KR20100007755A

KR20100007755A - 고체 촬상 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20100007755A
Application number: KR1020090062444A
Authority: KR
Inventors: 마사시 나까따; 하루히코 아지사와; 나오츠구 요시다; 야스히로 나카노; 주니치 후루카와; 요시노리 도우미야; 주니치로 후지마가리
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2010-01-22
Also published as: TW201003908A; US20100007779A1; KR101573079B1; US8189083B2; CN101626028B; JP5446484B2; JP2010041034A; CN101626028A; TWI406404B

Abstract

본 발명의 고체 촬상 장치는, 광전 변환부를 갖는 화소 영역과 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과, 배선을 포함하며 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성된 배선부와, 배선에 접속된 금속 패드와, 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막과, 도파로 재료층을 포함한다. 배선부와 패드 피복 절연막의 각각은 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 이러한 개구부들은 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 서로 연속된다. 도파로 재료층은, 도파로 개구부 내면 및 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된다. 패드 피복 절연막의 막 두께는 50㎚ 내지 250㎚로 형성되고, 패드 피복 절연막의 면은 개구부를 규정한다. 이 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다.

패시베이션막, 반도체 기판, 셰이딩, 패드 피복 절연막, 고체 촬상 장치, 금속 패드, 층간 절연막, 도파로 개구부

Description

고체 촬상 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND IMAGING APPARATUS}

본 발명은, 고체 촬상 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치에 관한 것이다.

종래의 고체 촬상 장치를 도 8의 개략적인 단면도를 참조하여 설명한다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 반도체 기판(111)에는 입사광을 신호 전하로 변환하는 광전 변환부(수광부)(112)가 형성되어 있다. 이 광전 변환부(112)는 반사 방지막, 평탄화막 등을 갖는 절연층(121)으로 피복되어 있다. 이 절연층(121)의 최상위층은 평탄화층일 수 있으며, 이 최상위층 상에는, 복수의 배선층과 배선층을 구성하는 배선들 사이의 공간과 배선층들 사이의 공간을 채우는 층간 절연막을 포함하는 배선부(131)가 형성되어 있다. 또한 배선부(131)의 배선(135)은 금속 패드(137)에 접속되어 있다. 이 금속 패드(137)는, 예를 들면 알루미늄이나 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.

금속 패드(137)는 배선부(131) 상의 패드 피복 절연막(141)으로 피복되어 있다.

광전 변환부(112) 위의 배선부(131) 및 패드 피복 절연막(141)에는 광 도파 로(151)가 형성되어 있다. 이 광 도파로(151)는, 배선부(131)의 층간 절연막들 내에 형성된 도파로 개구부(133) 내에 패시베이션막(143)을 개재하여 도파로 재료층(153)을 매립함으로써 형성된다.

또한, 광 도파로(151) 상에는 평탄화막(161)을 개재해서, 컬러 필터(171), 집광 렌즈(181)가 형성되어 있다. 이러한 구조는 예를 들어 일본 특허 출원번호 제2006-332421호에 제안되어 있다.

패드 피복 절연막(141)은, 프로세스 간이성 및 양산성을 고려하여, 300㎚ 내지 500㎚의 두께로 형성되어 있다.

패드 피복 절연막(141)은 금속 패드(137)를 피복함으로써, 도파로 개구부(133)를 에칭에 의해 개구할 때 금속 패드(137)가 에칭되는 것을 방지한다.

또한, 패드 피복 절연막(141)은, 금속 패드(137)가 도파로 개구부(133)를 형성하기 위한 에칭 마스크로서 사용되는 레지스트 층과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 레지스트가 금속 패드(137)와 접촉하면, 레지스트가 재생될 때, 금속 패드(137)가 변질될 수 있다. 특히, 금속 패드(137)가 알루미늄막 혹은 알루미늄 합금막인 경우, 변질될 가능성이 크다.

따라서, 패드 피복 절연막(141)을 제공하는 것이 바람직하다.

그러나, 패드 피복 절연막(141)은 전술한 바와 같이 큰 막 두께로 형성된다. 이에 따라 도파로 개구부(133)의 어스펙트비가 높아지고, 광 도파로(151)의 전체 길이를 신장하게 되어, 결국 광 도파로(151) 내에서의 광 손실을 증대시킨다.

또한, 도파로 개구부(133) 내의 도파로 재료층(153)의 매립성이 악화되어, 결국 도파로 재료층(153) 내부에 보이드(도시 생략)가 형성될 수 있다.

광 도파로(151)에 보이드가 발생하면 보이드에서 입사광이 산란되어 광전 변환부(112)에 도달하는 입사광량이 저하하여, 수광 감도가 저하한다는 문제가 발생한다.

또한, 광 도파로(151)의 길이가 신장함으로써, 경사광이 광전 변환부(112)에 도달하기 어려워진다. 결국, 시야각의 끝에서 감도가 떨어지게 되어, 셰이딩의 악화를 초래한다.

이에 따라, 패드 피복 절연막이 존재함으로 인해 짧은 광 도파로를 형성할 수 없기 때문에 감도가 저하되어 셰이딩이 악화되는 문제점을 해결하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서는, 층간 절연막 혹은 패드 피복 절연막의 두께, 및 광 도파로 개구부의 형상을 최적화하여 수광 감도의 향상, 셰이딩의 악화를 방지한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치는, 화소 영역과 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과, 배선을 포함하며 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성된 배선부와, 배선에 접속된 금속 패드와, 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막과, 도파로 재료층을 포함한다. 화소 영역은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는다. 배선부와 패드 피복 절연막의 각각은 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 이러한 개구부들은 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 서로 연속된다. 도파로 재료층은 도파로 개구부 내면 및 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된다. 패드 피복 절연막의 두께 범위는 50nm 내지 250nm이다. 개구부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다.

이 고체 촬상 장치에서는, 도파로 개구부가 형성되는 최상위층에 위치하는 패드 피복 절연막의 면에 의해 도파로 개구부의 개구측이 규정되고, 이 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다. 이에 따라, 패시베이션막이 도파로 개구부에서 오버행 형상(overhang)으로 되는 것이 방지된다. 따라서, 도파로 재료층은, 보이드 등의 발생이 없이 도파로 개구부를 양호하게 채울 수 있다. 또한, 셰이딩이 저감된다. 구체적으로, 도파로 개구부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면이 개구측을 향하여 넓어지도록 경사져 있으므로, 일반적으로 차단되던 경사광의 일부가 광전 변환부에 입사할 수 있다. 결국, 광전 변환부의 수광량이 증가하고, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 패드 피복 절연막의 막 두께를 50㎚ 내지 250㎚로 형성하므로, 종래의 패드 피복 절연막보다도 얇다. 이에 따라, 입사광이 광전 변환부에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있으므로, 감도를 향상시킬 수 있다.

게다가, 패드 피복 절연막의 두께 감소에 따라 광 도파로를 더 깊게 형성할 수 있다. 이에 따라, 광 도파로의 특성이 개선될 수 있고, 광전 변환부의 수광량이 증가할 수 있다. 결국, 감도가 높아질 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치는, 화소 영역과 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과, 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성된 배선부와, 최상위층의 층간 절연막 상에 배치되고 배선들 중 하나에 접속된 금속 패드와, 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막과, 도파로 재료층을 포함한다. 화소 영역은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는다. 배선부와 패드 피복 절연막의 각각은 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 이러한 개구부들은 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 서로 연속된다. 패드 피복 절연막은 도파로 개구부 내면 및 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된다. 최상위층의 층간 절연막은 상면에 금속 패드가 형성되어 있는 부분과 금속 패드를 갖지 않는 부분을 구비하고, 금속 패드를 갖지 않는 부분은 금속 패드 아래의 부분보다 얇은 두께를 갖는다. 개구부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다.

이 고체 촬상 장치에서는, 도파로 개구부가 형성되는 최상위층에 위치하는 패드 피복 절연막의 면에 의해 도파로 개구부의 개구측이 규정되고, 이 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다. 이에 따라, 패시베이션막이 도파로 개구부에서 오버행 형상으로 되는 것이 방지된다. 따라서, 도파로 재료층은 보이드 등의 발생이 없이 도파로 개구부를 양호하게 채울 수 있다. 또한, 셰이딩이 저감될 수 있다. 구체적으로, 도파로 개구부의 일부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면이 개구측을 향하여 넓어지도록 경사지므로, 일반적으로 차단되던 경사광의 일부가 광전 변환부에 입사할 수 있게 된다. 결국, 광전 변환부의 수광량이 증가되고, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 최상위층의 층간 절연막은 그 상면에 금속 패드가 형성되어 있는 부분과 금속 패드를 갖지 않는 부분을 구비하고, 금속 패드를 갖지 않는 부분은 금속 패드 아래의 부분보다 얇은 두께를 갖는다. 따라서, 도파로가 형성되는 영역의 층 간 절연막은 종래 기술에 따른 구조보다 얇게 형성할 수 있다. 이에 따라, 입사광의 광전 변환부에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있고, 결국 감도를 향상시킬 수 있다.

다른 방안으로, 광 도파로는 패드 피복 절연막의 두께 감소에 따라 보다 깊게 형성될 수 있다. 이에 따라, 광 도파로의 특성이 개선될 수 있고, 광전 변환부가 수광할 수 있는 광량이 증가할 수 있다. 결국, 감도가 높아질 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치는, 화소 영역과 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과, 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성된 배선부와, 최상위층의 층간 절연막 상에 배치되고 배선들 중 하나에 접속된 금속 패드와, 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막과, 도파로 재료층을 포함한다. 화소 영역은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는다. 배선부와 패드 피복 절연막의 각각은 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 이러한 개구부들은 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 서로 연속된다. 도파로 재료층은 도파로 개구부 내면 및 패드 피복 절연막 상에 패시베이션막을 개재하여 형성된다. 최상위층의 층간 절연막은 금속 패드 아래에만 존재한다. 개구부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다.

이 고체 촬상 장치에서는, 도파로 개구부가 형성되는 최상위층에 위치하는 패드 피복 절연막의 면에 의해 도파로 개구부의 개구측이 규정되고, 이 면은 도파 로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다. 이에 따라, 패시베이션막이 도파로 개구부에서 오버행 형상으로 되는 것이 방지된다. 따라서, 도파로 재료층은, 보이드 등의 발생이 없이 도파로 개구부를 양호하게 채울 수 있다. 또한, 셰이딩이 저감될 수 있다. 구체적으로, 도파로 개구부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면이 개구측을 향하여 넓어지도록 경사져 있으므로, 일반적으로 차단되던 경사광의 일부가 광전 변환부에 입사할 수 있다. 결국, 광전 변환부의 수광량이 증가하고, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 최상위층의 층간 절연막은, 금속 패드 아래에만 형성되어 있으므로, 도파로 개구부가 형성되는 영역의 층간 절연막은 종래 기술에 따른 구조보다 얇게 형성될 수 있다. 이에 따라, 입사광의 광전 변환부에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있으므로, 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법은, 반도체 기판에, 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과, 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 형성하는 단계와, 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 배선부를 형성하는 단계 - 배선부는 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함함 - 와, 배선부의 최상위층의 층간 절연막 상에 복수의 배선 중 하나에 접속되는 금속 패드를 형성하는 단계와, 배선부 상에 금속 패드를 피복 하는 패드 피복 절연막을 형성하는 단계와, 패드 피복 절연막의 개구부가 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 면을 갖도록, 광전 변환부 위의 층간 절연막과 패드 피복 절연막에 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 형성하는 단계를 포함한다. 금속 패드를 형성하는 단계는, 최상위층의 층간 절연막 아래의 배선들 중 하나와 도통하도록 최상위층의 층간 절연막 내에 접속 홀(connection hole)을 형성하는 단계와, 접속 홀을 채우도록 최상위층의 층간 절연막 상에 금속계 도전층을 형성하는 단계와, 도전층을 패터닝하여 접속 홀 내에 플러그를 형성하고 플러그에 접속되는 금속 패드를 형성하는 단계와, 금속 패드 주위의 최상위층의 층간 절연막의 두께를 줄이도록 최상위층의 층간 절연막을 에칭하거나 금속 패드 주위의 최상위층의 층간 절연막을 제거하여, 금속 패드 아래의 최상위층의 층간 절연막의 일부를 남겨 두는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법에서 도파로 개구부가 형성될 때, 도파로 개구부의 일부를 규정하는 패드 피복 절연막의 면은 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다. 따라서, 패시베이션막이 도파로 개구부에서 오버행 형상으로 되는 것이 방지된다. 결국, 보이드 등의 발생이 없이 도파로 재료층이 도파로 개구부를 양호하게 채울 수 있다. 또한, 패드 피복 절연막의 도파로 개구부의 면이 개구측을 향해서 넓어지도록 경사지므로, 일반적으로 차단되던 경사광의 일부가 광전 변환부에 입사할 수 있게 된다. 따라서, 셰이딩이 억제됨과 함께 광전 변환부의 수광량이 증가되고, 이에 따라 감도가 향상된다.

최상위층의 층간 절연막은, 금속 패드 주위의 최상위층의 층간 절연막의 두 께를 줄이거나 금속 패드 주위의 최상위층의 층간 절연막을 실질적으로 전부 제거하도록 에칭된다. 따라서, 입사광의 광전 변환부에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있고, 결국, 감도를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촬상 장치는, 입사광을 집광하는 집광 광학부와, 집광 광학부에서 집광한 광을 수광하여 신호로 광전 변환하는 고체 촬상 장치를 포함하는 촬상부와, 촬상부에서 광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함한다. 이 고체 촬상 장치는, 화소 영역과 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과, 배선을 포함하며 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성된 배선부와, 배선에 접속된 금속 패드와, 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막과, 도파로 재료층을 포함한다. 화소 영역은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는다. 배선부와 패드 피복 절연막의 각각은 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 이러한 개구부들은 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 서로 연속된다. 도파로 재료층은 도파로 개구부 내면 및 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된다. 패드 피복 절연막의 두께 범위는 50nm 내지 250nm이고, 패드 피복 절연막의 면은 개구부를 규정한다. 이 면은 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진다.

이러한 촬상 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 이용하므 로, 각 화소의 광전 변환부의 감도가 높아지고, 셰이딩이 개선된다.

본 발명의 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환부의 수광량이 증가된다. 이에 따라, 감도를 향상시킬 수 있으며, 셰이딩을 개선할 수 있다고 하는 이점이 있다.

본 발명의 촬상 장치는, 본원 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 이용하므로, 각 화소의 광전 변환부의 감도가 충분히 확보된다. 결국, 화소 특성, 예를 들면 감도가 향상될 수 있다는 이점이 있다. 또한, 셰이딩이 개선되므로, 화소 주위의 해상도가 증가한다. 따라서, 화질이 향상될 수 있다.

이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 실시예라고 함)에 대해서 설명한다.

제1 실시예

고체 촬상 장치

본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치를, 도 1의 개략적인 단면도를 참조하여 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)은 화소 영역(12)과 화소 영역(12) 주변의 주변 회로 영역(13)을 구비한다. 화소 영역(12)은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부(21)를 갖는다.

이 광전 변환부(21)에 더하여, 화소 영역(12)은, 광전 변환부(21)로부터 판독한 신호 전하를 전압으로 변환하는 화소 트랜지스터부(22)와, 광전 변환부(21)와 화소 트랜지스터부(22)를 분리하는 제1 분리부(14)를 포함한다. 제1 분리부(14)는 STI(Shallow Trench Isolation) 구조를 갖고, 반도체 기판(11)의 표면으로부터 돌출되어 있다.

또한, 주변 회로 영역(13)의 반도체 기판(11)에는, STI 구조의 제2 분리부(15)가 형성되어 있다.

제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분보다 얕게 형성되어 있다. 예를 들면, 제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 50㎚ 내지 160㎚로 형성되어 있다. 또한, 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 예를 들면 200㎚ 내지 300㎚로 형성되어 있다.

화소 영역(12)의 제1 분리부(14)의 매립된 부분의 깊이를 줄임으로써, STI 구조의 에칭 데미지나 STI에 대한 막 응력을 저감할 수 있다. 이러한 범위 내에 매립 부분의 깊이를 설정함으로써, 화소 영역(12)의 촬상 특성에서 중요한 백점(white spot) 및 암 전류(dark current)를 저감할 수 있다.

또한, 주변 회로 영역(13)의 제2 분리부(15)를 제1 분리부(14)보다 깊게 매립함으로써, 분리 내압(isolation withstand voltage)을 향상시킬 수 있다. 주변 회로 영역(13)에 대한 중요 인자들 중 하나는 고속 동작이다. 매립 부분의 깊이를 증가시킴으로써, 배선의 기생 용량이 저감되어, 소자의 고속화를 실현할 수 있다.

따라서, STI 구조의 깊이는 화소 영역(12)과 주변 회로 영역(13) 사이에서 가변될 수 있어서 고성능의 고체 촬상 장치(1)(1A)를 실현할 수 있다.

반도체 기판(11)은, 예를 들어, 반사 방지막, 평탄화막 등을 갖는 절연 막(31)으로 피복된다. 이 절연막(31)의 최상위층은, 예를 들면 평탄화막으로 형성될 수 있고, 이러한 최상위층 상에는 배선부(41)가 형성된다. 배선부(41)는, 복수의 배선(42, 43, 44), 및 배선 층간, 배선간을 매립하는 복수층의 층간 절연막(45, 46, 47, 48)을 포함한다. 배선부(41)의 배선(44)에는 금속 패드(49)가 접속되어 있다. 이 금속 패드(49)는, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있다.

금속 패드(49)는 배선부(41) 상에서 패드 피복 절연막(51)으로 피복된다. 이 패드 피복 절연막(51)은, 예를 들면 산화 실리콘막으로 형성되어 있다. 다른 방안으로, 패드 피복 절연막(51)은, 산화 실리콘막, 산질화 실리콘막, 질화 실리콘막 중 적어도 2개의 층을 포함하는 적층막이어도 된다.

광전 변환부(21) 상의 층간 절연막(45, 46, 47, 48)과 패드 피복 절연막(51)에는, 도파로 개구부(53)가 형성되어 있다.

도파로 개구부(53) 내면 및 패드 피복 절연막(51) 상에는, 패시베이션막(55)을 개재해서 형성된 도파로 재료층(57)이 형성되어 있다.

패드 피복 절연막(51)은, 50㎚ 내지 250㎚의 막 두께로 형성되어 있고, 패드 피복 절연막(51)의 도파로 개구부(53)의 면(S)이 개구측을 향해서 넓어지도록 경사진다.

따라서, 도파로 개구부(53) 내에 패시베이션막(55)을 개재해서 도파로 재료층(57)이 매립되어 되는 광 도파로(59)가 형성된다.

또한, 광 도파로(59) 상에는 평탄화막(61)을 개재해서, 컬러 필터(71), 집광 렌즈(81)가 형성되어 있다. 또한, 금속 패드(49) 상에는 개구부(63)가 형성되어 있다.

다음으로, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께에 대해서 설명한다. 패드 피복 절연막(51)은, 예를 들어, 수광 감도, 셰이딩 특성을 고려해서, 50㎚ 내지 250㎚의 두께로 형성되어 있다.

패드 피복 절연막(51)의 막 두께는 이하와 같이 결정된다.

전술한 바와 같이, 도파로 개구부(53)의 상부의 패드 피복 절연막(51)은, 도파로 개구부(53)의 면(S)이 개구측을 향해서 넓어지는 경사면으로 형성되어 있다.

이러한 경사면은, 도파로 개구부를 도파로 재료로 충분히 채우는 데 중요하다. 패드 피복 절연막(51)의 막 두께가 50㎚보다 적은 경우, 패드 피복 절연막(51)을 에칭하여 경사면을 형성하는 것이 어렵게 된다.

패드 피복 절연막(51)의 막 두께가 적어도 50㎚이면 도파로 개구부(53)를 형성하기 위한 에칭으로부터 금속 패드(49)를 충분히 보호할 수 있다. 또한, 패드 피복 절연막(51)의 이러한 두께에 의해, 금속 패드(49)를 레지스트 재생으로부터 보호할 수 있다. 특히, 성막의 특성상, 패드 피복 절연막(51)은, 금속 패드(49)의 측면 상에서의 성막이 다른 영역보다 얇게 되는 경향이 있다.

따라서, 패드 피복 절연막(51)의 두께는 50nm 이상으로 설정된다.

금속 패드(49) 상에 패시베이션막(55)을 직접 성막하면, 보이드가 발생할 염려가 있다. 예를 들면, 250㎚의 간격으로 형성된 500㎚ 두께의 금속 패드(49)들 사이의 공간들은 높은 어스펙트비를 가질 수 있다. 패시베이션막(55)을 이러한 금 속 패드 상에 직접 부착하게 되면, 불필요한 보이드가 발생할 수 있다.

이에 따라, 패드 피복 절연막(51)은, 패시베이션막(55)과 금속 패드(49) 사이의 패시베이션막(55)의 재료보다 매립성이 좋은 재료로 형성되고, 이에 따라 금속 패드(49) 측부의 어스펙트비를 작게 한다. 따라서, 보이드의 발생을 억제해서 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

패드 피복 절연막(51)의 막 두께는, 광전 변환부(21)의 감도 향상, 셰이딩의 억제라는 점에서는, 가능한 얇은 것이 바람직하다. 그러나, 패드 피복 절연막(51)은, 전술한 바와 같이 중요한 기능을 갖는다.

이에 따라, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께는, 250㎚이라는 상한값으로 설정된다. 이러한 두께를 갖는 패드 피복 절연막은 광전 변환부(21)의 감도를 향상시키고 셰이딩을 저감시킬 수 있는 것으로 예상된다.

고체 촬상 장치(1)(1A)에서는, 패드 피복 절연막(51)에 형성된 도파로 개구부(53)의 면(S)이, 개구측을 향해서 넓어지는 경사면으로 형성되어 있다. 이에 따라, 패시베이션막(55)이 도파로 개구부(53)에서 오버행 형상으로 되는 것이 방지된다.

따라서, 도파로 재료층(57)은, 보이드 등의 발생이 없이 도파로 개구부(53)를 양호하게 채울 수 있다.

또한, 셰이딩이 저감될 수 있다. 구체적으로, 패드 피복 절연막(51)에 형성된 도파로 개구부(53)의 면(S)이, 개구측을 향해서 넓어지는 경사면으로 형성되어 있기 때문에, 일반적으로 차단되던 경사광이 광전 변환부(21)에 부분적으로 입사할 수 있게 된다.

결국, 광전 변환부(21)의 수광량이 증가하고, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 50㎚ 내지 250㎚로 형성하기 때문에, 종래 기술에 따른 패드 피복 절연막보다 얇게 형성할 수 있다.

이에 따라, 입사광이 광전 변환부(21)에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있고, 결국, 감도를 향상시킬 수 있다.

다른 방안으로, 패드 피복 절연막(51)의 두께 감소에 따라 광 도파로(59)를 보다 깊게 형성할 수 있다.

이에 따라, 광 도파로의 특성이 개선되고, 광전 변환부(21)의 수광량이 증가된다. 결국, 감도가 향상될 수 있다.

게다가, 패드 피복 절연막(51)이 형성되어 있음으로써, 도파로 개구부(53)를 개구할 때 이용하는 에칭 마스크로서 기능하는 레지스트 막을 얇게 형성할 수 있다. 예를 들면 레지스트 막의 두께를 1.5㎛ 이하로 형성할 수 있게 된다.

이에 의해, 노광 마진이 향상될 수 있다.

또한, 도파로 개구부(53)를 개구할 때의 에칭 시에는, 레지스트와 패드 피복 절연막(51)에 의해 금속 패드(49)가 보호되므로, 금속 패드(49)가 에칭되거나, 변질되는 일이 없다.

따라서, 금속 패드(49)의 신뢰성을 유지할 수 있다.

화소 영역(12)의 제1 분리부(14)는, 반도체 기판(11)의 표면으로부터 돌출한 상태로 형성되어 있다. 이 때문에, 그 상부에 형성되는 반사 방지막, 평탄화막 등 을 갖는 절연막(31)의 표면에 단차(bump)가 발생하게 된다. 이 단차는, 예를 들면 CMP에 의해 평탄화되더라도 수십 ㎚ 정도로 남을 수 있다.

남아있는 단차는 그 상부의 배선부(41)에도 영향을 주게 된다.

결국, 도파로 개구부(53)를 형성하는 것이 어려워진다. 일반적으로, 단차의 높이가 증가할수록 리소그래피 및 에칭이 어려워진다. 따라서, 미세한 개구부를 형성하는 것이 곤란하게 된다.

이에 따라, 제1 분리부(14)의 하부를 반도체 기판(11) 내부에 매립하여 반도체 기판(11) 표면으로부터의 제1 분리부(14)의 돌출량을 낮게 한다. 예를 들면 돌출 높이를 40㎚ 이하로 억제함으로써, 단차의 영향을 최소한으로 할 수 있다.

즉, 절연막(31) 표면의 평탄성이 향상된다.

이와 같이, 평탄성이 향상된 절연막(31) 표면에 패드 피복 절연막(51)을 형성함으로써, 도파로 개구부(53)의 어스펙트비를 더욱 작게 할 수 있으므로, 고체 촬상 장치(1)의 감도가 더욱 향상될 수 있다.

제1 분리부(14)의 돌출량이 전술한 값보다 큰 경우에도, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 얇게 함으로써, 도파로 개구부(53)가 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 도파로 개구부(53)를 채우기 위한 마진을 높일 수 있다.

고체 촬상 장치(1)(1A)를 이용해서, 촬상 특성으로서, 감도와 셰이딩을 조사하였다. 그 결과가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 도 2에서는, 종축에 감도를 나타내고, 횡축에 광전 변환 효율을 나타냈다. 도 3에서는, 종축에 셰이딩의 변동을 나타내고, 횡축에 셰이딩 강도를 나타냈다. 이 셰이딩 강도는, 시야각의 중심 에 비해, 감도가 얼마만큼 저하하고 있는 부분이 있는지를 나타내는 것이다. 이 셰이딩 강도가 높으면, 화소 주위의 감도가 저하된다.

도 2 및 도 3에 대한 고체 촬상 장치(1)(1A)는, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께가 50㎚ 내지 250㎚인 것이다. 종래 기술에 따른 고체 촬상 장치도 비교 예로서 조사하였다. 비교 예의 고체 촬상 장치는 300nm 내지 500nm 두께의 패드 피복 절연막(51)을 포함하였다.

도 2는, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 얇게 한 본 발명의 고체 촬상 장치의 감도가 종래의 고체 촬상 장치의 감도보다 약 2% 향상된 것을 도시한다.

도 3은, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 얇게 한 본 발명의 고체 촬상 장치의 셰이딩 특성이 종래의 고체 촬상 장치의 셰이딩 특성보다 약 3% 개선된 것을 도시한다.

고체 촬상 장치(1)(1A)에서는, 광전 변환부(21)의 수광량이 증가되므로, 감도를 향상시킬 수 있으며, 또한 셰이딩을 개선할 수 있다.

제2 실시예

고체 촬상 장치

이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 도 4에 도시한 개략적인 단면도를 참조하여 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)은, 화소 영역(12)과 화소 영역 주변에 형성된 주변 회로 영역(13)을 구비한다. 화소 영역(12)은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부(21)를 갖는다.

광전 변환부(21)에 더하여, 화소 영역(12)은, 광전 변환부(21)로부터 판독한 신호 전하를 전압으로 변환하는 화소 트랜지스터부(22)와, 광전 변환부(21)와 화소 트랜지스터부(22)를 분리하는 제1 분리부(14)를 포함한다. 이 제1 분리부(14)는 STI 구조를 갖고, 반도체 기판(11) 표면보다 돌출해서 형성되어 있다.

제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분보다 얕게 형성되어 있다. 예를 들면, 제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은 50㎚ 내지 160㎚로 형성되어 있다. 또한 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 예를 들면 200㎚ 내지 300㎚로 형성되어 있다.

화소 영역(12)의 제1 분리부(14)의 매립 부분의 깊이를 줄임으로써, STI 구조에 대한 에칭 데미지나 STI 상의 막 응력을 저감할 수 있다. 이러한 범위로 매립 부분의 깊이를 설정함으로써, 화소 영역(12)의 촬상 특성에서 중요한 백점 및 암 전류를 저감할 수 있다.

또한, 주변 회로 영역(13)의 제2 분리부(15)를 제1 분리부(14)보다 깊게 매립함으로써, 분리 내압을 향상시킬 수 있다. 주변 회로 영역(13)에 대한 중요 인자들 중 하나는 고속 동작이다. 매립 부분의 깊이를 증가시킴으로써, 배선의 기생 용량이 저감되어, 소자의 고속화를 도모할 수 있다.

따라서, 화소 영역(12)과 주변 회로 영역(13)에서 STI의 깊이를 변화시킴으 로써 고성능의 고체 촬상 장치(1)(1B)를 실현하는 것이 가능하게 된다.

반도체 기판(11)은 반사 방지막, 평탄화막 등을 갖는 절연막(31)으로 피복되어 있다. 이 절연막(31)의 최상위층은 예를 들면 평탄화막일 수 있고, 배선부(41)가 그 최상위층 상에 형성된다. 배선부(41)는, 배선(42, 43, 44)과, 배선층들 사이의 공간과 배선들 사이의 공간을 채우는 층간 절연막들(45, 46, 47)에 의해 각각 규정되는 복수의 배선층을 포함한다. 금속 패드(49)는, 층간 절연막들(45, 46, 47) 중 최상위층의 층간 절연막(48) 상에 형성되고, 배선부(41)의 배선(44)에 접속되어 있다. 이 금속 패드(49)는, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 형성되어 있고, 그 막 두께는, 예를 들면 600㎚ 내지 1120㎚로 되어 있으며, 보다 바람직하게는 600㎚ 내지 650㎚로 되어 있다.

금속 패드(49)의 금속층이 금속 패드만을 위한 것이라면, 금속 패드(49)를 예를 들어 보다 더 큰 두께인 1120nm로 형성하는 것이 유익하다.

그러나, 본 실시예에서, 금속 패드(49)의 금속층은 배선층으로도 기능한다. 두께가 증가할수록 본딩 내성이 증가하므로, 금속 패드(49)를 600nm 이상의 두께로 형성할 수 있다. 반면에, 색 필터와 같은 기타 층들을 평평하지 않게 형성할 수 있는 단차 높이를 줄인다는 관점에서 볼 때, 금속 패드(49)를 650nm 이하의 두께로 형성하는 것이 유익하다.

금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 부분의 두께(d2)는 금속 패드(49) 아래에 있는 층간 절연막(48)의 부분의 두께(d1)보다 작다.

예를 들면, 금속 패드(49)가 형성되어 있는 영역 아래의 최상위층의 층간 절 연막(48)의 막 두께(d1)는, 예를 들면 550㎚ 내지 600㎚이다. 금속 패드(49)가 형성되어 있지 않은 영역의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께(d2)는, 350㎚ 이하로 되어 있다. 다른 방안으로, 금속 패드(49)가 형성되어 있지 않은 영역의 최상위층의 층간 절연막(48)은 형성되지 않아도 된다.

금속 패드(49)가 형성되어 있는 영역 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께(d1)에 대하여 검토한 결과를 설명한다. 예를 들면, 금속 패드(49)와 접촉하는 바늘을 이용하여 내구성 테스트를 반복적으로 수행하였다. 금속 패드(49)가 형성되어 있는 영역 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부의 두께(d1)가 350㎚인 경우, 450㎚ 또는 550㎚의 경우와 비교해서, 내구성이 반감되었다. 한편, 층간 절연막의 막 두께(d1)가 450㎚ 및 550㎚인 경우에는, 동등한 내구성이 얻어졌다.

막 두께(d1)가 450㎚, 550㎚인 최상위층의 층간 절연막(48)의 구조 해석을 행한 결과, 층간 절연막(48)에서의 크랙은 발생하지 않았다. 그러나, 450㎚의 막 두께(d1)를 갖는 동일한 샘플에서는 누설 전류가 발생되는 것을 관찰하였다.

이러한 결과로부터, 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께(d1)가 550㎚ 이상이면 되는 것을 알았다. 그러나, 막 두께(d1)를 지나치게 두껍게 하면, 금속 패드(49)를 피복하는 막의 커버리지가 악화될 수 있다. 이에 따라, 막 두께(d1)의 상한은 1120㎚이다. 그러나, 이러한 두께(d1)의 상한값은 금속 패드(49)의 막 두께에 의해 가변될 수 있다. 구체적으로, 금속 패드(49)를 후술하는 패드 피복 절연막(51)과 패시베이션막(55)으로 피복할 수 있도록, 금속 패 드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께(d1)의 상한을 결정한다.

배선부(41) 상에는 금속 패드(49)를 피복하는 패드 피복 절연막(51)이 형성되어 있다. 이 패드 피복 절연막(51)은, 예를 들면 산화 실리콘막으로 형성되어 있다. 다른 방안으로, 패드 피복 절연막(51)은, 산화 실리콘막, 산질화 실리콘막, 질화 실리콘막 중 적어도 2층을 포함하는 적층막이어도 된다.

광전 변환부(21) 위의 층간 절연막(45, 46, 47, 48)과 패드 피복 절연막(51)에는, 도파로 개구부(53)가 형성되어 있다.

도파로 개구부(53) 내면 및 패드 피복 절연막(51) 상에는, 패시베이션막(55)을 개재하여 도파로 재료층(57)이 형성되어 있다.

패드 피복 절연막(51)은, 50㎚ 내지 250㎚의 두께로 형성되어 있고, 패드 피복 절연막(51)의 도파로 개구부(53)의 면(S)이 개구측을 향해서 넓어지는 경사면으로 형성되어 있다.

이처럼, 광 도파로(59)는, 도파로 개구부(53) 내에 패시베이션막(55)을 개재해서 도파로 재료층(57)을 매립함으로써 형성된다.

패드 피복 절연막(51)의 막 두께는, 전술한 바와 같이, 수광 감도, 셰이딩 특성 등을 고려해서, 50㎚ 내지 250㎚의 두께로 형성되어 있다.

제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치(1)(1B)에서는, 제1 실시예에 따른 고체 촬상 장치(1)(1A)와 마찬가지로, 패드 피복 절연막(51)에 형성된 도파로 개구부(53)의 면(S)이 개구측을 향해서 넓어지는 경사면으로 형성되어 있다. 이에 따라, 패시베이션막(55)이 도파로 개구부(53)에서 오버행 형상으로 되는 것이 억제된다.

따라서, 도파로 재료층(57)은, 보이드 등의 발생 없이 도파로 개구부(53)를 양호하게 채울 수 있다.

결국, 광전 변환부(21)의 수광량이 증가되므로, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 금속 패드(49)가 형성되어 있는 영역 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께보다, 금속 패드(49)가 형성되어 있지 않은 영역의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께가 얇게 형성되어 있으므로, 종래 기술의 층간 절연막보다 얇게 할 수 있다.

다른 방안으로, 최상위층의 층간 절연막(48)은, 금속 패드(49) 아래에만 형성될 수 있다. 이 경우, 도파로 개구부(53)가 형성되는 영역의 층간 절연막들의 전체 두께가 종래 기술에 따른 전체 두께보다 작을 수 있다. 이에 따라, 입사광의 광전 변환부(21)에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있으므로, 감도를 향상시킬 수 있다.

전술한 방안들에 의해, 입사광이 광전 변환부(21)에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있으므로, 감도를 향상시킬 수 있다.

광 도파로(59)는, 광 도파로(59)가 형성되는 최상위층의 층간 절연막(48)이나 패드 피복 절연막(51)의 두께 감소에 따라 형성될 수 있다.

이에 따라, 광 도파로의 특성이 개선되고, 광전 변환부(21)의 수광량이 증가되므로, 감도가 향상된다.

또한, 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)은, 550㎚ 이상의 두께(d1)를 갖고 있으므로, 금속 패드(49) 상에 형성되는 본딩 와이어(도시 생략)에 대하여 충분한 본딩 내성을 갖는다. 따라서, 누설 전류가 발생하지 않는다.

게다가, 패드 피복 절연막(51)이 형성되어 있음으로써, 도파로 개구부(53)를 형성하기 위한 에칭 마스크로서 기능하는 레지스트 막을 얇게 형성할 수 있다. 예를 들면, 레지스트 막의 두께를 1.5㎛ 이하로 억제하는 것이 가능하게 된다.

이에 의해, 노광 마진이 향상된다.

또한, 도파로 개구부(53)를 형성하기 위한 에칭으로부터 금속 패드(49)가 레지스트와 패드 피복 절연막(51)에 의해 보호되고 있으므로, 금속 패드(49)가 에칭되거나 변질되는 일이 없다.

따라서, 금속 패드(49)의 신뢰성이 유지된다.

제1 분리부(14)의 하부를 반도체 기판(11) 내에 매립하여 반도체 기판(11) 표면으로부터의 제1 분리부(14)의 돌출량을 낮게 할 수 있다. 예를 들면, 돌출의 높이를 40㎚ 이하로 억제함으로써, 단차의 부적저 영향을 최소화할 수 있다.

즉, 절연막(31) 표면의 평탄성이 향상된다.

평탄성이 향상된 절연막(31)의 표면에 패드 피복 절연막(51)이나 최상위층의 층간 절연막(48)을 형성함으로써, 도파로 개구부(53)의 어스펙트비를 더욱 작게 할 수 있고, 결국, 최종 고체 촬상 장치(1)(1B)의 감도를 더 향상시킬 수 있다.

제1 분리부(14)의 돌출량이 전술한 값보다 큰 경우에도, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 얇게 함으로써, 도파로 개구부(53)를 쉽게 형성할 수 있다. 따라서, 도파로 개구부(53)를 매립하기 위한 마진을 높일 수 있다.

제2 실시예에 따른 고체 촬상 장치(1B)에서는, 패드 피복 절연막(51)을 종래와 동등한 막 두께로 형성하는 한편, 금속 패드(49)가 형성되어 있는 영역의 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께보다 금속 패드(49)가 형성되어 있지 않은 영역의 막 두께를 얇게 형성해도 된다. 이 구조에서의 수광 감도는 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 50㎚ 내지 250㎚로 형성한 경우보다 크지는 않지만, 종래 기술의 경우보다는 향상될 수 있다.

제3 실시예

고체 촬상 장치의 제조 방법

이하에서는 제 3실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도 5 및 도 6에 도시한 개략적인 단면도에 참조하여 설명한다.

도 5에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(11)에, 화소 영역(13)과 화소 영 역(13) 주변의 주변 회로 영역(13)을 형성한다. 화소 영역(13)은 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부(21)를 구비한다.

광전 변환부(21)에 더하여, 화소 영역(12)에는, 광전 변환부(21)로부터 판독한 신호 전하를 전압으로 변환하는 화소 트랜지스터부(22)와, 광전 변환부(21)와 화소 트랜지스터부(22)를 분리하는 제1 분리부(14)가 제공된다. 이 제1 분리부(14)는 STI 구조를 갖고, 예를 들어, 반도체 기판(11)의 표면으로부터 돌출된다.

또한, 주변 회로 영역(13)의 반도체 기판(11)에는, STI 구조의 제2 분리부(15)를 형성한다.

제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분보다 얕게 형성된다. 예를 들면, 제1 분리부(14)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 50㎚ 내지 160㎚로 형성된다. 또한, 제2 분리부(15)의 반도체 기판(11) 내에 매립된 부분은, 예를 들면 200㎚ 내지 300㎚로 형성된다.

화소 영역(12) 내의 제1 분리부(14)의 매립 깊이를 줄임으로써, STI에 대한 에칭 데미지나 STI 상의 막 응력을 저감할 수 있다. 전술한 범위로 매립 깊이를 설정함으로써, 화소 영역(12)의 촬상 특성에서 중요한 백점 및 암 전류를 저감할 수 있다.

화소 영역(12)과 주변 회로 영역(13) 사이의 STI 구조의 깊이를 가변함으로써, 고성능의 고체 촬상 장치(1)(1B)를 실현하는 것이 가능하게 된다.

반도체 기판(11)은, 반사 방지막, 평탄화막 등을 갖는 절연막(31)으로 피복된다. 이 절연막(31)의 최상위층은, 예를 들면 평탄화막으로 형성되고, 배선부(41)가 그 최상위층 상에 형성된다. 배선부(41)는, 배선(42, 43, 44)과, 배선층들 사이의 공간과 배선들 사이의 공간을 채우는 층간 절연막들(45, 46, 47, 48)에 의해 각각 규정되는 복수의 배선층을 포함한다.

예를 들면, 층간 절연막들(45 내지 48)은, 예를 들면 산화 실리콘막으로 형성되고, 최상위층의 층간 절연막(48)은, 예를 들면 550㎚ 내지 1120㎚의 막 두께로 형성되고, 보다 바람직하게는 550nm 내지 650nm로 형성된다. 최상위층의 층간 절연막(48)의 이러한 두께 범위는, 전술한 바와 같이, 층간 절연막(48)에 충분한 내성을 주도록 설정된다.

금속 패드(49)의 금속층이 금속 패드만을 위한 것이라면, 금속 패드(49)를 예를 들어 1120nm의 보다 큰 두께로 형성하는 것이 유익하다.

그러나, 본 실시예에서, 금속 패드(49)의 금속층은 배선층으로도 기능한다. 두께가 증가할수록 본딩 내성이 증가하므로, 금속 패드(49)는 600nm 이상의 두께로 형성될 수 있다. 반면에, 컬러 필터와 같은 다른 층들을 평평하지 않게 형성할 수 있는 단차 높이를 줄인다는 관점에서 볼 때, 금속 패드(49)를 650nm 이하의 두께로 형성하는 것이 유익하다.

이어서, 금속 패드(49)는 배선부(41)의 최상위층의 층간 절연막(48) 상에 형성되며 배선(44)에 접속된다.

금속 패드(49)를 형성하기 위해, 우선, 최상위층의 층간 절연막(48)에, 배선(44)에 통하는 접속 홀(48H)을 형성한다.

다음으로, 최상위층의 층간 절연막(48) 상에, 접속 홀(48H)을 통해서 배선(44)에 접속하는 도전층(91)을 형성한다. 이 도전층(91)은, 예를 들면 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 형성되고, 그 막 두께를, 예를 들면 600㎚ 내지 1120㎚로 하며, 보다 바람직하게는 600nm 내지 650nm로 한다.

금속 패드(49)의 금속층이 금속 패드만을 위한 것이라면, 금속 패드(49)를 예를 들어 더 큰 두께인 1120nm로 형성하는 것이 유익하다.

도전층(91)을 형성하기 전에, 밀착층, 배리어 메탈층 등을 형성해도 된다. 이러한 층들은 티탄막, 질화 티탄막, 탄탈막, 질화 탄탈막을 포함할 수 있다.

도전층(91) 상에 하드 마스크층(92)을 더 형성한다. 이 하드 마스크층(92)은 예를 들면 무기 절연막이다. 이 무기 절연막에는, 예를 들면 산화 실리콘막 혹은 질화 실리콘막으로 형성될 수 있다. 하드 마스크층(92)이 산화 실리콘막인 경 우, 그 두께는 에칭 마스크로서 기능하도록 100㎚ 내지 550㎚의 범위로 설정된다.

이어서, 하드 마스크층(92) 상에 금속 패드를 형성하기 위한 레지스트 마스크(도시 생략)를 레지스트로 형성한 후, 에칭(예를 들면 드라이 에칭)에 의해, 하드 마스크층(92)으로부터 하드 마스크(93)를 형성한다. 그 후, 레지스트 마스크를 제거한다.

하드 마스크(93)를 에칭 마스크로서 이용하여 도전층(91)을 패터닝해서 금속 패드(49)를 형성한다.

게다가, 하드 마스크(93)를 에칭 마스크로서 이용하여 최상위층의 층간 절연막(48)을 에칭한다. 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)은 에칭되지 않고 남겨지는 한편, 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)은 에칭된다. 에칭은 에칭 영역의 층간 절연막(48)의 막 두께가 350㎚ 이하로 될 때까지 계속된다.

도전층(91)의 에칭에서는, 통상의 알루미늄막 혹은 알루미늄 합금막의 드라이 에칭의 에칭 가스인 염소계의 에칭 가스를 이용한다. 또한, 최상위층의 층간 절연막(48)의 드라이 에칭에서는, 통상의 산화 실리콘막의 드라이 에칭의 에칭 가스인 클로로플루오로카본계의 에칭 가스를 이용한다.

도전층(91)의 드라이 에칭에서는 층간 절연막(48)을 에칭하 않는다. 예를 들어, 오버 에칭을 과잉으로 행하였다고 해도, 최상위층의 층간 절연막(48)에 200㎚ 이상의 단차는 형성되지 않는다. 본 실시예의 특징은, 최상위층의 층간 절연막(48)을 의도적으로 에칭하는 것에 있다.

따라서, 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부는, 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부보다 얇은 두께를 갖는다.

예를 들면, 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부는, 550㎚ 내지 600㎚의 두께를 갖는 한편, 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부는 350㎚ 이하의 두께를 갖는다.

다른 방안으로, 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부는 완전하게 제거될 수 있다.

따라서, 배선부(41)의 배선(44)에 접속되는 금속 패드(49)가 최상위층의 층간 절연막(48) 상에 형성된다. 이 경우, 접속 홀(48H)을 채우는 도전층(91)의 일부가, 플러그(49P)로서 기능한다.

플러그(49P)와 금속 패드(49)는 서로 다른 단계들에서 형성될 수 있다. 다시 말하면, 플러그(49P)를 형성한 후 금속 패드(49)를 형성해도 된다.

도 5에서는, 최상위층의 층간 절연막(48)을 에칭한 후의 상태를 도시하였다.

다음으로, 도 6에 도시하는 바와 같이, 배선부(41) 상에 금속 패드(49)를 피복하는 패드 피복 절연막(51)을 형성한다. 이 패드 피복 절연막(51)은, 예를 들면 산화 실리콘막으로 형성되고, 50㎚ 내지 250㎚의 막 두께로 형성된다. 다른 방안으로, 패드 피복 절연막(51)은, 산화 실리콘막, 산질화 실리콘막, 질화 실리콘막 중 적어도 2층을 포함하는 적층막이어도 된다. 이러한 패드 피복 절연막(51)도 50㎚ 내지 250㎚의 두께로 형성된다.

패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 50㎚ 내지 250㎚로 형성하는 이유는, 제1 실시예에서 설명한 바와 같다.

이어서, 통상의 리소그래피에 의해 레지스트 마스크(도시 생략)를 형성하고, 이 레지스트 마스크를 이용한 에칭에 의해, 광전 변환부(21) 위에 층간 절연막(45, 46, 47, 48)과 패드 피복 절연막(51)에, 도파로 개구부(53)를 형성한다. 패드 피복 절연막(51)과 층간 절연막(48)이 서로 다른 재료들로 형성된 경우, 도파로 개구부(53)를 먼저 형성하고, 이어서 패드 피복 절연막(51)을 등방성 에칭하여 도파로 개구부(53)의 일부를 규정하는 면(S)을 개구측을 향하여 넓어지도록 경사지게 형성한다.

또한, 패드 피복 절연막(51)과 층간 절연막(48)이 동일한 재료로 형성된 경우, 패드 피복 절연막(51)에 도파로 개구부(53)만을 형성한 후에, 패드 피복 절연막(51)을 등방성 에칭하여 도파로 개구부(53)의 면(S)을 개구측을 향하여 넓어지도록 경사지게 형성한다. 이어서, 층간 절연막(48 내지 45)에 도파로 개구부(53)를 형성한다.

이어서, 레지스트 마스크를 제거한다.

다음으로, 도파로 개구부(53) 내면 및 패드 피복 절연막(51) 상에, 패시베이션막(55)을 개재해서 도파로 재료층(57)을 형성한다.

따라서, 도파로 개구부(53) 내에 패시베이션막(55)을 개재해서 도파로 재료층(57)이 매립되는 광 도파로(59)가 형성된다.

또한, 광 도파로(59) 상에는 평탄화막(61)을 개재해서, 컬러 필터(71), 집광 렌즈(81)를 형성한다. 또한, 금속 패드(49) 상에 개구부(63)를 형성한다.

이와 같이 해서 고체 촬상 장치(1)(1B)가 완성된다.

본 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법에서 도파로 개구부(53)를 형성할 때, 도파로 개구부(53)의 일부를 규정하는 패드 피복 절연막(51)의 면(S)을 개구측을 향해서 넓어지도록 경사지게 형성한다. 이에 따라, 패시베이션막(55)이 도파로 개구부(53)에서 오버행 형상으로 되는 것이 방지된다.

결국, 도파로 재료층(57)은 보이드 등의 발생 없이 도파로 개구부(53)를 양호하게 채울 수 있다.

도파로 개구부(53)의 일부를 규정하는 패드 피복 절연막(51)의 면(S)이 개구측을 향해서 넓어지도록 경사지게 형성되므로, 일반적으로 차단되던 경사광의 일부가 광전 변환부(21)에 입사할 수 있게 된다. 따라서, 때문에, 셰이딩이 억제됨과 함께 광전 변환부(21)의 수광량이 증가되며, 이에 따라 감도가 향상된다.

또한, 본 실시예에 따른 방법에서는, 금속 패드(49) 아래의 최상위층의 층간 절연막(48)을 에칭하여 두께를 줄이거나 완전히 제거한다. 이에 따라, 입사광이 광전 변환부(21)에 도달할 때까지의 광로를 줄일 수 있으므로, 감도를 향상시킬 수 있다.

다른 방안으로, 최상위층의 층간 절연막(48)의 두께 감소에 따라 광 도파로(59)를 보다 깊게 형성할 수 있다. 이에 따라, 광 도파로의 특성이 개선될 수 있고, 광전 변환부가 수광할 수 있는 광량이 증가할 수 있다. 결국, 감도가 높아질 수 있다.

본 실시예에 따른 방법에서, 금속 패드(49)는, 하드 마스크 프로세스를 이용한 에칭에 의해 패터닝되어 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 일부가 자기 정합된다. 이 기술은 추가 에칭 마스크를 필요로 하지 않는다. 따라서, 제조 프로세스가 간단화될 수 있다.

본 실시예에 따른 방법에서는, 패드 피복 절연막(51)을 종래와 동등한 막 두께로 형성하는 한편, 금속 패드(49)를 갖지 않는 최상위층의 층간 절연막(48)의 막 두께를 금속 패드(49) 아래의 층간 절연막(48)의 일부보다 얇게 형성될 수 있다. 이 구조에서의 수광 감도는, 패드 피복 절연막(51)의 막 두께를 50㎚ 내지 250㎚로 형성한 경우보다 향상되지는 않지만 종래 구조보다는 향상될 수 있다.

제4 실시예

촬상 장치

다음으로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 촬상 장치를 도 7의 블록도를 참조하여 설명한다. 이 촬상 장치는, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 포함하는 것이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 촬상 장치(200)는, 고체 촬상 장치(210)를 포함하는 촬상부(201)를 포함하고 있다. 이 촬상부(201)의 집광측에는 결상 광학계(image-forming optical system; 202)가 배치된다. 촬상부(201)는, 자신을 구동하는 구동 회로, 및 고체 촬상 장치에서 광전 변환된 신호를 화상으로 처리하는 신호 처리 회로 등을 갖는 신호 처리부(203)에 접속되어 있다. 신호 처리부(203)에 의해 처리된 화상 신호는 화상 기억부(도시 생략)에 저장될 수 있다. 위 실시예들 에서 설명한 바와 같은 고체 촬상 장치(1A 또는 1B)는, 촬상 장치(200)의 고체 촬상 장치로서 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치를 포함하는 촬상 장치(200)는, 위 실시예들에서 설명한 바와 같이 각 화소의 광전 변환부의 충분한 감도를 확보할 수 있다. 결국, 화소 특성, 예를 들면 고감도화가 가능하게 된다고 하는 이점이 있다. 또한, 셰이딩이 개선되므로, 화소 주위의 해상도가 증가된다. 따라서, 화질의 향상을 도모할 수 있다.

촬상 장치(200)는, 전술한 구조를 갖는 촬상 장치로 한정되는 것이 아니라, 고체 촬상 장치를 포함하는 어떠한 촬상 장치에도 적용될 수 있다.

예를 들면, 촬상 장치(200)는, 원-칩 형태이어도 되고, 촬상부와, 신호 처리부 또는 광학계가 패키징된 촬상 기능을 갖는 모듈 형상의 형태이어도 된다.

이러한 촬상 장치는 카메라나 촬상 기능을 갖는 휴대 기기를 포함한다. 또한 본 명세서에서 사용되는 「촬상」이라는 용어는, 예를 들어, 카메라 촬영 시에서의 촬상 뿐만 아니라 광의의 의미로서 지문 검출 등도 포함하는 것이다.

본 출원은 일본 특허청에 2008년 7월 10일자로 제출한 일본 우선권 특허출원 JP 2008-180103에 개시된 대상을 포함하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

당업자에게는 설계 요구 사항 및 기타 인자가 청구범위 또는 그 등가 내에 있는 한 설계 요구 사항 및 기타 인자에 따라 다양한 수정, 조합, 부 조합, 변경이 발생할 수 있다는 점을 이해하기 바란다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 개략적인 단면도.

도 2는 감도와 광전 변환 효율의 관계도.

도 3은 셰이딩의 변동과 셰이딩 강도 사이의 관계도.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 개략적인 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시한 개략적인 단면도.

도 6은 고체 촬상 장치의 제조 방법을 도시한 개략적인 단면도.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬상 장치를 도시한 블록도.

도 8은 종래의 고체 촬상 장치를 도시한 개략적인 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1(1A, 1B) : 고체 촬상 장치

11 : 반도체 기판

12 : 화소 영역

13 : 주변 회로 영역

21 : 광전 변환부

31 : 절연막

41 : 배선부

44 : 배선

48 : 층간 절연막

48H : 접속 홀

49 : 금속 패드

49P : 플러그

51 : 패드 피복 절연막

55 : 패시베이션막

57 : 도파로 재료층

59 : 광 도파로

91 : 도전층

200 : 촬상 장치

201 : 촬상부

202 : 결상 광학계

203 : 신호 처리부

210 : 고체 촬상 장치

Claims

고체 촬상 장치로서,

입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과 상기 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과,

배선(conductor line)을 포함하며, 상기 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성되며, 상기 광전 변환부 위에서 개구부를 내부에 갖는 배선부와,

상기 배선에 접속된 금속 패드와,

상기 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막 - 상기 패드 피복 절연막은 상기 광전 변환부 위에 상기 패드 피복 절연막의 면에 의해 규정된 개구부를 내부에 갖고, 상기 개구부는 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부(waveguide opening)를 규정하도록 상기 배선부의 개구부로부터 연속됨 - 과,

상기 도파로 개구부 내면 및 상기 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된 도파로 재료층을 포함하며,

상기 패드 피복 절연막의 막 두께가 50㎚ 내지 250㎚로 형성되고, 상기 개구부를 규정하는 상기 패드 피복 절연막의 면이 상기 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 화소 영역은,

상기 광전 변환부와,

상기 광전 변환부로부터 판독한 신호 전하를 전압으로 변환하는 화소 트랜지스터부와,

STI(shallow trench isolation) 구조를 가지며, 상기 광전 변환부와 상기 화소 트랜지스터부를 분리하며, 상기 반도체 기판 내에 부분적으로 매립되어 있는 제1 분리부를 포함하고,

상기 주변 회로 영역은, STI 구조를 가지며 상기 반도체 기판 내에 부분적으로 매립되어 있는 제2 분리부를 포함하고,

상기 제1 분리부는 상기 반도체 기판 내에 매립된 부분이 상기 제2 분리부의 상기 반도체 기판 내에 매립된 부분보다 얕은 고체 촬상 장치.
고체 촬상 장치로서,

입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과 상기 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과,

복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고, 상기 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성되며, 상기 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖는 배선부와,

상기 복수의 층간 절연막 중 최상위층에 배치되고 상기 복수의 배선 중 하나에 접속된 금속 패드와,

상기 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막 - 상기 패드 피복 절연막은 상 기 광전 변환부 위에 상기 패드 피복 절연막의 면에 의해 규정된 개구부를 내부에 갖고, 상기 개구부는 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 상기 배선부의 개구부로부터 연속됨 - 과,

상기 도파로 개구부 내면 및 상기 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된 도파로 재료층을 포함하며,

상기 최상위층의 층간 절연막은 그 상면에 상기 금속 패드가 형성되어 있는 부분과 상기 금속 패드를 갖지 않는 부분을 구비하고, 상기 금속 패드를 갖지 않는 부분은 상기 금속 패드 아래의 부분보다 얇은 두께를 갖고,

상기 개구부를 규정하는 상기 패드 피복 절연막의 면이 상기 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 배선부는 상기 금속 패드에 접속된 배선을 포함한 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고,

상기 복수의 층간 절연막 중의 최상위층은 그 상면에 상기 금속 패드가 형성되어 있는 부분과 상기 금속 패드를 갖지 않는 부분을 구비하고, 상기 금속 패드를 갖지 않는 부분은 상기 금속 패드 아래의 부분보다 얇은 두께를 갖는 고체 촬상 장치.
고체 촬상 장치로서,

입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과 상기 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과,

복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고, 상기 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성되며, 상기 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖는 배선부와,

상기 복수의 층간 절연막 중 최상위층 상에 배치되고 상기 복수의 배선 중 하나에 접속된 금속 패드 - 상기 최상위층의 층간 절연막은 상기 금속 패드 아래에만 존재함 - 와,

상기 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막 - 상기 패드 피복 절연막은 상기 광전 변환부 위에 상기 패드 피복 절연막의 면에 의해 규정된 개구부를 내부에 갖고, 상기 개구부는 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 상기 배선부의 개구부로부터 연속됨 - 과,

상기 도파로 개구부 내면 및 상기 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된 도파로 재료층을 포함하며,

상기 개구부를 규정하는 상기 패드 피복 절연막의 면이 상기 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 고체 촬상 장치.
제1항에 있어서,

상기 배선부는 상기 금속 패드에 접속된 배선을 포함한 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함하고,

상기 복수의 층간 절연막 중 최상위층은 상기 금속 패드 아래에만 존재하는 고체 촬상 장치.
고체 촬상 장치를 제조하는 방법으로서,

반도체 기판에, 입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과, 상기 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 형성하는 단계와,

상기 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 배선부를 형성하는 단계 - 상기 배선부는 복수의 배선을 갖는 복수의 층간 절연막을 포함함 - 와,

상기 배선부의 최상위층의 층간 절연막 상에 상기 복수의 배선 중 하나에 접속되는 금속 패드를 형성하는 단계와,

상기 배선부 상에 상기 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막을 형성하는 단계와,

상기 패드 피복 절연막의 개구부가 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 면을 갖도록, 상기 광전 변환부 위의 상기 층간 절연막과 상기 패드 피복 절연막에 개구측과 폐쇄측을 갖는 상기 도파로 개구부를 형성하는 단계를 포함하고,

상기 금속 패드를 형성하는 단계는,

상기 최상위층의 층간 절연막 아래의 배선들 중 하나와 도통하도록 상기 층간 절연막들 중 최상위층 내에 접속 홀(connection hole)을 형성하는 단계와,

상기 접속 홀을 채우도록 상기 최상위층의 층간 절연막 상에 금속계 도전층을 형성하는 단계와,

상기 도전층을 패터닝하여 상기 접속 홀 내에 플러그를 형성하고 상기 플러그에 접속되는 금속 패드를 형성하는 단계와,

상기 금속 패드 주위의 상기 최상위층의 층간 절연막의 두께를 줄이도록 상기 최상위층의 층간 절연막을 에칭하거나 상기 금속 패드 주위의 상기 최상위층의 층간 절연막을 실질적으로 전부 제거하여, 상기 금속 패드 아래의 상기 최상위층의 층간 절연막의 일부를 남겨 두는 단계

를 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
촬상 장치로서,

입사광을 집광하는 집광 광학계와,

상기 집광 광학계에서 집광한 광을 수광하여 신호로 광전 변환하는 고체 촬상 장치와,

광전 변환된 신호를 처리하는 신호 처리부를 포함하고,

상기 고체 촬상 장치는,

입사광을 광전 변환해서 전기 신호를 생성하는 광전 변환부를 갖는 화소 영역과 상기 화소 영역의 주변에 형성된 주변 회로 영역을 구비하는 반도체 기판과,

배선을 포함하며, 상기 반도체 기판 상에 절연막을 개재하여 형성되며, 상기 광전 변환부 위에서 개구부를 내부에 갖는 배선부와,

상기 배선에 접속된 금속 패드와,

상기 금속 패드를 피복하는 패드 피복 절연막 - 상기 패드 피복 절연막은 상기 광전 변환부 위에 개구부를 내부에 갖고, 상기 개구부는 개구측과 폐쇄측을 갖는 도파로 개구부를 규정하도록 상기 배선부의 개구부로부터 연속됨 - 과,

상기 도파로 개구부 내면 및 상기 패드 피복 절연막 상에, 패시베이션막을 개재하여 형성된 도파로 재료층을 포함하며,

상기 패드 피복 절연막의 막 두께가 50㎚ 내지 250㎚로 형성되고, 상기 개구부를 규정하는 상기 패드 피복 절연막의 면이 상기 도파로 개구부의 개구측을 향하여 넓어지도록 경사진 촬상 장치.