固体撮像装置
【課題】 新たな工程を追加することなく、遮光膜の面積占有率の差を軽減して平坦化膜の均一性を改善することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺部とを含む固体撮像装置で、前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、前記複数の金属配線層のうち最上に配されたパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、前記周辺部では、前記複数の金属配線層の最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有する。
【解決手段】 半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺部とを含む固体撮像装置で、前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、前記複数の金属配線層のうち最上に配されたパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、前記周辺部では、前記複数の金属配線層の最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（Ａ）に、固体撮像装置の平面レイアウト図を示す。図１（Ａ）に示す固体撮像装置は、有効画素領域１、オプティカルブラック領域２、および、周辺回路領域３を含む。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３には、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路が配置されている。有効画素領域１の上の金属膜からなる遮光膜は、画素毎に開口されているのに対して、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３は、ほぼ全面が覆われており、オプティカルブラック領域２の画素信号は黒レベルの基準信号として使用されている。そして、遮光膜の上に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜からなる平坦化膜を配置して平坦化をはかっている。この場合、有効画素領域１内における画素間の光路差の不均一による色むらを抑制するために、平坦化膜の均一性が要求される。
【０００３】
この平坦化膜は、段差を有する遮光膜の上に成膜された絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて表面を研磨することで平坦化して形成される。面積占有率が大きい遮光膜の上に成膜されたシリコン酸化膜のＣＭＰによる研磨速度は、面積占有率が小さい遮光膜の上に成膜された酸化膜の研磨速度より遅い。これにより、遮光膜の面積占有率が小さい有効画素領域と、遮光膜の面積占有率が大きい有効画素領域周辺部の境界では平坦化膜の表面に段差が生じる。この段差が原因で、平坦化膜の膜厚が有効画素領域の中央部と外周部で不均一になり、結果として光路差の違いによる色むらが発生してしまう。上記課題を解決するための方法が、特許文献１に示されている。特許文献１によれば、面積占有率が大きい有効画素領域周辺部の遮光膜を、あらかじめ形成した溝の中に配置することにより、有効画素領域と有効画素領域周辺部の境界における平坦化膜の段差を軽減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、溝を形成する新たな工程の追加が必要となるため工程上で不利である。また、遮光膜の面積占有率の差によって生じる平坦化膜の不均一性を根本的に解決するには不十分である。
【０００６】
本発明は、新たな工程を追加することなく、遮光膜の面積占有率の差を軽減して平坦化膜の均一性を改善することができる固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺に配置された周辺部とを含む固体撮像装置であって、前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、前記複数の金属配線層のうち最上に配されたパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、前記周辺部では、前記複数の金属配線層の最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、有効画素領域とその周辺に配置された周辺部との境界において平坦化膜の段差を軽減することが可能となり、平坦化膜を均一に形成することが出来る。更に、新たな工程を追加することなく、平坦化膜を均一に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は固体撮像装置の平面レイアウトの概略を示す図、（Ｂ）は本実施例の固体撮像装置の平面レイアウトを示す図である。
【図２】（Ａ）は第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）は第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ｂ−Ｂ'に沿った断面構造例を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の図３Ａに続く製造工程例を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は第２の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）は第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【図５】（Ａ）は第３の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）は第３の実施形態に係る（Ａ）の第２金属配線層の平面レイアウト例を示す図、（Ｃ）は第３の実施形態に係る（Ａ）の第１金属配線層の平面レイアウト例を示す図である。
【図６】（Ａ）は固体撮像装置の平面レイアウトの概略を示す図、（Ｂ）は第４、第５の実施例の固体撮像装置の平面レイアウトを示す図である。
【図７】（Ａ）は第４の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）及び（Ｄ）は第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【図８】（Ａ）は第５の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）及び（Ｄ）は第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の固体撮像装置及びその製造方法の実施形態例を詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
＜第１の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した固体撮像装置の本実施形態による平面レイアウト例を示す拡大図である。第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図２（Ａ）であり、図１（Ｂ）の破線Ｂ−Ｂ'に沿った断面構造図が図２（Ｂ）である。図１（Ｂ）に示すように、固体撮像装置は、複数の画素が配された有効画素領域１を含む有効画素部を有する。固体撮像装置はまた、有効画素部の周辺に配置された周辺領域を有する。周辺領域には、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３を含む周辺部が配置されている。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３は、有効画素領域１の動作の制御や有効画素領域１から読み出された信号の処理を行う領域であり、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路を含む。図２（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜１０３及び絶縁膜１０４をそれぞれ介して第１金属配線層１０５、第２金属配線層１０６及び遮光膜１０７が形成されている。遮光膜１０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜１０７は金属配線層１０５、１０６、１０７のうちの最上層である。第１金属配線層１０５と第２金属配線層１０６は金属プラグ１０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層１０６と遮光膜１０７は金属プラグ１０９で電気的に接続されうる。絶縁膜１０２、絶縁膜１０３及び絶縁膜１０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層１０５、第２金属配線層１０６及び遮光膜１０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で形成されている。金属プラグ１０８及び金属プラグ１０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜１０７は、平坦化膜１１０によって覆われており、平坦化膜１１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００１２】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜１０７によって覆われていた。一方、第１の実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３を覆う遮光膜１０７には開口部１１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図２（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜１０７に開口部１１１が設けられている。遮光膜１０７の下の第２金属配線層１０６と同一の層にはダミー金属膜１１２が設けられており、ダミー金属膜１１２は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図２（Ａ）に示すように、遮光膜１０７の下の第２金属配線層１０６と同一の層でダミー金属膜１１２を設けることが出来る領域の上に、開口部１１１が設けられている。ダミー金属膜１１２は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。ここで、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３の遮光膜１０７の面積占有率をＡ、有効画素領域１の遮光膜１０７の面積占有率をＢとする。平坦化膜１１０の均一性を改善するためには、面積占有率Ｂと面積占有率Ａとの比（＝Ｂ／Ａ）は０．６以上であることが好ましく、０．８以上であることが更に好ましい。理想的には、Ｂ／Ａ＝１であるのがより望ましい。
【００１３】
本第１の実施形態では、開口部１１１を周辺部であるオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３の両方に設けているが、いずれかの領域のみに設けてもよい。例えば、少なくとも有効画素領域１と隣接するオプティカルブラック領域２に開口部を設ければ平坦性は向上する。また、有効画素領域１との間にオプティカルブラック領域２を有する周辺回路領域３に開口部を設ければ、平坦性を向上させつつ遮光性を向上させることができる。周辺部はオプティカルブラック領域２を有さない構成であってもよい。その場合には、開口部１１１は周辺回路領域に設けられる。
【００１４】
＜第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第１の実施形態の製造方法を図３Ａの（ａ）から（ｃ）及び図３Ｂの（ｄ）及び（ｅ）を参照して説明する。簡略化のため、既知の工程である第２金属配線層１０６の形成工程以前は省略し、第２金属配線層１０６の形成工程から以降を説明する。
【００１５】
図３Ａの（ａ）は、第２金属配線層１０６を形成するための金属膜をスパッタ法を用いて成膜した後の断面図である。第２金属配線層１０６を形成するための金属膜は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で構成されうる。次に、図３Ａの（ｂ）に示すように、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて金属膜をパターニングして第２金属配線層１０６を形成する。第２金属配線層１０６の形成と同時に、遮光のためのパターンであるダミー金属膜１１２をオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３に形成する。図３Ａの（ｃ）は、図３Ａの（ｂ）を上から見た図である。次に、図３Ｂの（ｄ）では、絶縁膜１０４、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１０４を平坦化する。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０４に開口を形成し、金属プラグ１０９を形成する。金属プラグ１０９は、例えば、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰを用いて開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成されうる。次に、図３Ｂの（ｅ）では、遮光膜１０７を形成する金属膜をスパッタ法を用いて成膜する。遮光膜１０７は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で形成されうる。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて金属膜をパターン形成（パターニング）し遮光膜を形成する工程において、開口部１１１を有効画素領域１に形成する。これと同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部１１１を形成する。次に、絶縁膜を、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。次に、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜１１０が形成され、図２（Ａ）に至る。平坦化膜１１０はシリコン窒化膜であってもよい。また、平坦化膜１１０の後に、層内レンズ、カラーフィルタ、マイクロレンズ等を形成することも可能である。
【００１６】
［第２の実施形態］
＜第２の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 第２の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図４（Ａ）である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、全体の説明は省略する。第２の実施形態の特徴として、図４（Ａ）に示すように、オプティカルブラック領域２において、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３が開口部１１１を囲うように形成されている。ダミー金属膜１１２及び壁状金属部１１３は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、有効画素領域１と有効画素領域周辺部の境界面に対して平行な面に限って、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３が形成されている。この壁状金属部１１３により、有効画素領域１のフォトダイオード１０１への半導体基板１００の法線に交差する方向に入射する光の漏れを遮っている。
【００１７】
第２の実施形態の周辺回路領域３において、有効画素領域１と有効画素領域周辺部の境界面に対して平行な面以外に壁状金属部１１３を設けてもよいが、本第２の実施形態の壁状金属部１１３の配置を行うことで、配線間の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００１８】
＜第２の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第２の実施形態の製造方法を説明する。第２金属配線層１０６及びダミー金属膜１１２をオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３に形成する工程までは、第１の実施形態と同じ構成のため省略し、次の工程から図４（Ａ）と図４（Ｂ）を使って説明する。図４（Ｂ）に示すように、絶縁膜１０４、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１０４を平坦化する。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０４に開口を形成し、金属プラグ１０９を形成する。この際、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３を同時に形成する。図４(Ｃ）には、壁状金属部１１３の平面レイアウトが例示されている。次の工程から最終工程までは、第１の実施形態と同じ構成のため省略する。
【００１９】
［第３の実施形態］
＜第３の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 第３の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図５（Ａ）である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、全体の説明は省略する。本第３の実施形態の特徴としては、図５（Ａ）に示すように、オプティカルブラック領域２において、第１金属配線層１０５及び第２金属配線層１０６の各層に、ダミー金属膜１１２がそれぞれ形成されている。図５（Ｂ）は、第３の実施形態に係る図５（Ａ）の第２金属配線層の平面レイアウト図であり、図５（Ｃ）は、第３の実施形態に係る図５（Ａ）の第１金属配線層の平面レイアウト図である。図５（Ｂ）に示すように、ダミー金属膜１１２を含む第２金属配線層１０６の面積占有率を軽減するため、ダミー金属膜１１２の中心が抜かれた形状になっている。更に、開口部１１１から入射する光が、第２金属配線層のダミー金属膜１１２を通って第１金属配線層１０５の下に達することを防ぐため、図５（Ｃ）に示すように、第１金属配線層１０５と同一の層にダミー金属膜１１４が設けられている。ここで、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）にあるように、ダミー金属層１１４はダミー金属層１１２の開口の直下に配置されうる。このダミー金属層１１２及びダミー金属層１１４に限らず、金属層に設けた開口の直下にダミー金属層が配置されていることが望ましい。また、光の遮光性を高めるために、ダミー金属層の面積は金属層に設けた開口の面積と等しいか、より大きいことが望ましい。
【００２０】
第３の実施形態においても、上記第２の実施形態のような壁状金属部１１３を設けてよい。具体的には、遮光膜１０７とダミー金属膜１１２との間、あるいはダミー金属膜１１２とダミー金属膜１１４との間に、壁状金属部を設けてもよい。また、遮光膜１０７とダミー金属膜１１２との間、及びダミー金属膜１１２とダミー金属膜１１４との間に、壁状金属部を設けてもよい。また、金属配線層が更に多く配されている場合には、本第３の実施形態の２層のダミー金属膜を３層以上設けることも可能である。
【００２１】
＜第３の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 第３の実施形態の第１金属配線層１０５と同時に同一の層にダミー金属膜１１４を形成する工程は、第１の実施形態でダミー金属膜１１２を形成する工程と同様である。従って、その詳細な説明は省略する。また、第２の実施形態のような壁状金属部１１３を設ける場合も、第２の実施形態の製造工程例から知ることができる。
【００２２】
［第４の実施形態］
＜第４の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した固体撮像装置の本実施形態による平面レイアウト例を示す拡大図である。第４の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図７（Ａ）である。図６（Ｂ）に示すように、固体撮像装置は、複数の画素が配された有効画素領域１を含む有効画素部を有する。固体撮像装置はまた、有効画素部の周辺領域に、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域２と周辺回路領域３及び電極パッド領域４を含む周辺部を有する。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３は、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路を含む。電極パッド領域４は、外部からの電源供給および外部信号処理回路への電気信号転送を司る。図７（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０４をそれぞれ介して第１金属配線層２０５、第２金属配線層２０６及び遮光膜２０７が形成されている。遮光膜２０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜２０７は金属配線層２０５、２０６、２０７のうちの最上層である。第１金属配線層２０５と第２金属配線層２０６は金属プラグ２０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層２０６と遮光膜２０７は金属プラグ２０９で電気的に接続されうる。絶縁膜１０２、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層２０５、第２金属配線層２０６及び遮光膜２０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。金属プラグ２０８及び金属プラグ２０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は平坦化膜２１０によって覆われており、平坦化膜２１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００２３】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜２０７によって覆われていた。一方、第４の実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２および周辺回路領域３を覆う遮光膜２０７にも開口部２１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図７（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜２０７に開口部２１１が設けられている。遮光膜２０７の下の第２金属配線層２０６と同一の層にはダミー金属膜２１２が設けられており、ダミー金属膜２１２は開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図７（Ａ）に示すように、遮光膜２０７の下の第２金属配線層２０６と同一の層でダミー金属膜２１２を設けることが出来る領域の上に、開口部２１１が設けられている。ダミー金属膜２１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。更に、周辺回路領域３に隣接して電極パッド領域４が設けられている。電極パッド領域４は、第１電極パッド２１３、第２電極パッド２１４、最上層電極パッド２１５を含む。第１電極パッド２１３と第２電極パッド２１４とは金属プラグ２０８によって電気的に接続されている。第２電極パッド２１４と最上層電極パッド２１５とは金属プラグ２０９によって電気的に接続されている。第１電極パッド２１３は、例えば第１金属配線層２０５と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。第２電極パッド２１４は、例えば第２金属配線層２０６と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。最上層電極パッド２１５は、例えば遮光膜２０７と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。つまり、複数の金属層のうち最上に配置されたパターニングされた金属配線層は、遮光膜２０７として機能する金属パターンと、最上層電極パッド２１５として機能する金属パターンとを含む。
【００２４】
＜第４の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第４の実施形態の製造方法を図７（Ａ）から（Ｄ）を参照して説明する。簡略化のため、第１金属配線層２０５の形成工程から以降を説明する。
【００２５】
図７（Ｂ）に示す図は、第１金属配線層２０５を形成した後の断面図である。第１金属配線層２０５は、例えば、スパッタ法を用いてアルミニウムを主成分とする金属を成膜した後に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて形成される。更に、第１金属配線層２０５と同時に第１電極パッド２１３が形成されうる。
【００２６】
図７（Ｃ）に示す図は、第２金属配線層２０６を形成した後の断面図である。第２金属配線層２０６は、第１金属配線層２０５の上に絶縁膜２０３を介して形成される。絶縁膜２０３は、第１金属配線層２０５の上にシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて平坦化して形成される。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜２０３に開口を形成し、金属プラグ２０８を形成する。金属プラグ２０８は、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰを用いて開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成されうる。次に、第１金属配線層２０５と同様の手順で第２金属配線層２０６を形成し、これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成るダミー金属膜２１２および第２電極パッド２１４が形成される。
【００２７】
図７（Ｄ）に示す図は、遮光膜２０７を形成した後の断面図である。遮光膜２０７は、第２金属配線層２０６の上に絶縁膜２０４を介して形成される。絶縁膜２０４は、絶縁膜２０３と同様の手順で形成される。次に、金属プラグ２０９が金属プラグ２０８と同様の手順で形成される。次に、第１金属配線層２０５と同様の手順で遮光膜２０７が形成され、これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成る最上層電極パッド２１５が形成される。更に、遮光膜２０７の形成工程において、開口部２１１を有効画素領域１に形成する。これと同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部２１１を形成する。
【００２８】
次に、絶縁膜をシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜２１０を形成し、図７の（Ａ）に至る。
【００２９】
［第５の実施形態］
＜第５の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図８の（Ａ）は図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図である。図８（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、の半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜３０３及び絶縁膜３０４をそれぞれ介して第１金属配線層３０５、第２金属配線層３０６及び遮光膜２０７が形成されている。遮光膜２０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜２０７は金属配線層３０５、３０６、３０７のうちの最上層である。第１金属配線層３０５と第２金属配線層３０６は金属プラグ３０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層３０６と遮光膜２０７は金属プラグ３０９で電気的に接続されている。絶縁膜１０２、絶縁膜３０３及び絶縁膜３０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層３０５、第２金属配線層３０６及び金属プラグ３０８は、例えば銅を主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。金属プラグ３０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は平坦化膜２１０によって覆われており、平坦化膜２１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００３０】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜２０７によって覆われていた。一方、第５の実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２および記周辺回路領域３を覆う遮光膜２０７には開口部２１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図８（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜２０７に開口部２１１が設けられている。遮光膜２０７の下の第２金属配線層３０６と同一の層にはダミー金属膜３１２が設けられており、ダミー金属膜３１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図８（Ａ）に示すように、遮光膜２０７の下の第２金属配線層３０６と同一の層でダミー金属膜３１２を設けることが出来る領域の上に、開口部２１１が設けられている。ダミー金属膜３１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。更に、周辺回路領域３に隣接して電極パッド領域４が設けられている。電極パッド領域４は、第１電極パッド３１３、第２電極パッド３１４、最上層電極パッド２１５を含む。第１電極パッド３１３と第２電極パッド３１４とは金属プラグ３０８によって電気的に接続されている。第２電極パッド３１４と最上層電極パッド２１５とは金属プラグ３０９によって電気的に接続されている。第１電極パッド３１３は、例えば第１金属配線層３０５と同一層に銅を主成分とする金属で形成されている。第２電極パッド３１４は、例えば第２金属配線層３０６と同一層に銅を主成分とする金属で形成されている。最上層電極パッド２１５は、例えば遮光膜２０７と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。
【００３１】
＜第５の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第５の実施形態の製造方法を図８（Ａ）から（Ｄ）を参照して説明する。簡略化のため、第１金属配線層３０５の形成工程から以降を説明する。
【００３２】
図８（Ｂ）に示す図は、第１金属配線層３０５を形成した後の断面図である。第１金属配線層３０５は、例えば、シングルダマシン法によって銅を主成分とする金属で形成される。具体的には、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０２に配線用の溝を形成した後に、スパッタ法によってタンタル窒化物および銅を順に形成し、銅をメッキ法によって成膜する。次に、余分なタンタル窒化物、銅をＣＭＰ法で除去して、第１金属配線層３０５が形成される。更に、第１金属配線層３０５と同時に第１電極パッド３１３が形成される。
【００３３】
図８（Ｃ）に示す図は、第２金属配線層３０６を形成した後の断面図である。第２金属配線層３０６は、第１金属配線層３０５の上に絶縁膜３０３を介して、例えば、デュアルダマシン法によって銅を主成分とする金属で形成される。具体的には、絶縁膜３０３は、第１金属配線層３０５の上にシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により形成される。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜３０３の配線層及び金属プラグを形成すべき領域に開口を形成した後に、スパッタ法によってタンタル窒化物および銅を順に形成し、銅をメッキ法によって成膜する。次に、余分なタンタル窒化物、銅をＣＭＰ法によって除去して、第２金属配線層３０６および金属プラグ３０８が形成される。更に、第２金属配線層３０６と同時にダミー金属膜３１２および第２電極パッド３１４が形成される。
【００３４】
図８（Ｄ）に示す図は、遮光膜２０７を形成した後の断面図である。遮光膜２０７は、第２金属配線層３０６の上に絶縁膜３０４を介して形成される。絶縁膜３０４は、絶縁膜３０３と同様の手順で形成される。次に、金属プラグ３０９は、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰ法によって開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成される。次に、スパッタ法を用いてアルミニウムを主成分とする金属を成膜した後に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて遮光膜２０７が形成される。これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成る第３電極パッド２１５が形成される。更に、遮光膜２０７の形成工程において、開口部２１１を有効画素領域１に形成する。同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部２１１を形成する。
【００３５】
次に、絶縁膜をシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜２１０を形成し、図８（Ａ）に至る。
【００３６】
＜第１から第５の実施形態による効果＞ 第１から第５の実施形態によれば、オプティカルブラック領域２と周辺回路領域３を含む有効画素領域周辺部と有効画素領域１の境界において平坦化膜１１０の段差を軽減することが出来る。そのため、平坦化膜１１０の均一に形成することが出来る。これにより、入射光の光路差の不均一による輝度むらや色むらを抑制することが出来る。また、新たな工程を追加することなく、平坦化膜１１０を均一に形成することが出来る。なお、第１から第３の実施形態は、上述のように適宜組み合わせ可能である。上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することが出来る。
【符号の説明】
【００３７】
１...有効画素領域、２...オプティカルブラック領域、３...周辺回路領域、１００...半導体基板、１０１...フォトダイオード、１０２〜１０４...絶縁膜、１０５...第１金属配線層、１０６...第２金属配線層、１０７...遮光膜、１０８〜１０９...金属プラグ、１１０...平坦化膜、１１１...開口部、１１２、１１４...ダミー金属膜、１１３...壁状金属部、２０３、２０４、３０３、３０４...絶縁膜、２０５、３０５...第１金属配線層、２０６，３０６...第２金属配線層、２０７...遮光膜、２０８、２０９、３０８、３０９...金属プラグ、２１０...平坦化膜、２１１...開口部、２１２、３１２...ダミー金属膜、２１３、３１３...第１電極パッド、２１４、３１４...第２電極パッド、２１５...最上層電極パッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１（Ａ）に、固体撮像装置の平面レイアウト図を示す。図１（Ａ）に示す固体撮像装置は、有効画素領域１、オプティカルブラック領域２、および、周辺回路領域３を含む。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３には、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路が配置されている。有効画素領域１の上の金属膜からなる遮光膜は、画素毎に開口されているのに対して、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３は、ほぼ全面が覆われており、オプティカルブラック領域２の画素信号は黒レベルの基準信号として使用されている。そして、遮光膜の上に絶縁膜、例えばシリコン酸化膜からなる平坦化膜を配置して平坦化をはかっている。この場合、有効画素領域１内における画素間の光路差の不均一による色むらを抑制するために、平坦化膜の均一性が要求される。
【０００３】
この平坦化膜は、段差を有する遮光膜の上に成膜された絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を用いて表面を研磨することで平坦化して形成される。面積占有率が大きい遮光膜の上に成膜されたシリコン酸化膜のＣＭＰによる研磨速度は、面積占有率が小さい遮光膜の上に成膜された酸化膜の研磨速度より遅い。これにより、遮光膜の面積占有率が小さい有効画素領域と、遮光膜の面積占有率が大きい有効画素領域周辺部の境界では平坦化膜の表面に段差が生じる。この段差が原因で、平坦化膜の膜厚が有効画素領域の中央部と外周部で不均一になり、結果として光路差の違いによる色むらが発生してしまう。上記課題を解決するための方法が、特許文献１に示されている。特許文献１によれば、面積占有率が大きい有効画素領域周辺部の遮光膜を、あらかじめ形成した溝の中に配置することにより、有効画素領域と有効画素領域周辺部の境界における平坦化膜の段差を軽減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９６５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法では、溝を形成する新たな工程の追加が必要となるため工程上で不利である。また、遮光膜の面積占有率の差によって生じる平坦化膜の不均一性を根本的に解決するには不十分である。
【０００６】
本発明は、新たな工程を追加することなく、遮光膜の面積占有率の差を軽減して平坦化膜の均一性を改善することができる固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺に配置された周辺部とを含む固体撮像装置であって、前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、前記複数の金属配線層のうち最上に配されたパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、前記周辺部では、前記複数の金属配線層の最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、有効画素領域とその周辺に配置された周辺部との境界において平坦化膜の段差を軽減することが可能となり、平坦化膜を均一に形成することが出来る。更に、新たな工程を追加することなく、平坦化膜を均一に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（Ａ）は固体撮像装置の平面レイアウトの概略を示す図、（Ｂ）は本実施例の固体撮像装置の平面レイアウトを示す図である。
【図２】（Ａ）は第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）は第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ｂ−Ｂ'に沿った断面構造例を示す図である。
【図３Ａ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す断面図である。
【図３Ｂ】第１の実施形態に係る固体撮像装置の図３Ａに続く製造工程例を示す断面図である。
【図４】（Ａ）は第２の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）は第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【図５】（Ａ）は第３の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）は第３の実施形態に係る（Ａ）の第２金属配線層の平面レイアウト例を示す図、（Ｃ）は第３の実施形態に係る（Ａ）の第１金属配線層の平面レイアウト例を示す図である。
【図６】（Ａ）は固体撮像装置の平面レイアウトの概略を示す図、（Ｂ）は第４、第５の実施例の固体撮像装置の平面レイアウトを示す図である。
【図７】（Ａ）は第４の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）及び（Ｄ）は第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【図８】（Ａ）は第５の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ’に沿った断面構造例を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）及び（Ｄ）は第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の固体撮像装置及びその製造方法の実施形態例を詳細に説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
＜第１の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示した固体撮像装置の本実施形態による平面レイアウト例を示す拡大図である。第１の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図２（Ａ）であり、図１（Ｂ）の破線Ｂ−Ｂ'に沿った断面構造図が図２（Ｂ）である。図１（Ｂ）に示すように、固体撮像装置は、複数の画素が配された有効画素領域１を含む有効画素部を有する。固体撮像装置はまた、有効画素部の周辺に配置された周辺領域を有する。周辺領域には、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３を含む周辺部が配置されている。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３は、有効画素領域１の動作の制御や有効画素領域１から読み出された信号の処理を行う領域であり、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路を含む。図２（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜１０３及び絶縁膜１０４をそれぞれ介して第１金属配線層１０５、第２金属配線層１０６及び遮光膜１０７が形成されている。遮光膜１０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜１０７は金属配線層１０５、１０６、１０７のうちの最上層である。第１金属配線層１０５と第２金属配線層１０６は金属プラグ１０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層１０６と遮光膜１０７は金属プラグ１０９で電気的に接続されうる。絶縁膜１０２、絶縁膜１０３及び絶縁膜１０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層１０５、第２金属配線層１０６及び遮光膜１０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で形成されている。金属プラグ１０８及び金属プラグ１０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜１０７は、平坦化膜１１０によって覆われており、平坦化膜１１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００１２】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜１０７によって覆われていた。一方、第１の実施形態では、図１（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３を覆う遮光膜１０７には開口部１１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図２（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜１０７に開口部１１１が設けられている。遮光膜１０７の下の第２金属配線層１０６と同一の層にはダミー金属膜１１２が設けられており、ダミー金属膜１１２は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図２（Ａ）に示すように、遮光膜１０７の下の第２金属配線層１０６と同一の層でダミー金属膜１１２を設けることが出来る領域の上に、開口部１１１が設けられている。ダミー金属膜１１２は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。ここで、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３の遮光膜１０７の面積占有率をＡ、有効画素領域１の遮光膜１０７の面積占有率をＢとする。平坦化膜１１０の均一性を改善するためには、面積占有率Ｂと面積占有率Ａとの比（＝Ｂ／Ａ）は０．６以上であることが好ましく、０．８以上であることが更に好ましい。理想的には、Ｂ／Ａ＝１であるのがより望ましい。
【００１３】
本第１の実施形態では、開口部１１１を周辺部であるオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３の両方に設けているが、いずれかの領域のみに設けてもよい。例えば、少なくとも有効画素領域１と隣接するオプティカルブラック領域２に開口部を設ければ平坦性は向上する。また、有効画素領域１との間にオプティカルブラック領域２を有する周辺回路領域３に開口部を設ければ、平坦性を向上させつつ遮光性を向上させることができる。周辺部はオプティカルブラック領域２を有さない構成であってもよい。その場合には、開口部１１１は周辺回路領域に設けられる。
【００１４】
＜第１の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第１の実施形態の製造方法を図３Ａの（ａ）から（ｃ）及び図３Ｂの（ｄ）及び（ｅ）を参照して説明する。簡略化のため、既知の工程である第２金属配線層１０６の形成工程以前は省略し、第２金属配線層１０６の形成工程から以降を説明する。
【００１５】
図３Ａの（ａ）は、第２金属配線層１０６を形成するための金属膜をスパッタ法を用いて成膜した後の断面図である。第２金属配線層１０６を形成するための金属膜は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で構成されうる。次に、図３Ａの（ｂ）に示すように、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて金属膜をパターニングして第２金属配線層１０６を形成する。第２金属配線層１０６の形成と同時に、遮光のためのパターンであるダミー金属膜１１２をオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３に形成する。図３Ａの（ｃ）は、図３Ａの（ｂ）を上から見た図である。次に、図３Ｂの（ｄ）では、絶縁膜１０４、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１０４を平坦化する。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０４に開口を形成し、金属プラグ１０９を形成する。金属プラグ１０９は、例えば、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰを用いて開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成されうる。次に、図３Ｂの（ｅ）では、遮光膜１０７を形成する金属膜をスパッタ法を用いて成膜する。遮光膜１０７は、例えば、アルミニウムを主成分とする金属又は金属間化合物で形成されうる。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて金属膜をパターン形成（パターニング）し遮光膜を形成する工程において、開口部１１１を有効画素領域１に形成する。これと同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部１１１を形成する。次に、絶縁膜を、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。次に、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜１１０が形成され、図２（Ａ）に至る。平坦化膜１１０はシリコン窒化膜であってもよい。また、平坦化膜１１０の後に、層内レンズ、カラーフィルタ、マイクロレンズ等を形成することも可能である。
【００１６】
［第２の実施形態］
＜第２の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 第２の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図４（Ａ）である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、全体の説明は省略する。第２の実施形態の特徴として、図４（Ａ）に示すように、オプティカルブラック領域２において、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３が開口部１１１を囲うように形成されている。ダミー金属膜１１２及び壁状金属部１１３は、開口部１１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、有効画素領域１と有効画素領域周辺部の境界面に対して平行な面に限って、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３が形成されている。この壁状金属部１１３により、有効画素領域１のフォトダイオード１０１への半導体基板１００の法線に交差する方向に入射する光の漏れを遮っている。
【００１７】
第２の実施形態の周辺回路領域３において、有効画素領域１と有効画素領域周辺部の境界面に対して平行な面以外に壁状金属部１１３を設けてもよいが、本第２の実施形態の壁状金属部１１３の配置を行うことで、配線間の容量の増大を抑制することが可能となる。
【００１８】
＜第２の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第２の実施形態の製造方法を説明する。第２金属配線層１０６及びダミー金属膜１１２をオプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３に形成する工程までは、第１の実施形態と同じ構成のため省略し、次の工程から図４（Ａ）と図４（Ｂ）を使って説明する。図４（Ｂ）に示すように、絶縁膜１０４、例えばシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法を用いて成膜した後に、ＣＭＰ法を用いて絶縁膜１０４を平坦化する。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０４に開口を形成し、金属プラグ１０９を形成する。この際、ダミー金属膜１１２の上に壁状金属部１１３を同時に形成する。図４(Ｃ）には、壁状金属部１１３の平面レイアウトが例示されている。次の工程から最終工程までは、第１の実施形態と同じ構成のため省略する。
【００１９】
［第３の実施形態］
＜第３の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 第３の実施形態に係る図１（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図５（Ａ）である。基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、全体の説明は省略する。本第３の実施形態の特徴としては、図５（Ａ）に示すように、オプティカルブラック領域２において、第１金属配線層１０５及び第２金属配線層１０６の各層に、ダミー金属膜１１２がそれぞれ形成されている。図５（Ｂ）は、第３の実施形態に係る図５（Ａ）の第２金属配線層の平面レイアウト図であり、図５（Ｃ）は、第３の実施形態に係る図５（Ａ）の第１金属配線層の平面レイアウト図である。図５（Ｂ）に示すように、ダミー金属膜１１２を含む第２金属配線層１０６の面積占有率を軽減するため、ダミー金属膜１１２の中心が抜かれた形状になっている。更に、開口部１１１から入射する光が、第２金属配線層のダミー金属膜１１２を通って第１金属配線層１０５の下に達することを防ぐため、図５（Ｃ）に示すように、第１金属配線層１０５と同一の層にダミー金属膜１１４が設けられている。ここで、図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）にあるように、ダミー金属層１１４はダミー金属層１１２の開口の直下に配置されうる。このダミー金属層１１２及びダミー金属層１１４に限らず、金属層に設けた開口の直下にダミー金属層が配置されていることが望ましい。また、光の遮光性を高めるために、ダミー金属層の面積は金属層に設けた開口の面積と等しいか、より大きいことが望ましい。
【００２０】
第３の実施形態においても、上記第２の実施形態のような壁状金属部１１３を設けてよい。具体的には、遮光膜１０７とダミー金属膜１１２との間、あるいはダミー金属膜１１２とダミー金属膜１１４との間に、壁状金属部を設けてもよい。また、遮光膜１０７とダミー金属膜１１２との間、及びダミー金属膜１１２とダミー金属膜１１４との間に、壁状金属部を設けてもよい。また、金属配線層が更に多く配されている場合には、本第３の実施形態の２層のダミー金属膜を３層以上設けることも可能である。
【００２１】
＜第３の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 第３の実施形態の第１金属配線層１０５と同時に同一の層にダミー金属膜１１４を形成する工程は、第１の実施形態でダミー金属膜１１２を形成する工程と同様である。従って、その詳細な説明は省略する。また、第２の実施形態のような壁状金属部１１３を設ける場合も、第２の実施形態の製造工程例から知ることができる。
【００２２】
［第４の実施形態］
＜第４の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した固体撮像装置の本実施形態による平面レイアウト例を示す拡大図である。第４の実施形態に係る図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図が図７（Ａ）である。図６（Ｂ）に示すように、固体撮像装置は、複数の画素が配された有効画素領域１を含む有効画素部を有する。固体撮像装置はまた、有効画素部の周辺領域に、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域２と周辺回路領域３及び電極パッド領域４を含む周辺部を有する。有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２には、複数の画素が２次元アレイ状に配列されている。周辺回路領域３は、例えば、演算増幅回路、水平走査回路及び垂直走査回路を含む。電極パッド領域４は、外部からの電源供給および外部信号処理回路への電気信号転送を司る。図７（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０４をそれぞれ介して第１金属配線層２０５、第２金属配線層２０６及び遮光膜２０７が形成されている。遮光膜２０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜２０７は金属配線層２０５、２０６、２０７のうちの最上層である。第１金属配線層２０５と第２金属配線層２０６は金属プラグ２０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層２０６と遮光膜２０７は金属プラグ２０９で電気的に接続されうる。絶縁膜１０２、絶縁膜２０３及び絶縁膜２０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層２０５、第２金属配線層２０６及び遮光膜２０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。金属プラグ２０８及び金属プラグ２０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は平坦化膜２１０によって覆われており、平坦化膜２１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００２３】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜２０７によって覆われていた。一方、第４の実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２および周辺回路領域３を覆う遮光膜２０７にも開口部２１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図７（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜２０７に開口部２１１が設けられている。遮光膜２０７の下の第２金属配線層２０６と同一の層にはダミー金属膜２１２が設けられており、ダミー金属膜２１２は開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図７（Ａ）に示すように、遮光膜２０７の下の第２金属配線層２０６と同一の層でダミー金属膜２１２を設けることが出来る領域の上に、開口部２１１が設けられている。ダミー金属膜２１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。更に、周辺回路領域３に隣接して電極パッド領域４が設けられている。電極パッド領域４は、第１電極パッド２１３、第２電極パッド２１４、最上層電極パッド２１５を含む。第１電極パッド２１３と第２電極パッド２１４とは金属プラグ２０８によって電気的に接続されている。第２電極パッド２１４と最上層電極パッド２１５とは金属プラグ２０９によって電気的に接続されている。第１電極パッド２１３は、例えば第１金属配線層２０５と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。第２電極パッド２１４は、例えば第２金属配線層２０６と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。最上層電極パッド２１５は、例えば遮光膜２０７と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。つまり、複数の金属層のうち最上に配置されたパターニングされた金属配線層は、遮光膜２０７として機能する金属パターンと、最上層電極パッド２１５として機能する金属パターンとを含む。
【００２４】
＜第４の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第４の実施形態の製造方法を図７（Ａ）から（Ｄ）を参照して説明する。簡略化のため、第１金属配線層２０５の形成工程から以降を説明する。
【００２５】
図７（Ｂ）に示す図は、第１金属配線層２０５を形成した後の断面図である。第１金属配線層２０５は、例えば、スパッタ法を用いてアルミニウムを主成分とする金属を成膜した後に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて形成される。更に、第１金属配線層２０５と同時に第１電極パッド２１３が形成されうる。
【００２６】
図７（Ｃ）に示す図は、第２金属配線層２０６を形成した後の断面図である。第２金属配線層２０６は、第１金属配線層２０５の上に絶縁膜２０３を介して形成される。絶縁膜２０３は、第１金属配線層２０５の上にシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて平坦化して形成される。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜２０３に開口を形成し、金属プラグ２０８を形成する。金属プラグ２０８は、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰを用いて開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成されうる。次に、第１金属配線層２０５と同様の手順で第２金属配線層２０６を形成し、これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成るダミー金属膜２１２および第２電極パッド２１４が形成される。
【００２７】
図７（Ｄ）に示す図は、遮光膜２０７を形成した後の断面図である。遮光膜２０７は、第２金属配線層２０６の上に絶縁膜２０４を介して形成される。絶縁膜２０４は、絶縁膜２０３と同様の手順で形成される。次に、金属プラグ２０９が金属プラグ２０８と同様の手順で形成される。次に、第１金属配線層２０５と同様の手順で遮光膜２０７が形成され、これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成る最上層電極パッド２１５が形成される。更に、遮光膜２０７の形成工程において、開口部２１１を有効画素領域１に形成する。これと同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部２１１を形成する。
【００２８】
次に、絶縁膜をシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜２１０を形成し、図７の（Ａ）に至る。
【００２９】
［第５の実施形態］
＜第５の実施形態の固体撮像装置の構成例＞ 図８の（Ａ）は図６（Ｂ）の破線Ａ−Ａ'に沿った断面構造図である。図８（Ａ）に示すように、有効画素領域１及びオプティカルブラック領域２では、の半導体基板１００にフォトダイオード１０１が設けられている。簡単化のため、半導体基板１００に設けられたＭＯＳトランジスタ及び金属プラグの一部は図示が省略されている。半導体基板１００の上方には、絶縁膜１０２、絶縁膜３０３及び絶縁膜３０４をそれぞれ介して第１金属配線層３０５、第２金属配線層３０６及び遮光膜２０７が形成されている。遮光膜２０７は、基準電位及び電源ラインとして使用される金属配線層の役割も兼ねている。遮光膜２０７は金属配線層３０５、３０６、３０７のうちの最上層である。第１金属配線層３０５と第２金属配線層３０６は金属プラグ３０８で電気的に接続されうる。第２金属配線層３０６と遮光膜２０７は金属プラグ３０９で電気的に接続されている。絶縁膜１０２、絶縁膜３０３及び絶縁膜３０４は、例えばシリコン酸化膜で形成されている。第１金属配線層３０５、第２金属配線層３０６及び金属プラグ３０８は、例えば銅を主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は、例えばアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。金属プラグ３０９は、例えばタングステンを主成分とする金属で形成されている。遮光膜２０７は平坦化膜２１０によって覆われており、平坦化膜２１０は、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜から形成されている。
【００３０】
従来は、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３のほぼ全面が遮光膜２０７によって覆われていた。一方、第５の実施形態では、図６（Ｂ）に示すように、オプティカルブラック領域２および記周辺回路領域３を覆う遮光膜２０７には開口部２１１が設けられている。オプティカルブラック領域２においては、図８（Ａ）に示すように、全ての画素の上の遮光膜２０７に開口部２１１が設けられている。遮光膜２０７の下の第２金属配線層３０６と同一の層にはダミー金属膜３１２が設けられており、ダミー金属膜３１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。更に、周辺回路領域３においては、図８（Ａ）に示すように、遮光膜２０７の下の第２金属配線層３０６と同一の層でダミー金属膜３１２を設けることが出来る領域の上に、開口部２１１が設けられている。ダミー金属膜３１２は、開口部２１１を通してフォトダイオード１０１に入射する光を遮る役割を果たしている。周辺回路領域３に配置される回路は、例えば走査回路を含みうる。更に、周辺回路領域３に隣接して電極パッド領域４が設けられている。電極パッド領域４は、第１電極パッド３１３、第２電極パッド３１４、最上層電極パッド２１５を含む。第１電極パッド３１３と第２電極パッド３１４とは金属プラグ３０８によって電気的に接続されている。第２電極パッド３１４と最上層電極パッド２１５とは金属プラグ３０９によって電気的に接続されている。第１電極パッド３１３は、例えば第１金属配線層３０５と同一層に銅を主成分とする金属で形成されている。第２電極パッド３１４は、例えば第２金属配線層３０６と同一層に銅を主成分とする金属で形成されている。最上層電極パッド２１５は、例えば遮光膜２０７と同一層にアルミニウムを主成分とする金属で形成されている。
【００３１】
＜第５の実施形態の固体撮像装置の製造工程例＞ 次に、第５の実施形態の製造方法を図８（Ａ）から（Ｄ）を参照して説明する。簡略化のため、第１金属配線層３０５の形成工程から以降を説明する。
【００３２】
図８（Ｂ）に示す図は、第１金属配線層３０５を形成した後の断面図である。第１金属配線層３０５は、例えば、シングルダマシン法によって銅を主成分とする金属で形成される。具体的には、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜１０２に配線用の溝を形成した後に、スパッタ法によってタンタル窒化物および銅を順に形成し、銅をメッキ法によって成膜する。次に、余分なタンタル窒化物、銅をＣＭＰ法で除去して、第１金属配線層３０５が形成される。更に、第１金属配線層３０５と同時に第１電極パッド３１３が形成される。
【００３３】
図８（Ｃ）に示す図は、第２金属配線層３０６を形成した後の断面図である。第２金属配線層３０６は、第１金属配線層３０５の上に絶縁膜３０３を介して、例えば、デュアルダマシン法によって銅を主成分とする金属で形成される。具体的には、絶縁膜３０３は、第１金属配線層３０５の上にシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により形成される。次に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて絶縁膜３０３の配線層及び金属プラグを形成すべき領域に開口を形成した後に、スパッタ法によってタンタル窒化物および銅を順に形成し、銅をメッキ法によって成膜する。次に、余分なタンタル窒化物、銅をＣＭＰ法によって除去して、第２金属配線層３０６および金属プラグ３０８が形成される。更に、第２金属配線層３０６と同時にダミー金属膜３１２および第２電極パッド３１４が形成される。
【００３４】
図８（Ｄ）に示す図は、遮光膜２０７を形成した後の断面図である。遮光膜２０７は、第２金属配線層３０６の上に絶縁膜３０４を介して形成される。絶縁膜３０４は、絶縁膜３０３と同様の手順で形成される。次に、金属プラグ３０９は、スパッタ法を用いてチタンおよびチタン窒化物を順に成膜した後に、タングステンをＣＶＤ法を用いて成膜し、ＣＭＰ法によって開口部以外の領域のチタン、チタン窒化物及びタングステンを除去して形成される。次に、スパッタ法を用いてアルミニウムを主成分とする金属を成膜した後に、フォトレジスト塗布、露光、現像を経て、ドライエッチング法を用いて遮光膜２０７が形成される。これと同時に、アルミニウムを主成分とする金属から成る第３電極パッド２１５が形成される。更に、遮光膜２０７の形成工程において、開口部２１１を有効画素領域１に形成する。同時に、オプティカルブラック領域２及び周辺回路領域３にも開口部２１１を形成する。
【００３５】
次に、絶縁膜をシリコン酸化膜をプラズマＣＶＤ法により成膜し、ＣＭＰ法を用いて該絶縁膜を平坦化して平坦化膜２１０を形成し、図８（Ａ）に至る。
【００３６】
＜第１から第５の実施形態による効果＞ 第１から第５の実施形態によれば、オプティカルブラック領域２と周辺回路領域３を含む有効画素領域周辺部と有効画素領域１の境界において平坦化膜１１０の段差を軽減することが出来る。そのため、平坦化膜１１０の均一に形成することが出来る。これにより、入射光の光路差の不均一による輝度むらや色むらを抑制することが出来る。また、新たな工程を追加することなく、平坦化膜１１０を均一に形成することが出来る。なお、第１から第３の実施形態は、上述のように適宜組み合わせ可能である。上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することが出来る。
【符号の説明】
【００３７】
１...有効画素領域、２...オプティカルブラック領域、３...周辺回路領域、１００...半導体基板、１０１...フォトダイオード、１０２〜１０４...絶縁膜、１０５...第１金属配線層、１０６...第２金属配線層、１０７...遮光膜、１０８〜１０９...金属プラグ、１１０...平坦化膜、１１１...開口部、１１２、１１４...ダミー金属膜、１１３...壁状金属部、２０３、２０４、３０３、３０４...絶縁膜、２０５、３０５...第１金属配線層、２０６，３０６...第２金属配線層、２０７...遮光膜、２０８、２０９、３０８、３０９...金属プラグ、２１０...平坦化膜、２１１...開口部、２１２、３１２...ダミー金属膜、２１３、３１３...第１電極パッド、２１４、３１４...第２電極パッド、２１５...最上層電極パッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺に配置された周辺部とを含む固体撮像装置であって、
前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、
前記複数の金属配線層の最上層であるパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、
前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、
前記周辺部では、前記最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記周辺部における前記最上層の面積は、前記有効画素部における前記最上層の面積占有率が前記周辺部における前記最上層の面積占有率に対して０．６以上となる面積であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記周辺部における前記複数の金属配線層は、前記周辺部における前記少なくとも１つの金属配線層と前記最上層との間にあって、開口部を有する金属配線層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記周辺部における前記少なくとも１つの金属配線層の上に、前記半導体基板の法線に交差する方向に入射する光を遮る壁状金属部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記壁状金属部は、前記周辺部における前記最上層と前記少なくとも１つの金属配線層とを接続していることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記周辺部は、前記有効画素部からの信号を処理する周辺回路領域を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記周辺部は、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記周辺部の開口部は、前記オプティカルブラック領域に配されていることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記周辺部の開口部は、前記周辺回路領域に配されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記最上層としての前記パターニングされた金属配線層は電極パッドとして機能する金属パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記最上層としての前記パターニングされた金属配線層はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１】
半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する複数の画素が配置された有効画素部と、前記有効画素部の周辺に配置された周辺部とを含む固体撮像装置であって、
前記半導体基板の上方に配置された複数の金属配線層と、
前記複数の金属配線層の最上層であるパターニングされた金属配線層を覆う平坦化膜とを備え、
前記有効画素部では、前記複数の金属配線層は前記フォトダイオードに光を入射させるための開口部を有し、
前記周辺部では、前記最上層に開口部が設けられ、前記最上層と前記半導体基板との間の少なくとも１つの金属配線層が前記最上層の開口部を通して入射する光を遮るパターンを有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記周辺部における前記最上層の面積は、前記有効画素部における前記最上層の面積占有率が前記周辺部における前記最上層の面積占有率に対して０．６以上となる面積であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記周辺部における前記複数の金属配線層は、前記周辺部における前記少なくとも１つの金属配線層と前記最上層との間にあって、開口部を有する金属配線層を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記周辺部における前記少なくとも１つの金属配線層の上に、前記半導体基板の法線に交差する方向に入射する光を遮る壁状金属部を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記壁状金属部は、前記周辺部における前記最上層と前記少なくとも１つの金属配線層とを接続していることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記周辺部は、前記有効画素部からの信号を処理する周辺回路領域を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記周辺部は、基準信号を得るためのオプティカルブラック領域を含むことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記周辺部の開口部は、前記オプティカルブラック領域に配されていることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記周辺部の開口部は、前記周辺回路領域に配されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記最上層としての前記パターニングされた金属配線層は電極パッドとして機能する金属パターンを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記最上層としての前記パターニングされた金属配線層はアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２１６８６５（Ｐ２０１１−２１６８６５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３１２６０（Ｐ２０１１−３１２６０）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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