JP6763838B2 - ダミー構造を備えるマイクロレンズ層を有する固体撮像素子 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子に関し、特に、ダミー構造を備えるマイクロレンズ層を有する固体撮像素子に関するものである。
イメージセンサは、様々な撮像装置、例えば、ビデオカメラ、デジタルカメラなどに広く用いられている。一般的に、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサ、および相補性金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）センサなどの固体撮像素子は、光を電荷に変換するフォトダイオードなどの光電変換素子を有する。フォトダイオードは、シリコンチップなどの半導体基板に形成される。フォトダイオードで発生した光電子に対応する信号電荷は、ＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型読み出し回路によって得られることができる。
固体撮像素子では、フォトダイオードは、画素アレイ状に配列される。また、固体撮像素子は、フォトダイオード上に配置されたマイクロレンズアレイを有する。マイクロレンズアレイの各マイクロレンズ素子は、各画素の対応するフォトダイオードと位置合わせされる。保護膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ ｆｉｌｍ）は、通常、マイクロレンズアレイの上に形成され、その後の処理のステップ、例えば、撮像素子のパッケージプロセスでウエハから個々のチップを分割するステップの間、マイクロレンズ素子を保護する。
ダミー構造を備えるマイクロレンズ層を有する固体撮像素子を提供する。
固体撮像素子は、互いに合わない可能性がある複数の材料の層を用いて製造されることが多い。固体撮像素子では、保護層は、マイクロレンズアレイとマイクロレンズ下地層の上に形成されて、マイクロレンズ素子を保護する。一般的に、保護層とマイクロレンズ下地層との間の材料は、異なっており、互いに合わない。保護層とマイクロレンズ下地層との不整合は、保護層を亀裂、剥離、または欠陥を発生させる可能性があるため、固体撮像素子の信頼性および機能性を減少させる。
本発明の実施形態では、固体撮像素子は、ボンドパッドの領域を囲むダミー構造を備えるマイクロレンズ層を有する。固体撮像素子の実施形態は、マイクロレンズ層の上の保護層を亀裂、剥離、または同様の欠陥による影響から保護することができる。従って、固体撮像素子の信頼性および機能性が向上する。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、感知領域、パッド領域、および感知領域とパッド領域との間に配置された周辺領域を有する。固体撮像素子は、半導体基板および半導体基板に形成されて感知領域に配置された複数の光電変換素子を含む。固体撮像素子は、半導体基板の上、且つパッド領域に配置された複数のボンドパッドも含む。固体撮像素子は、半導体基板の上方に配置されたマイクロレンズ層を更に含む。マイクロレンズ層は、マイクロレンズアレイおよび第１のダミー構造を含む。マイクロレンズアレイは、感知領域に配置され、第１のダミー構造は、パッド領域に配置される。第１のダミー構造は、ボンドパッドの領域を囲むように配置された複数の第１のマイクロレンズ素子を含む。また、固体撮像素子は、マイクロレンズ層の上面の上にコンフォーマルに形成された保護膜を含む。
いくつかの実施形態では、マイクロレンズ層は、周辺領域に配置された第２のダミー構造を更に含む。第２のダミー構造は、複数の第２のマイクロレンズ素子を含み、マイクロレンズアレイは、複数の第３のマイクロレンズ素子を含む。
いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイの第３のマイクロレンズ素子の各々は、第２のダミー構造の第２のマイクロレンズ素子の各々の第２のマイクロレンズの高さより高い第３のマイクロレンズの高さを有する。また、第２のマイクロレンズの高さは、第１のダミー構造の第１のマイクロレンズ素子の各々の第１のマイクロレンズの高さより高い。
いくつかの実施形態では、各第１のマイクロレンズ素子は、第１の曲率半径を有し、各第２のマイクロレンズ素子は、第２の曲率半径を有し、第１の曲率半径は、第２の曲率半径より大きい。また、マイクロレンズアレイの第３のマイクロレンズ素子の各々は、第３の曲率半径を有し、且つ第２の曲率半径は、第３の曲率半径より大きい。
詳細な説明は、添付の図面と併せて以下の実施形態に説明される。
添付の図面とともに以下の本発明の様々な実施形態の詳細な説明を検討することで、本発明をより完全に理解することができる。図面は、各種の実施形態の関連する態様を明確に説明するためのものであり、縮尺通りに描かれるとは限らない。
いくつかの実施形態に係る、ボンドパッドの領域の周囲にダミー構造備えるマイクロレンズ層を有する固体撮像素子の模式的な平面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、固体撮像素子のマイクロレンズ層のさまざまなマイクロレンズ素子のレイアウトの模式的な部分平面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、図１のライン３−３’に沿った固体撮像素子の模式的な部分断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、固体撮像素子のマイクロレンズアレイの第３のマイクロレンズ素子の凸レンズ本体、第２のダミー構造の第２のマイクロレンズ素子の凸レンズ本体、および第１のダミー構造の第１のマイクロレンズ素子の凸レンズ本体のさまざまな模式的な断面図の関係を示している。 いくつかの実施形態に係る、図１のライン５−５’に沿った固体撮像素子の模式的な部分断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、図１のライン６−６’に沿った固体撮像素子の模式的な部分断面図を示している。 いくつかの実施形態に係る、図３の固体撮像素子のボンドパッドを露出するように開孔が形成された後の固体撮像素子の模式的な部分断面図を示している。
以下の説明では、本発明の実施形態を開示している。この説明は、本発明の一般原理を例示する目的のものであり、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求の範囲を参考にして決定される。
図１は、いくつかの実施形態に係る、ダミー構造１１５Ｂおよび１１５Ｃのマイクロレンズ層１１５を有する固体撮像素子１００の模式的な平面図を示している。固体撮像素子１００は、感知領域１００Ａ、パッド領域１００Ｃ、および感知領域１００Ａとパッド領域１００Ｃの間に配置された周辺領域１００Ｂを有する。周辺領域１００Ｂは、感知領域１００Ａを囲み、パッド領域１００Ｃは、周辺領域１００Ｂを囲む。固体撮像素子１００は、半導体基板（図１に示されていない）に形成されて感知領域１００Ａに配置された複数の光電変換素子（図１に示されていない）を含む。固体撮像素子１００は、半導体基板の上、且つパッド領域１００Ｃ内に配置された複数のボンドパッド１０５も含む。ボンドパッド１０５は、外部の回路部品（図示されていない）に連結され、配線層（図１に示されていない）によって光電変換素子にも電気的に接続されるように用いられる。
本発明の実施形態に基づいて、マイクロレンズ層１１５は、マイクロレンズアレイ１１５Ａ、第１のダミー構造１１５Ｃ、および第２のダミー構造１１５Ｂを含む。第１のダミー構造１１５Ｃは、パッド領域１００Ｃに配置され、ボンドパッド１０５の領域を囲むように配置された複数の第１のマイクロレンズ素子１１５−１を含む。第２のダミー構造１１５Ｂは、周辺領域１００Ｂに配置され、複数の第２のマイクロレンズ素子１１５−２を含む。マイクロレンズアレイ１１５Ａは、感知領域１００Ａに配置され、アレイ状に配列された複数の第３のマイクロレンズ素子１１５−３を含む。各第３のマイクロレンズ素子１１５−３は、固体撮像素子１００の１つの画素に配置され、１つの個々の光電変換素子に対応して、個々の光電変換素子の入射光を集光する。
図１は、ボンドパッド１０５の領域の周囲、且つボンドパッド１０５の真上を含むパッド領域１００Ｃ内の第１のダミー構造１１５Ｃのレイアウトのさまざまな実施形態を示している。例えば、図１に示すように、左側のボンドパッド１０５、右側のボンドパッド１０５、および下方のボンドパッド１０５の領域内の第１のダミー構造１１５Ｃのレイアウトを示している。いくつかの実施形態では、全てのボンドパッド１０５の領域内の第１のダミー構造１１５Ｃのレイアウトは、１つの固体撮像素子では同じである。
いくつかの実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、パッド領域１００Ｃに連続的且つ規則的に配列される。第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、図１の左側のボンドパッド１０５の領域に示されるように、ボンドパッド１０５の領域を囲むように配置され、且つボンドパッド１０５の真上に更に配置される。
いくつかの他の実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、ボンドパッド１０５の領域の外側のパッド領域１００Ｃに連続的且つ規則的に配列される。また、第１のダミー構造１１５は、図１の右側のボンドパッド１０５の領域に示されるように、ボンドパッド１０５の真上に配置された平坦部１１５−ｆを更に含む。平坦部１１５−ｆは、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の凸状の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）のない平坦な上面を有する。
いくつかの他の実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、ボンドパッド１０５の領域の外側のパッド領域１００Ｃに連続的且つ規則的に配列される。また、第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、ボンドパッド１０５の領域の端部に沿って配置されない。第１のダミー構造１１５は、図１の下方のボンドパッド１０５の領域に示されるように、ボンドパッド１０５の真上に配置され、且つ固体撮像素子１００の端部までボンドパッド１０５の領域の外側の領域に更に延伸する平坦部１１５−ｆを更に含む。また、平坦部１１５−ｆは、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の凸状の形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）のない平坦な上面を有する。
いくつかの実施形態では、第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ１１５−２は、周辺領域１００Ｂに連続的且つ規則的に配列される。実施形態では、マイクロレンズアレイ１１５Ａの第３のマイクロレンズ素子１１５−３、第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ素子１１５−２、および第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、全て同じピッチで配列される。マイクロレンズ素子のピッチは、１つのマイクロレンズ素子の凸レンズ本体の底部幅と、２つの隣接したマイクロレンズ素子間の距離を加算したものによって定義される。２つの隣接するマイクロレンズ素子が隙間なく密接に配置された場合、マイクロレンズ素子のピッチは、１つのマイクロレンズ素子の凸レンズ本体の底部幅と等しい。
図２は、いくつかの実施形態に係る、固体撮像素子１００のマイクロレンズ層１１５の第１、第２、第３のマイクロレンズ素子１１５−１、１１５−２、および１１５−３のレイアウトの模式的な部分平面図が示されている。実施形態では、マイクロレンズアレイ１１５Ａの第３のマイクロレンズ素子１１５−３は、上述のように、アレイ状に配列される。第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ素子１１５−２は、周辺領域１００Ｂに不連続的且つ不規則的に配列される。また、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、パッド領域１００Ｃに不連続的且つ不規則的に配列される。また、実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、ボンドパッド１０５の領域の周囲になお配置される。
図３は、いくつかの実施形態に係る、図１のライン３−３’に沿った固体撮像素子１００の模式的な部分断面図を示している。固体撮像素子１００は、半導体基板１０１を含む。半導体基板１０１の材料は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム合金、または例えばヒ化ガリウムまたはヒ化インジウムなどの他の化合物半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、半導体基板１０１は、ＳＯＩ（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ）基板であることができる。複数の光電変換素子１０３、例えばフォトダイオードは、半導体基板１０１に形成され、半導体基板１０１の裏面側表面１０１Ｂの近傍に配置される。各光電変換素子１０３は、固体撮像素子１００の１つの個別の画素Ｐに配置される。
いくつかの実施形態では、固体撮像素子１００は、裏面照射型（ＢＳＩ）のイメージセンサ、例えば、ＢＳＩ ＣＭＯＳイメージセンサ（ＢＳＩ型ＣＩＳ）である。ＢＳＩイメージセンサでは、図３に示されるように、配線層１２０は、半導体基板１０１の表面側表面１０１Ｆの上に形成され、半導体基板１０１の下方に配置される。配線層１２０は、いくつかの誘電体層１２３に配置されたいくつかの金属層１２１およびいくつかのビア１２２を含む。金属層１２１は、ビア１２２によって互いに電気的に接続される。
ＢＳＩ画像センサでは、ボンドパッド１０５は、半導体基板１０１の裏面側表面１０１Ｂの上に形成され、半導体基板１０１に形成されたビア１２４によって配線層１２０に電気的に接続される。ＢＳＩ画像センサに照射された入射光は、配線層１２０を通過することなく光電変換素子１０３に到達する。
いくつかの他の実施形態では、固体撮像素子１００は、表面照射（ＦＳＩ）イメージセンサ、例えば、ＦＳＩ ＣＭＯＳイメージセンサ（ＦＳＩ型ＣＩＳ）である。ＦＳＩイメージセンサでは、配線層１２０は、半導体基板１０１の上方に配置されるように反転される。配線層１２０もボンドパッド１０５と半導体基板１０１の間に配置される。いくつかの実施形態では、ボンドパッド１０５は、配線層１２０のビアと直接接触しており、電気的接続を形成する。ＦＳＩイメージセンサに照射された入射光は、配線層１２０を通過し、次いで光電変換素子１０３に到達する。
再度図３を参照すると、いくつかの実施形態では、誘電体層１０７は、半導体基板１０１の上に形成され、ボンドパッド１０５をカバーする。誘電体層１０７は、配線層１２０の誘電体層１２３と同じ材料からなることができる。いくつかの実施形態では、遮光層１０９は、半導体基板１０１の上方且つ誘電体層１０７の上に形成される。遮光層１０９は、金属製であることができ、複数の隔壁１０９Ｐからなる金属格子（ｍｅｔａｌ ｇｒｉｄ）を含む。遮光層１０９の金属格子は、複数の格子（ｓｑｕａｒｅ）を有し、金属格子の各格子は、固体撮像素子１００の１つの個別の画素Ｐに対応する。また、遮光層１０９は、金属格子から周辺領域１００Ｂとパッド領域１００Ｃとの境界に延伸する延伸部１０９Ｅを含む。言い換えれば、遮光層１０９の端部は、周辺領域１００Ｂとパッド領域１００Ｃとの境界と位置合わせされる。
次いで、いくつかの実施形態では、平坦化層１１１は、遮光層１０９の上に形成され、金属格子の格子間隙を充填する。平坦化層１１１は、誘電体層１０７の上に配置され、パッド領域１００Ｃのボンドパッド１０５を覆う。平坦化層１１１は、後続のプロセス用に平坦な上面を提供する。
再度、図３を参照すると、いくつかの実施形態では、カラーフィルター層１１３は、平坦化層１１１の上に形成される。カラーフィルター層１１３は、それぞれ赤色、緑色、および青色のカラーフィルター成分１１３Ｒ、１１３Ｇ、および１１３Ｂなどの複数のカラーフィルター成分を含む。もう１つの実施形態では、カラーフィルター成分は、他の色を有し、他の色配列によって配列されてもよい。感知領域１００Ａでは、各カラーフィルター成分１１３Ｒ、１１３Ｇ、または１１３Ｂは、固体撮像素子１００の各画素Ｐの１つの光電変換素子１０３に個別に対応する。また、カラーフィルター層１１３は、周辺領域１００Ｂおよびパッド領域１００Ｃに配置された延伸部１１３Ｅを含む。延伸部１１３Ｅは、遮光層１０９およびボンドパッド１０５の延伸部１０９Ｅをカバーする。カラーフィルター層１１３の延伸部１１３Ｅは、カラーフィルター成分１１３Ｒ、１１３Ｇ、または１１３Ｂの材料からなる。
いくつかの他の実施形態では、遮光層１０９は、カラーフィルター層１１３と同一のレベルに形成される。遮光層１０９の隔壁１０９Ｐは、カラーフィルター成分１１３Ｒ、１１３Ｇ、および１１３Ｂの間に配置される。実施形態では、平坦化層１１１は、省略されることができる。
次いで、いくつかの実施形態では、マイクロレンズ層１１５がカラーフィルター層１１３の上に形成される。マイクロレンズ層１１５は、感知領域１００Ａに配置されたマイクロレンズアレイ１１５Ａ、周辺領域１００Ｂに配置された第２のダミー構造１１５Ｂ、およびパッド領域１００Ｃに配置された第１のダミー構造１１５Ｃを含む。第１のダミー構造１１５Ｃは、第１のピッチＰ１によって配列された複数の第１のマイクロレンズ素子１１５−１を含む。第２のダミー構造１１５Ｂは、第２のピッチＰ２によって配列された複数の第２のマイクロレンズ素子１１５−２を含む。マイクロレンズアレイ１１５Ａは、第３のピッチＰ３によって配列された複数の第３のマイクロレンズ素子１１５−３を含む。いくつかの実施形態では、第１のピッチＰ１、第２のピッチＰ２、および第３のピッチＰ３は等しい。また、各第３のマイクロレンズ素子１１５−３は、固体撮像素子１００の１つの個別の画素Ｐに配置され、１つの個別の光電変換素子１０３に対応する。
図３の実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、ボンドパッド１０５の領域を囲むだけでなく、ボンドパッド１０５の真上に配置される。また、第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、固体撮像素子１００の端部に配置される。また、いくつかの実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃの上面は、第２のダミー構造１１５Ｂの上面より低い。第２のダミー構造１１５Ｂの上面は、マイクロレンズアレイ１１５Ａの上面より低い。
次いで、保護膜１１７は、マイクロレンズ層１１５の上面の上にコンフォーマルに形成される。いくつかの実施形態では、保護膜１１７は、化学蒸着（ＣＶＤ）膜である。ＣＶＤ保護膜１１７は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、またはその組み合わせを含む。保護層１１７は、パッド領域１００Ｃ、周辺領域１００Ｂ、および感知領域１００Ａにそれぞれ配置された第１、第２、および第３のマイクロレンズ素子１１５−１、１１５−２、および１１５−３を連続的にカバーする。マイクロレンズ層１１５の第１と第２のダミー構造１１５Ｃと１１５Ｂに基づいて、保護層１１７とマイクロレンズの下方の層（カラーフィルター層１１３または平坦化層１１１など）との不整合が固体撮像素子１００の周辺領域１００Ｂおよびパッド領域１００Ｃに存在しないため、保護膜１１７を亀裂、剥離、または関連する欠陥による影響から保護することができる。
図４は、いくつかの実施形態に係る、マイクロレンズアレイ１１５Ａの第３のマイクロレンズ素子１１５−３の凸レンズ本体、第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ素子１１５−２の凸レンズ本体、および第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１の凸レンズ本体のさまざまな断面図の関係を示している。図４に示されるように、第３のマイクロレンズ素子１１５−３は、第３のマイクロレンズの高さＨ３および第３の底部幅Ｗ３を有する。いくつかの実施形態では、第３の底部幅Ｗ３は、第３のマイクロレンズ素子１１５−３が密接に配置されたとき、ピッチＰ３（図３に示される）と等しい。また、第３のマイクロレンズ素子１１５−３は、第３のマイクロレンズ素子１１５−３の凸レンズ本体の外形から円弧を有する第３の円の半径（図示されていない。Ｃ３と称する）と等しい第３の曲率半径（図示されていない。ＲＯＣ−３と称する）を有する。
再度、図４を参照すると、第２のマイクロレンズ素子１１５−２は、第２のマイクロレンズの高さＨ２および第２の底部幅Ｗ２を有する。いくつかの実施形態では、第２の底部幅Ｗ２は、第２のマイクロレンズ素子１１５−２が密接に配置されたとき、ピッチＰ２（図３に示される）と等しい。また、第２のマイクロレンズ素子１１５−２は、第２のマイクロレンズ素子１１５−２の凸レンズ本体の外形から円弧を有する第２の円の半径（図示されていない、Ｃ２と称する）と等しい第２の曲率半径（図示されていない、ＲＯＣ−２と称する）を有する。
再度、図４を参照すると、第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、第１のマイクロレンズの高さＨ１および第１の底部幅Ｗ１を有する。いくつかの実施形態では、第１の底部幅Ｗ１は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１が密接に配置されたとき、ピッチＰ１（図３に示される）と等しい。また、第１のマイクロレンズ素子１１５−１は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の凸レンズ本体の外形から弧を有する第１の円の半径（図示されていない。Ｃ１と称する）と等しい第１の曲率半径（図示されていない。ＲＯＣ−１と称する）を有する。
実施形態にでは、マイクロレンズアレイ１１５Ａの第３のマイクロレンズ素子１１５−３の第３の曲率半径（ＲＯＣ−３）は、第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ素子１１５−２の第２の曲率半径（ＲＯＣ−２）より小さい。また、第２の曲率半径（ＲＯＣ−２）は、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１の第１の曲率半径（ＲＯＣ−１）より小さい。また、マイクロレンズアレイ１１５の第３のマイクロレンズ素子１１５−３の第３のマイクロレンズの高さＨ３は、第２のダミー構造１１５Ｂの第２のマイクロレンズ素子１１５−２の第２のマイクロレンズの高さＨ２より高い。また、第２のマイクロレンズの高さＨ２は、第１のダミー構造１１５Ｃの第１のマイクロレンズ素子１１５−１の第１のマイクロレンズの高さＨ１より高い。また、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の第１の底部幅Ｗ１、第２のマイクロレンズ素子１１５−２の第２の底部幅Ｗ２、および第３のマイクロレンズ素子１１５−３の第３の底部幅Ｗ３は、同じサイズを有する。
マイクロレンズの高さおよび曲率半径におけるマイクロレンズアレイ１１５Ａ、第２のダミー構造１１５Ｂ、および第１のダミー構造１１５Ｃの第３、第２、および第１のマイクロレンズ素子間の上述の関係に基づくと、第２のダミー構造１１５Ｂおよび第１のダミー構造１１５Ｃは、保護膜１１７を亀裂、剥離、または関連する欠陥による影響から保護することができる。また、パッド領域または周辺領域にダミー構造を有さない固体撮像素子に比べ、本実施形態の固体撮像素子１００は、周辺領域１００Ｂおよびパッド領域１００Ｃ、特にボンドパッド１０５の領域の周囲にある保護膜１１７を亀裂、剥離、または関連する欠陥から効果的に防ぐことができる。よって、本実施形態の固体撮像素子の信頼性および機能性が向上する。
いくつかの実施形態では、マイクロレンズアレイ１１５Ａ、第２のダミー構造１１５Ｂ、および第１のダミー構造１１５Ｃのさまざまなマイクロレンズ素子は、カラーフィルター層１１３の上にレンズ材料層をコーティングすることによって形成される。レンズ材料層は、感光材料、および透明有機高分子材料または透明無機材料であることができる。次いで、レンズ材料層は、上面から見た感知１００Ａ、周辺領域１００Ｂ、およびパッド領域１００Ｃに、異なる寸法の複数のセグメントを形成するようにパターン化される。感光材料および透明有機高分子材料からなるレンズ材料層は、露光および現像プロセスによってパターン化されることができる。透明無機材料からなるレンズ材料層は、エッチングマスクとしてレンズ材料層の上に配置されたハードマスクをエッチングすることによってパターン化されることができる。
いくつかの実施形態では、上面から見た感知領域１００Ａのレンズ材料層のセグメントの寸法は、ベーキング前の周辺領域１００Ｂのレンズ材料層のセグメントの寸法より小さい。また、上面から見た周辺領域１００Ｂのレンズ材料層のセグメントの寸法は、ベーキング前のパッド領域１００Ｃのレンズ材料層のセグメントの寸法より小さい。次いで、レンズ材料層のセグメントは、ベーキングでリフローされ、第１のダミー構造１１５Ｃ、第２のダミー構造１１５Ｂ、およびマイクロレンズアレイ１１５Ａの第１、第２、および第３のマイクロレンズ素子１１５−１、１１５−２、および１１５−３をそれぞれ形成する。
図５は、いくつかの実施形態に係る、図１のライン５−５’に沿った固体撮像素子１００の模式的な部分断面図を示している。図５と図３の固体撮像素子１００の違いは、図５の固体撮像素子１００の第１のダミー構造１１５Ｃが図３の固体撮像素子１００の第１のマイクロレンズ素子１１５−１の一部と代替する平坦部１１５−ｆを有することである。図５に示されるように、第１のダミー構造１１５Ｃの平坦部１１５−ｆは、ボンドパッド１０５の真上に配置される。図５の実施形態では、第１のダミー構造１１５Ｃもボンドパッド１０５の領域を囲むように配置された第１のマイクロレンズ素子１１５−１を有する。また、平坦部１１５−ｆ以外は、図５の固体撮像素子１００の他の構成要素は、図５の固体撮像素子１００の構成要素と同じである。図５の固体撮像素子１００では、マイクロレンズの高さおよび曲率半径におけるマイクロレンズアレイ１１５Ａ、第２のダミー構造１１５Ｂ、および第１のダミー構造１１５Ｃのさまざまなマイクロレンズ素子間の関係も図３の固体撮像素子１００の関係と同じである。
いくつかの実施形態では、平坦部１１５−ｆの上面は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の上面と同一面である。いくつかの他の実施形態では、平坦部１１５−ｆの上面は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の上部よりやや低いまたはやや高い。また、保護膜１１７は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１および平坦部１１５−ｆの上面の上に連続的、且つコンフォーマルに形成される。
その結果、図５の固体撮像素子１００もパッド領域１００Ｃ、特にボンドパッド１０５の領域の周囲にある保護膜１１７の亀裂、剥離、または関連する欠陥を効果的に防ぐことができる。よって、本実施形態の固体撮像素子の信頼性および機能性が向上する。
図６は、いくつかの実施形態に係る、図１のライン６−６’に沿った固体撮像素子１００の模式的な部分断面図を示している。図６と図５の固体撮像素子１００の違いは、図６の第１のダミー構造１１５Ｃの平坦部１１５−ｆがボンドパッド１０５の真上に配置されるだけでなく、半導体基板１０１の端部まで、ボンドパッド１０５の領域の外側の領域に延伸することである。図１および図６に示されるように、実施形態では、半導体基板１０１の端部に位置合わせされる平坦部１１５−ｆの側部を除き、第１のダミー構造１１５Ｃもボンドパッド１０５の領域を囲むように配置された第１のマイクロレンズ素子１１５−１を有する。図６の固体撮像素子１００では、平坦部１１５−ｆ以外、他の構成要素は、図３の構成要素と同じである。また、図６の固体撮像素子１００では、マイクロレンズの高さおよび曲率半径のマイクロレンズアレイ１１５Ａ、第２のダミー構造１１５Ｂ、および第１のダミー構造１１５Ｃのさまざまなマイクロレンズ素子間の関係も図３の固体撮像素子の関係と同じである。図６の固体撮像素子１００の平坦部１１５−ｆは、図５の実施形態の固体撮像素子と同じ材料、且つ同じプロセスで形成されることができる。
いくつかの実施形態では、図６の固体撮像素子１００の平坦部１１５−ｆの上面は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の上面と同一面である。いくつかの他の実施形態では、図６の固体撮像素子１００の平坦部１１５−ｆの上面は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１の上部よりやや低いまたはやや高い。また、保護膜１１７は、第１のマイクロレンズ素子１１５−１および平坦部１１５−ｆの上面の上に連続的、且つコンフォーマルに形成される。
その結果、図６の固体撮像素子１００もパッド領域１００Ｃ、特にボンドパッド１０５の領域の周囲にある保護膜１１７を亀裂、剥離、または同様の欠陥による影響から効果的に防ぐことができる。よって、本実施形態の固体撮像素子の信頼性および機能性が向上する。
図７は、いくつかの実施形態に係る、図３の固体撮像素子１００のボンドパッド１０５を露出するように開孔１１９が形成された後の固体撮像素子１００の模式的な部分断面図を示している。また、いくつかの他の実施形態では、開口１１９に類似する開口もボンドパッド１０５を露出するように、図５および図６の固体撮像素子１００に形成されることができる。図５および図６の固体撮像素子１００のボンドパッド１０５を露出するように形成された開口を囲むマイクロレンズ層１１５の部分は、図７の固体撮像素子１００のマイクロレンズ層１１５の断面と異なる断面を有する。実施形態では、保護層１１７がマイクロレンズ層１１５のマイクロレンズアレイ１１５Ａ、第２のダミー構造１１５Ｂ、および第１のダミー構造１１５Ｃに形成された後、保護膜１１７、マイクロレンズアレイ１１５、カラーフィルター層１１３、平坦化層１１１、および誘電体層１０７の一部をエッチングしてボンドパッド１０５を露出することによって開口１１９が形成される。言い換えれば、ボンドパッド１０５の上方に上述の複数の層を形成する固体撮像素子１００の製造時に、ボンドパッド１０５を露出する開口がないということである。ボンドパッド１０５を露出する開口がないため、半導体基板１０１の上に固体撮像素子１００の上述の複数の層を製造するための平坦な形状を提供する。従って、固体撮像素子１００の実施形態は、特にパッド領域１００Ｃにある保護膜１１７を亀裂、剥離、または関連する欠陥による影響から効果的に保護することができる。
実施形態では、固体撮像素子のマイクロレンズ層は、パッド領域および周辺領域にそれぞれ配置された第１および第２のダミー構造を含む。マイクロレンズ層を形成するマイクロレンズアレイと一体化した第１および第２のダミー構造は、マイクロレンズ層の上に配置された保護層を、特にパッド領域の保護層を亀裂、剥離、または関連する欠陥による影響から保護することができる。よって、本実施形態の固体撮像素子の信頼性および機能性が向上する。
また、実施形態では、ボンドパッドの上方に上述の複数の層を形成する固体撮像素子の製造時に、ボンドパッドを露出する開口はない。従って、ボンドパッドを露出する開口がないため、半導体基板の上に固体撮像素子の複数の層を製造するための平坦な形状を提供することができる。従って、固体撮像素子の実施形態の製造品質も向上する。
本発明は、実施例の方法及び望ましい実施の形態によって記述されているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。逆に、当業者には自明の種々の変更及び同様の配置をカバーするものである。よって、添付の特許請求の範囲は、最も広義な解釈が与えられ、全てのこのような変更及び同様の配置を含むべきである。
１００ 固体撮像素子
１００Ａ 感知領域
１００Ｂ 周辺領域
１００Ｃ パッド領域
１０１ 半導体基板
１０１Ｂ 半導体基板の裏面側表面
１０１Ｆ 半導体基板の表面側表面
１０３ 光電変換素子
１０５ ボンドパッド
１０７ 誘電体層
１０９ 遮光層
１０９Ｅ 延伸部
１０９Ｐ 隔壁
１１１ 平坦化層
１１３ カラーフィルター層
１１３Ｅ 延伸部
１１３Ｒ 赤色カラーフィルター成分
１１３Ｇ 緑色カラーフィルター成分
１１３Ｂ 青色カラーフィルター成分
１１５ マイクロレンズ層
１１５Ａ レンズアレイ
１１５Ｂ 第２のダミー構造
１１５Ｃ 第１のダミー構造
１１５−１ 第１のマイクロレンズ素子
１１５−２ 第２のマイクロレンズ素子
１１５−３ 第３のマイクロレンズ素子
１１５−ｆ 平坦部
１１７ 保護膜
１１９ 開孔
１２０ 配線層
１２１ 金属層
１２２ ビア
１２３ 誘電体層
１２４ ビア
３−３’ ライン
５−５’ ライン
６−６’ ライン
Ｐ 画素
Ｐ１ 第１のピッチ
Ｐ２ 第２のピッチ
Ｐ３ 第３のピッチ
Ｈ１ 第１のマイクロレンズの高さ
Ｈ２ 第２のマイクロレンズの高さ
Ｈ３ 第３のマイクロレンズの高さ
Ｗ１ 第１の底部幅
Ｗ２ 第２の底部幅
Ｗ３ 第３の底部幅

Claims (8)

  1. 感知領域、パッド領域、および前記感知領域と前記パッド領域との間に配置された周辺領域を有する固体撮像素子であって、
    半導体基板、
    前記感知領域内の前記半導体基板に配置された複数の光電変換素子、
    前記半導体基板の上、且つ前記パッド領域に配置されたボンドパッド、
    前記半導体基板の上方、且つ、前記感知領域に配置されたマイクロレンズアレイ、および前記半導体基板の上方、且つ、前記パッド領域に配置され、前記ボンドパッドの領域を囲むように配置された複数の第１のマイクロレンズ素子を含む第１のダミー構造を含むマイクロレンズ層、および
    前記マイクロレンズ層の上面の上にコンフォーマルに形成された保護膜を含み、
    前記マイクロレンズ層は、前記周辺領域に配置された第２のダミー構造を更に含み、前記第２のダミー構造は、複数の第２のマイクロレンズ素子を含み、且つ前記マイクロレンズアレイは、複数の第３のマイクロレンズ素子を含み、
    前記マイクロレンズアレイの前記第３のマイクロレンズ素子の各々は、前記第２のダミー構造の前記第２のマイクロレンズ素子の各々の第２のマイクロレンズの高さより高い第３のマイクロレンズの高さを有し、前記第２のマイクロレンズの高さは、前記第１のダミー構造の前記第１のマイクロレンズ素子の各々の第１のマイクロレンズの高さより高い固体撮像素子。
  2. 感知領域、パッド領域、および前記感知領域と前記パッド領域との間に配置された周辺領域を有する固体撮像素子であって、
    半導体基板、
    前記感知領域内の前記半導体基板に配置された複数の光電変換素子、
    前記半導体基板の上、且つ前記パッド領域に配置されたボンドパッド、
    前記半導体基板の上方、且つ、前記感知領域に配置されたマイクロレンズアレイ、および前記半導体基板の上方、且つ、前記パッド領域に配置され、前記ボンドパッドの領域を囲むように配置された複数の第１のマイクロレンズ素子を含む第１のダミー構造を含むマイクロレンズ層、および
    前記マイクロレンズ層の上面の上にコンフォーマルに形成された保護膜を含み、
    前記マイクロレンズ層は、前記周辺領域に配置された第２のダミー構造を更に含み、前記第２のダミー構造は、複数の第２のマイクロレンズ素子を含み、且つ前記マイクロレンズアレイは、複数の第３のマイクロレンズ素子を含み、
    前記第１のマイクロレンズ素子の各々は、第１の曲率半径を有し、前記第２のマイクロレンズ素子の各々は、第２の曲率半径を有し、前記第１の曲率半径は、前記第２の曲率半径より大きく、前記マイクロレンズアレイの前記第３のマイクロレンズ素子の各々は、第３の曲率半径を有し、且つ前記第２の曲率半径は、前記第３の曲率半径より大きい固体撮像素子。
  3. 感知領域、パッド領域、および前記感知領域と前記パッド領域との間に配置された周辺領域を有する固体撮像素子であって、
    半導体基板、
    前記感知領域内の前記半導体基板に配置された複数の光電変換素子、
    前記半導体基板の上、且つ前記パッド領域に配置されたボンドパッド、
    前記半導体基板の上方、且つ、前記感知領域に配置されたマイクロレンズアレイ、および前記半導体基板の上方、且つ、前記パッド領域に配置され、前記ボンドパッドの領域を囲むように配置された複数の第１のマイクロレンズ素子を含む第１のダミー構造を含むマイクロレンズ層、および
    前記マイクロレンズ層の上面の上にコンフォーマルに形成された保護膜を含み、
    前記マイクロレンズ層は、前記周辺領域に配置された第２のダミー構造を更に含み、前記第２のダミー構造は、複数の第２のマイクロレンズ素子を含み、且つ前記マイクロレンズアレイは、複数の第３のマイクロレンズ素子を含み、
    前記マイクロレンズアレイの上面は、前記第２のダミー構造の上面より高く、前記第２のダミー構造の上面は、前記第１のダミー構造の上面より高く、前記マイクロレンズアレイの前記第３のマイクロレンズ素子、前記第２のダミー構造の前記第２のマイクロレンズ素子、および前記第１のダミー構造の前記第１のマイクロレンズ素子は、全て同じピッチによって配置される固体撮像素子。
  4. 前記第１のマイクロレンズ素子は、前記ボンドパッドの真上に更に配置されるか、または前記第１のダミー構造は前記ボンドパッドの真上に配置された平坦部を更に含み、前記保護膜は、前記平坦部の上にコンフォーマルに形成される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  5. 前記保護膜は、化学蒸着膜であり、前記化学蒸着膜の材料は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、またはその組み合わせを含み、前記保護膜は、前記感知領域、前記周辺領域、および前記パッド領域を連続的にカバーする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  6. 前記半導体基板と前記マイクロレンズ層との間に配置されたカラーフィルター層、
    前記カラーフィルター層と前記半導体基板との間に配置された誘電体層、および
    前記保護膜、前記マイクロレンズ層、前記カラーフィルター層、および前記誘電体層を貫通し、前記ボンドパッドを露出する開口を更に含む請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  7. 前記半導体基板の上、且つ前記感知領域および前記周辺領域に配置され、前記周辺領域と前記パッド領域との境界に位置合わせされる端部を有し、金属格子を含み、前記金属格子の各格子が固体撮像素子の１つの個別の画素に対応する遮光層、および
    前記遮光層および前記カラーフィルター層との間に配置され、前記開口が更に貫通する平坦化層を更に含む請求項６に記載の固体撮像素子。
  8. 前記半導体基板の下方に配置されるか、または前記半導体基板と前記ボンドパッドとの間に配置された配線層を更に含み、前記ボンドパッドは、前記配線層に電気的に接続され、前記第１のダミー構造は、前記ボンドパッドの真上に配置され、且つ前記半導体基板の端部まで前記ボンドパッドの領域の外側の領域に延伸する平坦部を更に含み、前記保護膜は、前記平坦部にコンフォーマルに形成される請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
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