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JP2011009311A - Solid-state image sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

Solid-state image sensor and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2011009311A
JP2011009311A JP2009149193A JP2009149193A JP2011009311A JP 2011009311 A JP2011009311 A JP 2011009311A JP 2009149193 A JP2009149193 A JP 2009149193A JP 2009149193 A JP2009149193 A JP 2009149193A JP 2011009311 A JP2011009311 A JP 2011009311A
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film
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solid
insulating film
wiring layer
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JP2009149193A
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Inventor
Hiroki Takahashi
広樹 高橋
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Panasonic Corp
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Panasonic Corp
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Abstract

【課題】輝度シェーディングと配線層間リークとを改善させた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】複数の画素が配置された画素領域20を有する固体撮像素子10であって、半導体基板101と、半導体基板101における画素領域20に形成され、画素毎に光電変換を行う受光部102と、配線111b、配線111bを絶縁する絶縁膜112b、及び、配線111bに含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜113bを有する配線層105bを備え、半導体基板101の上方における画素領域20に形成された多層配線層105とを備え、多層配線層105に含まれる絶縁膜112bの、画素領域20の周辺部21における膜厚は、画素領域20の中央部22における膜厚より小さい。
【選択図】図2
Provided is a solid-state imaging device in which luminance shading and wiring interlayer leakage are improved.
A solid-state imaging device 10 having a pixel region 20 in which a plurality of pixels are arranged, a semiconductor substrate 101, and a light receiving unit 102 that is formed in the pixel region 20 in the semiconductor substrate 101 and performs photoelectric conversion for each pixel. A wiring layer 105b having a wiring 111b, an insulating film 112b that insulates the wiring 111b, and a diffusion prevention film 113b that prevents diffusion of atoms included in the wiring 111b, and is formed in the pixel region 20 above the semiconductor substrate 101. The insulating film 112b included in the multilayer wiring layer 105 has a film thickness in the peripheral portion 21 of the pixel region 20 smaller than that in the central portion 22 of the pixel region 20.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、半導体基板上に形成される固体撮像素子及びその製造方法に関するもので、特に、多層配線構造を有する固体撮像素子及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device formed on a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device having a multilayer wiring structure and a manufacturing method thereof.

近年、固体撮像素子において、多画素化や画素寸法の縮小が進んでおり、これに伴って使用される配線がAl配線からCu配線に変更されてきている。また、画素寸法が大きな固体撮像素子であっても、周辺回路の微細化や高速化が進んでおり、微細画素を有する固体撮像素子と同様にAl配線からCu配線に変更されてきており、感度、混色、シェーディング特性の向上の要求も著しい。   In recent years, in a solid-state imaging device, the number of pixels has been increased and the pixel size has been reduced, and accordingly, the wiring used has been changed from an Al wiring to a Cu wiring. Even in the case of a solid-state imaging device with a large pixel size, the peripheral circuit is becoming finer and faster, and the Al wiring has been changed to the Cu wiring in the same manner as the solid-state imaging device having a fine pixel. The demand for improved color mixing and shading is also significant.

感度向上やノイズ低下の方法として、半導体基板上に形成される多層配線層において、受光部が形成されている領域である受光領域上に配置される領域を単一の屈折率を有する膜で構成することによって、受光部への反射や多重干渉の影響を低減させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   As a method for improving sensitivity and reducing noise, a multilayer wiring layer formed on a semiconductor substrate is composed of a film having a single refractive index in a region disposed on a light receiving region, which is a region where a light receiving unit is formed. By doing so, it has been proposed to reduce the influence of reflection and multiple interference on the light receiving unit (see, for example, Patent Document 1).

以下では、図15〜図18を参照しながら、特許文献1に示されている従来の固体撮像素子について説明する。従来の固体撮像素子70は、図15に示すように、複数の画素が2次元アレイ状に配置された画素領域80と、その周辺領域である周辺回路領域90とを備える。なお、画素領域80は、さらに、画素領域80の中心を含む領域である中央部82と、中央部82の周囲の領域である周辺部81とを含む。   Below, the conventional solid-state image sensor shown by patent document 1 is demonstrated, referring FIGS. 15-18. As shown in FIG. 15, the conventional solid-state imaging device 70 includes a pixel region 80 in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional array, and a peripheral circuit region 90 that is a peripheral region thereof. The pixel region 80 further includes a central portion 82 that is a region including the center of the pixel region 80 and a peripheral portion 81 that is a region around the central portion 82.

図16は、従来の固体撮像素子70の構造を示す構造断面図である。なお、図16は、画素領域80に含まれる1画素について示している。   FIG. 16 is a structural cross-sectional view showing the structure of a conventional solid-state image sensor 70. FIG. 16 shows one pixel included in the pixel region 80.

図16に示すように、従来の固体撮像素子70では、Si基板301に、光電変換を行う受光部302が形成されている。さらに、Si基板301の上面にSiN膜303及びpoly層間膜304が配置されている。poly層間膜304上には、配線311a、絶縁膜312a及び拡散防止膜313aが配置されている。   As shown in FIG. 16, in a conventional solid-state imaging device 70, a light receiving portion 302 that performs photoelectric conversion is formed on a Si substrate 301. Further, an SiN film 303 and a poly interlayer film 304 are disposed on the upper surface of the Si substrate 301. On the poly interlayer film 304, a wiring 311a, an insulating film 312a, and a diffusion preventing film 313a are disposed.

さらに、拡散防止膜313a上に、配線311b、絶縁膜312b及び拡散防止膜313bが配置され、さらに、その上に、配線311c、絶縁膜312c及び拡散防止膜313cが配置され、さらに、その上に層間膜312dが配置される。以上のように、従来の固体撮像素子70は、三層の第1配線層305a、第2配線層305b及び第3配線層305cを含む多層構造を構成する多層配線層305を備える。また、多層配線層305上には、SiN膜からなる保護膜306、カラーフィルタ307、及びマイクロレンズ308が配置されている。   Further, the wiring 311b, the insulating film 312b, and the diffusion preventing film 313b are disposed on the diffusion preventing film 313a, and further, the wiring 311c, the insulating film 312c, and the diffusion preventing film 313c are disposed thereon, and further thereon. An interlayer film 312d is disposed. As described above, the conventional solid-state imaging device 70 includes the multilayer wiring layer 305 constituting a multilayer structure including the three layers of the first wiring layer 305a, the second wiring layer 305b, and the third wiring layer 305c. A protective film 306 made of a SiN film, a color filter 307, and a micro lens 308 are disposed on the multilayer wiring layer 305.

図16に示すように、各拡散防止膜313a、313b及び313cは、受光領域にて開口を有しており、各拡散防止膜上、及び、開口によって露出した絶縁膜上に、各絶縁膜を堆積後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によって、堆積した絶縁膜を平坦化している。   As shown in FIG. 16, each diffusion prevention film 313a, 313b and 313c has an opening in the light receiving region, and each insulation film is formed on each diffusion prevention film and on the insulation film exposed by the opening. After the deposition, the deposited insulating film is planarized by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

上記のように、受光領域上に配置される領域を単一の屈折率を有する膜によって構成することにより、受光部302への反射や多重干渉の影響を低減させていた。   As described above, by configuring the region disposed on the light receiving region with a film having a single refractive index, the influence on reflection to the light receiving unit 302 and multiple interference has been reduced.

特開2005−311015号公報JP-A-2005-311015

しかしながら、上記従来技術では、斜め光が入射した場合に、画素領域の周辺部では配線による入射光のケラレが大きくなり、輝度シェーディングが悪化するという課題がある。具体的には、以下の通りである。   However, in the above-described prior art, when oblique light is incident, there is a problem that vignetting of incident light due to wiring increases in the peripheral portion of the pixel region, and luminance shading deteriorates. Specifically, it is as follows.

各拡散防止膜を受光領域の上方において開口することによって段差が生じ、この段差によって、堆積した絶縁膜にも段差が生じる。その後、CMP法によって絶縁膜を平坦化した場合、図17に示すように、エロージョンにより画素領域80の中央部82の絶縁膜312bが、画素領域80の周辺部81の絶縁膜312bより薄くなる。なお、図17は、図15のC−C線の概略断面図を示している。   A step is generated by opening each diffusion prevention film above the light receiving region, and this step also causes a step in the deposited insulating film. Thereafter, when the insulating film is planarized by CMP, the insulating film 312b in the central portion 82 of the pixel region 80 becomes thinner than the insulating film 312b in the peripheral portion 81 of the pixel region 80 as shown in FIG. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view taken along the line CC of FIG.

また、画素領域80とその周辺回路領域90とにおいて、それぞれの配線密度は、画素領域80の方が、配線の面積率が小さく、疎となっているため、配線をCMP法によって平坦化した場合も、同様に画素領域80でエロージョンが発生する。   Further, in the pixel region 80 and its peripheral circuit region 90, the wiring density of the pixel region 80 is smaller and the area ratio of the wiring is smaller, so that the wiring is flattened by the CMP method. Similarly, erosion occurs in the pixel region 80.

このように、画素領域80でエロージョンが発生することにより、画素領域80の中央部82と周辺部81とにおいて、絶縁膜312b及び312cの膜厚に差が生じる。したがって、図18に示すように、絶縁膜312b及び312cの膜厚差により多層配線層305の高さが画素領域80の中央部82より周辺部81で高くなる。   Thus, when erosion occurs in the pixel region 80, a difference occurs in the film thicknesses of the insulating films 312 b and 312 c in the central portion 82 and the peripheral portion 81 of the pixel region 80. Therefore, as shown in FIG. 18, the multilayer wiring layer 305 is higher in the peripheral portion 81 than in the central portion 82 of the pixel region 80 due to the film thickness difference between the insulating films 312b and 312c.

このため、斜め光が入射した場合に、画素領域80の周辺部81では配線での入射光のケラレが大きくなり、輝度シェーディングが悪化する。特に、画素領域80が広く大きな画素を有する固体撮像素子70ではエロージョンの影響が顕著となり、画素領域80の中央部82で絶縁膜が薄くなることで配線層間リークの問題も生じる。   For this reason, when oblique light is incident, the vignetting of incident light in the wiring increases in the peripheral portion 81 of the pixel region 80, and luminance shading deteriorates. In particular, in the solid-state imaging device 70 having a large pixel area 80 and a large pixel, the effect of erosion becomes significant, and a thin insulating film in the central portion 82 of the pixel area 80 causes a problem of wiring interlayer leakage.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、Cu配線を含む多層配線を有する固体撮像素子で、輝度シェーディングを改善し、かつ、層間リークも改善した固体撮像素子及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and is a solid-state imaging device having a multilayer wiring including a Cu wiring, which improves luminance shading and improves interlayer leakage, and It aims at providing the manufacturing method.

上記課題を解決するため、本発明に係る固体撮像素子は、複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子であって、半導体基板と、前記半導体基板における前記画素領域に形成され、前記画素毎に光電変換を行う受光部と、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有し、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成された多層配線層とを備え、前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚は、前記画素領域の中央部における膜厚より小さい。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged, and is formed in a semiconductor substrate and the pixel region in the semiconductor substrate, A light receiving portion that performs photoelectric conversion for each pixel, a wiring, an insulating film that insulates the wiring, and a plurality of wiring layers each having a diffusion prevention film that prevents diffusion of atoms included in the wiring; A multilayer wiring layer formed in the pixel region above the semiconductor substrate, and the thickness of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer in the periphery of the pixel region is the center of the pixel region It is smaller than the film thickness in the part.

これにより、画素領域の中央部における絶縁膜の膜厚が、周辺部における絶縁膜の膜厚より大きくなるように形成されており、周辺部に入力された光に対する、配線によるケラレを小さくすることができるので、輝度シェーディングを改善することができる。また、絶縁膜の膜厚を大きくすることで、層間リークを改善することもできる。これらは、特に、大きな画素を有する固体撮像素子において大きな効果を発揮する。   Thereby, the film thickness of the insulating film in the central part of the pixel region is formed to be larger than the film thickness of the insulating film in the peripheral part, and the vignetting due to the wiring with respect to the light input to the peripheral part is reduced. Therefore, luminance shading can be improved. In addition, interlayer leakage can be improved by increasing the thickness of the insulating film. These exhibit a great effect particularly in a solid-state imaging device having large pixels.

また、前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、前記多層配線層は、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに形成され、前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域における膜厚は、前記周辺領域における膜厚より大きくてもよい。   The solid-state imaging device further includes a peripheral region that surrounds the pixel region, and the multilayer wiring layer is formed in the pixel region and the peripheral region above the semiconductor substrate, and the multilayer The film thickness in the pixel region of at least one of the insulating films included in the wiring layer may be larger than the film thickness in the peripheral region.

これにより、配線が多く配置された画素領域における絶縁膜の膜厚を、周辺領域における絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができるので、層間リークをさらに改善することができる。   Thereby, since the film thickness of the insulating film in the pixel region where many wirings are arranged can be made larger than the film thickness of the insulating film in the peripheral region, interlayer leakage can be further improved.

また、前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記拡散防止膜は、前記配線上と前記受光部上方とのうち前記配線上のみに形成されてもよい。   The at least one diffusion preventing film included in the multilayer wiring layer may be formed only on the wiring among the wiring and the light receiving unit.

これにより、受光部の上方には拡散防止膜が形成されていないために、拡散防止膜を介して入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。   Thereby, since no diffusion prevention film is formed above the light receiving part, reflection of incident light and multiple interference can be reduced through the diffusion prevention film, so that the light collection ratio to the light receiving part is increased. be able to.

また、前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜は、前記受光部上方において、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成されてもよい。   The at least one insulating film included in the multilayer wiring layer may be formed of a film having a single refractive index different from the refractive index of the diffusion prevention film above the light receiving portion.

これにより、受光部の上方の領域を単一の屈折率を有する膜で形成することにより、入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。   As a result, by forming the region above the light receiving portion with a film having a single refractive index, reflection of incident light and multiple interference can be reduced, so that the light collection rate on the light receiving portion can be increased. it can.

また、前記多層配線層の最上層に含まれる前記拡散防止膜は、最上層に含まれる前記配線上と前記受光部上方とに形成されており、前記最上層に含まれる前記拡散防止膜より下方で、かつ、前記受光部上方に形成された前記絶縁膜は、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成されてもよい。   The diffusion preventing film included in the uppermost layer of the multilayer wiring layer is formed on the wiring included in the uppermost layer and above the light receiving portion, and is below the diffusion preventing film included in the uppermost layer. And the said insulating film formed above the said light-receiving part may be comprised with the film | membrane which has a single refractive index different from the refractive index of the said diffusion prevention film.

これにより、受光部の上方の領域を単一の屈折率を有する膜で形成することにより、入射光の反射や多重干渉を低減することができるので、受光部への集光率を高めることができる。   As a result, by forming the region above the light receiving portion with a film having a single refractive index, reflection of incident light and multiple interference can be reduced, so that the light collection rate on the light receiving portion can be increased. it can.

また、前記固体撮像素子は、さらに、前記多層配線層の上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上に形成され、前記受光部に光を集光するマイクロレンズとを備えてもよい。   The solid-state imaging device may further include a color filter formed above the multilayer wiring layer and a microlens that is formed on the color filter and collects light on the light receiving unit.

また、前記配線は、Cu配線であり、前記拡散防止膜は、SiN膜であってもよい。   Further, the wiring may be a Cu wiring, and the diffusion prevention film may be a SiN film.

また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板における前記画素領域に、前記画素毎に光電変換を行う受光部を形成する受光部形成ステップと、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有する多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成する多層配線層形成ステップとを含み、前記多層配線層形成ステップでは、前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚が、前記画素領域の中央部における膜厚より小さくなるように、前記多層配線層を形成する。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention is a method for manufacturing a solid-state imaging device having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged, and performs photoelectric conversion for each pixel in the pixel region on a semiconductor substrate. Multi-layer wiring having a plurality of wiring layers each having a light receiving portion forming step for forming a light receiving portion, a wiring, an insulating film for insulating the wiring, and a diffusion preventing film for preventing diffusion of atoms included in the wiring A multilayer wiring layer forming step of forming a layer in the pixel region above the semiconductor substrate, wherein in the multilayer wiring layer forming step, the pixel region of at least one of the insulating films included in the multilayer wiring layer The multilayer wiring layer is formed so that the film thickness in the peripheral part of the pixel region is smaller than the film thickness in the central part of the pixel region.

これにより、画素領域の中央部における絶縁膜の膜厚が、周辺部における絶縁膜の膜厚より大きくなるように形成されており、周辺部に入力された光の配線によるケラレを小さくすることができるので、輝度シェーディングを改善することができる。また、絶縁膜の膜厚を大きくすることで、層間リークを改善することもできる。   Thereby, the film thickness of the insulating film in the central part of the pixel region is formed to be larger than the film thickness of the insulating film in the peripheral part, and the vignetting due to the light wiring input to the peripheral part can be reduced. As a result, luminance shading can be improved. In addition, interlayer leakage can be improved by increasing the thickness of the insulating film.

また、前記多層配線層形成ステップは、前記半導体基板の上方における前記画素領域に前記絶縁膜を堆積する堆積ステップと、前記堆積ステップで堆積した絶縁膜をパターニング及びエッチングすることで、前記絶縁膜に、前記画素領域の中央部において周辺部よりも当該絶縁膜が密となるダミーパターンを形成するダミーパターン形成ステップと、前記ダミーパターンが形成された絶縁膜を研磨することで、当該絶縁膜の前記画素領域の周辺部における膜厚を前記画素領域の中央部における膜厚より小さくする研磨ステップとを含んでもよい。   The multilayer wiring layer forming step includes depositing the insulating film in the pixel region above the semiconductor substrate, and patterning and etching the insulating film deposited in the depositing step, thereby forming the insulating film on the insulating film. A dummy pattern forming step of forming a dummy pattern in which the insulating film is denser than a peripheral portion in a central portion of the pixel region, and polishing the insulating film on which the dummy pattern is formed, And a polishing step for making the film thickness in the peripheral part of the pixel region smaller than the film thickness in the central part of the pixel region.

これにより、周辺部より中央部において絶縁膜が密になるダミーパターンが形成された当該絶縁膜をCMP法などにより研磨することで、容易に、中央部における絶縁膜の膜厚を周辺部における絶縁膜における膜厚より厚くすることができる。   As a result, the insulating film in which the dummy pattern in which the insulating film is denser in the central portion than the peripheral portion is polished by the CMP method or the like so that the insulating film thickness in the central portion can be easily insulated. It can be made thicker than the film thickness in the film.

また、前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、前記多層配線層形成ステップは、前記多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに、当該多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の前記画素領域における膜厚が、前記周辺領域における膜厚より大きくなるように形成してもよい。   The solid-state imaging device further includes a peripheral region that surrounds the pixel region, and the multilayer wiring layer forming step includes the step of forming the multilayer wiring layer between the pixel region and the periphery above the semiconductor substrate. In the region, the film thickness of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer in the pixel region may be larger than the film thickness in the peripheral region.

これにより、配線が多く配置された画素領域における絶縁膜の膜厚を、周辺領域における絶縁膜の膜厚よりも大きくすることができるので、層間リークをさらに改善することができる。   Thereby, since the film thickness of the insulating film in the pixel region where many wirings are arranged can be made larger than the film thickness of the insulating film in the peripheral region, interlayer leakage can be further improved.

本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法によると、輝度シェーディングと層間リークとを改善することがでる。   According to the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to improve luminance shading and interlayer leakage.

実施の形態1に係る固体撮像素子の構成の一例を示す概略平面図である。2 is a schematic plan view illustrating an example of a configuration of a solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の構成の一例を示す構造断面図である。2 is a structural cross-sectional view illustrating an example of a configuration of a solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るCMP法による研磨を行う前の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of an insulating film before polishing by the CMP method according to the first embodiment. 実施の形態1に係るCMP法による研磨を行った後の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。4 is a schematic cross-sectional view showing an example of an insulating film after polishing by the CMP method according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。3 is a schematic plan view showing an example of a dummy pattern of an insulating film according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。3 is a schematic plan view showing an example of a dummy pattern of an insulating film according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る絶縁膜のダミーパターンの一例を示す概略平面図である。3 is a schematic plan view showing an example of a dummy pattern of an insulating film according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る固体撮像素子の製造方法の一工程を示す構造断面図である。5 is a structural cross-sectional view showing one step of the method for manufacturing the solid-state imaging element according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係る固体撮像素子の構成の一例を示す概略平面図である。6 is a schematic plan view illustrating an example of a configuration of a solid-state imaging device according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るCMP法による研磨を行う前の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing an example of an insulating film before polishing by a CMP method according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るCMP法による研磨を行った後の絶縁膜の一例を示す概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing an example of an insulating film after polishing by a CMP method according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る絶縁膜の段差パターンの一例を示す概略平面図である。6 is a schematic plan view showing an example of a step pattern of an insulating film according to Embodiment 2. FIG. 従来の固体撮像素子の構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the conventional solid-state image sensor. 従来の固体撮像素子の構成を示す構造断面図である。It is structural sectional drawing which shows the structure of the conventional solid-state image sensor. 従来のCMP法による研磨を行った後の絶縁膜の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the insulating film after performing grinding | polishing by the conventional CMP method. 従来の固体撮像素子の画素領域の中央部と周辺部との構成を示す構造断面図である。It is structural sectional drawing which shows the structure of the center part and peripheral part of the pixel area | region of the conventional solid-state image sensor.

以下では、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings.

(実施の形態1)
本実施の形態に係る固体撮像素子は、半導体基板と、半導体基板における画素領域に形成され、画素毎に光電変換を行う受光部と、配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を備え、半導体基板の上方における画素領域に形成された多層配線層とを備え、多層配線層に含まれる少なくとも1つの絶縁膜の、画素領域の周辺部における膜厚は、画素領域の中央部における膜厚より小さいことを特徴とする。
(Embodiment 1)
The solid-state imaging device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate, a light receiving portion that performs photoelectric conversion for each pixel, a wiring, an insulating film that insulates the wiring, and the wiring. A plurality of wiring layers each having a diffusion preventing film for preventing diffusion of contained atoms, a multilayer wiring layer formed in a pixel region above the semiconductor substrate, and at least one insulating layer included in the multilayer wiring layer The film thickness of the film in the peripheral part of the pixel region is smaller than the film thickness in the central part of the pixel region.

図1は、本実施の形態に係る固体撮像素子10の構成の一例を示す概略平面図である。図1は、チップ化された固体撮像素子10を示しており、固体撮像素子10は、複数の画素が2次元状に配列された画素領域20と、画素領域20の周辺に形成された周辺回路領域30とを含む。画素領域20には、光電変換を行う受光部が画素毎に形成されている。また、周辺回路領域30は、画素領域20の周辺に配される回路領域で、シフトレジスタやADコンバータなどを含む領域である。   FIG. 1 is a schematic plan view showing an example of the configuration of a solid-state imaging device 10 according to the present embodiment. FIG. 1 shows a solid-state imaging device 10 that is formed into a chip. The solid-state imaging device 10 includes a pixel region 20 in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional manner, and a peripheral circuit formed around the pixel region 20. Region 30. In the pixel region 20, a light receiving portion that performs photoelectric conversion is formed for each pixel. The peripheral circuit region 30 is a circuit region arranged around the pixel region 20 and includes a shift register, an AD converter, and the like.

画素領域20は、中央部22と周辺部21とに分けられる。中央部22は、画素領域20の中心を含み、かつ、画素領域20の周縁を含まない所定の領域である。周辺部21は、中央部22の周囲の領域であって、画素領域20の周縁を含む領域である。なお、固体撮像素子10に含まれる2つの画素について、平面内で画素領域20の中心に近い方の画素を中央部22に含まれる画素、他方の画素を周辺部21に含まれる画素とみなしてもよい。   The pixel region 20 is divided into a central portion 22 and a peripheral portion 21. The central portion 22 is a predetermined region that includes the center of the pixel region 20 and does not include the periphery of the pixel region 20. The peripheral portion 21 is a region around the central portion 22 and includes the periphery of the pixel region 20. Regarding the two pixels included in the solid-state imaging device 10, the pixel closer to the center of the pixel region 20 in the plane is regarded as a pixel included in the central portion 22, and the other pixel is regarded as a pixel included in the peripheral portion 21. Also good.

図2は、本実施の形態に係る固体撮像素子10の構成の一例を示す構造断面図である。図2には、画素領域20の周辺部21に含まれる画素の断面と、画素領域20の中央部22に含まれる画素の断面とを示している。   FIG. 2 is a structural cross-sectional view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment. FIG. 2 shows a cross section of the pixel included in the peripheral portion 21 of the pixel region 20 and a cross section of the pixel included in the central portion 22 of the pixel region 20.

図2に示すように、固体撮像素子10は、半導体基板101と、受光部102と、SiN膜103と、poly層間膜104と、多層配線層105と、保護膜106と、カラーフィルタ107と、マイクロレンズ108とを備える。   As shown in FIG. 2, the solid-state imaging device 10 includes a semiconductor substrate 101, a light receiving unit 102, a SiN film 103, a poly interlayer film 104, a multilayer wiring layer 105, a protective film 106, a color filter 107, And a microlens 108.

半導体基板101は、例えば、Si基板である。半導体基板101は、平面方向において図1に示すように、画素領域20と周辺回路領域30とに分けられる。   The semiconductor substrate 101 is, for example, a Si substrate. As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 101 is divided into a pixel region 20 and a peripheral circuit region 30 in the planar direction.

受光部102は、例えば、光電変換を行うフォトダイオードである。受光部102は、半導体基板101における画素領域20に画素毎に形成されている。   The light receiving unit 102 is, for example, a photodiode that performs photoelectric conversion. The light receiving unit 102 is formed for each pixel in the pixel region 20 of the semiconductor substrate 101.

SiN膜103は、半導体基板101及び受光部102上に形成された絶縁膜の一例であって、SiO2膜でもよい。なお、SiN膜103は、受光部102に入射する光の反射防止膜として機能してもよい。 The SiN film 103 is an example of an insulating film formed on the semiconductor substrate 101 and the light receiving unit 102, and may be an SiO 2 film. The SiN film 103 may function as an antireflection film for light incident on the light receiving unit 102.

poly層間膜104は、SiN膜103上に形成されたBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)などの層間絶縁膜の一例である。   The poly interlayer film 104 is an example of an interlayer insulating film such as BPSG (Boron Phosphorus Silicon Glass) formed on the SiN film 103.

多層配線層105は、積層された複数の配線層を含む。図2に示す例では、多層配線層105は、3層の配線層、すなわち、第1配線層105a、第2配線層105b及び第3配線層105cを含む。   The multilayer wiring layer 105 includes a plurality of stacked wiring layers. In the example shown in FIG. 2, the multilayer wiring layer 105 includes three wiring layers, that is, a first wiring layer 105a, a second wiring layer 105b, and a third wiring layer 105c.

第1配線層105aは、配線111aと、配線111aを絶縁する絶縁膜112aと、配線111aに含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜113aとを備える。同様に、第2配線層105bは、配線111bと、絶縁膜112bと、拡散防止膜113cとを備え、第3配線層105cは、配線111cと、絶縁膜112cと、拡散防止膜113cとを備える。   The first wiring layer 105a includes a wiring 111a, an insulating film 112a that insulates the wiring 111a, and a diffusion prevention film 113a that prevents diffusion of atoms contained in the wiring 111a. Similarly, the second wiring layer 105b includes a wiring 111b, an insulating film 112b, and a diffusion preventing film 113c, and the third wiring layer 105c includes a wiring 111c, an insulating film 112c, and a diffusion preventing film 113c. .

配線111a、111b及び111cは全てCu配線である。また、配線111aの膜厚は例えば260nm、配線111b及び配線111cの膜厚は例えば190nmである。   The wirings 111a, 111b, and 111c are all Cu wirings. Further, the thickness of the wiring 111a is, for example, 260 nm, and the thickness of the wiring 111b and the wiring 111c is, for example, 190 nm.

絶縁膜112a、112b及び112cは全てSiO2膜である。絶縁膜112b及び112cの膜厚は、画素領域20の中央部22より周辺部21の方が小さい。絶縁膜112aの膜厚は例えば280nm、絶縁膜112b及び絶縁膜112cの膜厚は例えば、画素領域20の中央部22で320nm、画素領域20の周辺部21では170〜220nmである。受光部102上方に形成された絶縁膜112a、112b及び112cは、拡散防止膜113a、113b及び113cの屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される。 The insulating films 112a, 112b and 112c are all SiO 2 films. The insulating films 112b and 112c are thinner in the peripheral portion 21 than in the central portion 22 of the pixel region 20. The film thickness of the insulating film 112a is, for example, 280 nm, and the film thicknesses of the insulating film 112b and the insulating film 112c are, for example, 320 nm at the central portion 22 of the pixel region 20 and 170-220 nm at the peripheral portion 21 of the pixel region 20. The insulating films 112a, 112b, and 112c formed above the light receiving portion 102 are formed of films having a single refractive index different from the refractive indexes of the diffusion prevention films 113a, 113b, and 113c.

拡散防止膜113a、113b及び113cは全てSiN膜である。拡散防止膜113a及び113bのうち、受光領域の上方の部分が除去されている。具体的には、拡散防止膜113a及び113bはそれぞれ、配線111a及び111b上と受光領域の上方とのうちでは、配線111a及び111b上のみに形成されていればよい。なお、受光領域は、受光部102が形成されている領域である。拡散防止膜113a及び拡散防止膜113bの膜厚は例えば165nmであり、拡散防止膜113cの膜厚は100nmである。   The diffusion preventing films 113a, 113b and 113c are all SiN films. Of diffusion preventing films 113a and 113b, the portion above the light receiving region is removed. Specifically, the diffusion prevention films 113a and 113b may be formed only on the wirings 111a and 111b, respectively, on the wirings 111a and 111b and above the light receiving region. The light receiving area is an area where the light receiving unit 102 is formed. The film thickness of the diffusion preventing film 113a and the diffusion preventing film 113b is, for example, 165 nm, and the film thickness of the diffusion preventing film 113c is 100 nm.

多層配線層105の最上層である第3配線層105cに含まれる拡散防止膜113cの膜厚が他の拡散防止膜113a及び113bより小さく、また、拡散防止膜113cの受光領域の上方の部分が除去されていないのは、拡散防止膜113c上に同じ材質で構成される保護膜106が形成されているためである。したがって、拡散防止膜113cは、保護膜106と兼用させてもよい。   The thickness of the diffusion prevention film 113c included in the third wiring layer 105c that is the uppermost layer of the multilayer wiring layer 105 is smaller than that of the other diffusion prevention films 113a and 113b, and the portion above the light receiving region of the diffusion prevention film 113c is The reason why the protective film 106 made of the same material is formed on the diffusion prevention film 113c is not removed. Therefore, the diffusion preventing film 113c may be used also as the protective film 106.

保護膜106は、拡散防止膜113c上に形成され、多層配線層105の表面を保護するSiN膜などである。なお、保護膜106は、表面の平坦性を保つ平坦化膜としても機能する。   The protective film 106 is an SiN film or the like that is formed on the diffusion prevention film 113 c and protects the surface of the multilayer wiring layer 105. Note that the protective film 106 also functions as a planarization film that maintains the flatness of the surface.

カラーフィルタ107は、保護膜106上に形成された、所定の色成分の光を透過させるフィルタである。例えば、カラーフィルタ107は、画素毎に赤(R)、緑(G)、青(B)などの光をそれぞれ透過させるように形成される。なお、カラーフィルタの代わりに赤外線フィルタが形成されてもよい。   The color filter 107 is a filter that is formed on the protective film 106 and transmits light of a predetermined color component. For example, the color filter 107 is formed to transmit light such as red (R), green (G), and blue (B) for each pixel. An infrared filter may be formed instead of the color filter.

マイクロレンズ108は、カラーフィルタ107上に形成され、受光部102に入射光を集光する。   The micro lens 108 is formed on the color filter 107 and condenses incident light on the light receiving unit 102.

図2に示すように、絶縁膜112b及び112cの膜厚を画素領域20の中央部22より周辺部21を小さくすることによって、斜めの入射光が入射した場合でも配線111cによるケラレを低減し、輝度シェーディングを改善することができる。   As shown in FIG. 2, by reducing the thickness of the insulating films 112b and 112c in the peripheral portion 21 from the central portion 22 of the pixel region 20, vignetting due to the wiring 111c is reduced even when oblique incident light is incident. Luminance shading can be improved.

続いて、本実施の形態に係る固体撮像素子10において、画素領域20の中央部22の絶縁膜112bの膜厚と、周辺部21の絶縁膜112bの膜厚とを異ならせる方法について説明する。   Next, in the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment, a method for making the film thickness of the insulating film 112b in the central portion 22 of the pixel region 20 different from the film thickness of the insulating film 112b in the peripheral portion 21 will be described.

図3Aは、図1に示すA−A線における、CMP法による研磨を行う前の絶縁膜112bを示す概略断面図である。図3Bは、図1に示すA−A線における、CMP法による研磨を行った後の絶縁膜112bを示す概略断面図である。なお、図3A及び図3Bでは、簡単のため、SiN膜103及びpoly層間膜104と、第1配線層105aに含まれる配線111a及び拡散防止膜113aとを示していない。また、受光部102は、上述したように画素毎に分離されて形成されているが、簡単のため、分離されている様子を示していない。   FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing the insulating film 112b taken along the line AA shown in FIG. 1 before polishing by the CMP method. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the insulating film 112b after polishing by the CMP method along the line AA shown in FIG. 3A and 3B, for simplicity, the SiN film 103 and the poly interlayer film 104, and the wiring 111a and the diffusion prevention film 113a included in the first wiring layer 105a are not shown. In addition, although the light receiving unit 102 is formed separately for each pixel as described above, for the sake of simplicity, the light receiving unit 102 is not illustrated as being separated.

図3Aに示すように、第1配線層105a上に絶縁膜112bを全面に堆積させた後、フォトリソグラフィーなどのパターニング及びエッチングにより絶縁膜112bにダミーパターン120を形成する。ダミーパターン120は、画素領域20の中央部22で密となっており、周辺部21で疎となっている。すなわち、ダミーパターン120は、中央部22に残された絶縁膜112bが、周辺部21に残された絶縁膜112bよりも、その体積比が大きくなるようなパターンである。   As shown in FIG. 3A, after an insulating film 112b is deposited on the entire surface of the first wiring layer 105a, a dummy pattern 120 is formed on the insulating film 112b by patterning and etching such as photolithography. The dummy pattern 120 is dense at the central portion 22 of the pixel region 20 and sparse at the peripheral portion 21. That is, the dummy pattern 120 is a pattern in which the volume ratio of the insulating film 112b left in the central portion 22 is larger than that of the insulating film 112b left in the peripheral portion 21.

図3Aに示すようなダミーパターン120が形成された絶縁膜112bをCMP法により研磨することで、図3Bに示すように、中央部22において周辺部21よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜112bが形成される。   The insulating film 112b on which the dummy pattern 120 as shown in FIG. 3A is formed is polished by the CMP method, so that the insulating film becomes thicker than the peripheral part 21 in the central part 22 as shown in FIG. 3B. 112b is formed.

図4A〜図4Cに、ダミーパターン120の例を示す。各図に示すように、中央部22には、周辺部21に比べてより多くの絶縁膜112bが残されるようなダミーパターン120a、120b及び120cが形成されている。   4A to 4C show examples of the dummy pattern 120. FIG. As shown in each figure, dummy patterns 120a, 120b and 120c are formed in the central portion 22 so that more insulating films 112b are left in comparison with the peripheral portion 21.

なお、上記では絶縁膜112bについて説明したが、絶縁膜112cについても同様のダミーパターンを形成した後にCMP法によって研磨することで、中央部22において周辺部21よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜112cを形成することができる。   Although the insulating film 112b has been described above, the insulating film 112c is also insulated so that the central portion 22 is thicker than the peripheral portion 21 by polishing by the CMP method after forming a similar dummy pattern. A film 112c can be formed.

次に、本実施の形態に係る固体撮像素子10の製造方法について、図5〜図11を用いて説明する。図5〜図11は、本実施の形態に係る固体撮像素子10の製造方法の各工程を示す構造断面図である。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 11 are structural cross-sectional views showing the steps of the method for manufacturing the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment.

まず、半導体基板101に、光電変換を行う受光部102を形成する。受光部102を含む画素が2次元状に配列された画素領域20における半導体基板101上にSiN膜103を形成する。さらに、SiN膜103上にBPSGなどを堆積し、CMP法によって平坦化することで、poly層間膜104を形成する。以上の工程を経ることで、図5に示すような構成が形成される。図5に示すように、半導体基板101、SiN膜103及びpoly層間膜104の膜厚は、画素領域20の周辺部21と中央部22とにおいて、同じである。   First, the light receiving portion 102 that performs photoelectric conversion is formed on the semiconductor substrate 101. A SiN film 103 is formed on the semiconductor substrate 101 in the pixel region 20 in which pixels including the light receiving unit 102 are two-dimensionally arranged. Further, BPSG or the like is deposited on the SiN film 103 and planarized by a CMP method, thereby forming a poly interlayer film 104. Through the above steps, a configuration as shown in FIG. 5 is formed. As shown in FIG. 5, the film thicknesses of the semiconductor substrate 101, the SiN film 103, and the poly interlayer film 104 are the same in the peripheral portion 21 and the central portion 22 of the pixel region 20.

次に、図6に示すように、poly層間膜104上に第1配線層105aを形成する。具体的には、まず、poly層間膜104上に絶縁膜112aを堆積し、デュアルダマシン法によって配線111aを形成する。さらに、配線111a及び絶縁膜112a上の全面に、拡散防止膜113aを形成する。このとき、絶縁膜112aの膜厚は、画素領域20の周辺部21と中央部22とにおいて、同じである。   Next, as shown in FIG. 6, a first wiring layer 105 a is formed on the poly interlayer film 104. Specifically, first, an insulating film 112a is deposited on the poly interlayer film 104, and a wiring 111a is formed by a dual damascene method. Further, a diffusion preventing film 113a is formed on the entire surface over the wiring 111a and the insulating film 112a. At this time, the thickness of the insulating film 112 a is the same in the peripheral portion 21 and the central portion 22 of the pixel region 20.

次に、図7に示すように、受光部102の上方に形成された拡散防止膜113aを除去することで、受光領域に対応した開口をフォトリソグラフィー及びエッチングにより形成する。さらに、拡散防止膜113a上、及び、拡散防止膜113aに形成された開口に露出している絶縁膜112a上に絶縁膜112bを堆積させる。なお、絶縁膜112bに対してCMP法による研磨をまだ行っていないので、堆積させた時点での絶縁膜112bの膜厚は、画素領域20の周辺部21と中央部22とにおいて、同じである。   Next, as shown in FIG. 7, by removing the diffusion prevention film 113a formed above the light receiving portion 102, an opening corresponding to the light receiving region is formed by photolithography and etching. Further, an insulating film 112b is deposited on the diffusion preventing film 113a and on the insulating film 112a exposed in the opening formed in the diffusion preventing film 113a. Since the insulating film 112b has not yet been polished by the CMP method, the film thickness of the insulating film 112b at the time of deposition is the same in the peripheral portion 21 and the central portion 22 of the pixel region 20. .

このとき、図3Aに示すように、絶縁膜112bにフォトリソグラフィー及びエッチングによってダミーパターンを形成する。ダミーパターンのパターン密度は、画素領域20の中央部22より周辺部21の方が、面積率が小さく疎となるように形成する。   At this time, as shown in FIG. 3A, a dummy pattern is formed on the insulating film 112b by photolithography and etching. The pattern density of the dummy pattern is formed so that the area ratio is smaller and sparser in the peripheral portion 21 than in the central portion 22 of the pixel region 20.

この後、図8に示すように、絶縁膜112bをCMP法により平坦化することによって、絶縁膜112bは、画素領域20の中央部22より周辺部21をおよそ50〜100nmだけ薄く形成することができる(図3B参照)。   Thereafter, as shown in FIG. 8, the insulating film 112 b is planarized by the CMP method, so that the insulating film 112 b is formed with the peripheral portion 21 thinner than the central portion 22 of the pixel region 20 by about 50 to 100 nm. Yes (see FIG. 3B).

次に、図9に示すように、図6及び図7と同様にして、配線111b、拡散防止膜113bを形成し、受光部102の上方に形成された拡散防止膜113bを除去することで、受光領域に対応した開口を形成する。さらに、拡散防止膜113b上、及び、拡散防止膜113bに形成された開口に露出している絶縁膜112b上に絶縁膜112cを堆積させる。なお、絶縁膜112cに対してCMP法による研磨をまだ行っていないので、堆積させた時点での絶縁膜112cの膜厚は、画素領域20の周辺部21と中央部22とにおいて、同じである。   Next, as shown in FIG. 9, the wiring 111 b and the diffusion prevention film 113 b are formed in the same manner as in FIGS. 6 and 7, and the diffusion prevention film 113 b formed above the light receiving unit 102 is removed. An opening corresponding to the light receiving region is formed. Further, an insulating film 112c is deposited on the diffusion preventing film 113b and on the insulating film 112b exposed in the opening formed in the diffusion preventing film 113b. Since the insulating film 112c has not yet been polished by the CMP method, the film thickness of the insulating film 112c at the time of deposition is the same in the peripheral portion 21 and the central portion 22 of the pixel region 20. .

このとき、絶縁膜112c上にフォトリソグラフィー及びエッチングによって、絶縁膜112bと同様にダミーパターンを形成する。そして、絶縁膜112cをCMP法により平坦化することによって、図10に示すように、絶縁膜112cは、画素領域20の中央部22より周辺部21をおよそ50〜100nmだけ薄く形成することができる(図3A及び図3B参照)。   At this time, a dummy pattern is formed on the insulating film 112c similarly to the insulating film 112b by photolithography and etching. Then, by planarizing the insulating film 112c by a CMP method, the insulating film 112c can be formed with a peripheral portion 21 thinner than the central portion 22 of the pixel region 20 by about 50 to 100 nm as shown in FIG. (See FIGS. 3A and 3B).

次に、図11に示すように、絶縁膜112cに、図6と同様にして配線111c及び拡散防止膜113cとを形成する。さらに、拡散防止膜113c上に、保護膜106、カラーフィルタ107及びマイクロレンズ108を形成することで、図2に示す固体撮像素子10を製造することができる。   Next, as shown in FIG. 11, the wiring 111c and the diffusion preventing film 113c are formed in the insulating film 112c in the same manner as in FIG. Furthermore, the solid-state imaging device 10 shown in FIG. 2 can be manufactured by forming the protective film 106, the color filter 107, and the microlens 108 on the diffusion preventing film 113c.

以上のように、本実施の形態に係る固体撮像素子10は、配線、絶縁膜及び拡散防止膜を含む配線層が複数積層した構造を有する多層配線層105を備え、多層配線層105に含まれる少なくとも1つの絶縁膜の、画素領域20の周辺部21における膜厚が、画素領域20の中央部22における膜厚よりも小さいことを特徴とする。   As described above, the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment includes the multilayer wiring layer 105 having a structure in which a plurality of wiring layers including wiring, an insulating film, and a diffusion prevention film are stacked, and is included in the multilayer wiring layer 105. The film thickness of the at least one insulating film in the peripheral portion 21 of the pixel region 20 is smaller than the film thickness in the central portion 22 of the pixel region 20.

この構成により、斜め光が入射した場合であっても、周辺部21において上位層の配線である配線111cによるケラレを低減することができ、輝度シェーディングを改善することができる。また、画素領域20において厚い絶縁膜が形成されていることで、配線層間リークを低減することができる。   With this configuration, even when oblique light is incident, it is possible to reduce vignetting due to the wiring 111c, which is an upper layer wiring, in the peripheral portion 21, and to improve luminance shading. In addition, since the thick insulating film is formed in the pixel region 20, it is possible to reduce wiring interlayer leakage.

(実施の形態2)
本実施の形態に係る固体撮像素子は、画素領域を囲む領域である周辺領域を有し、半導体基板の上方における画素領域に形成された絶縁膜の膜厚は、半導体基板の上方における周辺領域に形成された絶縁膜の膜厚より大きいことを特徴とする。
(Embodiment 2)
The solid-state imaging device according to this embodiment has a peripheral region that is a region surrounding the pixel region, and the film thickness of the insulating film formed in the pixel region above the semiconductor substrate is in the peripheral region above the semiconductor substrate. It is characterized by being larger than the thickness of the formed insulating film.

図12は、本実施の形態に係る固体撮像素子40の構成の一例を示す概略平面図である。図12は、チップ化された固体撮像素子40を示しており、固体撮像素子40は、複数の画素が2次元状に配列された画素領域50と、画素領域50の周辺に形成された周辺回路領域60とを含む。画素領域50には、光電変換を行う受光部が画素毎に形成されている。また、周辺回路領域60は、画素領域の周辺に配される回路領域で、シフトレジスタやADコンバータなどを含む領域である。   FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of the configuration of the solid-state imaging device 40 according to the present embodiment. FIG. 12 shows a chip-shaped solid-state imaging device 40. The solid-state imaging device 40 includes a pixel region 50 in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional manner, and a peripheral circuit formed around the pixel region 50. Region 60. In the pixel region 50, a light receiving portion that performs photoelectric conversion is formed for each pixel. The peripheral circuit area 60 is a circuit area arranged around the pixel area and includes a shift register, an AD converter, and the like.

本実施の形態に係る固体撮像素子40において、各画素の構成については、図2に示す実施の形態1に係る固体撮像素子10の断面構造と同じであるので、以下では説明を省略する。また、本実施の形態に係る固体撮像素子40の製造方法については、図5〜図11を用いて説明した実施の形態1に係る固体撮像素子10の製造方法とほぼ同じであるので、以下では、同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。   In the solid-state imaging device 40 according to the present embodiment, the configuration of each pixel is the same as the cross-sectional structure of the solid-state imaging device 10 according to Embodiment 1 shown in FIG. In addition, the manufacturing method of the solid-state imaging device 40 according to the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method of the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment described with reference to FIGS. The description of the same points is omitted, and different points are mainly described.

本実施の形態に係る固体撮像素子40の製造方法は、実施の形態1に係る固体撮像素子10の製造方法に比べて、絶縁膜112bを形成する際にダミーパターンを形成するのではなく、段差パターンを形成する点が異なっている。具体的には、以下の通りである。   The manufacturing method of the solid-state imaging device 40 according to the present embodiment is different from the manufacturing method of the solid-state imaging device 10 according to the first embodiment in that a step is not formed when a dummy pattern is formed when the insulating film 112b is formed. The difference is that the pattern is formed. Specifically, it is as follows.

図13Aは、図12に示すB−B線における、CMP法による研磨を行う前の絶縁膜112bを示す概略断面図である。図13Bは、図12に示すB−B線における、CMP法による研磨を行った後の絶縁膜112bを示す概略断面図である。なお、図13A及び図13Bでは、簡単のため、SiN膜103及びpoly層間膜104と、第1配線層105aに含まれる配線111a及び拡散防止膜113aとを示していない。また、受光部102は、上述したように画素毎に分離されて形成されているが、簡単のため、分離されている様子を示していない。   FIG. 13A is a schematic cross-sectional view showing the insulating film 112b before the polishing by the CMP method, taken along the line BB shown in FIG. FIG. 13B is a schematic cross-sectional view showing the insulating film 112b after polishing by the CMP method along the line BB shown in FIG. 13A and 13B do not show the SiN film 103 and the poly interlayer film 104, and the wiring 111a and the diffusion prevention film 113a included in the first wiring layer 105a for simplicity. In addition, although the light receiving unit 102 is formed separately for each pixel as described above, for the sake of simplicity, the light receiving unit 102 is not illustrated as being separated.

図13Aに示すように、第1配線層105a上に絶縁膜112bを全面に堆積させた後、フォトリソグラフィー及びエッチングにより絶縁膜112bに段差パターン220を形成する。段差パターン220では、周辺回路領域60より画素領域50の方が絶縁膜112bの膜厚が大きくなるように形成されたパターンである。   As shown in FIG. 13A, after an insulating film 112b is deposited on the entire surface of the first wiring layer 105a, a step pattern 220 is formed on the insulating film 112b by photolithography and etching. The step pattern 220 is a pattern formed such that the film thickness of the insulating film 112 b is larger in the pixel region 50 than in the peripheral circuit region 60.

図13Aに示すような段差パターン220が形成された絶縁膜112bをCMP法により研磨することで、図13Bに示すように、画素領域50において周辺回路領域60よりも膜厚が厚くなるような絶縁膜112bが形成される。例えば、画素領域50における絶縁膜112bの膜厚は、周辺回路領域60における絶縁膜112bの膜厚より、100〜200nm厚く形成する。なお、絶縁膜112bの膜厚は、例えば、画素領域50において320nmである。   The insulating film 112b on which the step pattern 220 as shown in FIG. 13A is formed is polished by the CMP method so that the insulating film 112 is thicker than the peripheral circuit area 60 in the pixel area 50 as shown in FIG. 13B. A film 112b is formed. For example, the insulating film 112b in the pixel region 50 is formed to be 100 to 200 nm thicker than the insulating film 112b in the peripheral circuit region 60. Note that the film thickness of the insulating film 112b is, for example, 320 nm in the pixel region 50.

図14は、段差パターン220の一例を示す概略平面図である。同図に示す例では、段差パターン220は、画素領域50と周辺回路領域60との境界で段差が形成されている。   FIG. 14 is a schematic plan view showing an example of the step pattern 220. In the example shown in the figure, the step pattern 220 has a step formed at the boundary between the pixel region 50 and the peripheral circuit region 60.

これにより、エロージョンによる画素領域50の絶縁膜112bが薄くなることで発生する配線間のリーク又はショートを改善することができる。また、段差パターン220の画素領域50に実施の形態1で説明したダミーパターンを形成することで、実施の形態1と同様に、画素領域50の周辺部における輝度シェーディングを改善することもできる。   Accordingly, it is possible to improve the leakage or short circuit between the wirings caused by the thin insulating film 112b in the pixel region 50 due to erosion. Further, by forming the dummy pattern described in the first embodiment in the pixel region 50 of the step pattern 220, the luminance shading in the peripheral portion of the pixel region 50 can be improved as in the first embodiment.

以上、本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、各種変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。   As described above, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which made the said embodiment the various deformation | transformation which those skilled in the art think, and the form constructed | assembled combining the component in various modifications are also contained in the scope of the present invention.

例えば、実施の形態1では、絶縁膜112b及び112cの2層の絶縁膜の膜厚を画素領域の中央部と周辺部とで異ならせる構成について説明したが、いずれか1層だけの膜厚を異ならせてもよく、あるいは、絶縁膜112aの膜厚も異ならせてもよい。実施の形態2についても同様である。すなわち、多層配線層105に含まれる複数の絶縁膜の少なくとも1つの膜の、画素領域の中央部における膜厚が、画素領域の周辺部における膜厚より厚くなるようにすればよい。   For example, in Embodiment 1, the structure in which the film thicknesses of the two insulating films 112b and 112c are different between the central part and the peripheral part of the pixel region has been described. It may be different, or the thickness of the insulating film 112a may be different. The same applies to the second embodiment. That is, the film thickness in the central part of the pixel region of at least one of the plurality of insulating films included in the multilayer wiring layer 105 may be made larger than the film thickness in the peripheral part of the pixel region.

また、実施の形態において、カラーフィルタ107やマイクロレンズ108は必ずしも必要ではなく、これらを設けない構造についても同様に適用できる。   In the embodiment, the color filter 107 and the microlens 108 are not necessarily required, and can be similarly applied to a structure in which these are not provided.

本発明に係る固体撮像素子及びその製造方法は、輝度シェーディングと配線層間リークとを改善することができるという効果を奏し、例えば、デジタルカメラなどの固体撮像装置に利用することができる。   The solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have an effect that luminance shading and wiring interlayer leakage can be improved, and can be used for, for example, a solid-state imaging device such as a digital camera.

10、40、70 固体撮像素子
20、50、80 画素領域
21、81 周辺部
22、82 中央部
30、60、90 周辺回路領域
101 半導体基板
102、302 受光部
103、303 SiN膜
104、304 poly層間膜
105、305 多層配線層
105a、305a 第1配線層
105b、305b 第2配線層
105c、305c 第3配線層
106、306 保護膜
107、307 カラーフィルタ
108、308 マイクロレンズ
111a、111b、111c、311a、311b、311c 配線
112a、112b、112c、312a、312b、312c 絶縁膜
113a、113b、113c、313a、313b、313c 拡散防止膜
120、120a、120b、120c ダミーパターン
220 段差パターン
301 Si基板
10, 40, 70 Solid-state imaging device 20, 50, 80 Pixel region 21, 81 Peripheral portion 22, 82 Central portion 30, 60, 90 Peripheral circuit region 101 Semiconductor substrate 102, 302 Light receiving portion 103, 303 SiN film 104, 304 poly Interlayer films 105, 305 Multilayer wiring layers 105a, 305a First wiring layers 105b, 305b Second wiring layers 105c, 305c Third wiring layers 106, 306 Protective films 107, 307 Color filters 108, 308 Microlenses 111a, 111b, 111c, 311a, 311b, 311c Wiring 112a, 112b, 112c, 312a, 312b, 312c Insulating film 113a, 113b, 113c, 313a, 313b, 313c Diffusion prevention film 120, 120a, 120b, 120c Dummy pattern 220 Step pattern 301 S i-board

Claims (10)

複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子であって、
半導体基板と、
前記半導体基板における前記画素領域に形成され、前記画素毎に光電変換を行う受光部と、
配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有し、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成された多層配線層とを備え、
前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚は、前記画素領域の中央部における膜厚より小さい
固体撮像素子。
A solid-state imaging device having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged,
A semiconductor substrate;
A light receiving portion that is formed in the pixel region of the semiconductor substrate and performs photoelectric conversion for each pixel;
A plurality of wiring layers each having a wiring, an insulating film that insulates the wiring, and a diffusion prevention film that prevents diffusion of atoms included in the wiring, and is formed in the pixel region above the semiconductor substrate; Multi-layer wiring layer,
A solid-state imaging device, wherein a film thickness of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer in the peripheral portion of the pixel region is smaller than a film thickness in a central portion of the pixel region.
前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、
前記多層配線層は、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに形成され、
前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域における膜厚は、前記周辺領域における膜厚より大きい
請求項1記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device further includes a peripheral region that is a region surrounding the pixel region,
The multilayer wiring layer is formed in the pixel region and the peripheral region above the semiconductor substrate,
The solid-state imaging element according to claim 1, wherein a film thickness of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer in the pixel region is larger than a film thickness in the peripheral region.
前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記拡散防止膜は、前記配線上と前記受光部上方とのうち前記配線上のみに形成される
請求項1又は2記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein at least one of the diffusion prevention films included in the multilayer wiring layer is formed only on the wiring among the wiring and the light receiving unit.
前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜は、前記受光部上方において、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される
請求項1〜3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
The at least one said insulating film contained in the said multilayer wiring layer is comprised with the film | membrane which has a single refractive index different from the refractive index of the said diffusion prevention film above the said light-receiving part. The solid-state image sensor of Claim 1.
前記多層配線層の最上層に含まれる前記拡散防止膜は、最上層に含まれる前記配線上と前記受光部上方とに形成されており、
前記最上層に含まれる前記拡散防止膜より下方で、かつ、前記受光部上方に形成された前記絶縁膜は、前記拡散防止膜の屈折率とは異なる単一の屈折率を有する膜で構成される
請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
The diffusion prevention film included in the uppermost layer of the multilayer wiring layer is formed on the wiring included in the uppermost layer and above the light receiving unit,
The insulating film formed below the diffusion prevention film included in the uppermost layer and above the light receiving portion is formed of a film having a single refractive index different from the refractive index of the diffusion prevention film. The solid-state image sensor of any one of Claims 1-4.
前記固体撮像素子は、さらに、
前記多層配線層の上方に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタ上に形成され、前記受光部に光を集光するマイクロレンズとを備える
請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
The solid-state imaging device further includes:
A color filter formed above the multilayer wiring layer;
The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising: a microlens that is formed on the color filter and collects light on the light receiving unit.
前記配線は、Cu配線であり、
前記拡散防止膜は、SiN膜である
請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
The wiring is a Cu wiring,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the diffusion prevention film is a SiN film.
複数の画素が配置された画素領域を有する固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板における前記画素領域に、前記画素毎に光電変換を行う受光部を形成する受光部形成ステップと、
配線、当該配線を絶縁する絶縁膜、及び、当該配線に含まれる原子の拡散を防止する拡散防止膜をそれぞれが有する複数の配線層を有する多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域に形成する多層配線層形成ステップとを含み、
前記多層配線層形成ステップでは、
前記多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の、前記画素領域の周辺部における膜厚が、前記画素領域の中央部における膜厚より小さくなるように、前記多層配線層を形成する
固体撮像素子の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device having a pixel region in which a plurality of pixels are arranged,
A light receiving portion forming step for forming a light receiving portion that performs photoelectric conversion for each pixel in the pixel region of the semiconductor substrate;
A multilayer wiring layer having a plurality of wiring layers each having a wiring, an insulating film for insulating the wiring, and a diffusion preventing film for preventing diffusion of atoms included in the wiring, the pixel region above the semiconductor substrate A multilayer wiring layer forming step to be formed,
In the multilayer wiring layer forming step,
The multilayer wiring layer is formed so that the film thickness of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer is smaller than the film thickness in the central part of the pixel region. Device manufacturing method.
前記多層配線層形成ステップは、
前記半導体基板の上方における前記画素領域に前記絶縁膜を堆積する堆積ステップと、
前記堆積ステップで堆積した絶縁膜をパターニング及びエッチングすることで、前記絶縁膜に、前記画素領域の中央部において周辺部よりも当該絶縁膜が密となるダミーパターンを形成するダミーパターン形成ステップと、
前記ダミーパターンが形成された絶縁膜を研磨することで、当該絶縁膜の前記画素領域の周辺部における膜厚を前記画素領域の中央部における膜厚より小さくする研磨ステップとを含む
請求項8記載の固体撮像素子の製造方法。
The multilayer wiring layer forming step includes
A deposition step of depositing the insulating film in the pixel region above the semiconductor substrate;
Patterning and etching the insulating film deposited in the deposition step, thereby forming a dummy pattern forming a dummy pattern in which the insulating film is denser than the peripheral part in the central part of the pixel region;
9. The polishing step of polishing the insulating film on which the dummy pattern is formed so that the film thickness in the peripheral part of the pixel region is smaller than the film thickness in the central part of the pixel region. Manufacturing method of the solid-state image sensor.
前記固体撮像素子は、さらに、前記画素領域を囲う領域である周辺領域を有し、
前記多層配線層形成ステップは、
前記多層配線層を、前記半導体基板の上方における前記画素領域と前記周辺領域とに、当該多層配線層に含まれる少なくとも1つの前記絶縁膜の前記画素領域における膜厚が、前記周辺領域における膜厚より大きくなるように形成する
請求項8又は9記載の固体撮像素子の製造方法。
The solid-state imaging device further includes a peripheral region that is a region surrounding the pixel region,
The multilayer wiring layer forming step includes
The multilayer wiring layer is formed in the pixel area and the peripheral area above the semiconductor substrate, and the film thickness in the pixel area of the at least one insulating film included in the multilayer wiring layer is the film thickness in the peripheral area. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 8 or 9, wherein the solid-state imaging device is formed to be larger.
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