JP4501123B2 - 高架型集積回路センサ構造のパッシベーション用の改良型層間誘電体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般に、集積回路のパッシベーションに関する。より具体的には、本発明は集積回路のアレイセンサに関連する電気的相互接続及び電子回路のパッシベーションを提供する層間誘電体に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常、集積回路はその上面に形成されたパッシベーション層を含む。パッシベーション層とは概して言えば、集積回路のアセンブリ及びパッケージング工程中の機械的、化学的損傷を防ぐ絶縁性の保護層である。更に、パッシベーション層は集積回路の上面に位置するデリケートな回路を水分(湿気)によるダメージから守ることができる。水分は、集積回路の電気的相互接続及び回路の腐蝕の触媒となる為、パッシベーション層は水分に対し不浸透性でなければならない。
【0003】
図1に、従来技術によるIC(集積回路)イメージセンサアレイを示す。ICイメージセンサアレイは基板100を含む。相互接続構造110が基板100に隣接して形成されている。画素相互接続構造120は相互接続構造110に隣接して形成されている。画素相互接続構造120上には、イメージセンサアレイを構成する幾つかの層130が形成されている。一般的に、電極140、142、144がイメージセンサのカソードを構成する。イメージセンサアレイを形成する層130に隣接して透明導体150が設けられている。透明導体150はイメージセンサのアノードにバイアスをかける為のものである。
【0004】
相互接続構造110は通常、標準的なCMOS相互接続構造である。相互接続構造には基板100への電気接続を提供する導電性バイア114、116、118が含まれる。
【0005】
画素相互接続構造120は高架型(elevated)イメージセンサ構造に、信頼性と構造的利点を提供するものである。画素相互接続構造120により画素電極140、142、144が相互接続構造110上に位置する金属パッド上にではなく、シリコン上に形成される為、画素電極140、142、144を薄く形成することが出来る。画素相互接続構造120は、画素電極140、142、144を相互接続構造110に電気的に接続する。画素相互接続構造120は、例えば、ポリイミドや酸化珪素、或は窒化珪素のような誘電体膜から一般的に形成される。
【0006】
図1に示す画素相互接続構造120は、導電性バイア114、116、118や基板100上に配置された電子回路を湿気から保護するものではない。従って、導電性バイア114、116、118及び基板100上に配置された電子回路は腐蝕を生じ易い。
【0007】
一般的に、代表的な集積回路のパッシベーション層の上面は平坦ではない。即ち、その上面は平らになるように十分に制御された面ではない。従って、代表的なパッシベーション層を図1のICイメージセンサアレイの層間に挟むことは出来ない。
【0008】
パッシベーション層を形成するには高温が必要である。通常、パッシベーション層の形成に要する温度は、大多数のセンサがダメージを受けずに耐え得る温度よりも高い。従ってパッシベーション層は図1のICイメージセンサアレイ上に形成することは出来ない。加えて、ICイメージセンサアレイ上に形成したパッシベーション層は、イメージセンサアレイが光を吸収、即ち検出する前に光を吸収してしまう可能性もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
パッシベーション構造を貫通する導電性バイアを備えるパッシベーション構造を基板上に設け、イメージセンサをパッシベーション構造上に配置し、かつ、基板に電気的に接続できるようにすることが望ましい。更に、パッシベーション層をイメージセンサと基板の間に挟むことができるように、パッシベーション構造が平坦な表面を備えることが望ましい。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、イメージセンサアレイに関連する電気的相互接続と電子回路のパッシベーションを備える集積回路(IC)センサのパッシベーション構造に関する。
【0011】
本発明の第一の実施例はICセンサ構造を備える。ICセンサ構造は、電子回路を有する基板を備える。相互接続構造が基板に隣接している。相互接続構造は、それを貫通する導電性の相互接続バイアを備える。誘電体(誘電性)層が相互接続構造に隣接している。誘電体層は平坦な面と、そして誘電体層を貫通して相互接続バイアに電気的に接続される導電性バイアを備える。誘電体層は、更に、相互接続構造に隣接する層間平坦化誘電体層と、層間平坦化誘電体層に隣接するパッシベーション層と、パッシベーション層に隣接する接着層(adhesion layer)とを含む。ICセンサ構造は、更に、誘電体層に隣接する光検出アクティブイメージセンサを含む。相互接続バイア及び導電性バイアにより電子回路が光検出アクティブイメージセンサに電気的に接続される。
【0014】
本発明の他の態様及び利点は、添付の図面を参照しつつ、本発明の原理を例示して記載した以下の詳細な説明から明らかになろう。
【0015】
本発明は、例示として図示したように、イメージセンサアレイに関連する電気的相互接続及び電子回路に防湿を施したイメージセンサアレイのパッシベーション構造において具現化される。
【0016】
【発明の実施の形態】
図2は、集積回路パッシベーション構造を備える本発明の一実施例を示す。集積回路パッシベーション構造は、基板200を備える。基板200は、通常、電子回路を備える。相互接続構造210が基板200に隣接して形成されている。相互接続構造210は、それを貫通する導電性の相互接続バイア214、216、218を有する。誘電体層220は、相互接続構造210に隣接して設けられている。誘電体層220は、平坦面228を有する。誘電体層は、それを貫通して相互接続バイア214、216、218に電気的に接続される導電性バイア222、224、226を備える。誘電体層220は、更に、相互接続構造210に隣接する層間平坦化誘電体層230及び、その誘電体層230に隣接するパッシベーション層240を有する。このパッシベーション構造は、更に、誘電体層220に隣接するイメージセンサアレイ250を備える。相互接続バイア214、216、218及び導電性バイア222、224、226は、基板200の電子回路をイメージセンサ250に電気的に接続する。
【0017】
透明導電体260は、通常、イメージセンサ250のアノードにバイアスをかける。イメージセンサ250のカソードは、通常、電極252、254、256により形成される。電極252、254、256は、導電性バイア222、224、226に電気的に接続されている。
【0018】
本発明の説明上、イメージセンサ250は、電極及び内部層を備えるものとする。しかしながら、本発明は、イメージセンサ250の他の構成にも適用可能である。更に、本発明のパッシベーション構造は、有機発光ダイオード等のような、他の高架型デバイス(elevated device)にも利用出来る。
【0019】
イメージセンサ250は、光を受けた時に電荷を伝える。基板200は、一般的に、検出回路及び信号処理回路を備える。検出回路は、イメージセンサ250が伝導した電荷の量を検出する。伝導された電荷量は、イメージセンサ250が受けた光の強度を表わすものである。一般的に、基板200は、CMOS(相補型金属酸化膜シリコン)、BiCMOS、またはBipolarとすることができる。基板200には、電荷結合デバイスを含む様々な種類の基板技術を取り入れることができる。
【0020】
一般的には、相互接続構造210は、標準的な相互接続構造である。相互接続構造210の構造及び形成方法は、電子集積回路製造分野では周知である。相互接続構造210は、サブトラクティブ(subtractive)金属構造、あるいは、シングル又はデュアルダマシン(damascene)構造とすることができる。
【0021】
誘電体層220は、高架型画素センサ構造に信頼性と構造的な利点をもたらすものである。誘電体層220は、画素電極252、254、256を相互接続構造210に電気的に接続する。
【0022】
導電性バイア222、224、226が、誘電体層220を貫通して、画素電極252、254、256を基板200に電気的に接続する。一般的には、導電性バイア222、224、226は、タングステンから形成される。タングステンは製造工程において一般的に利用されているが、それはタングステンが高アスペクト比の穴を充填することが出来る為である。即ち、タングステンは細く、比較的長い相互接続を形成する為に用いることが出来る。一般的に、導電性バイア222、224、226の形成には、化学蒸着(CVD)法を利用することが出来る。導電性バイア222、224、226の形成に利用し得る他の材料としては銅、アルミニウム、または、他の任意の導電性材料が含まれる。
【0023】
誘電体層220を画素電極252、254、256と基板200との間に挿入することによりもたらされる構造的利点がいくつかある。この構造により、相互接続回路を緊密に詰め込むことが可能となる。第一に、バイア222、224、226が画素電極の直下に配置される為に、横方向の空間が節約される。第二に、この構造により、バイア222、224、226の径を最小化して形成することが可能である。バイア222、224、226を形成する方法としては、一般的にCVD法が最良である。タングステンを用いたCVD法により、小さな径のバイアを形成することが出来る。しかしながら、CVD法によるタングステンバイアの形成に必要な温度は、画素電極を形成する材料(例えばアモルファスシリコン)の多くが耐え得る温度よりも高い。誘電体層220を基板200の上に形成し、画素電極252、254、256を誘電体層220上に形成することにより、画素電極252、254、256を形成する前にバイア222、224、226を形成することが可能となり、従って、画素電極252、254、256が、バイア222、224、226を形成するために必要な高温にさらされなくてすむことになる。
【0024】
図2の誘電体層220には、層間平坦化誘電体層230及びパッシベーション層240が含まれている。
【0025】
層間平坦化誘電体層230は、平らな平坦面を提供する。層間平坦化誘電体層230は、層間キャパシタンスを最小化する低誘電率を有する。層間平坦化誘電体層230の平坦性により、パッシベーション層240のステップカバレージ(step coverage)が改善され、これによりパッシベーション層240の厚みを最小化することが出来る。層間平坦化誘電体層230は、SiO2のような酸化物により形成することが出来る。
【0026】
パッシベーション層240は、相互接続バイア214、216、218及び基板200上の電子回路を湿気から守る。パッシベーション層240は、窒化物又は炭化物から形成することが出来る。
【0027】
誘電体層220は、イメージセンサ250よりも先に形成される。従って、イメージセンサは、誘電体層220の形成中に必要とされる高温にさらされることがない。
【0028】
図3に、本発明の他の実施例を示す。この実施例には、誘電体層220中に、パッシベーション層240に隣接して形成された接着層310が更に含まれる。接着層310は、パッシベーション層240とイメージセンサ250とを接着するものである。接着層310は、酸化物、窒化物又は炭化物から形成することが出来る。
【0029】
図4は、本発明の実施例に基づく誘電体層220を形成する方法のステップを示すフローチャートである。
【0030】
誘電体層220を形成する第一のステップ410には、相互接続構造210上に層間誘電体層230を被着するステップが含まれる。層間誘電体層230は、プラズマエッチング化学蒸着(PECVD)法により被着される。また、相互接続構造210上で層間誘電体層230の形状を整えるバイアススパッタリングにより層間誘電体層230を被着することもできる。誘電体層220を被着するこの方法は、半導体加工技術の分野では周知である。
【0031】
第二のステップ420は、層間誘電体層230を平坦化するステップを含む。層間誘電体層230は、一般的に、化学機械プロセス(CMP)により平坦化される。CMPにより、表面に最高の均一性が得られる。CMPは、半導体加工技術分野では周知のプロセスである。
【0032】
第三のステップ430は、パッシベーション層240を被着するステップを含む。パッシベーション層240は、一般的に、バイアススパッタリングプロセス、又はスパッタ被着プロセスにより被着される。これらの被着プロセスは、半導体加工技術分野では周知である。
【0033】
第四のステップ440は、接着層310を被着するステップを含む。接着層310は、一般的に、バイアススパッタリングプロセス、又はスパッタ被着プロセスにより被着される。これらの被着プロセスは、半導体加工技術分野では周知である。
【0034】
画素電極252、254、256の被着を見越して(それが可能となるように)、バイアが、誘電体層220を貫通してエッチングされる。
【0035】
本発明の特定の実施例を説明及び図示したが、本発明は、説明及び図示した特定の形態又は構成部分の構成/配置に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【0036】
以下においては、本発明の種々の構成要件の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。
1.集積回路センサのパッシベーション構造であって、
電子回路を備える基板(200)と、
前記基板(200)に隣接する相互接続構造(210)であって、該相互接続構造(210)を貫通する導電性の相互接続バイア(214、216、218)を有する、相互接続構造(210)と、
前記相互接続構造(210)に隣接する誘電体層(220)であって、該誘電体層(220)は、平坦面(228)を有し、また、該誘電体層(220)を貫通して、前記相互接続バイア(214、216、218)に電気的に接続される導電性の誘電体バイア(222、224、226)を有しており、該誘電体層(220)が、さらに、
前記相互接続構造(210)に隣接する層間平坦化誘電体層(230)と、前記層間平坦化誘電体層(230)に隣接するパッシベーション層(240)とを有し、
前記集積回路センサの構造が、前記誘電体層(220)に隣接するセンサを、さらに有し、
前記相互接続バイア(214、216、218)と前記誘電体バイア(222、224、226)とが、前記電子回路を前記センサに電気的に接続する
ことからなる、集積回路センサのパッシベーション構造。
2.前記誘電体層(220)が、前記パッシーベーション層(240)に隣接する接着層(310)をさらに有する、上項1の集積回路のパッシベーション構造。
3.前記センサが、光検出アクティブイメージセンサからなる、上項1の集積回路のパッシベーション構造。
4.前記層間平坦化誘電体層(230)が酸化物からなる、上項1の集積回路のパッシベーション構造。
5.前記パッシベーション層(240)が窒化物からなる、上項1の集積回路のパッシベーション構造。
6.前記パッシベーション層(240)が炭化物からなる、上項1の集積回路のパッシベーション構造。
7.前記接着層(310)が酸化物からなる、上項2の集積回路のパッシベーション構造。
8.前記接着層(310)が窒化物からなる、上項2の集積回路のパッシベーション構造。
9.前記接着層(310)が炭化物からなる、上項2の集積回路のパッシベーション構造。
【0037】
【発明の効果】
本発明によれば、イメージセンサアレイに関連する集積回路の電気配線や電子回路を、機械的、化学的ダメージから、特に、湿気から、効果的に保護することが可能なパッシベーション構造が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】イメージセンサに関連する電子回路のパッシベーション保護を有しない従来技術によるイメージセンサアレイを示す。
【図2】イメージセンサアレイに関連する電気的相互接続及び電子回路のパッシベーション保護を有する本発明の一実施例を示す。
【図3】イメージセンサアレイに関連する電気的相互接続及び電子回路のパッシベーション保護を有する本発明の一実施例を示す。
【図4】本発明の実施例の誘電体層220を形成する方法のステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
200 基板
210 相互接続構造
214、216、218 相互接続バイア
220 誘電体層
222、224、226 導電性バイア
230 層間平坦化誘電体層
240 パッシベーション層
310 接着層
Claims (7)
- 集積回路センサの構造であって、
電子回路を備える基板と、
前記基板に隣接する相互接続構造であって、該相互接続構造を貫通する導電性の相互接続バイアを有する、相互接続構造と、
前記相互接続構造に隣接する誘電体層と、
を備え、
前記誘電体層は、平坦面を有し、かつ、前記誘電体層を貫通して、前記相互接続バイアに電気的に接続される導電性バイアを有し、
前記誘電体層が、さらに、
前記相互接続構造に隣接する層間平坦化誘電体層と、
前記層間平坦化誘電体層に隣接するパッシベーション層と、
前記パッシベーション層に隣接する接着層と、
を備え、
前記集積回路センサの構造が、さらに、前記誘電体層に隣接する光検出アクティブイメージセンサを備え、
前記相互接続バイアと前記導電性バイアとが、前記電子回路を前記光検出アクティブイメージセンサに電気的に接続する、集積回路センサの構造。 - 前記層間平坦化誘電体層が酸化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
- 前記パッシベーション層が窒化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
- 前記パッシベーション層が炭化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
- 前記接着層が酸化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
- 前記接着層が窒化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
- 前記接着層が炭化物からなる、請求項1の集積回路センサの構造。
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