JP2013123000A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】チップ端面やボンディングパッド上の開口部の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を抑えることが可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】有機膜が設けられた機能領域１１と、前記機能領域を囲うガードリング４１とを備えた固体撮像装置。
【選択図】図１

Description

本開示は、有機膜を光電変換膜として用いる固体撮像装置およびその製造方法に関する。
従来より、有機膜よりなる光電変換膜を透明画素電極と透明対向電極との間に挟んだ固体撮像装置が提案されている。透明対向電極の上には、水分やガス等を遮断するため、無機材料よりなる保護層が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２４５０４５号公報
特許文献１に記載された従来の保護層は、固体撮像装置上面からの水分やガス（特に、酸素）の浸入を抑えることはできる。しかしながら、チップをダイシングしたときに形成された端面やボンディングパッドを露出させるための開口部の側面など、横方向から水分やガスが浸入した場合には、特許文献１に記載された従来の保護層ではこれを防ぐことができず、有機膜よりなる光電変換膜の特性が劣化してしまうという問題があった。
本開示の目的は、チップ端面やボンディングパッド上の開口部の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を抑えることが可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供することにある。
本開示による固体撮像装置は、有機膜が設けられた機能領域と、機能領域を囲うガードリングとを備えたものである。
本開示の固体撮像装置では、有機膜を有する機能領域が、ガードリングで囲われている。よって、チップ端面やボンディングパッド上の開口部の側面など、横方向から浸入してきた水分やガスは、ガードリングによって遮断される。
本開示による第１の固体撮像装置の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成する工程
（Ｂ）機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層することにより、機能領域を囲うガードリングを形成する工程
本開示による第２の固体撮像装置の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｃ）の工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程
（Ｂ）絶縁膜に溝を設け、溝の内部に金属膜またはシリコン窒化膜よりなる埋込み層を形成することにより、機能領域を囲うガードリングを形成する工程
本開示による第３の固体撮像装置の製造方法は、以下の（Ａ），（Ｂ）の工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程
（Ｂ）絶縁膜に溝を設け、溝の内部にパッシベーション膜を被着することにより、機能領域を囲うガードリングを形成する工程
本開示の固体撮像装置によれば、有機膜を有する機能領域を、ガードリングで囲うようにしている。よって、チップ端面やボンディングパッド上の開口部の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を抑えることが可能となる。
本開示の第１の固体撮像装置の製造方法によれば、機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層することにより、機能領域を囲うガードリングを形成するようにしている。本開示の第２の固体撮像装置の製造方法によれば、機能領域の周囲の絶縁膜に溝を設け、溝の内部に金属膜またはシリコン窒化膜よりなる埋込み層を形成することにより、機能領域を囲うガードリングを形成するようにしている。本開示の第３の固体撮像装置の製造方法によれば、機能領域の周囲の絶縁膜に溝を設け、溝の内部にパッシベーション膜を被着することにより、機能領域を囲うガードリングを形成するようにしている。よって、上記本開示の固体撮像装置を容易に製造することが可能となる。
本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す平面図である。 図１に示した固体撮像装置のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 本開示の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す平面図である。 本開示の第５の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す平面図である。 本開示の第６の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す平面図である。 本開示の第７の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図２に示した固体撮像装置の変形例を表す断面図である。 図１に示した固体撮像装置の他の変形例を表す平面図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（機能領域を囲い、かつ開口部を含まない領域に第１ガードリングを設ける例。機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層することによりガードリングを形成する例。）
２．第２の実施の形態（機能領域の周囲の絶縁膜に溝を設け、溝の内部に金属膜またはシリコン窒化膜よりなる埋込み層を形成することによりガードリングを形成する例）
３．第３の実施の形態（機能領域の周囲の絶縁膜に溝を設け、溝の内部にパッシベーション膜を被着することによりガードリングを形成する例）
４．第４の実施の形態（開口部を囲う第２ガードリング、およびチップ外周に沿った第３ガードリングを設ける例）
５．第５の実施の形態（第１ガードリング，第２ガードリングおよび第３ガードリングの全部を併用する例）
６．第６の実施の形態（第２ガードリングを複数の開口部にまたがって設ける例）
７．第７の実施の形態（下部透明電極とボンディングパッドとの接続構成の例）
８．変形例
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の一つのチップの平面構成を表したものである。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における断面構成の一例を表したものである。この固体撮像装置１は、カメラ等の電子機器に用いられるものであり、矩形のチップ１０の中央部に、光電変換を行う機能領域（光電変換領域）１１を有している。機能領域１１には、光電変換膜である有機膜１１Ａが設けられていると共に、この有機膜１１Ａを有する固体撮像素子よりなる画素が複数個マトリクス状（行列状）に配置されている。機能領域１１の周囲の周辺領域１２には、複数のボンディングパッド１３が機能領域１１を取り囲んで配置されている。これらのボンディングパッド１３上には、各々開口部１４が設けられている。
有機膜１１Ａは、有機光電変換膜により構成されている。緑の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、ローダミン系色素、メラシアニン系色素、キナクリドン等を含む有機光電変換材料により構成されている。赤の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、フタロシアニン系色素を含む有機光電変換材料により構成されている。青の波長光で光電変換する有機光電変換膜は、例えば、クマリン系色素、トリス−８−ヒドリキシキノリンアルミニウム（Ａｌｑ3）、メラシアニン系色素等を含む有機光電変換材料により構成されている。
有機膜１１Ａは、下部透明電極（画素電極）１１Ｂと上部透明電極（対向電極）１１Ｃとの間に挟まれている。下部透明電極１１Ｂは、機能領域１１内の複数の画素の各々に対して分断されている。図２では、例えば三つの画素の下部透明電極１１Ｂを表しているが、必要に応じて画素数を任意に設定できることは言うまでもない。下部透明電極１１Ｂは、図示しない配線を介してボンディングパッド１３に接続されている。この下部透明電極１１Ｂとボンディングパッド１３との接続については、第７の実施の形態で一例を挙げて説明する。上部透明電極１１Ｃは，機能領域１１内の複数の画素のすべての共通電極である。下部透明電極１１Ｂおよび上部透明電極１１Ｃは例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）などの透明導電材料により構成されている。
機能領域１１は、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板２１の主面（光入射面）側に設けられている。機能領域１１の周囲（側方および下方）には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）などよりなる絶縁膜２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ（以下、絶縁膜２２と総称する。）が設けられている。
チップ１０の上面、具体的には機能領域１１の上面および絶縁膜２２の上面は、パッシベーション膜３０により全面にわたって覆われている。パッシベーション膜３０は、チップ１０の上面から水分やガスが機能領域１１に浸入するのを抑えるための保護膜としての機能を有するものであり、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されていることが好ましい。具体的には、パッシベーション膜３０は、シリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜あるいは酸化アルミニウム膜、またはこれらの積層膜により構成されていることが好ましい。
一方、チップ１０の四方の端面１０Ａは、ダイシング（切断）により形成されたものであり、絶縁膜２２等の切断面が露出している。また、図１に示した開口部１４の側面にも、絶縁膜２２等の切断面が露出している。
そこで、この固体撮像装置１は、機能領域１１を囲うガードリング４０を有している。このガードリング４０は、具体的には、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている。これにより、この固体撮像装置１では、チップ１０の端面１０Ａや、ボンディングパッド１３上の開口部１４の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を抑えることが可能となっている。
ガードリング４０の平面形状としては、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１を含むことが好ましい。換言すれば、第１ガードリング４１は、機能領域１１よりも外側、かつ開口部１４よりも内側に配置されていることが好ましい。開口部１４が第１ガードリング４１で囲まれた領域内に入っている場合には、その開口部１４の側面から機能領域１１に至る水分やガスの浸入経路ができてしまうからである。具体的には、第１ガードリング４１は、図１に示したように、機能領域１１の外形線に沿って、開口部１４を除外して配置されている。
ガードリング４０の断面構成としては、半導体基板２１の主面側において、機能領域１１の周囲に一層以上の金属層を積層した構成を有していることが好ましい。具体的には、ガードリング４０は、例えば図２に示したように、半導体基板２１側から順に、第１の金属プラグ４０Ａ，第１の金属配線４０Ｂ，第２の金属プラグ４０Ｃおよび第２の金属配線４０Ｄと、４層の金属層を縦に積層した構成を有している。これらの金属層は、例えば、下部透明電極１１Ｂと半導体基板２１とを接続するプラグ（図示せず）や、下部透明電極１１Ｂおよび上部透明電極１１Ｃに電圧を印加するための配線（図示せず）など、固体撮像装置１にもともと設けられている金属配線層を流用して、これらと同層に、同一工程で形成することが可能である。
ガードリング４０を構成する金属層は、例えば、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されていることが好ましい。上記の金属膜にシリコンを含有させた膜としては、例えば、シリコン含有アルミニウム（ＡｌＳｉ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉX）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉx）が挙げられる。上記の金属膜に酸素を含有させた膜としては、例えば酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3）が挙げられる。
ガードリング４０を構成する最下層の金属層（すなわち、図２では第１の金属プラグ４０Ａ）は、半導体基板２１に接続されていることが望ましい。水分等の浸入を確実に遮断することが可能となるからである。
パッシベーション膜３０は、ガードリング４０を構成する最上層の金属層（すなわち、図２では第２の金属配線４０Ｄ）の直上に直接被着されていることが好ましい。パッシベーション膜３０とガードリング４０との間に絶縁膜２２などのシリコン酸化膜が挟まっている場合には、そのシリコン酸化膜を介して水分等の浸入経路ができてしまうからである。
なお、ガードリング４０は、少なくとも、有機膜１１Ａと同層（有機膜１１Ａの真横）に一層あれば、有機膜１１Ａへの水分やガスの浸入を抑えることが可能となる。しかしながら、ガードリング４０は、上述したように一層以上の金属層を積層した構成を有するほうが望ましい。絶縁膜２２を構成するシリコン酸化膜は水分などを透過しやすいので、ガードリング４０を積層構造とすることにより、絶縁膜２２を介した水分等の伝播を確実に抑えることが可能となる。また、ガードリング４０を積層構造とすることにより、チップ１０の上面の凹凸や段差を小さくすることが可能となり、この後の製造工程（平坦化膜形成，カラーフィルタおよびオンチップレンズ形成）を容易にすることが可能となる。
この固体撮像装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、半導体基板２１に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ａを形成する。絶縁膜２２Ａに開口を設け、この開口内に、ガードリング４０の最下層となる第１の金属プラグ４０Ａを形成する。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
次いで、絶縁膜２２Ａの上に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ｂを形成する。絶縁膜２２Ｂに開口を設け、第１の金属プラグ４０Ａの上に、ガードリング４０の第２層目となる第１の金属配線４０Ｂを重ねる。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
続いて、絶縁膜２２Ｂの上に、上述した材料よりなる下部透明電極１１Ｂを形成する。そののち、下部透明電極１１Ｂの隙間および周囲に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ｃを形成する。絶縁膜２２Ｃに開口を設け、第１の金属配線４０Ｂの上に、ガードリング４０の第３層目となる第２の金属プラグ４０Ｃを積層する。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
そののち、下部透明電極１１Ｂの上に有機膜１１Ａおよび上部透明電極１１Ｃを形成する。これにより、有機膜１１Ａを間にして下部透明電極１１Ｂおよび上部透明電極１１Ｃを有する機能領域１１が形成される。
また、第２の金属プラグ４０Ｃの上に、ガードリング４０の最上層となる第２の金属配線４０Ｄを積層する。これにより、機能領域１１の周囲に、４層の金属層を積層したガードリング４０が形成される。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
続いて、機能領域１１の上面および絶縁膜２２の上面に、上述した材料よりなるパッシベーション膜３０を全面にわたって形成する。このとき、パッシベーション膜３０を、ガードリング４０を構成する最上層の金属層（すなわち、図２では第２の金属配線４０Ｄ）の直上に直接被着することが好ましい。
また、図示しないが、機能領域１１の周囲にボンディングパッド１３を形成する。絶縁膜２２または半導体基板２１の、ボンディングパッド１３に対向する位置に開口部１４を設け、開口部１４の底部にボンディングパッド１３を露出させる。以上により、図１および図２に示した固体撮像装置１が完成する。
この固体撮像装置１では、有機膜１１Ａに光が入射すると電荷が発生する。下部透明電極１１Ｂと上部透明電極１１Ｃとの間には所定の電圧が印加されており、この電圧により発生した電界により、信号電荷は下部透明電極１１Ｂに収集され、更に図示しない電荷出力部へと移送され、図示しない多層配線およびボンディングパッド１３を介して、チップ１０の外部へと出力される。
ここでは、有機膜１１Ａを有する機能領域１１を囲うように、ガードリング４０が設けられている。このガードリング４０は、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１を含んでいる。よって、チップ１０の端面１０Ａや、ボンディングパッド１３上の開口部１４の側面など、横方向から浸入してきた水分やガスは、ガードリング４０によって遮断され、有機膜１１Ａの特性劣化が抑えられる。
このように本実施の形態では、有機膜１１Ａを有する機能領域１１を、ガードリング４０で囲うようにしたので、チップ１０の端面１０Ａやボンディングパッド１３上の開口部１４の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を抑えることが可能となる。
また、ガードリング４０を、機能領域１１の周囲に一層以上の金属層（金属プラグ４０Ａ，４０Ｃおよび金属配線４０Ｂ，４０Ｄ）を積層した構成としたので、固体撮像装置１にもともと設けられている金属配線層を流用してガードリング４０を形成することが可能となり、上記本実施の形態の固体撮像装置１を容易に製造することが可能となる。
なお、上記実施の形態では、ガードリング４０の断面構成として、二層の金属配線４０Ｂ，４０Ｄを二層の金属プラグ４０Ａ，４０Ｃにより半導体基板２１に接続した場合について説明した。しかしながら、固体撮像装置１に設けられている金属配線層の数に応じて、ガードリング４０を構成する金属層の数を変更してもよいことは言うまでもない。また、必ずしも、固体撮像装置１が有するすべての金属プラグまたは金属配線層を用いてガードリング４０を構成する必要はなく、任意の配線層を用いてガードリング４０を構成することが可能である。
（第２の実施の形態）
図３は、本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置１Ａは、ガードリング４０の断面構成において第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、ガードリング４０は、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に埋め込まれた埋込み層４０Ｅにより構成されている。このようにガードリング４０専用の埋込み層４０Ｅを設けることにより、埋込み層４０Ｅの材料や厚みを自由に設定することが可能となる。特に、水分やガスの透過を抑制する機能を有さないＩＴＯなどの透明電極層のみで配線層を形成している場合に好適である。
ガードリング４０を構成する埋込み層４０Ｅは、金属膜またはシリコン窒化膜により構成されていることが好ましい。更に、金属膜は、例えば、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されていることが好ましい。上記の金属膜にシリコンを含有させた膜としては、例えばシリコン含有アルミニウム（ＡｌＳｉ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉX）、チタンシリサイド（ＴｉＳｉx）が挙げられる。上記の金属膜に酸素を含有させた膜としては、例えば酸化アルミニウム膜（Ａｌ2Ｏ3）が挙げられる。
溝２３は、半導体基板２１に到達していることが望ましい。水分等の浸入を確実に遮断することが可能となるからである。
パッシベーション膜３０は、ガードリング４０を構成する埋込み層４０Ｅの直上に直接被着されていることが好ましい。パッシベーション膜３０と埋込み層４０Ｅとの間に絶縁膜２２などのシリコン酸化膜が挟まっている場合には、そのシリコン酸化膜を介して水分等の浸入経路ができてしまうからである。
この固体撮像装置１Ａは、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、半導体基板２１に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ａ，絶縁膜２２Ｂを形成する。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
続いて、絶縁膜２２Ｂの上に、上述した材料よりなる下部透明電極１１Ｂを形成する。そののち、下部透明電極１１Ｂの隙間および周囲に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ｃを形成する。
そののち、下部透明電極１１Ｂの上に有機膜１１Ａおよび上部透明電極１１Ｃを形成する。これにより、有機膜１１Ａを間にして下部透明電極１１Ｂおよび上部透明電極１１Ｃを有する機能領域１１が形成される。
機能領域１１を形成したのち、パッシベーション膜３０を被着する前に、絶縁膜２２に溝２３を設け、この溝２３の内部に上述した材料よりなる埋込み層４０Ｅを埋め込む。これにより、機能領域１１の周囲に、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に埋め込まれた埋込み層４０Ｅよりなるガードリング４０が形成される。
続いて、機能領域１１の上面および絶縁膜２２の上面に、上述した材料よりなるパッシベーション膜３０を全面にわたって形成する。このとき、パッシベーション膜３０を、ガードリング４０を構成する埋込み層４０Ｅの直上に直接被着することが好ましい。
また、図示しないが、機能領域１１の周囲にボンディングパッド１３を形成する。絶縁膜２２または半導体基板２１の、ボンディングパッド１３に対向する位置に開口部１４を設け、開口部１４の底部にボンディングパッド１３を露出させる。以上により、図１および図３に示した固体撮像装置１Ａが完成する。
この固体撮像装置１Ａの動作および作用は第１の実施の形態と同様である。
このように本実施の形態では、ガードリング４０を、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に埋め込まれた埋込み層４０Ｅにより構成するようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、埋込み層４０Ｅの材料や厚みを自由に設定することが可能となる。特に、水分やガスの透過を抑制する機能を有さないＩＴＯなどの透明電極層のみで配線層を形成している場合に好適である。
（第３の実施の形態）
図４は、本開示の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置１Ｂは、ガードリング４０の断面構成において第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、ガードリング４０は、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に被着されたパッシベーション膜３０により構成されている。このようにパッシベーション膜３０がガードリング４０を兼ねるようにすることにより、ガードリング４０形成用の金属膜を用いる必要がなくなり、ガードリング４０を更に容易に形成することが可能となる。
パッシベーション膜３０は、第１の実施の形態と同様に、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている。具体的には、パッシベーション膜３０は、シリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜あるいは酸化アルミニウム膜、またはこれらの積層膜により構成されていることが好ましい。
溝２３は、半導体基板２１に到達していることが望ましい。水分等の浸入を確実に遮断することが可能となるからである。
パッシベーション膜３０は、図４に示したように溝２３の内面に沿っていてもよいが、溝２３を完全に埋め込んでいることが望ましい。チップ１０の上面の凹凸や段差が小さくなり、この後の製造工程（平坦化膜形成，カラーフィルタおよびオンチップレンズ形成）が容易になるからである。
この固体撮像装置１Ｂは、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、半導体基板２１に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ａ，絶縁膜２２Ｂを形成する。これと同時に、必要に応じて、図示しない金属プラグまたは金属配線を形成する。
続いて、絶縁膜２２Ｂの上に、上述した材料よりなる下部透明電極１１Ｂを形成する。そののち、下部透明電極１１Ｂの隙間および周囲に、上述した材料よりなる絶縁膜２２Ｃを形成する。
そののち、下部透明電極１１Ｂの上に有機膜１１Ａおよび上部透明電極１１Ｃを形成する。これにより、有機膜１１Ａを間にして下部透明電極１１Ｂおよび上部透明電極１１Ｃを有する機能領域１１が形成される。
機能領域１１を形成したのち、パッシベーション膜３０を被着する前に、絶縁膜２２に溝２３を設ける。そののち、機能領域１１の上面および絶縁膜２２の上面に、上述した材料よりなるパッシベーション膜３０を全面にわたって形成すると共に、溝２３の内部にパッシベーション３０を埋め込む。これにより、機能領域１１の周囲に、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に埋め込まれたパッシベーション膜３０よりなるガードリング４０が形成される。
また、図示しないが、機能領域１１の周囲にボンディングパッド１３を形成する。絶縁膜２２または半導体基板２１の、ボンディングパッド１３に対向する位置に開口部１４を設け、開口部１４の底部にボンディングパッド１３を露出させる。以上により、図１および図４に示した固体撮像装置１Ｂが完成する。
この固体撮像装置１Ｂの動作および作用は第１の実施の形態と同様である。
このように本実施の形態では、ガードリング４０を、絶縁膜２２に設けられた溝２３の内部に埋め込まれたパッシベーション膜３０により構成するようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、ガードリング４０を更に容易に形成することが可能となる。
（第４の実施の形態）
図５は、本開示の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の平面構成を表したものである。この固体撮像装置１Ｃは、ガードリング４０の平面形状において第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、ガードリング４０は、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含んでいる。具体的には、第２ガードリング４２は開口部１４の外形線に沿って設けられ、一つの第２ガードリング４２が一つの開口部１４を囲んでいる。第３ガードリング４３は、チップ１０の外形線に沿って、機能領域１１および開口部１４の全体を囲んでいる。これにより、本実施の形態では、ガードリング４０が機能領域１１から離れた箇所に配置され、機能領域１１の周囲にレイアウトの制約なしに周辺回路部を配置することが可能となり、信号伝達の遅延などを抑制した最適な周辺回路のレイアウトを実現することが可能となる。
ガードリング４０の断面構成については、上記第１，第２または第３の実施の形態のいずれを採用することも可能である。
この固体撮像装置１Ｃは、ガードリング４０の断面構成に合わせて上記第１，第２または第３の実施の形態と同様にして製造することができる。本実施の形態では、ガードリング４０が機能領域１１から離れた箇所に配置されているので、製造工程において機能領域１１上にカラーフィルタやオンチップレンズとなる材料膜を回転塗布により形成する際に、ガードリング４０の段差に起因した膜むらなどを引き起こしにくくなる。よって、機能領域１１の端部においてカラーフィルタやオンチップレンズの形状むらを抑えることが可能となる。
この固体撮像装置１Ｃでは、有機膜１１Ａに光が入射すると電荷が発生し、この電荷は、第１の実施の形態と同様にして下部透明電極１１Ｂに収集され、更に図示しない電荷出力部へと移送され、図示しない多層配線およびボンディングパッド１３を介して、チップ１０の外部へと出力される。
ここでは、ガードリング４０が、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含んでいる。よって、第１の実施の形態と同様に、チップ１０の端面１０Ａや、ボンディングパッド１３上の開口部１４の側面など、横方向から浸入してきた水分やガスは、第２ガードリング４２および第３ガードリング４３によって遮断され、有機膜１１Ａの特性劣化が抑えられる。
このように本実施の形態では、ガードリング４０が、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含むようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、信号伝達の遅延などを抑制した最適な周辺回路のレイアウトを実現することが可能となる。
（第５の実施の形態）
図６は、本開示の第５の実施の形態に係る固体撮像装置の平面構成を表したものである。この固体撮像装置１Ｄは、ガードリング４０の平面形状に関して、第１および第４の実施の形態を組み合わせたものである。すなわち、ガードリング４０は、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１と、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含んでいる。これにより、本実施の形態では、チップ１０の端面１０Ａや、ボンディングパッド１３上の開口部１４の側面などから機能領域１１に至る水分やガスの浸入経路が、第２ガードリング４２および第３ガードリング４３と、第１ガードリング４１とによって二段階で遮断され、固体撮像装置１Ｄの信頼性を更に高めることが可能となる。
ガードリング４０の断面構成については、上記第１，第２または第３の実施の形態のいずれを採用することも可能である。
この固体撮像装置１Ｄは、ガードリング４０の断面構成に合わせて上記第１，第２または第３の実施の形態と同様にして製造することができる。
この固体撮像装置１Ｄでは、有機膜１１Ａに光が入射すると電荷が発生し、この電荷は、第１の実施の形態と同様にして下部透明電極１１Ｂに収集され、更に図示しない電荷出力部へと移送され、図示しない多層配線およびボンディングパッド１３を介して、チップ１０の外部へと出力される。
ここでは、ガードリング４０が、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１と、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含んでいる。よって、チップ１０の端面１０Ａから横方向に浸入してきた水分やガスは、第３ガードリング４３と第１ガードリング４１とによって二段階で遮断される。ボンディングパッド１３上の開口部１４の側面から横方向から浸入してきた水分やガスは、第２ガードリング４２と第１ガードリング４１とによって二段階で遮断される。従って、有機膜１１Ａの特性劣化が更に確実に抑えられる。
このように本実施の形態では、ガードリング４０が、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１と、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含むようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、チップ１０の端面１０Ａやボンディングパッド１３上の開口部１４の側面など、横方向からの水分やガスの浸入を更に確実に抑えることが可能となる。
（第６の実施の形態）
図７は、本開示の第６の実施の形態に係る固体撮像装置の平面構成を表したものである。この固体撮像装置１Ｅは、ガードリング４０の平面形状において第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、ガードリング４０は、第４の実施の形態と同様に、開口部１４を囲う第２ガードリング４２と、チップ１０の外周に沿った第３ガードリング４３とを含んでいる。第２ガードリング４２は、複数の開口部１４にまたがって設けられている。これにより、本実施の形態では、ボンディングパッド１３間の距離（パッドピッチ）の縮小が、ガードリング４０によって妨げられるおそれが小さくなる。よって、パッドピッチを狭くして、チップ１０全体のサイズを小さくすることが可能となり、小型化およびコスト削減に有利となる。
ガードリング４０の断面構成については、上記第１，第２または第３の実施の形態のいずれを採用することも可能である。
この固体撮像装置１Ｅは、ガードリング４０の断面構成に合わせて上記第１，第２または第３の実施の形態と同様にして製造することができる。
この固体撮像装置１Ｅの動作、作用および効果は第４の実施の形態と同様である。
なお、本実施の形態において、ガードリング４０が、機能領域１１を囲い、かつ開口部１４を含まない領域に設けられた第１ガードリング４１を更に含むことも可能であることは言うまでもない。
（第７の実施の形態）
図８は、本開示の第７の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。本実施の形態は、ガードリング４０を設けた場合における下部透明電極１１Ｂとボンディングパッド１３との接続構成の一例に関するものであり、上記第１ないし第６のすべての実施の形態に適用可能である。なお、図８では、ガードリング４０が第１の実施の形態と同様の平面形状（図１参照。）および第２の実施の形態と同様の断面構成（図３参照。）を有している場合を表している。しかしながら、ガードリング４０の平面形状は、第４ないし第６の実施の形態と同様とすることも可能であり、また、ガードリング４０の断面構成は、第１または第３の実施の形態と同様にすることも可能である。
すなわち、この固体撮像装置１Ｆは、半導体基板２１内の電荷伝送部（電荷移送部）５１と、半導体基板２１の反対面側の多層配線５２とを有している。電荷伝送部５０は、半導体基板２１の主面から反対面に貫通して設けられ、有機膜１１Ａで光電変換された信号電荷、あるいは信号電荷に対応した電位を、多層配線５２を介してボンディングパッド１３に伝送するものである。
具体的には、電荷伝送部５１の主面側の端部は、金属プラグ２４を介して下部透明電極１１Ｂに接続されている。電荷伝送部５１の反対面側の端部は、多層配線５２を介してボンディングパッド１３に接続されている。多層配線５２は、例えば、電荷伝送部５１側から、第１金属プラグ５２Ａ，金属配線５２Ｂおよび第２金属プラグ５２Ｃを含んでいる。多層配線５２およびボンディングパッド１３は、シリコン酸化膜などの絶縁膜５３Ａ〜５３Ｅにより絶縁されている。なお、図８では電荷伝送部５１を抽象化して表しており、電荷伝送部５１の構成は特に限定されるものではない。また、金属プラグ２４および多層配線５２の積層数や構成も特に限定されない。
この固体撮像装置１Ｆでは、有機膜１１Ａにより光電変換された信号電荷は、下部透明電極１１Ｂに収集され、更に半導体基板２１中に設けられた電荷伝送部５１により、半導体基板２１の光入射面と反対側に設けられた第１金属プラグ５２Ａ，金属配線５２Ｂ，更に第２金属プラグ５２Ｃを介してボンディングパッド１３へと移送され、外部へと出力される。
なお、本実施の形態では、有機膜１１Ａにより光電変換した信号を直接ボンディングパッド１３まで伝達する構成を示しているが、ボンディングパッド１３からの信号取り出しまでの過程で電荷から電圧へ変換するなど、一般的にイメージセンサで取られている様々な信号出力方法を取ることが可能である。
また、図８では、ボンディングパッド１３が半導体基板２１の主面（光入射面）と反対面の側に設けられている場合を表しているが、ボンディングパッド１３は、半導体基板２１の主面の側に形成してもよい。その場合には、一度半導体基板２１の反対面側に配した金属配線に信号電荷、あるいは、信号電圧を伝達してから、ボンディングパッド１３の下部に設けた半導体基板２１を貫通する電荷移送部、あるいは、電圧移送部により、半導体基板２１の主面に形成したボンディングパッド１３に接続する構成とすることもできる。
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記第１の実施の形態では、半導体基板２１と第１の金属配線４０Ｂとの間に第１の金属プラグ４０Ａが一本設けられている場合について説明したが、第１の金属プラグ４０Ａは、図９に示したように二本以上設けられていてもよい。他の金属プラグについても同様である。
また、上記実施の形態では、第１ガードリング４１，第２ガードリング４２および第３ガードリング４３をそれぞれ一重に設ける場合について説明したが、例えば、図１０に示したように、第１ガードリング４１を二重に設けることも可能である。第２ガードリング４２および第３ガードリング４３についても同様である。
更に、例えば、上記実施の形態では、下部透明電極１１Ｂが画素ごとに分断され、上部透明電極１１Ｃが共通電極である場合について説明したが、上部透明電極１１Ｃが画素ごとに分断され、下部透明電極１１Ｂが共通電極である構成をとることも可能である。この場合には、光電変換された信号電荷は、上部透明電極１１Ｃへと収集され、上部透明電極１１Ｃに接続された電荷出力部（図示せず）を介してチップ１０の外部へと出力される。
加えて、例えば、上記実施の形態では、固体撮像装置１，１Ａ〜１Ｆの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
有機膜が設けられた機能領域と、
前記機能領域を囲うガードリングと
を備えた固体撮像装置。
（２）
前記機能領域の周囲の周辺領域に設けられたボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドに対向する位置に設けられた開口部と
を備えた前記（１）記載の固体撮像装置。
（３）
前記ガードリングは、前記機能領域を囲い、かつ前記開口部を含まない領域に設けられた第１ガードリングを含む
前記（２）記載の固体撮像装置。
（４）
前記ガードリングは、
前記開口部を囲う第２ガードリングと、
チップ外周に沿った第３ガードリングと
を含む前記（２）または（３）記載の固体撮像装置。
（５）
前記第２ガードリングは複数の開口部にまたがって設けられている
前記（４）記載の固体撮像装置。
（６）
前記ガードリングは、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている
前記（１）ないし（５）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（７）
前記ガードリングは、前記機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層した構成を有する
前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（８）
前記金属層は、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されている
前記（７）記載の固体撮像装置。
（９）
パッシベーション膜を備え、
前記パッシベーション膜は、前記ガードリングを構成する最上層の金属層の直上に直接被着されている
前記（７）または（８）記載の固体撮像装置。
（１０）
前記機能領域の周囲に絶縁膜を備え、
前記ガードリングは、前記絶縁膜に設けられた溝の内部に埋め込まれた埋込み層により構成されている
前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（１１）
前記埋込み層は、金属膜またはシリコン窒化膜により構成されている
前記（１０）記載の固体撮像装置。
（１２）
前記金属膜は、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されている
前記（１１）記載の固体撮像装置。
（１３）
前記機能領域の上面および前記絶縁膜の上面を覆うパッシベーション膜を備え、
前記パッシベーション膜は、前記埋込み層の直上に直接被着されている
前記（１０）ないし（１２）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（１４）
前記機能領域の周囲に設けられた絶縁膜と、
前記機能領域の上面および前記絶縁膜の上面を覆うパッシベーション膜と
を備え、
前記ガードリングは、前記絶縁膜に設けられた溝の内部に被着されたパッシベーション膜により構成されている
前記（１）ないし（６）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（１５）
前記パッシベーション膜は、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている
前記（９），（１３）および（１４）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（１６）
前記パッシベーション膜は、シリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜あるいは酸化アルミニウム膜、またはこれらの積層膜により構成されている
前記（１５）記載の固体撮像装置。
（１７）
前記機能領域が主面側に設けられた半導体基板と、
前記半導体基板内に設けられた電荷伝送部と、
前記半導体基板の前記主面とは反対面側に設けられ、前記ボンディングパッドに接続された多層配線と
を備え、
前記電荷伝送部は、前記有機膜で光電変換された信号電荷、あるいは信号電荷に対応した電位を、前記多層配線を介して前記ボンディングパッドに伝送する
前記（１）ないし（１６）のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
（１８）
半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成する工程と、
前記機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１９）
半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、前記機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に溝を設け、前記溝の内部に金属膜またはシリコン窒化膜よりなる埋込み層を形成することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（２０）
半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、前記機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜に溝を設け、前記溝の内部にパッシベーション膜を被着することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
１，１Ａ〜１Ｆ…固体撮像装置、１０…チップ、１０Ａ…端面、１１…機能領域、１１Ａ…有機膜、１１Ｂ…下部透明電極、１１Ｃ…上部透明電極、１２…周辺領域、１３…ボンディングパッド、１４…開口部、２１…半導体基板、２２…絶縁膜、２３…溝、２４…金属プラグ、３０…パッシベーション膜、４０…ガードリング、４０Ｅ…埋込み層、４１…第１ガードリング、４２…第２ガードリング、４３…第３ガードリング、５１…電荷伝送部、５２…多層配線。

Claims (20)

  1. 有機膜が設けられた機能領域と、
    前記機能領域を囲うガードリングと
    を備えた固体撮像装置。
  2. 前記機能領域の周囲の周辺領域に設けられたボンディングパッドと、
    前記ボンディングパッドに対向する位置に設けられた開口部と
    を備えた請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記ガードリングは、前記機能領域を囲い、かつ前記開口部を含まない領域に設けられた第１ガードリングを含む
    請求項２記載の固体撮像装置。
  4. 前記ガードリングは、
    前記開口部を囲う第２ガードリングと、
    チップ外周に沿った第３ガードリングと
    を含む請求項２記載の固体撮像装置。
  5. 前記第２ガードリングは複数の開口部にまたがって設けられている
    請求項４記載の固体撮像装置。
  6. 前記ガードリングは、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  7. 前記ガードリングは、前記機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層した構成を有する
    請求項１記載の固体撮像装置。
  8. 前記金属層は、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されている
    請求項７記載の固体撮像装置。
  9. パッシベーション膜を備え、
    前記パッシベーション膜は、前記ガードリングを構成する最上層の金属層の直上に直接被着されている
    請求項７記載の固体撮像装置。
  10. 前記機能領域の周囲に絶縁膜を備え、
    前記ガードリングは、前記絶縁膜に設けられた溝の内部に埋め込まれた埋込み層により構成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  11. 前記埋込み層は、金属膜またはシリコン窒化膜により構成されている
    請求項１０記載の固体撮像装置。
  12. 前記金属膜は、アルミニウム，タングステン，チタン，モリブデン，タンタル，銅、あるいはこれらの合金膜、または、これらの金属膜にシリコンあるいは酸素を含有させた膜により構成されている
    請求項１１記載の固体撮像装置。
  13. 前記機能領域の上面および前記絶縁膜の上面を覆うパッシベーション膜を備え、
    前記パッシベーション膜は、前記埋込み層の直上に直接被着されている
    請求項１０記載の固体撮像装置。
  14. 前記機能領域の周囲に設けられた絶縁膜と、
    前記機能領域の上面および前記絶縁膜の上面を覆うパッシベーション膜と
    を備え、
    前記ガードリングは、前記絶縁膜に設けられた溝の内部に被着されたパッシベーション膜により構成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  15. 前記パッシベーション膜は、水分および酸素を透過しない材料膜により構成されている
    請求項９記載の固体撮像装置。
  16. 前記パッシベーション膜は、シリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜あるいは酸化アルミニウム膜、またはこれらの積層膜により構成されている
    請求項１５記載の固体撮像装置。
  17. 前記機能領域が主面側に設けられた半導体基板と、
    前記半導体基板内に設けられた電荷伝送部と、
    前記半導体基板の前記主面とは反対面側に設けられ、前記ボンディングパッドに接続された多層配線と
    を備え、
    前記電荷伝送部は、前記有機膜で光電変換された信号電荷、あるいは信号電荷に対応した電位を、前記多層配線を介して前記ボンディングパッドに伝送する
    請求項１記載の固体撮像装置。
  18. 半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成する工程と、
    前記機能領域の周囲に一層以上の金属層を積層することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  19. 半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、前記機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜に溝を設け、前記溝の内部に金属膜またはシリコン窒化膜よりなる埋込み層を形成することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  20. 半導体基板の主面側に、有機膜が設けられた機能領域を形成すると共に、前記機能領域の周囲に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜に溝を設け、前記溝の内部にパッシベーション膜を被着することにより、前記機能領域を囲うガードリングを形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
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