JP2010147357A

JP2010147357A - 固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置

Info

Publication number: JP2010147357A
Application number: JP2008324913A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Furuta; 正昭古田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-22
Also published as: JP5365179B2

Abstract

【課題】パッド電極の腐食を抑制することによって、パッド電極とワイヤーボンド、若しくは、パッド電極とバンプとの接合強度が高い固体撮像装置を提供する。
【解決手段】アルミニウム材料からなるパッド電極３が設けられた半導体基板２と、半導体基板上に成膜され、パッド電極３の上方領域がフッ素系ガスをエッチングガスとするドライエッチング処理によって開口した絶縁膜４と、絶縁膜４の上層に成膜され、パッド電極３の表面を被覆する保護膜６とを備える固体撮像装置であり、保護膜６はドライエッチング処理時のエッチングガスを堆積させて成膜したフロロカーボンである。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置に関する。詳しくは、フッ素系ガスを用いてパッド電極の開口部を形成する固体撮像装置の製造方法及びフッ素系ガスを用いてパッド電極が開口された固体撮像装置に係るものである。

従来の固体撮像装置の製造方法では、アルミニウム材料からなるパッド電極が設けられた半導体基板の上層に絶縁膜を成膜した後に、パッド電極の上方の絶縁膜を除去することによってパッド電極の表面を露出させている。
そして、パッド電極の上方の絶縁膜を除去する際には、フッ素系ガスをエッチングガスとしたドライエッチング処理が一般になされている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１５０８４３号公報（段落番号［００１９］）

しかしながら、フッ素系ガスをエッチングガスとしたドライエッチング処理を施した場合には、パッド電極表面にフッ素成分が残留してしまい、こうしたフッ素成分が大気中の水分と反応することでパッド電極の腐食が生じてしまう。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、パッド電極の腐食を抑制することができる固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、アルミニウム材料からなるパッド電極が設けられた半導体基板上に絶縁膜を成膜し、該絶縁膜の前記パッド電極に対応する領域をフッ素系ガスを用いてエッチング除去する工程と、前記絶縁膜をエッチング除去することにより露出した前記パッド電極の表面に耐湿性を有する保護膜を成膜する工程とを備える。

ここで、絶縁膜を除去することにより露出したパッド電極の表面に耐湿性を有する程膜を成膜することによって、フッ素系ガスを用いてエッチング除去を行うことに起因してパッド電極表面に残留したフッ素成分と大気中の水分との接触を断つことができる。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、アルミニウム材料からなるパッド電極が設けられた半導体基板と、該半導体基板上に成膜され、前記パッド電極領域が開口すると共に、フッ素系ガスでエッチング可能な材料で構成された絶縁膜と、該絶縁膜の上層に成膜され、前記パッド電極の表面を被覆すると共に、耐湿性を有する材料で構成された保護膜とを備える。

ここで、保護膜によって、フッ素系ガスを用いてエッチング除去を行うことに起因してパッド電極表面に残留したフッ素成分と大気中の水分との接触を断つことができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法及び固体撮像装置では、パッド電極表面に残留したフッ素成分と大気中の水分との接触を断つことができるために、パッド電極の腐食を抑制することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と称する。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（パッド電極開口とレンズ形成を同時に行う場合）
２．第２の実施の形態（パッド電極開口後にレンズ形成を行う場合）
３．変形例

＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の説明］
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例を説明するための模式的な断面図である。ここで示す固体撮像装置１は、主として半導体基板２と、パッド電極３と、絶縁膜４と、マイクロレンズ５と、保護膜６とによって構成されている。

半導体基板２は、図示しない受光部や転送電極等が形成されたシリコン基板本体２ａ上に約２〜３μｍ厚程度の配線層２ｂが設けられており、配線層の上層には層間絶縁膜７としてのＳｉＯ_２を介してパッド電極３が設けられている。

パッド電極３は、例えば、半導体基板２の画素領域に形成された受光部により光電変換され、画素領域外へと転送された電荷を外部へと伝送するための接点として形成されている。また、アルミニウム材料からなり、概ね０．５〜１．５μｍ程度の厚さで構成されている。

また、パッド電極３の上層には、例えばＳｉＯやＳｉＮといった絶縁膜４が成膜されている。なお、絶縁膜４はパッド電極３の上方領域（図１中符号Ａで示す領域）が開口されている。

また、マイクロレンズ５は、半導体基板２の画素領域に形成された電荷転送領域等に入射しようとする光を屈折させて受光部に集光する役割を担うものであり、画素領域の各画素に対応して設けられている。

また、保護膜６は、固体撮像装置の全面を被覆する様に成膜され、具体的には、パッド電極３の表面のみならず、マイクロレンズ５の表面をも被覆する様に成膜されている。なお、保護膜６は、ＣＦ_２−ＣＦ_２結合などのフッ素化合物（フロロカーボン）からなり、概ね５０〜１００ｎｍ程度の厚さで構成されている。

ここで、フロロカーボンは、吸水性がほとんど無いといった特性を有するために、大気中の湿気を吸収せず、充分な耐湿性を有する材料と言える。

なお、フロロカーボンの耐湿性については、４００℃程度で処理を行うプラズマ酸化膜と同程度である。また、１０００℃程度の高温炉で成膜した熱酸化膜はフロロカーボンと比較すると耐湿性はより優れていると言える。しかし、マイクロレンズ５を形成している材料次第では、約２５０℃よりも高い温度でその形状が壊れてしまうことが考えられるために、マイクロレンズ５の形状を維持するといった点を考慮すると、低温で成膜することが可能なフロロカーボンが好ましいと言える。

更に、フロロカーボンの膜厚を５０〜１００ｎｍ程度としているのは、耐湿性と撮像特性を両立させるためである。
即ち、フロロカーボンの膜厚を５０ｎｍ未満とした場合には、耐湿性が充分では無く、パッド電極表面に残留したフッ素成分と大気中の水分との接触を充分に断つことが困難になると考えられる。一方、フロロカーボンの膜厚を１００ｎｍよりも厚くした場合には、パッド電極とワイヤーボンド若しくはバンプとの間の接合強度が低下することが懸念される。更に、パッド電極とワイヤーボンド若しくはバンプとの間の電気伝導性に悪影響を及ぼしてしまうことも懸念される。
従って、耐湿性を充分に確保すると共に、接合強度や電気伝導性をも考慮して充分な撮像特性を得られる様にするためには、上述の通り、フロロカーボンの膜厚は５０〜１００ｎｍ程度とするのが好ましいと考えられる。

ここで、第１の実施の形態では、固体撮像装置の全面を被覆する様に保護膜６を成膜しているものの、保護膜６は、少なくともパッド電極３の表面を被覆することができれば充分であり、必ずしもパッド電極３の表面以外の領域については被覆する必要は無い。

しかしながら、パッド電極３の表面のみを保護膜６で被覆する場合には、固体撮像装置の全面を保護膜６で被覆した後に、パッド電極３の表面以外の領域の保護膜６を除去する必要があり、工程数の増加を招いてしまうこととなる。従って、工程数を増加させないためには、固体撮像装置の全面を被覆する様に保護膜６を成膜しておいた方が好ましいと考えられる。

その反面、固体撮像装置の全面を被覆する様に保護膜６を成膜した場合には、マイクロレンズ５の表面をも被覆することとなり、入射光に対する感度の低下が懸念される。従って、固体撮像装置の感度を重視する場合には、受光領域であるマイクロレンズ５の表面には保護膜６で被覆しない方が好ましい。即ち、固体撮像装置の感度を重視する場合には、少なくともパッド電極３の表面を被覆すると共に、受光領域に開口部を有する保護膜６を成膜することが好ましい。

上記した本発明を適用した固体撮像装置の一例では、パッド電極３の表面が耐湿性を有する保護膜６で被覆されているために、パッド電極３の腐食を充分に抑制することができる。即ち、絶縁層４にドライエッチング処理を行うことに起因してパッド電極３の表面にフッ素成分が残留したとしても、保護膜６によってパッド電極３と大気中の水分との接触を断つことができるために、パッド電極３の腐食を充分に抑制することができる。

そして、パッド電極３の腐食を抑制することができるために、パッド電極３とワイヤーボンドとの接触強度、若しくは、パッド電極３とバンプとの接触強度を充分に確保することができる。また、パッド電極３の腐食を抑制することができるために、パッド電極３とワイヤーボンドとの間の電気伝導性、若しくは、パッド電極３とバンプとの間の電気伝導性についても充分に確保することができる。

［固体撮像装置の製造方法］
以下、上記の様に構成された固体撮像装置の製造方法について説明する。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例について説明を行う。

本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例では、先ず、図示しない受光部や転送電極等が予め形成されたシリコン基板本体２ａ上に約２〜３μｍ程度の配線層２ｂを形成し、続いて、配線層の上層に層間絶縁膜７としてのＳｉＯ_２を形成する。次に、層間絶縁膜の上層の所定の位置に、アルミニウム材料からなる約０．５〜１．５μｍ程度のパッド電極３を形成する。更に、パッド電極３の上層にＳｉＯやＳｉＮといった絶縁膜４を成膜する（図２Ａ（ａ）参照。）。

次に、絶縁膜４の上層にレンズ材５ａを成膜する。なお、レンズ材５ａの成膜時には、汎用のリソグラフィー技術を用いて、パッド電極３の上方のレンズ材５ａは除去する（図２Ａ（ｂ）参照。）。

続いて、図２Ａ（ｃ）で示す様に、マイクロレンズ５の形成位置にレンズ転写用レジスト５ｂを形成し、汎用のリフロー処理を施すことによってレンズ転写用レジスト５ｂをマイクロレンズ形状に形成する（図２Ｂ（ｄ）参照。）。

次に、Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_８／ＳＦ_６／Ｏ_２混合ガスをエッチングガスとしてドライエッチング処理を施すことによって、レンズ転写用レジスト５ｂの形状をレンズ材５ａに転写すると共に、パッド電極３の上方の絶縁膜４をエッチング除去する（図２Ｂ（ｅ）参照。）。こうしたドライエッチング処理を施すことによって、マイクロレンズ５の形状を形成することができると同時に、パッド電極３の表面を露出することができる。

なお、ドライエッチング処理は、装置チャンバー内の下部電極に処理対象物（固体撮像装置）を載置した状態で、上部電極と下部電極の間でプラズマを発生させ、装置チャンバー内部で生成したイオンやラジカルを利用して加工を行っている。

上述したドライエッチング後に、プラズマ条件及び画素条件を同一としたまま、下部電極に印加していたバイアスのみをオフの状態とする。こうすることによって、Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_８／ＳＦ_６／Ｏ_２混合ガスを全面に堆積させることができ、フロロカーボンからなる保護膜４を成膜し、図１で示す様な固体撮像装置１を得ることができる。

ここで、本実施の形態では、Ａｒ／Ｃ_４Ｆ_８／ＳＦ_６／Ｏ_２混合ガスを使用する場合を例に挙げて説明を行っているが、エッチングガスはＡｒ／Ｃ_４Ｆ_８／ＳＦ_６／Ｏ_２混合ガスに限定されるものではない。例えば、特許第２８９４３０４号公報に記載される様なＣ_ＸＦ_ＹやＣＨ_ＸＦ_Ｙで表されるフロロカーボンを添加したガスをエッチングガスとしても良い。

また、本実施の形態では、ドライエッチングに引き続いて、下部電極に印加していたバイアスをオフの状態とすることによって保護膜６を成膜する場合を例に挙げて説明を行っているが、保護膜６の成膜方法も限定されるものではない。しかし、ドライエッチングに引き続いて、下部電極に印加していたバイアスをオフの状態とすることによって保護膜６を成膜する方法は、保護膜６の成膜のための工数がほとんど増加することがないために、工数低減の観点からは極めて望ましいものである。

ここで、保護膜６の成膜工程を別途設ける場合には、エッチングガスを堆積させることによって保護膜６を成膜する必要がない。従って、例えば、ドライエッチング後に、汎用のＬＴＯ（ＬｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＯｘｉｄａｔｉｏｎ）成膜工程によってＬＴＯ膜を成膜しても良い。なお、２５０℃を超える温度で保護膜の成膜を行うと、先の工程で形成したマイクロレンズ形状に悪影響を及ぼす可能性が考えられるために、マイクロレンズ形状に悪影響を及ぼさない程度の低温で保護膜４を成膜する必要がある。

上記した本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例では、ドライエッチングに引き続いて、下部電極に印加していたバイアスをオフの状態とすることによって保護膜６を成膜しているために、特段の工数を追加することなく保護膜６の成膜が可能である。即ち、従来の固体撮像装置の製造方法に特段の工数を追加することなく、パッド電極３の腐食を充分に抑制することができる固体撮像装置１を得ることができる。

＜２．第２の実施の形態＞
［固体撮像装置の説明］
第２の実施の形態の固体撮像装置の構成については、上述した第１の実施の形態の固体撮像装置の構成と同一であるために、ここではその説明を省略する。

［固体撮像装置の製造方法］
上述した第１の実施の形態では、ドライエッチング処理を施すことによって、マイクロレンズ５の形状を形成すると共に、パッド電極３の表面を露出する場合を例に挙げて説明を行った。これに対して、第２の実施の形態では、ドライエッチング処理を施すことによってパッド電極３の表面を露出させた後に、マイクロレンズ５のレンズ形状を形成する場合について説明を行う。即ち、本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例を説明する。

本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例では、先ず、図示しない受光部や転送電極等が予め形成されたシリコン基板本体２ａ上に約２〜３μｍ程度の配線層２ｂを形成し、続いて、配線層の上層に層間絶縁膜７としてのＳｉＯ_２を形成する。次に、層間絶縁膜の上層の所定の位置に、アルミニウム材料からなる約０．５〜１．５μｍ程度のパッド電極３を形成する。更に、パッド電極３の上層にＳｉＯやＳｉＮといった絶縁膜４を成膜する（図２Ａ（ａ）参照。）。

次に、絶縁膜４の上層にマスク材として機能するレジスト材８を成膜する。なお、レジスタ材８の成膜時には、汎用のリソグラフィー技術を用いて、パッド電極３の上方のレジスト材８は除去する（図３Ａ（ａ）参照。）。

次に、フッ素系ガスをエッチングガスとした汎用のドライエッチング処理を施すことによって、パッド電極３の上方の絶縁膜４をエッチング除去する（図３Ａ（ｂ）参照。）。こうしたドライエッチング処理を施すことによって、パッド電極３の表面を露出することができる。

続いて、ドライエッチング処理時の反応生成物を除去すると共に、レジスト材８を除去すべく有機洗浄を行った後に（図３Ａ（ｃ）参照。）、絶縁膜４の上層にレンズ材５ａを成膜する。なお、レンズ材５ａの成膜時には、汎用のリソグラフィー技術を用いて、パッド電極３の上方のレンズ材５ａは除去する（図３Ｂ（ｄ）参照。）。

次に、汎用のリフロー処理を施すことによってレンズ材５ａをマイクロレンズ形状に形成する（図３Ｂ（ｅ）参照。）。

その後、ＬＴＯ成膜工程によって全面に保護膜（ＬＴＯ膜）６を成膜し、図１で示す様な固体撮像装置１を得ることができる。

上記した本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例では、有機洗浄によりドライエッチング処理時の反応生成物を除去しているために、より一層充分にパッド電極３の腐食を抑制することができる。即ち、パッド電極３の腐食の原因であるパッド電極３の表面に残留したフッ素成分を有機洗浄によって除去することができるために、より一層充分にパッド電極３の腐食を抑制することができるのである。

なお、上述した第１の実施の形態では、ドライエッチング処理時にマイクロレンズ５を形成しており、有機洗浄によってマイクロレンズ５の形状を破壊しかねないために、充分な有機洗浄を行うことはできない。それに対して、第２の実施の形態では、ドライエッチング処理時にはマイクロレンズ５は形成していないために充分な有機洗浄を施すことができ、上述の通り、より一層充分にパッド電極３の腐食を抑制することができるのである。

＜３．変形例＞
上述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、いずれもマイクロレンズ５が形成された固体撮像装置を例に挙げて説明を行っている。しかし、必ずしもマイクロレンズ５が形成される必要はなく、マイクロレンズ５が形成されない固体撮像装置１であっても構わない。なお、マイクロレンズ５が形成されていない場合には、第２の実施の形態と同様に、充分な有機洗浄を行うことができ、より一層パッド電極３の腐食を抑制することができる点は上述の通りである。

本発明を適用した固体撮像装置の一例を説明するための模式的な断面図である。本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための模式図（１）である。本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の一例を説明するための模式図（２）である。本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例を説明するための模式図（１）である。本発明を適用した固体撮像装置の製造方法の他の一例を説明するための模式図（２）である。

符号の説明

１固体撮像装置
２半導体基板
３パッド電極
４絶縁膜
５マイクロレンズ
５ａレンズ材
５ｂレンズ転写用レジスト
６保護膜
７層間絶縁膜
８レジスト材

Claims

アルミニウム材料からなるパッド電極が設けられた半導体基板上に絶縁膜を成膜し、該絶縁膜の前記パッド電極に対応する領域をフッ素系ガスを用いてエッチング除去する工程と、
前記絶縁膜をエッチング除去することにより露出した前記パッド電極の表面に耐湿性を有する保護膜を成膜する工程とを備える
固体撮像装置の製造方法。
前記保護膜は、前記絶縁膜をエッチング除去する際に用いたフッ素系ガスを堆積することにより成膜する
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記絶縁膜をエッチング除去する際には、前記絶縁膜の上層に成膜されたレンズ材をエッチングしてレンズ形状を形成する
請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
アルミニウム材料からなるパッド電極が設けられた半導体基板と、
該半導体基板上に成膜され、前記パッド電極の上方領域が開口すると共に、フッ素系ガスでエッチング可能な材料で構成された絶縁膜と、
該絶縁膜の上層に成膜され、前記パッド電極の表面を被覆すると共に、耐湿性を有する材料で構成された保護膜とを備える
固体撮像装置。
前記保護膜はフロロカーボンである
請求項４に記載の固体撮像装置。
前記フロロカーボンは５０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さである
請求項５に記載の固体撮像装置。
前記保護膜は前記絶縁膜の上層の全面に成膜された
請求項４に記載の固体撮像装置。
前記保護膜は受光領域に開口部を有する
請求項４に記載の固体撮像装置。