JP4792821B2 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、配線層が形成された側とは反対側の面から光を入射させる裏面照射型の固体撮像装置およびその製造方法に関する。

ＣＭＯＳイメージセンサでは、各画素は、フォトダイオードと、読み出し、リセット、増幅などの各種のトランジスタを含む。フォトダイオードにより光電変換された信号は、当該トランジスタにより処理される。各画素の上部には多層の金属配線を含む配線層が形成される。配線層上には、フォトダイオードに入射する光の波長を規定するカラーフィルタや、フォトダイオードに光を集光するオンチップレンズが形成される。

しかしながら、上記のＣＭＯＳイメージセンサでは、画素の上部の配線により光が遮られて、各画素の感度が低下する問題があった。また、これらの配線で反射された光が隣接画素に入射すると、混色等の原因となる。

このため、フォトダイオードや各種のトランジスタを形成したシリコン基板の裏側を研磨することにより薄膜化し、基板裏面側から光を入射させて光電変換する裏面照射型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。この裏面照射型の固体撮像装置では、ウェーハレベルで基板を研磨する必要があるため、基板の強度を補強する観点から、シリコン基板などからなる支持基板を張り合わせる必要が生じる。
特開２００３−３１７８５号公報 特開２００３−２７３３４３号公報

裏面照射型の固体撮像装置では、基板の配線層側に支持基板を張り合わせるため、外部との間で信号を入出力するためのパッドの形成および配置が問題となる。パッドを配置する方法としては、基板の支持基板側（表面側）にパッドを配置する方法と、基板の裏面側に配置する方法の２通りがある。上記の特許文献では、いずれも基板の支持基板側にパッドを配置するものである。

基板の裏面側にパッドを配置する場合には、基板の表面側のプロセスを行った後に、基板の裏面側を研磨して薄膜化した後、基板の裏面側から配線層に達する貫通孔を設ける方法が考えられる。この場合には、基板に最も近い配線層をパッドとして使用し、ワイヤボンディングにより外部装置と接続する。

しかしながら、基板を貫通し配線層に達する貫通孔を形成するため、基板の裏面側に大きな段差が発生することとなる。基板の裏面側に大きな段差が発生すると、カラーフィルタやオンチップレンズの形成において膜の塗布むらが生じ、所望の光学特性を得ることができない。所望の光学特性を得ることができない場合には、撮像特性の低下を招き、撮像特性の低下が著しい場合には不良品となってしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板の配線層側とは反対側の面に、大きな段差を生じることなくパッドを形成することができ、信頼性および歩留まりの向上を図った固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、基板の配線層とは反対側の面に大きな段差を生じることなくパッドが形成されていることにより、撮像特性および信頼性の向上を図った固体撮像装置を提供することにある。

上記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、基板の第１面側に配線層を有し、前記基板の第２面側から光を入射させる固体撮像装置の製造方法であって、前記基板に光電変換素子および能動素子を形成する工程と、前記基板の第１面側に、前記光電変換素子および前記能動素子を被覆する層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜を貫通して、前記基板の途中の深さまで達する第１コンタクトを形成する工程と、前記層間絶縁膜上に配線層を形成する工程と、前記配線層上に支持基板を貼り付ける工程と、前記基板を前記第２面側から研磨して、前記基板を薄膜化する工程と、前記基板の第２面側に前記第１コンタクトに達する開口を形成する工程と、
前記基板の第２面側に前記開口を介して前記第１コンタクトに接続するパッドを形成する工程と
を有する。

上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板の第１面側に配線層を有し、前記基板の第２面側から光を入射させる固体撮像装置であって、前記基板に形成された光電変換素子および能動素子と、前記基板の第１面側に形成され、前記光電変換素子および前記能動素子を被覆する層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上に形成された複数階層の配線層と、前記複数階層の配線層上に設けられた支持基板と、前記層間絶縁膜および前記基板を貫通して形成され、前記複数階層の配線層のうち、光の入射側に最も近い配線層に接続するコンタクトと、前記基板の第２面側に設けられ、前記コンタクトに接続するパッドとを有する。

上記の本発明の固体撮像装置では、基板の第２面側に形成されたパッドは、層間絶縁膜および基板を貫通するコンタクトを介して、配線層に接続される。このパッドを通じて能動素子を駆動する信号が供給される。パッドが基板の第２面側の表面付近に形成されているため、基板の第２面側にはパッド形成に伴う大きな段差はない。

本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、基板の配線層側とは反対側の面に、大きな段差を生じることなくパッドを形成することができ、固体撮像装置の信頼性および歩留まりの向上を図ることができる。
本発明の固体撮像装置によれば、基板の配線層とは反対側の面に大きな段差を生じることなくパッドが形成されていることにより、撮像特性および信頼性の向上を図った固体撮像装置を実現することができる。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）

図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。

固体撮像装置は、画素部１１と、周辺回路部とを有し、これらが同一の半導体基板上に搭載された構成となっている。本例では、周辺回路部として、垂直選択回路１２と、Ｓ／Ｈ（サンプル／ホールド）・ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関二重サンプリング）回路１３と、水平選択回路１４と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１５と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路１６と、Ａ／Ｄ変換回路１７と、デジタルアンプ１８とを有する。

画素部１１には、後述する単位画素が行列状に多数配置され、行単位でアドレス線等が、列単位で信号線等がそれぞれ設けている。

垂直選択回路１２は、画素を行単位で順に選択し、各画素の信号を垂直信号線を通して画素列毎にＳ／Ｈ・ＣＤＳ回路１３に読み出す。Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ回路１３は、各画素列から読み出された画素信号に対し、ＣＤＳ等の信号処理を行う。

水平選択回路１４は、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ回路１３に保持されている画素信号を順に取り出し、ＡＧＣ回路１６に出力する。ＡＧＣ回路１６は、水平選択回路１４から入力した信号を適当なゲインで増幅し、Ａ／Ｄ変換回路１７に出力する。

Ａ／Ｄ変換回路１７は、ＡＧＣ回路１６から入力したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタルアンプ１８に出力する。デジタルアンプ１８は、Ａ／Ｄ変換回路１７から入力したデジタル信号を適当に増幅して、後述するパッド（端子）より出力する。

垂直選択回路１２、Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ回路１３、水平選択回路１４、ＡＧＣ回路１６、Ａ／Ｄ変換回路１７およびデジタルアンプ１８の各動作は、タイミングジェネレータ１５から出力される各種のタイミング信号に基づいて行われる。

図２は、画素部１１の単位画素の回路構成の一例を示す図である。

単位画素は、光電変換素子として例えばフォトダイオード２１を有し、この１個のフォトダイオード２１に対して、転送トランジスタ２２、増幅トランジスタ２３、アドレストランジスタ２４、リセットトランジスタ２５の４個のトランジスタを能動素子として有する。

フォトダイオード２１は、入射光をその光量に応じた量の電荷（ここでは電子）に光電変換する。転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続され、駆動配線２６を通じてそのゲートに駆動信号が与えられることで、フォトダイオード２１で光電変換された電子をフローティングディフュージョンＦＤに転送する。

フローティングディフュージョンＦＤには、増幅トランジスタ２３のゲートが接続されている。増幅トランジスタ２３は、アドレストランジスタ２４を介して垂直信号線２７に接続され、画素部外の定電流源Ｉとソースフォロアを構成している。そして、駆動配線２８を通してアドレス信号がアドレストランジスタ２４のゲートに与えられ、当該アドレストランジスタ２４がオンすると、増幅トランジスタ２３はフローティングディフュージョンＦＤの電位を増幅してその電位に応じた電圧を垂直信号線２７に出力する。垂直信号線２７を通じて、各画素から出力された電圧はＳ／Ｈ・ＣＤＳ回路１３に出力される。

リセットトランジスタ２５は、電源ＶｄｄとフローティングディフュージョンＦＤとの間に接続され、駆動配線２９を通してそのゲートにリセット信号が与えられることで、フローティングディフュージョンＦＤの電位を電源Ｖｄｄの電位にリセットする。これらの動作は、転送トランジスタ２２、アドレストランジスタ２４およびリセットトランジスタ２５の各ゲートが行単位で接続されていることから、１行分の各画素について同時に行われる。

図３は、固体撮像装置の画素部における概略断面図である。

シリコン層３０は、例えばｐ型のシリコン基板からなり、本発明の基板に相当する。シリコン層３０には、単位画素を構成する複数のフォトダイオード２１が形成されている。フォトダイオード２１は、シリコン層３０中にｎ型不純物を導入することにより形成されるｐｎ接合により構成される。シリコン層３０は、裏面から光を入射し得るように薄膜化されている。シリコン層３０の厚さは、固体撮像装置の種類にもよるが、可視光用の場合には４〜６μｍであり、近赤外線用では６〜１０μｍとなる。

シリコン層３０には、図２に示すトランジスタ２２〜２５のソースあるいはドレイン領域や、フローティングディフュージョンＦＤとなるｎ型の半導体領域３４と、画素間での信号電荷の流出入を防止するためのｐ型のチャネルストップ部３５とが形成されている。

シリコン層３０の第１面（表面）上には、例えば酸化シリコン等からなるゲート絶縁膜３６を介して、図２に示すトランジスタ２２〜２５のゲート電極３７が形成されている。

上記のトランジスタを被覆して、シリコン層３０の第１面上には、層間絶縁膜４０が形成されている。層間絶縁膜４０上には、多層の金属配線を含む配線層６０が形成されている。配線層６０上には、保護膜７０が形成されている。

保護膜７０上には、接着層８１を介して支持基板８０が設けられている。支持基板８０は、シリコン層３０の強度を補強するために設けられる。支持基板８０は、例えばシリコン基板からなる。

シリコン層３０の第２面側（裏面側、光入射側）には、反射防止膜９０が形成されており、反射防止膜９０上には、各フォトダイオード２１を開口する遮光膜１００ａが形成されている。反射防止膜９０上には、遮光膜１００ａを被覆するように保護膜１１０が形成されている。保護膜１１０は、例えば膜厚が１５０ｎｍのＴＥＯＳ膜からなる。なお、ＴＥＯＳ膜とは、ＴＥＯＳを原料として成膜された酸化シリコン膜である。

保護膜１１０上には、所望の波長領域の光のみを通過させるカラーフィルタ１１１が形成されている。また、カラーフィルタ１１１上には、入射光をフォトダイオード２１へ集光させるオンチップレンズ１１２が形成されている。

図１に示す固体撮像装置の周囲には、外部との信号の入出力を行うためのパッドが設けられる。図４は、パッドが配置される周辺部における固体撮像装置の詳細な断面図である。図４では、図３に対して上下を反転して図解している。

図４に示すように、シリコン層３０の第１面上には、層間絶縁膜４０が形成されている。層間絶縁膜４０は、例えばＴＥＯＳ膜４１と、窒化シリコン膜４２と、ＴＥＯＳ膜４３と、ＰＳＧ膜４４と、ＴＥＯＳ膜４５との積層構造からなる。ＰＳＧ膜４４とは、リン（Ｐ）を含有する酸化シリコン膜である。ＴＥＯＳ膜４１の膜厚は１０ｎｍであり、窒化シリコン膜４２の膜厚は５０ｎｍであり、ＴＥＯＳ膜４３の膜厚は４００ｎｍであり、ＰＳＧ膜４４の膜厚は１００ｎｍであり、ＴＥＯＳ膜４５の膜厚は１００ｎｍである。ただし、各膜の膜厚は一例であり、特に限定されるものではない。

シリコン層３０および層間絶縁膜４０を貫通して、第１コンタクトＣ１が形成されている。第１コンタクトＣ１は、後述するパッド１００と、画素部１１や周辺回路とを電気的に接続する。第１コンタクトＣ１の周囲には、シリコン層３０と第１コンタクトＣ１とを電気的に絶縁するための側壁絶縁膜５１が形成されている。第１コンタクトＣ１は、バリアメタル５３と、導電層５４からなる。

層間絶縁膜４０内には、さらに第２コンタクトＣ２が形成されている。第２コンタクトＣ２は、シリコン層３０に形成されたトランジスタのゲート電極３７や半導体領域３４に接続されている。第２コンタクトＣ２により、画素部１１や周辺回路のトランジスタ同士が接続される。第２コンタクトＣ２の周囲には、層間絶縁膜４０を保護するための側壁保護膜５２が形成されている。第２コンタクトＣ２は、バリアメタル５３と、導電層５４からなる。

層間絶縁膜４０上には、配線層６０が形成されている。配線層６０は、層間絶縁膜６１中に形成されたプラグＰおよび配線Ｍを有する。各層間絶縁膜６１は、例えば６００ｎｍの膜厚のＴＥＯＳ膜からなる。図４では、３層配線の例を示す。配線Ｍは、プラグＰを介して第１コンタクトＣ１および第２コンタクトＣ２に接続されている。

配線層６０上には、保護膜７０が形成されている。保護膜７０は、例えば５００ｎｍの膜厚の窒化シリコン膜からなる。

保護膜７０上には、接着層８１を介して支持基板８０が設けられている。接着層８１は、例えば熱硬化型有機系接着層であり、その膜厚は数μｍ程度である。支持基板８０は、シリコン基板からなる。ただし、接着層８１として、例えばＴＥＯＳ膜を使用することもできる。

シリコン層３０の第２面側には、反射防止膜９０が形成されている。反射防止膜９０は、例えばＴＥＯＳ膜と窒化シリコン膜の２層構成からなる。ＴＥＯＳ膜の膜厚は１５ｎｍであり、窒化シリコン膜の膜厚は６０ｎｍである。

反射防止膜９０上には、第１コンタクトＣ１に接続するパッド１００が形成されている。パッド１００は、バリアメタル１０１と導電層１０２により形成される。パッド１００は、画素部１１の遮光膜１００ａと同時に形成される。

なお、図示はしないが、反射防止膜９０上に保護膜１１０が形成される。

次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図５〜図１０を参照して説明する。図５〜図１０は、図４に示すパッド配置領域の工程断面図に相当する。

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、ＳＯＩ基板３００を用いる。ＳＯＩ基板３００は、シリコン基板３２上に、酸化シリコン膜３１を介してシリコン層３０が形成されたものである。このＳＯＩ基板３００のシリコン層３０に、画素部１１や周辺回路を構成する各種のトランジスタやフォトダイオードを形成する。その後、シリコン層３０の第１面側に、トランジスタやフォトダイオードを被覆する層間絶縁膜４０を形成する。層間絶縁膜４０の形成では、ＴＥＯＳ膜４１と、窒化シリコン膜４２と、ＴＥＯＳ膜４３と、ＰＳＧ膜４４と、ＴＥＯＳ膜４５とを順に形成する。ＴＥＯＳ膜の形成では、例えばＬＰＣＶＤ法を用いる。その後、層間絶縁膜４０上に、リソグラフィ技術により第１コンタクトＣ１形成用のレジストパターンＲ１を形成する。

次に、図５（ｂ）に示すように、レジストパターンＲ１をマスクとして、層間絶縁膜４０をドライエッチングする。これにより、層間絶縁膜４０を貫通する第１貫通孔ＣＨ１が形成される。その後、レジストパターンＲ１を除去する。

次に、図６（ａ）に示すように、層間絶縁膜４０をハードマスクとして、シリコン層３０をドライエッチングする。これにより、層間絶縁膜４０およびシリコン層３０を貫通する第１貫通孔ＣＨ１となる。酸化シリコン膜３１はエッチングストッパとして使用される。続いて、第１貫通孔ＣＨ１内のエッチング残渣を除去するため、ウェットエッチングを施す。

次に、図６（ｂ）に示すように、第１貫通孔ＣＨ１の内壁を被覆するように、層間絶縁膜４０上に側壁絶縁膜５１を形成する。側壁絶縁膜５１として、ＬＰＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する。側壁絶縁膜５１は、後に形成される第１コンタクトＣ１とシリコン層３０とを絶縁するために設けられる。

次に、図７（ａ）に示すように、第１貫通孔ＣＨ１の内壁を被覆するように、側壁絶縁膜５１上にバリアメタル５３を形成し、第１貫通孔ＣＨ１を埋め込むようにバリアメタル５３上に導電層５４を形成する。バリアメタル５３として、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法により、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する。導電層５４として、ＣＶＤ法によりタングステン膜を形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、第１貫通孔ＣＨ１以外の部位、すなわち層間絶縁膜４０上に堆積した余分な導電層５４、バリアメタル５３および側壁絶縁膜５１をエッチバックにより除去する。エッチバック以外にも、ＣＭＰ法を用いても良い。これにより、第１貫通孔ＣＨ１内に側壁絶縁膜５１を介して埋め込まれた、バリアメタル５３および導電層５４からなる第１コンタクトＣ１が形成される。

次に、図８（ａ）に示すように、図示しないレジストパターンを用いて、層間絶縁膜４０をエッチングして、第２コンタクトＣ２の形成位置に第２貫通孔ＣＨ２を形成する。その後、レジストパターンを除去する。

次に、図８（ｂ）に示すように、第２貫通孔ＣＨ２内に側壁保護膜５２を介して第２コンタクトＣ２を形成する。当該工程では、第２貫通孔ＣＨ２の側壁にＴＥＯＳ膜からなる側壁保護膜５２を形成した後に、第２貫通孔ＣＨ２内のエッチング残渣を除去するためのウェットエッチングを行う。側壁保護膜５２は、このウェットエッチングの際にＰＳＧ膜４４が除去するのを防止するために設けられる。その後、第２貫通孔ＣＨ２内にバリアメタル５３を介して導電層５４を埋め込み、層間絶縁膜４０上に堆積した不要なバリアメタル５３、導電層５４をエッチバックする。これにより、第２貫通孔ＣＨ２内に側壁保護膜５２を介して埋め込まれた、バリアメタル５３および導電層５４からなる第２コンタクトＣ２が形成される。

次に、図９（ａ）に示すように、層間絶縁膜４０上に、配線層６０を形成する。配線層６０の形成では、層間絶縁膜６１の形成工程、層間絶縁膜６１中への貫通孔の形成工程、貫通孔中へのプラグＰの形成工程、層間絶縁膜６１上への配線Ｍの形成工程が繰り返し行われる。本例では、３層配線の例を示す。プラグＰは、導電層６３と、導電層６３の周囲を被覆するバリアメタル６２とにより構成される。バリアメタル６２としてはＴｉＮが用いられ、導電層６３としてはタングステンが用いられる。配線Ｍは、導電層６５と、導電層６５の上下を被覆するバリアメタル６４とにより構成される。バリアメタル６４としてはＴｉＮが用いられ、導電層６５としてはＡｌＣｕあるいはＣｕが用いられる。各配線Ｍは、プラグＰを介して第１コンタクトＣ１および第２コンタクトＣ２に接続される。

続いて、配線層６０上に、保護膜７０を形成する。保護膜７０として、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する。続いて、ＳＯＩ基板３００の第１面側に、接着層８１を介して支持基板８０を貼り付ける。これにより、保護膜７０上に接着層８１を介して支持基板８０が設けられる。なお、ＳＯＩ基板３００の保護膜７０上にＴＥＯＳ膜を形成し、支持基板８０側にもＴＥＯＳ膜を形成して、互いのＴＥＯＳ膜を対向させるようにして、ＳＯＩ基板３００と支持基板８０を貼り合わせることも可能である。

次に、図９（ｂ）に示すように、研削によりＳＯＩ基板３００のシリコン基板３２を薄膜化した後、残りのシリコン基板３２をウェットエッチングすることにより、シリコン基板３２を除去する。酸化シリコン膜３１は、エッチングストッパとして使用される。なお、図９（ｂ）以降では、図９（ａ）に対して上下を反転して図解している。

次に、図１０（ａ）に示すように、例えばフッ酸を用いて酸化シリコン膜３１を除去した後、シリコン層３０上に反射防止膜９０を形成する。反射防止膜９０の形成では、プラズマＣＶＤ法により、ＴＥＯＳ膜および窒化シリコン膜を形成する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、リソグラフィ技術により反射防止膜９０上にレジストパターンＲ２を形成し、レジストパターンＲ２をマスクとして、反射防止膜９０および側壁絶縁膜５１をエッチングする。これにより、第２コンタクトＣ２に達する開口ＣＨ３が形成される。その後、レジスト膜を除去する。

次に、開口ＣＨ３を埋め込むように、バリアメタル１０１、導電層１０２、バリアメタル１０１を順に堆積し、反射防止膜９０上に堆積したバリアメタル１０１、導電層１０２およびバリアメタル１０１をパターニングして、パッド１００を形成する（図４参照）。このパッド１００の形成工程において、画素部１１の遮光膜１００ａも同時に形成される。

次に、反射防止膜９０上に、パッド１００および遮光膜１００ａを被覆する保護膜１１０を形成する（図３参照）。保護膜１１０の形成では、プラズマＣＶＤ法により膜厚が１５０ｎｍのＴＥＯＳ膜を形成する。続いて、全面にカラーフィルタ材料を塗布して、パターニングすることにより画素部１１にカラーフィルタ１１１を形成する。さらに、全面にレンズ材料を塗布して、パターニングすることにより画素部１１にオンチップレンズ１１２を形成する。なお、カラーフィルタ材料やオンチップレンズ材料は、画素部１１およびパッド１００が配置される周辺部に塗布されるが、パターニング後のカラーフィルタ１１１およびオンチップレンズ１１２は画素部１１にのみ形成される。

以上により、本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。

次に、比較例を参照して、本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法の効果について説明する。

図１１は、比較例に係る固体撮像装置のパッド配置領域における断面図である。なお、図４と同一の構成要素には、同一の符号を付しておりその説明は省略する。

例えば、シリコン層３０の第１面側のプロセス（層間絶縁膜４０、配線層６０、保護膜７０、接着層８１、支持基板８０の形成）を経た後に、シリコン層３０の第２面側のプロセスにおいて第１貫通孔ＣＨ１を形成する場合には、配線層６０中の第１層配線Ｍ（最もシリコン層３０側に近い配線）をパッドとして用いることとなる。

この場合には、シリコン層３０および層間絶縁膜４０を貫通する深さ６μｍ程度の第１貫通孔ＣＨ１に起因して、シリコン層３０の第２面側に大きな段差が発生する。この状態で、カラーフィルタおよびオンチップレンズを形成する場合には、カラーフィルタ材料や、レンズ材料の塗布むらが面内で生じ、所望の光学特性を得ることができない。

これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、シリコン層３０の第１面側のプロセスにおいて、配線層６０を形成する前に、層間絶縁膜４０およびシリコン層３０を貫通する第１コンタクトＣ１を形成している（図７（ｂ）参照）。そして、シリコン層３０の第２面側のプロセスにおいて、第１コンタクトＣ１に達する開口ＣＨ３を形成し（図１０（ｂ）参照）、当該開口ＣＨ３を埋め込むようにパッド１００を形成するため、シリコン層３０の第２面側にはパッド１００の膜厚分しか段差が生じないこととなる。

この結果、カラーフィルタ材料や、レンズ材料の塗布むらが面内で生じることはないため、所望の光学特性をもつカラーフィルタ１１１およびオンチップレンズ１１２を形成することができる。この結果、固体撮像装置の撮像特性の向上および歩留まりの向上を図ることができる。なお、本実施形態では、カラーフィルタ１１１およびオンチップレンズ１１２の双方を備える固体撮像装置の例について説明したが、カラーフィルタ１１１あるいはオンチップレンズ１１２のみを備える固体撮像装置であってもよい。

また、シリコン層３０の第２面側にパッド１００を設けることができるため、シリコン層３０の第２面側に設けられる遮光膜１００ａとパッド１００とを接続することができ、遮光膜１００ａを一定電位に固定することができる。このため、遮光膜が帯電することによる電子の蓄積、読み出しなどに与える影響を回避することができ、撮像特性を向上させることができる。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図１２を参照して説明する。

まず、第１実施形態と同様にして、図５〜図６に示す工程を経る。これにより、層間絶縁膜４０およびシリコン層３０を貫通する第１貫通孔ＣＨ１と、第１貫通孔ＣＨ１内を被覆する側壁絶縁膜５１が形成される。

次に、図１２（ａ）に示すように、図示しないレジストパターンを用いて、層間絶縁膜４０をエッチングして、第２コンタクトＣ２の形成位置に第２貫通孔ＣＨ２を形成する。その後、レジストパターンを除去する。

次に、図１２（ｂ）に示すように、第２貫通孔ＣＨ２の側壁に側壁保護膜５２を形成した後、第２貫通孔ＣＨ２内のエッチング残渣を除去するためのウェットエッチングを行う。続いて、第１貫通孔ＣＨ１および第２貫通孔ＣＨ２内に、バリアメタル５３を介して導電層５４を埋め込む。バリアメタル５３として、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法により、窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する。導電層５４として、ＣＶＤ法によりタングステン膜を形成する。

次に、図１２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜４０上に堆積した余分な導電層５４、バリアメタル５３および側壁絶縁膜５１をエッチバックにより除去する。エッチバック以外にも、ＣＭＰ法を用いても良い。これにより、第１貫通孔ＣＨ１内に側壁絶縁膜５１を介して埋め込まれた、バリアメタル５３および導電層５４からなる第１コンタクトＣ１が形成される。また、第２貫通孔ＣＨ２内に側壁保護膜５２を介して埋め込まれた、バリアメタル５３および導電層５４からなる第２コンタクトＣ２が形成される。

その後、第１実施形態と同様に、図９（ａ）以降の工程を経ることにより、固体撮像装置が完成する。

本実施形態では、第１貫通孔ＣＨ１および第２貫通孔ＣＨ２内に同時に、バリアメタル５３および導電層５４を埋め込むことにより、第１コンタクトＣ１および第２コンタクトＣ２を同時に形成している。このため、第１実施形態と比較して、製造工程を削減することができる。

また、第１実施形態と同様に、シリコン層３０の第２面側に、大きな段差を生じることなくパッド１００を形成することができる。このため、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、本実施形態で挙げた数値や材料は一例であり、これに限定されるものではない。例えば、本実施形態ではＳＯＩ基板３００を用いる例について説明したが、通常のシリコン基板を用いても良い。例えば、第１実施形態において、第２コンタクトＣ２を形成した後に、第１コンタクトＣ１を形成してもよい。また、第２実施形態において、第２貫通孔ＣＨ２を形成した後に、第１貫通孔ＣＨ１を形成して、その後、第１貫通孔ＣＨ１および第２貫通孔ＣＨ２内に同時に第１コンタクトＣ１および第２コンタクトＣ２を形成してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。 画素部の単位画素の回路構成の一例を示す図である。 固体撮像装置の画素部の概略断面図である。 固体撮像装置の周辺部の断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。 比較例の固体撮像装置の周辺部の断面図である。 第２実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。

符号の説明

１１…画素部、１２…垂直選択回路、１３…Ｓ／Ｈ・ＣＤＳ回路、１４…水平選択回路、１５…タイミングジェネレータ、１６…ＡＧＣ回路、１７…Ａ／Ｄ変換回路、１８…デジタルアンプ、２１…フォトダイオード、２２…転送トランジスタ、２３…増幅トランジスタ、２４…アドレストランジスタ、２５…リセットトランジスタ、２６，２８，２９…駆動配線、２７…垂直信号線、３０…シリコン層、３１…酸化シリコン膜、３２…シリコン基板、３４…半導体領域、３５…チャネルストップ部、３６…ゲート絶縁膜、３７…ゲート電極、４０…層間絶縁膜、４１…ＴＥＯＳ膜、４２…窒化シリコン膜、４３…ＴＥＯＳ膜、４４…ＰＳＧ膜、４５…ＴＥＯＳ膜、５１…側壁絶縁膜、５２…側壁保護膜、５３…バリアメタル、５４…導電層、６０…配線層、６１…層間絶縁膜、６２…バリアメタル、６３…導電層、６４…バリアメタル、６５…導電層、７０…保護膜、８０…支持基板、８１…接着層、９０…反射防止膜、１００…パッド、１００ａ…遮光膜、１０１…バリアメタル、１０２…導電層、１１０…保護膜、１１１…カラーフィルタ、１１２…オンチップレンズ、３００…ＳＯＩ基板、Ｃ１…第１コンタクト、Ｃ２…第２コンタクト、ＣＨ１…第１貫通孔、ＣＨ２…第２貫通孔、Ｐ…プラグ、Ｍ…配線、Ｒ１，Ｒ２…レジストパターン

Claims (10)

1. 基板の第１面側に配線層を有し、前記基板の第２面側から光を入射させる固体撮像装置の製造方法であって、
   前記基板に光電変換素子および能動素子を形成する工程と、
   前記基板の第１面側に、前記光電変換素子および前記能動素子を被覆する層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜を貫通して、前記基板の途中の深さまで達する第１コンタクトを形成する工程と、
   前記層間絶縁膜上に配線層を形成する工程と、
   前記配線層上に支持基板を貼り付ける工程と、
   前記基板を前記第２面側から研磨して、前記基板を薄膜化する工程と、
   前記基板の第２面側に前記第１コンタクトに達する開口を形成する工程と、
   前記基板の第２面側に前記開口を介して前記第１コンタクトに接続するパッドを形成する工程と
   を有する固体撮像装置の製造方法。
2. 前記パッドを形成する工程の後に、前記基板の第２面側にカラーフィルタを形成する工程をさらに有する
   請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 前記パッドを形成する工程の後に、前記基板の第２面側にオンチップレンズを形成する工程をさらに有する
   請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 前記第１コンタクトを形成する工程は、
   前記層間絶縁膜を貫通し、前記基板の途中の深さまで達する第１貫通孔を形成する工程と、
   前記第１貫通孔に導電層を埋め込む工程と
   を有する請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記層間絶縁膜を形成する工程の後、前記配線層を形成する工程の前に、前記層間絶縁膜中に第２コンタクトを形成する工程をさらに有する
   請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記第１コンタクトおよび前記第２コンタクトを形成する工程は、
   前記層間絶縁膜を貫通し、前記基板の途中の深さまで達する第１貫通孔を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜を貫通する第２貫通孔を形成する工程と、
   前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に前記導電層を埋め込んで、前記第１貫通孔内に第１コンタクトを形成し、前記第２貫通孔内に第２コンタクトを形成する工程と
   を有する請求項５記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 基板の第１面側に配線層を有し、前記基板の第２面側から光を入射させる固体撮像装置であって、
   前記基板に形成された光電変換素子および能動素子と、
   前記基板の第１面側に形成され、前記光電変換素子および前記能動素子を被覆する層間絶縁膜と、
   前記層間絶縁膜上に形成された複数階層の配線層と、
   前記複数階層の配線層上に設けられた支持基板と、
   前記層間絶縁膜および前記基板を貫通して形成され、前記複数階層の配線層のうち、光の入射側に最も近い配線層に接続するコンタクトと、
   前記基板の第２面側に設けられ、前記コンタクトに接続するパッドと
   を有する固体撮像装置。
8. 前記光の入射側に最も近い配線層は、前記コンタクトと前記支持基板との間に介在し、当該コンタクトと接続されている
   請求項７に記載の固体撮像装置。
9. 前記光の入射側に最も近い配線層と前記コンタクトとは、当該コンタクトの支持基板側端面に接する第１絶縁膜中に形成されたプラグを介して接続されている
   請求項８に記載の固体撮像装置。
10. 前記コンタクトの前記第２面側の端面に接する第２絶縁膜を有し、
    前記パッドは、当該第２絶縁膜に形成された開口を介して前記コンタクトの第２面側端面と接続されている
    請求項７から９の何れか一項に記載の固体撮像装置。

Images