JP2010098330A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有効画素領域と周辺領域との境界領域の段差を低減することにより、感度ムラが低減された固体撮像装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換部ＰＤを有する画素が複数配列された有効画素領域１１と、該有効画素領域１１の周辺領域１３に渡って絶縁層１９を形成する工程と、有効画素領域１１の光電変換部ＰＤ直上に位置する絶縁層１９に開口部２１を形成し、周辺領域１３の絶縁層１９にダミー開口部２４を形成する工程と、絶縁層１９に形成された開口部２１及びダミー開口部２４を埋め込むように、絶縁層１９上に埋め込み層２２を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、有効画素領域とその周辺領域との境界領域に発生する膜厚の段差が低減された固体撮像装置の製造方法に関する。

従来、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置において光学的特性を向上させるために、様々な提案がなされている。たとえば、固体撮像装置のフォトダイオードからなる光電変換部に入射される光の光量を増加させる為の構成を設けることにより、感度の向上が図られている。

特許文献１及び特許文献２には、固体撮像装置において、フォトダイオードへ入射する光量を増加させて、感度を向上させるために、フォトダイオード上部の光入射側に光導波路を形成する構成が記載されている。光導波路は、フォトダイオード上部の光入射側に開口部を形成し、その開口部に屈折率の高い材料を埋め込むことにより形成される。

特許文献３では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置の多層配線層中に、Ｃｕ配線とＣｕ拡散防止膜を設けた場合に、フォトダイオードへの入射光がＣｕ拡散防止膜に反射されることによりフォトダイオードに入射する光量が低下するのを防ぐ構成が記載されている。ここでは、フォトダイオード上部に形成されたＣｕ拡散防止膜を除去することにより、フォトダイオードへの入射光低下を防いでいる。そして、特許文献３では、フォトダイオード上に形成されたＣｕ拡散防止膜を除去するために、多層配線層が形成された後にフォトダイオード上の多層配線層を開口することにより、Ｃｕ拡散防止膜を除去する工程が記載されている。

特許文献３に記載されたような、フォトダイオード上部の光入射側にあるＣｕ拡散防止膜を除去する工程や、特許文献１、２に記載されたような、フォトダイオード上部の光入射側に光導波路構造を形成する工程においては、上述したように、フォトダイオード上に開口部を設け、その開口部を埋め込むという工程が発生する。

ところで、固体撮像装置は、有効画素領域、オプティカルブラック（Optical Black；光学的黒）領域、周辺回路領域等から構成される。図１２に、固体撮像装置の概略構成を示す。たとえば、図１２に示すようなＣＭＯＳイメージセンサである固体撮像装置３０１においては、有効画素領域３１１と、オプティカルブラック領域３１２からなる撮像領域３１３が形成されており、さらに、垂直駆動回路３０４や水平駆動回路３０６等の周辺回路部が形成されている。撮像領域３１３は、光電変換素子であるフォトダイオードと画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）から成る複数の画素が２次元的に配列されている。オプティカルブラック領域３１２は、有効画素領域３１１の周辺の一部に形成され、遮光膜により画素に光が入射されないように構成されている。オプティカルブラック領域３１２においては、黒レベルの基準信号となる信号が得られる。この固体撮像装置３０１では、有効画素領域３１１において入射された光が信号電荷に変換され、画素信号として周辺回路部を通じて出力される。

以上に説明したように、有効画素領域３１１ではフォトダイオードに光が入射されるが、有効画素領域３１１周辺に構成されているオプティカルブラック領域３１２ではフォトダイオードに光が入射されない。このため、特許文献１〜３に記載されたような、フォトダイオードに入射する光の光量を増加させる構成は、有効画素領域３１１にしか構成されないこととなる。すなわち、フォトダイオード上部の光入射側にある光拡散防止膜を除去するために、フォトダイオード上部を開口する構成や、フォトダイオード上の光入射側に光導波路構造を形成するために、フォトダイオード上部を開口する構成は、有効画素領域のみに必要な構成である。

図１３に、上述したＣＭＯＳイメージセンサである固体撮像装置３０１における有効画素領域３１１とオプティカルブラック領域３１２の境界領域における製造工程図を示す。図１３は、例えば、図１２におけるＤ−Ｄ線に沿う断面図であり、有効画素領域３１１の画素におけるフォトダイオードＰＤ上部に開口部を設けたときの工程図である。

図１３では、簡単の為、フォトダイオードＰＤと多層配線層３２０のみの図示とする。実際には、フォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる多層の画素が形成された半導体基板上に多層配線層３２０が構成され、多層配線層３２０側から半導体基板に光が入射される。図１３に示すように、多層配線層３２０は、層間絶縁層３１９を介して３層の配線１Ｍ，２Ｍ，３Ｍが形成されており、オプティカルブラック領域３１２における配線３Ｍは遮光膜となっている。オプティカルブラック領域３１２において、配線３Ｍが遮光膜を構成するので、オプティカルブラック領域３１２に形成されるフォトダイオードＰＤには光が入射されない。

特許文献１〜３に記載されたように有効画素領域のフォトダイオードに入射する光の光量を増加させるためには、まず、図１３Ａに示すように、有効画素領域３１１のフォトダイオードＰＤ上部の層間絶縁層３１９に開口部３２１が形成される。そして、開口部３２１には、図１３Ｂに示すように、例えば層間絶縁層３１９より屈折率が高い埋め込み材料が塗布され、開口部３２１が埋め込まれる。この高屈折率の埋め込み材料が埋め込まれた領域において、光導波路が構成される。

図１３Ｂに示すように、開口部３２１に埋め込み材料が塗布され、埋め込み層３２２が形成される工程においては、オプティカルブラック領域３１２の多層配線層３２０上にも同時に、埋め込み材料が塗布される。そうすると、図１３Ｂに示すように、オプティカルブラック領域３１２には、開口部３２１が形成されていない為に、オプティカルブラック領域３１２の多層配線層３２０上に形成された埋め込み層３２２のほうが、有効画素領域３１１の開口部３２１及び多層配線層３２０上部に形成された埋め込み層３２２よりも厚く塗布されることとなる。そして、このような埋め込み層３２２の塗布ムラにより、図１３Ｂに示すように、有効画素領域３１１とオプティカルブラック領域３１２との境界部分では、埋め込み層３２２表面に段差が形成されてしまう。

同様に、図１４に、有効画素領域３１１の多層配線層３２０に形成される開口部３２１がＣＶＤ法またはＰＶＤ法によって埋め込み層３２３が形成される例を示す。図１４において、図１３に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。

図１４Ａに示したように、開口部３２１がＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition；化学的蒸着法）やＰＶＤ法（Physical Vapor Deposition；物理的蒸着法）により埋め込まれる場合、図１４Ｂに示すように成膜される埋め込み層３２３の膜厚は、ほぼ一定になる。このため、開口部３２１と、非開口部上に形成される埋め込み層３２３には疎密差が発生し、非開口部と開口部３２１の境界領域で段差が生じる。開口部３２１が形成されている有効画素領域３１１上では、埋め込み材料は疎に成膜され、開口部３２１が形成されていないオプティカルブラック領域３１２上においては、埋め込み材料が密に成膜されている。

次に、図１４Ｃに示すように、ＣＶＤ法やＰＶＤ法により生じた埋め込み層３２３の段差（いわゆる凹凸）を平坦にするために、ＣＭＰ法（化学的機械的研磨）により、埋め込み材料膜表面が平坦化される。しかしながら、ＣＭＰ法により表面を平坦化する場合、埋め込み材料が疎に形成された有効画素領域３１１と、密に形成されたオプティカルブラック領域３１２とでは、表面が一定に平坦化されないという問題がある。図１４Ｃに示すように、埋め込み材料が疎に形成された部分の方が、埋め込み材料が密に形成された部分よりも、研磨速度が速い。このため、結果的に、有効画素領域３１１上部の埋め込み層３２３の方が、オプティカルブラック領域３１２上部の埋め込み層３２３よりも薄く形成されてしまう。

また、図１３に示す、埋め込み層３２２として塗布型の材料を用いる例では、埋め込み層３２２を形成した後のベーク工程において、熱処理により埋め込み層３２２の体積が減る。このとき、開口部３２１に形成された埋め込み層３２２の体積が、非開口部に形成された埋め込み層３２２の体積よりも、開口部の分だけ大きな体積を有するので、ベーク時の埋め込み層３２２の体積減少も大きくなる。そうすると、開口部３２１が密に形成されている有効画素領域３１１と、開口部３２１が形成されていないオプティカルブラック領域３１２とでは、ベーク工程後における体積の減少により、より段差が大きくなってしまう。

このように、固体撮像装置の有効画素領域、オプティカルブラック領域、周辺回路領域の境界領域において、埋め込み層表面に段差や膜厚差がある場合には、その段差や膜厚差が上層の膜にも影響を及ぼす。このため、埋め込み層の上層に形成される例えば、パッシベーション膜、カラーフィルタ、オンッチップマイクロレンズなどに、埋め込み層表面の段差が影響する。そして、上層に影響した段差は、有効画素領域内にずれ込んでいく。その結果、有効画素領域内において中央部分と周辺部分での画素の光学的特性が変わってしまい、固体撮像装置から出力される絵に感度ムラが生じる。

有効画素領域と、オプティカルブラック領域や周辺回路部等を含む周辺領域との間における段差や膜厚差を低減させる方法として、特許文献４には、周辺領域の金属配線に対応した凹形状絶縁層間膜を形成して、有効画素領域と周辺領域の段差を軽減する方法が記載されている。また、特許文献５には、有効画素領域と周辺領域との間に段差ができても、段差の低い部分にパターンニング可能な材料を追加する方法が記載されている。さらに、特許文献６には、段差の高い部分を選択的にエッチングして削る方法が記載されている。

しかしながら、これらの特許文献４〜６に記載の方法では、例えば有効画素領域と周辺領域との段差を低減させるために、工程数が増えてしまうという問題点がある。

特開２００３−２９８０３４号 特開平７−４５８０５号公報 公報特開２００５−３１１０１５号公報 特開２００１−１９６５７１号公報 特開２００４−３５６５８５号公報 特開２００７−１６５４０３号公報

上述の点に鑑み、本発明は、有効画素領域と周辺領域との境界領域の段差を低減することにより、感度ムラが低減された固体撮像装置の製造方法を提供するものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部を有する画素が複数配列された有効画素領域と、該有効画素領域の周辺領域に渡って絶縁層を形成する工程と、有効画素領域の光電変換部直上に位置する絶縁層に開口部を形成し、周辺領域の絶縁層にダミー開口部を形成する工程と、絶縁層に形成された開口部及びダミー開口部を埋め込むように、絶縁層上に埋め込み層を形成する工程とを有することを特徴とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法では、有効画素領域の光電変換部の直上に開口部を形成すると共に、周辺領域の絶縁層にもダミー開口部が形成される。このため、有効画素領域と周辺領域に形成される開口部の疎密差を低減することができ、絶縁層上部に形成される埋め込み層が平坦に形成される。

本発明によれば、固体撮像装置の有効画素領域と周辺領域との境界部分において、膜厚の段差が低減されるので、感度ムラを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ 参考例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ，Ｂ 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の他の例を示す概略構成図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の他の例を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の他の例を示す概略構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の他の例を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態例に係るＣＭＯＳイメージセンサを用いた電子機器を示す概略構成図である。 本発明の一実施形態例に係るＣＣＤイメージセンサを用いた電子機器を示す概略構成図である。 従来例の固体撮像装置の概略構成図である。 Ａ，Ｂ従来例の固体撮像装置の製造方法を示す概略構成図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ従来例の固体撮像装置の製造方法を示す概略構成図である。

以下、図１〜図１１を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、図１に、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示す。
本実施形態例の固体撮像装置１はＣＭＯＳイメージセンサを例としたものであり、例えばＳｉからなる基板１００上に、光電変換素子を含む撮像画素２がマトリックス状に複数２次元的に配列され、有効画素領域１１とオプティカルブラック領域１２とから構成される撮像領域３と、周辺回路部１４とが構成されている。本実施形態例において、オプティカルブラック領域１２と周辺回路部１４を合わせて周辺領域１３とする。

撮像領域３は、有効画素領域１１と有効画素領域１１の周辺部に構成されたオプティカルブラック領域１２とを有する。撮像領域３におけるそれぞれの撮像画素２は、光電変換素子を構成するフォトダイオードと、フォトダイオードにより光電変換された信号電荷を画素信号に変換し垂直信号線９に出力するための複数の画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）とから構成されている。有効画素領域１１においては、フォトダイオードに入射された入射光が信号電荷に光電変換され、画素トランジスタにより画素信号に変換され、この画素信号が垂直信号線９を通じて、周辺回路部１４に供給される。オプティカルブラック領域１２は、有効画素領域１１と同様の構成からなる撮像画素２から構成されるが、遮光膜が構成されることにより、オプティカルブラック領域１２のフォトダイオードには入射光が入射されない構成とされる。そして、このような構成とすることにより、オプティカルブラック領域１２からは、黒基準信号が出力される。なお、複数の画素トランジスタとしては、例えば、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、及び選択トランジスタの４つのトランジスタとで構成される。または、選択トランジスタを省略した３つのトランジスタで構成される。

また、周辺回路部１４は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８を有して構成されている。

制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成し、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５および水平駆動回路６等に入力する。

垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、撮像領域３の各撮像画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して、各撮像画素２のフォトダイオードで光電変換された信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。フォトダイオードにおいては、受光量に応じて信号電荷が生成される。

カラム信号処理回路５は、撮像画素２において例えば列ごとに配置されている。そして、１行分の画素から出力される信号を、画素列毎に、オプティカルブラック領域１２からの信号に基づいて信号処理を行う。すなわち、カラム信号処理回路５では、オプティカルブラック領域１２から出力された黒基準信号に基づいて、有効画素領域１１のノイズの除去や信号増幅などの信号処理が行われる。
カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線との間に接続されて設けられる。

水平駆動回路６は、例えば、シフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。

以下に、本実施形態の各例の固体撮像装置をその製造方法と共に説明する。

［参考例］
図２に、参考例に係る固体撮像装置及びその製造方法を説明する概略断面構成を示す。図２に示す固体撮像装置の概略断面構成は、図１におけるＡ−Ａ線、またはＢ−Ｂ線に沿う断面構成であり、すなわち、有効画素領域１１と、オプティカルブラック領域１２と周辺回路部１４からなる周辺領域１３とに架かる線上における断面構成である。図２では、簡単の為、固体撮像装置における撮像画素２の光電変換部であるフォトダイオードＰＤと、その上の多層配線層２０部分のみの図示とする。実際には、撮像画素２を構成する画素トランジスタや、さらには、周辺回路部１４を構成するＣＭＯＳトランジスタを含む素子が形成されたＳｉ基板１００上に多層配線層２０が形成されている。

図２に示す多層配線層２０は、３層の金属配線１Ｍ，２Ｍ，３Ｍがそれぞれ層間絶縁層１９を介して構成されている。
まず、本実施形態例においては、図２Ａに示すように、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部に対応する多層配線層２０には、フォトダイオードＰＤの直上まで開口した開口部２１を形成する。また、同時に、周辺領域１３、本実施形態例ではオプティカルブラック領域１２における多層配線層２０にも有効画素領域１１と同様にダミー開口部２４を形成する。すなわち、本例においては、有効画素領域１１、周辺領域１３ともに、ほぼ同一間隔で開口部２１，及びダミー開口部２４が形成される。

次に、図２Ｂに示すように有効画素領域１１及び周辺領域１３の開口部２１，及びダミー開口部２４に、例えば塗布型の埋め込み材料により、埋め込み層２２を形成する。埋め込み層２２の形成は、塗布型以外にＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成してもよい。このとき、非開口部１５上にも同時に埋め込み層２２が成膜される。また、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部における開口部２１は光導波路となるように、例えば、多層配線層２０を構成する層間絶縁層１９よりも高屈折率の有機材料により埋め込み層２２が形成される。埋め込み層２２は、例えば、シロキサン系樹脂、あるいは、ポリイミド、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの高屈折率樹脂で構成される。シロキサン系樹脂を用いた場合には、添加物により屈折率を調整することができ、添加物を含有したシロキシ酸系樹脂の屈折率は、たとえば、１．７とすることができる。また、前述した樹脂中に例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子を含有することにより、屈折率を高めることができる。層間絶縁層１９としては、例えば、ＳｉＯ２（屈折率１．４）が用いられる。

開口部２１に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、開口部２１に光導波路が構成されるので、光導波路により、入射光が屈折され、効率良く有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤに光が入射される。

そして、有効画素領域１１及び周辺領域１３に形成された開口部２１，ダミー開口部２４及び非開口部１５が埋め込み層２２により平坦に埋め込まれた後、図２Ｃに示すように、周辺領域１３の多層配線層２０上部には、遮光膜１８が形成される。遮光膜１８が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域１２に形成されるフォトダイオードＰＤには光が入射されないため、オプティカルブラック領域１２からは黒レベルを出力することができる。

この後、図示しないが、パッシベーション膜、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ等が順次形成されて目的の固体撮像装置を得る。

参考例によれば、本来開口部を必要としない周辺領域１３においても、有効画素領域１１で形成される開口部２１と同様の間隔で、ダミー開口部２４を形成することにより、多層配線層２０における開口部の疎密を低減することができる。そのため、その後の埋め込み材料を埋め込む工程において、材料を平坦に埋め込むことができる。さらに、埋め込み材料を塗布した後のポストベーク時において、埋め込み層２２の体積が減る場合においても、有効画素領域１１と周辺領域１３において、同様の割合で体積が減ることになる。このため、有効画素領域１１及び周辺領域１３の境界部分において、多層配線層２０上の埋め込み層２２に段差が生じるのを防ぐことができる。

このため、この後の工程で埋め込み層２２の上部に形成される図示しないパッシベーション膜、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ等に段差が影響し、有効画素領域１１内に段差がずれ込み、感度ムラが起こるのを防ぐことができる。

また、埋め込み層２２をＣＶＤ法、またはＰＶＤ法により形成する場合でも、有効画素領域１１と周辺領域１３において開口部２１、ダミー開口部２４上の埋め込み層２２に形成される凹凸の疎密差が低減される。このため、埋め込み層２２が形成された後に、例えばＣＭＰ処理により平坦化するときに、均一に平坦化することができる。また、周辺領域１３においても、ダミー開口部２４が設けられており、そのダミー開口部２４にも埋め込み層２２が埋め込まれているので、ＣＭＰ処理時において周辺領域１３の多層配線層２０と埋め込み層２２との界面における膜ずれが防止される。

［第１の実施形態］
次に、図３に本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図３に示す固体撮像装置の概略断面構成も、参考例と同様に、図１におけるＡ−Ａ線、またはＢ−Ｂに沿う断面構成であり、すなわち、有効画素領域１１と、オプティカルブラック領域１２や周辺回路部１４からなる周辺領域１３とに架かる線上における断面構成である。図３において、図２と同一部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。

本実施形態例においては、図３Ａに示すように、周辺領域１３に形成される多層配線層２０の、一番上の金属配線３Ｍが遮光膜１８を構成するように形成されている。そして、このような多層配線層２０において、まず、図３Ａに示すように、周辺領域１３における多層配線層２０の層間絶縁層１９にダミー開口部２４を設ける。このダミー開口部２４は、遮光膜１８に達しないように、例えば、金属配線３Ｍの直上まで開口することにより形成する。

次に、図３Ｂに示すように、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部に位置する多層配線層２０の層間絶縁層１９をフォトダイオードＰＤ直上まで開口した開口部２１を設ける。
ここで本実施形態例においては、周辺領域１３の多層配線層２０に形成されるダミー開口部２４と、有効画素領域１１の多層配線層２０に形成される開口部２１の開口容量が例えばほぼ同じになるよう、開口部２０,ダミー開口部２４を形成する。
このように、周辺領域１３の多層配線層２０に遮光膜１８が構成されており、周辺領域１３と有効画素領域１１とで同様の構成の開口部を構成しにくい場合は、開口工程を２回に分け、開口部２１及びダミー開口部２４を設けることもできる。

次に、図３Ｃに示すように、有効画素領域１１及び周辺領域１３の開口部２１及びダミー開口部２４に、例えば塗布型の埋め込み材料により、埋め込み層２２を形成する。埋め込み層２２の形成は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成してもよい。このとき、非開口部１５上にも同時に埋め込み層２２が成膜される。また、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部における開口部２１は光導波路となるように、例えば、多層配線層２０を構成する層間絶縁層１９よりも高屈折率の有機材料により埋め込み層２２を形成する。埋め込み層２２は、例えば、シロキサン系樹脂、あるいは、ポリイミド、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの高屈折率樹脂で構成される。シロキサン系樹脂を用いた場合には、添加物により屈折率を調整することができ、添加物を含有したシロキシ酸系樹脂の屈折率は、たとえば、１．７とすることができる。また、前述した樹脂中に例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子を含有することにより、屈折率を高めることができる。層間絶縁層１９としては、例えば、ＳｉＯ_２（屈折率１．４）が用いられる。
開口部２１に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、導波路より入射光が屈折され、効率良く有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤに光が入射される。
本実施形態例においては、周辺領域１３の一番上部の金属配線３Ｍは、遮光膜１８とされている。遮光膜１８が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域１２に形成されるフォトダイオードＰＤには光が入射されないため、黒レベルを出力することができる。

本実施形態例によれば、本来開口部を必要としない周辺領域１３においても、有効画素領域１１で形成される開口部２１とほぼ同じ開口容量を有するダミー開口部２４を形成する。これにより、ベーク時に開口部２１及びダミー開口部２４の埋め込み層２２の体積が減る場合においても、有効画素領域１１と周辺領域１３では、ほぼ同じ容量だけ埋め込み層２２の体積が減ることになる。このため、ベーク工程後においても有効画素領域１１及び周辺領域１３の境界部分において、埋め込み層２２に段差が生じるのを防ぐことができる。

また、埋め込み層２２をＣＶＤ法またはＰＶＤ法により形成する場合でも、有効画素領域１１と周辺領域１３において開口部２１，ダミー開口部２４の疎密差が低減される。このため、埋め込み層２２が形成されたあとに、例えばＣＭＰ処理により平坦化する場合においても、埋め込み層２２上を均一に平坦化することができる。また、周辺領域１３においても、ダミー開口部２４が設けられており、そのダミー開口部２４にも埋め込み層２２が埋め込まれているので、周辺領域１３の多層配線層２０と埋め込み層２２との界面は凹凸形状を有する。このため、周辺領域１３の多層配線層２０と埋め込み層２２との界面において、横方向の力に対する耐性が向上し、ＣＭＰ処理時において膜ずれが防止される。

また、本実施形態例では２回に分けて開口部２１，ダミー開口部２４を形成するため、開口部２１とダミー開口部２４の開口深さを変えることができる。したがって本実施形態例は、周辺領域１３において下層の金属配線が密に構成されていて、開口領域が深さ方向に十分に確保できないような場合にも適用することができる。

［第２の実施形態］
次に、図４に本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図４に示す固体撮像装置の概略断面構成も、参考例及び第１の実施形態と同様に、図１におけるＡ−Ａ線、またはＢ−Ｂに沿う断面構成、すなわち、有効画素領域１１と、オプティカルブラック領域１２や周辺回路部１４からなる周辺領域１３とに架かる線上における断面構成である。図４において、図２，３に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。

本実施形態例においては、図４Ａに示すように、周辺領域１３に形成される多層配線層２０の３層の金属配線１Ｍ，２Ｍ，３Ｍのうち、真ん中の金属配線２Ｍが、遮光膜１８を構成するように形成されている。そして、このような多層配線層２０において、まず、図４Ａに示すように、周辺領域１３における多層配線層２０の層間絶縁層１９にダミー開口部２４を設ける。このダミー開口部２４は、金属配線２Ｍで構成される遮光膜１８に達しないように、遮光膜１８の直上まで開口されるものである。

次に、図４Ｂに示すように、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部に位置する多層配線層２０をフォトダイオードＰＤ直上まで開口した開口部２１を設ける。
ここで本例においても、周辺領域１３の多層配線層２０の層間絶縁層１９に形成されるダミー開口部２４と、有効画素領域１１の多層配線層２０の層間絶縁層１９に形成される開口部２１の開口容量を例えばほぼ同じになるように構成することが好ましい。
このように、周辺領域１３に形成される遮光膜１８が多層配線層２０を構成する金属配線の最上層でない場合においても、遮光膜１８の直上まで開口すればよい。

そして、有効画素領域１１の多層配線層２０に形成された開口部２１及び、周辺領域１３の多層配線層２０に形成されたダミー開口部２４に埋め込み材料を塗布する。このとき、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部における開口部２１に、光導波路を構成するために、例えば、多層配線層２０を構成する層間絶縁層１９よりも高屈折率の有機材料を埋め込むことが好ましい。開口部２１に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、有効画素領域１１では導波路より入射光が屈折され、効率良く有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤに光が入射される。
本例においては、周辺領域１３の金属配線２Ｍが、遮光膜１８とされている。遮光膜１８が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域１２に形成されるフォトダイオードＰＤには光が入射されないため、黒レベルを出力することができる。

第２の実施形態によれば、本来開口部を必要としない周辺領域１３にもダミー開口部２４を構成することにより、多層配線層２０における開口部の疎密が低減されるので、平坦に埋め込み材料を塗布することができ、有効画素領域１１と周辺領域１３との間の段差を低減することができる。また、有効画素領域１１と周辺領域１３の多層配線層２０に形成される開口部２１，ダミー開口部２４の開口容量をほぼ同じとなるように構成するときは、埋め込み層２２の体積がベーク時において縮んだ場合においても、縮む体積を、有効画素領域１１と周辺領域１３とで同一に制御することができる。このため、埋め込み層２２のべーク工程後においても、有効画素領域１１と周辺領域１３との境界部分の埋め込み層２２表面における段差を低減させることができる。

また、図５Ａに、周辺領域１３となる周辺回路部１４での多層配線層２０における金属配線３Ｍを上面から見た図を示し、そのＣ−Ｃ線に沿う断面構成を図５Ｂに示す。遮光膜１８が、最上層の金属配線３Ｍで構成されない場合であって、金属配線３Ｍが疎に構成されている場合は、周辺領域１３に形成されるダミー開口部２４を、図に示すように、その金属配線３Ｍに沿って形成するようにしてもよい。

すなわち、周辺領域１３において形成されるダミー開口部２４と、有効画素領域１１において形成される開口部２１との開口容量や開口の疎密が、最適に形成されるような構成をとることにより、多層配線層２０上に埋め込み層２２が平坦に形成される。

［第３の実施形態］
次に、図６に第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図６に示す固体撮像装置の概略断面構成も、参考例、及び第１〜２の実施形態と同様に、図１におけるＡ−Ａ線、またはＢ−Ｂに沿う断面構成、すなわち、有効画素領域１１と、オプティカルブラック領域１２や周辺回路部１４からなる周辺領域１３とに架かる線上における断面構成である。図６において、図２〜４に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。

本実施形態例は、図６Ａに示すように、周辺領域１３に形成される多層配線層２０の３層の金属配線１Ｍ，２Ｍ，３Ｍのうち、最上層の金属配線３Ｍが遮光膜１８を構成するように形成されている例である。
まず、図６Ａに示すように光が入射される開口側に向かって開口幅が広くなるように側壁がテーパ形状に形成された第１開口部分２１ａ、及びダミー開口部２４を、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤの上部及び周辺領域１３に形成する。このテーパ形状の第１開口部分２１ａ，及びダミー開口部２４は、等方性エッチングと異方性エッチングとを組み合わせることにより形成可能である。テーパ形状に形成された第１開口部分２１ａ，及びダミー開口部２４は、多層配線層２０の金属配線に接触しないように形成される。すなわち、周辺領域１３において形成されるダミー開口部２４は、遮光膜１８となる金属配線３Ｍの直上まで開口されており、有効画素領域１１に形成された第１開口部分２１ａも、同様の形状に形成される。

次に、図６Ｂに示すように、有効画素領域１１に形成されたテーパ形状を有する第１開口部分２１ａをフォトダイオードＰＤ側に向けてさらにエッチングし、フォトダイオードＰＤ直上まで側壁が垂直となるように開口した第２開口部分２１ｂを形成する。したがって、有効画素領域１１では、テーパ形状に形成された第１開口部分２１ａと第２開口部分２１ｂにより形成された開口部２１が形成される。

そして、図６Ｃに示すように有効画素領域１１の多層配線層２０に形成された開口部２１と、周辺領域１３の多層配線層２０の層間絶縁層１９に形成されたダミー開口部２４に埋め込み材料を塗布し、埋め込み層２２を形成する。このとき、有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤ上部における開口部２１に、光導波路を構成するために、例えば、多層配線層２０を構成する層間絶縁層１９よりも高屈折率の有機材料を埋め込むことが好ましい。開口部２１に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、導波路より入射光が屈折され、効率良く有効画素領域１１のフォトダイオードＰＤに光が入射される。

本実施形態例においては、周辺領域１３の金属配線３Ｍが、遮光膜１８とされている。遮光膜１８が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域１２に形成されるフォトダイオードＰＤには光が入射されないため、黒レベルを出力することができる。

第３の実施形態によれば、本来開口部を必要としない周辺領域１３にもダミー開口部２４を構成することにより、多層配線層２０における開口部の疎密が低減されるので、平坦に埋め込み材料を塗布することができ、有効画素領域１１と周辺領域１３との間の段差を低減することができる。また、有効画素領域１１と周辺領域１３の多層配線層２０に形成される開口部２１，ダミー開口部２４の開口容量をほぼ同じとなるように構成するときは、埋め込み材料の体積がベーク時において縮んだ場合においても、縮む体積を、有効画素領域１１と周辺領域１３とで同一に制御することができる。このため、埋め込み層２２のべーク工程後においても、有効画素領域１１と周辺領域１３との境界部分の埋め込み層２２表面における段差を低減させることができる。

さらに、本実施形態例においては、有効画素領域１１の開口作業を２回に分けることにより、有効画素領域１１の開口部２１を光学特性に有利な形とすることができる。本例においては、光導波路の光入射口部分をテーパ形状にすることにより、入射光が入射する間口が広く形成されている。このため、導波路を介してフォトダイオードに入射される光量を増加することができる。有効画素領域１１において、第１開口部分２１ａがテーパ状に形成されることにより、第１開口部分２１ａの側壁に入射光が反射しても、フォトダイオードＰＤ側へ反射することになり、集光効率の上からも有利となる。

上述した第３の実施形態において、１回目の開口工程で形成するテーパ状の第１開口部分２１ａ及びダミー開口部２４をレンズ形状とすることもできる。この第１開口部分２１ａをレンズ形状に形成するときは、開口間口が広くなることと、レンズ作用とが相俟って、フォトダイオードＰＤへの集光がし易くなる。

また、有効画素領域１１において、２回の加工により開口部２１を形成するときは、１回目の開口において、瞳補正をかけることができる。従来、埋め込み層２２の上層の光入射面に形成される図示しないオンチップマイクロレンズは、有効画素領域１１の中心部分においてオンチップマイクロレンズの光軸中心をフォトダイオードの光軸に合わせ、有効画素領域１１の周辺部に向うに従ってオンチップマイクロレンズの中心位置を主光線の向きに合わせてずらす瞳補正が行われている。すなわち、オンチップマイクロレンズは、有効画素領域１１の中心部から周辺部に行くに従って、レンズ中心がフォトダイオードＰＤの中心より有効画素領域１１の中心側にずれるように形成される。本実施形態例のように、２回の開口作業により開口部２１を設ける場合は、例えば、図７に示すように、中央から周辺へ離れるに従って、１回目に開口する第１開口部分２１ａの中心３１がマオンチップマイクロレンズの光軸中心になるようにフォトダイオードＰＤからずらして形成する。中央部の第１開口部分２１ａは、その中心がフォトダイオードＰＤの中心に合致するように形成される。２回目の開口においては、第２開口部分２１ｂの中心３０がフォトダイオードＰＤの光軸に合わせるようにする。このように、２回の加工により開口部２１を形成することにより、１回目に開口された第１開口部分２１ａでは、オンチップマイクロレンズで集光された光が蹴られることが無い。このため、効率よく入射光を開口部２１に入射するように形成することができる。そして、有効画素領域１１の周辺部において、瞳補正されたマイクロレンズで集光された光を効率よくフォトダイオードに入射することができる。

また、周辺領域１３の多層配線層２０に形成されるダミー開口部２４が深く確保できない場合は、図８に示すように、周辺領域１３のダミー開口部２４を有効画素領域１１に形成される開口部２１よりも広く形成すればよい。このように、有効画素領域１１のダミー開口部２４の開口パターンによらず、周辺領域１３のダミー開口部２４の開口パターンを最適化することで、有効画素領域１１と周辺領域１３の境界部分における埋め込み層２２表面の段差を低減することができる。

また、図９に示すように、周辺領域１４の側壁がテーパ形状とされたダミー開口部２４の開口パターンを、光干渉効果を有するように微細に形成し、さらに、有効画素領域１１の開口部２１よりも密に形成することもできる。このように、周辺領域１３の側壁がテーパ形状とされたダミー開口部２４の開口パターンを、光干渉効果を有するように形成することにより、斜めの光の反射を抑制し、フレアの原因となる遮光膜からの反射を抑制することができる。

このように、２回の開口作業により開口部２１及びダミー開口部２４を設けることにより、有効画素領域１１及び周辺領域１３の開口部２１及びダミー開口部２４の形状を好適に変形させることが可能である。すなわち、有効画素領域１１の開口形状の自由度が増し、集光や混色特性、シェーディングを改善することができる。

図１に示した固体撮像装置は、参考例、及び第１の実施形態〜第３の実施形態で示すように、開口部２１，及びダミー開口部２４が埋め込み層２２により平坦に埋め込まれた後、パッシベーション膜、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズがそれぞれ積層されて形成されることにより完成される。
そして、第１の実施形態〜第３の実施形態で示した固体撮像装置の製造方法を用いて製造された固体撮像装置１は、有効画素領域１１と周辺領域１３の境界領域における埋め込み層２２の段差を低減させることができるので、その上部に積層されて形成される各層に影響してできる段差も低減することができる。このため、有効画素領域１１内に段差がずれ込むことがなく、固体撮像装置の感度ムラを低減することができる。

上述した第１の実施形態〜第３の実施形態で示した固体撮像装置及びその製造方法は、有効画素領域１１のフォトダイオード上に光導波路を形成する場合について示したが、本発明は光導波路を形成するための開口部２１を設ける工程に限定されるものではない。
例えば、配線層の金属配線をＣｕ配線で形成した場合に、Ｃｕ拡散防止膜がＣｕ配線層毎に形成される場合がある。このＣｕ拡散防止膜が有効画素領域のフォトダイオード上の光入射側にあると、屈折率の変化などにより、フォトダイオードに入射される入射光の光量が低減してしまう。

このため、従来、有効画素領域のフォトダイオード直上の配線層に開口することにより、有効画素領域のフォトダイオード上部にあるＣｕ拡散防止膜を除去することが行われている。このような場合においても、第１の実施形態〜第３の実施形態に示したように、周辺領域にもダミー開口部を形成することにより、その後の埋め込み層の成膜工程において、有効画素領域と周辺領域との境界領域における埋め込み層表面の段差を低減することができる。この場合、開口部には埋め込み層として絶縁材料が形成されるが、絶縁材料としては、第１の実施形態〜第４の実施形態に示されたように、高屈折率の有機材料を用いてもよい。

そして、以上のような場合も、第１の実施形態〜第３の実施形態で示した固体撮像装置の製造方法を用いて製造された固体撮像装置と同様、有効画素領域と周辺領域の境界領域における段差を低減させることができる。このため、その上部に積層される、パッシベーション膜、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズも平坦に形成することができる。その結果、固体撮像装置表面にできる段差が有効画素領域内にずれ込むことなく、感度ムラの低減が図られる。

本実施形態例の固体撮像装置として、ＣＭＯＳイメージセンサを例に用いて説明したが、本発明は、光電変換部となるフォトダイオードの直上に光導波路を有するＣＣＤイメージセンサにも適用可能である。

本発明において、有効画素領域１１の周辺領域１３の形態としては、有効画素領域１１に隣接するオプティカルブラック領域１２のみの場合、オプティカルブラック領域１２を介在させないで有効画素領域１１に隣接する周辺回路部１４のみの場合、さらにオプティカルブラック領域１２と周辺回路部１４にわたる場合を含む。従って、ダミー開口部２４は、オプティカルブラック領域１２のみに形成する場合、周辺回路部１４のみに形成する場合、さらにはオプティカルブラック領域１２と周辺回路部１４の一部にわたって形成する場合など、種々の形態を採り得る。

次に、図１０及び１１に、本発明のカメラの概略構成を示す。
本実施形態例のカメラは、上述した第１〜第３の実施形態において製造される固体撮像装置を用いるものであり、図１０は、固体撮像装置としてＣＭＯＳイメージセンサを用いた例であり、図１１は固体撮像装置としてＣＣＤイメージセンサを用いた例である。

図１０に示すように、カメラ５０は、光学系５１と、本発明に係るＣＭＯＳイメージセンサ５２と、信号処理回路５３とを有して成る。本実施例のカメラは、光学系５１と、ＣＭＯＳイメージセンサ５２及び信号処理回路５３がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。光学系５１は、被写体からの像光（入射光）をＣＭＯＳイメージセンサ５２の撮像面上に結像させる。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ５２の光電変換部のフォトダイオードにおいて、入射光は入射光量に応じて信号電荷に変換される。そして、その信号電荷はＣＭＯＳイメージセンサ５２に構成された垂直駆動回路、水平駆動回路、カラム信号処理回路、それらを制御する制御回路により、出力される。その出力された出力信号は、信号処理回路５３により種々の信号処理が施されて映像信号として、出力される。

図１１に示すように、カメラ４０は、光学系４１と、本発明に係るＣＣＤイメージセンサ４２と、ＣＣＤ駆動回路４３と、信号処理回路４４とを有して成る。本実施例のカメラは、光学系４１と、ＣＣＤイメージセンサ４２と、ＣＣＤ駆動回路４３と、信号処理回路４４がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。光学系４１は、被写体からの像体（入射光）をＣＣＤイメージセンサ４２の撮像面上に結像させる。これにより、ＣＣＤイメージセンサ４２の光電変換部のフォトダイオードにおいて、入射光は、入射光量に応じて信号電荷に変換される。ＣＣＤ駆動回路４３は、ＣＣＤイメージセンサ４２で受光された信号電荷を垂直電荷転送部へ読み出した後、垂直電荷転送部内を転送して水平電荷転送部へ転送し、さらに水平電荷転送部内を転送させるための駆動を行う。信号処理回路４４により、ＣＣＤイメージセンサ４２の出力信号は種々の信号処理が施され、映像信号として、出力される。

以上のように、図１０及び図１１に示したカメラには、有効画素領域と周辺領域との境界領域の段差が低減された固体撮像装置が用いられる。このため、感度ムラが低減されたカメラとなる。

本発明は、上述のカメラ５０、４０を内蔵して例えばカメラ付き携帯電話等の電子機器を構成することができる。この電子機器においても、内蔵されたカメラの感度ムラが低減されて信頼性の高い電子機器を提供することができる。

１・・・固体撮像装置、２・・・撮像画素、３・・・撮像領域、４・・・垂直駆動回路、５・・・カラム信号処理回路、６・・・水平駆動回路、７・・・出力回路、８・・・制御回路、９・・・垂直信号線、１０・・・水平信号線、１１・・・有効画素領域、１２・・・オプティカルブラック領域、１３・・・周辺領域、１４・・・周辺回路部、１５・・・非開口部、１８・・・遮光膜、１９・・・層間絶縁層、２０・・・多層配線層、２１・・・開口部、２１ａ・・・第１開口部分、２１ｂ・・・第２開口部分、２２・・・埋め込み層、２４・・・ダミー開口部

Claims (9)

1. 光電変換部を有する画素が複数配列された有効画素領域と、該有効画素領域の周辺領域に渡って絶縁層を形成する工程と、
   前記有効画素領域の光電変換部直上に位置する絶縁層に開口部を形成し、前記周辺領域の遮光膜上部に形成された絶縁層にダミー開口部を形成する工程と、
   前記絶縁層に形成された前記開口部及び前記ダミー開口部を埋め込むように、前記絶縁層上に埋め込み層を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記ダミー開口部を、前記周辺領域における複数画素を有するオプティカルブラック領域または／及び周辺回路部に形成し、前記埋め込み層に絶縁材料を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記埋め込み層に、前記絶縁層より屈折率の高い有機材料を用いる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記有効画素領域の前記開口部と、前記周辺領域の前記ダミー開口部を開口容量がほぼ等しくなるように形成する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記開口部を開口側の側壁がテーパ形状を有するように形成する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記周辺領域のダミー開口部を、光干渉効果を有するように形成する
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記有効画素領域の前記開口部を、２回の開口作業により開口する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記１回目の開口作業と前記２回目の開口作業で形成する開口部分は、それぞれ異なる形状である
   ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記１回目の開口作業による開口中心と、前記２回目の開口作業による開口中心とを異ならせて、瞳補正される前記開口部を形成する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の固体撮像装置の製造方法。

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