JPH06104414A

JPH06104414A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH06104414A
Application number: JP4249273A
Authority: JP
Inventors: Ryohei Miyagawa; 良平宮川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】【目的】斜め光に対しても感度が低下せず、かつカメ
ラの対物レンズの絞り値に対しても感度が変化せず、受
光面内での感度の均一化をはかり得る固体撮像装置を提
供すること。【構成】半導体基板１１上に複数のフォトダイオード
１２が配列されると共にこれらのフォトダイオード１２
上にそれぞれ光を集光するためのマイクロレンズが配列
された固体撮像装置において、マイクロレンズは、フォ
トダイオード１２の近くに配置された第１のマイクロレ
ンズ１５と、フォトダイオード１２に対しマイクロレン
ズ１５よりも遠い位置に配置された第２のマイクロレン
ズ１９とからなり、入射光をマイクロレンズ１９，１５
を通してフォトダイオード１２に集光させることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体撮像装置に係わ
り、特に受光部構成の改良により高感度化をはかった固
体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

（１）近年、固体撮像装置の縮小化，多画素化には、目
覚ましいものがある。２次元ＣＣＤ撮像装置は通常、光
電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオード・アレ
イとこのフォトダイオード・アレイの信号電荷を転送す
る垂直ＣＣＤ及び水平ＣＣＤとにより構成される。この
固体撮像装置の縮小化，微細化のため、固体撮像装置の
単位セルは益々微細化する必要があり、そのため光電変
換を行うフォトダイオードのさらなる微細化は必須であ
る。

【０００３】ところが、フォトダイオードの面積が小さ
くなれば、受光面積が減るので１画素当たりの感度が低
下してしまう問題がある。このために、フォトダイオー
ド上にマイクロレンズを形成し、このマイクロレンズを
用いてフォトダイオードに集光することで実効的開口面
積を増す工夫がなされている。しかし、テレビジョン学
会技術報告（テレビ学技報）vol.16、No.18 、pp.7〜1
2,pp.25〜30によれば、以下に述べる問題がある。この
問題について、図１１を用いて説明する。

【０００４】図１１は、従来のマイクロレンズを用いた
固体撮像装置の画素部の断面を模式的に示している。半
導体基板１０１上に受光部であるフォトダイオード１０
２が形成され、このフォトダイオード１０２に隣接して
信号電荷を転送する手段（例えばＣＣＤ）が形成されて
いる。フォトダイオード１０２上にはパッシベーション
層１０３が形成され、その上に平坦化層１０４が形成さ
れている。そして、この平坦化層１０４の上にマイクロ
レンズ１０５が形成されている。

【０００５】この装置では、Ａのように光が半導体基板
１０１に対して垂直に入射する場合は、マイクロレンズ
１０５に入射した光が全て、フォトダイオード１０２に
集められる。ところが、Ｂのように光が斜めから入射す
る場合は、マイクロレンズ１０５に入射した光の一部は
フォトダイオード１０２の外を通過し集光されなくな
る。撮像装置への入射光は対物レンズの絞り形（Ｆ値）
によって、その入射角度成分が変化する。例えば、絞り
解放側では垂直光から斜め光まで様々な角度を持つ光が
入射する。従って、Ｆ値により感度が変化、即ち絞りの
解放側では感度が低下する問題がある。

【０００６】また、固体撮像装置の画素領域で中央部の
画素の感度と端部の画素の感度が異なる問題が発生す
る。即ち、端部の画素では中央部の画素と比較して斜め
光の成分が多く、そのために端部の画素の感度は中央の
画素の感度より小さくなる。さらに、この端部の画素の
感度の低下はＦ値により変化することとなる。そしてこ
れらの問題は、固体撮像装置の感度を不均一化させる要
因となる。

【０００７】（２）近年、赤外線用固体撮像装置の縮小
化，多画素化には、目覚ましいものがある。２次元固体
撮像装置は通常、光電変換して信号電荷を蓄積するフォ
トダイオード・アレイとこのフォトダイオード・アレイ
の信号電荷を電荷検出器へ転送する転送素子により構成
される。この赤外線用固体撮像装置の縮小化，微細化の
ため、赤外線用固体撮像装置の単位セルは益々微細化す
る必要があり、そのため光電変換を行うフォトダイオー
ドも微細化する必要がある。このフォトダイオードの微
細化により、単位セル当たりの信号電荷の量が減少する
という問題がある。

【０００８】例えば赤外線用固体撮像装置としてIEEE T
ransactions on Electron Devices,Vol.ED-32, No.8, A
UGUST 1985, pp.1564-1573に報告されているように、Ｓ
ｉ基板上にショトキーバリアを形成し、このショトキー
バリアをフォトダイオードとして用いる赤外線用固体撮
像装置が知られている。この従来型の赤外線固体撮像装
置の構造を、図１２に示す。

【０００９】図１２は、単位セルの断面の構造を示した
ものである。この赤外線用固体撮像装置は、信号電荷を
読み出す転送素子として電荷結合素子（ＣＣＤ）を用い
ている。ｐ型Ｓｉ基板１１１に素子分離領域として厚い
絶縁膜１１５を形成し、素子形成領域にｎ型拡散層より
なるＣＣＤチャンネル１１２を形成し、その上に絶縁膜
１１６を介して転送電極１１７を形成する。この後、転
送電極１１７の上に絶縁膜１１８を形成する。次いで、
ｎ型拡散層よりなるガードリング１１４，ｎ型拡散層１
１３を形成し、さらにフォトダイオード１１９に対応す
る領域の絶縁膜を除去し、例えば白金（Ｐｔ）被着す
る。その後、アニールしてＰｔとＳｉ基板を反応させて
Ｐｔシリサイドを形成し、未反応のＰｔを除去する。こ
のＰｔシリサイドとＳｉ基板はショットキー接合を形成
しており、このようにしてショットキー接合よりなるフ
ォトダイオード１１９が形成される。この上部に絶縁膜
１２０を形成し、フォトダイオード１１９の上部にＡｌ
膜からなる反射膜１２１を形成することによって、図１
２に示す構成が得られる。

【００１０】ところで、ショットキー型のフォトダイオ
ード１１９での赤外線の吸収は小さい。従って、Ｓｉ基
板１１１の裏面から入射した赤外線１２２は、フォトダ
イオード１１９に達し、入射した赤外線の一部はＰｔシ
リサイドで吸収されるが、残りの多くの赤外線はフォト
ダイオード１１９を通過し、反射膜１２１に達し反射さ
れる。反射した赤外線の一部はフォトダイオード１１９
を通過する時にＰｔシリサイドで再び吸収される。

【００１１】この赤外線固体撮像装置の特徴は、赤外線
をＳｉ基板１１１の裏面より入射しフォトダイオード上
部の反射膜１２１により反射させ、赤外線をフォトダイ
オード１１９で２回吸収させることにある。これによ
り、フォトダイオード１１９での光電変換効率を向上さ
せることができる。しかし、このような構成であっても
光電変換効率は十分に高いとはいえず、光電変換効率の
さらなる向上が必要であった。

【００１２】（３）半導体装置は、半導体基板上にトラ
ンジスタやキャパシタ等の構成要素を適当に配置し形成
し、これらトランジスタやキャパシタを導電体配線によ
り電気的に結合され機能を果たすものである。半導体装
置は通常、外部から電圧を印加し駆動する。また、半導
体装置は電流や電圧の電気信号の入力又は電流や電圧の
電気信号の出力を伴っている。従って半導体装置は、外
部から駆動電圧を受けたり、電気信号を入力したり、出
力したりするためのボンディングパッド部を有してい
る。

【００１３】図１３（ａ）に、従来の半導体装置のボン
ディングパッド部の断面図を示す。Ｓｉ基板１３１上に
１μｍ程の酸化膜１３２が形成され、その上部に８００
ｎｍ程のＡｌ膜が被着される。このＡｌ膜は光リソグラ
フィー技術と反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によ
り、不必要の部分は除去され所望の形に加工されて、ボ
ンディングパッド１３３が形成される。この後、ボンデ
ィングパッド１３３の上部にパッシベーション層１３４
として４００ｎｍ程ＳｉＮが被着され、ボンディングパ
ッド１３３の上部のＳｉＮは除去されパッシベーション
層１３４が形成される。この後、ボンディングパッド１
３３はボンディングワイヤ１３５に結合させられる。そ
して、外部から電圧や電流がボンディングワイヤ１３
５，ボンディングパッド１３３を通して、トランジスタ
やキャパシタ等の半導体装置の構成要素に加えられる。

【００１４】図１３（ｂ）は、従来の半導体装置のボン
ディングパッド部の平面図である。ボンディングワイヤ
１３５が、ボンディングパッド１３３のＡｌ膜に結合さ
れている。ボンディングパッド１３３の材料はボンディ
ングの接着性が良好な導電体である必要があり、通常Ａ
ｌ膜或いはＡｌにＳｉやＣｕ等のＡｌ以外の元素を小量
混入したＡｌ膜が用いられる。

【００１５】先に述べたように従来の半導体装置におい
ては、ボンディングパッド１３３の材料として、通常Ａ
ｌ膜或いはＡｌにＳｉやＣｕ等のＡｌ以外の元素を小量
混入したＡｌ膜が用いられる。ところが、これらＡｌ膜
或いはＡｌにＳｉやＣｕ等のＡｌ以外の元素を小量混入
したＡｌ膜をボンディングパッド１３３の材料として用
いた場合、次のような問題が生じる。即ち、Ａｌ膜は水
洗等のウェット処理によってその一部がエッチングされ
る。また、Ａｌ膜のＲＩＥのエッチングに用いたエッチ
ングガスの成分などが表面に残り、空気中の水分を伴っ
てＡｌ膜を腐食するコロージョンと呼ばれる現象が起こ
る。

【００１６】このようにしてボンディングパッドのＡｌ
の一部分が薄くなったりあるいは消失したりすると、ボ
ンディングパッドにボンディングワイヤを結合できなく
なったり、結合できたとしてもボンディング強度が著し
く弱くなる。実際 IEEE TRANSACTION ON COMPONENTS,HY
BRIDS, AND MANUFACTURING TECHNOLOGY, VOL.CHMT-10,
No.2, JUNE, 1987, PP.252-257にあるようにＡｌの消失
のためボンディング不良が生じることが知られている。

【００１７】このようなＡｌの消失の問題は、Ａｌを配
線材料とする場合にも問題となることがあるが、配線に
用いる場合はＡｌ膜をパッシベーション層で保護するこ
とで、水洗などのウェット処理や空気雰囲気にＡｌ膜を
晒すことを防ぐことができる。しかしながら、ボンディ
ングパッドの場合はボンディングを行う部分はパッシベ
ーション層を除去しており、水洗などのウェット処理や
空気雰囲気に晒されることは避けられないので、Ａｌ膜
の消失が非常に問題になる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】

（１）先に述べたように、従来のマイクロレンズを使用
した固体撮像装置においては、斜め光に対する感度が低
下し、また対物レンズの絞り値に対して感度が変化する
という問題があった。

【００１９】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、斜め光に対しても感
度が低下せず、カメラの対物レンズの絞り値に対して感
度が変化せず、受光面内での感度の均一化をはかり得る
固体撮像装置を提供することにある。

【００２０】（２）先に述べたように従来の赤外線固体
撮像装置では、フォトダイオードの光電変換効率が小さ
く、感度が低いという問題があった。本発明は、上記事
情を考慮してなされたもので、その目的とするところ
は、フォトダイオードの光電変換効率を向上し、より感
度の高い赤外線固体撮像装置を提供することにある。

【００２１】（３）先に述べたように従来のボンディン
グパッドにおいては、水洗などのウェット処理や空気雰
囲気にさらすことにより、Ａｌ膜の消失が生じ、これが
良好なボンディングを妨げる要因となっていた。

【００２２】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、その目的とするところは、Ａｌ膜の消失が無
く、ボンディングの良好なボンディングパッドを有する
半導体装置を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明の骨子は、半導体基板上に形成されたフォ
トダイオードの上部に複数のレンズを重なるような位置
に形成し、入射光をこの複数のレンズに通してフォトダ
イオードに集光することにある。

【００２４】即ち本発明は、半導体基板上に複数のフォ
トダイオードが配列されると共に、これらのフォトダイ
オード上にそれぞれ光を集光するためのマイクロレンズ
が配列された固体撮像装置において、マイクロレンズを
フォトダイオード上に複数段重なるように配置したこと
を特徴とする。

【００２５】また、本発明の望ましい実施態様として、
複数のマイクロレンズのうち下部にあるマイクロレンズ
が上部のマイクロレンズよりも小さいこと、さらに複数
のマイクロレンズのうち最下部のマイクロレンズの上部
にカラーフィルタを配置したことがあげられる。

【００２６】（２）本発明の骨子は、Ｓｉ基板上に凹凸
を形成し、その部分にフォトダイオードを形成し、その
上部に絶縁膜を介して反射膜を形成することにある。こ
の構造のフォトダイオードでは、フォトダイオード上部
の反射膜での赤外線の反射が促進されることによりフォ
トダイオードの光電変換効率が向上する。

【００２７】また、本発明の望ましい実施態様として、
フォトダイオード上に反射膜を形成し、基板の裏面より
光を入射させること、さらにフォトダイオードがショッ
トキー接合，ヘテロ接合或いは不純物拡散による接合に
より構成されることがあげられる。

【００２８】（３）本発明の骨子は、ボンディングパッ
ドのＡｌ膜を薄膜で覆い、Ａｌ膜を空気雰囲気や水洗な
どのウェット処理にさらすことを防ぐことで、ボンディ
ングパッドのＡｌ膜の消失を防ぐものである。

【００２９】即ち本発明は、半導体基板上に適当に配置
され形成されたトランジスタやキャパシタ等の構成要素
と、この構成要素を電気的に結合する導電体配線と、構
成要素に電気信号，電圧，電流を印加したり、或いは構
成要素から電気信号，電圧，電流を読出すのに用いるボ
ンディングパッド部から構成される半導体装置におい
て、ボンディングパッドを、Ａｌ膜或いはＡｌにＣｕや
ＳｉなどのＡｌ以外の元素を少量混入したＡｌ膜と、そ
の上部に形成した保護層とから構成していることを特徴
とする。

【００３０】

【作用】

（１）本発明によれば、半導体基板上に形成されたフォ
トダイオードの上部に複数のマイクロレンズを重なるよ
うな位置に形成し、入射光をこの複数のマイクロレンズ
に通してフォトダイオードに集光する。このようにする
と、単一のマイクロレンズではフォトダイオードに集光
できない斜め光に対しても、フォトダイオードに集光す
ることができる。従って、斜め光に対しても感度が低下
せず、カメラの対物レンズの絞り値に対して感度が変化
せず、かつ撮像装置の受光面内でない感度が均一にでき
る。

【００３１】（２）本発明によれば、Ｓｉ基板上に凹凸
を形成し、その部分にフォトダイオードを形成し、その
上部に絶縁膜を介し反射膜を形成することにある。この
構造のフォトダイオードでは、フォトダイオード上部の
反射膜での赤外線の反射が促進される。従って、入射し
た赤外線は多数回、フォトダイオードを通過する。ま
た、フォトダイオードに対して斜めに赤外線が入射する
ため、赤外線がフォトダイオードを通過する距離が長く
なる。フォトダイオードの光電変換効率が向上する。従
って、赤外線用固体撮像装置の感度を高くすることがで
きる。

【００３２】（３）本発明によれば、ボンディングパッ
ドのＡｌ膜は薄膜で覆われており、Ａｌ膜を空気雰囲気
や水洗などのウェット処理に晒すのを防ぐことで、ボン
ディングパッドのＡｌ膜の消失を防ぐことができる。従
って本発明においては、ボンディング不良の無い、ボン
ディングワイヤとの結合が良好なボンディングパッドを
有する半導体装置を実現できる。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（第１の発明の実施例）

【００３４】図１は、本発明の第１の実施例に係わる固
体撮像装置の要部構成を模式的に示す断面図である。半
導体基板１１上に、受光部であるフォトダイオード１２
が形成されている。図示していないが、フォトダイオー
ド１２に隣接して、フォトダイオード１２で光電変換さ
れた信号電荷を転送する手段（例えばＣＣＤ）が形成さ
れている。フォトダイオード１２上には、パッシベーシ
ョン層１３が形成されている。その上部に第１のマイク
ロレンズ１５が形成され、この第１のマイクロレンズ１
５の上に平坦化層１６が形成されている。この平坦化層
１６の上部には、第２のマイクロレンズ１９が形成され
ている。マイクロレンズ１５とマイクロレンズ１９の材
料は、パッシベーション層１３，平坦層１６よりも屈折
率が高く、透明な材料であればよい。図１より本実施例
では、Ａのように半導体基板１１に垂直に光が入射する
場合も、Ｂのように斜めに入射する光に対してもフォト
ダイオード１２に集光することができることが判る。

【００３５】この効果を、図２を用いて説明する。図２
では簡単にするため、マイクロレンズ１５とマイクロレ
ンズ１９以外の構成要素を省略している。この図より判
るように、マイクロレンズ１５がマイクロレンズ１９に
付加されると、マイクロレンズ１９よりも焦点距離の短
いマイクロレンズ２０が仮想的にできたと考えることが
できる。つまり、２枚のマイクロレンズ１５，１９を重
ねることで、マイクロレンズとフォトダイオードの距離
を実効的に短くできるため、テレビジョン学会技術報告
（テレビ学技報）vol.16,No.18,pp.11にもあるように、
斜め光に対する集光効果を改善できるのである。

【００３６】逆にいうと、１枚のマイクロレンズを用い
ても、フォトダイオードとマイクロレンズの距離を短く
できれば、斜め光の集光効果を改善できる。しかしなが
ら、焦点距離の短いマイクロレンズを作ることが難しい
ことや平坦化層の膜厚を薄くすることが難しいため、１
枚の焦点距離の短いマイクロレンズを用いても、フォト
ダイオードとマイクロレンズの距離を短くすることは難
しい。また、マイクロレンズとフォトダイオードの間に
カラーフィルタ層を挿入して、カラー用固体撮像装置を
構成する場合は特に、マイクロレンズとフォトダイオー
ドの距離を短くすることが難しいのである。

【００３７】これに対し本実施例では、第１のマイクロ
レンズ１５を挿入することで、開口率を決めているマイ
クロレンズ１９とフォトダイオード１２との距離を実効
的に短くすることができる。ここで注目すべき点は、マ
イクロレンズ１５は開口率を決めるわけではないので、
マイクロレンズ１９より小さくできることである。マイ
クロレンズ１５，１９は共に平坦化された部分に形成さ
れることが望まれるが、マイクロレンズ１５はマイクロ
レンズ１９よりも小さいために、その下の平坦化された
部分は小さくなる。従って、マイクロレンズ１５の下の
平坦化は容易であり、マイクロレンズ１５の下の平坦化
層は薄くできる。また、フォトダイオード１２上の領域
が平坦であれば平坦化層無しでもよい。そのため、マイ
クロレンズ１５はフォトダイオードに近くに形成するこ
とができる。マイクロレンズ１５がフォトダイオード１
２の近くに形成できるほど、本実施例の効果は大きいの
である。

【００３８】図３は、本発明の第２の実施例に係わる固
体撮像装置の要部構成を模式的に示す断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。この実施例は基本的には第１の実施例
と同様であり、第１の実施例と異なる点は、平坦化層の
上部にカラーフィルタが形成されていることである。即
ち、平坦化層１６の上部にカラーフィルタ１７が形成さ
れ、その上部に平坦化層１８が形成される。そして、平
坦化層１８の上にマイクロレンズ１９が形成される。

【００３９】この実施例でも２枚のマイクロレンズ１
５，１９を用いて集光するので、第１の実施例と同様な
効果が得られる。この実施例の特徴はカラーフィルタ１
７を導入することで、カラー用の固体撮像装置を構成し
ていることである。このような構成のカラー用固体撮像
装置は、カラーフィルタ１７を導入したことでマイクロ
レンズとフォトダイオードの距離がより長くなるので、
カラーフィルタを用いた固体撮像装置における本発明の
効果は大きい。

【００４０】図４は、本発明の第３の実施例に係わる固
体撮像装置の要部構成を模式的に示す断面図である。な
お、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい
説明は省略する。この実施例は、基本的には第１の実施
例と同様であり、第１の実施例と異なる点は、パッシベ
ーション層の上部にカラーフィルタが形成されているこ
とである。即ち、パッシベーション１３の上部に、カラ
ーフィルタ１７が形成され、その上部に平坦化層１４が
形成される。そして、平坦化層１４の上に第１のマイク
ロレンズ１５が形成される。この第１のマイクロレンズ
１５の上に、平坦化層１６を介して第２のマイクロレン
ズ１９が形成されている。

【００４１】この実施例でも２枚のマイクロレンズ１
５，１９を用いて集光するので、第１の実施例と同様な
効果が得られる。また、この実施例でも第２の実施例と
同じように、カラーフィルタ１７を導入することでカラ
ー用の固体撮像装置を構成しているが、この実施例の場
合はカラーフィルタ１７を第１のマイクロレンズ１５と
フォトダイオード１２の間に形成している。本発明の効
果を出すためにはマイクロレンズ１５とフォトダイオー
ド１２の距離を十分に短くする必要がある。従って本発
明の効果を出すために、第３の実施例ではカラーフィル
タ１７の厚さを十分に薄くして、マイクロレンズ１５と
フォトダイオード１９の距離を十分短くする必要があ
る。

【００４２】なお、上記した実施例では２枚のマイクロ
レンズを用いる場合について述べたが、３枚以上の複数
のマイクロレンズを用いてフォトダイオードに集光する
場合についても同様の効果を得られる。（第２の発明の実施例）

【００４３】図５は、本発明の第４の実施例に係わる赤
外線固体撮像装置の単位セル構造を示す断面図である。
本実施例の基本的な構造は図１２の装置と同様であり、
本実施例の従来例と異なる点は、Ｓｉ基板に凹凸を形成
し、その凹凸部分にフォトダイオードを形成したことで
ある。

【００４４】まず、図１２に示す従来の赤外線用固体撮
像装置と同様に、ｐ型Ｓｉ基板５１に素子分離用の厚い
絶縁膜５５，ＣＣＤチャンネル５２，絶縁膜５６，転送
電極５７，絶縁膜５８，ガードリング５４，ｎ型拡散層
５３を形成する。その後、フォトダイオード５９に対応
する部分の上部の絶縁膜を除去する。そして、Ｓｉ基板
５１のフォトダイオード５９に対応する部分の一部をエ
ッチングして、Ｓｉ基板５１の表面に凹凸を形成する。
この上に例えば白金（Ｐｔ）被着し、アニールしてＰｔ
とＳｉ基板５１を反応させてＰｔシリサイドを形成す
る。そして、未反応のＰｔを除去する。このようにし
て、凹凸のあるフォトダイオード５９が形成される。こ
の上部に絶縁膜６０を形成し、フォトダイオード５９の
上部にＡｌ膜からなる反射膜６１が形成される。

【００４５】図６は、図５のフォトダイオードを含む部
分を拡大した図である。図５と対応する部分は同じ符号
を付した。図６から判るように、赤外線６２は反射膜６
１で多数回反射され、フォトダイオード５９を多数回通
過することができる。また、フォトダイオード５９に対
して垂直でなく、斜めに赤外線が入射するので、赤外線
がフォトダイオード５９を横切る距離は長くなる。従っ
て、赤外線がＰｔシリサイドで吸収される確率が増すの
でフォトダイオード５９での光電変換効率が大きくな
る。そのため、固体撮像装置として感度が高くなる。本
実施例ではフォトダイオードとしてショットキー接合を
用いたが、ＳｉＧｅ等をＳｉ基板上に形成したヘテロ接
合でもよい。また、フォトダイオードとしてＳｉ基板表
面に作られた拡散層によるｐｎｐやｎｐｎ等の構造を用
いてもよい。

【００４６】図７は、本発明の第５の実施例を示す断面
図で、図６と同様、フォトダイオードを含む部分の拡大
図である。図６と対応する部分は同一の符号を付した。
この実施例が第４の実施例と異なる点は、凹凸のあるフ
ォトダイオード５９の凹凸が球形に形成されていること
である。この場合も第４の実施例と同様に、フォトダイ
オード５９での光電変換効率が大きくなるため、感度が
大きくなる。

【００４７】図８は、本発明の第６の実施例を示す断面
図で、図６と同様、フォトダイオードを含む部分の拡大
図である。図６と対応する部分は同一の符号を付した。
この実施例が第４の実施例と異なる点は、凹凸のあるフ
ォトダイオード５９の凹凸に絶縁膜６０を埋め込んで平
坦化されている点である。反射膜６１は平坦化された絶
縁膜６０の表面に形成されている。従って、この実施例
では赤外線６２は反射膜６１で多数回反射されることは
ない。しかし、フォトダイオード５９は赤外線の入射す
る方向に対して垂直でないので、赤外線がフォトダイオ
ード５９を横切る距離は長くなる。従って、赤外線がＰ
ｔシリサイドで吸収される確率が増すのでフォトダイオ
ード５９での光電変換効率が大きくなる。そのため、固
体撮像装置として感度が高くなる。

【００４８】図９は、本発明の第７の実施例を示す断面
図で、図６と同様、フォトダイオードを含む部分の拡大
図である。図６と対応する部分は同一の符号を付した。
この実施例が第４の実施例と異なる点は、反射膜６１が
無いことである。この実施例でも第６の実施例と同様
に、赤外線６２は反射膜６１で多数回反射されることは
無い。しかし、フォトダイオード５９は赤外線の入射す
る方向に対して垂直でないので、赤外線がフォトダイオ
ード５９を横切る距離は長くなる。従って、赤外線がＰ
ｔシリサイドで吸収される確率が増すのでフォトダイオ
ード５９での光電変換効率が大きくなる。そのため、固
体撮像装置として感度が高くなる。また、この実施例で
は他の実施例と異なり反射膜が無いので、図９に示した
ようにＳｉ基板５１の上部から赤外線６２を入射でき
る。この構造はＳｉ基板５１で吸収され易い波長の赤外
線に対して有利である。（第３の発明の実施例）

【００４９】図１０（ａ）は、本発明の第８の実施例に
係わる半導体装置のボンディングパッド部の断面図であ
る。この実施例のボンディングパッドは、図１３（ａ）
と基本的には同じ構造であるが、図１３（ａ）と異なる
点はボンディングパッドのＡｌ膜上に保護層が形成され
ていることである。

【００５０】即ち、Ｓｉ基板８１上に１μｍ程の酸化膜
８２が形成され、その上部に８００ｎｍ程のＡｌ膜が被
着される。このＡｌ膜は光リソグラフィー技術と反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）により、不必要の部分が除
去され所望の形に加工され、これによりボンディングパ
ッド８３が形成される。この後、ボンディングパッド８
３の上部にパッシベーション層８４として４００ｎｍ程
度のＳｉＮが被着され、ボンディングパッド８３の上部
のＳｉＮは除去されパッシベーション層８４が形成され
る。

【００５１】ここまでは従来例と同様であるが、この後
に保護層８６としてスパッタ法などによりＴｉ膜５０ｎ
ｍ程度を被着する。さらに、光リソグラフィー技術を用
いてボンディングパッド８３の上部に所望のパターンに
レジストを形成して、ＲＩＥによりＴｉ膜をエッチング
する。その後、レジストを除去して、図１０（ａ）に示
すように保護層８６が形成される。

【００５２】Ｔｉ膜はＡｌ膜と異なり、水洗などのウェ
ット処理や空気雰囲気に対して安定であり、消失するこ
とは無い。また、ボンディングパッド８３のＡｌ膜は保
護層８６により、ウェット処理や空気雰囲気に晒される
ことが無いため、ボンディングパッド８３のＡｌ膜が消
失することは無い。保護層８６の膜厚が厚い場合はボン
ディングパッド８３とボンディングワイヤとのボンディ
ングが阻害されることがある。しかし、保護層８６の膜
厚が例えば数１０ｎｍ以下と十分に小さいならば、ボン
ディングパッド８３とボンディングワイヤとのボンディ
ングは阻害されず、良好に結合される。

【００５３】従って、本実施例の半導体装置のボンディ
ングパッド８３はＡｌ膜が保護層８６により保護されて
いるのでボンディングの不良は無く、ボンディングワイ
ヤと良好な結合が得られる。

【００５４】保護層８６としてはＡｌと比較して水洗な
どのウェット処理や空気雰囲気に対して安定な材料から
なる薄膜であればよい。例えば保護層８６の材料とし
て、チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウ
ム（Ｈｆ），バナジウム（Ｖ），ニオブ（Ｎｂ），タン
タル（Ｔａ），クロム（Ｃｒ），モリブデン（Ｍｏ），
タングステン（Ｗ），鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），
ニッケル（Ｎｉ），プラチナ（Ｐｔ），パラジウム（Ｐ
ｄ）などやこれら金属同士の合金や或いは、これら金属
とＡｌの合金などである。また、前記した金属のシリサ
イドや前記した金属の窒化物，酸化物，炭化物などでも
よい。また、Ａｌの酸化物や窒化物でもよい。ＳｉＮ，
ＳｉＯ₂などの絶縁体薄膜でもよい。また、炭素（Ｃ）
の薄膜でもよい。

【００５５】図１０（ｂ）は、本発明の第９の実施例に
係わる半導体装置のボンディングパッド部の断面図であ
る。この実施例のボンディングパッドは図１０（ａ）と
略同じ構造であり、対応する部分は同一の符号を付して
いる。この実施例と第８の実施例の異なる点は、第８の
実施例では保護層８６をパッシベーション層８４を形成
した後に形成しているが、この実施例ではボンディング
パッド８３のＡｌ膜上に直接、保護層８６を形成してい
ることである。

【００５６】即ち本実施例では、ボンディングパッド８
３としてＡｌ膜を被着した後、連続して保護層８６とな
るＴｉ膜を被着する。その後、光リソグラフィー技術を
用いてボンディングパッド８３になる部分の上にレジス
トを形成して、ＲＩＥによりＴｉ膜とＡｌ膜をエッチン
グして、その後、レジストを除去する。このようにして
ボンディングパッド８３と保護層８６が形成される。そ
の後、図１３（ａ）の場合と同様にしてパッシベーショ
ン層８４を形成する。保護層８６の材料としては第８の
実施例で記した材料を用いればよい。この第９の実施例
においても、ボンディングパッド８３のＡｌ膜を保護層
８６によって覆っているので、第８の実施例と同様の効
果が得られる。

【００５７】なお上述した第８，９の実施例ではボンデ
ィングパッド８３の材料としてＡｌ膜を用いたが、Ａｌ
にＣｕやＳｉなどＡｌ以外の元素を小量混入したＡｌ膜
を用いても、実施例の場合と同等の効果が得られる。

【００５８】

【発明の効果】

（１）以上述べたように本発明によれば、半導体基板上
に形成されたフォトダイオードの上部に複数のマイクロ
レンズを重なるような位置に形成し、入射光をこの複数
のマイクロレンズに通してフォトダイオードに集光して
いる。これにより、単一のマイクロレンズではフォトダ
イオードに集光できない斜め光に対しても、フォトダイ
オードに集光することができる。従って、斜め光に対し
ても感度が低下せず、かつカメラの対物レンズの絞り値
に対して感度が変化せず、受光面内での感度を均一にす
ることができる。

【００５９】（２）以上述べたように本発明によれば、
Ｓｉ基板上に凹凸を形成し、その部分にフォトダイオー
ドを形成し、その上部に絶縁膜を介し反射膜を形成する
ことで、感度の高い赤外線用固体撮像装置を得ることが
できる。即ち、この構造のフォトダイオードでは、フォ
トダイオード上部の反射膜での赤外線の反射が促進され
る。従って、入射した赤外線は多数回フォトダイオード
を通過する。また、赤外線はフォトダイオードに対して
斜めに入射するため、赤外線がフォトダイオードを通過
する距離が増す。このため、フォトダイオードの光電変
換効率が向上することにより、感度の高い赤外線用固体
撮像装置を得ることができる。

【００６０】（３）以上詳述したように本発明によれ
ば、ボンディングパッドのＡｌ膜を薄膜で覆い、Ａｌ膜
を空気雰囲気やウェット処理に晒すのを防ぐことで、ボ
ンディングパッドのＡｌ膜の消失を防ぐことができる。
従って、ボンディング不良の無い、ボンディングワイヤ
との結合が良好なボンディングパッドを有する半導体装
置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係わる固体撮像装置の要部構成
を模式的に示す断面図。

【図２】図１の要部構成を拡大して示す模式図。

【図３】第２の実施例に係わる固体撮像装置の要部構成
を模式的に示す断面図。

【図４】第３の実施例に係わる固体撮像装置の要部構成
を模式的に示す断面図。

【図５】第４の実施例に係わる赤外線固体撮像装置の単
位セル構造を示す断面図。

【図６】図５のフォトダイオードを含む部分を拡大して
示す断面図。

【図７】第５の実施例の要部構成を示す断面図。

【図８】第６の実施例の要部構成を示す断面図。

【図９】第７の実施例の要部構成を示す断面図。

【図１０】第８，９の実施例に係わる半導体装置のボン
ディングパッド部の断面図。

【図１１】従来のマイクロレンズを用いた固体撮像装置
の画素部構成を示す断面図。

【図１２】従来の赤外線固体撮像装置の単位セル構造を
示す断面図。

【図１３】従来の半導体装置のボンディングパッド部構
造を示す断面図と平面図。

【符号の説明】

１１…半導体基板、１２…フォトダ
イオード、１３…パッシベーション層、１４
…平坦化層、１５…第１のマイクロレンズ、１
６…平坦化層、１７…カラーフィルタ、
１８…平坦化層、１９…第２のマイクロレンズ、
２０…仮想的なマイクロレンズ。５１…ｐ型Ｓｉ基
板、５２…ＣＣＤチャネル、５３…ｎ
型拡散層、５４…ガードリング、５
５…素子分離用絶縁膜、５６…絶縁膜、５
７…転送電極、５８…絶縁膜、５
９…フォトダイオード、６０…絶縁膜、６
１…反射膜、６２…赤外線、８
１…Ｓｉ基板、８２…酸化膜、８
３…ボンディングパッド、８４…パッシベー
ション層、８６…保護層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に複数のフォトダイオードが
配列されると共に、これらのフォトダイオード上にそれ
ぞれ光を集光するためのマイクロレンズが配列された固
体撮像装置であって、前記マイクロレンズは前記フォト
ダイオード上に複数段、重なるように配置されてなるこ
とを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】半導体基板の表面の複数箇所に形成された
凹凸部と、これらの凹凸部にそれぞれ形成されたフォト
ダイオードと、これらのフォトダイオードで検出された
信号電荷を読出す手段とを具備してなることを特徴とす
る固体撮像装置。