KR20140068951A - 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기 - Google Patents

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기 Download PDF

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Abstract

수광면측에 패드 배선을 마련한 이면조사형의 고체 촬상 장치에 있어서, 절연막의 박막화를 도모함에 의해 광전 변환부에서의 수광 특성의 향상을 도모하는 것이 가능한 이면조사형의 고체 촬상 장치를 제공한다. 이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 기술의 고체 촬상 장치는, 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판을 구비하고, 이 센서 기판에서 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에는 구동 회로가 마련되어 있다. 또한 화소 영역의 외측의 주변 영역에는, 센서 기판에서의 수광면측부터 구동 회로에 달하는 관통 비어가 마련되어 있다. 또한, 주변 영역의 수광면측에는, 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선이 마련되어 있다.

Description

고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기{SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, METHOD FOR MAKING SOLID-STATE IMAGE PICKUP DEVICE, AND ELECTRONIC DEVICE}
본 기술은, 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기에 관한 것으로, 특히 반도체 기판의 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로가 마련된 고체 촬상 장치와, 이 고체 촬상 장치의 제조 방법과, 이 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기에 관한 것이다.
고체 촬상 장치에서는, 입사광에 대한 광전변환 효율이나 감도의 향상을 도모하는 것을 목적으로 하여, 반도체 기판의 표면측에 구동 회로를 형성하고 이면측을 수광면으로 하는, 이른바 이면조사형의 구조가 제안되어 있다. 또한, 광전 변환부가 형성된 반도체 기판과는 별도로, 구동 회로를 형성한 회로 기판을 준비하고, 반도체 기판에서의 수광면과 반대측의 면에, 회로 기판을 맞붙인 3차원 구조도 제안되어 있다.
이상과 같은 이면조사형의 고체 촬상 장치에는, 광전 변환부를 갖는 화소 영역의 외측의 주변 영역에, 반도체 기판의 구동 회로 또는 회로 기판의 구동 회로에 달하는 복수의 관통 비어가, 반도체 기판을 관통하여 마련되어 있다. 이 반도체 기판의 수광면상의 구성은, 다음의 순서로 제작된다. 우선 반도체 기판에 매립 형성된 관통 비어를 덮고서 캡막을 수광면상에 마련하고, 그 위에 차광막을 마련한다. 다음에 관통 비어가 마련된 주변 영역에서, 관통 비어 사이를 접속하는 배선 및 전극 패드를, 캡막 상에 마련한다. 계속해서, 배선 및 전극 패드를 덮고서 평탄화막을 마련하고, 그 위에 각 광전 변환부에 대응하는 컬러 필터 및 온 칩 렌즈를 마련한다. 최후에, 주변 영역에서 배선 및 전극 패드를 덮는 평탄화막을 선택적으로 에칭 제거하고, 전극 패드를 노출시키는 패드 개구를 마련한다.
또한, 이면조사형의 고체 촬상 장치에서의 수광면측의 구성은, 다음과 같다. 광전 변환부가 배열된 화소 영역의 주변부에는, 반도체 기판을 관통하는 관통 비어가 마련되어 있다. 이 관통 비어비아는, 수광면의 반대측에 마련된 배선이나 회로 기판에 접속되어 있다. 또한 수광면측의 상부는 절연막으로 덮이고, 이 절연막상에 접속용 배선이나 전극 패드 등의 패드 배선이 마련되어 있다. 이 패드 배선은, 절연막에 형성된 접속구멍을 통하여 관통 비어에 접속되어 있고, 와이어 본딩으로 외부 배선과 접속된다.
또한 수광면측에서 패드 배선을 덮는 절연막이 마련되고, 이 상부에 각 광전 변환부에 대응하여 컬러 필터 및 온 칩 렌즈가 마련되어 있다. 또한 패드 배선을 덮는 절연막에는, 패드 배선을 노출하는 개구가 마련되어 있다(이상, 하기 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특개2010-245506호 공보(예를 들면 도 3 및 단락 0057, 단락 0062 참조)
그러나, 상기한 바와 같은 이면조사형의 고체 촬상 장치에서는, 수광면의 상방에 복수층의 절연막을 이용하여 패드 배선 및 온 칩 렌즈가 배치되기 때문에, 수광면부터 온 칩 렌즈까지의 거리가 커서, 광전 변환부에서의 수광 특성을 열화시키는 요인이 된다. 또한, 이와 같은 구성의 이면조사형의 고체 촬상 장치에서는, 수광면상에서, 차광막의 하부에 관통 비어를 덮는 캡막이 마련되어 있다. 따라서 수광면과 차광막과의 거리가 커서, 경사광 입사에 의한 혼색이 발생하기 쉽고, 광전 변환부의 수광 특성이 열화된다.
따라서 수광면측에 패드 배선을 마련한 이면조사형의 고체 촬상 장치에서, 절연막의 박막화를 도모함에 의해 광전 변환부에서의 수광 특성의 향상을 도모하는 것이 가능한 이면조사형의 고체 촬상 장치, 및 그 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 반도체 기판의 수광면과 차광막과의 거리를 작게 함에 의해, 광전 변환부의 수광 특성의 향상을 도모하는 것이 가능한 이면조사형의 고체 촬상 장치, 및 그 제조 방법 및 전자 기기를 제공하는 것이 바람직하다.
본 기술의 한 실시 형태의 제1의 고체 촬상 장치는, 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판을 구비하고, 이 센서 기판에서 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에, 구동 회로가 마련되어 있다. 또한 화소 영역의 외측의 주변 영역에는, 센서 기판에서의 수광면측부터 구동 회로에 달하는 관통 비어가 마련되어 있다. 또한, 주변 영역의 수광면측에는, 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선이 마련되어 있다.
본 기술의 한 실시 형태의 제1의 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환부를 마련한 센서 기판에 있어서, 구동 회로가 형성된 표면측과 반대측의 면을 수광면으로 한 이면조사형이고, 관통 비어상에 패드 배선이 직접 적층되어 있다. 이에 의해, 관통 비어를 덮는 절연층상에 패드 배선을 마련하고, 접속구멍을 통하여 관통 비어와 패드 배선을 접속하는 구성과 비교하여, 수광면상을 덮는 절연막의 적층수가 삭감된 구성으로 되어, 이 상부에 형성된 온 칩 렌즈와 수광면과의 거리를 작게 할 수 있다.
본 기술의 한 실시 형태의 제1의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 우선, 센서 기판에 설정된 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성한다. 또한, 센서 기판에서 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성한다. 또한, 화소 영역의 외측의 주변 영역에, 센서 기판에서의 수광면측부터 구동 회로에 달하는 관통 비어를 형성한다. 그 후, 주변 영역에서의 수광면측에, 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 형성한다.
본 기술의 한 실시 형태의 제1의 전자 기기는, 상기 본 기술의 한 실시 형태의 제1의 고체 촬상 장치와, 그 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 것이다.
본 기술의 한 실시 형태의 제2의 고체 촬상 장치는, 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과, 이 센서 기판에서 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로를 구비하고 있다. 또한 화소 영역에서의 수광면상에는, 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막이 마련되고, 이 차광막을 덮고서 보호 절연막이 마련되어 있다. 또한 화소 영역의 외측의 주변 영역에서는, 보호 절연막으로부터 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어가 마련되어 있다.
본 기술의 한 실시 형태의 제2의 고체 촬상 장치에서는, 광전 변환부를 마련한 센서 기판에 있어서, 구동 회로가 형성된 표면측과 반대측의 면을 수광면으로 한 이면조사형이고, 수광면상에서 차광막을 덮는 보호 절연막에 관통 비어가 매립되어 있다. 이에 의해, 수광면과 차광막과의 거리를 작게 할 수 있다.
본 기술의 한 실시 형태의 제2의 고체 촬상 장치의 제조 방법에서는, 우선, 센서 기판의 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성하고, 센서 기판에서 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성한다. 또한 화소 영역에서의 수광면상에 차광막을 형성하고, 이 차광막을 덮는 보호 절연막을 형성한다. 또한 수광면측에서 화소 영역의 외측에 마련된 주변 영역에, 보호 절연막으로부터 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어를 형성한다.
본 기술의 한 실시 형태의 제2의 전자 기기는, 상기 본 기술의 한 실시 형태의 제2의 고체 촬상 장치와, 그 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 것이다.
본 기술의 한 실시 형태의 제1의 고체 촬상 장치에 의하면, 수광면측에 패드 배선을 마련한 이면조사형의 고체 촬상 장치에 있어서, 관통 비어상에 패드 배선을 직접 적층시킴에 의해, 수광면상의 절연막의 층수를 삭감할 수 있다. 이 결과, 이 상부에 형성된 온 칩 렌즈와 수광면과의 거리를 작게 할 수 있어서, 광전 변환부에서의 수광 특성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 본 기술의 한 실시 형태의 제2의 고체 촬상 장치에 의하면, 이면조사형의 고체 촬상 장치에 있어서, 수광면상의 차광막을 덮는 보호 절연막에 관통 비어를 매립하여 마련함에 의해, 수광면과 차광막과의 거리를 작게 할 수 있다. 이 결과, 광전 변환부에서의 수광 특성의 향상을 도모하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 기술이 적용되는 고체 촬상 장치의 한 예를 도시하는 개략 구성도.
도 2는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 주요부 단면도.
도 3은 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 1).
도 4는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 2).
도 5는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 3).
도 6은 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 4).
도 7은 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 주요부 단면도.
도 8은 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 1).
도 9는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 2).
도 10은 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 3).
도 11은 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 주요부 단면도.
도 12는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 1).
도 13은 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 2).
도 14는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 주요부 단면도이다.
도 15는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 1).
도 16은 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 2).
도 17은 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도(그 3).
도 18은 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 구성을 도시하는 주요부 단면도.
도 19는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치의 제조 순서를 도시하는 단면 공정도.
도 20은 본 기술을 적용하여 얻어진 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기의 구성도.
이하, 본 기술의 실시의 형태를, 도면에 의거하여 다음에 나타내는 순서로 설명한다.
1. 실시 형태의 고체 촬상 장치의 개략 구성예
2. 제1 실시 형태(캐비티 구조를 가지며 관통 비어상에 직접 패드 배선을 마련한 예)
3. 제2 실시 형태(캐비티 구조를 가지며 매립 배선 부분과 관통 비어 부분을 일체로 형성한 관통 비어상에, 직접 패드 배선을 마련한 예)
4. 제3 실시 형태(매립 배선 부분과 관통 비어 부분을 일체로 형성한 관통 비어상에, 직접 패드 배선을 마련한 예)
5. 제4 실시 형태(차광막을 덮는 보호 절연막에 배선을 매립하여 마련한 예)
6. 제5 실시 형태(보호 절연막을 2층 구조로 한 예)
7. 전자 기기(고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기의 예)
또한, 각 실시 형태에서 공통의 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.
≪1. 실시 형태의 고체 촬상 장치의 개략 구성예≫
도 1에, 본 기술이 적용되는 이면조사형의 고체 촬상 장치의 한 예로서, 3차원 구조의 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시한다. 이 도면에 도시하는 고체 촬상 장치(1)(이하의 고체 촬상 장치(1-1 내지 1-3, 2-1, 2-2)는, 광전 변환부가 배열 형성된 센서 기판(2)과, 이 센서 기판(2)에 대해 적층시킨 상태에서 맞붙여진 회로 기판(9)을 구비하고 있다.
센서 기판(2)은, 한쪽의 면을 수광면(A)으로 하고, 광전 변환부를 포함하는 복수의 화소(3)가 수광면(A)에 대해 2차원적으로 배열된 화소 영역(4)을 구비하고 있다. 화소 영역(4)에는, 복수의 화소 구동선(5)이 행방향으로 배선되고, 복수의 수직 신호선(6)이 열방향으로 배선되어 있고, 하나의 화소(3)가 1개의 화소 구동선(5)과 1개의 수직 신호선(6)에 접속된 상태로 배치되어 있다. 이들의 각 화소(3)에는, 광전 변환부와, 전하 축적부와, 복수의 트랜지스터(이른바 MOS 트랜지스터) 및 용량 소자 등으로 구성된 화소 회로가 마련되어 있다. 또한, 화소 회로의 일부는, 수광면(A)과는 반대측의 표면측에 마련되어 있다. 또한 복수의 화소에서 화소 회로의 일부를 공유하고 있어도 좋다.
또한 센서 기판(2)은, 화소 영역(4)의 외측에 주변 영역(7)을 구비하고 있다. 이 주변 영역(7)에는, 패드 배선(8)(전극 패드(8))이 마련되어 있다. 이 패드 배선(8)은, 필요에 응하여 센서 기판(2)에 마련된 화소 구동선(5), 수직 신호선(6), 및 화소 회로, 나아가서는 회로 기판(9)에 마련된 구동 회로에 접속되어 있다.
회로 기판(9)은, 센서 기판(2)측을 향하는 1 면측에, 센서 기판(2)에 마련된 각 화소(3)를 구동하기 위한 수직 구동 회로(10), 칼럼 신호 처리 회로(11), 수평 구동 회로(12), 및 시스템 제어 회로(13) 등의 구동 회로를 구비하고 있다. 이들의 구동 회로는, 센서 기판(2)측의 패드 배선(8)에 접속되어 있다. 또한, 센서 기판(2)의 표면측에 마련된 화소 회로도, 구동 회로의 일부이다.
≪2. 제1 실시 형태≫
<고체 촬상 장치의 구성>
(캐비티 구조를 가지며 관통 비어상에 직접 패드 배선을 마련한 예)
도 2는, 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)의 구성을 도시하는 주요부 단면도이고, 도 1에서의 화소 영역(4)과 주변 영역(7)과의 경계 부근의 단면도이다. 이하, 이 주요부 단면도에 의거하여 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)의 구성을 설명한다.
도 2에 도시하는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)는, 상술한 바와 같이 센서 기판(2)과 회로 기판(9)을 적층시킨 상태로 맞붙인 3차원 구조의 고체 촬상 장치이다. 센서 기판(2)의 표면측, 즉 회로 기판(9)측을 향하는 면상에는, 배선층(2a)과, 배선층(2a)을 덮는 보호막(2b)이 마련되어 있다. 한편, 회로 기판(9)의 표면측, 즉 센서 기판(2)측을 향하는 면상에는, 배선층(9a)과, 배선층(9a)을 덮는 보호막(9b)이 마련되어 있다. 또한 회로 기판(9)의 이면측에는, 보호막(9c)이 마련되어 있다. 이들의 센서 기판(2)과 회로 기판(9)은, 보호막(2b)과 보호막(9b)과의 사이에서 맞붙여져 있다.
또한 센서 기판(2)에서의 회로 기판(9)과 반대측의 면, 즉 수광면(A)상에는, 단차(段差) 구조를 갖는 절연층(14)이 마련되고, 이 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)을 관통하는 상태로 관통 비어(23)가 마련되어 있다. 또한 절연층(14)상에는, 패드 배선(8) 및 차광막(16)이 마련되고, 이들을 덮는 상태로 투명 보호막(17), 컬러 필터(18), 및 온 칩 렌즈(19)가 이 순서로 적층되어 있다. 본 제1 실시 형태에서는, 관통 비어(23)상에 패드 배선(8)이 직접 적층되어 있는 점이 특징적이다.
다음에, 센서 기판(2)측의 각 층, 및 회로 기판(9)측의 각 층의 구성, 단차 구조를 갖는 절연층(14), 관통 비어(23), 패드 배선(8), 차광막(16), 투명 보호막(17), 컬러 필터(18), 및 온 칩 렌즈(19)의 구성을 이 순서로 설명한다.
[센서 기판(2)]
센서 기판(2)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판을 박막화한 것이다.
이 센서 기판(2)에서의 화소 영역(4)에는, 수광면(A)에 따라 복수의 광전 변환부(20)가 배열 형성되어 있다. 각 광전 변환부(20)는, 예를 들면 n형 확산층과 p형 확산층과의 적층 구조로 구성되어 있다. 또한, 광전 변환부(20)는 화소마다 마련되어 있고, 도면에서는 1화소분의 단면을 도시하고 있다.
또한 센서 기판(2)에서의 수광면(A)과는 반대의 표면측에는, n+형 불순물층으로 이루어지는 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(Tr)의 소스/드레인(21), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 불순물층, 및 소자 분리(22) 등이 마련되어 있다. 또한 센서 기판(2)에서, 화소 영역(4)의 외측의 주변 영역(7)에는, 이후에 설명하는 관통 비어(23)가 마련되어 있다.
[배선층(2a)(센서 기판(2)측)]
센서 기판(2)의 표면상에 마련된 배선층(2a)은, 센서 기판(2)과의 계면측에, 여기서의 도시를 생략한 게이트 절연막을 통하여 전송 게이트(TG) 및 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(25), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 전극을 갖고 있다. 또한 이들의 전송 게이트(TG) 및 게이트 전극(25)은, 층간절연막(26)으로 덮여 있고, 이 층간절연막(26)에 마련된 홈 패턴 내에는, 예를 들면 구리(Cu)를 이용한 매립 배선(27)이 다층 배선으로서 마련되어 있다. 이들의 매립 배선(27)은, 비어에 의해 서로 접속되고, 또한 일부가 소스/드레인(21), 전송 게이트(TG), 나아가서는 게이트 전극(25)에 접속된 구성으로 되어 있다. 또한, 매립 배선(27)에는, 센서 기판(2)에 마련된 관통 비어(23)도 접속되고, 트랜지스터(Tr) 및 매립 배선(27) 등에 의해 화소 회로가 구성되어 있다.
이상과 같은 매립 배선(27)이 형성된 층간절연막(26)상에, 절연성의 보호막(2b)이 마련되고, 이 보호막(2b) 표면에서 센서 기판(2)이 회로 기판(9)에 맞붙여져 있다.
[회로 기판(9)]
회로 기판(9)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판을 박막화한 것이다. 이 회로 기판(9)에서, 센서 기판(2)측을 향하는 표면층에는, 트랜지스터(Tr)의 소스/드레인(31), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 불순물층, 및 소자 분리(32) 등이 마련되어 있다.
또한 회로 기판(9)에는, 이것을 관통하는 관통 비어(33)가 마련되어 있다. 이 관통 비어(33)는, 회로 기판(9)을 관통하여 형성된 접속구멍 내에, 분리 절연막(34)을 통하여 매립된 도전성 재료에 의해 구성되어 있다.
[배선층(9a)(회로 기판(9)측)]
회로 기판(9)의 표면상에 마련된 배선층(9a)은, 회로 기판(9)과의 계면측에, 여기서의 도시를 생략한 게이트 절연막을 통하여 마련된 게이트 전극(35), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 전극을 갖고 있다. 이들의 게이트 전극(35) 및 다른 전극은, 층간절연막(36)으로 덮여 있고, 이 층간절연막(36)에 마련된 홈 패턴 내에 예를 들면 구리(Cu)를 이용한 매립 배선(37)이 다층 배선으로서 마련되어 있다. 이들의 a 배선(37)은, 비어에 의해 서로 접속되고, 또한 일부가 소스/드레인(31)이나 게이트 전극(35)에 접속된 구성으로 되어 있다. 또한, 매립 배선(37)에는, 회로 기판(9)에 마련된 관통 비어(33)도 접속되고, 트랜지스터(Tr) 및 매립 배선(37) 등에 의해 구동 회로가 구성되어 있다.
이상과 같은 매립 배선(37)이 형성된 층간절연막(36)상에, 절연성의 보호막(9b)이 마련되고, 이 보호막(9b) 표면에서 회로 기판(9)이 센서 기판(2)에 맞붙여져 있다. 또한, 회로 기판(9)에서, 배선층(9a)이 마련된 표면측과는 반대의 이면측에는, 회로 기판(9)을 덮는 보호막(9c)이 마련되고, 이 보호막(9c)에는 관통 비어(33)를 노출시키는 패드 개구(33a)가 마련되어 있다.
[절연층(14)]
절연층(14)은, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에 마련되어 있다. 이 절연층(14)은, 화소 영역(4)의 막두께가 주변 영역(7)의 막두께보다도 얇은 단차 구조를 갖고 있는 점이 특징적이다. 이와 같은 절연층(14)은, 예를 들면 다른 절연 재료를 이용한 적층막으로서 구성되고, 여기서는 한 예로서 수광면(A)측부터 차례로 반사 방지막(14-1), 계면준위 억제막(14-2), 에칭 스톱막(14-3), 상층 절연막(14-4)의 4층 구조이다.
반사 방지막(14-1)은, 예를 들면 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈(Ta2O5), 또는 질화실리콘 등, 산화실리콘보다도 고굴절율의 절연성 재료를 이용하여 구성된다. 계면준위 억제막(14-2)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
에칭 스톱막(14-3)은, 상층의 상층 절연막(14-4)을 구성한 재료에 대해 에칭 선택비가 낮게 억제되는 재료가 이용되고, 예를 들면 질화실리콘(SiN)을 이용하여 구성된다. 상층 절연막(14-4)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
이상과 같은 4층 구조의 절연층(14)은, 화소 영역(4)에서는, 상층 부분의 상층 절연막(14-4) 및 에칭 스톱막(14-3)이 제거되고, 반사 방지막(14-1)과 계면준위 억제막(14-2)과의 2층 구조로 박형화된 단차 구조로 형성되어 있다.
[관통 비어(23)]
관통 비어(23)는, 화소 영역(4)의 외측의 주변 영역(7)에서, 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)을 관통하고, 배선층(2a)의 매립 배선(27)이나, 배선층(9a)의 매립 배선(37)에 달하는 상태로 각각 마련되어 있다. 이들의 관통 비어(23)는, 절연층(14) 및 센서 기판(2)을 관통하여 형성된 접속구멍 내에, 분리 절연막(24)을 통하여 구리(Cu)와 같은 도전성 재료를 매립하여 구성되어 있다.
[패드 배선(8)]
패드 배선(8)은, 수광면(A)측의 주변 영역(7)에서, 절연층(14)의 단차 상부에 형성되고, 절연층(14)에 매립된 관통 비어(23)상에, 직접 적층되어 있는 점이 특징적이다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 예를 들면 복수의 관통 비어(23) 사이를 접속하기 위한 배선 부분이나, 이 배선 부분에 접속된 전극 패드 부분을 구비하고 있다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 센서 기판(2)에 마련된 트랜지스터(Tr)나 다른 소자, 나아가서는 매립 배선(27)과 겹쳐서 배치되고, 이른바 컵 구조를 구성하고 있다. 이에 의해, 센서 기판(2) 및 회로 기판(9), 배선층(2a) 및 배선층(9a)에서의 소자의 레이아웃의 자유도가 확보되어 있다.
이상과 같은 패드 배선(8)은, 예를 들면 탄탈(Ta)이나 질화탄탈(TaN) 등, 관통 비어(23)를 구성하는 구리(Cu)에 대해 확산 방지 기능을 갖는 배리어 메탈막(8-1)과, 이 상부의 알루미늄-구리(AlCu) 합금막(8-2)과의 적층 구조로 구성되어 있다. 이와 같은 적층 구조의 패드 배선(8)은, 예를 들면 질화실리콘으로 이루어지는 보호 절연막(15)으로 덮여 있다.
또한 패드 배선(8)은, 이 패드 배선(8)을 덮고서 마련된 보호 절연막(15)나, 이후에 설명하는 투명 보호막(17) 및 온 칩 렌즈막(19a)에 형성된 패드 개구(8a)의 저부를 구성하고 있다. 즉, 패드 개구(8a)의 저부에는, 패드 배선(8)이 노출된 구성으로 되어 있다.
[차광막(16)]
차광막(16)은, 수광면(A)측에서의 화소 영역(4)에서, 절연층(14)의 단차 하부, 즉, 절연층(14)에서 적층 구조의 하층 부분을 구성하는 계면준위 억제막(14-2)의 상부에 마련되어 있다. 이와 같은 차광막(16)은, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 복수의 수광 개구(16a)를 구비하고 있다.
이와 같은 차광막(16)은, 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성에 우수한 도전성 재료를 이용하여 구성되고, 절연층(14)에 마련한 개구(14a)에서의 센서 기판(2)에 대해 접지된 상태로 마련되어 있다.
[투명 보호막(17)]
투명 보호막(17)은, 패드 배선(8) 및 차광막(16)을 덮는 상태로 마련되어 있다. 이 투명 보호막(17)은, 예를 들면 아크릴 수지 등을 이용하여 구성되어 있다.
[컬러 필터(18)]
컬러 필터(18)는, 각 광전 변환부(20)에 대응하여 마련되고, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색으로 구성되어 있다. 각 색의 컬러 필터(18)의 배열이 한정되는 일은 없다.
[온 칩 렌즈(19)]
온 칩 렌즈(19)는, 각 광전 변환부(20)에 대응하여 마련되고, 각 광전 변환부(20)에 입사광이 집광되도록 구성되어 있다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 구성의 고체 촬상 장치(1-1)의 제조 방법을 도 3 내지 도 6의 단면 공정도에 의거하여 설명한다.
[도 3A]
우선 도 3A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)에서의 화소 영역(4)에, 복수의 광전 변환부(20)를 배열 형성함과 함께, 센서 기판(2)에 플로팅 디퓨전(FD), 소스/드레인(21), 다른 불순물층, 및 소자 분리(22)를 형성한다. 다음에, 센서 기판(2)의 표면상에 전송 게이트(TG) 및 게이트 전극(25)을 형성하고, 또한 층간절연막(26)과 함께 매립 배선(27)을 형성하여 배선층(2a)을 마련하고, 이 배선층(2a)의 상부를 보호막(2b)으로 덮는다. 한편, 회로 기판(9)에, 소스/드레인(31) 다른 불순물층이나 소자 분리(32)를 형성한다. 다음에, 회로 기판(9)의 표면상에 게이트 전극(35)을 형성하고, 또한 층간절연막(36)과 함께 매립 배선(37)을 형성하여 배선층(9a)을 마련하고, 또한 배선층(9a)으로부터 회로 기판(9)에 걸쳐서 비어(33)를 형성하고, 배선층(9a)의 상부를 보호막(9b)으로 덮는다.
이상의 후, 센서 기판(2)과 회로 기판(9)을, 보호막(2b)과 보호막(9b)과의 사이에서 맞붙인다. 맞붙임의 종료 후에는, 필요에 응하여 센서 기판(2)의 수광면(A)측을 박막화한다.
이상까지의 공정은, 특히 순서가 한정되는 일은 없고, 통상의 맞붙임 기술을 적용하여 행할 수 있다.
[도 3B]
다음에 도 3B에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에, 반사 방지막(14-1), 계면준위 억제막(14-2), 에칭 스톱막(14-3), 및 상층 절연막(14-4)을 이 순서로 적층 성막하고, 4층 구조의 절연층(14)을 형성한다. 반사 방지막(14-1)는, 예를 들면 산화하프늄(HfO2)으로 이루어지고, 원자층 증착법에 의해 막두께 10㎚ 내지 300㎚(예를 들면 60㎚)로 성막된다. 계면준위 억제막(14-2)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, P-CVD(plasma-chemical vapor deposition)법에 의해 막두께 200㎚로 성막된다. 에칭 스톱막(14-3)은, 예를 들면 질화실리콘(SiN)으로 이루어지고, P-CVD법에 의해 막두께 360㎚로 성막된다. 상층 절연막(14-4)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, P-CVD법에 의해 막두께 200㎚로 성막된다.
[도 4A]
그 후, 도 4A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)의 주변 영역(7)에서, 절연층(14) 및 센서 기판(2)을 관통하는 각 접속구멍(23a)을 형성한다. 이들의 각 접속구멍(23a)은, 센서 기판(2)의 표면측에 마련된 배선층(2a)의 매립 배선(27) 또는 배선층(9a)의 매립 배선(37)의 상부에 달하는 각 깊이로 형성되면 좋고, 저부에 매립 배선(27) 및 매립 배선(37)을 노출시키지 않아도 좋다. 이 때, 접속구멍(23a)의 깊이마다, 여기서의 도시를 생략한 복수의 레지스트 패턴을 형성하고, 이들의 레지스트 패턴을 마스크로 하여 센서 기판(2) 및 층간절연막(26)에 대해 복수회의 에칭을 행한다. 각 에칭의 종료 후에는 각 레지스트 패턴을 제거한다.
[도 4B]
뒤이어 도 4B에 도시하는 바와 같이, 접속구멍(23a)의 내벽을 덮는 상태로, 절연층(14)상에 분리 절연막(24)을 성막한다. 여기서는 예를 들면 2층 구조의 분리 절연막(24)을 형성하는 것으로 하여, 우선 p-CVD법에 의해 막두께 70㎚의 질화실리콘막(24-1)을 성막하고, 뒤이어 p-CVD법에 의해 막두께 900㎚의 산화실리콘막(24-2)을 성막하다. 또한, 분리 절연막(24)은, 적층 구조로 한정되는 일은 없고, 예를 들면 산화실리콘막 또는 질화실리콘막의 단층 구조라도 좋다.
[도 4C]
그 후, 도 4C에 도시하는 바와 같이, 이방성이 높은 에칭 조건에 의해 분리 절연막(24)을 에칭 제거함에 의해, 접속구멍(23a)의 저부의 분리 절연막(24)을 제거한다. 계속해서, 이방성이 높은 에칭 조건에 의해 접속구멍(23a)의 저부의 층간절연막(26), 보호막(2b), 및 보호막(9b)을 에칭 제거하고, 접속구멍(23a)을 파고 나아간다. 이에 의해, 각 접속구멍(23a)의 저부에 매립 배선(27) 또는 매립 배선(37)을 노출시킨다.
[도 5A]
다음에, 도 5A에 도시하는 바와 같이, 접속구멍(23a)을 도전성 재료로 매립함에 의해, 센서 기판(2)을 관통하는 접속구멍(23a) 내에 관통 비어(23)를 형성한다. 여기서는 우선, 접속구멍(23a) 내를 매립한 상태에서, 절연층(14)상에 도전성 재료막[예를 들면 구리(Cu)막]을 성막하고, 다음에 화학적 기계 연마(CMP)법에 의해 절연층(14)상의 도전성 재료막을 연마 제거한다.
이에 의해, 접속구멍(23a) 내에만 도전성 재료막을 남겨서, 센서 기판(2)의 수광면(A)측에서의 주변 영역(7)에, 관통 비어(23)를 형성한다.
[도 5B]
뒤이어 도 5B에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)에서의 주변 영역(7)에, 패드 배선(8)을 형성한다. 이 때, 우선 탄탈(Ta)이나 질화탄탈(TaN) 등으로 이루어지는 배리어 메탈막(8-1)을 성막하고, 다음에 AlCu 합금막(8-2)을 적층 성막한다. 다음에, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 AlCu 합금막(8-2) 및 배리어 메탈막(8-1)을 패턴 에칭한다. 이에 의해, 주변 영역(7)에서, 관통 비어(23)상에 직접 적층된 패드 배선(8)을 형성한다. 이 패드 배선(8)은, 관통 비어(23) 사이를 접속하기 위한 배선 부분 및 이 배선 부분에 접속된 전극 패드 부분으로 구성된다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 센서 기판(2)에 마련된 트랜지스터(Tr)나 다른 소자, 나아가서는 매립 배선(27)과 겹쳐서 형성되고, 이른바 컵 구조를 구성한다.
이상의 후에는, 이 패드 배선(8)을 덮는 상태로, 절연층(14)상에 보호 절연막(15)을 성막한다.
[도 5C]
그 후, 도 5C에 도시하는 바와 같이, 절연층(14)에서의 화소 영역(4)에 대응하는 부분을, 주변 영역(7)에 대해 선택적으로 박막화하고, 이에 의해 절연층(14)에 단차 구조를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어지는 보호 절연막(15)을 에칭하고, 뒤이어 에칭 조건을 변경하여 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지는 상층 절연막(14-4)을 에칭한다. 이 때, 하층의 질화실리콘(SiN)으로 이루어지는 에칭 스톱막(14-3)으로 에칭을 스톱시킨다. 그 후, 다시 조건을 바꾸어서 에칭 스톱막(14-3)을 에칭한다.
이상에 의해, 수광면(A)상의 절연층(14)은, 화소 영역(4)의 막두께가 주변 영역(7)의 막두께보다도 얇은 단차 구조이고, 화소 영역(4)상에서의 박막화한 캐비티 구조가 된다. 이와 같은 상태에서, 화소 영역(4)에는, 반사 방지막(14-1)과 계면준위 억제막(14-2)만이 남겨진. 한편, 주변 영역(7)에는, 4층 구조의 절연층(14)이 그대로 남겨진다.
또한, 절연층(14)에서의 박막부분은, 패드 배선(8)에 영향이 없는 범위에서 가능한 만큼 광범위하게 설정되면 좋고, 이에 의해 절연층(14)의 단차 형상이, 이후에 형성하는 투명 보호막의 도포 얼룩을 악화시킴에 의해 광전 변환부(20)에의 광 입사에 영향을 미치는 것을 방지한다.
[도 6A]
다음에, 도 6A에 도시하는 바와 같이, 절연층(14)의 단차 하부에, 센서 기판(2)을 노출시키는 개구(14a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 계면준위 억제막(14-2)과 반사 방지막(14-1)을 에칭한다. 또한, 이 개구(14a)는, 광전 변환부(20)의 상방을 피한 위치에 형성된다.
다음에, 절연층(14)의 단차 하부에, 개구(14a)를 통하여 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 패턴 형성한다. 이 차광막(16)은, 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 갖고 있다. 여기서는 우선, 스퍼터 성막법에 의해, 절연층(14)상에 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성을 갖는 도전성 재료막을 성막한다. 그 후, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 도전성 재료막을 패턴 에칭함에 의해, 절연층(14)의 단차 하부(즉 화소 영역(4))를 넓게 덮음과 함께, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 가지며, 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 형성한다.
이와 같은 차광막(16)은, 절연층(14)의 단차 상부에서 제거되고, 단차 하부를 넓게 덮는 형상이면 좋다. 이에 의해, 절연층(14)의 단차를 넓은 범위에서 경감한다.
[도 6B]
뒤이어 도 6B에 도시하는 바와 같이, 패드 배선(8) 및 차광막(16)을 덮는 상태로 광투과성을 갖는 재료로 이루어지는 투명 보호막(17)을 성막한다. 투명 보호막(17)의 성막은, 스핀 코트법과 같은 도포법에 의해 행한다. 다음에, 투명 보호막(17)상에, 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색의 컬러 필터(18)를 형성하고, 또한 이 상부에 광전 변환부(20)에 대응하는 온 칩 렌즈(19)를 구비한 온 칩 렌즈막(19a)을 형성한다.
[도 2]
이상의 후에는 앞서의 도 2에 도시한 바와 같이, 주변 영역(7)에 패드 배선(8)을 노출한 패드 개구(8a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 온 칩 렌즈막(19a)을, 투명 보호막(17), 및 보호 절연막(15)을 패턴 에칭함에 의해, 패드 배선(8)을 노출시킨 패드 개구(8a)를 형성한다.
또한 회로 기판(9)의 노출면을 연마함으로써 회로 기판(9)을 박막화하고, 비어(33)를 노출시켜 관통 비어(33)로 한다. 그 후, 관통 비어(33)를 덮는 상태로 회로 기판(9)상에 보호막(9c)을 성막하고, 관통 비어(33)를 노출한 패드 개구(33a)를 형성함에 의해, 고체 촬상 장치(1-1)를 완성시킨다.
<제1 실시 형태의 효과>
이상 설명한 구성의 고체 촬상 장치(1-1)는, 구동 회로가 형성된 표면측과 반대측의 면을 수광면(A)으로 한 이면조사형이고, 수광면(A)의 상방에서, 센서 기판(2)을 관통하여 마련한 관통 비어(23)에 패드 배선(8)을 직접 적층시킨 구성이다. 이에 의해, 관통 비어(23)상에 확산 방지 절연막을 통하여 패드 배선(8)을 마련하고, 접속구멍을 통하여 이들을 접속시킨 구성과 비교하여, 확산 방지 절연막이 생략된 구성이 되어, 제조 공정수를 삭감하는 것이 가능해짐과 함께, 주변 영역(7)을 포함하는 수광면(A)상에 적층된 절연막을 삭감하는 것이 가능해진다. 이 때, 확산 방지 절연막을 마련하는 일 없이, 패드 배선(8)의 최하층에 배리어 메탈막(8-1)을 마련함에 의해, 관통 비어(23)를 구성한 구리(Cu)의 확산을 방지할 수 있다.
또한 본 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)는, 수광면(A)상에는, 주변 영역(7)에 대해 화소 영역(4)로 막두께가 얇은 단차 구조의 절연층(14)을 마련하고, 이 상부에 온 칩 렌즈(19)를 마련하고 있다. 이에 의해, 주변 영역(7)에서는, 패드 배선(8)의 절연에 필요한 절연층(14)의 막두께가 확보되고, 한편, 화소 영역(4)에서는 절연층(14)을 박막화하여 이 상부의 온 칩 렌즈(19)와 수광면(A)과의 거리를 작게 할 수 있다.
게다가 이 단차 구조에서는, 상술한 바와 같이, 주변 영역(7)을 포함하는 수광면(A)상에 형성하는 절연막의 적층수가 삭감되어 있기 때문에, 패드 배선(8)의 절연에 필요한 절연층(14)의 막두께를 확보하면서 도, 절연층(14)에서의 단차 상부의 높이를 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 패드 배선(8)을 포함하는 단차 구조를 덮는 투명 보호막(17)의 박막화가 가능해지고, 이 투명 보호막(17)의 상부에 형성되는 온 칩 렌즈(19)와 수광면(A)과의 거리를 작게 하는 것이 가능해진다.
이 결과, 광전 변환부(20)에 대한 입사광의 감쇠나, 경사광 입사의 경우의 인접 화소에의 광이 누설입에 의한 혼색의 악화 등의 광학 특성을 개선하는 것이 가능해진다.
또한 특히 제1 실시 형태의 제조 방법에서는, 도 5C를 이용하여 설명한 바와 같이, 절연층(14)에 단차 구조를 형성하는 경우에, 에칭 스톱막(14-3)으로 에칭을 스톱시킨 후에, 조건을 바꾸어서 에칭 스톱막(14-3)을 에칭하는 순서로 하고 있다. 이에 의해, 화소 영역(4)의 수광면(A)상에, 제어성 양호하게 반사 방지막(14-1)과 계면준위 억제막(14-2)을 남길 수 있다. 이 결과, 안정된 수광 특성 및 암전류 방지 효과를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 수광면(A)을 에칭 데미지에 노출하는 일 없이 양호하게 유지하는 것도 가능하다.
또한, 상술한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이 패드 배선(8)과 차광막(16)이, 각각 다른 층으로 이루어지는 구성을 설명하였다. 그러나, 본 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-1)는, 패드 배선(8)과 차광막(16)이 동일층으로 이루어지는 구성이라도 좋다. 이 경우, 도 5B를 이용하여 설명한 패드 배선(8)의 형성 공정에서, 동시에 차광막(16)을 형성하면 좋고, 보호 절연막(15)의 형성을 생략할 수 있다. 이에 의해, 제조 공정수의 삭감과, 수광면(A)상에서의 절연막의 적층수를 더욱 삭감하는 것이 가능해진다.
≪제2 실시 형태≫
<고체 촬상 장치의 구성>
(캐비티 구조를 가지며 매립 배선 부분과 관통 비어 부분을 일체로 형성한 관통 비어상에, 직접 패드 배선을 마련한 예)
도 7은, 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-2)의 구성을 도시하는 주요부 단면도이고, 도 1에서의 화소 영역(4)과 주변 영역(7)과의 경계 부근의 단면도이다. 이하, 이 주요부 단면도에 의거하여 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-2)의 구성을 설명한다.
도 7에 도시하는 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-2)가, 도 2를 이용하여 설명한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치와 다른 점은, 관통 비어(28)가, 매립 배선 부분(29)과, 이 매립 배선 부분(29)과 일체로 형성된 관통 비어 부분(30)으로 구성되어 있는 점에 있고, 다른 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
즉 관통 비어(28)를 구성하는 매립 배선 부분(29)은, 4층 구조의 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)에 걸쳐서 형성된 배선홈(29a) 내에, 분리 절연막(24)을 통하여 구리(Cu)와 같은 도전성 재료를 매립하여 구성되어 있다. 또한, 매립 배선 부분(29)은, 도시한 바와 같이 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)에 까지 달하는 깊이로 매립되어 있는 것으로 한정되지 않고, 절연층(14)의 두께의 범위 내에만 매립되어 있어도 좋다.
또한, 관통 비어(28)를 구성하는 관통 비어 부분(30)은, 배선홈(29a)의 저부로부터 센서 기판을 관통하여 마련된 복수의 접속구멍(30a) 내에, 분리 절연막(24)을 통하여 구리(Cu)와 같은 도전성 재료를 매립하여 구성되어 있다. 각각의 접속구멍(30a) 내에 마련된 각 관통 비어 부분(30)은, 매립 배선 부분(29)에 의해 상호 접속된 상태로 되어 있다.
또한 이들의 관통 비어 부분(30)의 각각은, 배선층(2a)의 매립 배선(27)이나, 배선층(9a)의 매립 배선(37)에 달하는 상태로 각각 마련되어 있다.
본 제2 실시 형태에서는, 이상과 같이 구성된 관통 비어(28)상에, 패드 배선(8)이 직접 적층되어 있는 점이 특징적이다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 구성의 고체 촬상 장치(1-2)의 제조 방법을 도 8 내지 도 10의 단면 공정도에 의거하여 설명한다.
[도 8A]
우선 도 8A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)과 회로 기판을 맞붙이고, 필요에 응하여 센서 기판(2)의 수광면(A)측을 박막화할 때까지를, 제1 실시 형태로 도 3A를 이용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다. 그 후, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에, 반사 방지막(14-1), 계면준위 억제막(14-2), 에칭 스톱막(14-3), 상층 절연막(14-4)의 4층 구조로 절연층(14)을 성막한다.
뒤이어, 센서 기판(2)의 주변 영역(7)에서, 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)의 수광면(A)측의 표면층에 걸쳐서, 배선홈(29a)을 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 절연층(14)으로부터 센서 기판(2)의 표면층을 에칭한다. 에칭의 종료 후에는 레지스트 패턴을 제거한다.
[도 8B]
다음에 도 8B에 도시하는 바와 같이, 배선홈(29a)의 저부에, 필요에 응한 깊이의 각 접속구멍(30a)을 형성한다. 이들의 각 접속구멍(30a)은, 제1 실시 형태와 마찬가지이고, 센서 기판(2)의 표면측에 마련된 매립 배선(27) 또는 매립 배선(37)의 상부에 달하는 각 깊이로 형성된다.
그 후는, 제1 실시 형태에서 도 4B, 도 4C, 도 5A를 이용하여 설명한 순서와 같은 순서를 행한다.
[도 9A]
이에 의해 도 9A에 도시하는 바와 같이, 배선홈(29a) 및 접속구멍(30a)의 내벽에, 적층 구조의 분리 절연막(24)을 형성하고, 이들의 내부를 구리(Cu)로 일체로 매립함과 함께 매립 배선(27) 또는 매립 배선(37)에 접속된 관통 비어(28)를 형성한다. 이 관통 비어(28)는, 배선홈(29a)에 매립된 매립 배선 부분(29)과, 접속구멍(30a)에 매립된 관통 비어 부분(30)으로 구성된 것으로 된다.
또한 이상의 후는, 이후의 도 9B∼에 도시하는 공정을, 제1 실시 형태에서 도 5B∼를 이용하여 설명한 공정과 마찬가지로 행한다.
[도 9B]
즉 우선, 도 9B에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)에서의 주변 영역(7)에, 패드 배선(8)을 형성한다. 이 때, 우선 탄탈(Ta)이나 질화탄탈(TaN) 등으로 이루어지는 배리어 메탈막(8-1)을 성막하고, 다음에 AlCu 합금막(8-2)을 적층 성막한다. 다음에, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 AlCu 합금막(8-2) 및 배리어 메탈막(8-1)을 패턴 에칭한다. 이에 의해, 주변 영역(7)에서, 관통 비어(28)상에 직접 적층된 패드 배선(8)을 형성한다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 센서 기판(2)에 마련된 트랜지스터(Tr)나 다른 소자, 나아가서는 매립 배선(27)과 겹쳐서 형성되고, 이른바 컵 구조를 구성한다. 이에 의해, 센서 기판(2) 및 회로 기판(9), 배선층(2a) 및 배선층(9a)에서의 소자의 레이아웃의 자유도를 확보한다.
이상의 후에는, 이 패드 배선(8)을 덮는 상태로, 절연층(14)상에 보호 절연막(15)을 성막한다.
[도 9C]
그 후, 도 9C에 도시하는 바와 같이, 절연층(14)에서의 화소 영역(4)에 대응하는 부분을, 주변 영역(7)에 대해 선택적으로 박막화하고, 이에 의해 절연층(14)에 단차 구조를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 질화실리콘(SiN)으로 이루어지는 보호 절연막(15)을 에칭하고, 뒤이어 에칭 조건을 변경하여 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지는 상층 절연막(14-4)을 에칭한다. 이 때, 하층의 질화실리콘(SiN)으로 이루어지는 에칭 스톱막(14-3)으로 에칭을 스톱시킨다. 그 후, 다시 조건을 바꾸어서 에칭 스톱막(14-3)을 에칭한다.
이상에 의해, 수광면(A)상의 절연층(14)은, 화소 영역(4)의 막두께가 주변 영역(7)의 막두께보다도 얇은 단차 구조이고, 화소 영역(4)상에서의 박막화한 캐비티 구조가 된다. 이와 같은 상태에서, 화소 영역(4)에는, 반사 방지막(14-1)과 계면준위 억제막(14-2)만이 남겨진. 한편, 주변 영역(7)에는, 4층 구조의 절연층(14)이 그대로 남겨진다.
또한, 절연층(14)에서의 박막부분은, 패드 배선(8)에 영향이 없는 범위에서 가능한 만큼 광범위하게 설정되면 좋고, 이에 의해 절연층(14)의 단차 형상이, 이후에 형성하는 투명 보호막의 도포 얼룩을 악화시킴에 의해 광전 변환부(20)에의 광 입사에 영향을 미치는 것을 방지한다.
[도 10A]
다음에, 도 10A에 도시하는 바와 같이, 절연층(14)의 단차 하부에, 센서 기판(2)을 노출시키는 개구(14a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 계면준위 억제막(14-2)과 반사 방지막(14-1)을 에칭한다. 또한, 이 개구(14a)는, 광전 변환부(20)의 상방을 피한 위치에 형성된다.
다음에, 절연층(14)의 단차 하부에, 개구(14a)를 통하여 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 패턴 형성한다. 이 차광막(16)은, 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 갖고 있다. 여기서는 우선, 스퍼터 성막법에 의해, 절연층(14)상에 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성을 갖는 도전성 재료막을 성막한다. 그 후, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 도전성 재료막을 패턴 에칭함에 의해, 절연층(14)의 단차 하부를 넓게 덮음과 함께, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 가지며, 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 형성한다.
이와 같은 차광막(16)은, 절연층(14)의 단차 상부에서 제거되고, 단차 하부 즉 화소 영역(4)을 넓게 덮는 형상이면 좋다. 이에 의해, 절연층(14)의 단차를 넓은 범위에서 경감한다.
[도 10B]
뒤이어 도 10B에 도시하는 바와 같이, 패드 배선(8) 및 차광막(16)을 덮는 상태로 광투과성을 갖는 재료로 이루어지는 투명 보호막(17)을 성막한다. 투명 보호막(17)의 성막은, 스핀 코트법과 같은 도포법에 의해 행한다. 다음에, 투명 보호막(17)상에, 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색의 컬러 필터(18)를 형성하고, 또한 이 상부에 광전 변환부(20)에 대응하는 온 칩 렌즈(19)를 구비한 온 칩 렌즈막(19a)을 형성한다.
[도 7]
이상의 후에는 앞서의 도 7에 도시한 바와 같이, 주변 영역(7)에 패드 배선(8)을 노출한 패드 개구(8a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 온 칩 렌즈막(19a), 투명 보호막(17), 및 보호 절연막(15)을 패턴 에칭함에 의해, 패드 배선(8)을 노출시킨 패드 개구(8a)를 형성한다.
또한 회로 기판(9)의 노출면을 연마함으로써 회로 기판(9)을 박막화하고, 비어(33)를 노출시켜 관통 비어(33)로 한다. 그 후, 관통 비어(33)를 덮는 상태로 회로 기판(9)상에 보호막(9c)을 성막하고, 관통 비어(33)를 노출하는 패드 개구(33a)를 형성함에 의해, 고체 촬상 장치(1-2)를 완성시킨다.
<제2 실시 형태의 효과>
이상 설명한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-2)는, 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치와 마찬가지로, 구동 회로가 형성된 표면측과 반대측의 면을 수광면(A)으로 한 이면조사형이고, 수광면(A)의 상방에서, 센서 기판(2)을 관통하여 마련한 관통 비어(28)에 패드 배선(8)을 직접 적층시킨 구성이다. 또한, 수광면(A)상에는, 주변 영역(7)에 대해 화소 영역(4)로 막두께가 얇은 단차 구조의 절연층(14)을 마련하고, 이 상부에 온 칩 렌즈(19)를 마련하고 있다.
이 때문에 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제조 공정수의 삭감이 가능해진다. 또한 투명 보호막(17)의 상부에 형성되는 온 칩 렌즈(19)와 수광면(A)과의 거리를 작게 하는 것이 가능해지고, 광전 변환부(20)에 대한 입사광의 감쇠나, 경사광 입사의 경우의 인접 화소에의 광이 누설입에 의한 혼색의 악화 등의 광학 특성을 개선하는 것이 가능해진다.
또한 특히 본 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-2)에서는, 매립 배선 부분(29)과 관통 비어 부분(30)을 일체로 형성한 관통 비어(28)를 마련하고, 이 상부에 패드 배선(8)을 적층한 구성이다. 이 때문에, 패드 배선(8)이, 관통 비어(28)의 매립 배선 부분(29)으로 뒷받침되고 부분적으로 후막화 되어, 기계적 강도를 높이는 것이 가능하다. 이 결과, 패드 배선(8)의 하부에 형성된 트랜지스터(Tr) 등의 소자에 대해, 패드 배선(8)에 대한 본딩의 영향을 저감하는 것이 가능하다.
또한 본 제2 실시 형태의 제조 방법에서도, 도 9C를 이용하여 설명한 바와 같이, 절연층(14)에 단차 구조를 형성하는 경우에, 에칭 스톱막(14-3)으로 에칭을 스톱시킨 후에, 조건을 바꾸어서 에칭 스톱막(14-3)을 에칭하는 순서로 하고 있다.
이에 의해, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 화소 영역(4)의 수광면(A)상에, 제어성 양호하게 반사 방지막(14-1)과 계면준위 억제막(14-2)을 남길 수 있고, 수광면(A)을 에칭 데미지에 노출하는 일 없이 안정된 수광 특성 및 암전류 방지 효과를 얻는 것이 가능해진다.
또한 본 제2 실시 형태의 1-2에서도, 제1 실시 형태와 마찬가지로 패드 배선(8)과 차광막(16)을 동일층으로 이루어지는 구성으로 하여도 좋고, 이에 의해 제조 공정수의 삭감과, 수광면(A)상에서의 절연막의 적층수를 더욱 삭감하는 것이 가능하다.
≪제3 실시 형태≫
<고체 촬상 장치의 구성>
(매립 배선 부분과 관통 비어 부분을 일체로 형성한 관통 비어상에, 직접 패드 배선을 마련한 예)
도 11은, 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-3)의 구성을 도시하는 주요부 단면도이고, 도 1에서의 화소 영역(4)과 주변 영역(7)과의 경계 부근의 단면도이다. 이하, 이 주요부 단면도에 의거하여 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-3)의 구성을 설명한다.
도 11에 도시하는 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-3)가, 도 2를 이용하여 설명한 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치와 다른 점은, 관통 비어(28)가 매립 배선 부분(29)과 관통 비어 부분(30)으로 구성되어 있고, 또한 절연층(14')에 단차 구조가 마련되어 있지 않는 점에 있다. 또한 이에 의해, 절연층(14')이 2층 구조로 구성되어 있는 점에 있다. 그 밖의 구성은 제1 실시 형태와 마찬가지이다.
즉, 센서 기판(2)에서의 수광면(A)상에는 2층 구조의 절연층(14')을 통하여 차광막(16)이 마련되고, 이 상부에 상층 절연막(51)이 마련되어 있다. 또한 상층 절연막(51)으로부터 센서 기판(2)을 관통하는 상태로 관통 비어(28)가 마련되고, 이 관통 비어(28)상에 직접 적층된 상태로 패드 배선(8)이 마련되어 있는 점이 특징적이다. 또한 상층 절연막(51)상에는, 이들을 덮는 상태로 투명 보호막(17), 컬러 필터(18), 및 온 칩 렌즈(19)가 이 순서로 적층되어 있다. 이하, 본 제3 실시 형태에 특징적인 절연층(14'), 차광막(16), 상층 절연막(51), 관통 비어(28), 및 패드 배선(8)의 구성을 설명한다.
[절연층(14')]
절연층(14')은, 화소 영역(4) 및 주변 영역(7)을 포함하는 수광면(A)상의 전면에 마련되어 있고, 수광면(A)측부터 차례로 반사 방지막(14-1), 계면준위 억제막(14-2)을 적층시킨 2층 구조이다. 이 중 반사 방지막(14-1)은, 예를 들면 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈(Ta2O5), 또는 질화실리콘 등, 산화실리콘보다도 고굴절율의 절연성 재료를 이용하여 구성된다. 계면준위 억제막(14-2)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
[차광막(16)]
차광막(16)은, 수광면(A)측에서의 화소 영역(4)에서, 절연층(14')의 상부, 즉 계면준위 억제막(14-2)의 상부에 마련되어 있다. 이와 같은 차광막(16)은, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 복수의 수광 개구(16a)를 구비하고 있다. 또한, 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성에 우수한 도전성 재료를 이용하여 구성되고, 절연층(14')에 마련한 개구(14a')에서의 센서 기판(2)에 대해 접지된 상태로 마련되어 있다.
[상층 절연막(51)]
상층 절연막(51)은, 차광막(16)을 덮는 상태로, 화소 영역(4) 및 주변 영역(7)을 포함하는 수광면(A)상의 전면에 마련되어 있다. 이와 같은 상층 절연막(51)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
[관통 비어(28)]
관통 비어(28)는, 제2 실시 형태와 같은 것이고, 매립 배선 부분(29)과, 이 매립 배선 부분(29)과 일체로 형성된 관통 비어 부분(30)으로 구성되어 있고, 각 관통 비어 부분(30)이 매립 배선 부분(29)에 의해 상호 접속된 상태로 되어 있다. 또한, 매립 배선 부분(29)은, 도시한 바와 같이 상층 절연막(51)으로부터 센서 기판(2)에 까지 달하는 깊이로 매립되어 있는 것으로 한정되지 않고, 상층 절연막(51)까지, 또는 절연층(14')까지의 두께의 범위 내에만 매립되어 있어도 좋다.
[패드 배선(8)]
패드 배선(8)은, 수광면(A)측에서의 주변 영역(7)에서, 상층 절연막(51) 상부에 형성되고, 이 상층 절연막(51)에 매립된 관통 비어(28)상에, 직접 적층되어 있는 점이 특징적이다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 예를 들면 복수의 관통 비어(28) 사이를 접속하기 위한 배선 부분이나, 이 배선 부분에 접속된 전극 패드 부분을 구비하고 있다. 또한 패드 배선(8)은, 센서 기판(2)에 마련된 트랜지스터(Tr)나 다른 소자, 나아가서는 매립 배선(27)과 겹쳐서 배치되고, 이른바 컵 구조를 구성하고 있다. 이에 의해, 센서 기판(2) 및 회로 기판(9), 배선층(2a) 및 배선층(9a)에서의 소자의 레이아웃의 자유도를 확보한 구성으로 되어 있다.
이상과 같은 패드 배선(8)보다도 상층의 구성은, 투명 보호막(17), 컬러 필터(18), 및 온 칩 렌즈(19)를 구비한 온 칩 렌즈막(19a)이 이 순서로 적층되고, 이들에 마련한 패드 개구(8a)의 저부에 패드 배선(8)이 노출하고 있다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 구성의 고체 촬상 장치(1-3)의 제조 방법을 도 12 내지 도 13의 단면 공정도에 의거하여 설명한다.
[도 12A]
우선 도 12A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)과 회로 기판을 맞붙이고, 필요에 응하여 센서 기판(2)의 수광면(A)측을 박막화할 때까지를, 제1 실시 형태에서 도 3A를 이용하여 설명한 것과 마찬가지로 행한다. 그 후, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에, 반사 방지막(14-1), 계면준위 억제막(14-2)의 2층 구조로 절연층(14')을 성막한다.
[도 12B]
다음에, 도 12B에 도시하는 바와 같이, 화소 영역(4)에서의 절연층(14') 부분에, 센서 기판(2)을 노출시키는 개구(14a')를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 계면준위 억제막(14-2)과 반사 방지막(14-1)을 에칭한다. 또한, 이 개구(14a')는, 광전 변환부(20)의 상방을 피한 위치에 형성된다.
다음에, 절연층(14')상에, 개구(14a')를 통하여 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 패턴 형성한다. 이 차광막(16)은, 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 갖고 있다. 여기서는 우선, 스퍼터 성막법에 의해, 절연층(14')상에 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성을 갖는 도전성 재료막을 성막한다. 그 후, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 도전성 재료막을 패턴 에칭함에 의해, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(16a)를 가지며, 센서 기판(2)에 접지된 차광막(16)을 형성한다.
[도 12C]
뒤이어 도 12C에 도시하는 바와 같이, 차광막(16)을 덮는 상태로, 절연층(14')의 상부에 상층 절연막(51)을 성막한다. 그 후, 센서 기판(2)의 주변 영역(7)에서, 상층 절연막(51)으로부터 센서 기판(2)의 수광면(A)측의 표면층에 걸쳐서, 배선홈(29a)을 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상층 절연막(51)으로부터 센서 기판(2)의 표면층을 에칭한다. 에칭의 종료 후에는 레지스트 패턴을 제거한다.
[도 13A]
뒤이어 도 13A에 도시하는 바와 같이, 배선홈(29a)의 저부에, 필요에 응한 깊이의 각 접속구멍(30a)을 형성한다. 이들의 각 접속구멍(30a)은, 제1 실시 형태와 마찬가지이고, 센서 기판(2)의 표면측에 마련된 매립 배선(27) 또는 매립 배선(37)의 상부에 달하는 각 깊이로 형성된다. 그 후는, 제1 실시 형태에서 도 4B, 도 4C, 도 5A를 이용하여 설명한 순서와 같은 순서를 행한다.
[도 13B]
이에 의해 도 13B에 도시하는 바와 같이, 배선홈(29a) 및 접속구멍(30a)의 내벽에, 적층 구조의 분리 절연막(24)을 형성하고, 이들의 내부를 구리(Cu)로 일체로 매립함과 함께 매립 배선(27) 또는 매립 배선(37)에 접속된 관통 비어(28)를 형성한다. 이 관통 비어(28)는, 배선홈(29a)에 매립된 매립 배선 부분(29)과, 접속구멍(30a)에 매립된 관통 비어 부분(30)으로 구성된 것으로 된다.
[도 13C]
뒤이어, 도 13C에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)에서의 주변 영역(7)에, 패드 배선(8)을 형성한다. 이 때, 우선 탄탈(Ta)이나 질화탄탈(TaN) 등으로 이루어지는 배리어 메탈막(8-1)을 성막하고, 다음에 AlCu 합금막(8-2)을 적층 성막한다. 다음에, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 AlCu 합금막(8-2) 및 배리어 메탈막(8-1)을 패턴 에칭한다. 이에 의해, 주변 영역(7)에서, 관통 비어(28)상에 직접 적층된 패드 배선(8)을 형성한다. 이와 같은 패드 배선(8)은, 센서 기판(2)에 마련된 트랜지스터(Tr)나 다른 소자, 나아가서는 매립 배선(27)과 겹쳐서 형성되고, 이른바 컵 구조를 구성한다.
이상의 후에는, 패드 배선(8) 및 차광막(16)을 덮는 상태로, 광투과성을 갖는 재료로 이루어지는 투명 보호막(17)을 성막한다. 투명 보호막(17)의 성막은, 스핀 코트법과 같은 도포법에 의해 행한다. 다음에, 투명 보호막(17)상에, 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색의 컬러 필터(18)를 형성하고, 또한 이 상부에 광전 변환부(20)에 대응하는 온 칩 렌즈(19)를 구비한 온 칩 렌즈막(19a)을 형성한다.
[도 11]
이상의 후에는 앞서의 도 11에 도시한 바와 같이, 주변 영역(7)에 패드 배선(8)을 노출하는 패드 개구(8a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 온 칩 렌즈막(19a) 및 투명 보호막(17)을 패턴 에칭함에 의해, 패드 배선(8)을 노출시킨 패드 개구(8a)를 형성한다.
또한 회로 기판(9)의 노출면을 연마함으로써 회로 기판(9)을 박막화하고, 비어(33)를 노출시켜 관통 비어(33)로 한다. 그 후, 관통 비어(33)를 덮는 상태로 회로 기판(9)상에 보호막(9c)을 성막하고, 관통 비어(33)를 노출한 패드 개구(33a)를 형성함에 의해, 고체 촬상 장치(1-2)를 완성시킨다.
<제3 실시 형태의 효과>
이상 설명한 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-3)는, 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치와 마찬가지로, 구동 회로가 형성된 표면측과 반대측의 면을 수광면(A)으로 한 이면조사형이고, 수광면(A)의 상방에서, 센서 기판(2)을 관통하여 마련한 관통 비어(28)에 패드 배선(8)을 직접 적층시킨 구성이다. 이에 의해, 관통 비어(28)상에 확산 방지 절연막을 통하여 패드 배선(8)을 마련하고, 접속구멍을 통하여 이들을 접속시킨 구성과 비교하여, 확산 방지 절연막이 생략된 구성이 되고, 주변 영역(7)을 포함하는 수광면(A)상에 적층된 절연막을 삭감하는 것이 가능해진다. 또한 제조 공정수를 삭감하는 것이 가능해진다. 이 때, 확산 방지 절연막을 마련하는 일 없이, 패드 배선(8)의 최하층에 배리어 메탈막(8-1)을 마련함에 의해, 관통 비어(28)를 구성하는 구리(Cu)의 확산을 방지할 수 있다.
이 결과, 화소 영역(4)에서는, 온 칩 렌즈(19)와 수광면(A)과의 거리를 작게 할 수 있어서, 광전 변환부(20)에 대한 입사광의 감쇠나, 경사광 입사의 경우의 인접 화소에의 광이 누설입에 의한 혼색의 악화 등의 광학 특성을 개선하는 것이 가능해진다.
또한 특히 본 제3 실시 형태의 고체 촬상 장치(1-3)는, 제2 실시 형태와 마찬가지로 매립 배선 부분(29)과 관통 비어 부분(30)을 일체로 형성한 관통 비어(28)를 마련하고, 이 상부에 패드 배선(8)을 적층한 구성이다. 이 때문에 제2 실시 형태와 마찬가지로, 패드 배선(8)이 관통 비어(28)의 매립 배선 부분(29)으로 후막화 되어, 기계적 강도를 높이는 것이 가능하다. 이 결과, 패드 배선(8)의 하부에 형성된 트랜지스터(Tr) 등의 소자에 대해, 패드 배선(8)에 대한 본딩의 영향을 저감하는 것이 가능하다.
이상 설명한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태의 각 실시 형태에서는, 수광면(A)의 상방에 차광막(16)을 마련한 구성을 설명하였다. 그러나 본 기술은, 차광막(16)을 마련하지 않은 구성에도 적용 가능하고, 같은 효과를 얻는 것이 가능하다.
또한 상술한 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태에서는, 이면조사형의 고체 촬상 장치의 한 예로서 3차원 구조의 고체 촬상 장치에 본 기술을 적용한 구성을 설명하였다. 그러나 본 기술은, 3차원 구조로 한정되는 일 없이 이면조사형의 고체 촬상 장치에 널리 적용 가능하다. 또한 단차 구조를 갖는 절연층은, 각 실시 형태에서 설명한 적층 구조로 한정되는 일은 없고, 배선의 형성 및 수광 특성의 향상에 적합한 다양한 적층 구조를 적용할 수 있다.
≪4. 제4 실시 형태≫
<고체 촬상 장치의 구성>
(차광막을 덮는 보호 절연막에 배선을 매립하여 마련한 예)
도 14는, 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 구성을 도시하는 주요부 단면도이고, 도 1에서의 화소 영역(4)과 주변 영역(7)과의 경계 부근의 단면도이다. 이하, 이 주요부 단면도에 의거하여 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)를 설명한다.
도 14에 도시하는 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)는, 상술한 바와 같이 센서 기판(2)과 회로 기판(9)을 적층시킨 상태로 맞붙인 3차원 구조의 고체 촬상 장치이다. 센서 기판(2)의 표면측, 즉 회로 기판(9)측을 향하는 면상에는, 배선층(2a)과, 배선층(2a)을 덮는 보호막(2b)이 마련되어 있다. 한편, 회로 기판(9)의 표면측, 즉 센서 기판(2)측을 향하는 면상에는, 배선층(9a)과, 배선층(9a)을 덮는 보호막(9b)이 마련되어 있다. 또한 회로 기판(9)의 이면측에는, 보호막(9c)이 마련되어 있다. 이들의 센서 기판(2)과 회로 기판(9)은, 보호막(2b)과 보호막(9b)과의 사이에서 맞붙여져 있다.
또한 센서 기판(2)의 수광면(A)상에는, 반사 방지막(41), 계면준위 억제막(42), 차광막(43), 및 보호 절연막(44)이 마련되어 있다. 이 보호 절연막(44)에는, 배선(45)과, 배선(45)으로부터 센서 기판(2)을 관통하는 상태로 마련된 관통 비어(23)가 매립되어 있다.
이 배선(45) 및 관통 비어(23)를 덮는 상태로, 보호 절연막(44)상에 캡막(46)이 마련되어 있다. 또한 화소 영역(4)에서의 캡막(46)상에, 컬러 필터(47), 및 온 칩 렌즈(48)가 적층되어 있다. 또한 주변 영역(7)에는 패드 개구(8a)가 마련되어 있다.
다음에, 센서 기판(2)측의 각 층, 및 회로 기판(9)측의 각 층의 구성, 반사 방지막(41), 계면준위 억제막(42), 차광막(43), 보호 절연막(44), 관통 비어(23), 배선(45), 캡막(46), 컬러 필터(47), 온 칩 렌즈(48), 및 패드 개구(8a)의 구성을 이 순서로 설명한다.
[센서 기판(2)]
센서 기판(2)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판을 박막화한 것이다.
이 센서 기판(2)에서의 화소 영역(4)에는, 수광면(A)에 따라 복수의 광전 변환부(20)가 배열 형성되어 있다. 각 광전 변환부(20)는, 예를 들면 n형 확산층과 p형 확산층과의 적층 구조로 구성되어 있다. 또한, 광전 변환부(20)는 화소마다 마련되어 있고, 도면에서는 1화소분의 단면을 도시하고 있다.
또한 센서 기판(2)에서의 수광면(A)과는 반대의 표면측에는, n+형 불순물층으로 이루어지는 플로팅 디퓨전(FD), 트랜지스터(Tr)의 소스/드레인(21), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 불순물층, 및 소자 분리(22) 등이 마련되어 있다.
또한 센서 기판(2)에서, 화소 영역(4)의 외측의 주변 영역(7)에는, 이후에 설명하는 관통 비어(23) 및 패드 개구(8a)가 마련되어 있다.
[배선층(2a)(센서 기판(2)측)]
센서 기판(2)의 표면상에 마련된 배선층(2a)은, 센서 기판(2)과의 계면측에, 여기서의 도시를 생략한 게이트 절연막을 통하여 전송 게이트(TG) 및 트랜지스터(Tr)의 게이트 전극(25), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 전극을 갖고 있다. 또한 이들의 전송 게이트(TG) 및 게이트 전극(25)은, 층간절연막(26)으로 덮여 있고, 이 층간절연막(26)에 마련된 홈 패턴 내에는, 예를 들면 구리(Cu)를 이용한 매립 배선(27)이 다층 배선으로서 마련되어 있다. 이들의 매립 배선(27)은, 비어에 의해 서로 접속되고, 또한 일부가 소스/드레인(21), 전송 게이트(TG), 나아가서는 게이트 전극(25)에 접속된 구성으로 되어 있다. 또한, 매립 배선(27)에는, 센서 기판(2)에 마련된 관통 비어(23)도 접속되고, 트랜지스터(Tr) 및 매립 배선(27) 등에 의해 화소 회로가 구성되어 있다. 여기서 필요에 응하여, 다층 배선중의 한층은 알루미늄(Al) 배선으로서 구성되고, 그 중의 주변 영역에 배치된 배선의 일부는 전극 패드(8)로서 마련되어 있다.
이상과 같은 다층 배선이 형성된 층간절연막(26)상에, 절연성의 보호막(2b)이 마련되고, 이 보호막(2b) 표면에서 센서 기판(2)이 회로 기판(9)에 맞붙여져 있다.
[회로 기판(9)]
회로 기판(9)은, 예를 들면 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판을 박막화한 것이다. 이 회로 기판(9)에서, 센서 기판(2)측을 향하는 표면층에는, 트랜지스터(Tr)의 소스/드레인(31), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 불순물층, 및 소자 분리(32) 등이 마련되어 있다.
또한 회로 기판(9)에는, 이것을 관통하는 관통 비어(33)가 마련되어 있다. 이 관통 비어(33)는, 회로 기판(9)을 관통하여 형성된 접속구멍 내에, 분리 절연막(34)을 이용하여 매립된 도전성 재료에 의해 구성되어 있다.
[배선층(9a)(회로 기판(9)측)]
회로 기판(9)의 표면상에 마련된 배선층(9a)은, 회로 기판(9)과의 계면측에, 여기서의 도시를 생략한 게이트 절연막을 통하여 마련된 게이트 전극(35), 나아가서는 여기서의 도시를 생략한 다른 전극을 갖고 있다. 이들의 게이트 전극(35) 및 다른 전극은, 층간절연막(36)으로 덮여 있고, 이 층간절연막(36)에 마련된 홈 패턴 내에 예를 들면 구리(Cu)를 이용한 매립 배선(37)이 다층 배선으로서 마련되어 있다. 이들의 매립 배선(37)은, 비어에 의해 서로 접속되고, 또한 일부가 소스/드레인(31)이나 게이트 전극(35)에 접속된 구성으로 되어 있다. 또한, 매립 배선(37)에는, 회로 기판(9)에 마련된 관통 비어(33) 및 센서 기판(2)에 마련된 관통 비어(23)도 접속되고, 트랜지스터(Tr) 및 매립 배선(37) 등에 의해 구동 회로가 구성되어 있다. 여기서 필요에 응하여, 다층 배선중의 한층 예를 들면 최상층은 알루미늄(Al) 배선으로서 구성되고, 그 중의 주변 영역에 배치된 배선의 일부는 전극 패드로서 마련되어 있어도 좋다.
이상과 같은 매립 배선(37)이 형성된 층간절연막(36)상에, 절연성의 보호막(9b)이 마련되고, 이 보호막(9b) 표면에서 회로 기판(9)이 센서 기판(2)에 맞붙여져 있다. 또한, 회로 기판(9)에서, 배선층(9a)이 마련된 표면측과는 반대의 이면측에는, 회로 기판(9)을 덮는 보호막(9c)이 마련되고, 이 보호막(9c)에는 관통 비어(33)를 노출시키는 패드 개구(33a)가 마련되어 있다.
[반사 방지막(41), 계면준위 억제막(42)]
반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)은, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에 이 순서로 마련되어 있다. 반사 방지막(41)은, 예를 들면 산화하프늄(HfO2), 산화탄탈(Ta2O5), 또는 질화실리콘 등, 산화실리콘보다도 고굴절율의 절연성 재료를 이용하여 구성된다. 계면준위 억제막(42)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
[차광막(43)]
차광막(43)은, 화소 영역(4)에서, 수광면(A)상에 반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)을 통하여 마련되어 있다. 이와 같은 차광막(43)은, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 복수의 수광 개구(43a)를 구비하고 있다.
이와 같은 차광막(43)은, 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성에 우수한 도전성 재료를 이용하여 구성되고, 반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)에 마련한 개구(43b)에서의 센서 기판(2)에 대해 접지된 상태로 마련되어 있다.
[보호 절연막(44)]
보호 절연막(44)은, 수광면(A)측의 주변 영역(7) 및 화소 영역(4)에서, 차광막(43)을 덮고서, 표면 평탄하게 마련되어 있다. 이와 같은 보호 절연막(44)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 구성된다.
[배선(45)]
배선(45)은, 수광면(A)측의 주변 영역(7)에서, 차광막(43)을 덮는 보호 절연막(44)에 매립된 매립 배선으로서 마련되어 있다. 이 배선(45)은 관통 비어(23)와 일체로 매립되어 형성된 것이고, 관통 비어(23) 사이를 접속한다.
[관통 비어(23)]
관통 비어(23)는, 수광면(A)측의 주변 영역(7)에서, 배선(45)으로부터 계면준위 억제막(42) 및 반사 방지막(41)을 관통하고, 또한 센서 기판(2)을 관통하고, 배선층(2a)에 달하여 마련되어 있다. 이 관통 비어(23)는 복수 있고, 센서 기판(2)의 매립 배선(27), 알루미늄 배선 또는 회로 기판(9)의 매립 배선(37), 알루미늄 배선에 접속하고 있다.
이와 같은 관통 비어(23)는, 보호 절연막(44)에 형성된 배선홈과 그 저부의 접속구멍의 내벽을 연속적으로 덮는 분리 절연막(24)을 통하여, 이들의 배선홈 및 접속구멍에 구리(Cu)를 매립하여 일체로 구성된다. 여기서 배선홈의 부분이 배선(45)에 상당하고, 접속구멍의 부분이 관통 비어(23)에 상당한다. 또한 분리 절연막(24)은, 예를 들면 질화실리콘(SiN)과 같은 구리(Cu)의 확산 방지 기능을 갖는 재료를 이용하여 구성된다. 이와 같이, 관통 비어(23) 사이를 배선(45)으로 접속함에 의해, 관통 비어(23)가 각각 접속하고 있는 센서 기판(2)의 매립 배선(27) 및 회로 기판(9)의 매립 배선(37)의 사이를 전기적으로 접속한다. 즉, 센서 기판(2)의 구동 회로와 회로 기판(9)의 구동 회로가 접속된다.
[캡막(46)]
캡막(46)은, 수광면(A)측에서의 주변 영역(7) 및 화소 영역(4)에서, 관통 비어(23)와 일체 형성된 배선(45)을 덮고서 보호 절연막(44)상에 마련되어 있다. 이 캡막(46)은, 관통 비어(23) 및 배선(45)의 구성 재료인 구리(Cu)의 확산 방지 기능을 갖는 재료로 이루어지고, 예를 들면 질화실리콘(SiN)을 이용하여 구성된다.
[컬러 필터(47), 온 칩 렌즈(48)]
컬러 필터(47)는, 각 광전 변환부(20)에 대응하여 마련되고, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색으로 구성되어 있다. 각 색의 컬러 필터(47)의 배열이 한정되는 일은 없다.
온 칩 렌즈(48)는, 각 광전 변환부(20)에 대응하여 마련되고, 각 광전 변환부(20)에 입사광이 집광되도록 구성되어 있다.
또한 필요에 응하여, 캡막(46)과 컬러 필터(47)와의 사이에, 밀착 코트막 또는 평탄화 코트막을 마련한다. 예를 들면, 밀착 코트막 및 평탄화 코트막은 아크릴 수지로 이루어지는 막을 이용한다.
[패드 개구(8a)]
패드 개구(8a)는, 주변 영역에서, 수광면(A)상의 온 칩 렌즈 재료막(48a), 캡막(46), 보호 절연막(44), 계면준위 억제막(42), 및 반사 방지막(41)을 관통하고, 또한 센서 기판(2)을 관통하여 마련되어 있다. 이 패드 개구(8a)는, 센서 기판(2)측의 배선층(2a)에서의 전극 패드(8)를 노출시킨다.
<제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 효과>
이상 설명한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)에서는, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에서, 차광막(43)을 덮는 보호 절연막(44)에 관통 비어(23) 및 배선(45)이 매립되고, 이것을 덮고서 보호 절연막(44)상에 캡막(46)이 마련되어 있다. 즉, 캡막(46)이 차광막(43)의 상부에 마련되어 있다. 이 때문에, 캡막이 차광막의 하부에 마련된 종래의 구성에 비하여, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 경사광 입사의 인접 화소에의 광 누설입에 의한 혼색, 및 입사각이 커진 때의 셰이딩, 입사광의 감쇠 등을 억제하고, 광전 변환부(20)의 수광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
또한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)에서는, 배선(45)은 수광면(A)상에 마련되고, 관통 비어(23)와 일체 형성된 듀얼 다마신 구조로 되어 있다. 또한 전극 패드(8)가 센서 기판(2)의 수광면(A)과는 반대측의 배선층(2a)에 마련되고, 이 전극 패드(8)를 노출시키는 패드 개구(8a)가, 수광면(A)측에서 센서 기판(2)을 관통하여 마련되어 있다. 즉, 수광면(A)상에는 후막의 전극 패드(8)는 마련되지 않고, 박막의 배선(45)만이 마련되어 있다. 이 때문에, 수광면상에 후막의 전극 패드를 마련한 구조와 비교하여, 수광면(A)상의 층 구조의 높이를 억제할 수 있고, 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리를 작게 할 수 있다.
예를 들면, 수광면상에는 전극 패드를 마련하지 않은 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)에서는 이 거리를 630㎚ 정도로 접근할 수 있다. 이것으로부터도, 경사광 입사의 인접 화소에의 광 누설입에 의한 혼색, 및 입사각이 커진 때의 셰이딩, 입사광의 감쇠 등을 억제하고, 광전 변환부(20)의 수광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 구성의 고체 촬상 장치(2-1)의 제조 방법을 도 15 내지 도 17의 단면 공정도에 의거하여 설명한다.
도 15A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)에서의 화소 영역(4)에, 복수의 광전 변환부(20)를 배열 형성함과 함께, 센서 기판(2)에 플로팅 디퓨전(FD) 다른 불순물층이나 소자 분리(22)를 형성한다. 다음에, 센서 기판(2)의 표면상에 전송 게이트(TG) 및 게이트 전극(25)을 형성하고, 또한 층간절연막(26)과 함께 매립 배선(27)을 형성하여 배선층(2a)을 마련하고, 이 배선층(2a)의 상부를 보호막(2b)으로 덮는다. 한편, 회로 기판(9)에, 소스/드레인(31) 다른 불순물층이나 소자 분리(32)를 형성한다. 다음에, 회로 기판(9)의 표면상에 게이트 전극(35)을 형성하고, 또한 층간절연막(36)과 함께 매립 배선(37)을 형성하여 배선층(9a)을 마련하고, 또한 배선층(9a)으로부터 회로 기판(9)에 걸쳐서 비어(33)를 형성하고, 배선층(9a)의 상부를 보호막(9b)으로 덮는다. 또한 필요에 응하여, 배선층(2a) 또는 배선층(9a)의 다층 배선의 한층을 알루미늄(Al) 배선으로서 형성하고, 그 중의 주변 영역에 배치된 배선의 일부를 전극 패드(8)로 한다.
이상의 후, 센서 기판(2)과 회로 기판(9)을, 보호막(2b)과 보호막(9b)과의 사이에서 맞붙인다. 맞붙임의 종료 후에는, 필요에 응하여 센서 기판(2)의 수광면(A)측을 박막화한다.
여기까지의 공정은, 특히 순서가 한정되는 일은 없고, 통상의 맞붙임 기술을 적용하여 행할 수 있다.
도 15B에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에, 반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)을 이 순서로 적층 성막한다. 반사 방지막(41)은, 예를 들면 산화하프늄(HfO2)으로 이루어지고, 원자층 증착법에 의해 막두께 10㎚ 내지 300㎚(예를 들면 60㎚)로 성막된다. 계면준위 억제막(42)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, P-CVD(plasma-chemical vapor deposition)법에 의해 막두께 100㎚로 성막된다.
다음에, 이 반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)에, 센서 기판(2)을 노출시키는 수광 개구(43b)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 계면준위 억제막(42)과 반사 방지막(41)을 에칭한다. 또한, 이 수광 개구(43b)는, 화소 영역(4) 내에서 광전 변환부(20)의 상방을 피한 위치에 형성된다.
계속해서, 반사 방지막(41) 및 계면준위 억제막(42)에 형성된 수광 개구(43b)를 통하여 센서 기판(2)에 접지된 차광막(43)을 패턴 형성한다. 이 차광막(43)은, 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(43a)를 갖고 있다. 여기서는 우선, 스퍼터 성막법에 의해, 절연층(14)상에 알루미늄(Al)이나 텅스텐(W)과 같은 차광성을 갖는 도전성 재료막을 성막한다. 그 후, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여 도전성 재료막을 패턴 에칭함에 의해, 각 광전 변환부(20)에 대응하는 수광 개구(43a)를 가지며, 센서 기판(2)에 접지된 차광막(43)을 형성한다. 이 차광막(43)은, 주변 영역(7)에는 형성되지 않고, 화소 영역(4)에 형성된다.
도 16A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)의 주변 영역(7) 및 화소 영역(4)에서, 계면준위 억제막(42) 및 차광막(43)상에 보호 절연막(44)을 성막하고, 다음에 화학적 기계 연마(CMP)법에 의해 표면을 평탄화한다. 이 때, 보호 절연막(44)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지고, P-CVD법에 의해 성막된다. CMP에 의해 평탄화된 후의 보호 절연막(44)의 막두께는, 계면준위 억제막(42)의 윗면에서 보호 절연막(44)의 윗면까지의 두께가 400㎚ 정도가 되도록 조정된다.
그 후, 센서 기판(2)의 주변 영역(7)에서, 보호 절연막(44)에 배선홈(45a)을 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 산화실리콘(SiO2)으로 이루어지는 보호 절연막(44)의 에칭을 행한다. 에칭의 종료 후에는 레지스트 패턴을 제거한다.
도 16B에 도시하는 바와 같이, 배선홈(45a)의 저부에, 필요에 응한 깊이의 각 접속구멍(23a)을 형성한다. 이들의 각 접속구멍(23a)은, 센서 기판(2)의 표면측에 마련된, 배선층(2a)의 매립 배선(27) 및 배선층(9a)의 매립 배선(37)의 상부에 달하는 각 깊이로 형성되면 좋고, 저부에 매립 배선(27) 및 매립 배선(37)을 노출시키지 않아도 좋다. 이 때, 접속구멍(23a)의 깊이마다, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 형성하고, 이들의 레지스트 패턴을 마스크로 하여 센서 기판(2) 및 층간절연막(26)에 대해 복수회의 에칭을 행한다. 각 에칭의 종료 후에는 각 레지스트 패턴을 제거한다.
도 16C에 도시하는 바와 같이, 배선홈(45a) 및 접속구멍(23a)의 내벽을 덮는 상태로, 보호 절연막(44)상에, 분리 절연막(24)을 성막한다. 여기서는 예를 들면 2층 구조의 분리 절연막(24)을 형성하는 것으로 하여, 우선 p-CVD법에 의해 막두께 70㎚의 질화실리콘막(24-1)을 성막하고, 뒤이어 p-CVD법에 의해 막두께 900㎚의 산화실리콘막(24-2)을 성막한다. 또한, 분리 절연막(24)은, 적층 구조로 한정되는 일은 없고, 예를 들면 산화실리콘막 또는 질화실리콘막의 단층 구조라도 좋다.
도 17A에 도시하는 바와 같이, 이방성이 높은 에칭 조건에 의해 분리 절연막(24)을 에칭 제거함에 의해, 보호 절연막(44)상 및 배선홈(45a)의 저부, 나아가서는 접속구멍(23a)의 저부의 분리 절연막(24)을 제거한다. 계속해서, 이방성이 높은 에칭 조건에 의해 접속구멍(23a)의 저부의 층간절연막(26), 보호막(2b), 및 보호막(9b)을 에칭 제거하고, 접속구멍(23a)을 파고 나아간다. 이에 의해, 각 접속구멍(23a)의 저부에 매립 배선(27), 알루미늄 배선, 및 매립 배선(37)을 노출시킨다.
도 17B에 도시하는 바와 같이, 배선홈(45a) 및 접속구멍(23a)을 도전성 재료로 일체로 매립함에 의해, 배선홈(45a) 내에 매립 배선으로서 배선(45)을 형성하고, 또한 센서 기판(2)을 관통하는 접속구멍(23a) 내에 관통 비어(23)를 형성한다. 여기서는 우선, 배선홈(45a) 및 접속구멍(23a) 내를 매립한 상태에서, 보호 절연막(44)상에 도전성 재료막[예를 들면 구리(Cu)막]을 성막하고, 다음에 화학적 기계 연마(CMP)법에 의해 보호 절연막(44)상의 도전성 재료막을 연마 제거한다. 이에 의해, 배선홈(45a) 및 접속구멍(23a) 내에만 도전성 재료막을 남겨서, 센서 기판(2)의 수광면(A)측에서의 주변 영역(7)에, 배선(45) 및 이에 접속된 관통 비어(23)를 형성한다.
도 17C에 도시하는 바와 같이, 관통 비어(23)와 일체 형성된 배선(45)을 덮고서 보호 절연막(44)상에, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 구성하는 구리(Cu)에 대한 확산 방지 효과를 갖는 캡막(46)을 성막한다. 여기서는 캡막(46)으로서, 예를 들면 질화실리콘막을 70㎚의 막두께로 성막한다. 또한, 최상층의 질화실리콘으로 이루어지는 캡막(46)상에는, 또한 필요에 응하여 산화실리콘막을 성막하여도 좋다.
이상의 후에는 앞서의 도 14에 도시한 바와 같이, 캡막(46)상에 광전 변환부(20)에 대응하는 각 색의 컬러 필터(47)를 형성하고, 또한 이 위에 광전 변환부(20)에 대응하는 온 칩 렌즈(48)를 형성한다.
다음에, 주변 영역(7)에서, 센서 기판(2)측의 배선층(2a)에 형성된 전극 패드(8)를 수광면(A)측에 노출시키는 패드 개구(8a)를 형성한다. 이 때, 여기서의 도시를 생략한 레지스트 패턴을 온 칩 렌즈 재료막(48a)상에 형성한다. 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 온 칩 렌즈 재료막(48a), 캡막(46), 보호 절연막(44), 계면준위 억제막(42), 반사 방지막(41), 센서 기판(2), 및 배선층(2a)을 순서로 에칭한다. 전극 패드(8)를 노출시켜 에칭을 종료하고, 레지스트 패턴을 제거한다.
또한 회로 기판(9)의 노출면을 연마함으로써 회로 기판(9)을 박막화하고, 비어(33)를 노출시켜 관통 비어(33)로 한다. 그 후, 관통 비어(33)를 덮는 상태로 회로 기판(9)상에 보호막(9c)을 성막하고, 관통 비어(33)를 노출하는 패드 개구(33a)를 형성한다.
이상에 의해, 고체 촬상 장치(2-1)를 완성시킨다.
<제4 실시 형태의 제조 방법의 효과>
이상 설명한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 제조 방법은, 우선 차광막(43)을 형성하고, 그 후 관통 비어(23) 및 배선(45)을 형성하는 순서로 행한다. 이 순서에 의해, 차광막(43)의 상부에, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 덮는 캡막(46)이 마련된 구성으로 된다. 한편, 종래의 제조 방법은, 차광막을 형성하기 전에, 관통 비어를 형성하는 순서로 행하여지고, 차광막의 하부에, 관통 비어를 덮는 캡막이 마련된 구성으로 된다. 따라서 이와 같은 종래의 제조 방법과 비교하여, 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 제조 방법에서는, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다.
또한 제4 실시 형태의 제조 방법에서는, 배선홈(45a)과 이 저부에 연설된 접속구멍(23a)을 매립하고, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 일체 형성하고, 배선(45)이 수광면(A)상에 형성된다. 또한 전극 패드(8)를 센서 기판(2)의 수광면(A)과는 반대측의 배선층(2a)에 형성한다. 즉, 수광면(A)상에 박막의 배선(45)만을 형성하고, 후막의 전극 패드(8)를 형성하지 않는다. 이 때문에, 수광면상에 후막의 전극 패드를 형성한 경우와 비교하여, 수광면(A)상의 층 구조의 높이를 억제할 수 있고, 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리를 작게 할 수 있다.
이상과 같이, 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 제조 방법에서는, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리가 작고, 또한 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리가 작은 구성을 형성할 수 있다. 이에 의해, 경사광 입사의 인접 화소에의 광 누설입에 의한 혼색, 및 입사각이 커진 때의 셰이딩, 입사광의 감쇠 등을 억제하고, 광전 변환부(20)의 수광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
또한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-1)의 제조 방법에서는, 요철 형상의 차광막(43)을 덮고서 보호 절연막(44)을 성막하고, CMP에 의해 평탄화한 후, 배선(45)의 매립 배선 형성을 행한다. 평탄화된 보호 절연막(44)에 대해, 매립 배선 형성을 위한 배선홈(45a)을 패턴 형성하기 때문에, 패터닝 정밀도 좋게 배선(45)의 형성을 행할 수 있다.
≪6. 제5 실시 형태≫
<고체 촬상 장치의 구성>
(보호 절연막을 2층 구조로 한 예)
도 18은, 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)의 구성을 도시하는 주요부 단면도이고, 도 1에서의 화소 영역(4)과 주변 영역(7)과의 경계 부근의 단면도이다. 이하, 이 주요부 단면도에 의거하여 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2) 구성을 설명한다.
도 18에 도시하는 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)가, 도 14를 이용하여 설명한 제4 실시 형태의 고체 촬상 장치와 다른 점은, 보호 절연막(44)을 2층 구조로 한 점에 있고, 다른 구성은 제4 실시 형태와 마찬가지이다.
즉 보호 절연막(44)은, 저굴절율막(44a) 및 고굴절율막(44b)의 2층 구조이고, 차광막(43)상에 이 순서로 적층되고 된다. 저굴절율막(44a)은 박막이고, 그 표면에는 차광막의 패턴 형상이 이어지게 되고, 요철이 있는 표면을 갖고 있다. 한편, 고굴절율막(44b)은, 차광막(43)의 수광 개구(43a)에 의한 오목부을 매립하는 이상의 후막이고, 표면은 평탄화되어 있다.
이와 같은 저굴절율막(44a)은 굴절율 1.5 이하의 재료로 이루어지고, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용한다. 고굴절율막(44b)은 굴절율 1.5 이상의 재료로 이루어지고, 예를 들면 질화실리콘(SiN)을 이용한다.
상술한 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)는, 수광면(A)상의 구성이 다음과 같이 되어 있다. 차광막(43)을 덮는 2층 구조로 이루어지는 보호 절연막(44)이 마련되고, 이 보호 절연막(44)에 관통 비어(23) 및 배선(45)이 일체로 매립되고, 이들을 덮는 캡막(46)이 보호 절연막(44)상에 마련된 구성이다.
<제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)의 효과>
이상 설명한 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 수광면(A)상에서 차광막(43)의 상부에 캡막(46)이 마련되어 있다. 이 때문에, 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)에서도, 차광막의 하부에 관통 비어를 덮는 캡막이 마련된 종래의 구성과 비교하여, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다.
또한 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 전극 패드(8)는 수광면(A)상에는 없고, 센서 기판(2)의 수광면(A)과는 반대측의 배선층(2a)에 마련되어 있다. 즉, 수광면(A)상에 후막의 전극 패드(8)는 마련되지 않고, 박막의 배선(45)만이 마련되어 있다. 이 때문에, 수광면상에 후막의 전극 패드를 마련한 구조와 비교하여, 수광면(A)상의 층 구조의 높이를 억제할 수 있고, 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리를 작게 할 수 있다.
이상과 같이, 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리가 작고, 또한 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리가 작은 구성이다. 이에 의해, 경사광 입사의 인접 화소에의 광 누설입에 의한 혼색, 및 입사각이 커진 때의 셰이딩, 입사광의 감쇠 등을 억제하고, 광전 변환부(20)의 수광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
또한 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)에서는, 제4 실시 형태와 달리, 보호 절연막(44)이 저굴절율막(44a) 및 고굴절율막(44b)의 2층 구조로 되어 있다. 우선 차광막(43)상에 마련된 저굴절율막(44a)에 의해, 입사광이 차광막(43)로 흡수된 것을 저감한다. 또한, 광전 변환부(20)의 상부에 있는 차광막(43)의 수광 개구(43a)에 의한 오목부에서는, 오목부의 측벽 및 저부에 저굴절율막(44a)이 마련되고, 그 위에 오목부을 매립하여 고굴절율막(44b)이 마련된 구조로 되어 있다. 이에 의해, 광전 변환부(20)의 상부가 도파로(導波路) 구조로 되어 있다. 이 결과, 미세한 화소 사이즈에 대해서도 집광 효율을 높일 수 있고, 고체 촬상 장치의 새로운 미세화가 가능해진다.
<고체 촬상 장치의 제조 방법>
다음에, 상술한 구성의 고체 촬상 장치(2-2)의 제조 방법을 도 19의 단면 공정도에 의거하여 설명한다.
도 15A 및 도 15B를 이용하여 설명한 센서 기판(2)과 회로 기판(9)을 맞붙여서, 수광면(A)상에 차광막(43)을 형성하는 점까지는, 제4 실시 형태의 제조 방법과 마찬가지이다. 이 이후의 차광막(43)상에 보호 절연막(44)을 형성하는 순서로부터, 제5 실시 형태의 제조 방법은 제4 실시 형태의 제조 방법과는 다르다.
도 19A에 도시하는 바와 같이, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에, 계면준위 억제막(42) 및 차광막(43)상에 저굴절율막(44a)을 성막한다. 이 때, 차광막(43)이 막두께 230㎚의 경우에는, 저굴절율막(44a)은, 예를 들면 산화실리콘(SiO2)을 이용하여 막두께 100㎚로 성막된다. 여기서는, 차광막(43)의 수광 개구(43a)에 의한 오목부에서, 이 오목부의 측벽 및 저면에 따르는 박막으로, 저굴절율막(44a)을 성막하면 좋다.
도 19B에 도시하는 바와 같이, 저굴절율막(44a)상에 고굴절율막(44b)을 성막하고, 다음에 CMP법에 의해 표면을 평탄화한다. 이 때, 고굴절율막(44b)은, 예를 들면 질화실리콘(SiN)으로 이루어지고, P-CVD법에 의해 성막된다. CMP에 의해 평탄화된 후의 고굴절율막(44b)의 막두께는, 계면준위 억제막(42)의 윗면에서 보호 절연막(44)의 윗면까지의 두께가 430㎚ 정도가 되도록 조정된다. 여기서는, 차광막(43)의 수광 개구(43a)에 의한 오목부을 매립한 막두께로, 고굴절율막(44b)을 성막하면 좋고. 이상에 의해, 저굴절율막(44a) 및 고굴절율막(44b)의 2층으로 이루어지는 보호 절연막(44)을 형성한다.
또한, 고굴절율막(44b) 성막 후의 CMP에 의해, 저굴절율막(44a)이 노출할 때까지 연마하고, 최종적으로 수광 개구(43a)에 의한 오목부 내에만 고굴절율막(44b)이 남겨진 구성이라도 좋다.
이 이후의 순서는, 도 16 및 도 17을 이용하여 설명한 제4 실시 형태와 마찬가지로 하여 행한다. 즉, 2층 구조의 보호 절연막(44)에 관통 비어(23) 및 배선(45)을 매립하여 일체로 형성하고, 이들을 덮고서 캡막(46)을 성막하고, 그 위에 컬러 필터(47) 및 온 칩 렌즈(48)를 형성하고, 패드 개구(8a)를 형성한다. 이상에 의해, 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)를 완성시킨다.
또한, 배선(45)은, 고굴절율막(44b)만으로 매립되어도 좋고, 또는 고굴절율막(44b) 및 저굴절율막(44a)에 걸치는 깊이로 매립되어도 좋다.
<제5 실시 형태의 제조 방법의 효과>
이상 설명한 제2 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)의 제조 방법은, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 우선 차광막(43)을 형성하고, 그 후 관통 비어(23) 및 배선(45)을 형성하는 순서로 행한다. 이 순서에 의해, 차광막(43)의 하부가 아니라 상부에, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 덮는 캡막(46)이 마련된 구성으로 된다. 따라서 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)의 제조 방법에서는, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다.
또한 제5 실시 형태의 제조 방법에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 수광면(A)상의 보호 절연막(44)에 관통 비어(23) 및 배선(45)을 매립하여 일체 형성한다. 또한 전극 패드(8)를 센서 기판(2)의 수광면(A)과는 반대측의 배선층(2a)에 형성한다. 즉, 수광면(A)상에 박막의 배선(45)만을 형성하고, 후막의 전극 패드(8)를 형성하지 않는다. 이 때문에, 수광면상에 후막의 전극 패드를 형성한 경우와 비교하여, 수광면(A)상의 층 구조의 높이를 억제할 수 있고, 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리를 작게 할 수 있다.
이상과 같이, 제5 실시 형태의 고체 촬상 장치(2-2)의 제조 방법에서는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리가 작고, 또한 수광면(A)과 온 칩 렌즈(48)와의 거리가 작은 구성을 형성할 수 있다. 이에 의해, 경사광 입사의 인접 화소에의 광 누설입에 의한 혼색, 및 입사각이 커진 때의 셰이딩, 입사광의 감쇠 등을 억제하고, 광전 변환부(20)의 수광 특성을 향상하는 것이 가능해진다.
또한 제5 실시 형태의 제조 방법에서는, 제4 실시 형태와 달리, 보호 절연막(44)을 저굴절율막(44a) 및 고굴절율막(44b)의 2층 구조로서 형성한다. 우선 차광막(43)상에 저굴절율막(44a)을 형성함에 의해, 입사광이 차광막(43)에서 흡수되는 것을 저감한다. 또한, 광전 변환부(20) 상부의 차광막(43)의 수광 개구(43a)에 의한 오목부에서는, 오목부의 측벽 및 저부에 저굴절율막(44a)을 형성하고, 그 위에 오목부을 매립하여 고굴절율막(44b)을 형성한 구조로 되어 있다. 이에 의해, 광전 변환부(20)의 상부가 도파로 구조로 되어 있다. 이 결과, 미세한 화소 사이즈에 대해서도 집광 효율을 높일 수 있고, 고체 촬상 장치의 더한층의 미세화가 가능해진다.
또한, 상술한 제4 실시 형태 및 제5 실시 형태에서는, 센서 기판(2)의 수광면(A)상에서의 보호 절연막(44)에 배선(45)이 매립된 구성을 설명하였다. 그러나, 배선(45)이 보호 절연막(44)으로부터 센서 기판(2)에 걸치는 깊이로 매립된 구성이라도 좋다. 이 경우에도, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 덮는 캡막(46)은 차광막(43)의 상부에 마련되기 때문에, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다. 이 결과, 제4 실시 형태 및 제5 실시 형태와 같은 효과가 얻어진다.
또한, 상술한 제4 실시 형태 및 제5 실시 형태에서는, 관통 비어(23) 및 배선(45)이 일체로 형성되고, 함께 구리로 이루어지는 구성을 설명하였다. 그러나, 관통 비어와 배선을 별체로 형성하고, 관통 비어상의 알루미늄 배선을 전극 패드로 하는 구성이라도 좋다. 즉, 차광막 형성 후에, 우선 구리를 이용하여 관통 비어를 매립하여 형성하고, 다음에 관통 비어를 덮고서 구리 확산 방지를 위한 캡막(46)을 성막하고, 그 후 캡막 상에 관통 비어 사이를 접속한 알루미늄 배선을 패턴 형성한다. 또한 필요에 응하여, 이 알루미늄 배선을 노출시키는 패드 개구를 마련한다. 이 경우에도, 관통 비어(23) 및 배선(45)을 덮는 캡막(46)은 차광막(43)의 상부에 마련되기 때문에, 수광면(A)과 차광막(43)과의 거리를 작게 할 수 있다. 이 결과, 제4 실시 형태 및 제5 실시 형태와 같은 효과를 얻어진다.
또한, 상술한 제4 실시 형태 및 제5 실시 형태에서는, 이면조사형의 고체 촬상 장치의 한 예로서 3차원 구조의 고체 촬상 장치에 본 기술을 적용한 구성을 설명하였다. 그러나 본 기술은, 3차원 구조로 한정되는 일 없이 이면조사형의 고체 촬상 장치에 널리 적용 가능하다.
≪5. 고체 촬상 장치를 이용한 전자 기기의 한 예≫
상술한 실시 형태에서 설명한 본 기술의 한 실시 형태의 고체 촬상 장치는, 예를 들면 디지털 카메라나 비디오 카메라 등의 카메라 시스템, 나아가서는 촬상 기능을 갖는 휴대 전화, 또는 촬상 기능을 구비한 다른 기기 등의 전자 기기에 적용할 수 있다.
도 14는, 본 기술에 관한 한 실시 형태의 전자 기기의 한 예로서, 고체 촬상 장치를 이용한 카메라의 구성도를 도시한다. 본 실시 형태례에 관한 카메라는, 정지화상 또는 동화 촬영 가능한 비디오 카메라를 예로 한 것이다. 이 카메라(90)는, 고체 촬상 장치(91)와, 고체 촬상 장치(91)의 수광 센서부에 입사광을 유도하는 광학계(93)와, 셔터 장치(94)와, 고체 촬상 장치(91)를 구동한 구동 회로(95)와, 고체 촬상 장치(91)의 출력 신호를 처리하는 신호 처리 회로(96)를 갖는다.
고체 촬상 장치(91)는, 상술한 각 실시 형태에서 설명한 구성의 고체 촬상 장치가 적용된다. 광학계(광학 렌즈)(93)는, 피사체로부터의 상광(입사광)을 고체 촬상 장치(91)의 촬상면상에 결상시킨다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(91) 내에, 일정 기간 신호 전하가 축적된다. 이와 같은 광학계(93)는, 복수의 광학 렌즈로 구성된 광학 렌즈계로 하여도 좋다. 셔터 장치(94)는, 고체 촬상 장치(91)에의 광조사 기간 및 차광 기간을 제어한다. 구동 회로(95)는, 고체 촬상 장치(91) 및 셔터 장치(94)에 구동 신호를 공급하고, 공급한 구동 신호(타이밍 신호)에 의해, 고체 촬상 장치(91)의 신호 처리 회로(96)에의 신호 출력 동작의 제어, 및 셔터 장치(94)의 셔터 동작을 제어한다. 즉, 구동 회로(95)는, 구동 신호(타이밍 신호)의 공급에 의해, 고체 촬상 장치(91)로부터 신호 처리 회로(96)에의 신호 전송 동작을 행한다. 신호 처리 회로(96)는, 고체 촬상 장치(91)로부터 전송된 신호에 대해, 각종의 신호 처리를 행한다. 신호 처리가 행하여진 영상 신호는, 메모리 등의 기억 매체에 기억되고, 또는, 모니터에 출력된다.
이상 설명한 본 실시 형태에 관한 전자 기기에 의하면, 상술한 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태에서 설명한 어느 하나의 수광 특성의 양호한 고체 촬상 장치를 이용함에 의해, 촬상 기능을 갖는 전자 기기에서의 고정채(高精彩)한 촬상한 촬상이나 소형화를 달성하는 것이 가능해진다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과,
상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와, 상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하여 마련된 관통 비어와, 상기 주변 영역의 상기 수광면측에서, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 구비한 고체 촬상 장치.
(2) 상기 패드 배선을 덮고서 상기 수광면상에 마련된 보호막과,
상기 보호막상에 마련된 온 칩 렌즈와, 상기 패드 배선을 노출하는 상태로 상기 보호막에 마련된 패드 개구를 구비한 상기 (1)에 기재된 고체 촬상 장치.
(3) 상기 센서 기판의 표면측에서 상기 패드 배선과 겹쳐지는 위치에는, 소자가 배치되어 있는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고체 촬상 장치.
(4) 상기 관통 비어는, 상기 센서 기판의 수광면측에 마련된 매립 배선 부분과 당해 매립 배선 부분과 일체로 형성된 관통 비어 부분을 구비하고,
상기 패드 배선은, 상기 매립 배선 부분상에 직접 적층되어 있는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(5) 상기 매립 배선 부분은, 상기 센서 기판의 수광면측에 매립되어 있는 상기 (4)에 기재된 고체 촬상 장치.
(6) 상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에는, 절연층을 통하여 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막이 마련되고, 상기 패드 배선은, 상기 차광막과 동일층으로 구성되어 있는 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(7) 상기 수광면상에는, 상기 화소 영역의 막두께가 당해 화소 영역의 외측에 마련된 주변 영역의 막두께보다도 얇은 단차 구조를 갖는 절연층이 마련되고,
상기 절연층에서의 단차 상부에는, 상기 패드 배선이 마련되고, 상기 절연층에서의 단차 하부에는, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막이 마련된 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(8) 상기 절연층은, 다른 재료를 이용하여 구성된 적층 구조이고,
상기 화소 영역에서는, 상기 절연층에서 적층 구조의 상층 부분을 구성하는 막이 제거되어 있는 상기 (7)에 기재된 고체 촬상 장치.
(9) 상기 센서 기판의 표면측에는, 상기 구동 회로를 갖는 회로 기판이 접합된 상기 (1) 내지 (8)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(10) 센서 기판에 설정된 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성하는 것과,
상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성하는 것과, 상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하는 관통 비어를 형성하는 것과,
상기 주변 영역에서의 상기 수광면측에, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 형성하는 것을 행하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(11) 상기 관통 비어를 형성할 때에는, 상기 센서 기판의 수광면측에, 배선홈과, 당해 배선홈의 저부로부터 당해 센서 기판을 관통하여 상기 구동 회로에 까지 연설(延設)된 접속구멍을 형성한 후, 당해 배선홈과 접속구멍을 동시에 매립함에 의해, 매립 배선 부분과 관통 비어 부분으로 구성된 관통 비어를 형성하는 상기 (10)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(12) 상기 패드 배선을 형성할 때에는, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막을, 상기 패드 배선과 동일층으로 상기 화소 영역에 형성하는 상기 (10) 또는 (11)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(13) 상기 관통 비어를 형성하기 전에, 상기 수광면상에 절연층을 성막하고,
뒤이어 상기 절연층 및 상기 센서 기판을 관통하는 관통 비어를 형성한 후,
상기 절연층에서 상기 화소 영역에 대응하는 부분을 상기 주변 영역에 대해 선택적으로 박막화함에 의해 당해 절연층에 단차 구조를 형성하는 것과, 상기 절연층에서의 단차 상부에, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 형성하는 것과, 상기 절연층에서의 단차 하부에, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막을 형성하는 것을 행하는 상기 (10) 내지 (12)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(14) 상기 절연층을 성막할 때에는, 다른 재료를 이용하여 구성된 적층 구조로서 당해 절연층을 성막하고, 상기 절연층에 단차 구조를 형성할 때에는, 당해 절연층에서 적층 구조의 상층 부분을 구성하는 막을, 하층 부분을 구성하는 막에 대해 선택적으로 제거하는 상기 (13)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(15) 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과, 상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와, 상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하여 마련된 관통 비어와, 상기 주변 영역의 상기 수광면측에서, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선과, 상기 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 전자 기기.
(16) 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과, 상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와, 상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 마련되고, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막과, 상기 차광막을 덮고서 마련된 보호 절연막과,
상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어를 구비한 고체 촬상 장치.
(17) 상기 보호 절연막에 매립되고, 상기 관통 비어와 일체 형성된 배선을 갖는 상기 (16)에 기재된 고체 촬상 장치.
(18) 상기 센서 기판의 구동 회로에 배치된 전극 패드를 노출시키는 패드 개구가, 상기 주변 영역에서 상기 수광면측부터 상기 센서 기판을 관통하여 마련된 상기 (16) 또는 (17)에 기재된 고체 촬상 장치.
(19) 상기 보호 절연막이 고굴절율막 및 저굴절율막을 이용하여 구성되고,
상기 차광막상에 상기 저굴절율막이 마련되고, 상기 차광막의 상기 수광 개구를 매립하도록, 상기 저굴절율막상에 상기 고굴절율막이 마련된 상기 (16) 내지 (18)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(20) 상기 수광면측의 상기 광전 변환부에 대응하는 각 위치에서, 상기 차광막의 상부에 마련된 온 칩 렌즈를 갖는 상기 (16) 내지 (19)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(21) 상기 센서 기판의 표면측에는, 구동 회로를 갖는 회로 기판이 맞붙여진 상기 (16) 내지 (20)의 어느 하나에 기재된 고체 촬상 장치.
(22) 센서 기판에 설정된 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성하는 것과,
상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성하는 것과, 상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 차광막을 형성하는 것과, 상기 차광막을 덮는 보호 절연막을 형성하는 것과, 상기 수광면측에서 상기 화소 영역의 외측에 마련된 주변 영역에, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어를 형성하는 것을 포함하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(23) 상기 관통 비어를 형성할 때에, 상기 주변 영역에서 상기 보호 절연막측에, 배선홈 및 당해 배선홈의 저부로부터 상기 센서 기판을 관통하여 상기 구동 회로까지 연설된 복수의 접속구멍을 형성하고 상기 배선홈 및 상기 접속구멍에 동시에 도전 부재를 매립함에 의해, 상기 관통 비어와 당해 관통 비어에 접속된 배선을 일체로 형성하는 상기 (22)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(24) 상기 보호 절연막을 성막 후, 당해 보호 절연막의 표면을 평탄화하고, 평탄화된 상기 보호 절연막에 상기 배선홈을 형성하는 상기 (23)에 기재된 고체 촬상 장치의 제조 방법.
(24) 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과, 상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와, 상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 마련되고, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막과, 상기 차광막을 덮고서 마련된 보호 절연막과, 상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어와, 상기 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 전자 기기.
본 출원은, 일본 특허청에 2011년 10월 4일에 출원된 일본 특허출원 번호 2011-220310호 및 2011년 10월 11일에 출원된 일본 특허출원 번호 2011-223613호를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이고, 이 출원의 모든 내용을 참조에 의해 본 출원에 원용한다.

Claims (25)

  1. 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와,
    상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하여 마련된 관통 비어와,
    상기 주변 영역의 상기 수광면측에서, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 구비한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패드 배선을 덮고서 상기 수광면상에 마련된 보호막과,
    상기 보호막상에 마련된 온 칩 렌즈와,
    상기 패드 배선을 노출하는 상태에서 상기 보호막에 마련된 패드 개구를 구비한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 기판의 표면측에서 상기 패드 배선과 겹쳐지는 위치에는, 소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 관통 비어는, 상기 센서 기판의 수광면측에 마련된 매립 배선 부분과 당해 매립 배선 부분과 일체로 형성된 관통 비어 부분을 구비하고,
    상기 패드 배선은, 상기 매립 배선 부분상에 직접 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 매립 배선 부분은, 상기 센서 기판의 수광면측에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에는, 절연층을 통하여 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막이 마련되고,
    상기 패드 배선은, 상기 차광막과 동일층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 수광면상에는, 상기 화소 영역의 막두께가 당해 화소 영역의 외측에 마련된 주변 영역의 막두께보다도 얇은 단차 구조를 갖는 절연층이 마련되고,
    상기 절연층에서의 단차 상부에는, 상기 패드 배선이 마련되고,
    상기 절연층에서의 단차 하부에는, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막이 마련된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 절연층은, 다른 재료를 이용하여 구성된 적층 구조이고,
    상기 화소 영역에서는, 상기 절연층에서 적층 구조의 상층 부분을 구성하는 막이 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 기판의 표면측에는, 상기 구동 회로를 갖는 회로 기판이 맞붙여진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  10. 센서 기판에 설정된 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성하는 것과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성하는 것과,
    상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하는 관통 비어를 형성하는 것과,
    상기 주변 영역에서의 상기 수광면측에, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 형성하는 것을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 관통 비어를 형성할 때에는,
    상기 센서 기판의 수광면측에, 배선홈과, 당해 배선홈의 저부로부터 당해 센서 기판을 관통하여 상기 구동 회로에 까지 연설된 접속구멍을 형성한 후, 당해 배선홈과 접속구멍을 동시에 매립함에 의해, 매립 배선 부분과 관통 비어 부분으로 구성된 관통 비어를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 패드 배선을 형성할 때에는,
    상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막을, 상기 패드 배선과 동일층으로 상기 화소 영역에 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 관통 비어를 형성하기 전에, 상기 수광면상에 절연층을 성막하고,
    뒤이어 상기 절연층 및 상기 센서 기판을 관통하는 관통 비어를 형성한 후,
    상기 절연층에서 상기 화소 영역에 대응하는 부분을 상기 주변 영역에 대해 선택적으로 박막화함에 의해 당해 절연층에 단차 구조를 형성하는 것과,
    상기 절연층에서의 단차 상부에, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선을 형성하는 것과,
    상기 절연층에서의 단차 하부에, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막을 형성하는 것을 행하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 절연층을 성막할 때에는, 다른 재료를 이용하여 구성된 적층 구조로서 당해 절연층을 성막하고,
    상기 절연층에 단차 구조를 형성할 때에는, 당해 절연층에서의 적층 구조의 상층 부분을 구성하는 막을, 하층 부분을 구성하는 막에 대해 선택적으로 제거하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  15. 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와,
    상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 센서 기판에서의 상기 수광면측부터 상기 구동 회로에 달하여 마련된 관통 비어와,
    상기 주변 영역의 상기 수광면측에서, 상기 관통 비어상에 직접 적층된 패드 배선과,
    상기 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  16. 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와,
    상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 마련되고, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막과,
    상기 차광막을 덮고서 마련된 보호 절연막과,
    상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어를 구비한 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 보호 절연막에 매립되고, 상기 관통 비어와 일체 형성된 배선을 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 센서 기판의 구동 회로에 배치된 전극 패드를 노출시키는 패드 개구가, 상기 주변 영역에서 상기 수광면측부터 상기 센서 기판을 관통하여 마련된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  19. 제 16항에 있어서,
    상기 보호 절연막이 고굴절율막 및 저굴절율막을 이용하여 구성되고,
    상기 차광막상에 상기 저굴절율막이 마련되고,
    상기 차광막의 상기 수광 개구를 매립하도록, 상기 저굴절율막상에 상기 고굴절율막이 마련된 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  20. 제 16항에 있어서,
    상기 수광면측의 상기 광전 변환부에 대응하는 각 위치에서, 상기 차광막의 상부에 마련된 온 칩 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  21. 제 16항에 있어서,
    상기 센서 기판의 표면측에는, 구동 회로를 갖는 회로 기판이 맞붙여진 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치.
  22. 센서 기판에 설정된 화소 영역에 광전 변환부를 배열 형성하는 것과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 구동 회로를 형성하는 것과,
    상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 차광막을 형성하는 것과,
    상기 차광막을 덮는 보호 절연막을 형성하는 것과,
    상기 수광면측에서 상기 화소 영역의 외측에 마련된 주변 영역에, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어를 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 관통 비어를 형성할 때에,
    상기 주변 영역에서 상기 보호 절연막측에, 배선홈 및 당해 배선홈의 저부로부터 상기 센서 기판을 관통하여 상기 구동 회로까지 연설된 복수의 접속구멍을 형성하고,
    상기 배선홈 및 상기 접속구멍에 동시에 도전 부재를 매립함에 의해, 상기 관통 비어와 당해 관통 비어에 접속된 배선을 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 보호 절연막을 성막 후, 당해 보호 절연막의 표면을 평탄화하고,
    평탄화된 상기 보호 절연막에 상기 배선홈를 형성하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 장치의 제조 방법.
  25. 광전 변환부가 배열 형성된 화소 영역을 갖는 센서 기판과,
    상기 센서 기판에서 상기 광전 변환부에 대한 수광면과는 반대의 표면측에 마련된 구동 회로와,
    상기 화소 영역에서의 상기 수광면상에 마련되고, 상기 광전 변환부에 대응한 수광 개구를 갖는 차광막과,
    상기 차광막을 덮고서 마련된 보호 절연막과,
    상기 화소 영역의 외측의 주변 영역에서, 상기 보호 절연막으로부터 상기 센서 기판에 걸쳐서 매립되어 상기 구동 회로에 접속된 복수의 관통 비어와,
    상기 광전 변환부에 입사광을 유도하는 광학계를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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