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JP2009218374A - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP2009218374A
JP2009218374A JP2008060354A JP2008060354A JP2009218374A JP 2009218374 A JP2009218374 A JP 2009218374A JP 2008060354 A JP2008060354 A JP 2008060354A JP 2008060354 A JP2008060354 A JP 2008060354A JP 2009218374 A JP2009218374 A JP 2009218374A
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light
layer
shielding layer
light shielding
shielding
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JP2008060354A
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Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Takase
雅之 高瀬
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Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】遮光層を金属で形成する際に発生する段差や突起、それに起因する感度劣化や遮光不十分を防止できる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】撮像領域20とその周辺に形成された黒基準画素領域30などの遮光領域とを有する基板1と、前記基板1上に形成された配線層11,12,13および層間絶縁膜4と、前記遮光領域を遮光する金属材料からなる第1の遮光層15および第2の遮光層16とを備え、前記第1の遮光層15は層間絶縁膜4内に撮像領域20に対し平面視で隣接して形成され、前記第2の遮光層16は層間絶縁膜4上に第1の遮光層15に対し平面視で隣接して或いは一部重なって形成される。
【選択図】図2
Provided is a solid-state imaging device capable of preventing steps and protrusions generated when a light shielding layer is formed of a metal, sensitivity deterioration and insufficient light shielding caused by the steps and protrusions.
A substrate 1 having an imaging region 20 and a light-shielding region such as a black reference pixel region 30 formed in the periphery thereof, wiring layers 11, 12, 13 and an interlayer insulating film 4 formed on the substrate 1. And a first light-shielding layer 15 and a second light-shielding layer 16 made of a metal material that shields the light-shielding region, and the first light-shielding layer 15 is viewed in plan with respect to the imaging region 20 in the interlayer insulating film 4 The second light shielding layer 16 is formed on the interlayer insulating film 4 so as to be adjacent to or partially overlap the first light shielding layer 15 in plan view.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、固体撮像装置に関するものであり、特に黒基準画素などの遮光を行う構造を備える固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device having a structure for shielding light such as black reference pixels.

固体撮像装置は一般に、画像の撮像を行うための撮像領域と、信号レベルの基準となる信号を得るための、遮光された黒基準画素領域とを備えている。撮像画素で受光量に応じて発生した信号電荷による電気信号を得る際に、熱的電荷が発生し信号電荷に混入するため、遮光された黒基準画素を設けて、黒基準レベル信号を得、熱的電荷等による信号レベルを検出し、受光信号の補正を行うようにしているのである。   In general, the solid-state imaging device includes an imaging region for capturing an image and a light-shielded black reference pixel region for obtaining a signal serving as a signal level reference. When obtaining an electrical signal based on the signal charge generated according to the amount of light received by the imaging pixel, a thermal charge is generated and mixed into the signal charge, so a black reference pixel that is shielded from light is provided to obtain a black reference level signal, The signal level due to thermal charge or the like is detected and the received light signal is corrected.

図7に従来の固体撮像装置の撮像領域および黒基準画素領域の構成を示す。シリコン基板1の表面にフォトダイオード2や浮遊拡散層3を持った撮像画素P1および黒基準画素P2を形成し、これらの上層にトランスファーゲート10や配線層11,12,13を形成し、黒基準画素P2の領域に遮光層14を形成している。配線層11,12,13は従来、AlあるいはAlCuなどのAl合金で形成しているため、配線層13と同一層の金属層を黒基準画素P2の上に大面積に形成して遮光層14とするのが一般的な手法であった。   FIG. 7 shows a configuration of an imaging region and a black reference pixel region of a conventional solid-state imaging device. The imaging pixel P1 and the black reference pixel P2 having the photodiode 2 and the floating diffusion layer 3 are formed on the surface of the silicon substrate 1, and the transfer gate 10 and the wiring layers 11, 12, and 13 are formed on the upper layer thereof, and the black reference A light shielding layer 14 is formed in the region of the pixel P2. Since the wiring layers 11, 12, and 13 are conventionally formed of an Al alloy such as Al or AlCu, the light shielding layer 14 is formed by forming a metal layer of the same layer as the wiring layer 13 on the black reference pixel P2 in a large area. It was a general technique.

近年、固体撮像装置の配線層に、導電性の高い金属であるCuが一般的に用いられている。しかしCu配線層と同一層の金属層で従来と同様に大面積のCu遮光層を形成すると、CMP(Chemical Mechanical Polishing)により平坦化を行うときに、Cu遮光層の中央部分の研磨量が大きくなり、ディッシングと呼ばれる大きな段差を生じる現象が起こる。ディッシング量(段差)は配線幅20μmに対して数十nm〜100nm程度である。黒基準画素領域上の遮光層にこのような段差があると、黒基準画素領域上も含めて形成されるオンチップレンズの構造に歪みが生じ、撮像領域の外周部分のオンチップレンズの歪み、それによる感度劣化などの影響が及ぼされると考えられる。   In recent years, Cu, which is a highly conductive metal, is generally used for a wiring layer of a solid-state imaging device. However, when a large-area Cu light-shielding layer is formed of the same metal layer as the Cu wiring layer as in the prior art, the amount of polishing at the center of the Cu light-shielding layer is large when flattening by CMP (Chemical Mechanical Polishing). Thus, a phenomenon called a dishing that causes a large step occurs. The dishing amount (step) is about several tens to 100 nm with respect to the wiring width of 20 μm. If there is such a step in the light shielding layer on the black reference pixel region, distortion occurs in the structure of the on-chip lens formed also on the black reference pixel region, distortion of the on-chip lens in the outer peripheral portion of the imaging region, It is thought that this will affect the sensitivity degradation.

このような理由から、たとえば特許文献1に、Cu配線層と同一層で遮光層を形成するのでなく、外部接続用に形成されるコンタクトパッドと同一層で遮光層を形成することが提案されている。コンタクトパッドについては、Cuではリード線などのボンディングが良好になされないことから、依然としてAlやAlCuなどのAl合金(以下単にAlという)が用いられているので、このAlを材料として遮光層を形成するのである。
特開2007−184311号公報
For this reason, for example, Patent Document 1 proposes that the light shielding layer be formed in the same layer as the contact pad formed for external connection, instead of forming the light shielding layer in the same layer as the Cu wiring layer. Yes. As for contact pads, since bonding of lead wires and the like is not performed well with Cu, Al alloys such as Al and AlCu (hereinafter simply referred to as Al) are still used, and a light shielding layer is formed using this Al as a material. To do.
JP 2007-184111 A

しかしながら、遮光層という大面積の金属層をAlで形成する場合、図8(a)に示すように、金属層101の上に平坦化膜102等を形成する際の熱処理工程でヒロック103と呼ばれる半球状の突起物が形成される。このヒロック103は、金属層101の面積が大きいほど、膜堆積後の加熱処理の繰り返しに応じて大きく成長する。   However, when a large-area metal layer called a light shielding layer is formed of Al, as shown in FIG. 8A, it is called a hillock 103 in a heat treatment process for forming a planarizing film 102 or the like on the metal layer 101. A hemispherical protrusion is formed. The larger the area of the metal layer 101, the larger the hillock 103 grows as the heat treatment after film deposition is repeated.

この状態で平坦化を行うと、ヒロック103上の平坦化膜102が薄くなるに伴って、図8(b)に示すようにヒロック103の頂部が露出することもある。ヒロック103の頂部が露出すると、平坦化後の洗浄工程で洗浄液によって露出部分から次第に溶かされ、金属層101が部分的に消失する。その結果、消失部分で遮光できずに光漏れが起き、正確な黒基準レベルを検出できないことになる。かかるヒロック103は、長さ(あるいは幅)20um以上のAl配線において顕著に発生している。上述の黒基準画素は数列〜数十列程度設けられるため、遮光層は幅数十um程度、長さ数mm程度となり、コンタクトパッドと同じ金属層(Al)を用いる場合にヒロック103の発生する可能性、遮光不十分になる可能性は十分高い。   If planarization is performed in this state, the top of the hillock 103 may be exposed as shown in FIG. 8B as the planarization film 102 on the hillock 103 becomes thinner. When the top of the hillock 103 is exposed, it is gradually dissolved from the exposed portion by the cleaning liquid in the cleaning step after planarization, and the metal layer 101 is partially lost. As a result, light leakage occurs without being able to block light at the lost portion, and an accurate black reference level cannot be detected. Such hillocks 103 are prominently generated in Al wiring having a length (or width) of 20 μm or more. Since the above-described black reference pixels are provided in about several to several tens of rows, the light shielding layer has a width of about several tens of um and a length of about several mm. The possibility and the possibility of insufficient shading are high enough.

本発明は、上記問題に鑑み、遮光層を金属で形成する際に発生する段差や突起、それに起因する感度劣化や遮光不十分を防止できる固体撮像装置を提供することを目的とするものである。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of preventing steps and protrusions generated when a light shielding layer is formed of a metal, and sensitivity deterioration and insufficient light shielding caused by the steps and protrusions. .

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、撮像領域とその周辺に形成された遮光領域とを有する半導体基板と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を介して形成された配線層および外部接続用のコンタクトパッドと、前記遮光領域を遮光する金属材料からなる第1および第2の遮光層とを備え、前記第1の遮光層は前記配線層と同一層をなす金属層によって前記撮像領域に対し平面視で隣接して形成され、前記第2の遮光層は前記コンタクトパッドと同一層をなす金属層によって前記第1の遮光層に対し平面視で隣接して或いは一部重なって形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate having an imaging region and a light-shielding region formed around the imaging region, and a wiring formed on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. And a contact pad for external connection, and first and second light-shielding layers made of a metal material that shields the light-shielding region. The first light-shielding layer is a metal layer that is the same layer as the wiring layer. The second light-shielding layer is formed adjacent to the imaging region in plan view, and the second light-shielding layer is adjacent to or partially overlaps the first light-shielding layer by a metal layer that is the same layer as the contact pad. It is characterized by being formed.

前記第1の遮光層は銅よりなり、前記第2の遮光層はアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりなることを特徴とする。前記第1の遮光膜は幅10μm以下であり、前記第2の遮光膜は幅20μm以下であるのが好ましい。   The first light shielding layer is made of copper, and the second light shielding layer is made of aluminum or an aluminum alloy. Preferably, the first light shielding film has a width of 10 μm or less, and the second light shielding film has a width of 20 μm or less.

前記第1の遮光層と同一層をなす金属層であって前記第1の遮光層よりも前記撮像領域から離間する側に形成された第3の遮光膜と、前記第2の遮光層と同一層をなす金属層であって前記第2の遮光層よりも前記撮像領域から離間する側に形成された第4の遮光膜とをさらに備え、前記第2の遮光膜と前記第3の遮光膜と前記第4の遮光膜とは平面視で一部ずつが重なっているのが好ましい。   A third light-shielding film formed on a side of the first light-shielding layer, the metal layer being the same layer as the first light-shielding layer and farther from the imaging region than the first light-shielding layer; and the same as the second light-shielding layer A fourth light-shielding film formed on a side farther from the imaging region than the second light-shielding layer, and further comprising the second light-shielding film and the third light-shielding film. It is preferable that the fourth light-shielding film partially overlaps with each other in plan view.

前記層間絶縁膜内であって前記第1の遮光層よりも上層に、前記第1の遮光層および前記第2の遮光層に対し平面視で一部ずつが重なった第5の遮光層をさらに備えるのが好ましい。   A fifth light-shielding layer that is partially overlapped with the first light-shielding layer and the second light-shielding layer in a plan view in the interlayer insulating film and above the first light-shielding layer; It is preferable to provide.

本発明に係る固体撮像装置の構造によると、遮光領域の遮光を大面積の金属層を設けることなく行うことができ、大面積の金属層で発生しやすい段差や突起、それに起因する感度劣化や遮光不十分を防止することが可能となる。たとえば、第1の遮光層が銅よりなり、第2の遮光層がアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりなるときに、第1の遮光層の段差、第2の遮光層の突起の発生を防止できる。   According to the structure of the solid-state imaging device according to the present invention, the light shielding region can be shielded without providing a large-area metal layer. It becomes possible to prevent insufficient light shielding. For example, when the first light shielding layer is made of copper and the second light shielding layer is made of aluminum or an aluminum alloy, it is possible to prevent the steps of the first light shielding layer and the projections of the second light shielding layer from being generated.

前記配線層と前記第1の遮光層とを同一層をなす金属層とすれば、双方を同時に形成することがきるため、工程数の増加を来たすことがない。前記第2の遮光層を、外部接続用に形成されたコンタクトパッドと同一層をなす金属層とする場合も同様である。   If the wiring layer and the first light-shielding layer are formed as the same metal layer, both can be formed at the same time, so that the number of processes does not increase. The same applies to the case where the second light shielding layer is a metal layer that is the same layer as a contact pad formed for external connection.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、図1を用いて、従来よりある固体撮像装置、ここではCMOS固体撮像装置(イメージセンサ)の概略全体構成を説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, a schematic overall configuration of a conventional solid-state imaging device, here, a CMOS solid-state imaging device (image sensor) will be described with reference to FIG.

シリコン基板などの基板1上に、撮像画素P1がマトリックス状に配列された撮像画素領域20が設けられ、撮像画素領域20の近傍に、黒基準画素P2が配列された黒基準画素領域30が設けられている。   An imaging pixel region 20 in which imaging pixels P1 are arranged in a matrix is provided on a substrate 1 such as a silicon substrate, and a black reference pixel region 30 in which black reference pixels P2 are arranged is provided in the vicinity of the imaging pixel region 20. It has been.

撮像画素領域20および黒基準画素領域30の周辺に、周辺回路部40(垂直シフトレジスタ41、カラムアンプ42、水平シフトレジスタ43、出力回路44、カラムADコンバータ45等)が設けられ、周辺回路部40よりもさらに基板外周寄りに、コンタクトパッド51が配列されたパッド部50が設けられている。   A peripheral circuit section 40 (vertical shift register 41, column amplifier 42, horizontal shift register 43, output circuit 44, column AD converter 45, etc.) is provided around the imaging pixel area 20 and the black reference pixel area 30, and the peripheral circuit section. A pad portion 50 in which contact pads 51 are arranged is provided closer to the outer periphery of the substrate than 40.

撮像画素P1は、図示しないが、光電変換素子を構成するフォトダイオードおよびnチャネルMOSトランジスタなどの各種のMOSトランジスタを有している。黒基準画素P2は、撮像画素P1と同様の構成を有するが、外部からの光が極力入射されることがないように遮光されている。   Although not shown, the imaging pixel P1 has various MOS transistors such as a photodiode and an n-channel MOS transistor that constitute a photoelectric conversion element. The black reference pixel P2 has a configuration similar to that of the imaging pixel P1, but is shielded so that external light is not incident as much as possible.

次に、図2を参照して、本発明の一実施形態の固体撮像装置について説明する。図1の固体撮像装置と同様の全体構成を有しているため、図1と同じ部材に同じ符号を付している。   Next, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Since it has the same overall configuration as the solid-state imaging device of FIG. 1, the same members as those of FIG.

基板1上に、フォトダイオード2や浮遊拡散層3を持った撮像画素P1が配列された撮像画素領域20(図中で撮像領域20と表示)と、黒基準画素P2が配列された黒基準画素領域30と、周辺回路部40と、パッド部50とを有している。   An imaging pixel area 20 (shown as imaging area 20 in the figure) in which an imaging pixel P1 having a photodiode 2 and a floating diffusion layer 3 is arranged on a substrate 1, and a black reference pixel in which a black reference pixel P2 is arranged. The region 30, the peripheral circuit unit 40, and the pad unit 50 are included.

基板1の上層には、トランスファーゲート10、導電性に優れたCuなどの金属による配線層11,12,13が層間絶縁膜4を介して所要のパターンに形成され、相互に所定位置で接続されている。配線層13の上の層間絶縁層4の表面は平坦化されている。   On the upper layer of the substrate 1, a transfer gate 10 and wiring layers 11, 12, 13 made of a metal such as Cu having excellent conductivity are formed in a required pattern via an interlayer insulating film 4, and are connected to each other at a predetermined position. ing. The surface of the interlayer insulating layer 4 on the wiring layer 13 is flattened.

パッド部50には、配線層11,12,13の一部が延長して形成されていて、層間絶縁層4の平坦面上に、配線層11,12,13の延長部にコンタクトしたコンタクトパッド51が形成されている。コンタクトパッド51の材料には、外部リード線等が良好にコンタクトされるように、AlもしくはAlCuなどのAl合金が用いられる。   In the pad portion 50, a part of the wiring layers 11, 12, and 13 is formed to extend, and a contact pad that contacts the extended portion of the wiring layers 11, 12, and 13 on the flat surface of the interlayer insulating layer 4. 51 is formed. As a material of the contact pad 51, Al or an Al alloy such as AlCu is used so that an external lead wire or the like can be satisfactorily contacted.

コンタクトパッド51よりも上層であって撮像画素P1の上には、例えば赤R、緑G,青Bのカラーフィルタ、微小レンズいわゆるオンチップレンズ17が形成されている。
ここで、この固体撮像装置の大きな特徴は、黒基準画素領域20および周辺回路部40の上層に、第1の遮光層15と第2の遮光層16とが形成されている点である。第1の遮光層15は、撮像画素領域20のすぐ外側に隣接して、配線層13と同一材料で同一層として形成されている。第2の遮光層16は、第1の遮光層15に隣接して、コンタクトパッド51と同一材料で同一層として形成されている。
For example, red R, green G, and blue B color filters and minute lenses, so-called on-chip lenses 17, are formed above the contact pads 51 and on the imaging pixels P1.
Here, a major feature of the solid-state imaging device is that the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 are formed in the upper layer of the black reference pixel region 20 and the peripheral circuit section 40. The first light shielding layer 15 is formed as the same layer with the same material as the wiring layer 13 adjacent to the outside of the imaging pixel region 20. The second light shielding layer 16 is formed adjacent to the first light shielding layer 15 and made of the same material as the contact pad 51 as the same layer.

製造に際しては、基板1上に、撮像画素P1、黒基準画素P2、トランスファーゲート10、配線層11,12,13、層間絶縁膜4などを、拡散、フォトリソグラフィ、スパッタなどの手法で形成する。このときに配線層13と同時に第1の遮光層15を形成する。また配線層11、配線層12、配線層13(および第1の遮光層15)を形成する各層Cu配線プロセスでは、配線層となる溝と必要箇所のビアとを形成し、Cuの埋め込みを行い、CMPを実施する。   In manufacturing, the imaging pixel P1, the black reference pixel P2, the transfer gate 10, the wiring layers 11, 12, 13, the interlayer insulating film 4 and the like are formed on the substrate 1 by a technique such as diffusion, photolithography, and sputtering. At this time, the first light shielding layer 15 is formed simultaneously with the wiring layer 13. In each layer Cu wiring process for forming the wiring layer 11, the wiring layer 12, and the wiring layer 13 (and the first light shielding layer 15), a groove serving as a wiring layer and a via at a necessary portion are formed, and Cu is embedded. , CMP is performed.

そして配線層13と第1の遮光層15の上の層間絶縁層4の最表面を平坦化し、その層間絶縁層4にパッド部50の配線層13を露出させる開口を形成し、層間絶縁層4の全面(開口内を含めて)にAlあるいはAl合金による金属層を形成し、形成した金属層をエッチングすることにより、コンタクトパッド51と同時に第2の遮光層16を形成する。その後に、平坦化膜4´を形成し、カラーフィルタRGB、オンチップレンズ17を形成する。   Then, the outermost surface of the interlayer insulating layer 4 on the wiring layer 13 and the first light shielding layer 15 is flattened, and an opening for exposing the wiring layer 13 of the pad portion 50 is formed in the interlayer insulating layer 4. A metal layer made of Al or an Al alloy is formed on the entire surface (including the inside of the opening), and the formed metal layer is etched to form the second light shielding layer 16 simultaneously with the contact pad 51. Thereafter, a planarizing film 4 ′ is formed, and color filters RGB and on-chip lenses 17 are formed.

この固体撮像装置の構造によると、遮光領域全面をCuあるいはAlで遮光する場合に比べて、以下の利点がある。
Cuによる第1の遮光層15の面積が小さくなるのでディッシング(段差)を低減できる。つまり、光領域全面を遮光するCu遮光層を形成する場合に比べて、第1の遮光層15の線幅を数μmとする場合は、ディッシング量を20〜30nm程度低減することができる。そしてディッシングを低減できることにより、撮像画素領域20においてもオンチップレンズ17の歪みを抑えることができ、感度向上・感度ムラ低減となる。なお第1の遮光層15の長辺側の寸法はチップサイズに依り異なるが、長辺側の長さはたとえば数mmである(以下同様)。
According to the structure of this solid-state imaging device, there are the following advantages compared to the case where the entire light shielding region is shielded by Cu or Al.
Since the area of the first light shielding layer 15 made of Cu is reduced, dishing (steps) can be reduced. That is, barrier as compared with the case of forming a Cu shielding layer for blocking light entire region, if the first number of the line width of the light-shielding layer 15 [mu] m can be reduced about 20~30nm dishing amount. Since dishing can be reduced, distortion of the on-chip lens 17 can be suppressed even in the imaging pixel region 20, which improves sensitivity and reduces sensitivity unevenness. Although the dimension on the long side of the first light shielding layer 15 varies depending on the chip size, the length on the long side is, for example, several millimeters (the same applies hereinafter).

同様に、Alによる第2の遮光層16の面積が小さくなるので、ヒロック(突起)を低減することができ、それに起因する遮光不十分を防止できる。この第2の遮光層16はコンタクトパッド51に必要とされる充分な厚さを有するため、完全な遮光効果をも有する。   Similarly, since the area of the second light shielding layer 16 made of Al is reduced, hillocks (protrusions) can be reduced, and insufficient light shielding caused thereby can be prevented. Since the second light shielding layer 16 has a sufficient thickness required for the contact pad 51, it also has a complete light shielding effect.

撮像画素領域20のすぐ外側を配線層13と同一層をなす第1の遮光層15としたため、この位置にコンタクトパッド51と同一層をなす(つまり配線層13よりも上層に位置する)第2の遮光層16を配置するのに比べて、フォトダイオード2に近い位置で遮光を行うので、斜めから入射する光に対する遮光の精度を向上させることができる。   Since the first light shielding layer 15 that is the same layer as the wiring layer 13 is provided immediately outside the imaging pixel region 20, the second layer that is the same layer as the contact pad 51 (that is, located above the wiring layer 13) at this position. Compared with the arrangement of the light shielding layer 16, the light shielding is performed at a position close to the photodiode 2, so that the light shielding accuracy with respect to the light incident obliquely can be improved.

コンタクトパッド形成の金属層で黒基準画素の遮光を行っている領域に関して、遮光膜の下の配線金属層を有効に活用する際に、つまり遮光膜より下層の配線金属層により回路を組む場合に、コンタクトパッドおよび遮光膜に印加する電圧と異なる電位を遮光膜下の回路に使用することを可能にできる。   Regarding the area where the black reference pixel is shielded by the contact pad forming metal layer, when the wiring metal layer under the light shielding film is used effectively, that is, when the circuit is formed by the wiring metal layer below the light shielding film. Thus, a potential different from the voltage applied to the contact pad and the light shielding film can be used for the circuit under the light shielding film.

第1の遮光層15および第2の遮光層16はそれぞれ、配線層13およびコンタクトパッド51と同時に形成するので、これら第1および第2の遮光層15,16を形成するために特に工程数の増加を来たすこともない。   Since the first light-shielding layer 15 and the second light-shielding layer 16 are formed simultaneously with the wiring layer 13 and the contact pad 51, respectively, in order to form the first and second light-shielding layers 15 and 16, the number of processes is particularly large. There will be no increase.

第1の遮光層15と第2の遮光層16とは、互いに一部分が二次元的に重なる(オーバーラップする)ように配置するのが望ましい。斜めからの入射光を精度よく遮光するためである。   The first light-shielding layer 15 and the second light-shielding layer 16 are desirably arranged so that portions thereof overlap each other two-dimensionally (overlapping). This is because incident light from an oblique direction is shielded with high accuracy.

図3は遮光層の配置の第一例を示す。撮像画素領域(図中では撮像領域と表示する)を囲むように、撮像画素領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置し、その外側に第2の遮光層16を配置している。   FIG. 3 shows a first example of the arrangement of the light shielding layers. A first light shielding layer 15 is disposed just outside the imaging pixel region and a second light shielding layer 16 is disposed outside the imaging pixel region (displayed as an imaging region in the drawing).

第1の遮光層15に上述のように配線層13と同一のCu層を用いているので、オンチップレンズの歪みに対する影響を低減するために、Cu−CMPによるディッシング量を10〜20nm以下に抑えるように、線幅をたとえば10μm以下とする。Alで構成する第2の遮光層16はヒロックが発生しない程度の線幅、たとえば20μm以下とする。   Since the same Cu layer as the wiring layer 13 is used for the first light shielding layer 15 as described above, the dishing amount by Cu-CMP is set to 10 to 20 nm or less in order to reduce the influence on the distortion of the on-chip lens. For example, the line width is set to 10 μm or less. The second light shielding layer 16 made of Al has a line width that does not cause hillocks, for example, 20 μm or less.

第1の遮光層15と第2の遮光層16とは、互いに一部分が二次元的に重なる(オーバーラップする)ように配置するのが望ましい。フォトダイオード2(図2参照)に入射する光の最大の入射角は20〜30度程度であるため、最上層にある配線層13(第1の遮光層15と同一層)とコンタクトパッド51を形成する金属層(第2の遮光層16と同一層)との層間が500nmであれば、第1の遮光層15と第2の遮光層16とのオーバーラップ量は200〜300nm程度が適当であると考えられる。1画素分のオーバーラップ部分を設けることが望ましい。   The first light-shielding layer 15 and the second light-shielding layer 16 are desirably arranged so that portions thereof overlap each other two-dimensionally (overlapping). Since the maximum incident angle of light incident on the photodiode 2 (see FIG. 2) is about 20 to 30 degrees, the uppermost wiring layer 13 (the same layer as the first light shielding layer 15) and the contact pad 51 are connected. If the interlayer between the metal layer to be formed (the same layer as the second light shielding layer 16) is 500 nm, the overlap amount between the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 is suitably about 200 to 300 nm. It is believed that there is. It is desirable to provide an overlap portion for one pixel.

図4は遮光層の配置の第二例を示す。図3と同様に、撮像画素領域を囲むように、撮像画素領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置し、その外側に第2の遮光層16を配置している。撮像領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置しているのは、斜めからの入射光を遮光する精度のためである。   FIG. 4 shows a second example of the arrangement of the light shielding layers. As in FIG. 3, the first light shielding layer 15 is disposed just outside the imaging pixel region and the second light shielding layer 16 is disposed outside the imaging pixel region so as to surround the imaging pixel region. The reason why the first light shielding layer 15 is arranged just outside the imaging region is to prevent the incident light from being obliquely shielded.

さらにこの第二例では、第1の遮光層15と第2の遮光層16のそれぞれの線幅を細くして、撮像領域を囲むように交互に複数ずつ配置している。言い換えると第1の遮光層15と第2の遮光層16とを交互に配置することで、各々の線幅を細くし、Cu,Alの加工の問題が生じないようにしている。Cuで構成される第1の遮光層15についてはディッシングが発生しない程度の線幅、たとえば10μm以下が望ましく、Alで構成される第2の遮光層16についてはヒロックが発生しない程度の線幅、たとえば20μm以下が望ましい。第1の遮光層15と第2の遮光層16とは、オーバーラップさせること、オーバーラップが大きいことが好ましい。   Furthermore, in this second example, the line widths of the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 are narrowed, and a plurality of them are alternately arranged so as to surround the imaging region. In other words, the first light-shielding layer 15 and the second light-shielding layer 16 are alternately arranged to reduce the line width of each so as not to cause a problem of processing of Cu and Al. For the first light shielding layer 15 made of Cu, a line width that does not cause dishing, for example, 10 μm or less is desirable, and for the second light shielding layer 16 made of Al, a line width that does not cause hillocks, For example, 20 μm or less is desirable. It is preferable that the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 overlap each other and the overlap is large.

図5は遮光層の配置の第三例を示す。図3と同様に、撮像画素領域を囲むように、撮像画素領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置し、その外側に第2の遮光層16を配置している。撮像領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置しているのは、斜めからの入射光を遮光する精度のためである。   FIG. 5 shows a third example of the arrangement of the light shielding layers. As in FIG. 3, the first light shielding layer 15 is disposed just outside the imaging pixel region and the second light shielding layer 16 is disposed outside the imaging pixel region so as to surround the imaging pixel region. The reason why the first light shielding layer 15 is arranged just outside the imaging region is to prevent the incident light from being obliquely shielded.

さらにこの第三例では、第1の遮光層15は、撮像領域の1対の対辺の外側で幅狭く、もう1対の対辺の外側で幅広い。幅狭い第1の遮光層15の外側にはさらに、第2の遮光層16、第1の遮光層15、第2の遮光層16、第1の遮光層15をそれぞれ線幅を細くして交互に配置している。   Furthermore, in this third example, the first light shielding layer 15 is narrow outside the pair of opposite sides of the imaging region and wide outside the other pair of opposite sides. The second light-shielding layer 16, the first light-shielding layer 15, the second light-shielding layer 16, and the first light-shielding layer 15 are alternately arranged on the outside of the narrow first light-shielding layer 15 by reducing the line width. Is arranged.

これは、Cuで構成される第1の遮光層15を大面積に形成すると上述のディッシングが生じるので、ディッシングの可能性のある側については、第1の遮光層15および第2の遮光層16を線幅を細くして交互に配置する一方で、ディッシングの可能性の低い側については第1の遮光層15のみとしたものである。たとえば、周辺回路部分が広い側についてのみ、2層以上の配線層を利用して第1の遮光層15を線幅を小さく形成することが該当する。   This is because the above-described dishing occurs when the first light shielding layer 15 made of Cu is formed in a large area. Therefore, the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 are on the side where dishing may occur. Are arranged alternately with a narrow line width, while only the first light shielding layer 15 is provided on the side where the possibility of dishing is low. For example, it corresponds to forming the first light shielding layer 15 with a small line width using two or more wiring layers only on the side where the peripheral circuit portion is wide.

周辺回路部40(図1、2参照)の遮光に関しては、容量等の配置の仕方によって配線層が途切れる部分が生じるのであるが、つまり第1の遮光層15を形成できない部分が生じるのであるが、そのような途切れ部分の上方に第2の遮光層16を形成することで遮光を確実にできる。   As for the light shielding of the peripheral circuit portion 40 (see FIGS. 1 and 2), a portion where the wiring layer is interrupted is generated depending on the arrangement of capacitors and the like, that is, a portion where the first light shielding layer 15 cannot be formed. The light shielding can be ensured by forming the second light shielding layer 16 above the interrupted portion.

図6は遮光層の配置の第四例を示す。図3と同様に、撮像画素領域を囲むように、撮像画素領域のすぐ外側に第1の遮光層15を配置し、その外側に第2の遮光層16を配置している。   FIG. 6 shows a fourth example of the arrangement of the light shielding layers. As in FIG. 3, the first light shielding layer 15 is disposed just outside the imaging pixel region and the second light shielding layer 16 is disposed outside the imaging pixel region so as to surround the imaging pixel region.

さらにこの第四例では、第1の遮光層15と第2の遮光層16のそれぞれの線幅を細くして、撮像領域を囲むように交互に配置している。つまり、撮像領域のすぐ外側には、最上層でない配線層(図2で1層目の配線層11、または2層目の配線層12)による第1の遮光層15′を形成し、その外側に順に、最上層の配線層(図2で3層目の配線層13)による第1の遮光層15、第2の遮光層16、第1の遮光層15を形成している。   Further, in the fourth example, the line widths of the first light shielding layer 15 and the second light shielding layer 16 are narrowed and alternately arranged so as to surround the imaging region. That is, a first light shielding layer 15 ′ is formed just outside the imaging region by a wiring layer that is not the uppermost layer (the first wiring layer 11 or the second wiring layer 12 in FIG. 2), and the outside thereof. In this order, a first light shielding layer 15, a second light shielding layer 16, and a first light shielding layer 15 are formed by the uppermost wiring layer (the third wiring layer 13 in FIG. 2).

このように最上層ではない配線層と同一層を第1の遮光層15′に使用することで、フォトダイオード2(図2参照)により近い部分での遮光が可能になり、斜めからの入射光の遮光だけでなく、配線で反射する迷光の遮光効果を高めることが可能である。   Thus, by using the same layer as the wiring layer which is not the uppermost layer as the first light shielding layer 15 ′, light shielding at a portion closer to the photodiode 2 (see FIG. 2) becomes possible, and incident light from an oblique direction is obtained. In addition to light shielding, it is possible to enhance the light shielding effect of stray light reflected by the wiring.

第1の遮光層15,15′の各々の線幅は既述したように10μm以下が望ましい。第1の遮光層15,15′、第2の遮光層16の各層は、斜め光に対して十分に遮光できるようにオーバーラップ部分の幅を定める。   As described above, the line width of each of the first light shielding layers 15 and 15 ′ is desirably 10 μm or less. Each of the first light shielding layers 15 and 15 ′ and the second light shielding layer 16 has a width of an overlap portion so that it can sufficiently shield against oblique light.

本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、使用態様、目的等に応じて変形変更可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified and changed according to the use mode, purpose, and the like.

本発明の固体撮像装置は銅配線プロセスで製造する構造として非常に有用である。   The solid-state imaging device of the present invention is very useful as a structure manufactured by a copper wiring process.

従来および本発明の固体撮像装置の概略全体構成を示す平面図Plan view showing schematic overall configuration of conventional and solid-state imaging device of the present invention 本発明の一実施形態の固体撮像装置の一部を拡大して模式的に示す断面図Sectional drawing which expands and shows typically a part of solid-state imaging device of one Embodiment of this invention 本発明の固体撮像装置における遮光層の配置の第一例を示す平面図The top view which shows the 1st example of arrangement | positioning of the light shielding layer in the solid-state imaging device of this invention 本発明の固体撮像装置における遮光層の配置の第二例を示す平面図The top view which shows the 2nd example of arrangement | positioning of the light shielding layer in the solid-state imaging device of this invention 本発明の固体撮像装置における遮光層の配置の第三例を示す平面図The top view which shows the 3rd example of arrangement | positioning of the light shielding layer in the solid-state imaging device of this invention 本発明の固体撮像装置における遮光層の配置の第四例を示す平面図The top view which shows the 4th example of arrangement | positioning of the light shielding layer in the solid-state imaging device of this invention 従来の固体撮像装置の撮像領域および黒基準画素領域の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the imaging region and black reference pixel area | region of the conventional solid-state imaging device 遮光層とされる金属層上に熱処理工程で生じる突起物を説明する断面図Sectional drawing explaining the protrusion produced in the heat treatment process on the metal layer used as the light shielding layer

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 フォトダイオード
3 浮遊拡散層
11 配線層
12 配線層
13 配線層
15 第1の遮光層
16 第2の遮光層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Photodiode 3 Floating diffusion layer 11 Wiring layer 12 Wiring layer 13 Wiring layer 15 1st light shielding layer 16 2nd light shielding layer

Claims (5)

撮像領域とその周辺に形成された遮光領域とを有する半導体基板と、前記半導体基板上に層間絶縁膜を介して形成された配線層および外部接続用のコンタクトパッドと、前記遮光領域を遮光する金属材料からなる第1および第2の遮光層とを備え、前記第1の遮光層は前記配線層と同一層をなす金属層によって前記撮像領域に対し平面視で隣接して形成され、前記第2の遮光層は前記コンタクトパッドと同一層をなす金属層によって前記第1の遮光層に対し平面視で隣接して或いは一部重なって形成されていることを特徴とする固体撮像装置。   A semiconductor substrate having an imaging region and a light shielding region formed in the periphery thereof, a wiring layer formed on the semiconductor substrate via an interlayer insulating film and a contact pad for external connection, and a metal that shields the light shielding region First and second light-shielding layers made of a material, and the first light-shielding layer is formed adjacent to the imaging region in a plan view by a metal layer that is the same layer as the wiring layer. The solid-state imaging device is characterized in that the light-shielding layer is formed adjacent to or partially overlapping the first light-shielding layer by a metal layer that is the same layer as the contact pad. 前記第1の遮光層は銅よりなり、前記第2の遮光層はアルミニウムあるいはアルミニウム合金よりなることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light shielding layer is made of copper, and the second light shielding layer is made of aluminum or an aluminum alloy. 前記第1の遮光膜は幅10μm以下であり、前記第2の遮光膜は幅20μm以下であることを特徴とする請求項2記載の固体撮像装置。   3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the first light-shielding film has a width of 10 μm or less, and the second light-shielding film has a width of 20 μm or less. 前記第1の遮光層と同一層をなす金属層であって前記第1の遮光層よりも前記撮像領域から離間する側に形成された第3の遮光膜と、前記第2の遮光層と同一層をなす金属層であって前記第2の遮光層よりも前記撮像領域から離間する側に形成された第4の遮光膜とをさらに備え、前記第2の遮光膜と前記第3の遮光膜と前記第4の遮光膜とは平面視で一部ずつが重なっていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。   A third light-shielding film formed on a side of the first light-shielding layer, the metal layer being the same layer as the first light-shielding layer and farther from the imaging region than the first light-shielding layer; and the same as the second light-shielding layer A fourth light-shielding film formed on a side farther from the imaging region than the second light-shielding layer, and further comprising the second light-shielding film and the third light-shielding film. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light-shielding film and the fourth light-shielding film partially overlap each other in plan view. 前記層間絶縁膜内であって前記第1の遮光層よりも上層に、前記第1の遮光層および前記第2の遮光層に対し平面視で一部ずつが重なった第5の遮光層をさらに備えたことを特徴とする請求項1または請求項4のいずれかに記載の固体撮像装置。   A fifth light-shielding layer that is partially overlapped with the first light-shielding layer and the second light-shielding layer in a plan view in the interlayer insulating film and above the first light-shielding layer; The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the solid-state imaging device is provided.
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