JP2009194206A - Solid-state image pickup device and its manufacturing method, and electronic information equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、玄関監視カメラや車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, and a manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a still camera, an image input camera such as a front door monitoring camera or an in-vehicle camera, a scanner, a facsimile, and a camera-equipped mobile phone device.
上述した従来の固体撮像素子は、撮像部にCCD(電荷結合素子)が2次元状に配列され、この撮像部およびその周辺回路部の形成後に、画像ノイズの原因になる暗電流の抑制のために水素雰囲気中でアニール処理を行っている。 In the conventional solid-state imaging device described above, CCDs (charge coupled devices) are two-dimensionally arranged in the imaging unit, and after the imaging unit and its peripheral circuit unit are formed, dark current that causes image noise is suppressed. Annealing is performed in a hydrogen atmosphere.
図9は、撮像部にCCD(電荷結合素子)を用いた従来の固体撮像素子を模式的に示す平面図である。 FIG. 9 is a plan view schematically showing a conventional solid-state imaging device using a CCD (charge coupled device) in the imaging unit.
図9において、従来の固体撮像素子100は、中央部の有効画素領域Aの周辺を、OB(オプティカルブラック=光学的黒)領域Bが取り囲み、さらにその周辺部に、有効画素領域Aにおける電荷転送駆動などを制御するための周辺回路が配設された周辺回路領域Cが設けられた平面構造をしている。このOB領域Bからの黒基準データを基準値として、有効画素領域Aからの画像データを信号出力することにより、画像ノイズの原因になる暗電流ノイズ成分を除去している。 In FIG. 9, in the conventional solid-state imaging device 100, an OB (optical black = optical black) region B surrounds the periphery of the effective pixel region A in the central portion, and charge transfer in the effective pixel region A is further performed in the peripheral portion. The planar structure is provided with a peripheral circuit region C in which peripheral circuits for controlling driving and the like are provided. By using the black reference data from the OB area B as a reference value and outputting the image data from the effective pixel area A as a signal, dark current noise components that cause image noise are removed.
この固体撮像素子100の要部断面積層構造の一例を図10(a)および図10(b)に示している。 An example of the cross-sectional laminated structure of the main part of the solid-state imaging device 100 is shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b).
図10(a)は、従来の固体撮像素子100の有効画素領域Aとその周囲のOB領域Bとの境界部付近を示す縦断面図であり、図10(b)は、そのOB領域Bの周囲の周辺回路領域Cの要部を示す縦断面図である。なお、ここでは、図9の領域と同様の領域には同一の符号を付して説明する。 FIG. 10A is a longitudinal sectional view showing the vicinity of the boundary between the effective pixel region A of the conventional solid-state imaging device 100 and the surrounding OB region B, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a peripheral circuit area C around. In the following description, the same reference numerals are assigned to the same regions as those in FIG.
図10(a)および図10(b)において、従来の固体撮像素子100は、有効画素領域AおよびOB領域Bにおいて、半導体基板101の表面側に、入射光を受光して光電変換する複数の受光部102が行列方向に2次元状に配列され、各受光部102で光電変換された信号電荷を読み出して電荷転送する電荷転送領域103が設けられている。この電荷転送領域103を含む領域上にゲート絶縁膜104を介して電荷転送電極105が形成されている。一方、周辺回路領域C側では、電荷転送電極105を形成する前のポリシリコン層または金属層105aのままである。
続いて、この電荷転送電極105上に絶縁膜106を介して第1遮光膜107が形成され、さらにその上の基板全面に絶縁膜108が形成されている。
10 (a) and 10 (b), the conventional solid-state imaging device 100 has a plurality of light receiving and photoelectrically converting incident light on the surface side of the semiconductor substrate 101 in the effective pixel region A and the OB region B. The light receiving units 102 are arranged in a two-dimensional array in the matrix direction, and a charge transfer region 103 is provided to read out and transfer the signal charges photoelectrically converted by the respective light receiving units 102. A charge transfer electrode 105 is formed on the region including the charge transfer region 103 via a gate insulating film 104. On the other hand, on the peripheral circuit region C side, the polysilicon layer or the metal layer 105a before the charge transfer electrode 105 is formed remains.
Subsequently, a first light-shielding film 107 is formed on the charge transfer electrode 105 via an insulating film 106, and an insulating film 108 is further formed on the entire surface of the substrate.
その後、その絶縁膜108上のOB領域B側には、OB領域B上を全て遮光するように第2遮光膜を構成するメタル層109が形成されている。この第2遮光膜を構成するメタル層109は、周辺回路領域C側では同一工程でかつ同一層で形成された周辺回路のメタル配線層(メタル層109)として用いられる。さらに、これらの絶縁膜108およびメタル層109上の基板全面にプラズマ窒化膜などの酸素や水分の浸入を防ぐパッシベーション膜110が形成されている。このパッシベーション膜110を用いて熱処理を行うことにより、基板表面の暗電流を抑制するために残留水素によるシンター処理が行われる。
このパッシベーション膜110の表面は、その下方の受光部102と電荷転送電極105が反映されて受光部102側で凹んだレンズ状になっている。有効画素領域Aにおいて、この凹んだ位置でかつ各受光部102に対応するように集光用のインナーレンズ111がそれぞれ形成される。
これらのパッシベーション膜110およびインナーレンズ111上に、表面を平坦化するための透明な平坦化膜112が形成される。この平坦化膜112上に、オンチップによる、カラーフィルター層113、さらにその上に平坦化膜114を介してオンチップレンズ115が形成される。
このように、従来の固体撮像素子100では、要求される遮光特性を得るために、OB領域Bの第1遮光膜107および第2遮光膜を構成するメタル層109の積層構造として2重に用いている。
Thereafter, on the OB region B side on the insulating film 108, a metal layer 109 constituting the second light shielding film is formed so as to shield all light from the OB region B. The metal layer 109 constituting the second light shielding film is used as a metal wiring layer (metal layer 109) of the peripheral circuit formed in the same process and the same layer on the peripheral circuit region C side. Further, a passivation film 110 that prevents intrusion of oxygen and moisture such as a plasma nitride film is formed on the entire surface of the insulating film 108 and the metal layer 109. By performing heat treatment using the passivation film 110, sintering treatment with residual hydrogen is performed in order to suppress dark current on the substrate surface.
The surface of the passivation film 110 has a lens shape that is recessed on the light receiving unit 102 side, reflecting the light receiving unit 102 and the charge transfer electrode 105 below the surface. In the effective pixel region A, condensing inner lenses 111 are formed so as to correspond to the light receiving portions 102 at the recessed positions.
A transparent planarizing film 112 for planarizing the surface is formed on the passivation film 110 and the inner lens 111. An on-chip color filter layer 113 is formed on the planarizing film 112, and an on-chip lens 115 is formed thereon via a planarizing film 114.
As described above, in the conventional solid-state imaging device 100, in order to obtain the required light shielding characteristics, the stacked structure of the metal layer 109 constituting the first light shielding film 107 and the second light shielding film in the OB region B is used twice. ing.
このように、OB領域Bに2重に遮光膜を形成した場合に、第2遮光膜を構成するメタル層109が周囲のメタル配線と同一工程でかつ同一層により作るので、第2遮光膜の膜厚が厚くなってしまい、有効画素領域AとOB領域Bとの境界部で大きい段差が生じてしまう。これによって、その後のインナーレンズ111の形成不良(傾きおよび変形)やその上の平坦化膜112による平坦化が充分にできずに尚も段差が残り、さらにその後のカラーフィルター113の膜厚や形状が不均一になったり、更にその上のオンチップレンズ115の膜厚や形状も不均一になったりして、有効画素領域の周辺部に対応する表示画面上の位置で額縁状の色ムラや感度ムラを引き起こし、程度によっては撮像不良となってしまう。 As described above, when the light shielding film is formed in the OB region B in a double manner, the metal layer 109 constituting the second light shielding film is formed by the same process and the same layer as the surrounding metal wiring. The film thickness is increased, and a large step is generated at the boundary between the effective pixel area A and the OB area B. As a result, the subsequent formation failure (tilt and deformation) of the inner lens 111 and the flattening by the flattening film 112 on the inner lens 111 cannot be sufficiently performed, and the level difference still remains, and the film thickness and shape of the color filter 113 thereafter. Or the thickness and shape of the on-chip lens 115 on the on-chip lens 115 are also non-uniform, and the frame-like color unevenness or the like at the position on the display screen corresponding to the peripheral portion of the effective pixel region. Sensitivity unevenness is caused, and depending on the degree, imaging failure occurs.
これを解決するために、例えば特許文献1〜3が図11〜図13のように提案されている。なお、図11〜図13では、図10に示した受光部102および電荷転送領域103についてはここでは特に関係しないので省略して示している。 In order to solve this, for example, Patent Documents 1 to 3 have been proposed as shown in FIGS. In FIG. 11 to FIG. 13, the light receiving unit 102 and the charge transfer region 103 shown in FIG. 10 are omitted because they are not particularly related here.
特許文献1では、図11に示すように、光学的黒領域であるOB領域Bの第2遮光膜を構成するメタル層109下の絶縁膜108のみをエッチングして段差の低減を図っている。このように、OB領域Bの絶縁膜108の薄膜化は、絶縁膜108を形成後、有効画素領域Aと周辺回路領域Cをフォトレジスト膜でマスキングして、OB領域Bの絶縁膜108だけドライエッチングすることにより、絶縁膜108の一部を膜厚方向にエッチング除去して薄膜の絶縁膜108aとする。このようにして、有効画素領域Aの絶縁膜108の表面と、OB領域Bの第2遮光膜を構成するメタル層109の表面との間の段差を、OB領域Bの絶縁膜108を薄膜化した分だけ低減することができる。
特許文献2では、図12に示すように、OB領域Bの第2遮光膜を構成するメタル層109下の絶縁膜108aだけではなく、より平坦性をより図るために、周辺回路領域Cのメタル配線(メタル層109)下の絶縁膜108aも、絶縁膜108からエッチングして薄膜化を図ることにより、有効画素領域AとOB領域Bとの境界部での段差の低減を図っている。
In Patent Document 1, as shown in FIG. 11, the step is reduced by etching only the insulating film 108 under the metal layer 109 constituting the second light-shielding film in the OB region B which is an optical black region. As described above, the insulating film 108 in the OB region B is thinned by forming the insulating film 108 and then masking the effective pixel region A and the peripheral circuit region C with the photoresist film, so that only the insulating film 108 in the OB region B is dried. By etching, a part of the insulating film 108 is etched away in the film thickness direction to form a thin insulating film 108a. In this way, the step between the surface of the insulating film 108 in the effective pixel region A and the surface of the metal layer 109 constituting the second light-shielding film in the OB region B is reduced, and the insulating film 108 in the OB region B is thinned. It can be reduced by the amount.
In Patent Document 2, as shown in FIG. 12, not only the insulating film 108a under the metal layer 109 constituting the second light-shielding film in the OB region B, but also the metal in the peripheral circuit region C for more flatness. The insulating film 108a under the wiring (metal layer 109) is also thinned by etching from the insulating film 108, thereby reducing the level difference at the boundary between the effective pixel region A and the OB region B.
特許文献3では、図13に示すように、周辺回路領域Cのメタル配線(メタル層109)は必要配線容量分の膜厚で形成する必要があるが、OB領域Bの遮光膜としては更に薄くても良いため、第2遮光膜を構成するメタル層109からAl−Cu層(メタル層)のみを途中までエッチングして第2遮光膜を構成するメタル層109Aとして薄膜化を図ることにより、有効画素領域AとOB領域Bとの境界部での更なる段差の低減を図っている。
しかしながら、上記特許文献1〜3においても、有効画素領域AとOB領域Bとの境界部に尚も段差が残ることにより、有効画素領域AとOB領域Bと境界部付近で、後のインナーレンズ111の形成や、絶縁膜112の形成後のオンチップ層形成時のカラーフィルター113、さらにはオンチップレンズ形成工程などで、各部材の膜厚や形状が不均一に形成されてしまう。これによって、その有効画素領域Aの周辺部分で、オンチップレンズ115やインナーレンズ111から入射/集光した入射光が受光部102(光電変換部;フォトダイオード部)、第1遮光膜107の開口部に適正に入射できないことや、カラーフィルター113の膜厚異常による色特性の変動などにより、額縁状の感度ムラ(感度不均一)や色ムラ(色不均一)が発生してしまい、程度によっては撮像不良が生じてしまう虞もある。 However, in the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, since the step still remains at the boundary between the effective pixel region A and the OB region B, the rear inner lens in the vicinity of the effective pixel region A and the OB region B and the boundary. The film thickness and shape of each member are formed unevenly in the formation of the color filter 113 during the formation of the on-chip layer after the formation of the insulating film 112 and the insulating film 112, and the on-chip lens formation process. As a result, incident light incident / condensed from the on-chip lens 115 and the inner lens 111 in the peripheral portion of the effective pixel region A is opened in the light receiving unit 102 (photoelectric conversion unit; photodiode unit) and the first light shielding film 107. Depending on the degree, frame-like sensitivity unevenness (non-sensitivity) and color non-uniformity (color non-uniformity) may occur due to changes in color characteristics due to abnormal film thickness of the color filter 113, etc. May cause imaging defects.
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、各領域間での段差部を更に低減することにより、有効画素領域の周辺部での額縁状の感度ムラおよび色ムラを更に改善することができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子が画像入力デバイスとして撮像部に設けられたカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and can further improve frame-like sensitivity unevenness and color unevenness in the peripheral portion of the effective pixel region by further reducing the stepped portion between the regions. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can be used, a manufacturing method thereof, and an electronic information device such as a mobile phone with a camera in which the solid-state imaging device is provided in an imaging unit as an image input device.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に黒基準信号を得るためのOB領域が設けられ、該信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送電極上に第1遮光膜さらにその上に絶縁膜が設けられ、該OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜が設けられた固体撮像素子において、 該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、該OB領域の絶縁膜上に、該第2遮光膜を構成する少なくとも一構成材料と同一材料層で別工程により別途形成されて該第2遮光膜が薄膜化されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is provided with an OB region for obtaining a black reference signal around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is disposed, In a solid-state imaging device in which a first light-shielding film is further provided on a charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and a second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region. Only the insulating film formed in the OB region is thinned, and is formed separately on the insulating film in the OB region by a separate process with the same material layer as at least one constituent material constituting the second light shielding film. Thus, the second light-shielding film is thinned, and the above object is achieved.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に黒基準信号を得るためのOB領域が設けられ、該信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送電極上に第1遮光膜さらにその上に絶縁膜が設けられ、該OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜が設けられた固体撮像素子において、 該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、該OB領域の絶縁膜上に該第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層が取り除かれて薄膜化されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is provided with an OB region for obtaining a black reference signal around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is disposed, In a solid-state imaging device in which a first light-shielding film is further provided on a charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and a second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region. Only the insulating film formed in the OB region is thinned, and at least one constituent layer constituting the second light shielding film is removed on the insulating film in the OB region to reduce the thickness. This achieves the above object.
また、本発明の固体撮像素子におけるOB領域の周囲に周辺回路領域が設けられ、該周辺回路領域のメタル配線層は、メタル層を上下のバリアメタル層で挟んだ積層構造であり、該OB領域の第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層と同一材料により形成されている。 Further, in the solid-state imaging device of the present invention, a peripheral circuit region is provided around the OB region, and the metal wiring layer of the peripheral circuit region has a laminated structure in which the metal layer is sandwiched between upper and lower barrier metal layers, and the OB region The second light-shielding film is made of the same material as at least one constituent layer.
さらに、本発明の固体撮像素子における下側のバリアメタル層、真中のメタル層および上側のバリアメタル層のうちの少なくともいずれかが取り除かれて前記第2遮光膜が薄膜化されている。 Furthermore, at least one of the lower barrier metal layer, the middle metal layer, and the upper barrier metal layer in the solid-state imaging device of the present invention is removed to make the second light shielding film thinner.
さらに、本発明の固体撮像素子において、前記OB領域のメタル配線層のみ除去された絶縁膜上に前記メタル配線層を構成する少なくとも一構成層により新たに形成されている。 Furthermore, in the solid-state imaging device of the present invention, the metal wiring layer is newly formed on at least one constituent layer constituting the metal wiring layer on the insulating film from which only the metal wiring layer in the OB region has been removed.
さらに、本発明の固体撮像素子において、前記下側のバリアメタル層はTi層/TiN層の積層であり、真中のメタル層はAl−Cu層であり、上側のメタル層はTiN層である。 Furthermore, in the solid-state imaging device of the present invention, the lower barrier metal layer is a laminate of Ti layer / TiN layer, the middle metal layer is an Al—Cu layer, and the upper metal layer is a TiN layer.
さらに、本発明の固体撮像素子において、前記有効画素領域の絶縁膜上にインナーレンズ、カラーフィルターおよびオンチップレンズのうちの少なくともいずれかが設けられている。 Furthermore, in the solid-state imaging device of the present invention, at least one of an inner lens, a color filter, and an on-chip lens is provided on the insulating film in the effective pixel region.
さらに、本発明の固体撮像素子において、前記有効画素領域と前記OB領域の境界の段差を構成する前記第2遮光膜の端部にテーパまたは丸みが形成されている。 Furthermore, in the solid-state imaging device of the present invention, a taper or a roundness is formed at an end portion of the second light shielding film constituting a step at the boundary between the effective pixel region and the OB region.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に周辺回路領域が設けられ、該信号電荷を電荷転送するための有効画素領域の各電荷転送電極上に設けられた多層配線層の層数と、該周辺回路領域の多層配線層の層数とが異なる場合に、該有効画素領域と該周辺回路領域との境界部において生じる段差を緩和するように、段差の付いた多層配線層上の絶縁膜の表面にテーパが付けられているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device of the present invention, a peripheral circuit region is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided, and the signal charge is transferred to the charge. The effective pixel region and the peripheral circuit region when the number of multilayer wiring layers provided on each charge transfer electrode in the effective pixel region and the number of multilayer wiring layers in the peripheral circuit region are different The surface of the insulating film on the multilayer wiring layer having a step is tapered so as to alleviate the step generated at the boundary between the two and the above object.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に黒基準信号を得るOB領域が設けられ、該OB領域の周辺に周辺回路領域が設けられており、該信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送電極上に第1遮光膜さらにその上に絶縁膜が設けられ、該OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該絶縁膜上に、該OB領域および該周辺回路領域にメタル配線層を成膜するメタル配線層成膜工程と、該OB領域のメタル配線層を除去すると共に、該OB領域の絶縁膜が薄膜化された絶縁膜上に前記第2遮光膜材として該メタル配線層の少なくとも一構成層を成膜する第2遮光膜材成膜工程と、該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, an OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving portions for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided. A peripheral circuit region is provided around the OB region, and a first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is further provided on the charge transfer electrode. In a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a second light-shielding film is provided on an insulating film, a metal wiring layer film forming step for forming a metal wiring layer on the OB region and the peripheral circuit region on the insulating film; Removing the metal wiring layer in the OB region and forming at least one constituent layer of the metal wiring layer as the second light shielding film material on the insulating film in which the insulating film in the OB region is thinned Film forming step, second light-shielding film and the periphery Those having a second light-shielding film metal wiring forming step of forming metal wiring of the road area, the objects can be achieved.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に黒基準信号を得るOB領域が設けられ、該OB領域の周辺に周辺回路領域が設けられており、該信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送電極上に第1遮光膜さらにその上に絶縁膜が設けられ、該OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該OB領域および該周辺回路領域の絶縁膜上に、メタル配線層の一部を構成するメタル配線層を成膜する一部メタル配線層成膜工程と、該OB領域の一部メタル配線層のみを除去しかつ該OB領域の絶縁膜が薄膜化された絶縁膜上に、該第2遮光膜材および該メタル配線層として該メタル配線層の残る構成層を成膜する第2遮光膜・メタル配線層成膜工程と、該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, an OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving portions for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided. A peripheral circuit region is provided around the OB region, and a first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is further provided on the charge transfer electrode. In the method for manufacturing a solid-state imaging device in which the second light-shielding film is provided on the insulating film, a metal wiring layer constituting a part of the metal wiring layer is formed on the insulating film in the OB region and the peripheral circuit region. A step of forming a part of the metal wiring layer, and removing the part of the metal wiring layer in the OB region and forming the second light shielding film material and the metal wiring on the insulating film in which the insulating film in the OB region is thinned As a layer, the remaining constituent layer of the metal wiring layer is formed 2 light-shielding film / metal wiring layer film forming step, and a second light-shielding film / metal wiring forming step for forming the second light-shielding film and the metal wiring in the peripheral circuit region. Achieved.
本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して信号電荷を生成するための複数の受光部が配設された有効画素領域の周辺に黒基準信号を得るOB領域が設けられ、該OB領域の周辺に周辺回路領域が設けられており、該信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送電極上に第1遮光膜さらにその上に絶縁膜が設けられ、該OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜が設けられた固体撮像素子の製造方法において、該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化し、該OB領域および該周辺回路領域の絶縁膜上に、メタル配線層の全部または一部を構成する全部または一部メタル配線層成膜工程と、該OB領域の全部または一部メタル配線層の一部を除去した膜上に、該第2遮光膜材および該メタル配線層として該メタル配線層の残る構成層がある場合に該残る構成層を成膜する第2遮光膜・メタル配線層成膜工程と、該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, an OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving portions for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided. A peripheral circuit region is provided around the OB region, and a first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is further provided on the charge transfer electrode. In the manufacturing method of the solid-state imaging device in which the second light-shielding film is provided on the insulating film, only the insulating film formed in the OB region is thinned, and a metal wiring layer is formed on the insulating film in the OB region and the peripheral circuit region. And forming the second light-shielding film material and the metal on the film from which all or a part of the metal wiring layer constituting the whole or a part of the OB region is removed and part of the metal wiring layer of the OB region is removed. A structure in which the metal wiring layer remains as a wiring layer A second light-shielding film / metal wiring layer forming step for forming the remaining constituent layer when there is a layer, and a second light-shielding film / metal wiring forming for forming the second light-shielding film and the metal wiring in the peripheral circuit region And the above object is achieved thereby.
また、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記有効画素領域の絶縁膜上にインナーレンズ、カラーフィルターおよびオンチップレンズのうちの少なくともうずれかを形成する工程を更に有する。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention further includes a step of forming at least one of an inner lens, a color filter, and an on-chip lens on the insulating film in the effective pixel region.
さらに、本発明の固体撮像素子の製造方法において、等方性エッチングにより、前記絶縁膜と段差を構成する前記OB領域の第2遮光膜の端部にテーパまたは丸みを形成して該段差を緩和する段差緩和工程をさらに有する。 Furthermore, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step is reduced by forming a taper or a round at the end of the second light shielding film in the OB region that forms a step with the insulating film by isotropic etching. And a step relief process.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子が画像入力デバイスとして撮像部に設けられたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the electronic information device of the present invention, the solid-state imaging device of the present invention is provided as an image input device in an imaging unit, thereby achieving the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、このOB領域の絶縁膜上に、第2遮光膜を構成する少なくとも一構成材料と同一材料層で別工程で別途形成されて第2遮光膜が薄膜化されているかまたは、OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層が取り除かれて薄膜化されている。 In the present invention, only the insulating film formed in the OB region is thinned, and on the insulating film in the OB region, at least one constituent material constituting the second light shielding film is separately formed in a separate process. The formed second light-shielding film is thinned, or at least one constituent layer constituting the second light-shielding film is removed and thinned on the insulating film in the OB region.
これによって、OB領域の遮光性を有する遮光膜の膜厚を確保しつつ、有効画素領域とOB領域の境界部での段差を大幅に低減することが可能となる。これによって、後のオンチップ形成における、インナーレンズ、平坦化膜、カラーフィルターおよびオンチップレンズなどの膜厚や形状の均一性が向上できて、感度ムラや色ムラを改善して画質の向上が図られる。 As a result, it is possible to significantly reduce the step at the boundary between the effective pixel region and the OB region while ensuring the thickness of the light shielding film having the light shielding property in the OB region. This can improve the uniformity of the film thickness and shape of the inner lens, flattening film, color filter, on-chip lens, etc. in later on-chip formation, and improve the image quality by improving the sensitivity unevenness and color unevenness. Figured.
また、上記従来構成の課題として、特許文献1、2の絶縁膜のようにエッチングによって絶縁膜の薄膜化を図る場合、第1遮光膜までエッチング除去部分が至らないようにする必要がある。また、特許文献3の第2遮光膜のようにAl−Cu層の途中まで第2遮光膜自体をエッチングして薄膜化を図ることにより段差低減を図ったりしている。これらの場合には、エッチング除去量をエッチング時間により制御するしかなく、ロット間のエッチング後の残膜制御性が難しく膜厚の均一性が悪くなってしまう。 Further, as a problem of the above-described conventional configuration, when the insulating film is thinned by etching like the insulating films of Patent Documents 1 and 2, it is necessary to prevent the etching removal portion from reaching the first light shielding film. Further, like the second light-shielding film in Patent Document 3, the second light-shielding film itself is etched partway through the Al—Cu layer to reduce the thickness, thereby reducing the level difference. In these cases, the amount of etching removal must be controlled by the etching time, and the control of the remaining film after etching between lots is difficult, resulting in poor film thickness uniformity.
これを解決するように、従来技術にあるOB領域上の絶縁膜の薄膜化やAl配線膜のエッチングによる薄膜化に比較して、段差低減時のAl−Cu層からTi層/TiN層へのエッチング加工など、エッチング終点検知器(EPD;エンドポイントディテクタ)にて正確に終点検知処理ができるため、ロット間のバラツキを制御することも可能となって、OB領域B上の段差低減膜厚の均一性を向上させることができる。 In order to solve this problem, the Al-Cu layer is reduced from the Al-Cu layer to the Ti layer / TiN layer when the level difference is reduced, as compared with the conventional method of reducing the thickness of the insulating film on the OB region and the thickness of the Al wiring film by etching. Etching end point detector (EPD; end point detector) can accurately perform end point detection processing such as etching processing, so that variation between lots can be controlled, and the step thickness reduction film thickness on the OB area B can be reduced. Uniformity can be improved.
以上により、本発明のよれば、OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、OB領域の絶縁膜上に、第2遮光膜を構成する少なくとも一構成材料と同一材料層で別工程で別途形成されて第2遮光膜が薄膜化されているかまたは、OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層が取り除かれて薄膜化されているため、各領域間での段差部が更に低減されて、有効画素領域の周辺部での額縁状の感度ムラおよび色ムラを更に改善することができる。 As described above, according to the present invention, only the insulating film formed in the OB region is thinned, and the same material layer as the at least one constituent material constituting the second light shielding film is separated on the insulating film in the OB region. The second light-shielding film is formed separately in the process and is thinned, or at least one constituent layer constituting the second light-shielding film is removed on the insulating film in the OB region and thinned. The step portion in the above is further reduced, and the frame-like sensitivity unevenness and color unevenness in the peripheral portion of the effective pixel region can be further improved.
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態1〜4および、これを画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器の実施形態5について図面を参照しながら説明する。 Embodiments 1 to 4 of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention and Embodiment 5 of electronic information equipment using the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof as an image input device in an imaging unit will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1(a)は、本発明の固体撮像素子の実施形態1における有効画素領域Aとその周囲のOB領域Bとの境界部付近を示す縦断面図であり、図1(b)は、そのOB領域Bの周囲の周辺回路領域Cの要部を示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a longitudinal sectional view showing the vicinity of the boundary between the effective pixel area A and the surrounding OB area B in Embodiment 1 of the solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a peripheral circuit region C around an OB region B. FIG.
図1(a)および図1(b)において、本実施形態1の固体撮像素子20は、CCD型固体撮像素子であり、半導体基板1の表面側に、入射光を受光して光電変換する複数の受光部2が行列方向に2次元状に配列され、各受光部2で光電変換された信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送領域3が設けられている。この電荷転送領域3を含む領域上にゲート絶縁膜4を介して電荷転送電極5が形成されている。一方、この電荷転送電極5は、周辺回路領域C側では、電荷転送電極5を形成する前のポリシリコン層または金属層5aのままである。さらに、この電荷転送電極5上に絶縁膜6を介して第1遮光膜7が形成され、さらにその上の基板全面に絶縁膜8が形成されている。さらに、その絶縁膜8上のOB(オプティカルブラック=光学的黒)領域B側には、OB領域B上を全て遮光するように第2遮光膜としてのメタル層9Aが形成されている。 In FIG. 1A and FIG. 1B, the solid-state image pickup device 20 of the first embodiment is a CCD solid-state image pickup device, and a plurality of pieces that receive incident light and perform photoelectric conversion on the surface side of the semiconductor substrate 1. Are arranged in a two-dimensional array in the matrix direction, and a charge transfer region 3 is provided for reading out and transferring the signal charges photoelectrically converted by each light receiving unit 2. A charge transfer electrode 5 is formed on a region including the charge transfer region 3 via a gate insulating film 4. On the other hand, the charge transfer electrode 5 remains the polysilicon layer or the metal layer 5a before the charge transfer electrode 5 is formed on the peripheral circuit region C side. Further, a first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 via an insulating film 6, and an insulating film 8 is formed on the entire surface of the substrate thereon. Further, on the OB (optical black = optical black) region B side on the insulating film 8, a metal layer 9A as a second light shielding film is formed so as to shield all light from the OB region B.
この第2遮光膜を構成するメタル層9Aは、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9(図示せず)と、周辺回路領域Cのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層構造/Al−Cu層9b/TiN層9c)とが同一工程で同一層として形成された後に、OB領域B側のメタル層9のみをエッチング除去した後に、そこにTiNスパッタ処理した後に、フォトレジスト膜を用いて通常のメタル配線パターニングを行って第2遮光膜としてのメタル層9A(TiN層)を形成している。 The metal layer 9A constituting the second light shielding film includes a metal layer 9 (not shown) as the second light shielding film in the OB region B and a metal layer 9 (Ti layer / TiN as the metal wiring in the peripheral circuit region C). After the layer structure of the layer 9a / Al-Cu layer 9b / TiN layer 9c) is formed as the same layer in the same process, only the metal layer 9 on the OB region B side is removed by etching, and then TiN sputtering is performed thereon. Thereafter, a normal metal wiring patterning is performed using a photoresist film to form a metal layer 9A (TiN layer) as a second light shielding film.
さらに、これらの絶縁膜8およびメタル層9A、メタル層9上の基板全面に、プラズマ窒化膜などの酸素や水分の浸入を防ぐためのパッシベーション膜10が形成されている。このパッシベーション膜10の表面は、その下方の受光部2と電荷転送電極5との段差が反映されて受光部2側で凹んだレンズ状の表面になっている。有効画素領域Aにおいて、この凹んだ位置でかつ受光部2毎に対応するように集光用のインナーレンズ11がそれぞれ形成されている。 Further, a passivation film 10 for preventing intrusion of oxygen and moisture such as a plasma nitride film is formed on the entire surface of the insulating film 8, the metal layer 9A, and the substrate on the metal layer 9. The surface of the passivation film 10 is a lens-like surface that is recessed on the light receiving unit 2 side, reflecting the step between the light receiving unit 2 and the charge transfer electrode 5 below the passivation film 10. In the effective pixel region A, condensing inner lenses 11 are formed so as to correspond to the recessed positions and for each light receiving unit 2.
これらのパッシベーション膜10およびインナーレンズ11上に、表面を平坦化するための透明な平坦化膜12が形成されている。この平坦化膜12上に、オンチップによる、カラーフィルター層13、さらにその上に平坦化膜14を介してオンチップレンズ15が形成されている。 A transparent flattening film 12 for flattening the surface is formed on the passivation film 10 and the inner lens 11. An on-chip color filter layer 13 is formed on the planarizing film 12, and an on-chip lens 15 is formed thereon via a planarizing film 14.
上記構成の固体撮像素子20の製造方法について説明する。
まず、電荷転送電極5上に第1遮光膜7を、絶縁膜6を介して形成し、その上に絶縁膜8を形成する。
A method for manufacturing the solid-state imaging device 20 having the above configuration will be described.
First, the first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 via the insulating film 6, and the insulating film 8 is formed thereon.
次に、この絶縁膜8に、上下配線接続のためにコンタクトホール(図示せず)を形成し、さらに、OB領域Bおよび周辺回路領域Cにおいて、その上にメタル層9として、厚さ150nm程度のTi層/TiN層9a、厚さ800nmのAl−Cu層9b、さらに厚さ45nmのTiN積層9cのスパッタ処理を順次して成膜した後に図2に示すようにOB領域B上のメタル層9の全てをエッチング除去する。続いて、OB領域B上のみ、メタル層9が除去された絶縁膜8上に、TiNスパッタ処理をして成膜した後に、第2遮光膜としてのメタル層9A(TiN層)を厚さ150nm〜300nm程度(ここでは200nm)で成膜する。 Next, a contact hole (not shown) is formed in the insulating film 8 to connect the upper and lower wirings. Further, in the OB region B and the peripheral circuit region C, a metal layer 9 is formed thereon with a thickness of about 150 nm. After sequentially forming a Ti layer / TiN layer 9a, an Al—Cu layer 9b having a thickness of 800 nm, and a TiN stack 9c having a thickness of 45 nm, a metal layer on the OB region B as shown in FIG. All of 9 is etched away. Subsequently, only on the OB region B, a TiN sputtering process is performed on the insulating film 8 from which the metal layer 9 has been removed, and then a metal layer 9A (TiN layer) as a second light shielding film has a thickness of 150 nm. The film is formed at about ˜300 nm (here, 200 nm).
さらに、これらの絶縁膜8および、第2遮光膜としてのメタル層9A上の基板全面に、図3に示すようにプラズマ窒化膜などのパッシベーション膜10を形成する。
さらに、有効画素領域Aにおいて、図4に示すようにこのパッシベーション膜10上の受光部2に対応する位置に集光用のインナーレンズ11をそれぞれ形成する。これらの上に、平坦化膜12カラーフィルター層13、平坦化膜14さらに集光用のオンチップレンズ15をこの順にそれぞれ形成する。
Further, a passivation film 10 such as a plasma nitride film is formed on the entire surface of the substrate on the insulating film 8 and the metal layer 9A as the second light shielding film, as shown in FIG.
Further, in the effective pixel region A, a condensing inner lens 11 is formed at a position corresponding to the light receiving portion 2 on the passivation film 10 as shown in FIG. On these, a planarizing film 12, a color filter layer 13, a planarizing film 14, and an on-chip lens 15 for condensing are formed in this order.
以上により、本実施形態1によれば、OB領域B上は第2の遮光膜となるTiN層だけになるので、OB領域Bの遮光性を確保しつつ、有効画素領域とOB領域の境界部での段差を大幅に低減することができる。これによって、後のオンチップ形成における、インナーレンズ11、平坦化膜12、カラーフィルターおよびオンチップレンズ15などの膜厚や形状の均一性を向上できて、感度ムラや色ムラを改善して画質の向上を図ることができる。 As described above, according to the first embodiment, since only the TiN layer serving as the second light shielding film is formed on the OB area B, the boundary between the effective pixel area and the OB area is ensured while ensuring the light shielding property of the OB area B. It is possible to greatly reduce the level difference at As a result, the uniformity of the film thickness and shape of the inner lens 11, the planarizing film 12, the color filter, the on-chip lens 15 and the like in the subsequent on-chip formation can be improved. Can be improved.
また、従来技術にあるOB領域B上の絶縁膜の薄膜化やAl配線膜のエッチングによる薄膜化に比較して、段差低減時のAl−Cu層9bからTi層/TiN層9aのエッチング加工をエッチング終点検知器(EPD;エンドポイントディテクタ)にて処理できるため、ロット間のバラツキを制御することが可能となり、OB領域B上の段差低減膜厚の均一性を向上させることができる。 Also, compared with the conventional technique of thinning the insulating film on the OB region B and thinning the Al wiring film by etching, the etching process of the Al layer / TiN layer 9a from the Al-Cu layer 9b at the time of step reduction is performed. Since it can be processed by an etching end point detector (EPD; end point detector), it becomes possible to control the variation between lots and improve the uniformity of the step-reduced film thickness on the OB region B.
(実施形態2)
図5(a)は、本発明の固体撮像素子の実施形態2における有効画素領域Aとその周囲のOB領域Bとの境界部付近を示す縦断面図であり、図5(b)は、そのOB領域Bの周囲の周辺回路領域Cの要部を示す縦断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5A is a longitudinal sectional view showing the vicinity of the boundary between the effective pixel region A and the surrounding OB region B in the second embodiment of the solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a peripheral circuit region C around an OB region B. FIG.
図5(a)および図5(b)において、本実施形態2の固体撮像素子21は、半導体基板1の表面側に、入射光を受光して光電変換する複数の受光部2が行列方向に2次元状に配列され、各受光部2で光電変換された信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送領域3が設けられている。この電荷転送領域3を含む半導体領域上にゲート絶縁膜4を介して電荷転送電極5が形成されている。一方、この電荷転送電極5は、周辺回路領域C側では、電荷転送電極5を形成する前のポリシリコン層または金属層5aのままである。さらに、この電荷転送電極5上に絶縁膜6を介して第1遮光膜7が形成され、さらにその上の基板全面に絶縁膜8が形成されている。さらに、その絶縁膜8上のOB(オプティカルブラック=光学的黒)領域B側には、OB領域B上を全て遮光するように第2遮光膜としてのメタル層9Bが形成されている。 5A and 5B, in the solid-state imaging device 21 of the second embodiment, a plurality of light receiving units 2 that receive incident light and perform photoelectric conversion are arranged in a matrix direction on the surface side of the semiconductor substrate 1. A charge transfer region 3 is provided which is arranged in a two-dimensional manner and reads out the signal charge photoelectrically converted by each light receiving unit 2 and transfers the charge. A charge transfer electrode 5 is formed on the semiconductor region including the charge transfer region 3 via a gate insulating film 4. On the other hand, the charge transfer electrode 5 remains the polysilicon layer or the metal layer 5a before the charge transfer electrode 5 is formed on the peripheral circuit region C side. Further, a first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 via an insulating film 6, and an insulating film 8 is formed on the entire surface of the substrate thereon. Further, on the OB (optical black = optical black) region B side on the insulating film 8, a metal layer 9B as a second light shielding film is formed so as to shield all light from the OB region B.
この第2遮光膜を構成するメタル層9Bは、OB領域Bおよび周辺回路領域Cにおいて、Ti層/TiN層9aの積層をそれぞれスパッタリングして成膜した後に、Al−Cu層9bをスパッタリングして成膜し、OB領域BのAl−Cu層9bのみ、エッチング終点検知器(EPD)を用いて周波長を見ながらエッチング除去してTi層/TiN層9aでエッチングストップさせ、OB領域Bにおいて、その上にTiN積層9cをスパッタリングして成膜し、フォトレジスト膜により通常のメタル配線パターニングを行って、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9B(Ti層/TiN層9a/TiN層9c)を形成すると共に、周辺回路領域Cのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層構造/Al−Cu層9b/TiN層9c)を形成している。 The metal layer 9B constituting the second light shielding film is formed by sputtering the Ti layer / TiN layer 9a in the OB region B and the peripheral circuit region C, and then sputtering the Al—Cu layer 9b. Only the Al-Cu layer 9b in the OB region B is removed by etching while watching the peripheral wavelength using an etching end point detector (EPD), and the etching is stopped at the Ti layer / TiN layer 9a. A TiN laminate 9c is formed thereon by sputtering, and a normal metal wiring patterning is performed using a photoresist film, so that a metal layer 9B (Ti layer / TiN layer 9a / TiN layer) as a second light shielding film in the OB region B is formed. 9c) and a metal layer 9 (Ti layer / TiN layer 9a laminated structure / Al-Cu layer 9b / iN layer 9c) to form a.
さらに、これらの絶縁膜8および、第2遮光膜としてのメタル層9B、メタル層9上の基板全面に、プラズマ窒化膜などの酸素や水分の浸入を防ぐためのパッシベーション膜10が形成されている。このパッシベーション膜10の表面は、その下方の受光部2と電荷転送電極5との段差が反映されて受光部2側で凹んだレンズ状の表面になっている。有効画素領域Aにおいて、この凹んだ位置でかつ受光部2毎に対応するように集光用のインナーレンズ11がそれぞれ形成されている。 Further, a passivation film 10 for preventing intrusion of oxygen and moisture such as a plasma nitride film is formed on the insulating film 8, the metal layer 9B as the second light shielding film, and the entire surface of the substrate on the metal layer 9. . The surface of the passivation film 10 is a lens-like surface that is recessed on the light receiving unit 2 side, reflecting the step between the light receiving unit 2 and the charge transfer electrode 5 below the passivation film 10. In the effective pixel region A, condensing inner lenses 11 are formed so as to correspond to the recessed positions and for each light receiving unit 2.
これらのパッシベーション膜10およびインナーレンズ11上に、表面を平坦化するための透明な平坦化膜12が形成されている。この平坦化膜12上に、オンチップによる、カラーフィルター層13、さらにその上に平坦化膜14を介してオンチップレンズ15が形成されている。 A transparent flattening film 12 for flattening the surface is formed on the passivation film 10 and the inner lens 11. An on-chip color filter layer 13 is formed on the planarizing film 12, and an on-chip lens 15 is formed thereon via a planarizing film 14.
上記構成の固体撮像素子21の製造方法について説明する。
まず、電荷転送電極5上に第1遮光膜7を、絶縁膜6を介して形成し、その上に絶縁膜8を形成する。
A method for manufacturing the solid-state imaging device 21 having the above-described configuration will be described.
First, the first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 via the insulating film 6, and the insulating film 8 is formed thereon.
次に、この絶縁膜8に、上下配線接続のためにコンタクトホール(図示せず)を形成し、さらに、OB領域Bおよび周辺回路領域Cにおいて、絶縁膜8上にTi層/TiN層9aの積層膜を膜厚150nmでスパッタ処理により成膜し、さらにその上からAl−Cu層9bを膜厚800nmでスパッタ処理して成膜する。
続いて、OB領域BのAl−Cu層9bのみ、エッチング終点検知器(EPD)を用いて周波長を見ながらエッチング除去してTi層/TiN層9aの位置でエッチングストップさせる。
Next, a contact hole (not shown) is formed in the insulating film 8 to connect the upper and lower wirings. Further, in the OB region B and the peripheral circuit region C, the Ti layer / TiN layer 9a is formed on the insulating film 8. A laminated film is formed by sputtering at a thickness of 150 nm, and an Al—Cu layer 9b is further formed thereon by sputtering at a thickness of 800 nm.
Subsequently, only the Al—Cu layer 9b in the OB region B is removed by etching using the etching end point detector (EPD) while watching the peripheral wavelength, and the etching is stopped at the position of the Ti layer / TiN layer 9a.
その後、OB領域BのTi層/TiN層9a上および周辺回路領域CのAl−Cu層9b上に、TiN積層9cを膜厚50nmでスパッタ処理により成膜し、フォトレジスト膜により通常のメタル配線パターニングを行って、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9B(Ti層/TiN層9aの積層構造/TiN層9c)を形成すると共に、周辺回路領域Cのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層構造/Al−Cu層9b/TiN層9c)を電荷転送に充分な膜厚で形成することができる。
さらに、これらの絶縁膜8上および、第2遮光膜としてのメタル層9B上の基板全面にプラズマ窒化膜などのパッシベーション膜10を形成する。
さらに、有効画素領域Aのパッシベーション膜10上の受光部2に対応する位置に集光用のインナーレンズ11をそれぞれ形成する。これらの上に、平坦化膜12、カラーフィルター層13、平坦化膜14さらに集光用のオンチップレンズ15をこの順にそれぞれ形成する。
Thereafter, a TiN laminate 9c is formed by sputtering on the Ti layer / TiN layer 9a in the OB region B and the Al-Cu layer 9b in the peripheral circuit region C, and a normal metal wiring is formed by a photoresist film. Patterning is performed to form a metal layer 9B (Ti layer / laminated structure of TiN layer 9a / TiN layer 9c) as the second light-shielding film in the OB region B, and at the same time, the metal layer 9 as the metal wiring in the peripheral circuit region C (Ti layer / TiN layer 9a laminated structure / Al—Cu layer 9b / TiN layer 9c) can be formed with a thickness sufficient for charge transfer.
Further, a passivation film 10 such as a plasma nitride film is formed on the entire surface of the substrate on these insulating films 8 and on the metal layer 9B as the second light shielding film.
Further, a condensing inner lens 11 is formed at a position corresponding to the light receiving portion 2 on the passivation film 10 in the effective pixel region A. On these, a planarizing film 12, a color filter layer 13, a planarizing film 14, and an on-chip lens 15 for condensing are formed in this order.
以上により、本実施形態3によれば、OB領域B上は第2遮光膜となるTi層/TiN層9aの積層膜/TiN層9cだけになるので、OB領域Bとしての遮光に必要な膜厚(ここでは200nm)を確保しつつ、有効画素領域AとOB領域Bの境界部での段差を大幅に低減することができる。これによって、後のオンチップ形成における、インナーレンズ11、平坦化膜12、カラーフィルターおよびオンチップレンズ15などの膜厚や形状の均一性を向上できて、感度ムラや色ムラを改善して画質の向上を図ることができる。 As described above, according to the third embodiment, since only the Ti layer / TiN layer 9a laminated film / TiN layer 9c serving as the second light shielding film is formed on the OB region B, the film necessary for light shielding as the OB region B. The step at the boundary between the effective pixel region A and the OB region B can be significantly reduced while ensuring the thickness (here, 200 nm). As a result, the uniformity of the film thickness and shape of the inner lens 11, the planarizing film 12, the color filter, the on-chip lens 15 and the like in the subsequent on-chip formation can be improved. Can be improved.
また、従来技術にあるOB領域B上の絶縁膜の薄膜化やAl配線膜のエッチングによる薄膜化に比較して、段差低減時のAl−Cu層9bのエッチング加工をエッチング終点検知器(EPD;エンドポイントディテクタ)にて正確に処理できるため、ロット間のバラツキを制御することが可能となり、OB領域B上の段差低減膜厚の均一性をより向上させることができる。
(実施形態3)
図6(a)は、本発明の固体撮像素子の実施形態3における有効画素領域Aとその周囲のOB領域Bとの境界部付近を示す縦断面図であり、図6(b)は、そのOB領域Bの周囲の周辺回路領域Cの要部を示す縦断面図である。
In addition, the etching process of the Al—Cu layer 9b at the time of the step reduction is compared with the thinning of the insulating film on the OB region B and the thinning of the Al wiring film in the prior art by the etching end point detector (EPD; Since the processing can be performed accurately by the end point detector), it is possible to control the variation between lots, and the uniformity of the step-reduced film thickness on the OB region B can be further improved.
(Embodiment 3)
FIG. 6A is a longitudinal sectional view showing the vicinity of the boundary between the effective pixel area A and the surrounding OB area B in Embodiment 3 of the solid-state imaging device of the present invention, and FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a main part of a peripheral circuit region C around an OB region B. FIG.
図6(a)および図6(b)において、本実施形態2の固体撮像素子22は、半導体基板1の表面側に、入射光を受光して光電変換する複数の受光部2が行列方向に2次元状に配列され、各受光部2で光電変換された信号電荷を読み出して電荷転送するための電荷転送領域3が設けられている。この電荷転送領域3を含む半導体領域上にゲート絶縁膜4を介して電荷転送電極5が形成されている。一方、この電荷転送電極5は、周辺回路領域C側では、電荷転送電極5を形成する前のポリシリコン層または金属層5aのままである。さらに、この電荷転送電極5上に絶縁膜6を介して第1遮光膜7が形成され、さらにその上には、有効画素領域A側で絶縁膜8が形成され、OB(オプティカルブラック=光学的黒)領域B側では絶縁膜8よりも薄膜の絶縁膜8aに形成されている。さらに、その絶縁膜8a上のOB領域B側は、OB領域B上を全て遮光するように第2遮光膜としてのメタル層9Cが形成されている。 6A and 6B, in the solid-state imaging device 22 according to the second embodiment, a plurality of light receiving units 2 that receive incident light and perform photoelectric conversion are arranged in a matrix direction on the surface side of the semiconductor substrate 1. A charge transfer region 3 is provided which is arranged in a two-dimensional manner and reads out the signal charge photoelectrically converted by each light receiving unit 2 and transfers the charge. A charge transfer electrode 5 is formed on the semiconductor region including the charge transfer region 3 via a gate insulating film 4. On the other hand, the charge transfer electrode 5 remains the polysilicon layer or the metal layer 5a before the charge transfer electrode 5 is formed on the peripheral circuit region C side. Further, a first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 with an insulating film 6 interposed therebetween. Further, an insulating film 8 is formed on the effective pixel region A side, and OB (optical black = optical On the black (B) region B side, the insulating film 8a is thinner than the insulating film 8. Further, on the OB region B side on the insulating film 8a, a metal layer 9C as a second light shielding film is formed so as to shield all light from the OB region B.
この第2遮光膜を構成するメタル層9Cは、周辺回路領域Cのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層/Al−Cu層9b/TiN積層9c)の形成工程において、OB領域Bおよび周辺回路領域C全面へのバリアメタルスパッタによってTi層/TiN積層9aを成膜した後に、段差低減のために、OB領域Bのみのバリアメタル(Ti/TiN積層9a)のエッチング除去とその下地層の絶縁膜8の薄膜化を行い、その後、Al−Cu層9bおよびTiN層9cのスパッタリングを順次行って第2遮光膜としてのメタル層9C(Al−Cu層9b/TiN層9c)を形成すると共に、周辺回路領域Cのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層/Al−Cu層9b/TiN積層9c)を形成している。 In the formation process of the metal layer 9C (Ti layer / TiN layer 9a / Al-Cu layer 9b / TiN layer 9c) as the metal wiring in the peripheral circuit region C, the metal layer 9C constituting the second light shielding film After the Ti layer / TiN stack 9a is formed by barrier metal sputtering on the entire surface of the OB region B and the peripheral circuit region C, the barrier metal (Ti / TiN stack 9a) only in the OB region B is removed by etching to reduce the level difference. Then, the insulating film 8 of the underlying layer is thinned, and then the Al—Cu layer 9b and the TiN layer 9c are sequentially sputtered to form a metal layer 9C (Al—Cu layer 9b / TiN layer 9c) as a second light shielding film. ) And a metal layer 9 (Ti layer / TiN layer 9a / Al—Cu layer 9b / TiN layer 9c) as a metal wiring in the peripheral circuit region C is formed.
さらに、これらの絶縁膜8および、第2遮光膜としてのメタル層9C、メタル層9上の基板全面に、プラズマ窒化膜などの酸素や水分の浸入を防ぐためのパッシベーション膜10が形成されている。このパッシベーション膜10上の、受光部2に対応した各位置にインナーレンズ11がそれぞれ形成されている。 Further, a passivation film 10 for preventing intrusion of oxygen and moisture, such as a plasma nitride film, is formed on the insulating film 8, the metal layer 9C as the second light shielding film, and the entire surface of the substrate on the metal layer 9. . Inner lenses 11 are formed on the passivation film 10 at respective positions corresponding to the light receiving unit 2.
これらのパッシベーション膜10およびインナーレンズ11上に、表面を平坦化するための透明な平坦化膜12が形成されている。この平坦化膜12上に、オンチップによる、カラーフィルター層13、さらにその上に平坦化膜14を介してオンチップレンズ15が形成されている。 A transparent flattening film 12 for flattening the surface is formed on the passivation film 10 and the inner lens 11. An on-chip color filter layer 13 is formed on the planarizing film 12, and an on-chip lens 15 is formed thereon via a planarizing film 14.
上記構成の固体撮像素子22の製造方法について説明する。
まず、電荷転送電極5上に第1遮光膜7を、絶縁膜6を介して形成し、その上に絶縁膜8を形成する。
A method for manufacturing the solid-state imaging device 22 having the above-described configuration will be described.
First, the first light-shielding film 7 is formed on the charge transfer electrode 5 via the insulating film 6, and the insulating film 8 is formed thereon.
次に、この絶縁膜8に、上下配線接続のためにコンタクトホール(図示せず)を形成し、さらに、OB領域Bおよび周辺回路領域Cにおいて、メタル層9のうちのTi層/TiN層9aのスパッタ処理を順次して厚さ150nm程度で成膜した後に、フォトレジスト膜を用いてOB領域B上のみ、Ti層/TiN層9aのエッチング除去を行うと共に、その下の絶縁膜8の途中までエッチング除去を行う。 Next, a contact hole (not shown) is formed in the insulating film 8 to connect the upper and lower wirings. Further, in the OB region B and the peripheral circuit region C, the Ti layer / TiN layer 9a of the metal layer 9 is formed. Then, the Ti layer / TiN layer 9a is removed by etching only on the OB region B using a photoresist film, and the insulating film 8 underneath is formed in the middle. Etching is removed.
続いて、OB領域Bの、薄膜化された絶縁膜8上および、周辺回路領域AのTi層/TiN層9a上に、厚さ800nmのAl−Cu層9b、さらに厚さ45nmのTiN積層9cのスパッタ処理を順次して成膜し、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9C(Al−Cu層9b/TiN積層9c)を形成すると共に、周辺回路領域Aのメタル配線としてのメタル層9(Ti層/TiN層9aの積層/Al−Cu層9b/TiN積層9c)を形成する。さらに、これらの絶縁膜8および、第2遮光膜としてのメタル層9Cおよびメタル配線としてのメタル層9上の基板全面にプラズマ窒化膜などのパッシベーション膜10を形成する。 Subsequently, on the thinned insulating film 8 in the OB region B and on the Ti layer / TiN layer 9a in the peripheral circuit region A, an Al—Cu layer 9b having a thickness of 800 nm and a TiN stack 9c having a thickness of 45 nm are further formed. The metal layer 9C (Al—Cu layer 9b / TiN stack 9c) as the second light shielding film in the OB region B is formed and the metal as the metal wiring in the peripheral circuit region A is formed in sequence. Layer 9 (Ti layer / TiN layer 9a / Al-Cu layer 9b / TiN layer 9c) is formed. Further, a passivation film 10 such as a plasma nitride film is formed on the whole surface of the insulating film 8, the metal layer 9C as the second light shielding film, and the metal layer 9 as the metal wiring.
さらに、有効画素領域Aにおいて、このパッシベーション膜10上の各受光部2に対応する位置に各インナーレンズ11をそれぞれ形成する。これらの上に、平坦化膜12、カラーフィルター層13、平坦化膜14さらに集光用のオンチップレンズ15をこの順にそれぞれ形成する。 Further, in the effective pixel region A, each inner lens 11 is formed at a position corresponding to each light receiving portion 2 on the passivation film 10. On these, a planarizing film 12, a color filter layer 13, a planarizing film 14, and an on-chip lens 15 for condensing are formed in this order.
以上により、本実施形態3によれば、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9C(Al−Cu層9b/TiN積層9c)と絶縁膜8の各薄膜化により、有効画素領域AとOB領域Bの境界部での段差を更に低減することができる。この段差の低減によって、後のオンチップ形成における、インナーレンズ11、平坦化膜12、カラーフィルター13およびオンチップレンズ15などの膜厚や形状の均一性を向上させることができて、感度ムラや色ムラを改善でき、画質の向上を図ることができる。 As described above, according to the third embodiment, the effective pixel region A and the metal layer 9C (Al—Cu layer 9b / TiN stack 9c) as the second light shielding film in the OB region B and the insulating film 8 are reduced in thickness. The level difference at the boundary of the OB region B can be further reduced. By reducing this step, it is possible to improve the uniformity of the film thickness and shape of the inner lens 11, the planarizing film 12, the color filter 13 and the on-chip lens 15 in later on-chip formation, Color unevenness can be improved and image quality can be improved.
即ち、本実施形態3では、OB領域Bの絶縁膜8の薄膜化による段差の低減だけでなく、OB領域Bの第2遮光膜の構成膜であるバリア膜(Ti/TiN膜9a)の削除を行い、第2遮光膜自体を薄膜化することにより、更なる段差の低減を図ることができて、有効画素領域Aの周辺部での額縁状の色ムラや感度ムラを改善することができる。 That is, in the third embodiment, not only the step is reduced by reducing the thickness of the insulating film 8 in the OB region B, but the barrier film (Ti / TiN film 9a) that is the constituent film of the second light shielding film in the OB region B is deleted. By reducing the thickness of the second light-shielding film itself, it is possible to further reduce the level difference, and to improve the frame-like color unevenness and sensitivity unevenness in the periphery of the effective pixel region A. .
なお、本実施形態3において、OB領域Bの第2遮光膜としてのメタル層9C(Al−Cu層9b/TiN積層9c)と有効画素領域Aの絶縁膜8の表面との境界に段差が形成されているが、この段差にテーパを付けるかまたは丸みを持たせることにより、有効画素領域AとOB領域Bの境界部での段差が更に軽減されて、その後のインナーレンズ11、平坦化膜12、カラーフィルター13およびオンチップレンズ15などの膜厚や形状の均一性を更に向上させることができて、感度ムラや色ムラを更に改善でき、画質の向上を一層図ることができる。これと同様に、上記実施形態1のメタル層9Aや上記実施形態2のメタル層9Bについても、これと有効画素領域Aの絶縁膜8の表面との境界の段差にテーパを付けるかまたは丸みを持たせることにより、有効画素領域AとOB領域Bの境界部での段差が更に軽減されて、その後のインナーレンズ11、平坦化膜12、カラーフィルター13およびオンチップレンズ15などの膜厚や形状の均一性を更に向上させることができて、感度ムラや色ムラを更に改善でき、画質の向上を一層図ることができる。この場合の段差にテーパを付けるかまたは丸みを持たせる方法として、フォトレジスト膜によるマスク形成工程および等方性エッチング工程とを追加してサイドエッチングを含めることにより、メタル層9A〜9Cの境界部での角部分を取り去ってテーパまたは丸みを形成することができる。
(実施形態4)
本実施形態4では、CMOS型固体撮像素子の有効画素領域Aの多層配線層(例えば2層や3層)よりも、中央部の有効画素領域Aの周辺の周辺回路領域Cの多層配線層(例えば4層や5層)の方が圧倒的に層数が多い場合に、有効画素領域Aとその周囲の周辺回路領域Cとの境界部において大きい段差が生じて、上記実施形態1〜3の段差の場合と同様の有効画素領域Aの周辺部での額縁状の色ムラや感度ムラという不都合が生じるが、上記実施形態1〜3のように第2遮光膜を斜めに形成(テーパを付けて形成)するのではなく、段差の付いた絶縁膜の表面側にテーパを付けることにより、更なる段差の低減を図ることができて、有効画素領域Aと周辺回路領域Cとの境界部での各部材の膜厚や形状の不均一化による額縁状の色ムラや感度ムラを改善することができる。これについて図7を用いて具体的に説明する。
In the third embodiment, a step is formed at the boundary between the metal layer 9C (Al—Cu layer 9b / TiN stack 9c) as the second light shielding film in the OB region B and the surface of the insulating film 8 in the effective pixel region A. However, by tapering or rounding the step, the step at the boundary between the effective pixel region A and the OB region B is further reduced, and the inner lens 11 and the planarizing film 12 thereafter are reduced. Further, the uniformity of film thickness and shape of the color filter 13 and the on-chip lens 15 can be further improved, the sensitivity unevenness and the color unevenness can be further improved, and the image quality can be further improved. Similarly, the step of the boundary between the metal layer 9A of the first embodiment and the metal layer 9B of the second embodiment and the surface of the insulating film 8 in the effective pixel region A is tapered or rounded. As a result, the step at the boundary between the effective pixel area A and the OB area B is further reduced, and the film thickness and shape of the inner lens 11, the planarizing film 12, the color filter 13, the on-chip lens 15 and the like thereafter. Can be further improved, sensitivity unevenness and color unevenness can be further improved, and image quality can be further improved. As a method of tapering or rounding the level difference in this case, a mask formation step and an isotropic etching step using a photoresist film are added and side etching is included so that the boundary portions of the metal layers 9A to 9C The corners at can be removed to form a taper or roundness.
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a multilayer wiring layer (in the peripheral circuit region C around the effective pixel region A in the central portion) (a multilayer wiring layer (for example, two layers or three layers) in the effective pixel region A of the CMOS solid-state imaging device). When the number of layers is, for example, 4 layers or 5 layers), a large step occurs at the boundary between the effective pixel region A and the peripheral circuit region C around the effective pixel region A. Similar to the case of the step, there is an inconvenience of frame-like color unevenness and sensitivity unevenness in the periphery of the effective pixel region A, but the second light-shielding film is formed diagonally (tapered as in the first to third embodiments). Rather than forming the step, the surface of the insulating film having a step can be tapered to further reduce the step, and at the boundary between the effective pixel region A and the peripheral circuit region C. Frame-like color unevenness and feeling due to non-uniform film thickness and shape of each member It is possible to improve the non-uniformity. This will be specifically described with reference to FIG.
図7は、本実施形態4のCMOS型固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。 FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view showing an exemplary configuration of a main part of the CMOS solid-state imaging device of the fourth embodiment.
図7に示すように、本実施形態4のCMOS型固体撮像素子50は、その半導体基板51の表面層として、光電変換部としてのフォトダイオードである受光部52が形成されている。受光部52に隣接して、信号電荷がフローティングディヒュージョン部FDに転送するための電荷転送トランジスタの電荷転送部上には、ゲート絶縁膜を介して引き出し電極であるゲート電極53が設けられている。さらに、この受光部52毎にフローティングディフュージョン部FDに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて各画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路を有している。 As shown in FIG. 7, in the CMOS solid-state imaging device 50 according to the fourth embodiment, a light receiving portion 52 that is a photodiode as a photoelectric conversion portion is formed as a surface layer of the semiconductor substrate 51. Adjacent to the light receiving portion 52, a gate electrode 53 as an extraction electrode is provided via a gate insulating film on the charge transfer portion of the charge transfer transistor for transferring signal charges to the floating diffusion portion FD. . Further, the signal charge transferred to the floating diffusion unit FD is converted into a voltage for each light receiving unit 52, amplified according to the converted voltage, and read out as an imaging signal for each pixel unit. Yes.
このゲート電極53の上方には、この読出回路の回路配線部として、第1絶縁膜54が形成され、その上に第1配線55が形成され、その上に第2絶縁膜56が形成され、その上に第2配線57が形成され、同様に、その上に、第3絶縁膜58、第3配線59さらに第4絶縁膜60がこの順に順次形成されている。
さらに、周辺回路領域Cでは、第4絶縁層60上に、第4配線61が形成され、その上に第5絶縁膜62が形成されている。ここで、有効画素領域A側の第4絶縁層60の表面と、周辺回路領域Cの第5絶縁膜62の表面とは段差がある。この段差を軽減するためにテーパを付けて表面を連続させている。その上にパッシペーション膜63が成膜されている。
Above the gate electrode 53, a first insulating film 54 is formed as a circuit wiring portion of the readout circuit, a first wiring 55 is formed thereon, and a second insulating film 56 is formed thereon, A second wiring 57 is formed thereon, and similarly, a third insulating film 58, a third wiring 59, and a fourth insulating film 60 are sequentially formed thereon in this order.
Further, in the peripheral circuit region C, the fourth wiring 61 is formed on the fourth insulating layer 60, and the fifth insulating film 62 is formed thereon. Here, there is a step between the surface of the fourth insulating layer 60 on the effective pixel region A side and the surface of the fifth insulating film 62 in the peripheral circuit region C. In order to reduce this step, the surface is made continuous with a taper. A passivation film 63 is formed thereon.
有効画素領域A側のパッシペーション膜63上には、受光部52毎に配置されたR,G,Bの各色のカラーフィルタ64が形成され、その上に平坦化膜65を介して受光部52への集光用のマイクロレンズ66が形成されている。 On the passivation film 63 on the effective pixel region A side, color filters 64 of R, G, and B colors arranged for each light receiving portion 52 are formed, and the light receiving portion 52 is interposed thereon via a planarizing film 65. A microlens 66 for condensing light is formed.
本実施形態4によれば、有効画素領域Aと周辺回路領域Cとの境界部において、第4絶縁層60と第5絶縁膜62との各表面をテーパでつなげたので、段差が軽減されて、後のオンチップ形成における、カラーフィルター64およびオンチップレンズ66などの膜厚や形状の均一性を向上させることができて、有効画素領域Aの周辺部での額縁状の色ムラや感度ムラを改善することができ、画質の向上を図ることができる。 According to the fourth embodiment, at the boundary between the effective pixel region A and the peripheral circuit region C, the surfaces of the fourth insulating layer 60 and the fifth insulating film 62 are connected with a taper, so that the level difference is reduced. The uniformity of film thickness and shape of the color filter 64 and the on-chip lens 66 in the subsequent on-chip formation can be improved, and the frame-like color unevenness and sensitivity unevenness in the peripheral portion of the effective pixel region A can be improved. Can be improved, and the image quality can be improved.
(実施形態5)
図8は、本発明の実施形態5として、本発明の実施形態1〜4の固体撮像素子のいずれかを含む固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using, as an imaging unit, a solid-state imaging device including any of the solid-state imaging elements according to Embodiments 1 to 4 of the present invention as Embodiment 5 of the present invention. is there.
図8において、本実施形態5の電子情報機器90は、上記実施形態1〜4の固体撮像素子のいずれかからの撮像信号を各種信号処理してカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段94とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示手段93と、通信手段94と、プリンタなどの画像出力装置95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。 In FIG. 8, an electronic information device 90 according to the fifth embodiment includes a solid-state imaging device 91 that obtains a color image signal by performing various signal processing on an imaging signal from any of the solid-state imaging devices according to the first to fourth embodiments. A memory unit 92 such as a recording medium capable of recording data after processing a color image signal from the solid-state imaging device 91 for recording, and a predetermined signal for displaying the color image signal from the solid-state imaging device 91 The display means 93 such as a liquid crystal display device that can be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen after processing, and the color image signal from the solid-state imaging device 91 can be subjected to communication processing after predetermined signal processing for communication. And a communication means 94 such as a transmission / reception device. The electronic information device 90 is not limited to this, and in addition to the solid-state imaging device 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output device 95 such as a printer. You may have.
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。 As described above, the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner, a facsimile, a camera-equipped mobile phone device and a personal digital assistant (PDA) is conceivable.
したがって、本実施形態5によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力装置95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。 Therefore, according to the fifth embodiment, based on the color image signal from the solid-state imaging device 91, it can be displayed on the display screen, or it can be printed out on the paper by the image output device 95. (Printing), communicating this as communication data in a wired or wireless manner, performing a predetermined data compression process in the memory unit 92 and storing it in a good manner, or performing various data processings satisfactorily Can do.
なお、本実施形態1〜3では、特に説明しなかったが、OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、このOB領域の絶縁膜上に、第2遮光膜を構成する少なくとも一構成材料と同一材料層で別工程で別途形成されて第2遮光膜が薄膜化されているかまたは、OB領域の絶縁膜上に第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層が取り除かれて薄膜化されていれば、各領域間での段差部を更に低減することにより、有効画素領域の周辺部での額縁状の感度ムラおよび色ムラを更に改善する本発明の目的を達成することができる。 Although not particularly described in the first to third embodiments, only the insulating film formed in the OB region is thinned, and at least the second light-shielding film is formed on the insulating film in the OB region. The second light-shielding film is formed in the same material layer as another constituent material in a separate process and thinned, or at least one constituent layer constituting the second light-shielding film is removed on the insulating film in the OB region, and the thin film If it is realized, the object of the present invention for further improving the frame-shaped sensitivity unevenness and color unevenness in the peripheral portion of the effective pixel region can be achieved by further reducing the stepped portion between the regions. .
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜5を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜5に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜5の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-5 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-5. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 5 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、玄関監視カメラや車載用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、各領域間での段差部を更に低減することにより、有効画素領域の周辺部での額縁状の感度ムラおよび色ムラを更に改善することができる。 The present invention relates to a solid-state imaging device configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject and images the same, and a manufacturing method thereof, for example, a digital video camera and a digital device using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit. In the field of electronic information equipment such as digital cameras such as still cameras, image input cameras such as entrance monitoring cameras and in-vehicle cameras, scanners, facsimiles, and camera-equipped mobile phone devices, the level difference between each area is further reduced. As a result, the frame-shaped sensitivity unevenness and color unevenness in the periphery of the effective pixel region can be further improved.
1 半導体基板
2 受光部
3 電荷転送領域
4 ゲート絶縁膜
5 電荷転送電極
5a ポリシリコン層または金属層
9 メタル配線のメタル層
9A 第2遮光膜のメタル層(TiN層)
9B 第2遮光膜のメタル層(Ti層/TiN層/TiN層)
9C 第2遮光膜のメタル層(Al−Cu層/TiN層)
9a Ti層/TiN層の積層構造
9b Al−Cu層
9c TiN層9c
10 パッシベーション膜
11 インナーレンズ
12 平坦化膜
13 カラーフィルター層
14 平坦化膜
15 オンチップレンズ
20、21、22 固体撮像素子
A 有効画素領域
B OB領域
C 周辺回路領域
50 CMOS型固体撮像素子
51 半導体基板
52 受光部
53 ゲート電極
54 第1絶縁膜
55 第1配線
56 第2絶縁膜
57 第2配線
58 第3絶縁膜
59 第3配線
60 第4絶縁膜
61 第4配線
62 第5絶縁膜
63 パッシペーション膜
64 カラーフィルタ
65 平坦化膜
66 マイクロレンズ
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示手段
94 通信手段
95 画像出力装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Light-receiving part 3 Charge transfer area | region 4 Gate insulating film 5 Charge transfer electrode 5a Polysilicon layer or metal layer 9 Metal layer of metal wiring 9A Metal layer (TiN layer) of 2nd light shielding film
9B Metal layer of second light shielding film (Ti layer / TiN layer / TiN layer)
9C Metal layer of second light-shielding film (Al—Cu layer / TiN layer)
9a Laminated structure of Ti layer / TiN layer 9b Al-Cu layer 9c TiN layer 9c
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Passivation film 11 Inner lens 12 Flattening film 13 Color filter layer 14 Flattening film 15 On-chip lens 20, 21, 22 Solid-state image sensor A Effective pixel area B OB area C Peripheral circuit area 50 CMOS type solid-state image sensor 51 Semiconductor substrate 52 Photodetector 53 Gate Electrode 54 First Insulating Film 55 First Wiring 56 Second Insulating Film 57 Second Wiring 58 Third Insulating Film 59 Third Wiring 60 Fourth Insulating Film 61 Fourth Wiring 62 Fifth Insulating Film 63 Passivation Film 64 Color filter 65 Flattening film 66 Micro lens 90 Electronic information equipment 91 Solid-state imaging device 92 Memory unit 93 Display means 94 Communication means 95 Image output device
Claims (15)
該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、該OB領域の絶縁膜上に、該第2遮光膜を構成する少なくとも一構成材料と同一材料層で別工程により別途形成されて該第2遮光膜が薄膜化されている固体撮像素子。 An OB area for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel area in which a plurality of light-receiving portions for photoelectrically converting incident light to generate signal charges is provided, and the signal charges are read and transferred. In the solid-state imaging device in which the first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode and the second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region.
Only the insulating film formed in the OB region is thinned, and is formed separately on the insulating film in the OB region by a separate process with the same material layer as at least one constituent material constituting the second light shielding film. A solid-state imaging device in which the second light-shielding film is thinned.
該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化されていると共に、該OB領域の絶縁膜上に該第2遮光膜を構成する少なくとも一構成層が取り除かれて薄膜化されている固体撮像素子。 An OB area for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel area in which a plurality of light-receiving portions for photoelectrically converting incident light to generate signal charges is provided, and the signal charges are read and transferred. In the solid-state imaging device in which the first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode and the second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region.
A solid-state imaging device in which only the insulating film formed in the OB region is thinned, and at least one constituent layer constituting the second light-shielding film is removed on the insulating film in the OB region.
該絶縁膜上に、該OB領域および該周辺回路領域にメタル配線層を成膜するメタル配線層成膜工程と、
該OB領域のメタル配線層を除去すると共に、該OB領域の絶縁膜が薄膜化された絶縁膜上に前記第2遮光膜材として該メタル配線層の少なくとも一構成層を成膜する第2遮光膜材成膜工程と、
該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 An OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided, and a peripheral circuit region is provided around the OB region. A first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is provided thereon; and a second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region. In the manufacturing method of the solid-state imaging device,
A metal wiring layer film forming step for forming a metal wiring layer on the insulating film in the OB region and the peripheral circuit region;
Removing the metal wiring layer in the OB region and forming at least one constituent layer of the metal wiring layer as the second light shielding film material on the insulating film in which the insulating film in the OB region is thinned A film material forming step;
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a second light-shielding film / metal wiring forming step of forming the second light-shielding film and metal wiring in the peripheral circuit region.
該OB領域および該周辺回路領域の絶縁膜上に、メタル配線層の一部を構成するメタル配線層を成膜する一部メタル配線層成膜工程と、
該OB領域の一部メタル配線層のみを除去しかつ該OB領域の絶縁膜が薄膜化された絶縁膜上に、該第2遮光膜材および該メタル配線層として該メタル配線層の残る構成層を成膜する第2遮光膜・メタル配線層成膜工程と、
該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 An OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided, and a peripheral circuit region is provided around the OB region. A first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is provided thereon; and a second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region. In the manufacturing method of the solid-state imaging device,
A partial metal wiring layer film forming step of forming a metal wiring layer constituting a part of the metal wiring layer on the insulating film in the OB region and the peripheral circuit region;
A component layer in which the metal wiring layer remains as the second light shielding film material and the metal wiring layer on the insulating film in which only a part of the metal wiring layer in the OB region is removed and the insulating film in the OB region is thinned A second light-shielding film / metal wiring layer film forming step for forming a film;
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a second light-shielding film / metal wiring forming step of forming the second light-shielding film and metal wiring in the peripheral circuit region.
該OB領域に形成された絶縁膜のみ薄膜化し、該OB領域および該周辺回路領域の絶縁膜上に、メタル配線層の全部または一部を構成する全部または一部メタル配線層成膜工程と、
該OB領域の全部または一部メタル配線層の一部を除去した膜上に、該第2遮光膜材および該メタル配線層として該メタル配線層の残る構成層がある場合に該残る構成層を成膜する第2遮光膜・メタル配線層成膜工程と、
該第2遮光膜と該周辺回路領域のメタル配線を形成する第2遮光膜・メタル配線形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。 An OB region for obtaining a black reference signal is provided around an effective pixel region in which a plurality of light receiving units for photoelectrically converting incident light to generate a signal charge is provided, and a peripheral circuit region is provided around the OB region. A first light-shielding film is further provided on the charge transfer electrode for reading and transferring the signal charge, and an insulating film is provided thereon; and a second light-shielding film is provided on the insulating film in the OB region. In the manufacturing method of the solid-state imaging device,
Only the insulating film formed in the OB region is thinned, and on the insulating film in the OB region and the peripheral circuit region, all or part of the metal wiring layer constituting the metal wiring layer is formed, and
When there is a constituent layer in which the metal wiring layer remains as the second light-shielding film material and the metal wiring layer on the film from which all or part of the metal wiring layer is removed in the OB region, A second light-shielding film / metal wiring layer film forming step for forming a film;
A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising: a second light-shielding film / metal wiring forming step of forming the second light-shielding film and metal wiring in the peripheral circuit region.
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JP2012049295A (en) * | 2010-08-26 | 2012-03-08 | Sharp Corp | Solid state image sensor and method of manufacturing solid state image sensor |
JP2013251539A (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-12 | Samsung Electronics Co Ltd | Silicon through via structure and methods of forming the same |
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2008
- 2008-02-15 JP JP2008034419A patent/JP2009194206A/en not_active Withdrawn
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