JP6192598B2 - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像装置およびその製造方法に関し、特に、導波路を備えた撮像装置と、そのような撮像装置の製造方法とに好適に利用できるものである。
一般に、半導体装置においては、外部からの水分がチップの内部へ侵入するのを阻止するために、チップを周囲から連続的に取り囲むようにシールリングが形成されている。シールリングは、チップのプラグや配線等を形成する際に同時に形成されて、順次積層されることで、最終的にはチップを連続的に取り囲む壁のように形成されることになる。
半導体装置の一つに、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサーを備えた撮像装置がある。撮像装置は、デジタルカメラやスマートフォン等に適用されている。撮像装置では、入射する光を電荷に変換するフォトダイオード等の画素素子が形成された画素領域と、画素素子によって変換された電荷を電気信号として処理等する周辺回路が形成された周辺回路領域とが配置されている。シールリングは、その画素領域と周辺回路領域とを取り囲むように形成されている。
近年、デジタルカメラ等の小型化に対応するために、撮像装置の画素素子には、画素サイズの小さいものがますます要求されている。このため、光を効率的に入射させるために、フォトダイオードへ光を導く導波路を設けた撮像装置が提案されている。導波路は、画素領域を覆う層間膜等を含む絶縁膜にエッチング処理を施して開口部を形成し、その開口部に所定の埋め込み材料を充填することによって形成されることになる。
なお、シールリングを備えた半導体装置を開示した文献の例として、特許文献1がある。また、導波路を備えた撮像装置を開示した文献の例として、特許文献2および特許文献3がある。
特開2004−79596号公報 特開2006−351759号公報 特開2006−310825号公報
従来の撮像装置では、次のような問題点があった。導波路となる開口部を形成する工程では、まず、画素領域における所定の領域を露出し、周辺回路領域およびシールリングが配置されるシールリング領域を覆うフォトレジストのパターンが形成される。次に、そのフォトレジストをエッチングマスクとして、絶縁膜にエッチング処理を施すことによって、導波路となる開口部が形成される。
画素領域では、導波路によって光をできるだけ効率的に画素素子(フォトダイオード)へ導く必要があり、画素領域に位置する絶縁膜の一部が除去される。このため、導波路となる開口部を形成する時点では、画素領域の高さが、特に、シールリング領域の高さよりも低くなる。そうすると、画素領域に対してシールリング領域の段差が高くなり、シールリング領域では、画素領域に比べてフォトレジストの厚さが薄くなってしまう。
このため、そのようなフォトレジストをエッチングマスクとしてエッチング処理が施されると、導波路となる開口部が形成されるまでの間に、シールリング領域を覆うフォトレジストが除去されて絶縁膜が露出し、その露出した絶縁膜の部分にもエッチング処理が施されて、絶縁膜の表面が荒れてしまうことがあった。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付の図面から明らかになるであろう。
一実施の形態に係る撮像装置は、導波路を備えた撮像装置であって、画素領域、周辺回路領域、ならびに、画素領域および周辺回路領域を連続的に取り囲むシールリング領域と、層間絶縁膜と、シールリングと、絶縁膜と、導波路とを備えている。画素領域、周辺回路領域、ならびに、画素領域および周辺回路領域を連続的に取り囲むシールリング領域は、半導体基板にそれぞれ規定されている。層間絶縁膜は、画素領域に位置する部分の厚さが、シールリング領域に位置する部分の厚さよりも薄くなる態様で、画素領域およびシールリング領域を覆うように形成されている。シールリングは、シールリング領域に位置する層間絶縁膜を貫通するように形成されている。絶縁膜は、シールリングを覆う部分の厚さが、画素領域を覆う部分の厚さよりも薄くなる態様で、画素領域およびシールリング領域を覆うように形成されている。導波路は、画素領域に位置する絶縁膜を貫通するように形成されている。絶縁膜では、シールリングの外側側方に位置する領域にシールリングに沿って第1凹部が形成されている。シールリングの直上に位置する絶縁膜の表面の位置を第1位置、第1凹部に位置する絶縁膜の表面の位置を第2位置、第1凹部からシールリング領域の外側へ離れる方向に位置する絶縁膜の表面の位置を第3位置とすると、第2位置の高さは第1位置の高さよりも低く、第3位置の高さは、第1位置の高さより低く、第2位置の高さよりも高い。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法は、導波路を備えた撮像装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。半導体基板において、画素領域、周辺回路領域、ならびに、画素領域および周辺回路領域を連続的に取り囲むシールリング領域を規定する。層間絶縁膜と導電膜とを順次形成してそれぞれパターニングすることにより、画素領域に位置する層間絶縁膜の厚さを、周辺回路領域およびシールリング領域に位置する層間絶縁膜の厚さよりも薄くして画素領域を低背化し、周辺回路領域に配線構造およびパッド電極を形成し、シールリング領域にシールリングを形成する。低背化された画素領域、パッド電極およびシールリングを覆うように、半導体基板上に絶縁膜を形成する。パッド電極の直上に位置する絶縁膜の第1領域、および、シールリングの直上に位置する絶縁膜の直上部分を含む第2領域を露出する第1フォトレジストのパターンを形成する。第1フォトレジストをエッチングマスクとして、露出した絶縁膜の第1領域および第2領域にエッチング処理を施す。第1フォトレジストを除去した後、絶縁膜の第1領域および第2領域を含む領域を覆い、画素領域に位置する絶縁膜の第3領域を露出する第2フォトレジストのパターンを形成する。第2フォトレジストをエッチングマスクとして、露出した絶縁膜の第3領域にエッチング処理を施すことにより、画素領域に導波路開口部を形成する。
一実施の形態に係る撮像装置によれば、シールリング領域に形成されたシールリングを覆う絶縁膜の部分の表面の荒れを阻止することができる。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法によれば、シールリング領域に形成されたシールリングを覆う絶縁膜の部分の表面の荒れを阻止することができる。
実施の形態1に係る撮像装置の平面レイアウトの一例を示す平面図である。 同実施の形態において、図1に示す断面線II−IIにおける部分断面図である。 同実施の形態において、撮像装置の製造方法の概要を示すフローチャートである。 同実施の形態において、撮像装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図4に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図5に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図6に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図7に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図8に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図9に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図10に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図11に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図12に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図13に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図14に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図15に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図16に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図17に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図18に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図19に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図20に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図21に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図22に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図23に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図24に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図25に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図26に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図27に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図28に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図29に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 比較例に係る撮像装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 図31に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図32に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図33に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図34に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図35に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図36に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 図37に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 比較例に係る撮像装置の問題点を説明するための部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第1の部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第2の部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第3の部分断面図である。 同実施の形態において、変形例に係る撮像装置の部分断面図である。 実施の形態2に係る撮像装置の製造方法の一工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図44に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図45に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図46に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図47に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図48に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図49に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、図50に示す工程の後に行われる工程を示す部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第1の部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第2の部分断面図である。 同実施の形態において、作用効果を説明するための第1の部分断面図である。 同実施の形態において、変形例に係る撮像装置の部分断面図である。
実施の形態1
実施の形態1に係る撮像装置について説明する。まず、撮像装置の平面構造(パターン)の一例について説明する。図1に示すように、撮像装置ISでは、入射する光を電荷に変換するフォトダイオード等の画素素子が形成された画素領域PEが配置されている。その画素領域PEの周囲に、画素素子によって変換された電荷を電気信号として処理等する周辺回路が形成された周辺回路領域PCが配置されている。さらに、その画素領域PEと周辺回路領域PCとを周囲から連続的に取り囲むように、シールリングが形成されたシールリング領域SRが配置されている。シールリング領域SRの外側には、ダイシングの際に残されたスクライブ領域SCRが位置する。
次に、撮像装置ISの断面構造について説明する。図2に示すように、半導体基板SUBに素子分離絶縁膜EIを形成することによって、画素領域PE、周辺回路領域PCおよびシールリング領域SRが規定されている。画素領域PEには、画素素子DTEが形成されている。画素素子DTEは、光を電荷に変換するフォトダイオードと、その電荷を転送する転送用トランジスタ等を含む。なお、図面の簡略化のために、点線枠で示す。周辺回路領域PCには、画素素子DTEによって変換された電荷を電気信号として処理するトランジスタPT等が形成されている。
画素素子DTEおよびトランジスタPT等を覆うように、半導体基板SUB上に、コンタクト層間絶縁膜として第1絶縁膜IF1が形成されている。その第1絶縁膜IF1を貫通するように、周辺回路領域PCでは、コンタクトプラグPGが形成され、シールリング領域SRでは、コンタクトプラグPGとなる膜と同じ膜(材料)からシールリングSRPGが形成されている。
第1絶縁膜IF1を覆うように、第2絶縁膜IF2が形成されている。第2絶縁膜IF2は、SiCN膜(炭素を添加したシリコン窒化膜)とTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)酸化膜とを含む。周辺回路領域PCでは、その第2絶縁膜IF2に形成された溝に第1配線M1が形成されている。シールリング領域SRでは、第1配線M1となる膜と同じ膜(材料)からシールリングSRM1が形成されている。
第1配線M1等を覆うように、第3絶縁膜IF3が形成されている。第3絶縁膜IF3は、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜(炭素を添加したシリコン酸化膜)と、Low−k膜としてのSiOC膜とを含む。周辺回路領域PCでは、その第3絶縁膜IF3に形成された溝等に第2配線M2が形成されている。シールリング領域SRでは、第2配線M2となる膜と同じ膜(材料)からシールリングSRM2が形成されている。
第2配線M2等を覆うように、第4絶縁膜IF4が形成されている。第4絶縁膜IF4は、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜と、Low−k膜としてのSiOC膜とを含む。周辺回路領域PCでは、その第4絶縁膜IF4に形成された溝等に第3配線M3が形成されている。シールリング領域SRでは、第3配線M3となる膜と同じ膜(材料)からシールリングSRM3が形成されている。
周辺回路領域PCおよびシールリング領域SRでは、第3配線M3等を覆うように、第5絶縁膜IF5が形成されている。第5絶縁膜IF5には、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜と、ハードマスクとなるTEOS膜(膜厚:200nm程度)とを含む。
一方、画素領域PEでは、第4絶縁膜IF4および第5絶縁膜IF5を除去することによって、画素開口部PEHが形成されている。画素領域PEでは、さらに、第3絶縁膜IF3および第2絶縁膜IF2を貫通して第1絶縁膜IF1の途中の深さに達する、第1導波路開口部WGH1が形成されている。
その第1導波路開口部WGH1および画素開口部PEHを埋め込むとともに、第5絶縁膜IF5を覆うように、シリコン窒化膜SNが形成されている。第1導波路開口部WGH1に埋め込まれたシリコン窒化膜SNの部分によって、第1導波路WG1が形成されている。シリコン窒化膜SNを覆うように、TEOS膜TE1(膜厚:200nm程度)が形成されている。
周辺回路領域PCでは、TEOS膜TE1、シリコン窒化膜SNおよび第5絶縁膜IF5に形成された開口部に、パッド電極PDが形成されている。シールリング領域SRでは、パッド電極PDとなる膜と同じ膜(材料)からシールリングSRPDが形成されている。パッド電極PD等を覆うように、TEOS膜TE2が形成され、さらに、そのTEOS膜TE2を覆うように、TEOS膜TE3(膜厚:100nm程度)が形成されている。
画素領域PEでは、TEOS膜TE3およびTEOS膜TE2を貫通して第1導波路WG1に達する第2導波路開口部WGH2が形成されている。その第2導波路開口部WGH2を埋め込むとともに、TEOS膜TE3を覆うように、塗布系の埋め込み部材FMが形成されている。その埋め込み部材FMを覆うように、第6絶縁膜IF6が形成されている。
画素領域PEでは、第2導波路開口部WGH2に埋め込まれた埋め込み材料FMの部分によって、第2導波路WG2が形成されている。その第2導波路WG2の直上に、カラーフィルタCFとマイクロレンズMLが配置されている。また、本来のカラーフィルタCFとマイクロレンズMLに対して、周辺回路領域PCの側には、ダミーカラーフィルタDCFとダミーマイクロレンズDMLが配置されている。本実施の形態に係る撮像装置ISは、上記のように構成される。
上述した撮像装置ISでは、パッド電極PDおよびシールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2を形成した後、パッド電極PDを覆う部分とシールリングSRPDを覆う部分との双方にドライエッチング処理を同時に施すことで、周辺回路領域PCの段差とともにシールリング領域SRの段差が軽減される。次に、撮像装置ISの製造方法の一例について説明する。
はじめに、製造フローの概略について説明する。図3に示すように、ステップS1では、半導体基板に素子分離絶縁膜を形成することによって、画素領域、周辺回路およびシールリング領域等が規定される。ステップS2では、画素領域にフォトダイオードおよびトランジスタ等の画素素子が形成され、周辺回路領域には、トランジスタ等の周辺回路素子が形成される。ステップS3では、画素素子および周辺回路素子等を覆うように、絶縁膜(層間膜)が形成される。
ステップS4では、周辺回路領域にプラグが形成され、シールリング領域にシールリングが形成される。ステップS5では、周辺回路領域に多層構造の銅配線が形成され、シールリング領域にシールリングが形成される。ステップS6では、画素領域に位置する絶縁膜等を除去することによって画素領域が薄くされる(低背化)。ステップS7では、その画素領域に第1導波路が形成される。ステップS8では、周辺回路領域にパッド電極が形成され、シールリング領域にシールリングが形成される。
ステップS9では、パッド電極を覆うように絶縁膜(パッシベーション膜)が形成される。ステップS10では、その絶縁膜(パッシベーション膜)の段差を軽減するエッチング処理が行われる。ステップS11では、絶縁膜(パッシベーション膜)にエッチング処理を施すことによって、画素領域に第2導波路開口部が形成される。この第2導波路開口部には、第2導波路が形成される場合と、カラーフィルタが形成される場合とがある。ステップS12では、画素領域にカラーフィルタおよびマイクロレンズが形成されて、撮像装置の主要部分が完成することになる。
次に、撮像装置の製造方法についてより詳しく説明する。図4に示すように、半導体基板SUBにおける所定の領域に素子分離絶縁膜EIを形成することによって、画素領域PE、周辺回路領域PCおよびシールリング領域SR等が規定される。
次に、画素領域PEでは、フォトダイオードと転送用トランジスタ等を含む所定の画素素子DTEが形成される。フォトダイオードは、外部から入射する光を電荷に変換する機能を有する。転送用トランジスタは、フォトダイオードによって変換された電荷を他の所定の素子へ転送する機能を有する。また、周辺回路領域PCでは、トランジスタPT等の素子が形成される。トランジスタPT等は、画素素子DTEによって変換された電荷を電気信号として処理する機能を有する。
次に、半導体基板SUB上に、画素素子DTEおよびトランジスタPT等を覆うように、コンタクト層間膜として第1絶縁膜IF1が形成される。次に、第1絶縁膜IF1に対して、所定の写真製版処理とエッチング処理を施すことにより、周辺回路領域PCでは、第1絶縁膜IF1を貫通してトランジスタPTに達するコンタクトホールPGHが形成される。シールリング領域SRでは、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲むようにシールリング開口部SRH1が形成される。
次に、コンタクトホールPGHおよびシールリング開口部SRH1を充填するように、第1絶縁膜IF1上に、所定の導電性膜(図示せず)が形成される。次に、コンタクトホールPGHおよびシールリング開口部SRH1内に位置する導電性膜の部分を残して、第1絶縁膜IF1の上面上に位置する導電性膜の部分を除去することによって、コンタクトホールPGH内にコンタクトプラグPGが形成され、シールリング開口部SRH1内にシールリングSRPGが形成される。コンタクトプラグPGは、トランジスタPTに電気的に接続される。シールリングSRPGは、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲む壁のように形成される。なお、この撮像装置では、シールリングは、三重構造とされる。
次に、第1絶縁膜IF1を覆うように、第2絶縁膜IF2が形成される。第2絶縁膜IF2として、少なくともSiCN膜とTEOS膜とが積層される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、配線溝とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP1のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP1をエッチングマスクとして、第2絶縁膜IF2にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、コンタクトプラグPGを露出する配線溝M1Hが形成される。シールリング領域SRでは、シールリングSRPGを露出するシールリング開口部SRH2が形成される。その後、フォトレジストRP1が除去される。
次に、図5に示すように、電解めっきによって、配線溝M1Hおよびシールリング開口部SRH2を充填するように、第2絶縁膜IF2上に銅膜MF1が形成される。なお、銅膜MF1を形成する前に、あらかじめバリア膜と銅シード層(いずれも図示せず)が形成される。次に、化学的機械研磨処理を施して、第2絶縁膜IF2の上面上に位置する銅膜MF1の部分を除去することにより、図6に示すように、周辺回路領域PCでは、配線溝M1Hに第1配線M1が形成される。シールリング領域SRでは、シールリング開口部SRH2にシールリングSRM1が形成される。シールリングSRM1は、シールリングSRPGの上面に接触して、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲む壁のように形成される。
次に、図7に示すように、第1配線M1およびシールリングSRM1を覆うように、第3絶縁膜IF3が形成される。第3絶縁膜IF3として、たとえば、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜と、Low−k膜としてのSiOC膜とが積層される。その第3絶縁膜IF3を覆うように、第1キャップ膜LN1が形成される。第1キャップ膜LN1として、たとえば、TEOS膜が形成される。
次に、図8に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ヴィア開口部とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP2のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP2をエッチングマスクとして、第3絶縁膜IF3等にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、第1配線M1を露出するヴィア開口部V1Hが形成される。シールリング領域SRでは、シールリングSRM1を露出するシールリング開口部SRH3が形成される。その後、フォトレジストRP2が除去される。次に、新たにフォトレジスト(図示せず)が塗布され、そのフォトレジストにエッチバック処理を施すことにより、ヴィア開口部V1Hおよびシールリング開口部SRH3内に位置するフォトレジストの部分を残して、他の部分のフォトレジストが除去される。
次に、図9に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、配線溝とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP3のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP3をエッチングマスクとして、第3絶縁膜IF3におけるLow−k膜としてのSiOC膜にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、配線溝M2Hが形成される。シールリング領域SRでは、開口部SRH4が形成される。その後、フォトレジストRP3が除去される。
次に、図10に示すように、電解めっきによって、配線溝M2H、ヴィア開口部V1H、シールリング開口部SRH3、SRH4を充填するように、第3絶縁膜IF3上に銅膜MF2が形成される。なお、銅膜MF2を形成する前に、あらかじめバリア膜と銅シード層(いずれも図示せず)が形成される。次に、化学的機械研磨処理を施して、第3絶縁膜IF3の上面上に位置する銅膜MF2の部分を除去することにより、周辺回路領域PCでは、ヴィア開口部V1HにヴィアV1が形成され、配線溝M2Hに第2配線M2が形成される(図11参照)。シールリング領域SRでは、シールリング開口部SRH3、SRH4にシールリングSRM2が形成される(図11参照)。シールリングSRM2は、シールリングSRM1の上面に接触して、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲む壁のように形成される。なお、このとき、第1キャップ膜LN1も除去される。
次に、図11に示すように、第2配線M2およびシールリングSRM2を覆うように、第4絶縁膜IF4が形成される。第4絶縁膜IF4として、たとえば、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜と、Low−k膜としてのSiOC膜とが積層される。その第4絶縁膜IF4を覆うように、第2キャップ膜LN2が形成される。第2キャップ膜LN2として、たとえば、TEOS膜が形成される。
次に、図12に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ヴィア開口部とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP4のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP4をエッチングマスクとして、第4絶縁膜IF4等にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、第2配線M2を露出するヴィア開口部V2Hが形成される。シールリング領域SRでは、シールリングSRM2を露出するシールリング開口部SRH5が形成される。その後、フォトレジストRP4が除去される。次に、新たにフォトレジスト(図示せず)が塗布され、そのフォトレジストにエッチバック処理を施すことにより、ヴィア開口部V2Hおよびシールリング開口部SRH5内に位置するフォトレジストの部分を残して、他の部分のフォトレジストが除去される。
次に、図13に示すように、配線溝とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP5のパターンが形成される。次に、フォトレジストR53をエッチングマスクとして、第4絶縁膜IF4におけるLow−k膜としてのSiOC膜にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、配線溝M3Hが形成される。シールリング領域SRでは、開口部SRH6が形成される。その後、フォトレジストRP5が除去される。
次に、図14に示すように、電解めっきによって、配線溝M3H、ヴィア開口部V2H、シールリング開口部SRH5、SRH6を充填するように、第4絶縁膜IF4上に銅膜MF3が形成される。なお、銅膜MF3を形成する前に、あらかじめバリア膜と銅シード層(いずれも図示せず)が形成される。
次に、化学的機械研磨処理を施して、第4絶縁膜IF4の上面上に位置する銅膜MF3の部分を除去することにより、周辺回路領域PCでは、ヴィア開口部V2HにヴィアV2が形成され、配線溝M3Hに第3配線M3が形成される(図15参照)。シールリング領域SRでは、シールリング開口部SRH5、SRH6にシールリングSRM3が形成される(図15参照)。シールリングSRM3は、シールリングSRM2の上面に接触して、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲む壁のように形成される。なお、このとき、第2キャップ膜LN2も除去される。
次に、図15に示すように、第3配線M3およびシールリングSRM3を覆うように、第5絶縁膜IF5が形成される。第5絶縁膜IF5として、たとえば、ストッパ膜としてのSiCN膜およびSiCO膜と、ハードマスクとしてのTEOS膜とが積層される。次に、画素領域PEを露出して他の領域を覆うフォトレジスト(図示せず)のパターンが形成される。次に、そのフォトレジストをエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、周辺回路領域PCおよびシールリング領域SR等に位置するTEOS膜の部分を残して画素領域PEに位置するTEOS膜の部分が除去される。
次に、図16に示すように、残されたTEOS膜の部分等をエッチングマスク(ハードマスク)としてエッチング処理を施すことにより、画素領域PEに位置する第4絶縁膜IF4のSiOC膜(Low−k膜)の部分が除去されて、画素領域PEに画素開口部PEHが形成される。こうして、画素素子DTEの上に位置する絶縁膜等の厚さを薄くする処理が行われる(低背化)。
次に、図17に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、第1導波路開口部を形成するためのフォトレジストRP6が形成される。次に、フォトレジストRP6をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、画素領域PEに第1導波路開口部WGH1が形成される。その後、フォトレジストRP6が除去される。次に、図18に示すように、第1導波路開口部WGH1を充填するように、厚膜のシリコン窒化膜SNが形成される。次に、そのシリコン窒化膜SNを覆うように、フォトレジストRP8が塗布される。次に、そのフォトレジストRP8にエッチバック処理が施され、露出したシリコン窒化膜SNにエッチング処理を施すことによりシリコン窒化膜SNが平坦化される(図19参照)。
こうして、第1導波路開口部WGH1内にシリコン窒化膜SNを充填することによって、第1導波路WG1が形成される。このとき、シールリング領域SRでは、シールリングSRM3上に、ライナー膜としてのSiCN膜(膜厚:30nm程度)およびSiCO膜(膜厚:30nm程度)と、TEOS膜(膜厚:100nm程度)と、シリコン窒化膜SN(膜厚:400nm程度)とが積層された状態にある。
次に、図19に示すように、シリコン窒化膜SNを覆うようにTEOS膜TE1(膜厚:200nm程度)が形成される。次に、図20に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド開口部とシールリング開口部を形成するためのフォトレジストRP9のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP9をエッチングマスクとしてTEOS膜TE1およびシリコン窒化膜SN等にエッチング処理を施すことによって、周辺回路領域PCでは、第3配線M3を露出するパッド開口部PDHが形成される。シールリング領域SRでは、シールリングSRM3を露出するシールリング開口部SRH7が形成される。その後、フォトレジストRP9が除去される。
次に、TEOS膜TE1を覆うように、バリア膜として、チタン膜(膜厚:10nm程度)およびチタンナイトライド膜(膜厚:50nm程度)(いずれも図示せず)が形成される。次に、図21に示すように、スパッタ法によって、アルミニウム膜MF4(膜厚:600nm程度)が形成される。
次に、図22に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド電極およびシールリングを形成するためのフォトレジストRP10のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP10をエッチングマスクとして、アルミニウム膜MF4等にエッチング処理を施すことにより、周辺回路領域PCでは、パッド開口部PDHに、第3配線M3に電気的に接続されるパッド電極PDが形成される。シールリング領域SRでは、シールリング開口部SRH7にシールリングSRPDが形成される。シールリングSRPDは、シールリングSRM3の上面に接触して、画素領域PEおよび周辺回路領域PCを連続的に取り囲む壁のように形成される。その後、フォトレジストRP10が除去される。
次に、図23に示すように、パッシベーション膜として、TEOS膜TE2(膜厚:750nm程度)が形成される。次に、TEOS膜TE2のうち、画素領域PEに対して相対的に段差が高い、パッド電極PDを覆う部分とシールリングSRPDを覆う部分とについて、TEOS膜TE2の段差の位置を低くする処理が行われる。図24に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、周辺回路領域PCのパッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分およびシールリング領域SRのシールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分をそれぞれ露出し、他の領域に位置するTEOS膜TE2の部分を覆うフォトレジストRP11のパターンが形成される。
後述するように、このフォトレジストRP11のパターンでは、シールリングSRPDの周辺回路領域PC側の端部から周辺回路領域PC側へ約1μm程度の領域に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。また、シールリングSRPDのスクライブ領域SCR側の端部からスクライブ領域SCR側へ約3μm程度の領域に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。次に、フォトレジストRP11をエッチングマスクとして、ドライエッチング処理を施すことにより、露出したTEOS膜TE2の部分が約550nm程度除去される。ここで、ドライエッチング処理の一例として、たとえば、フッ素系ガス(CHF、C)を用いた反応性イオンエッチングがある。その後、フォトレジストRP11が除去される。
これにより、周辺回路領域PC(パッド電極PD)およびシールリング領域SR(シールリングSRPD)のそれぞれに位置するTEOS膜TE2の、画素領域PEに位置するTEOS膜TE2に対する段差が軽減されることになる。また、シールリングSRPDに対して、周辺回路領域PC側とスクライブ領域SCR側とのそれぞれに、シールリングSRPDに沿って溝が形成される。スクライブ領域SCR側に形成される溝の幅は、周辺回路領域PC側に形成される溝の幅よりも広くなる。
次に、図25に示すように、TEOS膜TE2を覆うように、さらに、TEOS膜TE3(膜厚:100nm程度)が形成される。次に、図26に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、第2導波路開口部を形成するためのフォトレジストRP12のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、画素領域PEに第1導波路WG1を露出する第2導波路開口部WGH2が形成される。
このとき、後述するように、特に、シールリング領域SRに位置するTEOS膜TE2の段差(高さ)が軽減されていることで、このエッチング処理によってフォトレジストRP12の表面がある程度除去されたとしても、TEOS膜TE2の表面が露出するのを阻止することができる。第2導波路開口部WGH2が形成された後、フォトレジストRP12が除去される。
次に、図27に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド電極PDを露出するためのフォトレジストRP13のパターンが形成される。次に、図28に示すように、フォトレジストRP13をエッチングマスクとしてTEOS膜TE3およびTEOS膜TE2にエッチング処理を施すことにより、パッド電極PDの表面が露出する。その後、図29に示すように、フォトレジストRP13を除去することにより、第2導波路開口部WGH2等が露出する。
次に、図30に示すように、第2導波路開口部WGH2を充填するとともに、TEOS膜TE3を覆うように、塗布系の絶縁性の埋め込み材料FMが形成される。第2導波路開口部WGH2に充填された埋め込み部材FMによって、第1導波路WG1に繋がる第2導波路WG2が形成される。
次に、画素領域PEでは、所定の写真製版処理を施すことにより、埋め込み材料FMの上に、カラーフィルタCFとダミーカラーフィルタDCFが形成される。次に、そのカラーフィルタCFとダミーカラーフィルタDCFを覆うように、第6絶縁膜IF6が形成される。さらに、画素領域PEでは、第6絶縁膜IF6の表面に、カラーフィルタCFに対応するマイクロレンズMLと、ダミーカラーフィルタDCFに対応するダミーマイクロレンズDMLが形成される。また、周辺回路領域PCでは、パッド電極PDの表面を露出する開口部HPが形成される。その後、スクライブ領域SCRをダイシングすることによって、撮像装置ISの主要部分が完成する。
上述した撮像装置の製造方法では、第2導波路開口部を形成する際のエッチング処理によって、TEOS膜TE2の表面の荒れを抑制することができる。このことについて、比較例に係る撮像装置と比較しながら説明する。
比較例に係る撮像装置では、まず、パッド電極を覆うTEOS膜を形成する工程までは、上述した実施の形態1に係る製造工程と同じ工程であるので、簡単に説明する。なお、比較例に係る参照符号として、実施の形態1に係る部材と対応する部材については、その参照符号の頭に符号「C」を付した参照符号を用いる。
図31に示すように、半導体基板CSUBに素子分離絶縁膜CEIを形成することによって、画素領域CPE、周辺回路領域CPCおよびシールリング領域CSR等が規定される。次に、画素領域CPEでは所定の画素素子CDTEが形成され、周辺回路領域CPCではトランジスタCPT等の素子が形成される。次に、周辺回路領域CPCではコンタクトプラグCPGが形成され、シールリング領域CSRではシールリングCSRPGが形成される。次に、周辺回路領域CPCでは第1配線CM1が形成され、シールリング領域CSRでは、シールリングCSRM1が形成される。
次に、周辺回路領域CPCでは、ヴィアCV1および第2配線CM2が形成され、シールリング領域CSRでは、シールリングCSRM2が形成される。次に、周辺回路領域CPCでは、ヴィアCV2および第3配線CM3が形成され、シールリング領域CSRでは、シールリングCSRM3が形成される。次に、周辺回路領域CPCでは、パッド電極CPDが形成され、シールリング領域CSRでは、シールリングCSRPDが形成される。次に、パッド電極CPDおよびシールリングCSRPDを覆うように、TEOS膜CTE2(膜厚:750nm程度)が形成される。
次に、図32に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド電極PDを覆うTEOS膜CTE2の部分を露出し、他の領域を覆うフォトレジストCRP11のパターンが形成される。次に、フォトレジストCRP11をエッチングマスクとして、ドライエッチング処理を施すことにより、露出したTEOS膜CTE2の部分が約550nm程度除去される。その後、フォトレジストCRP11が除去される。
次に、図33に示すように、TEOS膜CTE2を覆うように、さらに、TEOS膜CTE3(膜厚:100nm程度)が形成される。次に、図34に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、第2導波路開口部を形成するためのフォトレジストCRP12のパターンが形成される。次に、フォトレジストCRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、画素領域CPEに第1導波路WG1を露出する第2導波路開口部CWGH2が形成される。その後、フォトレジストCRP12が除去される。
次に、図35に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド電極PDを覆うTEOS膜CTE3の部分と、シールリングCSRPDを覆うTEOS膜CTE3の部分とを露出するフォトレジストCRP13のパターンが形成される。次に、図36に示すように、フォトレジストCRP13をエッチングマスクとして露出したTEOS膜CTE3、CTE2にエッチング処理を施すことにより、周辺回路領域CPCではパッド電極PDの表面が露出する。その後、図37に示すように、フォトレジストCRP13を除去することにより、画素領域CPEでは、第2導波路開口部CWGH2等が露出する。
次に、図38に示すように、第2導波路開口部CWGH2を充填するとともに、TEOS膜TE3を覆うように、塗布系の絶縁性の埋め込み材料CFMが形成される。第2導波路開口部CWGH2に充填された埋め込み部材CFMによって、第1導波路CWG1に繋がる第2導波路CWG2が形成される。
次に、画素領域CPEでは、埋め込み材料CFMの上に、カラーフィルタCCFとダミーカラーフィルタCDCFが形成され、そのカラーフィルタCCFとダミーカラーフィルタCDCFを覆うように、絶縁膜CIF6が形成される。さらに、画素領域CPEでは、絶縁膜CIF6の表面に、カラーフィルタCCFに対応するマイクロレンズCMLと、ダミーカラーフィルタCDCFに対応するダミーマイクロレンズCDMLが形成される。また、周辺回路領域CPCでは、パッド電極CPDの表面を露出する開口部CHPが形成される。その後、スクライブ領域CSCRをダイシングすることによって、比較例に係る撮像装置CISの主要部分が完成する。
比較例に係る撮像装置CISでは、第2導波路開口部を形成する前に、画素領域CPEに対する周辺回路領域CPCの段差を軽減するために、図32に示す工程において、パッド電極CPDを覆うTEOS膜CTE2にエッチング処理が施される。このとき、シールリング領域CSRはフォトレジストCRP11によって覆われた状態でエッチング処理が施されるため、画素領域CPEに対するシールリング領域CSRの段差は軽減されないことになる。
このため、第2導波路開口部CWGH2を形成するためのフォトレジストCRP12が形成された状態では、図39の点線枠CERに示すように、シールリングCSRPDの直上に位置するTEOS膜TE3を覆うフォトレジストCRP12の部分の厚さが、他の部分に比べて薄くなってしまう。フォトレジストCRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施す際には、TEOS膜CTE3等のエッチングに伴って、フォトレジストCRP12の表面もエッチングされることになる。
そうすると、フォトレジストCRP12の厚さが比較的薄いシールリング領域CSRでは、フォトレジストCRP12が除去されてTEOS膜CTE3の表面が露出し、その露出したTEOS膜CTE3の表面にエッチング処理が施されて、TEOS膜CTE3の表面が荒れてしまうという問題があった。TEOS膜CTE3の表面が荒れることでTEOS膜自身の異物が発生し、その発生した異物が撮像装置の歩留まりを下げる要因の一つになった。
また、TEOS膜CTE3の表面が荒れることで、次のような問題点も想定される。フォトレジストCRP122を除去する際に、TEOS膜CTE3の表面が荒れていることで、エッチング処理に伴って生成した反応生成物を十分に除去することができず、汚染の要因になることが想定される。
さらに、TEOS膜CTE3の表面が荒れることで、パッド電極CPDを露出するフォトレジストCRP13のパターンを形成する際(図36参照)に、フォトレジストを均一に塗布することができず、所望のフォトレジストCRP13のパターンを形成することができないことが想定される。
しかも、そのようなフォトレジストCRP13をエッチングマスクとして、シールリング領域CSRに位置する、表面が荒れたTEOS膜CTE3等にエッチング処理を施すことで、残されるTEOS膜CTE3、CTE2の膜厚も不均一になり、場所によってはシールリングCSRPDが露出してエッチングされてしまうことが想定される。アルミニウム膜等から形成されたシールリングCSRPDがエッチングされると、耐湿性に影響を与え、撮像装置の信頼性を劣化させてしまうことが想定される。
さらに、TEOS膜CTE3の表面が荒れていることで、埋め込み部材CFMの十分な平坦性を確保することができず、カラーフィルタやマイクロレンズの形成にも悪影響を与えることが想定される。上述したTEOS膜CTE2の表面荒れの問題点と、表面荒れに起因して想定される問題点とは、撮像装置CISにおいて、本発明者によって初めて明らかにされた。
比較例に係る撮像装置に対して、実施の形態1に係る撮像装置では、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差を軽減する際に、シールリング領域SRの段差も軽減される。図24に示すように、周辺回路領域PCのパッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分を露出するとともに、シールリング領域SRのシールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分を露出するフォトレジストRP11をエッチングマスクとして、露出したTEOS膜TE2の部分にドライエッチング処理が施される。
これにより、画素領域PEに対するシールリング領域SRの段差は、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差と同程度の段差になる。シールリング領域SRの段差と周辺回路領域PCの段差とが同程度になることで、図40に示すように、第2導波路開口部を形成するためのフォトレジストRP12では、シールリング領域SRに位置する部分の厚さ(矢印参照)は、周辺回路領域PCに位置する部分の厚さと同程度の十分な厚さになる。
このため、フォトレジストRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施す際に、TEOS膜TE3等のエッチングに伴って、フォトレジストRP12の表面がエッチングされたとしても、シールリングSRPDを覆うTEOS膜TE3が露出してTEOS膜TE3の表面が荒れるのを阻止することができる。
その結果、TEOS膜自身の異物が発生するのを防止することができ、撮像装置ISの歩留まり向上に寄与することができる。また、TEOS膜TE3の表面の荒れが阻止されることで、上述した表面荒れに起因する想定される種々の問題点を解消(回避)することができる。
そのTEOS膜TE2の表面荒れを阻止するために形成されるフォトレジストRP11のパターンでは、図41に示すように、シールリングSRPDの周辺回路領域PC側の端部から周辺回路領域PC側へ長さL1(約1μm程度)の領域(領域A)に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。一方、シールリングSRPDのスクライブ領域SCR側の端部からスクライブ領域SCR側へ長さL2(約3μm程度)の領域(領域B)に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。
これにより、フォトレジストRP11をエッチングマスクとしてドライエッチング処理を施した後では、領域Aに対応する、シールリングSRPDの外側側方の領域には、シールリングSRPDに沿って凹部HSが形成される。一方、領域Bに対応する、シールリングSRPDの内側側方の領域には、シールリングSRPDに沿って凹部HTが形成される。しかも、凹部HSと凹部HTとは、凹部HSの幅が凹部HTの幅よりも広くなるように形成される。
このような凹部HSおよび凹部HTが形成された後、埋め込み部材FMが形成される前の、比較的薄いTEOS膜TE3(膜厚:100nm程度)が形成された状態では、TEOS膜TE3の表面における所定の位置の高さの関係は、以下のような関係になる。図42に示すように、シールリングSRPDの直上に位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第1位置P1とする。凹部HSに位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第2位置P2とする。凹部HSからシールリング領域SRの外側へ離れる方向に位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第3位置P3とする。そうすると、第2位置P2の高さは第1位置P1の高さよりも低くなる。第3位置P3の高さは、第1位置P1の高さよりも低く、第2位置P2の高さよりも高くなる。なお、この高さの関係は、ドライエッチング処理が施されたTEOS膜TE2についても、同様である。
これにより、TEOS膜TE3を覆うように埋め込み材料FM等が形成されて完成した撮像装置ISにおける、TEOS膜TE3と埋め込み材料FMとの界面では、第2位置P2に対応する界面K2の高さは、第1位置P1に対応する界面K1の高さよりも低くなる。第3位置P3に対応する界面K3の高さは、界面K1の高さよりも低く、界面K2の高さよりも高くなる。なお、図2または図42に示されたスクライブ領域SCRは、ダイシングされて残されたスクライブ領域SCRの部分を示しているため、第3位置P3(界面K3)は、チップとしての撮像装置ISの端部近傍に対応する位置になる。
また、上述した撮像装置では、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差とシールリング領域SRの段差との双方の段差を軽減するために、図24に示すように、パッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分と、シールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分とに、同時にドライエッチング処理が施される。このため、パッド電極PDの上面上に残されるTEOS膜TE2の部分の厚さと、シールリングSRPDの上面上に残されるTEOS膜TE2の部分の厚さとが、実質的に同じ厚さとなる。
これにより、図42に示すように、TEOS膜TE3が形成された後では、パッド電極PDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTPと、シールリングSRPDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTSとが、実質的に同じ厚さとなる。ここで、同じ厚さとは、全く同じ厚さであることを意図するものではなく、半導体基板の面内における成膜やドライエッチング等のばらつきなど、製造上のばらつきを含むことを意図するものである。
(変形例)
上述した撮像装置ISでは、第2導波路開口部WGH2に第2導波路WG2が形成され、その第2導波路WG2の上にカラーフィルタCFとマイクロレンズMLが形成される場合について説明した。ここでは、その変形例に係る撮像装置として、第2導波路開口部にカラーフィルタが形成される場合について説明する。
図4〜図29に示す工程と同様の工程を経て第2導波路開口部WGH2が形成された後、図43に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、複数の第2導波路開口部WGH2のそれぞれに所定の色のカラーフィルタCFが形成される。次に、複数のカラーフィルタCFのそれぞれの上にマイクロレンズMLが形成される。その後、スクライブ領域SCRをダイシングすることによって、変形例に係る撮像装置ISの主要部分が完成する。
変形例に係る撮像装置ISでは、第2導波路開口部WGH2が形成されるまでは、上述した撮像装置ISと同じ工程を経て形成される。このため、上述した撮像装置ISと同様に、TEOS膜TE3の表面荒れを阻止することができ、また、表面荒れに起因する想定される種々の問題点を解消(回避)することができる。
さらに、変形例に係る撮像装置ISでは、シールリング領域SRおよびスクライブ領域SCRに位置するTEOS膜のTE3の表面(上面)の高さの関係も、上述した撮像装置ISと同様であり、第2位置P2の高さは第1位置P1の高さよりも低くなり、第3位置P3の高さは、第1位置P1の高さよりも低く、第2位置P2の高さよりも高くなる。
また、パッド電極PDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTPと、シールリングSRPDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTSとが、実質的に同じ厚さとなる。
実施の形態2
実施の形態1では、ドライエッチング処理によって、周辺回路領域PCの段差とシールリング領域SRの段差とを低減する場合について説明した。ここでは、ウェットエッチング処理によって、周辺回路領域PCの段差とシールリング領域SRの段差とを低減する場合について説明する。
前述した図4〜図23に示す工程と同様の工程を経て、図44に示すように、パッド電極PDおよびシールリングSRPD等を覆うように、TEOS膜TE2(膜厚:750nm程度)が形成される。次に、図45に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、周辺回路領域PCのパッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分およびシールリング領域SRのシールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分をそれぞれ露出し、他の領域に位置するTEOS膜TE2の部分を覆うフォトレジストRP11のパターンが形成される。
次に、フォトレジストRP11をエッチングマスクとして、ウェットエッチング処理を施すことにより、露出したTEOS膜TE2の部分が約550nm程度除去される。ここで、ウェットエッチング処理の薬液として、たとえば、バッファードフッ酸(BHF)や希フッ酸等が用いられる。ウェットエッチング処理では、薬液により、TEOS膜TE2が等方的にエッチングされる。
また、薬液が、フォトレジストRP11とTEOS膜TE2との界面に浸み込むことで、界面に沿って位置するTEOS膜TE2の部分のエッチングがより進行する。これにより、ウェットエッチング処理後のTEOS膜TE2の表面は、ドライエッチング処理後のTEOS膜TE2の表面よりも、よりなだらかになる。その後、フォトレジストRP11が除去される。
次に、図46に示すように、TEOS膜TE2を覆うように、さらに、TEOS膜TE3(膜厚:100nm程度)が形成される。次に、図47に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、第2導波路開口部を形成するためのフォトレジストRP12のパターンが形成される。次に、フォトレジストRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施すことにより、画素領域PEに第1導波路WG1を露出する第2導波路開口部WGH2が形成される。その後、フォトレジストRP12が除去される。
次に、図48に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッド電極PDを露出するためのフォトレジストRP13のパターンが形成される。次に、図49に示すように、フォトレジストRP13をエッチングマスクとしてTEOS膜TE3、TE2にエッチング処理を施すことにより、パッド電極PDの表面が露出する。その後、図50に示すように、フォトレジストRP13を除去することにより、第2導波路開口部WGH2等が露出する。
次に、図51に示すように、第2導波路開口部WGH2を充填するとともに、TEOS膜TE3を覆うように、塗布系の絶縁性の埋め込み材料FMが形成される。第2導波路開口部WGH2に充填された埋め込み部材FMによって、第1導波路WG1に繋がる第2導波路WG2が形成される。
次に、画素領域PEでは、所定の写真製版処理を施すことにより、埋め込み材料FMの上に、カラーフィルタCFとダミーカラーフィルタDCFが形成される。次に、そのカラーフィルタCFとダミーカラーフィルタDCFを覆うように、第6絶縁膜IF6が形成される。さらに、画素領域PEでは、第6絶縁膜IF6の表面に、カラーフィルタCFに対応するマイクロレンズMLと、ダミーカラーフィルタDCFに対応するダミーマイクロレンズDMLが形成される。また、周辺回路領域PCでは、パッド電極PDの表面を露出する開口部HPが形成される。その後、スクライブ領域SCRをダイシングすることによって、撮像装置ISの主要部分が完成する。
上述した実施の形態に係る撮像装置では、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差を軽減する際に、図45に示すように、周辺回路領域PCのパッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分を露出するとともに、シールリング領域SRのシールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分を露出するフォトレジストRP11をエッチングマスクとして、ウェットエッチング処理が施される。
これにより、画素領域PEに対するシールリング領域SRの段差は、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差と同程度の段差になる。シールリング領域SRの段差と周辺回路領域PCの段差とが同程度になることで、図52に示すように、第2導波路開口部を形成するためのフォトレジストRP12では、シールリング領域SRに位置する部分の厚さは、周辺回路領域PCに位置する部分の厚さと同程度の十分な厚さになる。
このため、フォトレジストRP12をエッチングマスクとしてエッチング処理を施す際に、TEOS膜TE3等のエッチングに伴って、フォトレジストRP12の表面がエッチングされたとしても、シールリングSRPDを覆うTEOS膜TE3が露出してTEOS膜TE3の表面が荒れるのを阻止することができる。
その結果、実施の形態1において説明したように、TEOS膜自身の異物が発生するのを防止することができ、撮像装置ISの歩留まり向上に寄与することができる。また、TEOS膜TE3の表面の荒れが阻止されることで、前述した表面荒れに起因する想定される種々の問題点を解消(回避)することができる。
しかも、上述した撮像装置の製造方法では、フォトレジストRP11をエッチングマスクとして、露出したTEOS膜TE2の部分にウェットエッチング処理が施される。このため、エッチングが等方的に進行するとともに、フォトレジストRP11とTEOS膜TE2との界面に沿って位置するTEOS膜TE2の部分のエッチングがより進行する。これにより、ウェットエッチング処理後のTEOS膜TE2の表面は、ドライエッチング処理後の場合の段差の急峻さが解消されて、よりなだらかになる。その結果、埋め込み部材CFM等の平坦性をさらに向上させることができ、カラーフィルタCFやマイクロレンズMLを良好に形成することができる。
また、実施の形態1において説明したのと同様に、フォトレジストRP11のパターンでは、図53に示すように、シールリングSRPDの周辺回路領域PC側の端部から周辺回路領域PC側へ長さL1(約1μm程度)の領域(領域A)に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。一方、シールリングSRPDのスクライブ領域SCR側の端部からスクライブ領域SCR側へ長さL2(約3μm程度)の領域(領域B)に位置するTEOS膜TE2の部分が露出する。
これにより、フォトレジストRP11をエッチングマスクとしてウェットエッチング処理を施した後では、領域Aに対応する、シールリングSRPDの外側側方の領域には、シールリングSRPDに沿って凹部HSが形成される。一方、領域Bに対応する、シールリングSRPDの内側側方の領域には、シールリングSRPDに沿って凹部HTが形成される。しかも、薬液による等方性エッチングと、フォトレジストRP11とTEOS膜TE2との界面からのエッチングによって、凹部HSおよび凹部HTのそれぞれの幅は、ドライエッチング処理によって形成される凹部HSおよび凹部HTのそれぞれ幅よりも長くなる。
このようななだらかな凹部HSおよび凹部HTが形成された後、埋め込み部材FMが形成される前の、比較的薄いTEOS膜TE3(膜厚:100nm程度)が形成された状態では、TEOS膜TE3の表面における所定の位置の高さの関係は、実施の形態1の撮像装置の場合と同様の関係になる。まず、シールリングSRPDの直上に位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第1位置P1とする。凹部HSに位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第2位置P2とする。凹部HSからシールリング領域SRの外側へ離れる方向に位置するTEOS膜TE3の表面の位置を第3位置P3とする。そうすると、第2位置P2の高さは第1位置P1の高さよりも低くなる。第3位置P3の高さは、第1位置P1の高さよりも低く、第2位置P2の高さよりも高くなる。なお、この高さの関係は、ウェットエッチング処理が施されたTEOS膜TE2についても、同様である。
これにより、図54に示すように、TEOS膜TE3を覆うように埋め込み材料FM等が形成されて完成した撮像装置ISにおける、TEOS膜TE3と埋め込み材料FMとの界面では、第2位置P2に対応する界面K2の高さは、第1位置P1に対応する界面K1の高さよりも低くなる。第3位置P3に対応する界面K3の高さは、界面K1の高さよりも低く、界面K2の高さよりも高くなる。なお、実施の形態1において述べたように、第3位置P3(界面K3)は、チップとしての撮像装置ISの端部近傍に対応する位置になる。
また、上述した撮像装置では、画素領域PEに対する周辺回路領域PCの段差とシールリング領域SRの段差との双方の段差を軽減するために、図47に示すように、パッド電極PDを覆うTEOS膜TE2の部分と、シールリングSRPDを覆うTEOS膜TE2の部分とに、同時にウェットエッチング処理が施される。このため、パッド電極PDの上面上に残されるTEOS膜TE2の部分の厚さと、シールリングSRPDの上面上に残されるTEOS膜TE2の部分の厚さとが、実質的に同じ厚さとなる。
これにより、図54に示すように、TEOS膜TE3が形成された後では、パッド電極PDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTPと、シールリングSRPDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTSとが、実質的に同じ厚さとなる。ここで、同じ厚さとは、実施の形態1の場合と同様に、全く同じ厚さであることを意図するものではなく、半導体基板の面内における成膜やウェットエッチング等のばらつきなど、製造上のばらつきを含むことを意図するものである。
(変形例)
上述した撮像装置ISでは、第2導波路開口部WGH2に第2導波路WG2が形成され、その第2導波路WG2の上にカラーフィルタCFとマイクロレンズMLが形成される場合について説明した。ここでは、その変形例に係る撮像装置として、第2導波路開口部にカラーフィルタが形成される場合について説明する。
図4〜図22および図44〜図50に示す工程と同様の工程を経て第2導波路開口部WGH2が形成された後、図55に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、複数の第2導波路開口部WGH2のそれぞれに所定の色のカラーフィルタCFが形成される。次に、複数のカラーフィルタCFのそれぞれの上にマイクロレンズMLが形成される。その後、スクライブ領域SCRをダイシングすることによって、変形例に係る撮像装置ISの主要部分が完成する。
変形例に係る撮像装置ISでは、第2導波路開口部WGH2が形成されるまでは、上述した撮像装置ISと同じ工程を経て形成される。このため、上述した撮像装置ISと同様に、TEOS膜TE3の表面荒れを阻止することができ、また、表面荒れに起因する想定される種々の問題点を解消(回避)することができる。
さらに、変形例に係る撮像装置ISでは、シールリング領域SRおよびスクライブ領域SCRに位置するTEOS膜のTE3の表面(上面)の高さの関係も、上述した撮像装置ISと同様であり、第2位置P2の高さは第1位置P1の高さよりも低くなり、第3位置P3の高さは、第1位置P1の高さよりも低く、第2位置P2の高さよりも高くなる。
また、パッド電極PDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTPと、シールリングSRPDの上面上に位置するTEOS膜TE2、TE3(絶縁膜)の部分の厚さTSとが、実質的に同じ厚さとなる。
なお、上述した各実施の形態に係る撮像装置の製造方法において示した膜厚等の数値は一例であって、これらの数値に限定されるものではない。また、周辺回路領域PCの段差とシールリング領域SRの段差とを低減する手法として、実施の形態1では、ドライエッチング処理について説明し、実施の形態2では、ウェットエッチング処理について説明したが、必要に応じて、適宜、ドライエッチング処理とウェットエッチング処理とを組み合わせてもよい。
さらに、シールリングとして、三重構造のシールリングを例に挙げた。シールリングとしては、外部からの水分を遮断させることができれば、三重構造に限られるものではなく、たとえば、二重構造のシールリングや、二重構造のシールリングを一つの束として、複数の束からなるシールリング等であってもよい。また、単数構造のシールリングであってもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
IS 撮像装置、SUB 半導体基板、EI 素子分離絶縁膜、PE 画素領域、DTE 画素素子、PC 周辺回路領域、PT トランジスタ、SR シールリング領域、SCR スクライブ領域、IF1 第1絶縁膜、PGH 開口部、SRH1 シールリング開口部、PG コンタクトプラグ、SRPG シールリング、IF2 第2絶縁膜、M1H 配線溝、SRH2 シールリング開口部、MF1 銅膜、M1 第1配線、SRM1 シールリング、IF3 第3絶縁膜、V1H 開口部、SRH3 シールリング開口部、M2H 配線溝、SRH4 シールリング開口部、MF2 銅膜、M2 第2配線、V1 ヴィア、SRM2 シールリング、IF4 第4絶縁膜、V2H 開口部、SRH5 シールリング開口部、M3H 配線溝、SRH6 シールリング開口部、MF3 銅膜、M3 第3配線、V2 ヴィア、SRM3 シールリング、IF5 第5絶縁膜、PEH 画素開口部、WGH1 第1導波路開口部、SN1 シリコン窒化膜、SN2、SN3 シリコン窒化膜、SN シリコン窒化膜、WG1 第1導波路、TE1 TEOS膜、PDH パッド開口部、SRH7 シールリング開口部、MF4 アルミニウム膜、PD パッド電極、SRPD シールリング、TE2 TEOS膜、TE3 TEOS膜、WGH2 第2導波路開口部、WG2 第2導波路、FM 埋め込み部材、CF カラーフィルタ、DCF ダミーカラーフィルタ、ML マイクレンズ、DML ダミーマイクロレンズ、IF6 第6絶縁膜、LN1 第1キャップ膜、LN2 第2キャップ膜、HP 開口部、HT、HS 凹部、P1、P2、P3 位置、K1、K2、K3 界面、RP1、RP2、RP3、RP4、RP5、RP6、RP7、RP8、RP9、RP10、RP11、RP12、RP13 フォトレジスト。

Claims (8)

  1. 導波路を備えた撮像装置であって、
    半導体基板にそれぞれ規定された、画素領域、周辺回路領域、ならびに、前記画素領域および前記周辺回路領域を連続的に取り囲むシールリング領域と、
    前記画素領域に位置する部分の厚さが、前記シールリング領域に位置する部分の厚さよりも薄くなる態様で、前記画素領域および前記シールリング領域を覆うように形成された層間絶縁膜と、
    前記シールリング領域に位置する前記層間絶縁膜を貫通するように形成されたシールリングと、
    前記シールリングを覆う部分の厚さが、前記画素領域を覆う部分の厚さよりも薄くなる態様で、前記画素領域および前記シールリング領域を覆うように形成された絶縁膜と、
    前記画素領域に位置する前記絶縁膜を貫通するように形成された前記導波路と
    を備え、
    前記絶縁膜では、前記シールリングの外側側方に位置する領域に前記シールリングに沿って第1凹部が形成され、
    前記シールリングの直上に位置する前記絶縁膜の表面の位置を第1位置、前記第1凹部に位置する前記絶縁膜の表面の位置を第2位置、前記第1凹部から前記シールリング領域の外側へ離れる方向に位置する前記絶縁膜の表面の位置を第3位置とすると、
    前記第2位置の高さは前記第1位置の高さよりも低く、
    前記第3位置の高さは、前記第1位置の高さより低く、前記第2位置の高さよりも高い、撮像装置。
  2. 前記絶縁膜では、前記シールリングの内側側方に位置する領域に前記シールリングに沿って第2凹部が形成され、
    前記第1凹部の幅は前記第2凹部の幅よりも広い、請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記周辺回路領域では、パッド電極が形成され、
    前記絶縁膜は、前記パッド電極を覆う部分を含み、
    前記パッド電極の直上に位置する前記絶縁膜の部分の厚さと、前記シールリングの前記直上に位置する前記絶縁膜の部分の厚さとは同じである、請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 導波路を備えた撮像装置の製造方法であって、
    半導体基板において、画素領域、周辺回路領域、ならびに、前記画素領域および前記周辺回路領域を連続的に取り囲むシールリング領域を規定する工程と、
    層間絶縁膜と導電膜とを順次形成してそれぞれパターニングすることにより、前記画素領域に位置する前記層間絶縁膜の厚さを、前記周辺回路領域および前記シールリング領域に位置する前記層間絶縁膜の厚さよりも薄くして前記画素領域を低背化し、前記周辺回路領域に配線構造およびパッド電極を形成し、前記シールリング領域にシールリングを形成する工程と、
    低背化された前記画素領域、前記パッド電極および前記シールリングを覆うように、前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記パッド電極の直上に位置する前記絶縁膜の第1領域、および、前記シールリングの直上に位置する前記絶縁膜の直上部分を含む第2領域を露出する第1フォトレジストのパターンを形成する工程と、
    前記第1フォトレジストをエッチングマスクとして、露出した前記絶縁膜の前記第1領域および前記第2領域にエッチング処理を施す工程と、
    前記第1フォトレジストを除去した後、前記絶縁膜の前記第1領域および前記第2領域を含む領域を覆い、前記画素領域に位置する前記絶縁膜の第3領域を露出する第2フォトレジストのパターンを形成する工程と、
    前記第2フォトレジストをエッチングマスクとして、露出した前記絶縁膜の前記第3領域にエッチング処理を施すことにより、前記画素領域に導波路開口部を形成する工程と
    を備えた、撮像装置の製造方法。
  5. 前記第1フォトレジストのパターンを形成する工程では、前記絶縁膜の前記第2領域として、前記絶縁膜の前記直上部分から前記シールリングの外側側方に位置する外側側方部分に至る領域を露出し、
    前記絶縁膜の前記第2領域にエッチング処理を施す工程では、
    前記外側側方部分がエッチングされることで前記絶縁膜に第1凹部が形成され、
    前記絶縁膜の前記直上部分に位置する表面の位置を第1位置、前記第1凹部に位置する前記絶縁膜の表面の位置を第2位置、前記第1凹部から前記シールリング領域の外側へ離れる方向に位置する前記絶縁膜の表面の位置を第3位置とすると、
    前記第2位置の高さは前記第1位置の高さよりも低く、前記第3位置の高さは、前記第1位置の高さよりも低く、前記第2位置の高さよりも高くなる、請求項4記載の撮像装置の製造方法。
  6. 前記第1フォトレジストのパターンを形成する工程では、前記絶縁膜の前記第2領域として、前記絶縁膜の前記直上部分から前記シールリングの内側側方に位置する内側側方部分に至る領域を露出し、
    前記絶縁膜の前記第2領域にエッチング処理を施す工程では、
    前記内側側方部分がエッチングされることで前記絶縁膜に第2凹部が形成され、
    前記第1凹部と前記第2凹部は、前記第1凹部の幅が前記第2凹部の幅よりも広くなるように形成される、請求項5記載の撮像装置の製造方法。
  7. 前記絶縁膜の前記第2領域にエッチング処理を施す工程では、ドライエッチング処理が施される、請求項4〜6のいずれかに記載の撮像装置の製造方法。
  8. 前記絶縁膜の前記第2領域にエッチング処理を施す工程では、ウェットエッチング処理が施される、請求項4〜6のいずれかに記載の撮像装置の製造方法。
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