接する4つの画素1のそれぞれの側面を構成する画素分離溝2の側面に形成された配線金属3Xが相互に接続されるように、交差部4の底面の全面にレジストパターンを形成すれば良い。
As described above, when the position and shape of the connection metal wiring 3B are changed with respect to those of the above-described embodiment, the position and shape of the resist pattern (mask) may be changed accordingly.
For example, when the metal wiring 3B is formed on the entire bottom surface of the intersecting portion 4 (see FIG. 1), the wiring metal 3X formed on the side surface of the pixel isolation trench 2 that constitutes each side surface of the four adjacent pixels 1 is used. A resist pattern may be formed on the entire bottom surface of the intersecting portion 4 so as to be connected to each other.

また、例えば、金属配線3を、画素分離溝2の表面においては画素分離溝2の側面及び底面の一部分のみに形成する場合は、マスクを、画素分離溝2においては画素分離溝2の底面に形成された配線金属3Xの一部分のみを覆うように形成すれば良い。
また、例えば、金属配線3を、画素分離溝2の表面においては、画素分離溝2の側面、及び、複数の画素1のうち隣接する画素1を相互に接続するように画素分離溝2の底面の一部分のみに形成する場合は、マスクを、画素分離溝2においては複数の画素1のうち隣接する画素1の側面を構成する画素分離溝2の側面に形成された配線金属3Xが相互に接続されるように、画素分離溝2の底面に形成された配線金属3Xの一部分のみを覆うように形成すれば良い。
For example, when the metal wiring 3 is formed only on a part of the side surface and the bottom surface of the pixel separation groove 2 on the surface of the pixel separation groove 2, a mask is formed on the bottom surface of the pixel separation groove 2 in the pixel separation groove 2. What is necessary is just to form so that only a part of formed wiring metal 3X may be covered.
Further, for example, the metal wiring 3 is arranged on the surface of the pixel separation groove 2 on the side surface of the pixel separation groove 2 and the bottom surface of the pixel separation groove 2 so as to connect adjacent pixels 1 among the plurality of pixels 1. In the pixel separation groove 2, the wiring metal 3 </ b> X formed on the side surface of the pixel separation groove 2 that forms the side surface of the adjacent pixel 1 in the pixel separation groove 2 is connected to each other. As described above, it may be formed so as to cover only a part of the wiring metal 3X formed on the bottom surface of the pixel separation groove 2.

なお、上述の実施形態では、本発明を、2波長QWIPによって各画素を構成した量子井戸型赤外線イメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、本発明は、複数の画素(検知素子)が分離溝で分離されて二次元的に配列されているイメージセンサ(アレイチップ)であって、表面側に形成される金属配線によって全画素を接続する必要のあるものに広く適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a quantum well infrared image sensor in which each pixel is configured by two-wavelength QWIP is described as an example. However, the present invention is not limited to this. The present invention is an image sensor (array chip) in which a plurality of pixels (detecting elements) are separated two-dimensionally by separating grooves, and all the pixels are connected by metal wiring formed on the surface side. Can be widely applied to what is needed.

例えば、吸収層に量子ドットや量子細線を用いた赤外線イメージセンサに本発明を適用することもできる。また、例えば、可視光の検知に用いるイメージセンサに本発明を適用することもできる。また、例えば、吸収層としてMQW層を用いているが、これ以外の構造あるいは半導体層を用いることもできる。
また、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
For example, the present invention can also be applied to an infrared image sensor using quantum dots or quantum wires for the absorption layer. For example, the present invention can be applied to an image sensor used for detection of visible light. For example, although an MQW layer is used as the absorption layer, other structures or semiconductor layers can be used.
In addition, the present invention is not limited to the configuration described in the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの概略を示す模式図であって、(A)はその平面図であり、(B)は(A)のA−A線に沿う断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the outline of the image sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: (A) is the top view, (B) is sectional drawing which follows the AA line of (A). 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの構成を示す模式図であって、(A)は(B)のB−B線に沿う断面図であり、(B)はその平面図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the image sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: (A) is sectional drawing which follows the BB line of (B), (B) is the top view. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法を説明するための模式図であって、(A)〜(D)はその平面図、(a)〜(d)は(A)〜(D)のX−X線に沿う断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the image sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: (A)-(D) is the top view, (a)-(d) is (A)-(D It is sectional drawing which follows the XX line. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法を説明するための模式図であって、(A)〜(C)はその平面図、(a)〜(c)は(A)〜(C)のX−X線に沿う断面図である。It is a schematic diagram for demonstrating the manufacturing method of the image sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: (A)-(C) is the top view, (a)-(c) is (A)-(C It is sectional drawing which follows the XX line. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法の創案過程で考慮された方法を説明するための模式図であって、(A),(B)はその平面図、(a),(b)は(A),(B)のX−X線に沿う断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram for demonstrating the method considered in the creation process of the manufacturing method of the image sensor concerning one Embodiment of this invention, Comprising: (A), (B) is the top view, (a), (b) ) Is a cross-sectional view taken along line XX of (A) and (B). (A),(B)は本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法の創案過程で考慮された方法を説明するための模式的断面図である。(A), (B) is typical sectional drawing for demonstrating the method considered in the creation process of the manufacturing method of the image sensor concerning one Embodiment of this invention. 従来の赤外線イメージセンサの構成を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional infrared image sensor. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法の創案過程で考慮された方法を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for explaining the method considered in the creation process of the manufacturing method of the image sensor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法の創案過程で考慮された方法を説明するための模式的平面図である。It is a typical top view for explaining the method considered in the creation process of the manufacturing method of the image sensor concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態にかかるイメージセンサの製造方法の創案過程で考慮された方法を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the method considered in the creation process of the manufacturing method of the image sensor concerning one Embodiment of this invention. 本発明の課題を説明するための図面代用写真である。It is a drawing substitute photograph for demonstrating the subject of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 画素
2 画素分離溝
3,3A〜3D 金属配線(表面配線)
3X 配線金属
4 交差部
5 コンタクト溝
6 パッシベーション膜(絶縁膜)
7 第1コンタクト穴
8 第2コンタクト穴
9 バンプ
10 半導体基板
11 下部コンタクト層
12 第1MQW層(吸収層)
13 共通コンタクト層
14 第2MQW層(吸収層)
15 上部コンタクト層
20 マスク(レジストパターン)
30 パッシベーション膜
31 バンプ接続用のコンタクト穴
1 pixel 2 pixel separation groove 3, 3A-3D metal wiring (surface wiring)
3X wiring metal 4 intersection 5 contact groove 6 passivation film (insulating film)
7 First contact hole 8 Second contact hole 9 Bump 10 Semiconductor substrate 11 Lower contact layer 12 First MQW layer (absorption layer)
13 Common contact layer 14 Second MQW layer (absorption layer)
15 Upper contact layer 20 Mask (resist pattern)
30 Passivation film 31 Contact hole for bump connection

Claims (6)

二次元的に配列された複数の画素と、
前記複数の画素を分離する複数の画素分離溝と、
前記複数の画素の全てを接続するように表面側に形成された金属配線とを備え、
前記金属配線は、前記画素分離溝の表面においては前記画素分離溝の側面及び底面の一部分のみに形成されていることを特徴とするイメージセンサ。
A plurality of pixels arranged two-dimensionally;
A plurality of pixel separation grooves for separating the plurality of pixels;
A metal wiring formed on the surface side so as to connect all of the plurality of pixels,
The image sensor according to claim 1, wherein the metal wiring is formed only on a part of a side surface and a bottom surface of the pixel separation groove on a surface of the pixel separation groove.
前記底面の一部分に形成された前記金属配線は、前記複数の画素のうち隣接する画素を相互に接続するように形成されていることを特徴とする、請求項1記載のイメージセンサ。   The image sensor according to claim 1, wherein the metal wiring formed on a part of the bottom surface is formed so as to connect adjacent pixels among the plurality of pixels. 前記底面の一部分は、前記複数の画素分離溝が交差する交差部であることを特徴とする、請求項1又は2記載のイメージセンサ。   The image sensor according to claim 1, wherein a part of the bottom surface is an intersection where the plurality of pixel separation grooves intersect. 前記画素は、下部コンタクト層、一の波長帯域の光を吸収する第1吸収層、共通コンタクト層、他の波長帯域の光を吸収する第2吸収層、上部コンタクト層を順に積層した構造を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載のイメージセンサ。   The pixel has a structure in which a lower contact layer, a first absorption layer that absorbs light in one wavelength band, a common contact layer, a second absorption layer that absorbs light in another wavelength band, and an upper contact layer are sequentially stacked. The image sensor according to claim 1, wherein the image sensor is an image sensor. 前記複数の画素の表面側に前記各画素に一つずつ形成されたバンプと、
前記バンプと前記共通コンタクト層とを接続するバンプ接続用金属配線とを備え、
前記金属配線は、前記画素分離溝の側面に形成された部分と、前記交差部の底面に形成された部分と、前記上部コンタクト層と前記画素分離溝の側面に形成された部分とを接続する部分とを有することを特徴とする、請求項4記載のイメージセンサ。
A bump formed on the surface side of the plurality of pixels, one for each pixel;
Bump connection metal wiring for connecting the bump and the common contact layer,
The metal wiring connects a portion formed on the side surface of the pixel isolation trench, a portion formed on the bottom surface of the intersection, and a portion formed on the side surface of the pixel isolation trench. The image sensor according to claim 4, further comprising a portion.
基板上に、半導体積層構造を形成し、
二次元的に配列された複数の画素が形成されるように前記半導体積層構造に複数の画素分離溝を形成し、
表面上に配線金属を形成し、
前記画素分離溝においては前記画素分離溝の底面に形成された前記配線金属の一部分のみを覆うようにマスクを形成し、
前記画素分離溝の側面に形成された前記配線金属が残るように異方性エッチングによって前記配線金属を除去して金属配線を形成することを特徴とするイメージセンサの製造方法。
A semiconductor laminated structure is formed on the substrate,
Forming a plurality of pixel separation grooves in the semiconductor stacked structure so that a plurality of pixels arranged two-dimensionally are formed;
Forming wiring metal on the surface,
In the pixel separation groove, a mask is formed so as to cover only a part of the wiring metal formed on the bottom surface of the pixel separation groove,
A method of manufacturing an image sensor, comprising: forming a metal wiring by removing the wiring metal by anisotropic etching so that the wiring metal formed on a side surface of the pixel separation groove remains.
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