JP6353354B2 - 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、たとえば、フォトダイオードと電極パッドとを備えた撮像装置に好適に利用できるものである。
デジタルカメラ等には、たとえば、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを備えた撮像装置が適用されている。撮像装置では、入射する光を電荷に変換するためにフォトダイオードが形成されている。フォトダイオードにおいて発生した電荷は、転送トランジスタによって浮遊拡散領域へ転送される。転送された電荷は、増幅用トランジスタによって電気信号に変換されて画像信号として出力されることになる。
従来、フォトダイオードへ光を入射させる方法として、半導体基板の表面から光を入射させる方法が知られている。この種のCMOSイメージセンサは、表面照射型のCMOSイメージセンサと称される。ところが、表面照射型のCMOSイメージセンサでは、撮像装置の微細化に伴って、入射する光が、フォトダイオードの上に形成された多層の配線によって遮られてしまい、フォトダイオードに入射する光が弱められてしまうという問題があった。
そこで、この問題を解消するために、たとえば、特許文献1および特許文献2では、配線が形成されている側の表面とは反対側の、半導体基板の裏面から光を入射させる裏面照射型のCMOSイメージセンサが提案されている。すなわち、研磨によって薄くされた半導体基板の裏面から光を入射させて、半導体基板の表面側に形成されたフォトダイオードに光を導く手法が提案されている。
このような、裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置では、光を半導体基板の裏面から入射させる関係上、外部との電気的な接続を行うための電極パッドは、半導体基板の裏面に形成されて、その電極パッドに金属線がワイヤボンディングされることになる。半導体基板の裏面に形成される電極パッドと、半導体基板の表面側に形成される配線とは、半導体基板を貫通する導体によって電気的に接続される。従来の裏面照射型の撮像装置は、上記のように構成される。
特開2011−14674号公報 特開2005−150463号公報
裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置では、ウェハテスト等の電気的な試験を行う際に、電極パッドにプローブを接触させる必要がある。また、最終的に、電極パッドには、金属線がワイヤボンディングされることになる。このため、電極パッドが配置されている領域に位置する、半導体基板を貫通する導体を含む構造には、機械的な強度が求められる。
しかしながら、従来の撮像装置では、そのような半導体基板を貫通する導体として、所定の開口径を有するコンタクトホール内に形成された金属材料からなる貫通ヴィアが形成されているため、さらなる機械的強度が求められている。
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、受光センサ部と支持基板と複数の配線層と光を入射させる領域と電極パッドと導電性貫通部とシールリングとを備えている。受光センサ部は、対向する第1主表面および第2主表面を有する半導体層の第1主表面側に形成されている。支持基板は、半導体層の第1主表面側に、層間絶縁層を介在させて形成されている。複数の配線層は、層間絶縁層の層間に形成されている。光を入射させる領域は、半導体層の第2主表面側に形成されている。電極パッドは、半導体層の第2主表面側に形成されている。導電性貫通部は、半導体層を貫通して、電極パッドに接触する態様で形成され、電極パッドと複数の配線層のうちの一の配線層とを電気的に接続する壁状の壁型導電性貫通部を含んでいる。シールリングは、受光センサ部および電極パッドが配置されている領域を取り囲むように形成されている。導電性貫通部は、平面視的にシールリングが延在する方向に沿って壁型導電性貫通部が延在する部分を含む。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法は、以下の工程を備えている。第1支持基板に支持された半導体層の第1主表面に、受光センサ部を形成する。半導体層の第1主表面側から第1主表面と対向する第2主表面に至る、半導体層を貫通する溝状の溝型貫通孔を含む貫通孔を形成する。半導体層とは電気的に絶縁される態様で導電性膜を貫通孔に形成し、溝型貫通孔に対応する壁状の壁型導電性貫通部を含む導電性貫通部を形成する。半導体層の第1主表面側に、導電性貫通部に電気的に接続される配線層を含む複数の配線層および層間絶縁膜を形成する。層間絶縁膜に第2支持基板を張り付ける。第1支持基板を取り除く。半導体層の第2主表面側に、導電性貫通部に接触する態様で電気的に接続される電極パッドを形成する。受光センサ部および電極パッドが配置される領域を取り囲むように、シールリングを形成する。シールリングを形成する工程と導電性貫通部を形成する工程とは、併行して行われる。導電性貫通部は、平面視的にシールリングが延在する方向に沿って壁型導電性貫通部が延在する部分を含むように形成される。
一実施の形態に係る撮像装置によれば、電極パッドが配置されている領域の機械的強度を向上させることができる。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法によれば、電極パッドが配置されている領域の機械的強度が向上する撮像装置を製造することができる。
実施の形態1に係る撮像装置のダイシングする前の状態を示す部分平面図である。 同実施の形態において、図1に示す断面線II−IIにおける断面図である。 同実施の形態において、電極パッドが配置されている領域を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 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断面図である。 図19に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図20に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図21に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図22に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図23に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図24に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図25に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図26に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図27に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図28に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図29に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 比較例に係る撮像装置の製造工程の一部をフローチャートに示した図である。 同実施の形態において、撮像装置の製造工程の一部をフローチャートに示した図である。 同実施の形態において、第1変形例に係る撮像装置の電極パッドが配置される領域を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、第2変形例に係る撮像装置を示す断面図であり、図1に示す断面線XXXIV−XXXIVに対応する断面線における断面図である。 実施の形態2に係る撮像装置の断面図である。 同実施の形態において、電極パッドが配置されている領域を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、撮像装置の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図37に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図38に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図39に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図40に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図41に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図42に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図43に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 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断面図である。 各実施の形態において、第1変形例に係る撮像装置の電極パッドが配置されている領域を示す部分拡大平面図である。 各実施の形態において、第2変形例に係る撮像装置の電極パッドが配置されている領域を示す部分拡大平面図である。 各実施の形態において、第3変形例に係る撮像装置の電極パッドが配置されている領域を示す部分拡大平面図である。
実施の形態1
ここでは、電極パッドと配線とが、壁型導電性貫通部によって電気的に接続された撮像装置について説明する。
図1に示すように、撮像装置ISでは、フォトダイオードを含む受光センサ部が形成されたチップ形成領域TFRの周囲に、受光センサ部等と外部とを電気的に接続する電極パッドPADが配置されている。後述するように、電極パッドPADは、シリコン層を貫通する溝型貫通孔に形成された壁型導電性貫通部TB1によって、所定の配線(いずれも図示せず)と電気的に接続されている。また、電極パッドPADは、アライメントマークとしての機能を有している。
その電極パッドPADを取り囲むように、シールリングSLRが配置されている。なお、ダイシングされる前のウェハの状態では、隣う合うシールリングSLRとシールリングSLRとの間には、スクライブラインSRLが位置する。
次に、電極パッドPADとチップ形成領域TFR(フォトダイオード)の構造について詳しく説明する。図2に示すように、シリコン層SOIの一方の主表面に、分離領域STIによってチップ形成領域TFRが規定されている。チップ形成領域TFRには、フォトダイオードPD、浮遊拡散領域FD、ゲート電極TGEを有する転送トランジスタTT等を含む受光センサ部が形成されている。
そのゲート電極TGE等を覆うように、第1層間絶縁膜IL1、第2層間絶縁膜IL2および層間絶縁膜IL3を介在させて支持基板SUB2が形成されている。層間絶縁膜IL3は、複数の層から形成され、その層間には、第1配線M1、第2配線M2および第3配線M3が形成されている。チップ形成領域TFRでは、第1配線M1と浮遊拡散領域FDとを電気的に接続する導電性プラグPGが形成されている。
シリコン層SOIの他方の主表面側における、フォトダイオードPDと対向する領域には、反射防止膜ARC、遮光膜SF、カラーフィルタCFおよびマイクロレンズMLが形成されている。反射防止膜ARCは、シリコン酸化膜SOF1、シリコン窒化膜SNFおよびシリコン酸化膜SOF2によって形成されている。遮光膜SFは、たとえば、アルミニウム膜によって形成されている。反射防止膜ARCとカラーフィルタCFとの間には、シリコン酸化膜SOF3が介在する。なお、チップ形成領域TFRには、フォトダイオードPDにおいて発生した電荷を画像信号として処理する回路部(図示せず)等が形成されている。
チップ形成領域TFRの周囲の領域には、シリコン層SOIおよび第1層間絶縁膜IL1を貫通する溝型貫通孔TH3が形成され、その溝型貫通孔TH3には、第2層間絶縁膜IL2を介在させて壁型導電性貫通部TB1が形成されている。その第2層間絶縁膜IL2によって、壁型導電性貫通部TB1がシリコン層SOIと電気的に絶縁されている。
また、壁型導電性貫通部TB1は、そのシリコン層SOIの表面から電極パッドPADの側に突出するように形成されている。壁型導電性貫通部TB1がシリコン層SOIの表面から突出していることで、アライメントマークALM(図3参照)としての機能を高めることができる。
ここで、壁型導電性貫通部TB1とは、所定の幅をもって一方向に延在する溝型貫通孔TH3を所定の導電膜で埋め込むことによって形成された、形状として、溝に対応した壁状の導電性貫通部を意味する。図1および図3に示すように、この撮像装置ISでは、複数の壁型導電性貫通部TB1が形成され、複数の壁型導電性貫通部TB1は、それぞれ一方向に延在し、一方向と交差する他の方向に互いに間隔を隔てて配置されている。
チップ形成領域TFRの周囲に配置された電極パッドPADは、その壁型導電性貫通部TB1によって、所定の第1配線M1と電気的に接続されている。また、その所定の第1配線M1は第1ヴィアV1を介して第2配線M2と電気的に接続され、さらに、その第2配線M2は、第2ヴィアV2を介して第3配線M3と電気的に接続されている。実施の形態1に係る、裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置ISは、上記のように構成される。
次に、上述した裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置ISの製造方法の一例について説明する。
まず、SOI基板SBSを用意する。SOI基板SBSでは、支持基板SUB1の上に埋め込み酸化膜BOXを介在させてシリコン層SOIが形成されている(図4参照)。次に、図4に示すように、シリコン層SOIの表面に分離領域STIを形成することによって、チップ形成領域TFRが規定される。チップ形成領域TFRの周囲には、電極パッドが形成される領域が規定されることになる。
次に、チップ形成領域TFRに、一般的な成膜、加工およびイオン注入処理等を行うことによって、転送トランジスタTTのゲート電極TGE、フォトダイオードPDおよび浮遊拡散領域FD等が形成される。次に、図5に示すように、ゲート電極TGE等を覆うように、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、シリコン酸化膜等の第1層間絶縁膜IL1が形成される。
次に、所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR1が形成される。次に、そのフォトレジストパターンPR1をエッチングマスクとして、第1層間絶縁膜IL1にエッチング処理を行うことにより、第1層間絶縁膜IL1を貫通してシリコン層SOIを露出する溝型貫通孔TH1が形成される。その後、フォトレジストパターンPR1を除去する。
次に、図6に示すように、露出した第1層間絶縁膜IL1をエッチングマスクとして、シリコン層SOIにエッチング処理を行うことにより、シリコン層SOIを貫通して埋め込み酸化膜BOXを露出する溝型貫通孔TH2が形成される。
次に、図7に示すように、たとえば、CVD法によって、シリコン酸化膜等の第2層間絶縁膜IL2が形成される。このとき、溝型貫通孔TH2は、第2層間絶縁膜IL2によって埋め込まれることになる。なお、図7では、溝型貫通孔TH2内にボイドが形成された状態が示されているが、ボイドを意図的に形成することを示すものではない。次に、第2層間絶縁膜IL2にCMP(Chemical Mechanical Polishing)処理(CMP処理A)を行うことによって、第2層間絶縁膜IL2の表面が平坦化される。
次に、所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR2が形成される。次に、フォトレジストパターンPR2をエッチングマスクとして、第2層間絶縁膜IL2および第1層間絶縁膜にエッチング処理を行うことにより、浮遊拡散領域FDを露出するコンタクトホールCHが形成される。その後、フォトレジストパターンPR2が除去される。
次に、図8に示すように、所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR3が形成される。次に、フォトレジストパターンPR3をエッチングマスクとして、第2層間絶縁膜IL2にエッチング処理を行うことにより、溝型貫通孔TH3が形成される。このとき、オーバエッチングにより、埋め込み酸化膜BOXを、たとえば、数十nm程度除去する。
また、溝型貫通孔TH3の側壁にシリコン層SOIを露出させないために、溝型貫通孔TH3とシリコン層SOIとの間に、第1層間絶縁膜IL1(および第2層間絶縁膜IL2)が数十nm程度残されるように、溝型貫通孔TH3のサイズとエッチング条件をあらかじめ設定する。溝型貫通溝TH3のサイズとして、電極パッドPADのサイズ(約100μm×100μm程度)に対し、溝型貫通溝TH3の幅は、たとえば、10μm程度であり、長さは、数十μm程度(50〜70μm程度)である。その後、フォトレジストパターンPR3が除去される。
次に、溝型貫通孔TH3およびコンタクトホールCHを埋め込むように、たとえば、タングステン膜等の導電膜(図示せず)が形成される。次に、CMP処理(CMP処理B)を行うことにより、溝型貫通孔TH3およびコンタクトホールCHのそれぞれに位置する導電膜の部分を残して、第2層間絶縁膜IL2の上面上に位置する導電膜の部分が除去される。これにより、図9に示すように、溝型貫通孔TH3には、溝の形状に対応した壁状の壁型導電性貫通部TB1が形成される。また、コンタクトホールCHには、導電性プラグPGが形成される。
次に、一般的な成膜と加工とを繰り返すことにより、第1配線M1、第1ヴィアV1、第2配線M2、第2ヴィアV2、第3配線M3を含む多層配線構造が形成される。第1配線M1、第2配線M2および第3配線M3の材料としては、アルミニウムまたは銅が用いられる。第1ヴィアV1および第2ヴィアV2の材料としては、タングステン、チタン、チタンナイトライドまたは銅が用いられる。材料として銅を用いる場合には、ダマシン法によって、配線またはヴィアが形成されることになる。
なお、第1配線M1、第2配線M2および第3配線M3等を電気的に絶縁する層間絶縁膜IL3は、複数の層から形成されているが、図10では、図面の簡略化のために、単層の層間絶縁膜として示されている。その層間絶縁膜IL3の表面は、CMP処理等を行うことによって平坦化される。
次に、新たな支持基板を用意し、その支持基板の表面に酸化膜を形成する。次に、図11に示すように、その支持基板SUB2を層間絶縁膜IL3の表面に張り付ける。なお、図11では、支持基板SUB2の酸化膜は図示されていない。次に、CMP処理、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理を行うことにより、図12に示すように、支持基板SUB1が除去される。
次に、図13に示すように、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理を行うことにより、埋め込み酸化膜BOXが除去される。これにより、シリコン層SOIの表面(裏面)から突出している壁型導電性貫通部TB1の部分が露出する。次に、図14に示すように、たとえば、CVD法によりシリコン層SOIの表面を覆うように、シリコン酸化膜SOF1が形成される。
次に、図15に示すように、たとえば、CVD法により、シリコン酸化膜SOF1を覆うように、シリコン窒化膜SNFとシリコン酸化膜SOF2が順次形成される。シリコン酸化膜SOF1、シリコン窒化膜SNFおよびシリコン酸化膜SOF2は、反射防止膜ARCとして形成される。次に、シリコン酸化膜SOF2を覆うように、遮光膜となるアルミニウム膜AFが形成される。
次に、突出した壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR4が形成される。次に、そのフォトレジストパターンPR4をエッチングマスクとして、アルミニウム膜AFにエッチング処理を行うことにより、遮光膜SF(図16参照)が形成される。その後、フォトレジストパターンPR4が除去される。次に、たとえば、CVD法により、遮光膜SF等を覆うように、シリコン酸化膜SOF3(図16参照)が形成される。
次に、突出した壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR5(図16参照)が形成される。次に、図16に示すように、フォトレジストパターンPR5をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜SOF3および反射防止膜ARC等にエッチング処理を行うことにより、壁型導電性貫通部TB1を露出する開口部SOHが形成される。その後、フォトレジストパターンPR5が除去される。
次に、開口部SOHを埋め込むように、電極パッドとなる導電膜(図示せず)が形成される。次に、突出した壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして、開口部SOHに位置する導電膜の部分を覆い、他の領域に位置する導電膜の部分を露出するフォトレジストパターン(図示せず)が形成される。
次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして、導電膜にドライエッチング処理を行うことにより、開口部SOHに位置する導電膜の部分を残して、他の領域に位置する導電膜の部分が除去される。その後、フォトレジストパターンが除去される。これにより、図17に示すように、開口部SOHに電極パッドPADが形成される。電極パッドPADは、壁型導電性貫通部TB1に接触し、その壁型導電性貫通部TB1を介して、第1配線M1等と電気的に接続される。
次に、カラーフィルタとなる所定の樹脂膜(図示せず)が形成される。次に、突出した壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターン(図示せず)が形成される。次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして樹脂膜にエッチング処理を行うことにより、カラーフィルタCF(図18参照)が形成される。その後、フォトレジストパターンが除去される。
次に、マイクロレンズとなる所定の樹脂膜(図示せず)が形成される。次に、突出した壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターン(図示せず)が形成される。次に、そのフォトレジストパターンをエッチングマスクとして樹脂膜にエッチング処理を行うことにより、マイクロレンズML(図18参照)が形成される。その後、フォトレジストパターンが除去される。これにより、図18に示すように、裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置の主要部分が完成することになる。
上述した撮像装置ISでは、電極パッドPADは、壁型導電性貫通部TB1を介して第1配線M1等と電気的に接続される。これにより、電極パッドPADが配置されている領域の機械的強度を向上させることができる。このことについて、比較例に係る撮像装置と対比して説明する。
まず、比較例に係る撮像装置の製造方法について説明する。図19に示すように、シリコン基板CSUBを用意し、そのシリコン基板CSUBの一方の表面にイオン注入等を行うことによって、フォトダイオード等の受光部CLRが形成される。次に、図20に示すように、シリコン基板CSUBの一方の表面を覆うように、シリコン酸化膜CSO1が形成される。
次に、所定の写真製版処理とエッチング処理を行うことにより、コンタクトホールCCH1が形成される。次に、図21に示すように、コンタクトホールCCH1の内壁面を含むシリコン酸化膜CSO1の表面を覆うように、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜CTE1が形成される。次に、CMP処理(CMP処理CA)を行うことにより、コンタクトホールCCH1内に位置するTEOS膜CTE1の部分を残して、シリコン酸化膜CSO1の上面上に位置するTEOS膜CTE1の部分が除去される。
次に、図22に示すように、コンタクトホールを埋め込むとともに、シリコン酸化膜CSO1の表面を覆うように、タングステン膜CWF1が形成される。次に、CMP処理(CMP処理CB)を行うことにより、コンタクトホールCCH1内に位置するタングステン膜CWF1の部分を残して、シリコン酸化膜CSO1の上面上に位置するタングステン膜CWF1の部分が除去される。これにより、図23に示すように、貫通ヴィアCVが形成される。
次に、所定の写真製版処理およびエッチング処理を行うことにより、図24に示すように、受光部CLRが形成されている領域にコンタクトホールCCH2が形成される。次に、コンタクトホールCCH2を埋め込むとともに、シリコン酸化膜CSO1の表面を覆うように、タングステン膜CWF2が形成される。
次に、CMP処理(CMP処理CC)を行うことにより、コンタクトホールCCH2内に位置するタングステン膜CWF2の部分を残して、シリコン酸化膜CSO1の上面上に位置するタングステン膜CWF2の部分が除去される。これにより、図25に示すように、プラグCPGが形成される。
次に、図26に示すように、TEOS膜CTE2中に、配線CMおよび配線電極CICを含む多層配線構造が形成される。次に、TEOS膜CTE2の表面を覆うように、接着層として、シリコン酸化膜CSO2が形成される。次に、図27に示すように、接着層として、シリコン酸化膜CSO3が形成された支持基板CSSを用意し、その支持基板CSSのシリコン酸化膜CSO3をシリコン酸化膜CSO2へ張り付ける。
次に、図28に示すように、CMP処理を行うことにより、シリコン基板CSUBを薄くして貫通ヴィアCVを露出させる。露出した貫通ヴィアCVは、後の写真製版処理のアライメントマークとして利用される。次に、貫通ヴィアCVを露出させる態様で、シリコン酸化膜CSO4が形成される。次に、タングステン膜を形成し、所定の写真製版処理とエッチング処理を行うことにより、図29に示すように、コンタクトパッドCCPが形成される。
その後、図30に示すように、反射防止膜CARC、カラーフィルタCCFおよびマイクロレンズCMLを順次形成することによって、撮像装置CISの主要部分が完成する。
上述した比較例に係る撮像装置CISでは、コンタクトパッドCCPは、貫通ヴィアCVを介して配線電極CICと電気的に接続されている。その貫通ヴィアCVは、直径約1.0μm程度の開口径を有するコンタクトホールCCH1内に埋め込まれたタングステン膜CWF1によって形成されている。したがって、コンタクトパッドCCPが配置されている領域には、円柱状の導電膜(タングステン膜CWF1)が間隔を隔てて位置していることになる。
このため、コンタクトパッドCCPにプローブを接触させて電気的な試験を行う場合、または、コンタクトパッドCCPにワイヤをボンディングする場合に、コンタクトパッドCCPが配置されている領域の機械的強度が十分ではなく、たとえば、シリコン酸化膜CSO1にクラックが入ることが想定される。クラックが生じた場合、間隔を隔てて配置されている一の円柱状の導電膜と他の円柱状の導電膜との間を経て、クラックが拡がることも想定される。
比較例に係る撮像装置CISに対して、実施の形態1に係る撮像装置ISでは、電極パッドPADが配置されている領域には、溝型貫通孔TH3が形成されて、その溝型貫通孔TH3に導電膜を埋め込むことで、溝の形状に対応した壁状の複数の壁型導電性貫通部TB1が形成される。
これにより、間隔を隔てて複数の円柱状の導電膜が形成された比較例に係る撮像装置CISと比べると、電極パッドPADが配置されている領域の機械的強度を向上させることができる。その結果、電極パッドPADにプローブを接触させて電気的な試験を行う場合、または、電極パッドPADにワイヤをボンディングする場合に、第1層間絶縁膜IL1または第2層間絶縁膜IL2にクラックが生じるのを抑制することができる。また、仮に、クラックが生じたとしても、複数の壁型導電性貫通部TB1によって、クラックが拡がるのを確実に阻止することができる。
また、実施の形態1に係る撮像装置ISの製造方法は、比較例に係る撮像装置CISの製造方法と比べて、壁型導電性貫通部TB1等(貫通ヴィアCV等)を形成する際のCMP処理の回数を削減することができる。これについて、両者の比較を容易にするために、CMP処理を行う工程とその周辺の主な工程をフローチャートに示して説明する。
比較例に係る撮像装置の製造方法では、図31に示すように、まず、シリコン基板CSUBに受光部CLRを形成する(ステップCK1、図19)。次に、シリコン基板CSUB等にコンタクトホールCCH1を形成する(ステップCK2、図20)。次に、コンタクトホールCCH1に絶縁膜(TEOS膜CTE1)を形成する(ステップCK3、図21)。次に、絶縁膜にCMP処理(CMP処理CA)を行う(ステップCK4、図22)。
次に、導電膜(タングステン膜CWF1)をコンタクトホールに埋め込む(ステップCK5、図22)。次に、導電膜にCMP処理(CMP処理CB)を行い、貫通ヴィアCVを形成する(ステップCK6、図23)。次に、コンタクトホールCCH2を形成し、導電膜(タングステン膜CWF2)を埋め込む(ステップCK7、図24)。次に、導電膜にCMP処理(CMP処理CC)を行い、プラグCPGを形成する(ステップCK8、図25)。
したがって、比較例に係る撮像装置CISでは、貫通ヴィアCVとプラグCPGを形成するために、3回のCMP処理(CA、CB、CC)が行われる。
これに対して、実施の形態1に係る撮像装置の製造方法では、図32に示すように、まず、シリコン層SOIに受光部(フォトダイオードPD)を形成する(ステップK1、図4)。次に、シリコン層SOIに溝型貫通孔TH2を形成する(ステップK2、図6)。次に、溝型貫通孔TH2に絶縁膜(第2層間絶縁膜IL2)を埋め込む(ステップK3、図7)。次に、絶縁膜にCMP処理(CMP処理A)を行い、絶縁膜を平坦化する(ステップK4、図7)。
次に、第2層間絶縁膜IL2等にコンタクトホールCHを形成する(ステップK5、図7)。次に、溝型貫通孔TH3を形成する(ステップK6、図8)。次に、溝型貫通孔TH3およびコンタクトホールCHに導電膜(タングステン膜)を埋め込む(ステップK7、図9)。次に、導電膜にCMP処理(CMP処理B)を行い、壁型導電性貫通部TB1と導電性プラグPGを形成する(ステップK8、図9)。
したがって、実施の形態1に係る撮像装置ISでは、壁型導電性貫通部TB1と導電性プラグPGを形成するために、2回のCMP処理が行われることになり、比較例に係る撮像装置CISと比べると、CMP処理の回数を1回分削減することができる。CMP処理の回数が減ることで、ディッシングまたはエロージョン等の過度の研磨が抑えられて、加工形状の悪化または電気的な接続不良等を抑制することができる。
また、比較例に係る撮像装置の製造方法では、カラーフィルタCCFまたはマイクロレンズCML等を形成する際には、貫通ヴィアCVがアライメントマークとして利用されている。ところが、貫通ヴィアCVは、CMP処理によって形成されているために、露出した貫通ヴィアCVの表面とシリコン基板CSUBの表面とがほぼ面一になっている。このため、貫通ヴィアCVをアライメントマークとして認識することが困難な場合が想定される。
これに対して、実施の形態1に係る撮像装置の製造方法では、アライメントマークとなる壁型導電性貫通部TB1では、その一部がシリコン層SOIから突出するように形成される。これにより、壁型導電性貫通部TB1をアライメントマークとして認識する精度を向上させることができる。その結果、シリコン層SOIから突出する壁型導電性貫通部TB1が形成された後のパターニング精度の向上に貢献することができる。
さらに、比較例に係る撮像装置の製造方法では、貫通ヴィアCVは一の工程(図23参照)において形成され、プラグCPGは他の工程(図25参照に)において形成されている。これに対して、実施の形態1に係る撮像装置の製造方法では、壁型導電性貫通部TB1と導電性プラグPGとは、同じ工程(図9参照)において形成される。これにより、工程削減を図ることができる。
また、比較例に係る撮像装置では、コンタクトパッドCCPと配線電極CICとを電気的に接続する貫通ヴィアCVは、円柱状の導電膜(タングステン膜CWF1)として形成されている。これに対して、実施の形態1に係る撮像装置では、電極パッドPADと第1配線M1等を電気的接続する壁型導電性貫通部TB1は、溝型貫通孔TH3の溝の形状に対応した壁状に形成されている。これにより、接続抵抗を抑えることができる。
(第1変形例)
上述した撮像装置ISでは、電極パッドPADが配置される領域に形成される壁型導電性貫通部TB1として、5つの壁型導電性貫通部TB1が形成されている場合を例に挙げて説明した。壁型導電性貫通部TB1の数として、5つに限られるものではなく、図33に示すように、さらに多くの壁型導電性貫通部TB1を形成してもよい。
これにより、第1変形例に係る撮像置では、電極パッドPADが配置される領域の機械的強度をさらに向上させることができる。また、電極パッドPADと第1配線M1等(図2参照)との接続抵抗をさらに低減することができる。
(第2変形例)
図1に示すように、撮像装置ISでは、耐湿性を確保するために、チップ形成領域TFRおよび電極パッドPADが配置される領域を取り囲むように、シールリングSLRが形成されている。そのシールリングSLRの構造として、図34に示すように、電極パッドPADが配置される領域の壁型導電性貫通部TB1等を形成する工程と同時に形成した構造であってもよい。
なお、図34では、シールリングSLRを構成する各部の符号として、電極パッドPADが配置される領域を構成する各部の符号と同じ符号が付されているが、対応する機能を有するものではない。
実施の形態2
ここでは、電極パッドと配線とが、壁型導電性貫通部を組み合わせて枠状にした枠型導電性貫通部によって電気的に接続された撮像装置について説明する。
図35および図36に示すように、撮像装置ISの電極パッドPADが配置される領域では、溝型貫通孔TH3を組み合わせて枠状にした枠型貫通孔が形成されて、その枠型貫通孔に導電膜を埋め込むことで、枠の形状に対応した枠型導電性貫通部TB2が形成されている。なお、これ以外の構成については、実施の形態1において説明した図2および図3に示す撮像装置ISと同様なので、同一部材には同一符号を付し、必要である場合を除きその説明を繰り返さないこととする。
次に、上述した撮像装置の製造方法について説明する。まず、前述した図4に示す工程と同様の工程を経て、図5に示す第1層間絶縁膜IL1が形成された後、図37に示すように、所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR6が形成される。次に、そのフォトレジストパターンPR6をエッチングマスクとして、第1層間絶縁膜IL1にエッチング処理を行うことにより、第1層間絶縁膜IL1を貫通してシリコン層SOIを露出する、枠状に配置された溝型貫通孔TH1が形成される。その後、フォトレジストパターンPR6を除去する。
次に、図38に示すように、露出した第1層間絶縁膜IL1をエッチングマスクとして、シリコン層SOIにエッチング処理を行うことにより、シリコン層SOIを貫通して埋め込み酸化膜BOXを露出する、枠状に配置された溝型貫通孔TH2が形成される。次に、図7に示す工程と同様の工程を経て、図39に示すように、浮遊拡散領域FDを露出するコンタクトホールCHが形成される。その後、フォトレジストパターンPR7が除去される。
次に、図40に示すように、所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR8が形成される。次に、フォトレジストパターンPR8をエッチングマスクとして、第2層間絶縁膜IL2にエッチング処理を行うことにより、枠状に配置された溝型貫通孔TH3が形成される。
このとき、図8に示す工程と同様に、埋め込み酸化膜BOXを数十nm程度除去する。また、溝型貫通孔TH3とシリコン層SOIとの間に、第1層間絶縁膜IL1(および第2層間絶縁膜IL2)が数十nm程度残されるように、溝型貫通孔TH3のサイズとエッチング条件をあらかじめ設定する。その後、フォトレジストパターンPR8が除去される。
次に、図9に示す工程と同様の工程を経て、図41に示すように、枠状に配置された溝型貫通孔TH3には、枠の形状に対応した枠型導電性貫通部TB2が形成される。また、コンタクトホールCHには、導電性プラグPGが形成される。次に、図10に示す工程と同様の工程を経て、図42に示すように、第1配線M1、第1ヴィアV1、第2配線M2、第2ヴィアV2、第3配線M3を含む多層配線構造が形成される。
次に、図43に示すように、支持基板SUB2を層間絶縁膜IL3の表面に張り付ける。次に、CMP処理、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理を行うことにより、図44に示すように、支持基板SUB1が除去される。次に、図45に示すように、ドライエッチング処理等を行うことにより、埋め込み酸化膜BOXが除去される。これにより、シリコン層SOIから突出している枠型導電性貫通部TB2の部分が露出する。
次に、図46に示すように、シリコン層SOIの表面を覆うように、シリコン酸化膜SOF1が形成される。次に、シリコン酸化膜SOF1を覆うように、シリコン窒化膜SNFとシリコン酸化膜SOF2(図47参照)が順次形成される。次に、図47に示すように、突出した枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR9が形成される。
次に、そのフォトレジストパターンPR9をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜SOF2およびシリコン窒化膜SNFにエッチング処理を行うことにより、枠型導電性貫通部TB2を露出する開口部SOH1が形成される。その後、フォトレジストパターンPR9が除去される。
次に、図48に示すように、露出した枠型導電性貫通部TB2およびシリコン酸化膜SOF2等を覆うように、遮光膜となるアルミニウム膜AFが形成される。次に、突出した枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR10が形成される。次に、そのフォトレジストパターンPR10をエッチングマスクとして、アルミニウム膜AFにエッチング処理を行うことにより、電極パッドPADと遮光膜SFとが同時に形成される。電極パッドPADは、枠型導電性貫通部TB2を介して、第1配線M1等と電気的に接続される。その後、フォトレジストパターンPR10が除去される。
次に、電極パッドPADおよび遮光膜SFを覆うように、シリコン酸化膜SOF3(図49参照)が形成される。次に、図49に示すように、突出した枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより、フォトレジストパターンPR11が形成される。次に、そのフォトレジストパターンPR11をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜SOF3にエッチング処理を行うことにより、電極パッドPADを露出する開口部SOH2が形成される。その後、フォトレジストパターンPR11が除去される。
次に、図18に示す工程と同様に、枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより形成されたフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、樹脂膜にエッチング処理を行うことにより、カラーフィルタCF(図50参照)が形成される。
次に、枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして所定の写真製版処理を行うことにより形成されたフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして、樹脂膜にエッチング処理を行うことにより、マイクロレンズML(図50参照)が形成される。その後、フォトレジストパターンが除去される。これにより、図50に示すように、裏面照射型のCMOSセンサを備えた撮像装置の主要部分が完成することになる。
上述した撮像装置ISでは、まず、電極パッドPADが配置されている領域には、枠状に配置される溝型貫通孔TH3が形成されて、その溝型貫通孔TH3に導電膜を埋め込むことで、枠の形状に対応した枠型導電性貫通部TB2が形成される。
これにより、円柱状の導電膜が形成された比較例に係る撮像装置CIS(図30参照)と比べると、電極パッドPADが配置されている領域の機械的強度を向上させることができる。その結果、電極パッドPADにプローブを接触させて電気的な試験を行う場合、または、電極パッドPADにワイヤをボンディングする場合に、第1層間絶縁膜IL1または第2層間絶縁膜IL2にクラックが生じるのを抑制することができる。また、仮に、クラックが生じたとしても、枠型導電性貫通部TB2によって、クラックが拡がるのを確実に阻止することができる。
これに加えて、上述した撮像装置ISでは、次のような効果が得られる。
まず、電極パッドPADは、反射防止膜ARCに形成された開口部SOH1(図47参照)を埋め込むように形成されたアルミニウム膜をパターニングすることによって形成される。一方、実施の形態1に係る撮像装置ISでは、電極パッドPADは、反射防止膜ARCとシリコン酸化膜SOF3に形成された開口部SOH(図16参照)を埋め込むように形成されたアルミニウム膜をパターニングすることによって形成される。
この場合、開口部の段差を比べると、開口部SOH1の方が開口部SOHよりもシリコン酸化膜SOF3の膜厚分、段差が低くなる。これにより、電極パッドの中央付近に相当する開口部の中央部分のアルミニウム膜の平坦性においては、開口部SOH1の中央付近の平坦性が、開口部SOHの中央付近の平坦性よりも改善されることになる。その結果、ワイヤのボンディングをより安定に行うことができる。
さらに、上述した撮像装置ISでは、その電極パッドPADは遮光膜SFと同時に形成される(図48参照)。これにより、電極パッドPADを形成する工程と、遮光膜SFを形成する工程とを分ける場合と比べて、工程削減を図ることができる。
以上の他、上述した撮像装置ISでは、実施の形態1に係る撮像装置と同様に、比較例に係る撮像装置と比べて、枠型導電性貫通部TB2と導電性プラグPGを形成するために行われるCMP処理の回数を減らすことができる。これにより、ディッシングまたはエロージョン等の過度の研磨が抑えられて、加工形状の悪化または電気的な接続不良等を抑制することができる。
また、アライメントマークとなる枠型導電性貫通部TB2は、その一部がシリコン層SOIから突出するように形成されることで、枠型導電性貫通部TB2をアライメントマークとして認識する精度を向上させることができる。これにより、シリコン層SOIから突出する枠型導電性貫通部TB2が形成された後のパターニング精度の向上に貢献することができる。さらに、枠型導電性貫通部TB2と導電性プラグPGとは、同じ工程(図41参照)において形成されることで、工程削減を図ることができる。
(各実施の形態の変形例)
実施の形態1では、電極パッドPADが配置される領域に、壁型導電性貫通部TB1が形成された構造について説明した。また、実施の形態2では、電極パッドPADが配置される領域に、壁型導電性貫通部を枠状に配置した枠型導電性貫通部TB2が形成された構造について説明した。
さらに、その壁型導電性貫通部TB1および枠型導電性貫通部TB2のそれぞれは、アライメントマークとしての機能を有していることについて説明した。そのアライメントマークとして、アライメント精度を向上させる観点から、壁型導電性貫通部または枠型導電性貫通部の変形例を以下に挙げる。
まず、図36に示す壁型導電性貫通部を枠状に配置した枠型導電性貫通部TB2の変形例として、図51に示すように、コーナーにおいて壁型導電性貫通部を交差させた枠型導電性貫通部TB3としてもよい。また、図52に示すように、壁型導電性貫通部から複数の突出部を間隔を隔てて配置させた枠型導電性貫通部TB4としてもよい。さらに、図3に示される壁型導電性貫通部TB1の変形例として、図53に示すように、電極パッドPADの4辺にそれぞれ沿うように複数の壁型導電性貫通部を配置した壁型導電性貫通部TB5としてもよい。
このような、枠型導電性貫通部TB3、TB4または壁型導電性貫通部TB5を含む導電性貫通部を形成することで、アライメントマークとしてのアライメント精度を向上させることができる。また、電極パッドが配置されている領域の機械的強度を向上させることができる等の効果を奏することができる。
なお、各実施の形態において説明した撮像装置については、必要に応じて種々組み合わせることが可能である。また、膜厚等の数値は一例であって、これらに限られるものではない。
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、TB1 壁型導電性貫通部、TB2 枠型導電性貫通部、TB3 枠型導電性貫通部、TB4 枠型導電性貫通部、TB5 壁型導電性貫通部、ALM アライメントマーク、SLR シールリング、TFR チップ形成領域、SRL スクライブライン、SBS SOI基板、SUB1 支持基板、BOX 埋め込み酸化膜、SOI シリコン層、STI 分離領域、PD フォトダイオード、FD 浮遊拡散領域、TT 転送トランジスタ、TGE ゲート電極、IL1 第1層間絶縁膜、TH1 溝型貫通孔、TH2 溝型貫通孔、IL2 第2層間絶縁膜、CH コンタクトホール、TH3 溝型貫通孔、PG 導電性プラグ、M1 第1配線、V1 第1ヴィア、M2 第2配線、V2 第2ヴィア、M3 第3配線、IL3 層間絶縁膜、SUB2 支持基板、ARC 反射防止膜、SOF1 シリコン酸化膜、SNF シリコン窒化膜、SOF2 シリコン酸化膜、AF アルミニウム膜、SF 遮光膜、SOF3 シリコン酸化膜、SOH、SOH1、SOH2 開口部、PAD 電極パッド、CF カラーフィルタ、ML マイクロレンズ、PR1、PR2、PR3、PR4、PR5、PR6、PR7、PR8、PR9、PR10、PR11 フォトレジストパターン。

Claims (9)

  1. 対向する第1主表面および第2主表面を有する半導体層の前記第1主表面側に形成された受光センサ部と、
    前記半導体層の前記第1主表面側に、層間絶縁層を介在させて形成された支持基板と、
    前記層間絶縁層の層間に形成された複数の配線層と、
    前記半導体層の前記第2主表面側に形成された、光を入射させる領域と、
    前記半導体層の前記第2主表面側に形成された電極パッドと、
    前記半導体層を貫通して、前記電極パッドに接触する態様で形成され、前記電極パッドと複数の前記配線層のうちの一の配線層とを電気的に接続する、壁状の壁型導電性貫通部を含む導電性貫通部と
    前記受光センサ部および前記電極パッドが配置されている領域を取り囲むように形成されたシールリングと
    を備え、
    前記シールリングは、前記導電性貫通部を形成する層と同じ層から形成され、
    前記導電性貫通部は、平面視的に前記シールリングが延在する方向に沿って前記壁型導電性貫通部が延在する部分を含む、撮像装置。
  2. 前記導電性貫通部は、前記半導体層の前記第2主表面から突出するように形成された、請求項1記載の撮像装置。
  3. 前記導電性貫通部の前記壁型導電性貫通部は、それぞれ一方向に延在し、互いに前記一方向と交差する第2方向に間隔を隔てられる態様で複数配置された、請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 前記導電性貫通部は、前記壁型導電性貫通部を枠状に配置した枠型導電性貫通部を含む、請求項1または2に記載の撮像装置。
  5. 前記光を入射させる領域には、遮光膜、カラーフィルタおよびマイクロレンズが形成された、請求項1記載の撮像装置。
  6. 第1支持基板に支持された半導体層の第1主表面に、受光センサ部を形成する工程と、
    前記半導体層の前記第1主表面側から前記第1主表面と対向する第2主表面に至る、前記半導体層を貫通する溝状の溝型貫通孔を含む貫通孔を形成する工程と、
    前記半導体層とは電気的に絶縁される態様で導電性膜を前記貫通孔に形成し、前記溝型貫通孔に対応する壁状の壁型導電性貫通部を含む導電性貫通部を形成する工程と、
    前記半導体層の前記第1主表面側に、前記導電性貫通部に電気的に接続される配線層を含む複数の配線層および層間絶縁膜を形成する工程と、
    前記層間絶縁膜に第2支持基板を張り付ける工程と、
    前記第1支持基板を取り除く工程と、
    前記半導体層の前記第2主表面側に、前記導電性貫通部に接触する態様で電気的に接続される電極パッドを形成する工程と
    前記受光センサ部および前記電極パッドが配置される領域を取り囲むように、シールリングを形成する工程と
    を備え、
    前記シールリングを形成する工程と前記導電性貫通部を形成する工程とは、併行して行われ、
    前記導電性貫通部は、平面視的に前記シールリングが延在する方向に沿って前記壁型導電性貫通部が延在する部分を含むように形成される、撮像装置の製造方法。
  7. 前記導電性貫通部を形成する工程は、前記半導体層の前記第2主表面から突出させる態様で前記導電性貫通部を形成する工程を含み、
    前記半導体層の前記第2主表面側に、前記導電性貫通部をアライメントマークとして、
    少なくとも遮光膜、カラーフィルタおよびマイクロレンズをそれぞれ形成する工程を含む、請求項記載の撮像装置の製造方法。
  8. 前記遮光膜を形成する工程と前記電極パッドを形成する工程とは、同時に行われる、請求項記載の撮像装置の製造方法。
  9. 前記半導体層の前記第1主表面側に、前記受光センサ部と複数の前記配線層のうちの他の配線層とを電気的に接続する導電性プラグを形成する工程を含み、
    前記導電性プラグを形成する工程と前記導電性貫通部を形成する工程とは、同時に行われる、請求項記載の撮像装置の製造方法。
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