KR20080030950A - 고체 촬상 장치 - Google Patents
고체 촬상 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20080030950A KR20080030950A KR1020070099375A KR20070099375A KR20080030950A KR 20080030950 A KR20080030950 A KR 20080030950A KR 1020070099375 A KR1020070099375 A KR 1020070099375A KR 20070099375 A KR20070099375 A KR 20070099375A KR 20080030950 A KR20080030950 A KR 20080030950A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- state imaging
- reflection
- solid
- imaging device
- Prior art date
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 100
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 84
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 57
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 28
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 22
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 387
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 abstract description 70
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 37
- 238000002955 isolation Methods 0.000 abstract description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 abstract description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 25
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 15
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 7
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 SiONC Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14636—Interconnect structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
본 발명에 따른 고체 촬상 장치는 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되고 입사광을 광전 변환하는 수광 소자와, 상기 반도체 기판의 상기 수광 소자가 형성된 면 상에 적층되는 복수의 배선층을 구비하고, 상기 복수의 배선층 중 1 이상은, 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 형성되는 금속 배선과, 상기 제1 절연층 및 금속 배선 상에 적층되어 상기 금속 배선을 구성하는 재료의 확산을 방지하고 상기 입사광의 반사를 방지하는 반사 방지층과, 상기 반사 방지층 상에 적층되는 제2 절연층을 구비한다.
Description
본 발명은 고체 촬상 장치에 관한 것으로, 특히, 구리 등으로 구성되는 다층 구조의 금속 배선을 이용한 고체 촬상 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라, 휴대 전화의 카메라 및 Web 카메라 등에 이용되는 이미지 센서로서 CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치가 이용되고 있다. 최근, 고체 촬상 장치의 다화소화 및 화소 치수의 축소화가 진행되고 있고, 이것에 수반하여 사용되는 금속 배선이 Al(알루미늄) 배선에서 Cu(구리) 배선으로 변경되고 있다.
Cu 배선을 이용한 경우에는 산화막 중에서의 Cu의 확산 계수가 큰 것에서 Cu의 확산을 방지하는 층을 형성하는 것이 필요해진다.
도 1은 종래의 Cu 배선을 이용한 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(500)는 CMOS 이미지 센서이며, 반도체 기판(501)과 포토다이오드(502)와 트랜지스터(503)와 층간 막(504, 507 및 510)과 Cu 배선(505, 508 및 511)과 확산 방지층(506, 509, 512 및 513)과 보호막(514)과 칼라 필터(515)와 마이크로 렌즈(516)와 소자 분리 영역(517)을 구비한다.
포토다이오드(502)는 입사광의 광전 변환을 행한다. 트랜지스터(503)는 폴리 실리콘으로 형성되는 게이트 전극(518)을 포함한다. 소자 분리 영역(517)은 SiO2의 매립층으로 이루어지는 소자 분리층(STI: 셀로우 트랜치 아이솔레이션)이다. 층간 막(504, 507, 510) 및 보호막(514)은, 예를 들어 SiO2로 구성된다. Cu 배선(505, 508 및 511)은 Cu로 구성되는 금속 배선이다. 확산 방지층(506, 509, 512 및 513)은 Cu 배선(505, 508 및 511)을 구성하는 Cu의 확산을 방지하기 위한 층이며, 예를 들어 SiN으로 구성된다.
고체 촬상 장치(500)에 있어서, 반도체 기판(501) 상에 포토다이오드(502) 및 트랜지스터(503)가 형성되고, 그 위에 층간 막(504)이 형성되며, 그 위에 Cu 배선(505)이 형성되고, 그 위에 확산 방지층(506)이 형성되며, 그 위에 층간 막(507)이 형성되고, 그 위에 Cu 배선(508)이 형성되며, 그 위에 확산 방지층(509)이 형성되고, 그 위에 층간 막(510)이 형성되며, 그 위에 Cu 배선(511)이 형성되고, 그 위에 확산 방지층(512)이 형성되며, 그 위에 확산 방지층(513)이 형성되고, 그 위에 보호막(514)이 형성되며, 그 위에 칼라 필터(515)가 형성되고, 그 위에 마이크로 렌즈(516)가 형성된다.
고체 촬상 장치(500)에 입사한 광은 마이크로 렌즈(516)로 집광되고, 포토다이오드(502)에 조사된다. 그러나 도 1에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치에 있어서, 포토다이오드(502)의 상부에 굴절률이 상이한 SiO2로 이루어지는 층(층간 막(504, 507, 510) 및 보호막(514))과 SiN으로 이루어지는 층(확산 방지층(506, 509, 512 및 513))이 적층되어 있다. 이것에 의해, 층간 막과 확산 방지층의 계면에 있어서 반사(예를 들어, 도 1에 나타내는 화살표 521) 및 다중 간섭(예를 들어, 도 1에 나타내는 화살표 519 및 520)이 발생한다. 반사 및 다중 간섭의 영향에 의해 포토다이오드(502)로의 입사광량의 저하 및 노이즈의 발생이 증가한다고 하는 문제가 있다. 이것에 대해서, 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층을 제거하는 방법이 알려져 있다.
포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층을 제거하는 방법으로서 확산 방지층을 차례차례 제거하면서 각 층을 형성하는 제1 방법(예를 들어, 특허 문헌 1 참조)과, 모든 층을 형성 후에 일괄하여 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층을 제거하고 절연층을 매립하는 제2 방법(예를 들어, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 참조)이 알려져 있다.
도 2는 각층의 확산 방지층을 차례차례 제거하면서 각 층을 형성하는 제1 방법에 의해 형성된 종래의 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(600)는 포토다이오드(502)의 상부를 제거한 확산 방지층(606, 609, 612 및 613)을 구비한다. 또한, 도 1과 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
고체 촬상 장치(600)의 제조 방법은 반도체 기판(501) 상에 층간 막(504), Cu 배선(505) 및 확산 방지층(606)을 차례차례 적층하고, 그 후, 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층(606)을 제거한다. 또한, 층간 막(507), Cu 배선(508) 및 확산 방지층(609)를 차례차례 적층하고, 그 후, 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층(609)을 제거한다. 또한, 층간 막(510), Cu 배선(511), 확산 방지층(612 및 613)을 차례차례 적층하고, 그 후, 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층(612 및 613)을 제거한다.
이상으로부터, 종래의 고체 촬상 장치(600)는 포토다이오드(502)의 상부에 확산 방지층이 존재하지 않고, 동일한 굴절률의 층간 막만으로 형성된다. 이것에 의해, 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감하고, 포토다이오드(502)로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다.
도 3은, 모든 층을 형성 후에 일괄하여 포토다이오드의 상부의 확산 방지층을 제거하고 절연층을 매립하는 제2 방법에 의해 형성된 종래의 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다. 도 3에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(700)는 포토다이오드(502)의 상부를 제거한 확산 방지층(706, 709, 712 및 713)과 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층이 제거된 영역에 형성되는 매립 절연층(722)을 구비하는 점이 도 1에 나타내는 고체 촬상 장치(500)와 상이하다. 또한, 도 1과 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하였다.
고체 촬상 장치(700)의 제조 방법은, 반도체 기판(501) 상에 층간 막(504), Cu 배선(505) 및 확산 방지층(706), 층간 막(507), Cu 배선(508) 및 확산 방지층(709), 층간 막(510), Cu 배선(511), 확산 방지층(712), 확산 방지층(713) 및 보호막(514)을 차례차례 적층하고, 그 후, 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층(706, 709, 712 및 713)과 층간 막(504, 507 및 510)과 보호막(514)을 일괄하여 제거한다. 포토다이오드(502)의 상부의 확산 방지층(706, 709, 712 및 713)과 층 간 막(504, 507 및 510)과 보호막(514)을 일괄하여 제거한 영역에, 매립 절연층(722)을 매립한다.
이상에 의해, 종래의 고체 촬상 장치(700)는 포토다이오드(502)의 상부에 확산 방지층이 형성되지 않고, 동일한 굴절률의 층간 막(504) 및 매립 절연층(722)만으로 형성된다. 이것에 의해, 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감하고 포토다이오드(502)로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 공개특허공보 2005－311015호
[특허 문헌 2] 일본 공개특허공보 2004－221527호
[특허 문헌 3] 일본 공개특허공보 2006－80522호
그러나, 도 2에 나타내는 각 층의 확산 방지층을 차례차례 제거하면서 각 층을 형성하는 제1 방법에서는, 각 층의 확산 방지층을 제거하는 공정이 필요해지고 공정수가 증가한다는 문제가 있다. 또한, 각 층의 확산 방지층을 제거함으로써 확산 방지층 상에 적층되는 층간 막의 평탄성이 저하된다. 평탄성의 저하는 평탄화를 행함으로써 해결할 수 있지만, 평탄화를 행함으로써 공정수는 더욱 증가된다.
또한, 도 3에 나타내는 모든 층을 형성한 후에 일괄하여 포토다이오드의 상부의 확산 방지층을 제거하고 절연층을 매립하는 제2 방법에서는, 매립의 애스펙트비가 높고 흠이 적은 매립 절연층(722)을 형성하기 위해서는, 높은 프로세스 기술이 필요하다는 문제가 있다. 여기서, 매립 절연층(722)은 포토다이오드(502)의 상부에 형성되므로, 이 매립 절연층(722)이 불완전하여 보이드 등의 흠이 생긴 경우에는, 그 부분에서 입사광이 반사되기 때문에 고체 촬상 장치의 특성에 크게 영향을 주게 된다. 따라서, 매립 절연층(722)은 흠이 없는 고질(高質)인 층으로 할 필요가 있다. 또한, 고체 촬상 장치의 미세화가 진행된 경우에는 매립의 애스펙트비는 더욱 높아지므로, 매립 절연층을 형성하는 프로세스 난이도는 더욱 높아진다.
따라서, 본 발명은 포토다이오드로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있고, 프로세스 난이도가 낮으며 프로세스 공정수의 증가를 억제한 고체 촬상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명에 따른 고체 촬상 장치는, 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되어 입사광을 광전 변환하는 수광 소자와, 상기 반도체 기판의 상기 수광 소자가 형성된 면 상에 적층되는 복수의 배선층을 구비하고, 상기 복수의 배선층 중 1 이상은, 제1 절연층과 상기 제1 절연층 상에 형성되는 금속 배선과, 상기 제1 절연층 및 금속 배선 상에 적층되어 상기 금속 배선을 구성하는 재료의 확산을 방지하고 상기 입사광의 반사를 방지하는 반사 방지층과, 상기 반사 방지층 상에 적층되는 제2 절연층을 구비한다.
이 구성에 의하면, 반사 방지층이 입사광의 반사를 방지하는 기능을 가지므로, 반사 방지층과 제2 절연층의 계면(界面)에서 발생하는 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 포토다이오드로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치는 반사 방지층을 제거하는 공정 등을 행하지 않고 반사를 방지하는 기능을 갖는 반사 방지층을 형성함으로써 실현될 수 있으므로, 프로세스 난이도가 낮고, 프로세스 공정수의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층은 상기 반사 방지층의 굴절률 또는 층의 두께에 대한 상기 입사광의 투과율의 특성에 있어서, 상기 투과율이 피크가 되는 영역의 굴절률 또는 층의 두께를 가져도 좋다.
이 구성에 의하면, 입사광에 대해서 반사 방지층의 투과율이 높아지도록 최적화되어 있으므로, 반사 방지층과 제2 절연층의 계면에서 발생하는 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층은 상기 제1 절연층 및 금속 배선 상에 적층되는 제1 반사 방지층과, 상기 제1 반사 방지층 상에 적층되어 상기 제1 반사 방지층을 구성하는 재료와 굴절률이 상이한 재료로 구성되는 제2 반사 방지층을 포함해도 좋다.
이 구성에 의하면, 반사 방지층이 2층으로 구성된다. 이것에 의해, 예를 들어, 금속 배선에 인접하는 제1 반사 방지층이 금속 배선의 확산을 방지하는 기능을 갖고, 제2 반사 방지층의 굴절률 및 두께를 변경함으로써 입사광에 대한 반사 방지층의 투과율을 용이하게 최적화할 수 있다.
또한, 상기 제1 반사 방지층은 산소를 포함하지 않는 재료에 의해 구성되어도 좋다.
이 구성에 의하면, 금속 배선에 인접하는 제1 반사 방지층이 금속 배선의 확산을 방지하는 기능을 가진다. 이것에 의해, 예를 들어, 제2 반사 방지층의 굴절률 및 두께를 변경함으로써 입사광에 대한 반사 방지층의 투과율을 용이하게 최적화할 수 있다.
또한, 상기 산소를 포함하지 않는 재료는 SiN, SiC 또는 SiNC이어도 좋다.
이 구성에 의하면, 기존의 제조 프로세스에 있어서 용이하게 제1 반사 방지층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 제2 반사 방지층은 산소를 포함한 재료에 의해 구성되어도 좋다.
이 구성에 의하면, 제2 반사 방지층의 산소의 함유율을 변경함으로써 용이하게 제2 반사 방지층의 굴절률을 변경할 수 있다. 이것에 의해, 입사광에 대한 반사 방지층의 투과율을 용이하게 최적화할 수 있다.
또한, 상기 산소를 포함한 재료는 SiON, SiONC 또는 SiO2라도 좋다.
이 구성에 의하면, 기존의 제조 프로세스에 있어서 용이하게 제2 반사 방지층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반사 방지층은, 상기 제2 반사 방지층 상에 적층되고, 상기 제2 반사 방지층을 구성하는 재료와 굴절률이 상이한 재료로 구성되는 제3 반사 방지층을 더 포함해도 좋다.
이 구성에 의하면, 반사 방지층은 제2 반사 방지층의 산소의 함유율을 변경함으로써 다중 반사 효과에 의해 입사광에 대한 반사 방지 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 고체 촬상 장치는, 상기 복수의 배선층보다 아래쪽의 상기 수광 소자 상에 형성되고, 상기 입사광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 더 구비해도 좋다.
이 구성에 의하면, 포토다이오드와 제1 절연층과의 계면에서 발생하는 반사를 저감할 수 있다. 이것에 의해, 더욱 효과적으로 포토다이오드로의 입사광량의 감소를 저감할 수 있다.
또한, 상기 금속 배선은 구리로 구성되어도 좋다.
이 구성에 의하면, 구리 배선이 이용되는 고체 촬상 장치에 대해서 포토다이오드로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 프로세스 난이도를 저감하고, 또한 프로세스 공정수의 증가를 억제할 수 있다.
본 발명은 포토다이오드로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있고, 프로세스 난이도가 낮으며, 프로세스 공정수의 증가를 억제한 고체 촬상 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 고체 촬상 장치에 적용할 수 있고, 특히, 디지털 카메라, 휴대 전화의 카메라 및 Web 카메라 등에 이용되는 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.
2006년 10월 2일자로 출원된 일본국 특허 출원 제 2006-271237 호의 명세서와 도면 및 청구범위를 포함하는 개시내용은 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있다.
이하, 본 발명에 따른 고체 촬상 장치의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
(실시의 형태 1)
본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치는 Cu 배선을 구성하는 Cu의 확산 방지층으로서 입사광의 반사를 방지하는 다층 구조의 반사 방지층을 구비한다. 이것에 의해, 입사광의 반사를 방지하고 포토다이오드로의 입사광량의 감소를 저감할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4에 나타내는 고체 촬상 장치(100)는 입사광을 광전 변환하고 전기 신호 를 출력한다. 고체 촬상 장치(100)는 예를 들어, CMOS 이미지 센서이다. 고체 촬상 장치(100)는 반도체 기판(101)과 포토다이오드(102)와 트랜지스터(103)와 층간 막(104, 108 및 112)과 Cu 배선(105, 109 및 113)과 반사 방지층(122, 123 및 124)과 보호막(117)과 칼라 필터(118)와 마이크로 렌즈(119)와 소자 분리 영역(120)과 반사 방지막(125)을 구비한다.
반도체 기판(101)은, 예를 들어 Si로 구성된다.
포토다이오드(102)는 반도체 기판(101)에 형성된다. 포토다이오드(102)는 입사광을 광전 변환하는 수광 소자이다.
트랜지스터(103)는 반도체 기판(101)에 형성된다. 트랜지스터(103)는 소스／드레인 영역(도시하지 않음)과 폴리 실리콘으로 형성되는 게이트 전극(121)을 포함한다. 소자 분리 영역(120)은 SiO2의 매립층으로 이루어지는 소자 분리층(STI:셀로우 트랜치 아이솔레이션)이다.
반사 방지막(125)은 반사 방지층(122)보다 아래쪽의 포토다이오드(102) 상에 형성되고, 입사광의 반사를 방지한다. 반사 방지막(125)은 예를 들어, SiN으로 구성된다. 또한, 반사 방지막(125)은 SiON, SiC, SiNC 또는 SiCO로 구성되어도 좋다.
층간 막(104)은 반도체 기판(101), 포토다이오드(102), 트랜지스터(103) 및 반사 방지막(125) 상에 적층된다. 즉, 층간 막(104)은 반도체 기판(101)의 포토다이오드(102) 및 트랜지스터(103)가 형성된 면 상에 적층된다. 층간 막(108)은 반 사 방지층(122) 상에 적층된다. 층간 막(112)은 반사 방지층(123) 상에 적층된다. 층간 막(104, 108 및 112)은, 예를 들어 SiO2로 구성되는 절연층이다. 또한, 층간 막(104, 108 및 112)은 SiOC 또는 포러스 실리콘 산화막(다공질 실리콘 산화막)으로 구성되어도 좋다.
Cu 배선(105)은 층간 막(104) 상에 형성된다. Cu 배선(109)은 층간 막(108) 상에 형성된다. Cu 배선(113)은 층간 막(112) 상에 형성된다. Cu 배선(105, 109 및 113)은 구리(Cu)로 구성된 금속 배선층이다.
반사 방지층(122, 123 및 124)은 Cu 배선(105, 109 및 113)을 구성하는 Cu의 제조 공정에서의 확산을 방지하는 층이다. 또한, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 입사광의 반사를 방지하는 기능을 가진다.
반사 방지층(122)은 층간 막(104) 및 Cu 배선(105) 상에 적층된다. 반사 방지층(122)은 제1 반사 방지층(106)과 제2 반사 방지층(107)을 포함한다. 제1 반사 방지층(106)은 층간 막(104) 및 Cu 배선(105) 상에 적층된다. 제2 반사 방지층(107)은 제1 반사 방지층(106) 상에 적층된다.
반사 방지층(123)은 층간 막(108) 및 Cu 배선(109) 상에 적층된다. 반사 방지층(123)은 제1 반사 방지층(110)과 제2 반사 방지층(111)을 포함한다. 제1 반사 방지층(110)은 층간 막(108) 및 Cu 배선(109) 상에 적층된다. 제2 반사 방지층(111)은 제1 반사 방지층(110) 상에 적층된다.
반사 방지층(124)은 층간 막(112) 및 Cu 배선(113) 상에 적층된다. 반사 방 지층(124)은 제1 반사 방지층(114)과 제2 반사 방지층(115)과 제3 반사 방지층(116)을 포함한다. 제1 반사 방지층(114)은 층간 막(112) 및 Cu 배선(113) 상에 적층된다. 제2 반사 방지층(115)은 제1 반사 방지층(114) 상에 적층된다. 제3 반사 방지층(116)은 제2 반사 방지층(115) 상에 적층된다.
여기에서, 반사 방지층(124)이 3층으로 구성되는 이유를 설명한다. 도시하지 않지만, 제1 반사 방지층(114)을 형성한 후에 상층에 만들어지는 Al로 이루어지는 본딩 패드와 Cu 배선(113)을 전기적으로 접속하기 위해서, 제1 반사 방지층(114)의 일부는 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해 제거된다. 다음에, 제1 반사 방지층(114)을 제거한 영역에 Al를 증착한다. 다음에, 포토리소그래피 공정 및 에칭 공정에 의해 본딩 패드가 형성되는 영역에만 Al를 남기고, 그 이외의 영역은 화소부(포토다이오드(102)의 상부)도 포함하여 Al을 제거한다. 이것에 의해, Al로 이루어지는 본딩 패드가 제1 반사 방지층(114) 상에 형성된다. 다음에, 제2 반사 방지층(115)이 형성된다. 여기서, 제2 반사 방지층(115)은 Al로 이루어지는 본딩 패드를 덮도록 형성되고, Al로 이루어지는 본딩 패드의 보호층으로서도 기능한다. 또한, Al의 보호가 상층의 제3 반사 방지층(116) 및 보호막(117)으로 충분하면, 제2 반사 방지층(115)을 형성하지 않아도 좋다.
제1 반사 방지층(106, 110, 114) 및 제2 반사 방지층(115)은 제조 공정에서의 Cu 배선(105, 109 및 113)을 구성하는 구리의 확산을 방지하기 위한 층이다. 제1 반사 방지층(106, 110, 114) 및 제2 반사 방지층(115)은, 예를 들어, SiN으로 구성된다. 또한, 제1 반사 방지층(106, 110, 114) 및 제2 반사 방지층(115)은 SiC 또는 SiNC로 구성되어도 좋다. 제2 반사 방지층(107, 111) 및 제3 반사 방지층(116)은 제1 반사 방지층(106, 110, 114) 및 제2 반사 방지층(115)을 구성하는 재료와 굴절률이 상이한 재료로 구성된다. 제2 반사 방지층(107, 111) 및 제3 반사 방지층(116)은, 예를 들어, SiON으로 구성된다. 또한, 제2 반사 방지층(107, 111) 및 제3 반사 방지층(116)은 SiONC로 구성되어도 좋다.
보호막(117)은 반사 방지층(124) 상에 적층된다. 보호막(117)은 예를 들어, SiO2로 구성된다.
칼라 필터(118)는 보호막(117) 상에 형성된다. 칼라 필터(118)는 소정 파장의 광만을 투과하는 필터이며, 예를 들어 가시광(파장 400~650㎚)을 투과하는 필터이다. 또한, 칼라 필터(118)는 적색 광, 녹색 광 또는 청색 광을 투과하는 필터라도 좋다.
마이크로 렌즈(119)는 칼라 필터(118) 상에 형성된다. 마이크로 렌즈(119)는 입사광을 포토다이오드(102) 상에 집광한다.
이상의 구성에 의해, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)에 있어서, 입사광은 마이크로 렌즈(119)로 집광되고, 칼라 필터(118), 보호막(117), 반사 방지층(124), 층간 막(112), 반사 방지층(123), 층간 막(108), 반사 방지층(122), 층간 막(104) 및 반사 방지막(125)을 차례차례 통하여 포토다이오드(102)에 조사된다. 여기서, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 입사광(가시광)의 반사를 방지하는 기능을 가진다. 즉, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 입사광(가 시광)에 대한 투과율이 높아지도록 최적화되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)는 도 1에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(500)에서 발생하던 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 포토다이오드로의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다.
다음에, 반사 방지층(122, 123 및 124)의 구체적인 구조를 설명한다.
도 5는 반사 방지층(122)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
반사 방지층(122)은 입사광(가시광)에 대한 투과율이 높아지도록 최적화된 굴절률 및 층의 두께를 가진다. 구체적으로는 반사 방지층(122)은 반사 방지층(122)의 굴절률 또는 층의 두께에 대한 입사광(가시광)의 투과율의 특성에 있어서, 투과율이 피크가 되는 영역의 굴절률 및 층의 두께를 가진다. 반사 방지층(122)의 투과율은 층간 막(104, 108), 제1 반사 방지층(106) 및 제2 반사 방지층(107)의 굴절률과 제1 반사 방지층(106)의 층의 두께 d1 및 제2 반사 방지층(107)의 층의 두께 d2에 의해 결정된다. 여기서, 층간 막(104 및 108)을 구성하는 SiO2의 굴절률 N=1.46이고, 제1 반사 방지층(106)을 구성하는 SiN의 굴절률 N=2.04이다. 또한, 제2 반사 방지층(107)을 구성하는 SiON은 Si, O 및 N의 조성비를 변경함으로써 굴절률을 변경할 수 있다. 여기서, 반사 방지층(122)은 제조 공정에서의 Cu 배선(105)을 구성하는 구리의 확산 방지 및 Cu 배선(105)과 Cu 배선(109)을 접속하는 비어 컨택트의 형성 시의 에칭 스토퍼로서 이용된다. 따라서, 반사 방지층(122)은 에칭 스토퍼로서 기능하기 위해서 공정에 따른 소정의 막 두께 를 가질 필요가 있다.
도 6은, 반사 방지층(122)의 막 두께 d3=170㎚(=d1＋d2)로 한 경우의, 제1 반사 방지층(106)의 막 두께 d1에 대한 반사 방지층(122)의 투과율을 나타내는 도면이다. 또한, 도 6에 있어서 SiON의 굴절률 N=1.75이며, 세로축의 투과율은 파장 400㎚~650㎚의 입사광에 대한 투과율의 평균값을 산출한 값이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 반사 방지층의 막 두께 d1이 110~120㎚ 부근에서, 투과율의 피크가 존재한다. 따라서, 반사 방지층(122)의 막 두께 d3을 170㎚로 고정한 경우에는, 제1 반사 방지층의 막 두께 d1을 110~120㎚로 하고, 제2 반사 방지층의 막 두께 d2(=170㎚－d1)를 50~60㎚로 함으로써, 반사 방지층(122)의 가시광(파장 400㎚~650㎚)에 대한 투과율을 최대로 할 수 있다. 한편, 도 6에 있어서, 막 두께 d1을 제로에 근접시킴으로써 투과율은 증가하지만, 막 두께를 제로에 근접시키는 것은 실시가 곤란하여 제외하고 있다.
도 7은 제1 반사 방지층(106)의 막 두께 d1=170㎚로 한 경우의, 제2 반사 방지층(107)의 막 두께 d2에 대한 반사 방지층(122)의 투과율을 나타내는 도면이다. 또한, 도 7에 있어서 SiON의 굴절률 N=1.75이며, 세로축의 투과율은 파장 400㎚~650㎚의 입사광에 대한 투과율의 평균값을 산출한 값이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 반사 방지층의 막 두께 d2가 70~80㎚ 부근에서 투과율의 피크가 존재한다. 따라서, 제1 반사 방지층의 막 두께 d1을 170㎚로 고정한 경우에는, 제2 반사 방지층의 막 두께 d2를 70~80㎚로 함으로써 반사 방지층(122)의 가시광(파장 400㎚~650㎚)에 대한 투과율을 최대로 할 수 있다.
또한, 반사 방지층(122)과 동일하게 반사 방지층(123 및 124)의 가시광에 대한 투과율을 최대로 할 수 있다.
이상과 같이, 제1 반사 방지층(106) 및 제2 반사 방지층(107)의 막 두께를 투과율이 높아지도록 최적화함으로써, 입사광의 반사를 방지할 수 있다. 여기서, 최적화란, 제1 반사 방지층(106) 또는 제2 반사 방지층(107)의 층의 두께에 대한 입사광(가시광)의 투과율의 특성에 있어서, 실시 가능한 범위 내에 있어서 투과율이 피크가 되는 영역의 제1 반사 방지층(106) 및 제2 반사 방지층(107)의 막 두께(층의 두께)를 선택하는 것을 의미한다.
또한, 설명의 간략화를 위해, 도 6 및 도 7에 있어서 제2 반사 방지층(107)을 구성하는 SiON의 굴절률 N=1.75로 했지만, 제1 반사 방지층(106) 및 제2 반사 방지층(107)의 막 두께를 일정하게 하고, SiON의 Si, O 및 N의 조성비를 변경함으로써 SiON의 굴절률을 최적화하고, 반사 방지층(122)의 굴절률을 최적화해도 좋다. 즉, 제2 반사 방지층(107)의 굴절률에 대한 입사광(가시광)의 투과율의 특성에 있어서, 실시 가능한 범위 내에 있어서 투과율이 피크가 되는 영역의 제2 반사 방지층(107)의 굴절률을 선택해도 좋다. 또한, 제1 반사 방지층(106)의 막 두께 d1과 제2 반사 방지층(107)의 막 두께 d2와, 제2 반사 방지층(107)의 굴절률을 최적화함으로써 더욱 투과율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 층간 막(104, 108)의 굴절률에 대해서 제1 반사 방지층(106) 및 제2 반사 방지층(107)의 굴절률과 제1 반사 방지층(106)의 층의 두께 d1 및 제2 반사 방지층(107)의 층의 두께 d2를 최적함으로써, 반사 방지층(122, 123 및 124) 은 입사광에 대한 투과율이 최대가 되는 굴절률 및 층의 두께를 가질 수 있다.
다음에, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)의 제조 방법을 설명한다.
우선, 포토다이오드(102), 트랜지스터(103) 및 반사 방지막(125)을 형성한 반도체 기판(101) 상에 층간 막(104)을 형성한다. 층간 막(104)을 포토리소그래피 공정에 의해 제거하고, Cu 배선(105)이 매립되는 트랜치를 형성한다. 다음에, 트랜치의 저면 및 측면을 덮는 탄탈 등으로 구성되는 배리어막(도 4에는 도시하지 않음)을 형성한다. 다음에, 트랜치 내의 배리어막 상에 구리 시드(Seed)를 스퍼터링법에 의해 증착한 후, 전계 도금법에 의해 Cu 배선(105)을 형성한다. 다음에, 연마 등에 의해 트랜치 이외의 부분에 형성된 구리 및 배리어막을 제거한다. 다음에, 제1 반사 방지층(106)을 형성하고, 다음에, 제2 반사 방지층(107)을 형성하며, 다음에, 층간 막(108)을 형성한다. 다음에, 상술한 Cu 배선(105)의 제조 공정과 동일하게 층간 막(108)에 트랜치를 형성하고, 구리를 증착 및 전계 도금함으로써 Cu 배선(109)을 형성한다. 다음에, 제1 반사 방지층(110)을 형성하고, 다음에, 제2 반사 방지층(111)을 형성하며, 다음에, 층간 막(112)을 형성한다. 다음에, 상술한 Cu 배선(105 및 109)의 제조 공정과 동일하게, 층간 막(112)에 트랜치를 형성하고, 구리를 증착 및 전계 도금함으로써 Cu 배선(113)을 형성한다. 다음에, 제1 반사 방지층(114)을 형성하고, 다음에, 제2 반사 방지층(115)을 형성하며, 다음에, 제3 반사 방지층(116)을 형성하고, 다음에, 보호막(117)을 형성한다. 다음에, 칼라 필터(118)를 형성하고 마이크로 렌즈(119)를 형성한다. 이상에 의해, 도 4에 나타내는 고체 촬상 장치(100)가 형성된다.
또한, 도 4에는 도시하고 있지 않지만, 상기 공정에는 각층의 Cu 배선(105, 109, 113), 소스／드레인 영역(도시하지 않음) 및 게이트 전극(121)을 접속하는 컨택트를 형성하는 공정이 포함된다. 이하에, Cu 배선(105)과 Cu 배선(109)을 접속하는 비어 컨택트를 형성하는 제조 방법을 설명한다. 상술한 층간 막(108)의 형성 후, 우선, 포토리소그래피 공정에 의해 Cu 배선(105)과 Cu 배선(109)을 접속하기 위한 컨택트홀이 형성된다. 이 때, 반사 방지층(122)은 에칭 스토퍼로서 기능한다. 또한, 층간 막(108)을 포토리소그래피 공정에 의해 제거하고, Cu 배선(109)이 매립되는 트랜치를 형성한다. 다음에, 컨택트홀 및 트랜치의 저면 및 측면을 덮는 탄탈 등으로 구성되는 배리어막을 형성한다. 다음에, 컨택트홀 및 트랜치 내의 배리어막 상에 구리를 증착하고, 비어 컨택트 및 Cu 배선(109)을 형성한다. 다음에, 연마 등에 의해 트랜치 이외의 부분에 형성된 구리 및 배리어막을 제거한다. 이상의 공정에 의해, Cu 배선(105)과 Cu 배선(109)을 접속하는 비어 컨택트가 형성된다. 또한, Cu 배선(109)과 Cu 배선(113)을 접속하는 비어 컨택트 및 트랜지스터(103)의 소스／드레인 영역(도시하지 않음) 및 게이트 전극(121)과 Cu 배선(105)을 접속하는 컨택트도 동일한 공정에 의해 형성할 수 있다. 또한, 비어 컨택트 및 컨택트를 구리로 형성하지 않고, 티탄 또는 텅스텐을 증착하여 형성해도 좋다.
이상으로부터, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)는, 도 2에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(600)와 비교하여 포토다이오드의 상부의 확산 방지층(반사 방지층)을 제거하는 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 공정수의 증가 를 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(700)와 비교해서 포토다이오드의 상부를 제거하고, 절연층을 매립할 필요가 없기 때문에, 공정수의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(700)와 비교하여 프로세스 난이도가 높은 공정을 이용하지 않기 때문에, 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 고체 촬상 장치(100)는 포토다이오드(102)의 상부에 형성된 반사 방지막(125)을 구비한다. 이것에 의해, 포토다이오드(102)와 층간 막(104)의 계면에서 발생하는 반사를 저감할 수 있다. 여기서, 포토다이오드(102)와 층간 막(104)의 계면에서 발생하는 반사는, 다른 층의 계면(종래의, SiN층(확산 방지층)과 SiO2층(층간 막)의 계면)에서 발생하는 반사에 비해, 포토다이오드(102)로의 입사광량을 감소시키는 영향이 크다. 따라서, 상술한 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)와 같이, 반사 방지층(122, 123 및 124)을 설치하는 구조로 한 경우에도, 포토다이오드(102) 상의 반사 방지막(125)을 설치하지 않은 경우에는, 포토다이오드(102)로의 입사광량의 감소를 충분히 저감할 수 없다. 한편, 반사 방지막(125)을 구비하는 고체 촬상 장치에 대해서, 상술한 반사 방지층(122, 123 및 124)을 구비하는 구조로 함으로써, 보다 효과적으로 포토다이오드(102)로의 입사광량의 감소를 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 SiN으로 구성되는 층과 SiON으로 구성되는 층으로 구성된다고 했지만, 또한, SiON으로 구성되는 층 위에 적층되는 SiON과 다른 굴절률의 재료로 형성되는 층을 포함해도 좋다. 또한, 인접하는 층의 굴절률이 상이한 3층 이상으로 구성되어도 좋다. 예를 들어, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 SiN으로 구성되는 층과 SiO2로 구성되는 층과 SiN으로 구성되는 층과 SiON으로 구성되는 층을 적층한 구성이어도 좋다. 또한, 반사 방지층에 포함되는 층은 SiN, SiC, SiON, SiCO, SiNC, SiONC 및 SiO2로 구성되는 층의 조합이어도 좋다. 또한, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 Cu 배선을 구성하는 Cu의 확산 방지의 효과를 가질 필요가 있으므로, Cu 배선과 인접하는 반사 방지층(122, 123 및 124)의 최하층은 산소를 포함하지 않는 재료(예를 들어, SiN, SiC, 및 SiNC 등)로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 반사 방지층(122, 123 및 124)이 다층으로 구성되는 경우의, 최하층 이외의 층의 적어도 1층에 산소를 포함한 재료(예를 들어, SiON, SiCO, SiONC 및 SiO2 등)를 이용함으로써 산소의 함유율을 변화시키고, 해당층의 굴절률을 용이하게 변경할 수 있다. 이것에 의해, 입사광에 대한 반사 방지층의 투과율을 용이하게 최적화할 수 있다. 또한, 반사 방지층(122, 123 및 124)을 3층 이상의 구성으로 한 경우, 산소를 포함한 재료로 구성되는 층의 산소의 함유율을 변경함으로써, 다중 반사 효과에 의해 입사광에 대한 반사 방지 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 설명에서는, 반사 방지층(122, 123 및 124)은 각각 SiN으로 구성되는 층과, SiON으로 구성되는 층으로 구성된다고 했지만, 각 반사 방지 층은 다른 구성(다른 재료 또는 다른 층 수)이라도 좋다. 예를 들어, 반사 방지층(122)은 SiN으로 구성되는 층과 SiON으로 구성되는 층과 적층한 구성이며, 반사 방지층(123)은, SiN로 구성되는 층과 SiO2로 구성되는 층과 SiN으로 구성되는 층과 SiON으로 구성되는 층을 적층한 구성이어도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태의 고체 촬상 장치의 구성으로서 도 4에 나타내는 단면 구조를 나타냈지만, 또한, 이너 렌즈를 구비해도 좋다. 도 8은 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)의 변형예이며, 이너 렌즈를 구비하는 고체 촬상 장치의 단면 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내는 고체 촬상 장치(200)는 도 4에 나타내는 고체 촬상 장치(100)의 구성에 더하여, 또한 이너 렌즈(201)를 구비한다. 이너 렌즈(201)는 반사 방지층(124) 상에 형성되고, 예를 들어 SiN으로 구성된다.
(실시의 형태 2)
본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치는, Cu 배선을 구성하는 Cu의 확산 방지층으로서 입사광의 반사를 방지하는 단층 구조의 반사 방지층을 구비한다. 이것에 의해, 입사광의 반사를 방지하고 포토다이오드로의 입사광량의 감소를 저감할 수 있다.
우선, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치의 구성을 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 4와 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하 고 있어 상세한 설명은 생략한다.
도 9에 나타내는 고체 촬상 장치(300)는 도 4에 나타내는 실시의 형태 1의 고체 촬상 장치(100)에 대해서, 반사 방지층(122, 123 및 124) 대신에 단층(단일의 재료로 형성된 층)으로 구성되는 반사 방지층(301, 302 및 303)을 구비하는 점이 상이하다.
반사 방지층(301, 302 및 303)은 제조 공정에서의 Cu 배선(105, 109 및 113)을 구성하는 구리의 확산을 방지하기 위한 층이다. 또한, 반사 방지층(301, 302 및 303)은 입사광의 반사를 방지하는 층이다. 반사 방지층(303)은 제1 반사 방지층(304)과, 제1 반사 방지층(304) 상에 적층된 제2 반사 방지층(305)을 포함한다. 반사 방지층(301, 302), 제1 반사 방지층(304) 및 제2 반사 방지층(305)은, 예를 들어 SiN으로 구성된다. 또한, 반사 방지층(301, 302), 제1 반사 방지층(304) 및 제2 반사 방지층(305)은 SiC 또는 SiNC로 구성되어도 좋다.
이상의 구성에 의해, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)에 있어서, 입사광은 마이크로 렌즈(119)로 집광되고, 칼라 필터(118), 보호막(117), 반사 방지층(303), 층간 막(112), 반사 방지층(302), 층간 막(108), 반사 방지층(301), 층간 막(104) 및 반사 방지막(125)을 차례차례 통하여 포토다이오드(102)에 조사된다. 여기서, 반사 방지층(301, 302 및 303)은 입사광(가시광)에 대한 투과율이 커지도록 최적화되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)는 도 1에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(500)에서 발생하던 반사 및 다중 간섭의 발생을 저감할 수 있다. 이것에 의해, 포토다이오드로 의 입사광량의 저하를 방지할 수 있다.
다음에, 반사 방지층(301, 302 및 303)의 구체적인 구조를 설명한다.
도 10은 반사 방지층(301)의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
반사 방지층(301)은 입사광(가시광)에 대한 투과율이 높아지도록 최적화된 굴절률 및 층의 두께를 가진다. 구체적으로는 반사 방지층(301)은 반사 방지층(301)의 층의 두께에 대한 입사광(가시광)의 투과율의 특성에 있어서, 투과율이 피크가 되는 영역의 굴절률 및 층의 두께를 가진다. 반사 방지층(301)의 투과율은 층간 막(104, 108) 및 반사 방지층(301)의 굴절률과 반사 방지층(301)의 층의 두께 d에 의해 결정된다. 여기서, 층간 막(104 및 108)을 구성하는 SiO2의 굴절률 N=1.46이며, 반사 방지층(301)을 구성하는 SiN의 굴절률 N=2.04이다.
도 11은, 반사 방지층(301)의 막 두께 d에 대한 반사 방지층(301)의 투과율을 나타내는 도면이다. 또한, 도 11에 있어서 세로축의 투과율은 파장 400㎚~650㎚의 입사광에 대한 투과율의 평균값을 산출한 값이다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 반사 방지층(301)의 막 두께 d가 120~130㎚ 부근에서 투과율의 피크가 존재한다. 따라서, 반사 방지층(301)의 막 두께 d를 120~130㎚로 함으로써 반사 방지층(301)의 가시광(파장 400㎚~650㎚)에 대한 투과율을 최대로 할 수 있다. 한편, 반사 방지층(301)과 동일하게, 반사 방지층(302 및 303)의 가시광에 대한 투과율을 최대로 할 수 있다. 이상과 같이, 반사 방지층의 막 두께 d를 투과율이 높아지도록 최적화함으로써 입사광의 반사를 방지할 수 있다. 즉, 반사 방지층(301)의 막 두께 d에 대한 입사광(가시광)의 투과율의 특성에 있어서, 실시 가능한 범위 내에 있어서 투과율이 피크가 되는 영역의 반사 방지층(301)의 막 두께 d를 선택함으로써 입사광의 반사를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)의 제조 방법은, 상술한 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)의 제조 방법에 있어서, SiON으로 구성되는 제2 반사 방지층(107, 111) 및 제3 반사 방지층(116)을 형성하는 공정을 행하지 않은 점 이외에는 동일하고 설명은 생략한다.
이상으로부터, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)는, 도 2에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(600)와 비교하여 포토다이오드의 상부의 확산 방지층(반사 방지층)을 제거하는 공정을 필요로 하지 않기 때문에, 공정수의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(700)와 비교해서 포토다이오드의 상부를 제거하고 절연층을 매립할 필요가 없기 때문에, 공정수의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 도 3에 나타내는 종래의 고체 촬상 장치(700)와 비교하여 프로세스 난이가 높은 공정을 이용하지 않기 때문에 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 고체 촬상 장치(300)는 포토다이오드(102)의 상부에 형성된, 반사 방지막(125)을 구비한다. 이것에 의해, 포토다이오드(102)와 층간 막(104)의 계면에서 발생하는 반사를 저감할 수 있다. 여기서, 포토다이오드(102)와 층간 막(104)의 계면에서 발생하는 반사는, 다른 층의 계면(종래의, SiN층(확산 방지층)과 SiO2 층(층간 막)의 계면)에서 발생하는 반사에 비해, 포토다이오드(102)로의 입사광량을 감소시키는 영향이 크다. 따라서, 상술한 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)와 같이, 반사 방지층(301, 302 및 303)을 설치하는 구조로 한 경우에도, 포토다이오드(102) 상의 반사 방지막(125)을 설치하지 않은 경우에는 포토다이오드(102)로의 입사광량의 감소를 충분히 저감할 수 없다. 한편, 반사 방지막(125)을 구비하는 고체 촬상 장치에 대해서, 상술한 반사 방지층(301, 302 및 303)을 구비하는 구조로 함으로써, 보다 효과적으로 포토다이오드(102)로의 입사광량의 감소를 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)와 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)를 비교한 경우, 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치(300)는, 반사 방지층(301, 302 및 303)이 단층(동일한 재료로 구성된 층)으로 구성되므로, 더욱 제조 공정수를 삭감할 수 있다. 한편, 상술한 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치(100)는 반사 방지층(122, 123 및 124)을 다층 구조로 함으로써 반사 방지층의 투과율을 결정하는 파라미터의 수가 증가하므로, 투과율을 결정할 때의 자유도가 증가한다. 또한, 높은 투과율의 반사 방지층을 용이하게 실현할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 이 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 8에 나타내는 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 변형예와 동일하게, 도 9에 나타내는 구조에 더하여, 더욱 이너 렌즈를 구비해도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 1 및 2의 고체 촬상 장치의 구성으로서 3층의 금속(구리) 배선을 이용한 경우에 대해 설명했지만, 금속 배선은 1층, 2층 또는 4층 이상이어도 좋다.
또한, 상기 실시의 형태 1 및 2의 고체 촬상 장치의 구성으로서 3층의 금속(구리) 배선의 모두에 대해서, 반사 방지 기능을 갖는 확산 방지층을 형성한 경우에 대해 설명했지만, 3층 중 1 이상의 확산 방지층을 상술한 반사 방지층의 구성으로 함으로써 포토다이오드(102)로의 입사광량의 감소를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시의 형태 1 및 2에 있어서, 금속 배선으로서 구리(Cu) 배선이 이용되는 경우에 대해 설명했지만, 제조 프로세스 상, 확산 등에 의한 특성의 열화를 방지하기 위해서 층간 막과 굴절률이 다른 확산 방지층을 형성할 필요가 있는 재료로 형성된 금속 배선을 이용하는 경우에도 본 발명의 구조를 적용할 수 있다.
본 발명은, 고체 촬상 장치에 적용할 수 있고, 특히, 디지털 카메라, 휴대전화의 카메라 및 웹(Web) 카메라 등에 이용되는 CMOS 이미지 센서에 적용할 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 장점 및 특징은, 본 발명의 특정 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 종래의 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 반사 방지층의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 제1 반사 방지층의 막 두께에 대한 반사 방지층의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 제2 반사 방지층의 막 두께에 대한 반사 방지층의 투과율을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 따른 고체 촬상 장치의 변형예의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치의 반사 방지층의 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시의 형태 2에 따른 고체 촬상 장치의 반사 방지층의 막 두께에 대한 반사 방지층의 투과율을 나타내는 도면이다.
Claims (10)
- 반도체 기판과, 상기 반도체 기판에 형성되어 입사광을 광전 변환하는 수광 소자와, 상기 반도체 기판의 상기 수광 소자가 형성된 면 상에 적층되는 복수의 배선층을 포함하고,상기 복수의 배선층 중 1 이상은, 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 형성되는 금속 배선과, 상기 제1 절연층 및 금속 배선 상에 적층되어 상기 금속 배선을 구성하는 재료의 확산을 방지하고 상기 입사광의 반사를 방지하는 반사 방지층과, 상기 반사 방지층 상에 적층되는 제2 절연층을 포함하는 고체 촬상 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 반사 방지층은,상기 반사 방지층의 굴절률 또는 층의 두께에 대한 상기 입사광의 투과율의 특성에 있어서 상기 투과율이 피크가 되는 영역의 굴절률 또는 층의 두께를 갖는 고체 촬상 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 반사 방지층은,상기 제1 절연층 및 금속 배선 상에 적층되는 제1 반사 방지층과, 상기 제1 반사 방지층 상에 적층되고 상기 제1 반사 방지층을 구성하는 재료와 굴절률이 다른 재료로 구성되는 제2 반사 방지층을 포함하는 고체 촬상 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제1 반사 방지층은,산소를 포함하지 않는 재료에 의해 구성되는 고체 촬상 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 산소를 포함하지 않는 재료는,SiN, SiC 또는 SiNC인 고체 촬상 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 제2 반사 방지층은,산소를 포함하는 재료에 의해 구성되는 고체 촬상 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 산소를 포함한 재료는,SiON, SiONC 또는 SiO2인 고체 촬상 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 반사 방지층은,상기 제2 반사 방지층 상에 적층되고 상기 제2 반사 방지층을 구성하는 재료와 굴절률이 다른 재료로 구성되는 제3 반사 방지층을 더 포함하는 고체 촬상 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 배선층보다 아래쪽의 상기 수광 소자 상에 형성되고 상기 입사광의 반사를 방지하는 반사 방지막을 더 포함하는 고체 촬상 장 치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 금속 배선은,구리로 구성되는 고체 촬상 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2006-00271237 | 2006-10-02 | ||
| JP2006271237A JP2008091643A (ja) | 2006-10-02 | 2006-10-02 | 固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20080030950A true KR20080030950A (ko) | 2008-04-07 |
Family
ID=39260307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070099375A KR20080030950A (ko) | 2006-10-02 | 2007-10-02 | 고체 촬상 장치 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20080079106A1 (ko) |
| JP (1) | JP2008091643A (ko) |
| KR (1) | KR20080030950A (ko) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007142686A (ja) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JP2008244021A (ja) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびそれを用いたカメラ |
| JP2008271159A (ja) * | 2007-04-19 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JP2008278062A (ja) * | 2007-04-26 | 2008-11-13 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置、ａｄ変換器、ａｄ変換方法 |
| US7812380B2 (en) * | 2007-10-03 | 2010-10-12 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device and manufacturing method of the same |
| US8729582B2 (en) * | 2007-11-01 | 2014-05-20 | Insiava (Pty) Limited | Optoelectronic device with light directing arrangement and method of forming the arrangement |
| JP5314914B2 (ja) * | 2008-04-04 | 2013-10-16 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置、撮像システム、設計方法、及び光電変換装置の製造方法 |
| JP4697258B2 (ja) * | 2008-05-09 | 2011-06-08 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置と電子機器 |
| US8237832B2 (en) * | 2008-05-30 | 2012-08-07 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with focusing interconnections |
| JP4856204B2 (ja) * | 2009-03-24 | 2012-01-18 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置の製造方法 |
| KR101647779B1 (ko) * | 2009-09-09 | 2016-08-11 | 삼성전자 주식회사 | 이미지 센서, 그 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치 |
| JP2011108759A (ja) * | 2009-11-13 | 2011-06-02 | Canon Inc | 固体撮像装置 |
| US8405182B2 (en) * | 2011-05-02 | 2013-03-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Back side illuminated image sensor with improved stress immunity |
| WO2013111418A1 (ja) * | 2012-01-27 | 2013-08-01 | シャープ株式会社 | 固体撮像素子 |
| JP5389208B2 (ja) * | 2012-03-09 | 2014-01-15 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2015153870A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | キヤノン株式会社 | 半導体装置の製造方法、光電変換装置 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534809B2 (en) * | 1999-12-22 | 2003-03-18 | Agilent Technologies, Inc. | Hardmask designs for dry etching FeRAM capacitor stacks |
| US7056826B2 (en) * | 2003-01-07 | 2006-06-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Method of forming copper interconnects |
| US6861686B2 (en) * | 2003-01-16 | 2005-03-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Structure of a CMOS image sensor and method for fabricating the same |
| JP4123060B2 (ja) * | 2003-06-11 | 2008-07-23 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子及びその製造方法 |
| US7453109B2 (en) * | 2004-09-03 | 2008-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensor and imaging system |
| US7193289B2 (en) * | 2004-11-30 | 2007-03-20 | International Business Machines Corporation | Damascene copper wiring image sensor |
| US8120077B2 (en) * | 2004-12-16 | 2012-02-21 | Panasonic Corporation | Solid-state imaging device comprising doped channel stop at isolation regions to suppress noise |
-
2006
- 2006-10-02 JP JP2006271237A patent/JP2008091643A/ja not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-10-01 US US11/865,271 patent/US20080079106A1/en not_active Abandoned
- 2007-10-02 KR KR1020070099375A patent/KR20080030950A/ko not_active Application Discontinuation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080079106A1 (en) | 2008-04-03 |
| JP2008091643A (ja) | 2008-04-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20080030950A (ko) | 고체 촬상 장치 | |
| JP5639748B2 (ja) | 固体撮像装置とその製造方法 | |
| JP4436326B2 (ja) | Ｃｍｏｓイメージ・センサ | |
| JP4725614B2 (ja) | 固体撮像装置 | |
| US7382011B2 (en) | Solid-state image sensing device equipped with inner lens | |
| EP1930950B1 (en) | Solid-state image pickup device, method for manufacturing solid-state image pickup device, and camera | |
| US8237237B2 (en) | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
| JP4939206B2 (ja) | イメージセンサ及びその製造方法 | |
| US8633559B2 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
| JP2008192951A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JP5120396B2 (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JP2009021415A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| KR20090117637A (ko) | 고체 촬상 장치 및 전자 기기 | |
| JP2008091771A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| JP6083572B2 (ja) | 固体撮像装置及びその製造方法 | |
| JP2006191000A (ja) | 光電変換装置 | |
| JP5704811B2 (ja) | 固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2012186396A (ja) | 固体撮像装置およびその製造方法 | |
| US8053268B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP2009146957A (ja) | 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 | |
| JP2012204387A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 | |
| JP4682568B2 (ja) | 固体撮像素子の製造方法 | |
| JP2011023455A (ja) | 固体撮像装置 | |
| JP2005340498A (ja) | 固体撮像素子 | |
| JP2005311015A (ja) | 固体撮像素子およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid |