KR20090072965A - 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 카메라 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 카메라 및 전자 기기 Download PDF

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KR20090072965A
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šœ스케 마루야마
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

본 발명은, 유효 화소 영역과 주변 영역과의 경계 영역의 단차(段差)를 저감함으로써, 감도 불균일이 저감된 고체 촬상 장치와 그 제조 방법을 제공한다. 또한, 이와 같은 고체 촬상 장치를 구비한 카메라 및 상기 카메라를 내장한 전자 기기를 제공한다. 광전 변환 소자를 구비하는 화소(2)가 복수개 배열된 유효 화소 영역(11)과, 유효 화소 영역(11)의 주변 영역(13)을 구비하고, 유효 화소 영역(11)에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층(19)에 형성된 개구부(21)와, 주변 영역(13) 상부의 절연층(19)에 형성된 더미 개구부(24)와, 개구부(21) 및 상기 더미 개구부(24)에 매립된 매립층(22)을 가지는 고체 촬상 장치로 한다.
고체 촬상 장치, 유효 화소 영역, 매립층, 더미 개구부

Description

고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 카메라 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, AND CAMERA AND ELECTRONIC APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은, 유효 화소 영역과 그 주변 영역과의 경계 영역에 발생하는 막두께의 단차(段差)가 저감된 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 이 고체 촬상 장치를 구비한 카메라 및 이 카메라를 내장한 전자 기기에 관한 것이다.
종래, CMOS 이미지 센서나 CCD 이미지 센서 등의 고체 촬상 장치에 있어서 광학적 특성을 향상시키기 위하여, 다양한 제안이 되어 있다. 예를 들면, 고체 촬상 장치의 포토다이오드로 이루어지는 광전 변환부에 입사되는 광의 광량을 증가시키기 위한 구성을 채용함으로써, 감도의 향상이 도모되고 있다.
특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에는, 고체 촬상 장치에 있어서, 포토다이오드에 입사하는 광량을 증가시키고, 감도를 향상시키기 위하여, 포토다이오드 상부의 광 입사측에 광 도파로(導波路)를 형성하는 구성이 기재되어 있다. 광 도파로는, 포토다이오드 상부의 광 입사측에 개구부를 형성하고, 그 개구부에 굴절률이 높은 재료를 매립함으로써 형성된다.
특허 문헌 3에서는, CMOS형의 고체 촬상 장치의 다층 배선층 중에, Cu 배선과 Cu 확산 방지막을 형성한 경우에, 포토다이오드로의 입사광이 Cu 확산 방지막에 반사되는 것에 의해 포토다이오드에 입사하는 광량이 저하되는 것을 방지하는 구성이 기재되어 있다. 여기서는, 포토다이오드 상부에 형성된 Cu 확산 방지막을 제거함으로써, 포토다이오드로의 입사광 저하를 방지하고 있다.
그리고, 특허 문헌 3에서는, 포토다이오드 상에 형성된 Cu 확산 방지막을 제거하기 위하여, 다층 배선층이 형성된 후에 포토다이오드 상의 다층 배선층을 개구함으로써, Cu 확산 방지막을 제거하는 공정이 기재되어 있다. 이 다층 배선층을 개구한 것에 의해 가능했던 개구부에는, 광 도파로가 형성되는 구성으로 되어 있다.
특허 문헌 3에 기재된 것과 같은, 포토다이오드 상부의 광 입사측에 있는 Cu 확산 방지막을 제거하는 공정이나, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2에 기재된 것과 같은, 포토다이오드 상부의 광 입사측에 광 도파로 구조를 형성하는 공정에 있어서는, 전술한 바와 같이, 포토다이오드 상에 개구부를 형성하고, 그 개구부를 매립한다는 공정이 발생한다.
그런데, 고체 촬상 장치는, 유효 화소 영역, 옵티컬 블랙(Optical Black； 광학적 블랙) 영역, 주변 회로 영역 등으로 구성된다. 도 12에, 고체 촬상 장치의 개략 구성을 나타낸다.
예를 들면, 도 12에 나타낸 바와 같은 CMOS 이미지 센서인 고체 촬상 장치(301)에 있어서는, 유효 화소 영역(311)과, 옵티컬 블랙 영역(312)으로 이루어지는 촬상 영역(313)이 형성되어 있고, 또한 수직 구동 회로(304)나 수평 구동 회 로(306) 등의 주변 회로부가 형성되어 있다. 촬상 영역(313)은, 광전 변환 소자인 포토다이오드와 화소 트랜지스터(MOS 트랜지스터)로 이루어지는 복수개의 화소가 2차원적으로 배열되어 있다. 옵티컬 블랙 영역(312)은, 유효 화소 영역(311)의 주변의 일부에 형성되고, 차광막에 의해 화소에 광이 입사되지 않도록 구성되어 있다. 옵티컬 블랙 영역(312)에 있어서는, 블랙 레벨의 기준 신호로 되는 신호가 얻어진다. 이 고체 촬상 장치(301)에서는, 유효 화소 영역(311)에 있어서 입사된 광이 신호 전하로 변환되고, 화소 신호로서 주변 회로부를 통해 출력된다.
이상 설명한 바와 같이, 유효 화소 영역(311)에서는 포토다이오드에 광이 입사되지만, 유효 화소 영역(311) 주변에 구성되어 있는 옵티컬 블랙 영역(312)에서는 포토다이오드에 광이 입사되지 않는다. 그러므로, 특허 문헌 1 ~ 특허 문헌 3에 기재된 것과 같은, 포토다이오드에 입사하는 광의 광량을 증가시키는 구성은, 유효 화소 영역(311)밖에 구성되지 않은 것으로 된다.
즉, 포토다이오드 상부의 광 입사측에 있는 광 확산 방지막을 제거하기 위하여, 포토다이오드 상부를 개구하는 구성이나, 포토다이오드 상의 광 입사측에 광 도파로 구조를 형성하기 위하여, 포토다이오드 상부를 개구하는 구성은, 유효 화소 영역에만 필요한 구성이다.
도 13에, 전술한 CMOS 이미지 센서인 고체 촬상 장치(301)에 있어서의 유효 화소 영역(311)과 옵티컬 블랙 영역(312)의 경계 영역에 있어서의 제조 공정도를 나타낸다. 도 13은 예를 들면, 도 12에 있어서의 D-D선에 따른 단면도이며, 유효 화소 영역(311)의 화소에 있어서의 포토다이오드(PD) 상부에 개구부를 형성했을 때 의 공정도이다.
도 13에서는, 간단히 하기 위해, 포토다이오드(PD)와 다층 배선층(320)만의 도시로 한다. 실제로는, 포토다이오드(PD)와 복수개의 화소 트랜지스터로 이루어지는 다층의 화소가 형성된 반도체 기판 상에 다층 배선층(320)이 구성되며, 다층 배선층(320) 측으로부터 반도체 기판에 광이 입사된다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 다층 배선층(320)은, 층간 절연층(319)를 통하여 3층의 배선(1M, 2M, 3M)이 형성되어 있고, 옵티컬 블랙 영역(312)에 있어서의 배선(3M)은 차광막으로 되어 있다. 옵티컬 블랙 영역(312)에 있어서, 배선(3M)이 차광막을 구성하므로, 옵티컬 블랙 영역(312)에 형성되는 포토다이오드(PD)에는 광이 입사되지 않는다.
특허 문헌 1 ~ 특허 문헌 3에 기재된 바와 같이, 유효 화소 영역의 포토다이오드에 입사하는 광의 광량을 증가시키기 위해서는, 먼저, 도 13 (A)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(311)의 포토다이오드(PD) 상부의 층간 절연층(319)에 개구부(321)가 형성된다.
그리고, 개구부(321)에는, 도 13 (B)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 층간 절연층(319)보다 굴절률이 높은 매립 재료가 도포되어 개구부(321)가 매립된다. 이 고굴절률의 매립 재료가 매립된 영역에 있어서, 광 도파로가 구성된다.
도 13 (B)에 나타낸 바와 같이, 개구부(321)에 매립 재료가 도포되어 매립층(322)이 형성되는 공정에 있어서는, 옵티컬 블랙 영역(312)의 다층 배선층(320) 상에도 동시에, 매립 재료가 도포된다.
그러면, 도 13 (B)에 나타낸 바와 같이, 옵티컬 블랙 영역(312)에는, 개구부(321)가 형성되어 있지 않기 때문에, 옵티컬 블랙 영역(312)의 다층 배선층(320) 상에 형성된 매립층(322) 쪽이, 유효 화소 영역(311)의 개구부(321) 및 다층 배선층(320) 상부에 형성된 매립층(322)보다 두껍게 도포되게 된다.
그리고, 이와 같은 매립층(322)의 도포 불균일에 의해, 도 13 (B)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(311)과 옵티컬 블랙 영역(312)의 경계 부분에서는, 매립층(322) 표면에 단차가 형성되어 버린다.
마찬가지로, 도 14에, 유효 화소 영역(311)의 다층 배선층(320)에 형성되는 개구부(321)가 CVD법 또는 PVD법에 따라 매립층(323)이 형성되는 예를 나타낸다.
도 14에 있어서, 도 13에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
도 14 (A)에 나타낸 바와 같이, 개구부(321)가 CVD법(Chemical Vapor Deposition； 화학적 증착법)이나 PVD법(Physical Vapor Deposition； 물리적 증착법)에 의해 매립되는 경우, 도 14 (B)에 나타낸 바와 같이 성막되는 매립층(323)의 막두께는, 대략 일정하게 된다. 그러므로, 개구부(321)와 비개구부 상에 형성되는 매립층(323)에는 소밀차(疎密差)가 발생하여, 비개구부와 개구부(321)의 경계 영역에서 단차가 생긴다. 개구부(321)가 형성되어 있는 유효 화소 영역(311) 상에서는, 매립 재료는 드문드문하게 성막되고, 개구부(321)가 형성되어 있지 않은 옵티컬 블랙 영역(312) 상에 있어서는, 매립 재료가 조밀하게 성막되어 있다.
다음에, 도 14 (C)에 나타낸 바와 같이, CVD법이나 PVD법에 의해 생긴 매립 층(323)의 단차(이른바 요철)를 평탄하게 하기 위하여, CMP법(화학적 기계적 연마)에 의해, 매립 재료막 표면이 평탄화된다. 그러나, CMP법에 의해 표면을 평탄화하는 경우, 매립 재료가 드문드문하게 형성된 유효 화소 영역(311)과, 조밀하게 형성된 옵티컬 블랙 영역(312)은, 표면이 일정하게 평탄화되지 않는다는 문제가 있다.
도 14 (C)에 나타낸 바와 같이, 매립 재료가 드문드문하게 형성된 부분 쪽이, 매립 재료가 조밀하게 형성된 부분보다, 연마 속도가 빠르다. 그러므로, 결과적으로, 유효 화소 영역(311) 상부의 매립층(323) 쪽이, 옵티컬 블랙 영역(312) 상부의 매립층(323)보다 얇게 형성되어 버린다.
또한, 도 13에 나타낸, 매립층(322)으로서 도포형의 재료를 사용하는 예에서는, 매립층(322)을 형성한 후의 베이크 공정에 있어서, 열처리에 의해 매립층(322)의 체적이 줄어든다. 이 때, 개구부(321)에 형성된 매립층(322)의 체적이, 비개구부에 형성된 매립층(322)의 체적보다, 개구부의 분만큼 큰 체적을 가지므로, 베이크 시의 매립층(322)의 체적 감소도 커지게 된다. 그러면, 개구부(321)가 조밀하게 형성되어 있는 유효 화소 영역(311)과, 개구부(321)가 형성되어 있지 않은 옵티컬 블랙 영역(312)은, 베이크 공정 후에서의 체적의 감소에 의해, 보다 단차가 커져 버린다.
이와 같이, 고체 촬상 장치의 유효 화소 영역, 옵티컬 블랙 영역, 주변 회로 영역의 경계 영역에 있어서, 매립층 표면에 단차나 막두께 차이가 있는 경우에는, 그 단차나 막두께의 차이가 상층의 막에도 영향을 미친다. 그러므로, 매립층의 상층에 형성되는 예를 들면, 패시베이션막, 컬러 필터, 온칩(on-chip) 마이크로렌즈 등에, 매립층 표면의 단차가 영향을 준다.
그리고, 상층에 영향을 준 단차는, 유효 화소 영역 내에 어긋나 들어간다. 그 결과, 유효 화소 영역 내에 있어서 중앙 부분과 주변 부분에서의 화소의 광학적 특성이 바뀌어 버려, 고체 촬상 장치로부터 출력되는 이미지에 감도 불균일이 생긴다.
유효 화소 영역과, 옵티컬 블랙 영역이나 주변 회로부 등을 포함하는 주변 영역과의 사이에 있어서의 단차나 막두께차를 저감시키는 방법으로서, 특허 문헌 4에는, 주변 영역의 금속 배선에 대응한 오목형상 절연 층간막을 형성하여, 유효 화소 영역과 주변 영역의 단차를 경감하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 5에는, 유효 화소 영역과 주변 영역 사이에 단차가 생겨도, 단차가 낮은 부분에 패터닝 가능한 재료를 추가하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허 문헌 6에는, 단차가 높은 부분을 선택적으로 에칭하여 제거하는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 이들 특허 문헌 4 내지 특허 문헌 6에 기재된 방법에서는, 예를 들면, 유효 화소 영역과 주변 영역의 단차를 저감시키므로, 공정수가 증가해 버리는 문제점이 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허출원 공개번호 2003-298034호 공보
[특허 문헌 2] 일본 특허출원 공개번호 1995-45805호 공보
[특허 문헌 3] 일본 특허출원 공개번호 2005-311015호 공보
[특허 문헌 4] 일본 특허출원 공개번호 2001-196571호 공보
[특허 문헌 5] 일본 특허출원 공개번호 2004-356585호 공보
[특허 문헌 6] 일본 특허출원 공개번호 2007-165403호 공보
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 유효 화소 영역과 주변 영역과의 경계 영역의 단차를 저감함으로써, 감도 불균일이 저감된 고체 촬상 장치와 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은, 이와 같은 고체 촬상 장치를 구비한 카메라 및 상기 카메라를 내장한 전자 기기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하고, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고체 촬상 장치는, 광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과, 유효 화소 영역의 주변 영역을 구비하고, 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층에 형성된 개구부와, 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와, 개구부 및 상기 더미 개구부에 매립된 매립층을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치에서의 주변 영역은, 예를 들면, 주변 회로부나, 옵티컬 블랙 영역 등으로 구성되는 영역이며, 입사광이 입사되지 않는 영역을 말한다. 본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 유효 화소 영역 상의 절연층에 개구부가 형성되는 동시에, 주변 영역 상의 절연층에도 더미 개구부가 형성되어 있으므로, 유효 화소 영역과 주변 영역의 경계 부분에 있어서 매립층의 단차가 저감된다.
또한, 본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 광전 변환부를 가지는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과, 상기 유효 화소 영역의 주변 영역에 걸쳐 절 연층을 형성하는 공정과, 유효 화소 영역의 광전 변환부 바로 위에 위치하는 절연층에 개구부를 형성하고, 주변 영역의 절연층에 더미 개구부를 형성하는 공정과, 절연층에 형성된 개구부 및 더미 개구부를 매립하도록, 절연층 상에 매립층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 유효 화소 영역의 광전 변환부의 바로 위에 개구부를 형성하고, 주변 영역의 절연층에도 더미 개구부가 형성된다. 그러므로, 유효 화소 영역과 주변 영역에 형성되는 개구부의 소밀차(疎密差)를 저감할 수 있어, 절연층 상부에 형성되는 매립층이 평탄하게 형성된다.
또한, 본 발명의 카메라는, 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 광전 변환부에 입사광을 안내하는 광학계와, 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비하고, 고체 촬상 장치는, 광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과, 유효 화소 영역의 주변 영역을 구비하는 동시에, 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층에 형성된 개구부와, 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와, 개구부 및 더미 개구부에 매립된 매립층을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 전자 기기는, 고체 촬상 장치와, 고체 촬상 장치의 광전 변환 소자에 입사광을 안내하는 광학계와, 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 카메라가 내장되고, 고체 촬상 장치는, 광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과, 유효 화소 영역의 주변 영역을 구비하는 동시에, 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연 층에 형성된 개구부와, 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와, 개구부 및 상기 더미 개구부에 매립된 매립층을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 카메라, 또는 이것을 구비한 전자 기기에서는, 유효 화소 영역과 주변 영역의 경계 부분에 있어서 단차가 저감된 고체 촬상 장치가 사용된다.
본 발명에 의하면, 고체 촬상 장치의 유효 화소 영역과 주변 영역의 경계 부분에 있어서, 막두께의 단차가 저감되므로, 감도 불균일을 저감할 수 있다.
이하, 도 1~도 11을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
먼저, 도 1에, 본 발명의 일실시예에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성을 나타낸다. 본 실시예의 고체 촬상 장치(1)는 CMOS 이미지 센서를 예로 든 것이며, 예를 들면 Si로 이루어지는 기판(100) 상에, 광전 변환 소자를 포함하는 촬상 화소(2)가 매트릭스형으로 복수개 2차원적으로 배열되고, 유효 화소 영역(11)과 옵티컬 블랙 영역(12)으로 구성되는 촬상 영역(3)과 주변 회로부(14)가 구성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 옵티컬 블랙 영역(12)과 주변 회로부(14)를 합하여 주변 영역(13)이라고 한다.
촬상 영역(3)은, 유효 화소 영역(11)과 유효 화소 영역(11)의 주변부에 구성된 옵티컬 블랙 영역(12)을 가진다. 촬상 영역(3)에 있어서의 각각의 촬상 화소(2)는, 광전 변환 소자를 구성하는 포토다이오드와, 포토다이오드에 의해 광전 변환된 신호 전하를 화소 신호로 변환하여 수직 신호선(9)에 출력하기 위한 복수개의 화소 트랜지스터(MOS 트랜지스터)로 구성되어 있다.
유효 화소 영역(11)에 있어서는, 포토다이오드에 입사된 입사광이 신호 전하로 광전 변환되고, 화소 트랜지스터에 의해 화소 신호로 변환되고, 이 화소 신호가 수직 신호선(9)을 통하여, 주변 회로부(14)에 공급된다.
옵티컬 블랙 영역(12)은, 유효 화소 영역(11)과 동일한 구성으로 이루어지는 촬상 화소(2)로 구성되지만, 차광막이 구성되는 것에 의해, 옵티컬 블랙 영역(12)의 포토다이오드에는 입사광이 입사되지 않는 구성으로 된다. 그리고, 이와 같은 구성으로 함으로써, 옵티컬 블랙 영역(12)으로부터는, 블랙 기준 신호가 출력된다.
그리고, 복수개의 화소 트랜지스터로서는, 예를 들면, 전송 트랜지스터, 리셋 트랜지스터, 증폭 트랜지스터, 및 선택 트랜지스터의 4개의 트랜지스터로 구성된다. 또는, 선택 트랜지스터를 생략한 3개의 트랜지스터로 구성된다.
또한, 주변 회로부(14)는, 수직 구동 회로(4)와, 컬럼 신호 처리 회로(5)와, 수평 구동 회로(6)와, 출력 회로(7)와, 제어 회로(8)를 가지고 구성되어 있다.
제어 회로(8)는, 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 따라 수직 구동 회로(4), 컬럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등의 동작의 기준으로 되는 클록 신호나 제어 신호 등을 생성하고, 수직 구동 회로(4), 컬럼 신호 처리 회로(5) 및 수평 구동 회로(6) 등에 입력한다.
수직 구동 회로(4)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성되며, 촬상 영역(3)의 각 촬상 화소(2)를 행 단위로 차례로 수직 방향으로 선택 주사하고, 수직 신호선(9)을 통하여, 각 촬상 화소(2)의 포토다이오드로 광전 변환된 신호 전하 에 따른 화소 신호를 컬럼 신호 처리 회로(5)에 공급한다. 포토다이오드에 있어서는, 수광량에 따라 신호 전하가 생성된다.
컬럼 신호 처리 회로(5)는, 촬상 화소(2)에 있어서 예를 들면, 열마다 배치되어 있다. 그리고, 1행분의 화소로부터 출력되는 신호를, 화소열마다, 옵티컬 블랙 영역(12)으로부터의 신호에 따라 신호 처리를 행한다. 즉, 컬럼 신호 처리 회로(5)에서는, 옵티컬 블랙 영역(12)으로부터 출력된 블랙 기준 신호에 따라 유효 화소 영역(11)의 노이즈의 제거나 신호 증폭 등의 신호 처리가 행해진다. 컬럼 신호 처리 회로(5)의 출력단에는, 수평 선택 스위치(도시하지 않음)가 수평 신호선 사이에 접속되어 설치된다.
수평 구동 회로(6)는, 예를 들면, 시프트 레지스터에 의해 구성되며, 수평 주사 펄스를 차례로 출력함으로써, 컬럼 신호 처리 회로(5)의 각각을 차례대로 선택하고, 컬럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 화소 신호를 수평 신호선(10)에 출력시킨다. 출력 회로는, 컬럼 신호 처리 회로(5)의 각각으로부터 수평 신호선(10)을 통해 차례로 공급되는 신호에 대하여, 신호 처리를 행하여 출력한다.
이하에, 본 실시예의 각 예의 고체 촬상 장치를 그 제조 방법과 함께 설명한다.
[제1 실시예]
도 2에, 제1 실시예에 관한 고체 촬상 장치 및 그 제조 방법을 설명하는 개략 단면 구성을 나타낸다.
도 2에 나타낸 고체 촬상 장치의 개략 단면 구성은, 도 1에 있어서의 A-A선, 또는 B－B선에 따른 단면 구성이며, 즉 유효 화소 영역(11)과, 옵티컬 블랙 영역(12)과, 주변 회로부(14)로 이루어지는 주변 영역(13)에 걸쳐지는 선 상에 있어서의 단면 구성이다.
도 2에서는, 간단하게 하기 위해, 고체 촬상 장치에서의 촬상 화소(2)의 광전 변환부인 포토다이오드(PD)와, 그 위의 다층 배선층(20) 부분만 도시하기로 한다. 실제로는, 촬상 화소(2)를 구성하는 화소 트랜지스터나, 또한 주변 회로부(14)를 구성하는 CMOS 트랜지스터를 포함하는 소자가 형성된 Si 기판(100) 상에 다층 배선층(20)이 형성되어 있다.
도 2에 나타낸 다층 배선층(20)은, 3층의 금속 배선(1M, 2M, 3M)이 각각 층간 절연층(19)을 통하여 구성되어 있다.
먼저, 본 실시예에 있어서는, 도 2 (A)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 대응하는 다층 배선층(20)에는, 포토다이오드(PD)의 바로 위쪽까지 개구된 개구부(21)를 형성한다. 또한, 동시에, 주변 영역(13), 본 실시예에서는 옵티컬 블랙 영역(12)에 있어서의 다층 배선층(20)에도 유효 화소 영역(11)과 마찬가지로 더미 개구부(24)를 형성한다. 즉, 본 예에 있어서는, 유효 화소 영역(11), 주변 영역(13) 모두, 대략 동일 간격으로 개구부(21), 및 더미 개구부(24)가 형성된다.
다음에, 도 2 (B)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)의 개구부(21), 및 더미 개구부(24)에, 예를 들면, 도포형의 매립 재료에 의해, 매립층(22)을 형성한다. 매립층(22)의 형성은, 도포형 이외에 CVD법이나 PVD법 에 따라 형성해도 된다. 이 때, 비개구부(15) 상에도 동시에 매립층(22)이 성막된다.
또한, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 있어서의 개구부(21)는 광 도파로로 되도록, 예를 들면, 다층 배선층(20)을 구성하는 층간 절연층(19)보다 고굴절률의 유기 재료에 의해 매립층(22)이 형성된다. 매립층(22)은, 예를 들면, 실록산계 수지, 또는 폴리이미드, 아크릴계 수지, 폴리스티렌계 수지 등의 고굴절률 수지로 구성된다.
실록산계 수지를 사용한 경우에는, 첨가물에 의해 굴절률을 조정할 수 있고, 첨가물을 함유한 실록산계 수지의 굴절률은, 예를 들면, 1.7로 할 수 있다.
또한, 전술한 수지 중에 예를 들면, 산화 티탄, 산화 탄탈, 산화 니오브, 산화 텅스텐, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 인듐, 산화 하프늄 등의 금속 산화물 미립자를 함유함으로써, 굴절률을 높일 수 있다. 층간 절연층(19)으로서는, 예를 들면, SiO2(굴절률 1.4)가 사용된다.
개구부(21)에 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 구성으로 함으로써, 개구부(21)에 광 도파로가 구성되므로, 광 도파로에 의해, 입사광이 굴절되어 양호한 효율로 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD)에 광이 입사된다.
그리고, 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)에 형성된 개구부(21), 더미 개구부(24) 및 비개구부(15)가 매립층(22)에 의해 평탄하게 매립된 후, 도 2 (C)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20) 상부에는, 차광막(18)이 형성 된다. 차광막(18)이 형성되므로, 예를 들면, 옵티컬 블랙 영역(12)에 형성되는 포토다이오드(PD)에는 광이 입사되지 않기 때문에, 옵티컬 블랙 영역(12)으로부터는 블랙 레벨을 출력할 수 있다.
이 후, 도시하지 않지만, 패시베이션막, 컬러 필터, 온칩 마이크로 렌즈 등이 차례로 형성되어 목적으로 하는 고체 촬상 장치를 얻는다.
제1 실시예에 의하면, 본래 개구부를 필요로 하지 않는 주변 영역(13)에 있어서도, 유효 화소 영역(11)에서 형성되는 개구부(21)와 같은 간격으로, 더미 개구부(24)를 형성함으로써, 다층 배선층(20)에 있어서의 개구부의 소밀을 저감할 수 있다. 그러므로, 그 후의 매립 재료를 매립하는 공정에 있어서, 재료를 평탄하게 매립할 수 있다.
또한, 매립 재료를 도포한 후의 포스트 베이크 시에 있어서, 매립층(22)의 체적이 줄어드는 경우에도, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)에 있어서, 마찬가지의 비율로 체적이 줄어들게 된다. 그러므로, 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)의 경계 부분에 있어서, 다층 배선층(20) 상의 매립층(22)에 단차가 생기는 것을 방지할 수 있다.
그러므로, 이 후의 공정에서 매립층(22)의 상부에 형성되는 도시하지 않은 패시베이션막, 컬러 필터, 온칩 마이크로 렌즈 등에 단차가 영향을 주어, 유효 화소 영역(11) 내에 단차가 어긋나 들어가, 감도 불균일이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
또한, 매립층(22)을 CVD법, 또는 PVD법에 의해 형성하는 경우라도, 유효 화 소 영역(11)과 주변 영역(13)에 있어서 개구부(21), 더미 개구부(24) 상의 매립층(22)에 형성되는 요철(凹凸)의 소밀차가 저감된다. 그러므로, 매립층(22)이 형성된 후에, 예를 들면, CMP 처리에 의해 평탄화할 때, 균일하게 평탄화할 수 있다.
또한, 주변 영역(13)에 있어서도, 더미 개구부(24)가 형성되어 있고, 그 더미 개구부(24)에도 매립층(22)이 매립되어 있으므로, CMP 처리시에 있어서 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)과 매립층(22)의 계면에서의 막 어긋남이 방지된다.
[제2 실시예]
다음에, 도 3에 본 발명의 제2 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하는 개략 단면 구성을 나타낸다. 도 3에 나타낸 고체 촬상 장치의 개략 단면 구성도, 제1 실시예와 마찬가지로, 도 1에 있어서의 A-A선, 또는 B－B선에 따른 단면 구성이며, 즉 유효 화소 영역(11)과 옵티컬 블랙 영역(12)이나 주변 회로부(14)로 이루어지는 주변 영역(13)에 걸치는 선 상에 있어서의 단면 구성이다.
도 3에 있어서, 도 2와 동일 부분에는, 동일 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
본 실시예에 있어서는, 도 3 (A)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)에 형성되는 다층 배선층(20)의, 가장 위의 금속 배선(3M)이 차광막(18)을 구성하도록 형성되어 있다. 그리고, 이와 같은 다층 배선층(20)에 있어서, 먼저, 도 3 (A)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)에 있어서의 다층 배선층(20)의 층간 절연층(19)에 더미 개구부(24)를 형성한다. 이 더미 개구부(24)는, 차광막(18)에 달하지 않게, 예를 들면, 금속 배선(3M)의 바로 위쪽까지 개구되는 것에 의해 형성한다.
다음에, 도 3 (B)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 위치하는 다층 배선층(20)의 층간 절연층(19)을 포토다이오드(PD)바로 위쪽까지 개구된 개구부(21)를 형성한다.
여기서 본 실시예에 있어서는, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 형성되는 더미 개구부(24)와, 유효 화소 영역(11)의 다층 배선층(20)에 형성되는 개구부(21)의 개구 용량이 예를 들면 대략 같아지도록, 개구부(20), 더미 개구부(24)를 형성한다.
이와 같이, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 차광막(18)이 구성되어 있고, 주변 영역(13)과 유효 화소 영역(11)에서 동일한 구성의 개구부를 구성하기 어려운 경우는, 개구 공정을 2회로 나누어 개구부(21) 및 더미 개구부(24)를 형성할 수도 있다.
다음에, 도 3 (C)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)의 개구부(21) 및 더미 개구부(24)에, 예를 들면, 도포형의 매립 재료에 의해, 매립층(22)을 형성한다. 매립층(22)의 형성은, CVD법이나 PVD법에 따라 형성해도 된다. 이 때, 비개구부(15) 상에도 동시에 매립층(22)이 성막된다.
또한, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 있어서의 개구부(21)는 광 도파로로 되도록, 예를 들면, 다층 배선층(20)을 구성하는 층간 절연층(19)보다 고굴절률의 유기 재료에 의해 매립층(22)을 형성한다. 매립층(22)은, 예를 들면, 실록산계 수지, 또는 폴리이미드, 아크릴계 수지, 폴리스티렌계 수지 등의 고 굴절률 수지로 구성된다. 실록산계 수지를 사용한 경우에는, 첨가물에 의해 굴절률을 조정할 수 있고, 첨가물을 함유한 실록산계 수지의 굴절률은, 예를 들면, 1.7로 할 수 있다. 또한, 전술한 수지 중에 예를 들면, 산화 티탄, 산화 탄탈, 산화 니오브, 산화 텅스텐, 산화 지르코늄, 산화 아연, 산화 인듐, 산화 하프늄 등의 금속 산화물 미립자를 함유함으로써, 굴절률을 높일 수 있다. 층간 절연층(19)으로서는, 예를 들면, SiO2(굴절률 1.4)가 사용된다.
개구부(21)에 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 구성으로 함으로써, 도파로로부터 입사광이 굴절되어 양호한 효율로 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD)에 광이 입사된다. 본 실시예에 있어서는, 주변 영역(13)의 가장 상부의 금속 배선(3M)은, 차광막(18)으로 되어 있다.
차광막(18)이 형성되므로, 예를 들면, 옵티컬 블랙 영역(12)에 형성되는 포토다이오드(PD)에는 광이 입사되지 않기 때문에, 블랙 레벨을 출력할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 본래 개구부를 필요로 하지 않는 주변 영역(13)에 있어서도, 유효 화소 영역(11)에서 형성되는 개구부(21)와 대략 같은 개구 용량을 가지는 더미 개구부(24)를 형성한다. 이로써, 베이크 시에 개구부(21) 및 더미 개구부(24)의 매립층(22)의 체적이 줄어드는 경우에도, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)에서는, 대략 같은 용량만큼 매립층(22)의 체적이 줄어들게 된다. 그러므로, 베이크 공정 후에 있어서도 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)의 경계 부분에 있어서, 매립층(22)에 단차가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 매립층(22)을 CVD법 또는 PVD법에 의해 형성하는 경우라도, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)에 있어서 개구부(21), 더미 개구부(24)의 소밀차가 저감된다. 그러므로, 매립층(22)이 형성된 후에, 예를 들면, CMP 처리에 의해 평탄화하는 경우에도, 매립층(22) 상을 균일하게 평탄화할 수 있다.
또한, 주변 영역(13)에 있어서도, 더미 개구부(24)가 형성되어 있고, 그 더미 개구부(24)에도 매립층(22)이 매립되어 있으므로, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)과 매립층(22)의 계면은 요철 형상을 가진다.
그러므로, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)과 매립층(22)의 계면에 있어서, 가로 방향의 힘에 대한 내성(耐性)이 향상되어, CMP 처리 시에 있어서 막 어긋남이 방지된다.
또한, 본 실시예에서는 2회로 나누어 개구부(21), 더미 개구부(24)를 형성하기 위하여, 개구부(21)와 더미 개구부(24)의 개구 깊이를 바꿀 수가 있다. 따라서, 본 실시예는, 주변 영역(13)에 있어서 하층의 금속 배선이 조밀하게 구성되어 있으므로, 개구 영역을 깊이 방향으로 충분히 확보할 수 없는 것과 같은 경우에도 적용할 수 있다.
[제3 실시예]
다음에, 도 4에 본 발명의 제3 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하는 개략 단면 구성을 나타낸다. 도 4에 나타낸 고체 촬상 장치의 개략 단면 구성도, 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로, 도 1에 있어서의 A-A선, 또는 B－B선에 따른 단면 구성, 즉 유효 화소 영역(11)과 옵티컬 블랙 영역(12)이나 주변 회로부(14)로 이루어지는 주변 영역(13)에 걸치는 선 상에 있어서의 단면 구성이다.
도 4에 있어서, 도 2, 도 3에 대응하는 부분에는, 동일 부호를 부여하고 중복 설명을 생략한다.
본 실시예에 있어서는, 도 4 (A)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)에 형성되는 다층 배선층(20)의 3층의 금속 배선(1M, 2M, 3M) 중, 한가운데의 금속 배선(2M)이, 차광막(18)을 구성하도록 형성되어 있다.
그리고, 이와 같은 다층 배선층(20)에 있어서, 먼저, 도 4 (A)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)에 있어서의 다층 배선층(20)의 층간 절연층(19)에 더미 개구부(24)를 형성한다. 이 더미 개구부(24)는, 금속 배선(2M)으로 구성되는 차광막(18)에 달하지 않게, 차광막(18)의 바로 위쪽까지 개구되는 것이다.
다음에, 도 4 (B)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 위치하는 다층 배선층(20)을 포토다이오드(PD) 바로 위쪽까지 개구된 개구부(21)를 형성한다.
여기서, 본 예에 있어서도, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)의 층간 절연층(19)에 형성되는 더미 개구부(24)와 유효 화소 영역(11)의 다층 배선층(20)의 층간 절연층(19)에 형성되는 개구부(21)의 개구 용량을 예를 들면 대략 동일하게 되도록 구성하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 주변 영역(13)에 형성되는 차광막(18)이 다층 배선층(20)을 구성하는 금속 배선의 최상층이 아닌 경우에도, 차광막(18)의 바로 위쪽까지 개구시키 면 된다.
그리고, 유효 화소 영역(11)의 다층 배선층(20)에 형성된 개구부(21) 및 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 형성된 더미 개구부(24)에 매립 재료를 도포한다. 이 때, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 있어서의 개구부(21)에, 광 도파로를 구성하기 위하여, 예를 들면, 다층 배선층(20)을 구성하는 층간 절연층(19)보다 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 것이 바람직하다.
개구부(21)에 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 구성으로 함으로써, 유효 화소 영역(11)에서는 도파로로부터 입사광이 굴절되어 양호한 효율로 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD)에 광이 입사된다.
본 예에 있어서는, 주변 영역(13)의 금속 배선(2M)이, 차광막(18)으로 되어 있다. 차광막(18)이 형성되므로, 예를 들면, 옵티컬 블랙 영역(12)에 형성되는 포토다이오드(PD)에는 광이 입사되지 않기 때문에, 블랙 레벨을 출력할 수 있다.
제3 실시예에 의하면, 본래 개구부를 필요로 하지 않는 주변 영역(13)에도 더미 개구부(24)를 구성함으로써, 다층 배선층(20)에 있어서의 개구부의 소밀이 저감되므로, 평탄하게 매립 재료를 도포할 수 있어, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13) 사이의 단차를 저감할 수 있다.
또한, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 형성되는 개구부(21), 더미 개구부(24)의 개구 용량을 대략 같아지도록 구성할 때는, 매립층(22)의 체적이 베이크 시에 있어서 수축된 경우에도, 줄어드는 체적을, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)에서 동일하게 제어할 수 있다.
그러므로, 매립층(22)의 베이크 공정 후에 있어서도, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 경계 부분의 매립층(22) 표면에 있어서의 단차를 저감할 수 있다.
또한, 도 5 (A)에, 주변 영역(13)으로 되는 주변 회로부(14)에서의 다층 배선층(20)에 있어서의 금속 배선(3M)을 상면으로부터 본 도면을 나타내고, 그 C－C선에 따른 단면 구성을 도 5 (B)에 나타낸다. 차광막(18)이, 최상층의 금속 배선(3M)으로 구성되지 않은 경우로서, 금속 배선(3M)이 드문드문하게 구성되어 있는 경우는, 주변 영역(13)에 형성되는 더미 개구부(24)를, 도면에 나타낸 바와 같이, 그 금속 배선(3M)에 따라 형성하도록 해도 된다.
즉, 주변 영역(13)에 있어서 형성되는 더미 개구부(24)와, 유효 화소 영역(11)에 있어서 형성되는 개구부(21)의 개구 용량이나 개구의 소밀이, 최적으로 형성되도록 한 구성을 취함으로써, 다층 배선층(20) 상에 매립층(22)이 평탄하게 형성된다.
[제4 실시예]
다음에, 도 6에 제4 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 설명하는 개략 단면 구성을 나타낸다. 도 6에 나타낸 고체 촬상 장치의 개략 단면 구성도, 제1 실시예 ~ 제3 실시예와 마찬가지로, 도 1에 있어서의 A-A선, 또는 B－B선에 따른 단면 구성, 즉 유효 화소 영역(11)과 옵티컬 블랙 영역(12)이나 주변 회로부(14)로 이루어지는 주변 영역(13)에 걸치는 선 상에 있어서의 단면 구성이다. 도 6에 있어서, 도 2 내지 도 4에 대응하는 부분에는, 동일 부호를 부여하고 중복 설 명을 생략한다.
본 실시예는, 도 6 (A)에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)에 형성되는 다층 배선층(20)의 3층의 금속 배선(1M, 2M, 3M) 중, 최상층의 금속 배선(3M)이 차광막(18)을 구성하도록 형성되어 있는 예이다.
먼저, 도 6 (A)에 나타낸 바와 같이 광이 입사되는 개구 측을 향해 개구 폭이 넓어지도록 측벽이 테이퍼 형상으로 형성된 제1 개구 부분(21a), 및 더미 개구부(24)를, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD)의 상부 및 주변 영역(13)에 형성한다. 이 테이퍼 형상의 제1 개구 부분(21a), 및 더미 개구부(24)는, 등방성 에칭과 이방성 에칭을 조합함으로써 형성 가능하다. 테이퍼 형상으로 형성된 제1 개구 부분(21a), 및 더미 개구부(24)는, 다층 배선층(20)의 금속 배선에 접촉되지 않도록 형성된다. 즉, 주변 영역(13)에 있어서 형성되는 더미 개구부(24)는, 차광막(18)으로 되는 금속 배선(3M)의 바로 위쪽까지 개구되어 있고, 유효 화소 영역(11)에 형성된 제1 개구 부분(21a)도, 동일한 형상으로 형성된다.
다음에, 도 6 (B)에 나타낸 바와 같이, 유효 화소 영역(11)에 형성된 테이퍼 형상을 가지는 제1 개구 부분(21a)을 포토다이오드(PD) 측을 향하여 다시 에칭하고, 포토다이오드(PD) 바로 위쪽까지 측벽이 수직으로 되도록 개구된 제2 개구 부분(21b)을 형성한다. 따라서, 유효 화소 영역(11)에서는, 테이퍼 형상으로 형성된 제1 개구 부분(21a)과 제2 개구 부분(21b)에 의해 형성된 개구부(21)가 형성된다.
그리고, 도 6 (C)에 나타낸 바와 같이 유효 화소 영역(11)의 다층 배선층(20)에 형성된 개구부(21)와, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)의 층간 절연 층(19)에 형성된 더미 개구부(24)에 매립 재료를 도포하고, 매립층(22)을 형성한다. 이 때, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD) 상부에 있어서의 개구부(21)에, 광 도파로를 구성하기 위하여, 예를 들면, 다층 배선층(20)을 구성하는 층간 절연층(19)보다 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 것이 바람직하다.
개구부(21)에 고굴절률의 유기 재료를 매립하는 구성으로 함으로써, 도파로로부터 입사광이 굴절되어 양호한 효율로 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드(PD)에 광이 입사된다.
본 실시예에 있어서는, 주변 영역(13)의 금속 배선(3M)이, 차광막(18)으로 되어 있다. 차광막(18)이 형성되므로, 예를 들면, 옵티컬 블랙 영역(12)에 형성되는 포토다이오드(PD)에는 광이 입사되지 않기 때문에, 블랙 레벨을 출력할 수 있다.
제4 실시예에 의하면, 본래 개구부를 필요로 하지 않는 주변 영역(13)에도 더미 개구부(24)를 구성함으로써, 다층 배선층(20)에 있어서의 개구부의 소밀이 저감되므로, 평탄하게 매립 재료를 도포할 수 있고, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13) 사이의 단차를 저감할 수 있다.
또한, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 형성되는 개구부(21), 더미 개구부(24)의 개구 용량을 대략 같아지도록 구성할 때는, 매립 재료의 체적이 베이크 시에 있어서 줄어든 경우에도, 줄어드는 체적을, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)에서 동일하게 제어할 수 있다.
그러므로, 매립층(22)의 베이크 공정 후에 있어서도, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 경계 부분의 매립층(22) 표면에 있어서의 단차를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는, 유효 화소 영역(11)의 개구 작업을 2회로 나눔으로써, 유효 화소 영역(11)의 개구부(21)를 광학 특성에 유리한 형태로 할 수 있다. 본 예에 있어서는, 광 도파로의 광 입사구 부분을 테이퍼 형상으로 함으로써, 입사광이 입사하는 폭이 넓게 형성되어 있다. 그러므로, 도파로를 통하여 포토다이오드에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
유효 화소 영역(11)에 있어서, 제1 개구 부분(21a)이 테이퍼형으로 형성되므로, 제1 개구 부분(21a)의 측벽에 입사광이 반사해도, 포토다이오드(PD) 측에 반사하게 되어, 집광 효율 상으로부터도 유리하게 된다.
전술한 제4 실시예에 있어서, 1회째의 개구 공정에서 형성하는 테이퍼형의 제1 개구 부분(21a) 및 더미 개구부(24)를 렌즈 형상으로 할 수도 있다. 이 제1 개구 부분(21a)을 렌즈 형상으로 형성할 때는, 개구 폭이 넓어지는 것과 렌즈 작용이 조화되어, 포토다이오드(PD)로의 집광이 용이해진다.
또한, 유효 화소 영역(11)에 있어서, 2회의 가공에 의해 개구부(21)를 형성할 때는, 1회째의 개구에 있어서, 퓨필(pupil) 보정을 행할 수가 있다. 종래, 매립층(22)의 상층의 광 입사면에 형성되는 도시하지 않은 온칩 마이크로 렌즈는, 유효 화소 영역(11)의 중심 부분에 있어서 온칩 마이크로 렌즈의 광축 중심을 포토다이오드의 광축에 맞추어 유효 화소 영역(11)의 주변부를 향함에 따라 온칩 마이크로 렌즈의 중심 위치를 주광선의 방향에 맞추어 늦추는 퓨필 보정이 행해지고 있다. 즉, 온칩 마이크로 렌즈는, 유효 화소 영역(11)의 중심부로부터 주변부로 감에 따 라 렌즈 중심이 포토다이오드(PD)의 중심으로부터 유효 화소 영역(11)의 중심 측으로 어긋나도록 형성된다.
본 실시예와 같이, 2회의 개구 작업에 의해 개구부(21)를 형성하는 경우는, 예를 들면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 중앙으로부터 주변으로 이격됨에 따라 1회째에 개구되는 제1 개구 부분(21a)의 중심(31)이 온칩 마이크로렌즈의 광축 중심으로 되도록 포토다이오드(PD)로부터 어긋나 형성한다. 중앙부의 제1 개구 부분(21a)은, 그 중심이 포토다이오드(PD)의 중심에 합치하도록 형성된다.
2회째의 개구에 있어서는, 제2 개구 부분(21b)의 중심(30)이 포토다이오드(PD)의 광축에 맞추어지도록 한다. 이와 같이, 2회의 가공에 의해 개구부(21)를 형성함으로써, 1회째에 개구된 제1 개구 부분(21a)에서는, 온칩 마이크로 렌즈로 집광된 광은 완전히 모아진다. 그러므로, 효율적으로 입사광을 개구부(21)에 입사되도록 형성할 수 있다. 그리고, 유효 화소 영역(11)의 주변부에 있어서, 퓨필 보정된 마이크로 렌즈로 집광된 광을 효율적으로 포토다이오드에 입사할 수 있다.
또한, 주변 영역(13)의 다층 배선층(20)에 형성되는 더미 개구부(24)를 깊게 확보할 수 없는 경우는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(13)의 더미 개구부(24)를 유효 화소 영역(11)에 형성되는 개구부(21)보다 넓게 형성하면 된다. 이와 같이, 유효 화소 영역(11)의 더미 개구부(24)의 개구 패턴에 따르지 않고, 주변 영역(13)의 더미 개구부(24)의 개구 패턴을 최적화함으로써, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 경계 부분에 있어서의 매립층(22) 표면의 단차를 저감할 수 있다.
또한, 도 9에 나타낸 바와 같이, 주변 영역(14)의 측벽이 테이퍼 형상으로 된 더미 개구부(24)의 개구 패턴을, 광 간섭 효과를 가지도록 미세하게 형성하고, 또한 유효 화소 영역(11)의 개구부(21)보다 조밀하게 형성할 수도 있다. 이와 같이, 주변 영역(13)의 측벽이 테이퍼 형상으로 된 더미 개구부(24)의 개구 패턴을, 광 간섭 효과를 가지도록 형성함으로써, 경사진 광의 반사를 억제하여, 플레어(flares)의 원인으로 되는 차광막으로부터의 반사를 억제할 수 있다.
이와 같이, 2회의 개구 작업에 의해 개구부(21) 및 더미 개구부(24)를 형성함으로써, 유효 화소 영역(11) 및 주변 영역(13)의 개구부(21) 및 더미 개구부(24)의 형상을 바람직하게 변형시키는 것이 가능하다. 즉, 유효 화소 영역(11)의 개구 형상의 자유도가 증가하여, 집광이나 색혼합 특성, 쉐이딩을 개선할 수 있다.
도 1에 나타낸 고체 촬상 장치는, 제1 실시예~ 제4 실시예에서 나타낸 바와 같이, 개구부(21), 및 더미 개구부(24)가 매립층(22)에 의해 평탄하게 매립된 후, 패시베이션막, 컬러 필터, 온칩 마이크로 렌즈가 각각 적층되어 형성되는 것에 의해 완성된다.
그리고, 제1 실시예~ 제4 실시예에서 나타낸 고체 촬상 장치의 제조 방법을 이용하여 제조된 고체 촬상 장치(1)는, 유효 화소 영역(11)과 주변 영역(13)의 경계 영역에 있어서의 매립층(22)의 단차를 저감할 수 있으므로, 그 상부에 적층되어 형성되는 각 층에 영향을 주어 생길 수 있는 단차도 저감할 수 있다. 그러므로, 유효 화소 영역(11) 내에 단차가 어긋나 들어가지 않아, 고체 촬상 장치의 감도 불균일을 저감할 수 있다.
전술한 제1 실시예 ~ 제4 실시예에서 나타낸 고체 촬상 장치 및 그 제조 방 법은, 유효 화소 영역(11)의 포토다이오드 상에 광 도파로를 형성하는 경우에 대하여 나타냈으나, 본 발명은 광 도파로를 형성하기 위한 개구부(21)를 형성하는 공정에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배선층의 금속 배선을 Cu 배선으로 형성한 경우에, Cu 확산 방지막이 Cu 배선층마다 형성되는 경우가 있다. 이 Cu 확산 방지막이 유효 화소 영역의 포토다이오드 상의 광 입사측에 있으면, 굴절률의 변화 등에 의해, 포토다이오드에 입사되는 입사광의 광량이 저감되어 버린다.
그러므로, 종래, 유효 화소 영역의 포토다이오드 바로 위의 배선층에 개구함으로써, 유효 화소 영역의 포토다이오드 상부에 있는 Cu 확산 방지막을 제거하는 것이 행해지고 있다. 이와 같은 경우에도, 제1 실시예 ~ 제4 실시예에 나타낸 바와 같이, 주변 영역에도 더미 개구부를 형성함으로써, 그 후의 매립층의 성막 공정에 있어서, 유효 화소 영역과 주변 영역의 경계 영역에 있어서의 매립층 표면의 단차를 저감할 수 있다. 이 경우, 개구부에는 매립층으로서 절연 재료가 형성되지만, 절연 재료로서는, 제1 실시예~ 제4 실시예에 나타낸 바와 같이, 고굴절률의 유기 재료를 사용해도 된다.
그리고, 이상의 것과 같은 경우도, 제1 실시예~ 제4 실시예에서 나타낸 고체 촬상 장치의 제조 방법을 이용하여 제조된 고체 촬상 장치와 마찬가지로, 유효 화소 영역과 주변 영역의 경계 영역에 있어서의 단차를 저감할 수 있다. 그러므로, 그 위에 적층되는, 패시베이션막, 컬러 필터, 온칩 마이크로 렌즈도 평탄하게 형성할 수 있다. 그 결과, 고체 촬상 장치 표면에 생기는 단차가 유효 화소 영역 내에 어긋나 들어가지 않아, 감도 불균일의 저감이 도모된다.
본 실시예의 고체 촬상 장치로서, CMOS 이미지 센서를 예로 사용하여 설명하였으나, 본 발명은, 광전 변환부로 되는 포토다이오드의 바로 위에 광 도파로를 가지는 CCD 이미지 센서에도 적용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 유효 화소 영역(11)의 주변 영역(13)의 형태로서는, 유효 화소 영역(11)에 인접하는 옵티컬 블랙 영역(12)만의 경우, 옵티컬 블랙 영역(12)을 개재시키지 않고 유효 화소 영역(11)에 인접하는 주변 회로부(14)만의 경우, 또는 옵티컬 블랙 영역(12)과 주변 회로부(14)에 걸친 경우를 포함한다. 따라서, 더미 개구부(24)는, 옵티컬 블랙 영역(12)에만 형성하는 경우, 주변 회로부(14)에만 형성하는 경우, 또한 옵티컬 블랙 영역(12)과 주변 회로부(14)의 일부에 걸쳐서 형성하는 경우 등, 각종의 형태를 채용할 수 있다.
다음에, 도 10 및 도 11에, 본 발명의 카메라의 개략 구성을 나타낸다.
본 실시예의 카메라는, 전술한 제1 ~ 제4 실시예에 있어서 제조되는 고체 촬상 장치를 사용하는 것이며, 도 10은 고체 촬상 장치로서 CMOS 이미지 센서를 사용한 예이며, 도 11은 고체 촬상 장치로서 CCD 이미지 센서를 사용한 예이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 카메라(50)는, 광학계(51)와, 본 발명에 관한 CMOS 이미지 센서(52)와, 신호 처리 회로(53)를 가지고 이루어진다. 본 실시예의 카메라는, 광학계(51)와, CMOS 이미지 센서(52) 및 신호 처리 회로(53)가 모듈화된 카메라 모듈의 형태를 포함한다. 광학계(51)는, 피사체로부터의 상광(像光)(입사광)을 CMOS 이미지 센서(52)의 촬상면 상에 결상시킨다. 이로써, CMOS 이미지 센서(52)의 광전 변환부의 포토다이오드에 있어서, 입사광은 입사광량에 따라 신호 전하로 변환된다.
그리고, 그 신호 전하는 CMOS 이미지 센서(52)에 구성된 수직 구동 회로, 수평 구동 회로, 컬럼 신호 처리 회로, 이들을 제어하는 제어 회로에 의해, 출력된다. 그 출력된 출력 신호는, 신호 처리 회로(53)에 의해 각종의 신호 처리가 행해져 영상 신호로서, 출력된다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 카메라(40)는, 광학계(41)와, 본 발명에 관한 CCD 이미지 센서(42)와, CCD 구동 회로(43)와, 신호 처리 회로(44)를 가지고 이루어진다.
본 실시예의 카메라는, 광학계(41)와, CCD 이미지 센서(42)와, CCD 구동 회로(43)와, 신호 처리 회로(44)가 모듈화된 카메라 모듈의 형태를 포함한다.
광학계(41)는, 피사체로부터의 상체(像體)(입사광)를 CCD 이미지 센서(42)의 촬상면 상에 결상시킨다 이로써, CCD 이미지 센서(42)의 광전 변환부의 포토다이오드에 있어서, 입사광은, 입사광량에 따라 신호 전하로 변환된다. CCD 구동 회로(43)는, CCD 이미지 센서(42)로 수광된 신호 전하를 수직 전하 전송부에 판독한 후, 수직 전하 전송부 내를 전송하여 수평 전하 전송부에 전송하고, 또한 수평 전하 전송부 내를 전송시키기 위한 구동을 행한다. 신호 처리 회로(44)에 의해, CCD 이미지 센서(42)의 출력 신호는 각종의 신호 처리가 행해지고, 영상 신호로서, 출력된다.
이상과 같이, 도 10 및 도 11에 나타낸 카메라에는, 유효 화소 영역과 주변 영역과의 경계 영역의 단차가 저감된 고체 촬상 장치가 사용된다. 그러므로, 감도 불균일이 저감된 카메라로 된다.
본 발명은, 전술한 카메라(50, 40)를 내장하여 예를 들면, 카메라가 부착된 휴대 전화기 등의 전자 기기를 구성할 수 있다. 이 전자 기기에 있어서도, 내장된 카메라의 감도 불균일이 저감되어 신뢰성이 높은 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 관한 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.
도 2의 A, B, C는 본 발명의 제1 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 3의 A, B, C는 본 발명의 제2 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 4의 A, B, C는 본 발명의 제3 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 공정도이다.
도 5의 A, B는 본 발명의 제3 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 6의 A, B, C는 본 발명의 제4 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타내는 공정도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 관한 고체 촬상 장치의 제조 방법의 다른 예를 나타낸 개략 구성도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 관한 CMOS 이미지 센서를 사용한 전자 기기를 나타낸 개략 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 관한 CCD 이미지 센서를 사용한 전자 기기를 나타낸 개략 구성도이다.
도 12는 종래예의 고체 촬상 장치의 개략 구성도이다.
도 13의 A, B는 종래예의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 개략 구성도이다.
도 14의 A, B, C는 종래예의 고체 촬상 장치의 제조 방법을 나타낸 개략 구성도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1: 고체 촬상 장치
2: 촬상 화소
3: 촬상 영역
4: 수직 구동 회로
5: 컬럼 신호 처리 회로
6: 수평 구동 회로
7: 출력 회로
8: 제어 회로
9: 수직 신호선
10: 수평 신호선
11: 유효 화소 영역
12: 옵티컬 블랙 영역
13: 주변 영역
14: 주변 회로부
15: 비개구부
18: 차광막
19: 층간 절연층
20: 다층 배선층
21: 개구부
21a: 제1 개구 부분
21b: 제2 개구 부분
22: 매립층
24: 더미 개구부

Claims (17)

  1. 광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과,
    상기 유효 화소 영역의 주변 영역
    을 구비하고,
    상기 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층에 형성된 개구부와,
    상기 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와,
    상기 개구부 및 상기 더미 개구부에 매립된 매립층
    을 구비한 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 더미 개구부는 상기 주변 영역에 있어서의 복수개 화소를 가지는 옵티컬 블랙 영역 및/또는 주변 회로부에 형성되고, 상기 매립층에 절연 재료가 사용되는, 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매립층에는 상기 절연층보다 굴절률이 높은 유기 재료가 사용되는, 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유효 화소 영역의 절연층에 형성되는 개구부와, 상기 주변 영역의 절연층에 형성되는 개구부의 개구 용량이 대략 같은, 고체 촬상 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개구부의 개구 측의 측벽이 테이퍼 형상인, 고체 촬상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 주변 영역의 절연층에 형성되는 더미 개구부는, 광 간섭 효과를 가지도록 형성되는, 고체 촬상 장치.
  7. 광전 변환부를 가지는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과, 상기 유효 화소 영역의 주변 영역에 걸쳐 절연층을 형성하는 공정과,
    상기 유효 화소 영역의 광전 변환부 바로 위에 위치하는 절연층에 개구부를 형성하고, 상기 주변 영역의 절연층에 더미 개구부를 형성하는 공정과,
    상기 절연층에 형성된 상기 개구부 및 상기 더미 개구부를 매립하도록, 상기 절연층 상에 매립층을 형성하는 공정
    을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 더미 개구부를 상기 주변 영역에 있어서의 복수개 화소를 가지는 옵티컬 블랙 영역 및/또는 주변 회로부에 형성하고, 상기 매립층에 절연 재료를 사용하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 매립층에 상기 절연층보다 굴절률이 높은 유기 재료를 사용하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 유효 화소 영역의 상기 개구부와, 상기 주변 영역의 상기 더미 개구부를 개구 용량이 대략 동등하게 되도록 형성하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 개구부를 개구 측의 측벽이 테이퍼 형상을 가지도록 형성하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 주변 영역의 더미 개구부를 광 간섭 효과를 가지도록 형성하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 유효 화소 영역의 상기 개구부를 2회의 개구 작업에 의해 개구하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 1회째의 개구 작업과 상기 2회째의 개구 작업으로 형성하는 개구 부분은 각각 상이한 형상인, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 1회째의 개구 작업에 의한 개구 중심과, 상기 2회째의 개구 작업에 의한 개구 중심을 상이하게 하여, 퓨필(pupil) 보정되는 상기 개구부를 형성하는, 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  16. 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치의 광전 변환부에 입사광을 안내하는 광학계와,
    상기 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로
    를 구비하고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과,
    상기 유효 화소 영역의 주변 영역을 구비하는 동시에,
    상기 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층에 형성된 개구부와,
    상기 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와,
    상기 개구부 및 상기 더미 개구부에 매립된 매립층을 구비한, 카메라.
  17. 고체 촬상 장치와,
    상기 고체 촬상 장치의 광전 변환 소자에 입사광을 안내하는 광학계와,
    상기 고체 촬상 장치의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 카메라가 내장되고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    광전 변환 소자를 구비하는 화소가 복수개 배열된 유효 화소 영역과,
    상기 유효 화소 영역의 주변 영역을 구비하는 동시에,
    상기 유효 화소 영역에 있어서의 광전 변환 소자의 바로 위쪽의 절연층에 형성된 개구부와,
    상기 주변 영역의 상부의 절연층에 형성된 더미 개구부와,
    상기 개구부 및 상기 더미 개구부에 매립된 매립층을 구비한, 전자 기기.
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