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JP2016146376A - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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JP2016146376A JP2015021925A JP2015021925A JP2016146376A JP 2016146376 A JP2016146376 A JP 2016146376A JP 2015021925 A JP2015021925 A JP 2015021925A JP 2015021925 A JP2015021925 A JP 2015021925A JP 2016146376 A JP2016146376 A JP 2016146376A
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洋太郎 後藤
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Abstract

【課題】画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を抑制でき、トランジスタの誤動作を抑制できる撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】ライナー絶縁層LL1〜LL4は、画素領域GARの外側の領域であって、画素領域GARの4つの角部AOのうち少なくとも1つの角部AOの対頂角の領域OFR内において、ライナー絶縁層LL1〜LL4が除去された画素外抜き領域OPRを有している。【選択図】図1

Description

本発明は、撮像装置およびその製造方法に関するものである。
撮像装置には、大きく分けてCCD(Charge Coupled Device)とCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサとがある。CMOSイメージセンサにおいて、近年、配線材料に銅(Cu)を用いることが一般的である。この銅配線から銅が拡散することを防止するために、拡散防止膜としてのライナー膜(SiN、SiCNなど)が銅配線上に成膜されている。このようなライナー膜を用いた技術は、例えば特開2009−302565号公報などに記載されている。
一方、半導体装置の処理工程においては、例えばゲート酸化膜に生じた未結合手としてのダングリングボンドを水素により終端させる、いわゆるシンター処理と呼ばれる熱処理が行われる。特開2009−302565号公報に記載のようにライナー膜が成膜された場合、水素がこのライナー膜を通過しにくいため、ダングリングボンドを十分に終端させることができない。これにより界面準位が回復できないため、特に暗時において暗電流が流れて、暗時特性が劣化する。上記暗時特性の劣化は、特に平面視における画素センサエリアの4隅において顕著である。
上記暗時特性を改善するためにライナー膜に抜き領域を設ける技術が、例えば特開2010−278232号公報、特開2012−104654号公報などに記載されている。
特開2010−278232号公報においては、画素領域および回路形成領域の銅配線上以外のライナー膜が除去されている。これにより画素領域とその他の領域の各々において水素が基板に入る量を均一化できるため、画素領域とその他の領域の半導体素子の特性を揃えることができると上記公報には記載されている。
また特開2012−104654号公報においては、ダミー画素領域に、ライナー膜を貫通するダミーヴィア配線が設けられている。ダミーヴィアを通じて水素が拡散することにより画素領域とダミー画素領域とで暗時特性に差が生じることが抑制できると上記公報には記載されている。
特開2009−302565号公報 特開2010−278232号公報 特開2012−104654号公報
しかしながら特開2010−278232号公報においては、銅配線上以外のライナー膜が除去されているため、銅配線から銅が拡散しやすい。また銅配線を形成する際に行なうCMP(Chemical Mechanical Polishing)のスラリー(水酸化カリウムが主成分)に含まれるカリウム(K)も拡散しやすい。この銅とカリウムとがトランジスタまで拡散することにより微小リーク電流が生じてトランジスタが誤動作を起こしやすくなる。
特開2012−104654号公報においては、ダミー画素領域にライナー膜を貫通するダミーヴィア配線が設けられているが、画素領域に対するダミーヴィア配線の位置関係については何ら検討されていない。このため上記の平面視における画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を防止することができない。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、ライナー絶縁層は、画素領域の外側の領域であって、画素領域の4つの角部のうち少なくとも1つの角部の対頂角の領域内において、ライナー絶縁層が除去された画素外抜き領域を有している。
前記一実施の形態によれば、画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を抑制できるとともに、トランジスタの誤動作を抑制できる撮像装置およびその製造方法を実現することができる。
一実施の形態における撮像装置の構成を概略的に示す平面図である。 図1に示された撮像装置の一部を拡大して示す概略平面図である。 図1に示された撮像装置における1つの画素の回路構成を示す回路図である。 図1に示された撮像装置における画素領域内の一部の構成を拡大して示す概略平面図である。 図1に示された撮像装置における画素領域、抜き形成領域および周辺回路領域の構成を概略的に示す断面図である。 一実施の形態における撮像装置の画素領域と他の領域との境界を説明するための概略断面図である。 図1に示された撮像装置における画素外抜き領域の構成を説明するための概略平面図である。 図1に示された撮像装置における画素外抜き領域の構成を説明するための概略平面図である。 一実施の形態における撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 一実施の形態における撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 一実施の形態における撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 一実施の形態における撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 一実施の形態における撮像装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。 一実施の形態における撮像装置の変形例の構成として、BSI(Back-Side Illumination)型の撮像装置の構成を概略的に示す断面図である。 一実施の形態における撮像装置の変形例の構成として、画素外抜き領域の真下に位置する半導体基板の主表面の領域全体に素子分離絶縁層が形成された構成を概略的に示す断面図である。 一実施の形態における撮像装置の変形例の構成として、画素外抜き領域の真下に位置する半導体基板の主表面にトランジスタが形成された構成を概略的に示す断面図である。 一実施の形態における撮像装置の変形例の構成として、画素外抜き領域の真下に位置する半導体基板の主表面にシリサイド層よりなる抵抗が形成された構成を概略的に示す断面図である。 一実施の形態における撮像装置の変形例の構成として、画素外抜き領域の真下に位置する半導体基板の主表面にドープト多結晶シリコンよりなる抵抗が形成された構成を概略的に示す断面図である。
以下、本実施の形態について図に基づいて説明する。
まず本実施の形態の撮像装置における半導体基板の主表面に配置された各領域について図1および図2を用いて説明する。
図1に示されるように、本実施の形態における撮像装置ISは、例えばチップの状態であるが、ウエハの状態であってもよく、樹脂封止されたパッケージの状態であってもよい。本実施の形態における撮像装置ISは、半導体基板SUBの表面に、例えば画素領域GARと、周辺回路領域PCH、PCVと、抜き形成領域OFRとを主に有している。
画素領域GARは、半導体基板SUBの主表面において矩形の形状を有している。ここで主表面において矩形の形状とは、半導体基板SUBの主表面に対して直交する方向から見た視点(平面視)において矩形の形状を有することを意味する。画素領域GARには、複数の画素が形成されている。
周辺回路領域PCH、PCVは、画素領域GARの外部であって、画素領域GARの周辺に配置されている。周辺回路領域PCH、PCVの各々は、矩形の画素領域GARの外形の辺に沿って配置されている。周辺回路領域PCHは、例えばアナログデジタル回路(ADC)を含んでいる。また周辺回路領域PCVは、例えば垂直走査回路(VSCAN)を含んでいる。
抜き形成領域OFRは、平面視において矩形の画素領域GARの4つの角部AGの各々の対頂角の領域に配置されている。角部AGの対頂角の領域とは、平面視において角部AGと対頂角の関係にある角部AOを有する領域である。言い換えると、角部AGの対頂角の領域とは、平面視において矩形の画素領域GARの角部AGを構成する2つの辺を矩形の外方に延長した2つの仮想の直線により挟まれる領域である。
図2に示されるように、画素領域GARには、複数の画素(光電変換素子)PXPが行列状に配置されている。複数の画素PXPの各々には信号線(または制御線)SLが電気的に接続されている。複数の信号線SLは、行方向に延びる信号線と、列方向に延びる信号線とを含んでいる。これらの信号線SLは、矩形の画素領域GAR内部から外部へ直線状に延びており、周辺回路領域PCH、PCVの各々に達している。
抜き形成領域OFRは、これらの信号線SLを避けた領域(角部AGの対頂角の領域)に配置されている。この抜き形成領域OFRには、画素外抜き領域OPRが形成されている。この画素外抜き領域OPRは、ライナー絶縁層LL1〜LL4(図5)が除去されて、開口が形成された領域である。
画素外抜き領域OPRは、画素領域GARの外側の領域であって、画素領域GARの4つの角部AGのうち少なくとも1つの角部AGの対頂角の領域(抜き形成領域OFR)内に配置されている。
画素外抜き領域OPRは、平面視において矩形の画素領域GARの角からの距離Lが1000μm以内の範囲内に位置している。ここで距離Lは、画素領域GARの角と画素外抜き領域OPRとの間の最も近い距離である。画素外抜き領域OPRは、平面視において1辺の長さSLA、SLBが30μm以上200μm以下の寸法を有する矩形の平面形状を有している。
次に、画素領域GAR内に配置された複数の画素(光電変換素子)の各々の回路構成について図3および図4を用いて説明する。
図3および図4に示されるように、複数の画素PXPの各々は、例えばフォトダイオード(光電変換部)PD1、PD2と、転送用トランジスタTTR1、TTR2と、リセット用トランジスタRTRと、増幅用トランジスタATRと、選択用トランジスタSTRとを主に有している。
フォトダイオードPD1、PD2の各々は、光電変換部であり、互いにpn接合を構成するp型領域とn型領域とを有している。このフォトダイオードPD1、PD2の光の入射側には反射防止膜AR(図5)が形成されている。この反射防止膜ARは、撮像する光の色によって異なる構造(膜厚、膜質など)を有していることが好ましい。
転送用トランジスタTTR1、TTR2、リセット用トランジスタRTR、増幅用トランジスタATRおよび選択用トランジスタSTRの各々は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタであり、例えばnチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタよりなっている。これらの各トランジスタは、半導体基板SUBの表面に形成された1対のn型ソース/ドレイン領域と、その1対のソース/ドレイン領域に挟まれる半導体基板の領域上にゲート絶縁層(シリコン酸化膜)を介在して形成されたゲート電極層とを有している。また各ゲート電極層の側壁を覆うようにサイドウォール(側壁絶縁膜:図示せず)が形成されている。
フォトダイオードPD1、PD2の各々のp型領域は、例えば接地電位に接続されている。フォトダイオードPD1のn型領域と転送用トランジスタTTR1のn型ソース領域とは電気的に接続されており、例えば共通のn型領域により形成されている。フォトダイオードPD2のn型領域と転送用トランジスタTTR2のn型ソース領域とは電気的に接続されており、例えば共通のn型領域により形成されている。
転送用トランジスタTTR1のn型ドレイン領域と転送用トランジスタTTR2のn型ドレイン領域とは電気的に接続されており、例えば共通のn型領域により形成されている。転送用トランジスタTTR1のn型ドレイン領域と転送用トランジスタTTR2のn型ドレイン領域との各々は、例えば配線層IC1によりリセット用トランジスタRTRのn型ソース領域と電気的に接続されている。
リセット用トランジスタRTRのn型ドレイン領域と増幅用トランジスタATRのn型ソース領域とは電気的に接続されており、例えば共通のn型領域により形成されている。リセット用トランジスタRTRのn型ドレイン領域および増幅用トランジスタATRのn型ソース領域には電源線PWSが電気的に接続されている。
増幅用トランジスタATRのゲート電極層は、例えば配線層IC1により、転送用トランジスタTTR1のn型ドレイン領域、転送用トランジスタTTR2のn型ドレイン領域およびリセット用トランジスタRTRのn型ソース領域に電気的に接続されている。
増幅用トランジスタATRのn型ドレイン領域と選択用トランジスタSTRのn型ソース領域とは電気的に接続されており、例えば共通のn型領域により形成されている。選択用トランジスタSTRのn型ドレイン領域は垂直信号線VSに電気的に接続されている。
次に、本実施の形態における撮像装置の画素領域GAR、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々の断面構成について図5を用いて説明する。
図5に示されるように、画素領域GARにおいては、例えばシリコンよりなる半導体基板SUB内のn型領域SBR上にp型ウエル領域WL1が形成されている。このp型ウエル領域WL1の表面(半導体基板SUBの主表面)にフォトダイオードPD、転送用トランジスタTTRなどが形成されている。
なお図5においては説明の便宜上、フォトダイオードPDおよび転送用トランジスタTTR以外の他のトランジスタなどの素子は省略されている。図5におけるフォトダイオードPDは図3、図4に示されるフォトダイオードPD1またはPD2のいずれかに対応している。図5における転送用トランジスタTTRは図3、図4に示される転送用トランジスタTTR1またはTTR2のいずれかに対応している。
図5に示されるように、フォトダイオードPDは、p+領域PRと、n+領域NRとを有している。p+領域PRは画素領域GAR内において半導体基板SUBの主表面に形成されている。n+領域NRは、p+領域PRの下側を覆っており、p+領域PRとpn接合を構成している。
フォトダイオードPDを覆うように半導体基板SUBの主表面上には反射防止膜ARが形成されている。反射防止膜ARは、例えばシリコン酸化膜SL1と、シリコン窒化膜SL2との積層構造よりなっている。シリコン酸化膜SL1は半導体基板SUBの主表面に接するように形成されている。シリコン窒化膜SL2は、シリコン酸化膜SL1上に形成されている。
転送用トランジスタTTRは、n型ソース領域NRと、n型ドレイン領域LIR、HIRと、ゲート絶縁層GIと、ゲート電極層GTとを有している。n型ソース領域NRは、半導体基板SUBの主表面に形成されており、フォトダイオードPDのn型領域NRと共通のn型領域により形成されている。
n型ドレイン領域LIR、HIRは、n型ソース領域NRと距離を隔てて半導体基板SUBの主表面に形成されている。n型ドレイン領域LIR、HIRは、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有しており、n-領域LIRと、n+領域HIRとを有している。n-領域LIRおよびn+領域HIRの双方は半導体基板SUBの主表面に形成されている。n-領域LIRは、n+領域HIRのn型領域NR側に接している。
ゲート電極層GTは、n型ソース領域NRとn型ドレイン領域LIR、HIRとに挟まれる半導体基板SUBの主表面上にゲート絶縁層GIを介在して形成されている。上記の反射防止膜ARの一方端は、ゲート電極層GTの上に乗り上げることによりゲート電極層GTの側壁絶縁層を兼ねていてもよい。
またゲート電極層GTの反射防止膜ARとは反対側の側壁には側壁絶縁層SWが形成されている。この側壁絶縁層SWは、反射防止膜ARと同様、例えばシリコン酸化膜SL1と、シリコン窒化膜SL2との積層構造よりなっている。
半導体基板SUBの主表面には、素子分離絶縁層SIとして、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)が形成されている。この素子分離絶縁層SIの下側には、素子分離領域としてp+領域DSが形成されている。
周辺回路領域PCH、PCVにおいては、半導体基板SUB内のn型領域SBR上にn型ウエル領域WL2が形成されている。このn型ウエル領域WL2の表面(半導体基板SUBの主表面)側にはp型ウエル領域WL3が形成されている。このp型ウエル領域WL3の表面(半導体基板SUBの主表面)に、周辺回路用のトランジスタTRなどが形成されている。
この周辺回路用のトランジスタTRは、1対のn型ソース/ドレイン領域LIR、HIRと、ゲート絶縁層GIと、ゲート電極層GTとを有している。1対のソース/ドレイン領域LIR、HIRは、互いに距離を隔てて半導体基板SUBの主表面に形成されている。1対のソース/ドレイン領域LIR、HIRの各々は、LDD構造を有しており、n-領域LIRと、n+領域HIRとを有している。ゲート電極層GTは、1対のソース/ドレイン領域LIR、HIRに挟まれる半導体基板SUBの主表面上にゲート絶縁層GIを介在して形成されている。
抜き形成領域OFRにおいては、半導体基板SUB内のn型領域SBR上にn型ウエル領域WL2が形成されている。この抜き形成領域OFRにおいては、半導体基板SUBの主表面に何らの素子も形成されていない。このため、半導体基板SUBの主表面であってn型ウエル領域WL2内にはp型ウエル領域WL3が形成されているだけである。またp型ウエル領域WL3が形成されていなくてもよい。その場合には、半導体基板SUBの主表面にn型ウエル領域WL2が位置していてもよい。
画素領域GAR、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、半導体基板SUBの主表面を覆うように層間絶縁層II1が形成されている。層間絶縁層II1は、例えばシリコン酸化膜よりなっている。この層間絶縁層II1には、各トランジスタのソース/ドレイン領域、ゲート電極層などに達するコンタクトホールCHが複数個形成されている。これらのコンタクトホールCHの各々の内部を埋め込むように埋め込み導電層CLが形成されている。
この層間絶縁層II1の表面上には、層間絶縁層II2が形成されている。層間絶縁層II2は、例えばシリコン酸化膜よりなっている。層間絶縁層II2には配線用溝TR1が形成されている。この配線用溝TR1内に、配線層IC1が形成されている。この配線層IC1は、銅を含む材質よりなっており、例えば銅(Cu)、銅・アルミニウム(CuAl)などの材質よりなっている。
この配線層IC1を覆うように層間絶縁層II2上にライナー絶縁層LL1が形成されている。このライナー絶縁層LL1は、配線層IC1に含まれる銅の拡散を防止するためのものである。ライナー絶縁層LL1は、窒素を含む材質よりなっており、例えば窒化シリコン(SiN)、炭窒化シリコン(SiCN)などの材質よりなっている。
ライナー絶縁層LL1には、開口LL1a、LL1bが形成されている。開口LL1aは、画素領域GAR内においてフォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域においてライナー絶縁層LL1が除去された部分である。つまり開口LL1aは、画素領域GAR内において光電変換素子の光電変換部の真上領域においてライナー絶縁層LL1が除去された部分である。なお開口LL1aはフォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域だけでなく、他の領域(例えば転送用トランジスタTTRの形成領域)の真上領域上にも開口していてもよい。
開口LL1bは、抜き形成領域OFR内においてライナー絶縁層LL1が除去された部分である。開口LL1bの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には素子は形成されていない。本実施の形態においては、開口LL1bの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子分離絶縁層SIに周囲を囲まれた単一導電型(例えばp型)のウエル領域(活性領域)WL3が形成されている。
画素領域GAR、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、ライナー絶縁層LL1を覆うように、層間絶縁層II3が形成されている。層間絶縁層II3は、例えばシリコン酸化膜よりなっている。この層間絶縁層II3は、ライナー絶縁層LL1の開口LL1a、LL1bを埋め込んでいる。層間絶縁層II3には、各配線層IC1などに達するスルーホール(図示せず)が複数個形成されている。これらのスルーホールの各々の内部を埋め込むように埋め込み導電層(図示せず)が形成されている。
この層間絶縁層II3の表面上には、層間絶縁層II4が形成されている。層間絶縁層II4は、例えばシリコン酸化膜よりなっている。層間絶縁層II4には配線用溝TR2が形成されている。この配線用溝TR2内に、配線層IC2が形成されている。この配線層IC2は、銅を含む材質よりなっており、例えば銅、銅・アルミニウムなどの材質よりなっている。
この配線層IC2を覆うように層間絶縁層II4上にライナー絶縁層LL2が形成されている。このライナー絶縁層LL2は、配線層IC2に含まれる銅の拡散を防止するためのものである。ライナー絶縁層LL2は、窒素を含む材質よりなっており、例えば窒化シリコン、炭窒化シリコンなどの材質よりなっている。
ライナー絶縁層LL2には、開口LL2a、LL2bが形成されている。開口LL2aは、画素領域GAR内においてフォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域においてライナー絶縁層LL2が除去された部分である。つまり開口LL2aは、画素領域GAR内において光電変換素子の光電変換部の真上領域においてライナー絶縁層LL2が除去された部分である。なお開口LL2aはフォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域だけでなく、他の領域(例えば転送用トランジスタTTRの形成領域)の真上領域上にも開口していてもよい。
開口LL2bは、抜き形成領域OFR内においてライナー絶縁層LL2が除去された部分である。開口LL2bの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子は形成されていない。本実施の形態においては、開口LL2bの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子分離絶縁層SIに周囲を囲まれた単一導電型(例えばp型)のウエル領域(活性領域)WL3が形成されている。
ライナー絶縁層LL2の上には、層間絶縁層II5、II6、配線用溝TR3、配線層IC3、ライナー絶縁層LL3などが形成されている。層間絶縁層II5は層間絶縁層II3とほぼ同じであり、層間絶縁層II6は層間絶縁層II4とほぼ同じである。配線用溝TR3は配線用溝TR2とほぼ同じであり、配線層IC3は配線層IC2とほぼ同じであり、ライナー絶縁層LL3はライナー絶縁層LL2とほぼ同じである。上記より、層間絶縁層II5、II6、配線用溝TR3、配線層IC3、ライナー絶縁層LL3の説明は繰り返さない。
またライナー絶縁層LL3の上には、層間絶縁層II7、II8、配線用溝TR4、配線層IC4、ライナー絶縁層LL4などが形成されている。層間絶縁層II7は層間絶縁層II3とほぼ同じであり、層間絶縁層II8は層間絶縁層II4とほぼ同じである。配線用溝TR4は配線用溝TR2とほぼ同じであり、配線層IC4は配線層IC2とほぼ同じであり、ライナー絶縁層LL4はライナー絶縁層LL2とほぼ同じである。上記より、層間絶縁層II7、II8、配線用溝TR4、配線層IC4、ライナー絶縁層LL4の説明は繰り返さない。
ライナー絶縁層LL4を覆うように、層間絶縁層II9が形成されている。層間絶縁層II9は、例えばシリコン酸化膜よりなっている。
画素領域GARにおいて、層間絶縁層II9の上にはカラーフィルターCF1、CF2を介在してマイクロレンズLE1、LE2が形成されている。
周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、層間絶縁層II9の上にはパッド電極を構成する配線層PADが形成されている。この配線層PADを覆うように、絶縁層ILとパッシベーション層PSとが順に積層して形成されている。
画素領域GARにおいて、複数層のライナー絶縁層LL1〜LL4の各々に形成された開口LL1a〜LL4aは、フォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域に位置し、平面視において相互に重畳している。複数の開口LL1a〜LL4aにより画素内抜き部OPBが構成されている。つまり複数の開口LL1a〜LL4aが平面視において相互に重畳した領域が画素内抜き部OPBを構成している。
ライナー絶縁層LL1〜LL4の各々は、画素領域GAR内においては、開口LL1a〜LL4aの形成領域とビアホールの形成領域との領域以外は除去されていない。つまり開口LL1a〜LL4aの形成領域およびビアホールの形成領域以外の画素領域GAR内の領域は、ライナー絶縁層LL1〜LL4の各々により覆われている。
抜き形成領域OFRにおいて、複数層のライナー絶縁層LL1〜LL4の各々に形成された開口LL1b〜LL4bは平面視において相互に重畳している。複数の開口LL1b〜LL4bにより画素外抜き領域OPRが構成されている。つまり複数の開口LL1b〜LL4bが平面視において相互に重畳した領域が画素外抜き領域OPRを構成している。抜き形成領域OFR内における画素外抜き領域OPR以外の領域は、ライナー絶縁層LL1〜LL4の各々によって覆われている。
画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子分離絶縁層SIに周囲を囲まれた単一導電型(例えばp型)のウエル領域(活性領域)WL3が形成されている。なおp型ウエル領域WL3が省略されてもよい。この場合には、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子分離絶縁層SIに周囲を囲まれたn型ウエル領域(活性領域)WL2が位置してもよい。
画素外抜き領域OPRは、平面視において抜き形成領域OFR内にのみ位置しており、抜き形成領域OFRをはみ出していない。このため画素外抜き領域OPRは、平面視において周辺回路領域PCH、PCVおよび画素領域GAR内に延びていない。
画素外抜き領域OPRが形成される抜き形成領域OFRは、上述のとおり、平面視において矩形の画素領域GARの外側に配置されている。ここで画素領域GARと周辺回路領域PCH、PCVとの境界は、図6に示されるように、p型ウエル領域WL1とn型ウエル領域WL2とのpn接合部である。また画素領域GARと抜き形成領域OFRとの境界も、図6と同様、p型ウエル領域WL1とn型ウエル領域WL2とのpn接合部である。
また仮に画素領域GARがn型ウエル領域内に形成されており、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々がp型ウエル領域内に形成されている場合には、そのn型ウエル領域とp型ウエル領域とのpn接合部が上記の境界となる。
このため画素外抜き領域OPRが形成される抜き形成領域OFRは、画素領域GARが形成されるウエル領域以外のウエル領域の真上に位置している。
上記においては複数のライナー絶縁層LL1〜LL4が形成された場合について説明したが、1層のライナー絶縁層LL1のみが形成されている場合には、ライナー絶縁層LL1に形成された開口LL1bのみにより画素外抜き領域OPRが構成されることになる。
図2に示されるように、矩形の画素領域GARの4隅の各々に配置される1つの画素外抜き領域OPRは、画素外抜き部OPAが1つのみ設けられた構成を有していてもよい。また図7に示されるように、矩形の画素領域GARの4隅の各々に配置される1つの画素外抜き領域OPRは、複数の画素外抜き部OPAが行列状に配置された構成を有していてもよい。
1つの画素外抜き領域OPRに含まれる複数の画素外抜き部OPAは、画素領域GAR内に形成される複数の画素内抜き部OPBと同じ平面形状および平面配置を有していてもよい。具体的には1つの画素外抜き部OPAと1つの画素内抜き部OPBとは同じ平面形状を有し、画素外抜き部OPAの辺の寸法S1A、S2Aが画素内抜き部OPBの辺の寸法S1B、S2Bと同じであってもよい。また複数の画素外抜き部OPAの行方向および列方向の各々の配置ピッチP1は、複数の画素内抜き部OPBの行方向および列方向の各々の配置ピッチP2と同じであってもよい。
また図1に示されるように、画素外抜き領域OPRは、半導体基板SUBの主表面における画素領域GARの中心Oを通る仮想の中心線(A−A線またはB−B線)に対して線対称に形成されていてもよい。
この場合、図8に示されるように、互いに線対称の位置にある一方の画素外抜き領域OPR内の画素外抜き部OPAの辺の寸法S1A、S2Aと、他方の画素外抜き領域OPR内の画素外抜き部OPAの辺の寸法S1A、S2Aとは同じである。また互いに線対称の位置にある一方の画素外抜き領域OPR内の複数の画素外抜き部OPAの行方向および列方向の各々の配置ピッチP1と、他方の画素外抜き領域OPR内の複数の画素外抜き部OPAの行方向および列方向の各々の配置ピッチP1とは同じである。
また画素外抜き領域OPRは、半導体基板SUBの主表面における画素領域GARの中心Oに対して点対称に形成されていてもよい。この場合にも、互いに点対称の位置にある一方の画素外抜き領域OPR内の画素外抜き部OPAの辺の寸法S1A、S2Aと、他方の画素外抜き領域OPR内の画素外抜き部OPAの辺の寸法S1A、S2Aとは同じである。また互いに点対称の位置にある一方の画素外抜き領域OPR内の複数の画素外抜き部OPAの行方向および列方向の各々の配置ピッチP1と、他方の画素外抜き領域OPR内の複数の画素外抜き部OPAの行方向および列方向の各々の配置ピッチP1とは同じである。
次に、本実施の形態の撮像装置の製造方法について図9〜図13を用いて説明する。
図9に示されるように、n型領域SBRと、p型ウエル領域WL1と、n型ウエル領域WL2と、素子分離絶縁層SIと、素子分離領域(p+領域)DSとを主に有する半導体基板SUBが準備される。この半導体基板SUBは、主表面において矩形の画素領域GARを有するように、かつ画素領域GAR外に周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRを有するように準備される。
画素領域GAR内には、半導体基板SUBの主表面に複数の画素PXP(光電変換素子)が形成される。複数の画素PXPの各々は、図3、図4に示す構成を有している。また周辺回路領域PCH、PCVには、画素領域GAR内の複数の画素PXPを制御するためのトランジスタTRなどが形成される。また抜き形成領域OFRには、例えば素子は形成されず、素子分離絶縁層SIに周囲を取り囲まれた単一のウエル領域WL3が形成される。
画素領域GAR、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、半導体基板SUBの主表上に例えば酸化シリコンよりなる層間絶縁層II1が形成される。この層間絶縁層II1は、フォトダイオードPD、各種トランジスタ等を覆うように形成される。
この層間絶縁層II1の上面が平坦化処理により平坦化される。この後、通常の写真製版技術およびエッチング技術により層間絶縁層II1にコンタクトホールCHが形成される。このコンタクトホールCH内を埋め込むように導電層CLが形成される。
層間絶縁層II1の上に、例えば酸化シリコンよりなる層間絶縁層II2が形成される。層間絶縁層II2の上面が平坦化処理により平坦化される。この後、通常の写真製版技術およびエッチング技術により層間絶縁層II1に配線用溝TR1が形成される。この配線用溝TR1内を埋め込むように層間絶縁層II2の上面上に、銅を含む導電層IC1が形成される。
層間絶縁層II2の上面が露出するまで、銅を含む導電層IC1がCMPにより研磨除去される。これにより銅を含む導電層IC1は配線用溝TR1内にのみ残される。これにより銅を含む導電層IC1から配線層IC1が配線用溝TR1内に形成される。
図10に示されるように、層間絶縁層II2の上にライナー絶縁層LL1が形成される。ライナー絶縁層LL1は、窒素を含む材質から形成され、例えば窒化シリコン、炭窒化シリコンなどの材質から形成される。このライナー絶縁層LL1は、配線層IC1の上面に接し、かつ配線層IC1上を覆うように形成される。
図11に示されるように、ライナー絶縁層LL1の上にフォトレジストPHRが塗布される。このフォトレジストPHRが露光・現像されることによりパターニングされてレジストパターンPHRが形成される。このレジストパターンPHRをマスクとしてライナー絶縁層LL1がエッチングされる。
このエッチングにより、ライナー絶縁層LL1が部分的に除去されて、開口LL1aおよび開口LL1bが形成される。開口LL1aは画素領域GAR内においてフォトダイオードPDの真上領域に位置するように形成される。開口LL1bは、抜き形成領域OFR内に形成される。この後、レジストパターンPHRが例えばアッシングなどにより除去される。
図12に示されるように、上記の層間絶縁層II1、II2、配線用溝TR1、配線層IC1、ライナー絶縁層LL1、開口LL1a、LL1bの形成工程と同様の工程が繰り返される。これにより層間絶縁層II3〜II8、配線用溝TR2〜TR4、配線層IC2〜IC4、ライナー絶縁層LL2〜LL4、開口LL2a〜LL4a、LL2b〜LL4bなどが形成される。
画素領域GARにおいて開口LL1a〜LL4aは、フォトダイオードPD(PD1、PD2)の真上領域に位置し、平面視において相互に重畳するように形成される。複数の開口LL1a〜LL4aにより画素内抜き部OPBが構成される。
抜き形成領域OFRにおいて、開口LL1b〜LL4bは平面視において相互に重畳するように形成される。複数の開口LL1b〜LL4bにより画素外抜き領域OPRが構成される。
図13に示されるように、画素領域GAR、周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、層間絶縁層II8の上にたとえば酸化シリコンよりなる層間絶縁層II9が形成される。周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、層間絶縁層II9の上にパッド用配線層PADが形成される。周辺回路領域PCH、PCVおよび抜き形成領域OFRの各々において、パッド用配線層PADを覆うように絶縁層ILとパッシベーション層PSとが形成される。パッシベーション層PSは、たとえば窒化シリコンより形成される。
この後、水素ガス雰囲気中で400℃程度の温度にて熱処理としてのシンター処理が行われる。この処理により、水素が層間絶縁層II1〜II9中を拡散して半導体基板SUBとゲート絶縁層GIとの界面のダングリングボンドを終端する。
図5に示されるように、画素領域GARにおいて、層間絶縁層II9の上にカラーフィルターCF1、CF2が形成される。このカラーフィルターCF1、CF2上にマイクロレンズLE1、LE2が形成されて、本実施の形態の撮像装置が製造される。
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、図5に示されるように、銅を含む材質よりなる配線層IC1〜IC4の上面を覆うように、窒素を含む材質よりなるライナー絶縁層LL1〜LL4が形成されている。これにより、配線層IC1〜IC4に含まれる銅が拡散することをライナー絶縁層LL1〜LL4により抑制することができる。このため、銅がトランジスタまで拡散することによって生じるトランジスタの誤動作を抑制することができる。
また図1に示されるように、画素領域GARの4つの角部AGのうち少なくとも1つの角部AGの対頂角の領域(抜き形成領域OFR)内に、画素外抜き領域OPRが設けられている。この画素外抜き領域OPRにおいて、ライナー絶縁層LL1〜LL4が除去されている。このため、上記のシンター処理時に水素が画素外抜き領域OPRを通って、画素領域GARの4つの角部AG付近における半導体基板SUBとゲート絶縁層GIとの界面のダングリングボンドを終端しやすくなる。よって、画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を抑制することができる。
上記より、画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を抑制することができるとともに、トランジスタの誤動作を抑制できる撮像装置およびその製造方法を実現することができる。
また画素領域GAR内においては、画素内抜き部OPBおよびビアホールの形成領域以外の領域は、ライナー絶縁層LL1〜LL4の各々により覆われている。このため、上記の配線層IC1〜IC5を形成する際に行なうCMPのスラリーに含まれるカリウムがトランジスタまで拡散することが抑制される。よって、この点からもトランジスタの誤動作を抑制することができる。
また画素外抜き領域OPRは対頂角の領域(抜き形成領域OFR)内にのみ位置している。これにより、対頂角の領域(抜き形成領域OFR)以外の画素領域GARおよび周辺回路領域PCH、PCVにおいて、配線層IC1〜IC4内の銅とCMPのスラリーに含まれるカリウムとがトランジスタまで拡散することがさらに抑制される。よって、トランジスタの誤動作をさらに抑制することができる。
また図5に示されるように、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には、素子分離絶縁層SIに周囲を囲まれた単一導電型の活性領域WL3が形成されており、素子が形成されていない。このように画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には素子が形成されていないため、その素子に配線層IC1〜IC4中の銅が達することによる誤動作が生じることもない。
また図7に示されるように、画素外抜き領域OPRは、複数の画素外抜き部OPAが行列状に配置された構成を有している。また複数の画素外抜き部OPAと複数の画素内抜き部OPBとは、互いに同じ平面形状を有している。これにより、抜き部OPA、OPBのパターン露光時に用いるフォトマスクの設計が容易になる。また抜き部OPA、OPBが互いに同じ平面形状を有しているため、製造プロセスのばらつきを低減することができ、画素領域GAR内の複数の画素内抜き部OPBの平面形状の均一性が向上する。
また図1に示されるように、画素外抜き領域OPRは、半導体基板SUBの主表面における画素領域GARの中心Oを通る仮想の中心線(A−A線、B−B線)に対して線対称に形成されている。また画素外抜き領域OPRは、半導体基板SUBの主表面における画素領域GARの中心Oに対して点対称に形成されている。これにより矩形の画素領域GARの4隅の各々における暗時特性の劣化を均等に抑制することができる。
上記においては図5に示されるように撮像装置がFSI(Front-Side Illumination)型の撮像装置の場合について説明した。しかし、図14に示されるようにBSI型の撮像装置において、図1に示されるように画素領域GARの4つの角部AGのうち少なくとも1つの角部AGの対頂角の領域(抜き形成領域OFR)内に、画素外抜き領域OPRが設けられていてもよい。
なおBSI型の撮像装置においては、カラーフィルターCF1、CF2およびマイクロレンズLE1、LE2が半導体基板SUBの裏面側に形成されている。
図14に示すBSI型撮像装置のこれ以外の構成は、図1〜図5に示すFSI型の撮像装置の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
図14に示されるBSI型の撮像装置においても、画素領域GARの4つの角部AGのうち少なくとも1つの角部AGの対頂角の領域(抜き形成領域OFR)内において、ライナー絶縁層LL1〜LL4が除去された画素外抜き領域OPRを有している。このため図1〜図5に示す撮像装置と同様、画素センサエリアの4隅における暗時特性の劣化を抑制することができるとともに、トランジスタの誤動作を抑制できる撮像装置およびその製造方法を実現することができる。
図15に示されるように、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には素子が形成されておらず、素子分離絶縁層SIが形成されていてもよい。このように画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面の領域全体には素子が形成されていないため、その素子に配線層IC1〜IC4中の銅が達することによる誤動作が生じることもない。
また図16に示されるように、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面にMOSトランジスタTRなどの絶縁ゲート型電界効果トランジスタが形成されていてもよい。
この画素外抜き領域OPRの真下のMOSトランジスタTRは、周辺回路領域PCH、PCV内のトランジスタTRとほぼ同じ構成を有している。ただし、画素外抜き領域OPRの真下のMOSトランジスタTRは、画素領域GAR内のトランジスタおよび周辺回路領域内のトランジスタTRよりも大きなデザイン・ルールにより設計されている。このため、画素外抜き領域OPRの真下のMOSトランジスタTRは、画素領域GAR内のトランジスタおよび周辺回路領域内のトランジスタTRよりも大きなゲート長を有している。
また図17に示されるように、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面に、シリサイド層よりなる抵抗SCが形成されていてもよい。
また図18に示されるように、画素外抜き領域OPRの真下に位置する半導体基板SUBの主表面に、不純物がドープされた多結晶シリコン(ドープドポリシリコン)よりなる抵抗DPが形成されていてもよい。この場合、ドープドポリシリコンよりなる抵抗DPの両端における半導体基板SUBの主表面にはn型領域NRが形成されている。
図16〜図18の構成においては、画素外抜き領域OPRの真下には、画素領域GAR内のトランジスタ以外のトランジスタTRまたは抵抗SC、DPが配置されている。このため、画素外抜き領域OPRを通じて配線層IC1〜IC4に含まれる銅が拡散して画素外抜き領域OPRの真下に達しても、暗時特性の劣化に与える影響を少なく抑えることができる。
なお図15〜図18において上記した以外の構成は、図5に示す構成とほぼ同じ構成を有しているため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
上記の実施の形態の各々は適宜組み合わせられてもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
AO 角部、AR 反射防止膜、ATR 増幅用トランジスタ、CF1 カラーフィルター、CH コンタクトホール、CL 導電層、DP,SC 抵抗、HIR,LIR,NR,SBR n型領域、DS,PR p+領域、GT ゲート電極層、GAR 画素領域、GI ゲート絶縁層、IC1〜IC5 配線層、II1〜II9 層間絶縁層、IL 絶縁層、IS 撮像装置、LL1〜LL4 ライナー絶縁層、LE1,LE2 マイクロレンズ、LL1a〜LL4a,LL1b〜LL4b 開口、OFR 抜き形成領域、OPA 画素外抜き部、OPB 画素内抜き部、OPR 画素外抜き領域、PAD パッド用配線層、PCH,PCV 周辺回路領域、PD,PD1,PD2 フォトダイオード、PHR フォトレジスト、PS パッシベーション層、PWS 電源線、PXP 画素、RTR リセット用トランジスタ、SI 素子分離絶縁層、SL 信号線、SL1 シリコン酸化膜、SL2 シリコン窒化膜、STR 選択用トランジスタ、SUB 半導体基板、SW 側壁絶縁層、TR トランジスタ、TR1〜TR4 配線用溝、TTR,TTR1,TTR2 転送用トランジスタ、VS 垂直信号線、WL1,WL3 p型ウエル領域、WL2 n型ウエル領域。

Claims (13)

  1. 主表面を有し、前記主表面において矩形の画素領域を有する半導体基板と、
    前記画素領域において前記半導体基板に形成された複数の光電変換素子と、
    前記複数の光電変換素子の上に形成された銅を含む配線層と、
    前記配線層の上面を覆う、窒素を含むライナー絶縁層とを備え、
    前記ライナー絶縁層は、前記画素領域の外側の領域であって、前記画素領域の4つの角部のうち少なくとも1つの角部の対頂角の領域内において、前記ライナー絶縁層が除去された画素外抜き領域を有している、撮像装置。
  2. 前記画素外抜き領域は前記対頂角の領域内にのみ位置している、請求項1に記載の撮像装置。
  3. 前記画素外抜き領域の真下に位置する前記半導体基板の前記主表面の領域全体には素子分離絶縁層が形成されている、請求項1に記載の撮像装置。
  4. 前記画素外抜き領域の真下に位置する前記半導体基板の前記主表面の領域全体には、素子分離絶縁層に周囲を囲まれた単一導電型の活性領域が形成されている、請求項1に記載の撮像装置。
  5. 前記画素外抜き領域の真下に位置する前記半導体基板の前記主表面の領域には対頂角領域内素子が形成されており、前記対頂角領域内素子は前記画素領域に形成された画素内素子よりも大きなデザインルールで設計されている、請求項1に記載の撮像装置。
  6. 前記画素外抜き領域は、複数の画素外抜き部が行列状に配置された構成を有している、請求項1に記載の撮像装置。
  7. 前記ライナー絶縁層は、前記画素領域内において前記ライナー絶縁層が除去された画素内抜き領域を有し、
    前記画素内抜き領域は、前記複数の光電変換素子の光電変換部のそれぞれの真上領域において前記ライナー絶縁層が除去された複数の画素内抜き部を含み、
    前記複数の画素外抜き部と前記複数の画素内抜き部とは、互いに同じ平面形状を有している、請求項6に記載の撮像装置。
  8. 前記画素外抜き領域は、前記主表面における前記画素領域の中心を通る仮想の中心線に対して線対称に形成されている、請求項1に記載の撮像装置。
  9. 前記画素外抜き領域は、前記主表面における前記画素領域の中心に対して点対称に形成されている、請求項1に記載の撮像装置。
  10. 前記ライナー絶縁層は、互いに積層された複数のライナー層を有し、
    前記画素外抜き領域は、前記複数のライナー層の各々に形成された画素外抜き部分を有し、
    前記複数のライナー層の各々に形成された前記画素外抜き部分は、平面視において互いに重畳している、請求項1に記載の撮像装置。
  11. 主表面を有し、前記主表面において矩形の画素領域を有する半導体基板を準備する工程と、
    前記画素領域において前記半導体基板に複数の光電変換素子を形成する工程と、
    前記複数の光電変換素子の上に銅を含む配線層を形成する工程と、
    前記配線層の上面を覆うように、窒素を含むライナー絶縁層を形成する工程と
    前記画素領域の外側の領域であって、前記画素領域の4つの角部のうち少なくとも1つの角部の対頂角の領域内において、前記ライナー絶縁層を選択的に除去することにより前記ライナー絶縁層に画素外抜き領域を形成する工程とを備えた、撮像装置の製造方法。
  12. 前記ライナー絶縁層に前記画素外抜き領域が形成された後、水素を含む雰囲気内で加熱する工程をさらに備えた、請求項11に記載の撮像装置の製造方法。
  13. 前記ライナー絶縁層の上にパッシベーション層を形成する工程をさらに備え、
    前記水素を含む雰囲気内で加熱する工程は、前記パッシベーション層が形成された後に行われる、請求項12に記載の撮像装置の製造方法。
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