JP2013149758A - 固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラ - Google Patents
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Abstract
【課題】配線の上の層の平坦化と工程数の削減に有利な技術を提供する。
【解決手段】画素領域および周辺回路領域を有する固体撮像装置は、前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された配線と、前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンとを備える。前記周辺回路領域における前記配線は、複数の導電パターンを含み、前記複数の導電パターンの間に前記ダミーパターンが配置され、前記ダミーパターンは、前記配線に対して電気的に絶縁されている。
【選択図】図２
【解決手段】画素領域および周辺回路領域を有する固体撮像装置は、前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された配線と、前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンとを備える。前記周辺回路領域における前記配線は、複数の導電パターンを含み、前記複数の導電パターンの間に前記ダミーパターンが配置され、前記ダミーパターンは、前記配線に対して電気的に絶縁されている。
【選択図】図２
Description
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法ならびにカメラに関する。
従来からデジタルカメラおよびデジタルビデオカメラに用いられるＣＭＯＳセンサ等の固体撮像装置の高感度化のために、光学部品としてオンチップカラーフィルターおよびマイクロレンズが形成されている。図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら固体撮像装置の代表的な製造方法を説明する。ここで、図３（ａ）は、固体撮像装置の周辺回路領域における断面図であり、図３（ｂ）は、該固体撮像装置の画素領域における断面図である。固体撮像装置の製造工程では、半導体基板にフォトダイオードおよびトランジスタなどの回路素子が形成された後、信号伝達のための信号線（導電パターン）１２２が形成されうる。
そして、信号線１２２を覆う絶縁膜を形成することによって、信号線１２２を取り囲む層間絶縁膜１２１が形成され、その上に、電力供給線または信号線としての配線１２３が形成されうる。配線１２３を構成する複数の導電パターンの相互の間には間隙が存在するので、配線１２３を含む基板の表面には凹凸が形成される。そこで、該基板の表面にスピンコート法によって樹脂を塗布することによって平坦化層１３１が形成されうる。また、平坦化層１３１の上に顔料分散レジストや染料溶解型レジストをスピンコート法で塗布し、これを露光、現像処理することでカラーフィルター１３２が形成されうる。また、カラーフィルター１３２の上には、スピンコート法によって平坦化層１３３が形成されうる。その後、マイクロレンズ材料となる感光性樹脂をスピンコート法で塗布し、これを露光、現像、ベーク処理することでマイクロレンズ１３４が形成されうる。
固体撮像装置の高画質化、高速化のためにデジタル回路を周辺回路領域に配置するオンチップ化が進んでいる。このようなデジタル回路を流れる電流は変動量が大きい。電流変動が大きい信号線の上の層に配置されている電力供給線または信号線としての配線１２３の幅を広くした場合、その下の信号線１２２を流れる電流の変動の影響を強く受けて、電位が不安定になりうる。そのため、配線１２３の幅を広くすることが難しくなっている。
しかしながら、配線１２３の幅が狭くなると、基板の表面における凹部の面積が大きくなるので、配線１２３の上に形成される平坦化層１３１の表面に大きな凹凸１５０が形成されうる。平坦化層１３１の表面の凹凸１５０は、周辺回路領域のみならず、画素領域にも形成されうる。平坦化層１３１の表面の凹凸１５０は、特にスピンコート法によって平坦化層１３１を形成する際に大きくなりやすく、周辺回路領域のみならず、画素領域にも大きな凹凸が形成されうる。これは、スピンコート法で平坦化層１３１を形成する場合、下地の表面の凹凸が、当該凹凸が存在する領域よりも広い領域に塗布むらを生じさせ、この塗布むらが平坦化層１３１の膜厚分布を生じさせるからである。
カラーフィルター１３２の下の平坦化層１３１の表面に凹凸が存在すると、カラーフィルター１３２の膜厚が不均一になったり、その上に形成されるマイクロレンズ１３４の形状が不均一になったりしうる。これにより、固体撮像装置によって撮像される画像の品質が低下しうる。
特許文献１では、凹状の部分布を高分子材料で埋めることで表面を平坦化する方法が提案されているが、この方法では工程数が増加する。
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、配線の上の層の平坦化と工程数の削減に有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の１つの側面は、画素領域および周辺回路領域を有する固体撮像装置に係り、前記固体撮像装置は、前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された信号線と、前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンと、を備え、前記周辺回路領域における前記信号線は、複数の導電パターンを含み、前記複数の導電パターンの間に前記ダミーパターンが配置され、前記ダミーパターンは、前記信号線に対して電気的に絶縁されている。
本発明によれば、配線の上の層の平坦化と工程数の削減に有利な技術が提供される。
本発明の固体撮像装置は、例えば、画素領域および周辺回路領域を有する種々の固体撮像装置（例えば、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ）に適用されうる。ここで、前記画素領域は、複数の画素が配列された領域であり、各画素は、光電変換素子（例えば、フォトダイオード）を含む。前記周辺回路領域は、前記画素領域とは異なる領域である。前記周辺回路領域は、例えば、前記画素領域に配置された素子（例えば、トランジスタ）に制御信号を供給する回路、および、前記画素領域に配置された素子（例えば、トランジスタ）または回路から出力される信号を処理する回路を含みうる。
前記固体撮像装置は、前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された配線と、前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンとを備える。前記配線は、電極供給線および信号線の少なくとも一方を含みうる。前記電極供給線は、電源線および接地線の少なくとも一方を含みうる。ここで、前記電源線には、前記接地線に与えられる接地電位とは異なる電位が与えられる。前記周辺回路領域における前記配線は、複数の導電パターンを含みうる。前記ダミーパターンは、前記複数の導電パターンの間に配置されうる。前記ダミーパターンは、前記配線に対して電気的に絶縁される。前記導電パターンとそれに隣接する前記ダミーパターンとの間隔は、３０ミクロン以下であることが好ましい。前記画素領域における前記配線と前記周辺回路領域における前記配線とは、相互に電気的に接続されうる。
前記配線は、複数の配線層のうち少なくとも１つの配線層に配置されうるが、複数の配線層のうち最上の配線層に配置されることが好ましい。前記固体撮像装置は、前記最上の配線層を覆う平坦化層を更に備えうる。前記平坦化層は、樹脂を含みうる。前記平坦化層は、スピンコート法によって形成されうる。前記平坦化層の上には、カラーフィルターが配置されうる。あるいは、前記平坦化層の上には、カラーフィルターが配置され、その上にマイクロレンズが配置されうる。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態の固体撮像装置１００およびその製造方法を説明する。
図１は、本発明の一実施形態の固体撮像装置１００の構成を示す図である。固体撮像装置１００は、画素領域１０および周辺回路領域２０を有する。画素領域１０は、有効画素領域１２と、ＯＢ（オプティカルブラック）領域１４とを含みうる。有効画素領域１２には、複数の画素が複数行および複数列を構成するように配列されうる。各画素は、光電変換素子を含む。ＯＢ領域１４には、遮光された画素が配置される。遮光された画素の回路構成は、有効画素領域１２の画素の回路構成と同一でありうる。なお、ＯＢ領域１４は、必ずしも必要ではない。
周辺回路領域２０には、例えば、垂直走査回路、水平走査回路および信号処理回路が配置されうる。信号処理回路は、例えば、垂直走査回路および水平走査回路によって選択された画素の信号を読み出すための読出回路を含みうる。該読出回路は、画素から読み出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器を含みうる。周辺回路領域２０は、例えば、タイミングジェネレータ、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）、パラレル・シリアル変換回路およびＬＶＤＳ(Low Voltage Differential signaling）回路の少なくとも１つを含みうる。
図２（ａ）は、固体撮像装置１００の周辺回路領域２０およびＯＢ領域１４の構成を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）は、固体撮像装置１００の有効画素領域１２の構成を模式的に示す断面図である。有効画素領域１２およびＯＢ領域１４を含む画素領域１０に配置される画素は、半導体基板に形成された光電変換素子（例えば、フォトダイード）を含みうる。固体撮像装置１００がＣＭＯＳセンサとして構成される場合、画素領域１０に配置される画素は、半導体基板に形成されたトランジスタを含む。該トランジスタは、例えば、光電変換素子で発生した電荷をフローティングディフュージョンに転送するための転送トランジスタを含みうる。周辺回路領域２０に配置される回路は、半導体基板に形成されたトランジスタを含む。ただし、図２（ａ）、（ｂ）では、光電変換素子およびトランジスタは省略されている。
周辺回路領域２０には、周辺回路領域２０に配置された回路において信号を伝達するための信号線（導電パターン）１２２が配置されている。信号線１２２は、例えば、前述の読出回路の信号線を構成する導電パターンを含みうる。
固体撮像装置１００は、画素領域１０（有効画素領域１２、ＯＢ領域１４）および周辺回路領域２０に配置された配線１２３と、周辺回路領域２０に配置されたダミーパターン１２４とを備えている。なお、図２（ａ）、（ｂ）では、画素領域１０に配置された配線１２３は省略されている。周辺回路領域２０における配線１２３は、信号線１２２が配置された配線層に近接する配線層に配置されうる。例えば、周辺回路領域２０における配線１２３は、周辺回路領域２０における複数の配線層のうち最上の配線層に配置され、信号線１２２は、当該最上の配線層の１つ下の配線層に配置されうる。画素領域１０における配線１２３と周辺回路領域２０における配線１２３とは、相互に電気的に接続されうる。
周辺回路領域２０における配線１２３は、電極供給線および信号線の少なくとも一方を含みうる。前記電極供給線は、電源線および接地線の少なくとも一方を含みうる。ここで、周辺回路領域２０における配線１２３は、複数の導電パターンを含みうる。ダミーパターン１２４は、配線１２３を構成する複数の導電パターンの間に配置されうる。ダミーパターン１２４は、配線１２３に対して電気的に絶縁される。ここで、平面視において、ダミーパターン１２４は、信号線１２２の上に重なるように配置されている。ここで、平面視とは、固体撮像装置１００をその上面の法線の方向から見ることをいう。
ＯＢ領域１４には、遮光膜１２６が設けられる。ここで、遮光膜１２６、配線１２３およびダミーパターン１２４は、同一の工程で同一の材料で形成されうる。例えば、層間絶縁膜１２１の上に導電性材料で膜を形成し、これをフォトリソグラフィー工程によってパターニングすることによって遮光膜１２６、配線１２３およびダミーパターン１２４を形成することができる。
固体撮像装置１００は、配線１２３が配置された配線層を覆う平坦化層１３１を含みうる。ここで、遮光膜１２６、配線１２３およびダミーパターン１２４を覆うように保護膜１２５を形成し、保護膜１２５の上に平坦化層１３１を形成してもよい。
平坦化層１３１は、例えば、アクリル樹脂等の樹脂をスピンコート法によって遮光膜１２６、配線１２３およびダミーパターン１２４の上に塗布することによって形成されうる。アクリル樹脂としては、例えば、ＪＳＲ株式会社から提供されているＡＨ８５９、ＡＨ３１０１、または、富士フィルムエレクトロニクスマテリアルズから提供されているＣＴ−４０００が好適である。
周辺回路領域２０における配線１２３を構成する複数の導電パターンの間にダミーパターン１２４を配置することにより、周辺回路領域２０のほか、画素領域１０における平坦化層１３１の表面の凹凸を低減することができる。平坦化層１３１の表面の平坦性を得るために、配線１２３とそれに隣接するダミーパターン１２４との間隔は、３０ミクロン以下であることが好ましい。
ここで、ダミーパターン１２４を設けない場合には、図３に模式的に示すように、ダミーパターン１２４を設けた場合よりも大きな凹凸１５０が平坦化層１３１の表面に形成される。凹凸１５０は、周辺回路領域２０のみならず、画素領域１０にも形成されうる。特にスピンコート法によって平坦化層１３１を形成する場合には、周辺回路領域２０における表面に配線１２３によって形成される凹凸が樹脂の塗布むらを引き起こす。これによって、周辺回路領域２０における平坦化層１３１の表面のみならず、画素領域１０における平坦化層１３１の表面にも大きな凹凸が形成されうる。
平坦化層１３１の上には、カラーフィルター１３２を形成することができる。ダミーパターン１２４を設けることによって、表面の凹凸が低減された平坦化層１３１の上にカラーフィルター１３２を配置することができる。これにより、カラーフィルター１３２の厚さばらつきを低減し、感度ばらつきなどを低減することができる。
カラーフィルター１３２の上には、マイクロレンズ１３４を形成することができる。マイクロレンズ１３４は、例えば、平坦化層１３３を介してカラーフィルター１３２の上に形成されてもよい。ダミーパターン１２４を設けることによってマイクロレンズ１３４の下のカラーフィルター１３２または平坦化層１３３の表面の凹凸が低減されるので、マイクロレンズ１３４の形状を均一化することができる。これにより、感度ばらつきなどを低減することができる。なお、カラーフィルター１３２およびマイクロレンズ１３４は、いずれも任意的な構成要素である。
本発明の一実施形態の固体撮像装置１００の製造方法は、第１工程と、第２工程とを含む。第１工程では、画素領域１０および周辺回路領域２０に配置された配線１２３および周辺回路領域２０に配置されたダミーパターン１２４を形成する。第２工程では、配線１２３およびダミーパターン１２４の上に平坦化層１３１を形成する。ここで、周辺回路領域２０における配線１２３は、複数の導電パターンを含み、該複数の導電パターンの間にダミーパターン１２４が配置される。ダミーパターン１２４は、配線１２３に対して電気的に絶縁されている。
配線１２３は、パッド部として機能する部分を含みうる。ダミーパターン１２４には、配線１２３に供給される電圧とは異なる固定電位が供給されていてもよいが、ダミーパターン１２４は、電気的に浮遊であることが望ましい。ダミーパターン１２４が電気的に浮遊であることで、配線１２３に対する容量を低減することができる。また、ダミーパターン１２４が電気的に浮遊であることで、その下層の配線の容量を低減することが可能となる。
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
Claims (12)
- 画素領域および周辺回路領域を有する固体撮像装置であって、
前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された配線と、
前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンと、を備え、
前記周辺回路領域における前記配線は、複数の導電パターンを含み、前記複数の導電パターンの間に前記ダミーパターンが配置され、前記ダミーパターンは、前記配線に対して電気的に絶縁されている、
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記配線は、複数の配線層のうち最上の配線層に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記最上の配線層を覆う平坦化層を更に備える、
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。 - 前記平坦化層は、樹脂を含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。 - 前記画素領域における前記配線と前記周辺回路領域における前記配線とが相互に電気的に接続されている、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記導電パターンとそれに隣接する前記ダミーパターンとの間隔が３０ミクロン以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記配線は、電源線および接地線の少なくとも一方を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記複数の配線層のうち最上の配線層の１つ下の配線層に配置された信号線を有し、
前記ダミーパターンは、平面視において前記信号線の上に重なるように配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記ダミーパターンは、電気的に浮遊である、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、を含む、
ことを特徴とするカメラ。 - 画素領域および周辺回路領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記画素領域および前記周辺回路領域に配置された配線および前記周辺回路領域に配置されたダミーパターンを形成する工程と、
前記配線および前記ダミーパターンの上に平坦化層を形成する工程と、を含み、
前記周辺回路領域における前記配線は、複数の導電パターンを含み、前記複数の導電パターンの間に前記ダミーパターンが配置され、前記ダミーパターンは、前記配線に対して電気的に絶縁されている、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記平坦化層を形成する工程では、スピンコート法によって前記平坦化層を形成する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
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