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JP4046069B2 - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、受光センサ部に対して、電極や配線とは反対側の裏面側から光を入射させる、いわゆる裏面照射型構造を有する固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に係わる。
従来、固体撮像素子は、基板表面上に電極や配線を形成し、その上方から光を照射させる、表面照射型構造が一般的である。
表面照射型構造の固体撮像素子の断面図を図３４に示す。
この図３４に示す固体撮像素子５０は、表面照射型構造を有するＣＭＯＳ型固体撮像素子である。
各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオードＰＤがシリコン基板５１内に形成され、シリコン基板５１上に、層間絶縁層５２を介して多層の配線層５３が設けられ、さらに配線層５３よりも上層にカラーフィルター５４及びレンズ５５が設けられた構成となっている。
そして、光Ｌは、レンズ５５からカラーフィルター５４、配線層５３の間の絶縁層５２を通過して、受光センサ部のフォトダイオードＰＤに入射するようになっている。
しかしながら、固体撮像素子の微細化が進むにつれて、配線のピッチが狭くなると共に配線層５３の多層化が進むため、レンズ５５と受光センサ部のフォトダイオードＰＤとの距離が広がってくる。
これにより、図３４中に斜線を付して示すように、斜めに入射した光Ｌの一部Ｌｘが配線層５３に遮られてフォトダイオードＰＤに届かなくなってくることから、シェーディング等の悪い現象も発生してしまう。
この改善案として、配線が形成された表面とは反対側から光を照射する、裏面照射型固体撮像素子が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、前記特許文献１には裏面照射型構造のＣＣＤ固体撮像素子が記載されているが、この裏面照射型構造を、ＣＭＯＳ型固体撮像素子にも適用することが可能であると考えられる。
ここで、裏面照射型構造を適用したＣＭＯＳ型固体撮像素子の一例について、断面図を図３５に示す。
各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオードＰＤが単結晶シリコン層６１内に形成され、単結晶シリコン層６１の上方に、カラーフィルター６４及びレンズ６５が設けられている。なお、単結晶シリコン層６１は、後述するように、シリコン基板を薄くしたものである。
一方、単結晶シリコン層６１の下方には、層間絶縁層６２を介して多層の配線層６３が設けられ、配線層６３が形成された層間絶縁層６２は、その下の支持基板６６により支持されている。
そして、光Ｌは、レンズ６５から、単結晶シリコン層６１に形成された受光センサ部のフォトダイオードＰＤに入射するようになっている。
配線層６３が形成された側を表面側とすると、光は裏面側からフォトダイオードＰＤに入射することになるので、裏面照射型構造と呼ばれている。
図３５に示した固体撮像素子６０のように、裏面照射型固体撮像素子では、配線層により入射光が遮られないため、斜め入射光への実効開口率を１００％とすることも可能になる。
従って、感度の大幅な向上とシェーディングレスの実現に大きな期待が寄せられる。
図３５に示した固体撮像素子６０は、次のようにして製造することができる。
まず、シリコン基板７１の表面付近に、受光センサ部を構成するフォトダイオードＰＤをイオン注入等により形成する。そして、シリコン基板７１上にゲート絶縁膜７２を介して第１層の配線層６３Ａを形成し、さらに層間絶縁層６２を介して、第２層以降の配線層６３を順次形成する（以上図３６Ａ参照）。
次に、図３６Ｂに示すように、絶縁層６２の表面にＳｉＯ２層７３を形成し、表面を研磨すると共に、支持基板６６としてシリコン基板を用意して、支持基板の表面ＳｉＯ２層７４を形成し、これらをＳｉＯ２層７３，７４が対向するように、互いに接合する。
続いて、図３６Ｃに示すように、上下を反転して、支持基板６６側が下になるように配置する。
次に、図３７Ｄに示すように、表面を研磨してシリコン基板７１を薄くする。これにより、内部にフォトダイオードＰＤが形成され、所定の厚さを有する単結晶シリコン層６１が得られる。
次に、図３７Ｅに示すように、単結晶シリコン層６１上に平坦化層７５（図３５では省略している）を介して、カラーフィルター６４、レンズ６５を順次形成する。
その後は、必要に応じて、支持基板６６を薄く加工する。
このようにして、図３５に示した固体撮像素子６０を製造することができる。
特開平６−２８３７０２号公報（図２）
ところで、図３６Ａ〜図３７Ｅに示した製造工程では、最終工程（図３７Ｅ）においてレンズ６５の形成を行っているが、このとき、既に形成されているフォトダイオードＰＤに対して位置合わせをしてレンズ６５の形成を行う必要があるため、アライメントマークが不可欠である。
しかしながら、従来提案されている裏面照射型固体撮像素子の構造では、このアライメントマークを形成することについては、特に考慮されていない。
また、裏面照射型固体撮像素子では、シリコン基板の裏面側にレンズを形成するため、表面照射型固体撮像素子におけるアライメントマークの作製方法（シリコン基板の表面側にアライメントマークを形成する方法）と同様の方法では、フォトダイオードに対するレンズのアライメントマークを作製することができない。
また、同様に、配線層側には支持基板等が貼り付けられているため、通常の方法ではパッドコンタクトを形成することが不可能である。
そのため、アライメントマークの形成方法及びパッドコンタクトの形成方法が確立されなければ、裏面照射型固体撮像素子の実現は不可能となってしまい、固体撮像素子の微細化や解像度等の性能の向上が難しくなる。
即ち、裏面照射型固体撮像素子の実現には、フォトダイオードとレンズの位置合わせを行うためのシリコン基板上へのアライメントマーク形成方法、パッドコンタクトの形成方法が求められている。
上述した問題の解決のために、本発明においては、裏面照射型固体撮像素子に対して、受光センサ部のフォトダイオードとレンズの位置合わせ用のアライメントマークやパッドコンタクトを形成することを可能にして、裏面照射型固体撮像素子を実現することができる、固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供するものである。
本発明の固体撮像素子は、光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、このシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、シリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、撮像領域の周辺においてシリコン層に、位置合わせマークとして用いられる絶縁層が埋め込まれて形成され、シリコン層の裏面側に形成されたパッド部の電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲にシリコン層とコンタクト層とを絶縁する絶縁層が埋め込まれて形成されているものである。
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、このシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、シリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有することにより、いわゆる裏面照射型構造の固体撮像素子が構成され、裏面側にレンズが形成されている。
そして、撮像領域の周辺においてシリコン層に位置合わせマークとして用いられる絶縁層が埋め込まれて形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際に、この絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部とレンズとの位置合わせを行うことが可能になる。
また、シリコン層の裏面側に形成されたパッド部の電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲にシリコン層とコンタクト層とを絶縁する絶縁層が埋め込まれて形成されていることにより、絶縁層によりコンタクト層とシリコン層とを絶縁することができ、表面側の配線層に対してコンタクト層を介して電極層を接続して、パッドを構成することができる。
本発明の固体撮像素子は、光電変換が行われる受光センサ部が形成され、単結晶シリコン層から成る第１のシリコン層と、この第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、第１のシリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、撮像領域の周辺において第１のシリコン層に非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層から成る第２のシリコン層が埋め込まれて形成され、第１のシリコン層上に絶縁層が形成され、絶縁層の第２のシリコン層上の部分に、位置合わせマークとして用いられる金属層が埋め込まれて形成され、パッド部においてシリコン層の裏面側に形成された電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、絶縁層が埋め込まれて形成され、さらに絶縁層の周囲に第２のシリコン層が埋め込まれて形成されているものである。
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、光電変換が行われる受光センサ部が形成された第１のシリコン層と、この第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、第１のシリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有することにより、いわゆる裏面照射型構造の固体撮像素子が構成され、裏面側にレンズが形成されている。
そして、撮像領域の周辺において第１のシリコン層に非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層から成る第２のシリコン層が埋め込まれて形成され、第１のシリコン層上に絶縁層が形成され、絶縁層の第２のシリコン層上の部分に、位置合わせマークとして用いられる金属層が埋め込まれて形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際に、この金属層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部とレンズとの位置合わせを行うことが可能になる。
また、パッド部においてシリコン層の裏面側に形成された電極層と表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、（第１のシリコン層上に形成されている）絶縁層が埋め込まれて形成され、さらに絶縁層の周囲に第２のシリコン層が埋め込まれて形成されていることにより、絶縁層によりコンタクト層と第２のシリコン層及び第１のシリコン層とを絶縁することができ、表面側の配線層に対してコンタクト層を介して電極層を接続して、パッドを構成することができる。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、このシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、シリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、少なくとも撮像領域の周辺に絶縁層を埋め込んだ後にシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、シリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、パッド部の溝に埋め込まれた絶縁層内に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続する工程と、撮像領域の周辺の溝に埋め込まれた絶縁層を位置合わせマークとして用いてシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有するものである。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、このシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、シリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する、即ちいわゆる裏面照射型構造の固体撮像素子を製造するものである。
そして、上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、シリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、少なくとも撮像領域の周辺に絶縁層を埋め込んだ後にシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、撮像領域の周辺の溝に埋め込まれた絶縁層を位置合わせマークとして用いてシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有することにより、絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオードを正確な位置に形成し、さらにレンズを受光センサ部のフォトダイオード等に対して正確に位置を合わせて形成することが可能になる。
また、パッド部のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部の溝に埋め込まれた絶縁層内に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続する工程とを有することにより、絶縁層内に埋め込まれた導電材料がパッド部の配線層に接続され、絶縁層により導電材料とシリコン層とが絶縁される。これにより、導電材料をコンタクト層として用いてパッド電極を形成することにより、パッドを形成することができる。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに、撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程において、窒化シリコン層をマスクとして用いてシリコン層をエッチングして、窒化シリコン層を残した状態で溝に絶縁層として酸化シリコン層を埋め込み、表面の酸化シリコン層を除去して酸化シリコン層を前記溝内のみに残し、その後窒化シリコン層を除去して表面に酸化シリコン層を突出させ、続いてシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行うことも可能である。
この場合には、突出させた酸化シリコン層を位置合わせマークとして用いて受光センサ部のフォトダイオード等を所定の位置に形成することが可能になる。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部のシリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程とを同時に行うことも可能である。
この場合には、溝の形成工程と溝に絶縁層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で同時に行うので、工程数を少なくすることが可能になる。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに撮像領域の周辺のシリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部のシリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された溝に絶縁層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことも可能である。
この場合には、溝の形成工程と溝に絶縁層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で別々に行うので、溝に埋め込む絶縁層の材料や形成方法を、埋め込み性やエッチングレート等の各種特性を考慮してそれぞれ最適化することが可能になる。
さらにまた、撮像領域の周辺に形成された溝に絶縁層を埋め込んだ後に、シリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部のシリコン層に溝を形成し、この溝に絶縁層を埋め込むことも可能である。この場合には、撮像領域の周辺に形成された溝に埋め込んだ絶縁層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に形成することができる。また、パッド部の溝に埋め込む絶縁層は、位置合わせマークとして用いられないので自由に材料を選定することが可能である。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらにパッド部の溝に埋め込まれた絶縁層に、絶縁層よりも幅が狭く、絶縁層を貫通してパッド部の配線層に達する第２の溝を形成し、この第２の溝の上部に絶縁層よりも幅が狭く、かつ第２の溝よりも幅が広い第３の溝を形成し、その後第２の溝及び第３の溝に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続することも可能である。
この場合には、幅の狭い第２の溝内の導電材料がコンタクト層になり、また上部の幅の広い第３の溝内の導電材料をパッド電極として用いることが可能になる。これにより、コンタクト層とパッド電極を同時に形成することができる。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換が行われる受光センサ部が形成された第１のシリコン層と、この第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、第１のシリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、撮像領域の周辺の第１のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の第１のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、少なくとも撮像領域の周辺に第２のシリコン層を埋め込んだ後に第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、第１のシリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、パッド部の溝に埋め込まれた第２のシリコン層内に、コンタクトホールを形成する工程と、このコンタクトホール内を埋めて、かつ撮像領域の第１のシリコン層上にもわたるように、絶縁層を形成する工程と、コンタクトホール内を埋めた絶縁層内を貫通して、配線層に達する溝を形成する工程と、絶縁層内に形成された溝に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続する工程と、この絶縁層のうち、撮像領域の周辺の第２のシリコン層上の部分に金属層を埋め込む工程と、この金属層を位置合わせマークとして用いて第１のシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有するものである。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法は、光電変換が行われる受光センサ部が形成された第１のシリコン層と、この第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、第１のシリコン層の表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する、即ちいわゆる裏面照射型構造の固体撮像素子を製造するものである。
そして、上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、撮像領域の周辺の第１のシリコン層に溝を形成する工程と、撮像領域の周辺に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、少なくとも撮像領域の周辺に第２のシリコン層を埋め込んだ後に第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、第１のシリコン層の表面側に配線層を形成する工程と、撮像領域の第１のシリコン層上にもわたるように絶縁層を形成する工程と、この絶縁層のうち、撮像領域の周辺の第２のシリコン層上の部分に金属層を埋め込む工程と、この金属層を位置合わせマークとして用いて第１のシリコン層の裏面側にレンズを形成する工程とを有することにより、撮像領域の周辺の第２のシリコン層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に位置を合わせて形成することが可能になり、さらに撮像領域の周辺の第２のシリコン層上の部分に形成された金属層を位置合わせマークとして用いて、レンズを受光センサ部のフォトダイオード等に対して正確に位置を合わせて形成することが可能になる。
また、パッド部の第１のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部に形成された溝に非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部の溝に埋め込まれた第２のシリコン層内に、コンタクトホールを形成する工程と、このコンタクトホール内を埋めて、かつ撮像領域の第１のシリコン層上にもわたるように、絶縁層を形成する工程と、コンタクトホール内を埋めた絶縁層内を貫通して、配線層に達する溝を形成する工程と、絶縁層内に形成された溝に導電材料を埋め込んでパッド部の配線層に接続する工程とを有することにより、第２のシリコン層内に絶縁層を介して埋め込まれた導電材料がパッド部の配線層に接続され、絶縁層により導電材料と第２のシリコン層とが絶縁される。これにより、導電材料をコンタクト層として用いてパッド電極を形成することにより、パッドを形成することができる。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに撮像領域の周辺の第１のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の第１のシリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された溝に第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部に形成された溝に第２のシリコン層を埋め込む工程とを同時に行うことも可能である。
この場合には、溝の形成工程と溝に第２のシリコン層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で同時に行うので、工程数を少なくすることが可能になる。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに撮像領域の周辺の第１のシリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された溝に第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部の第１のシリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された溝に第２のシリコン層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことも可能である。
この場合には、溝の形成工程と溝に第２のシリコン層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺及びパッド部で別々に行うので、溝に埋め込む第２のシリコン層の材料（非晶質シリコン或いは多結晶シリコン）や形成方法を、埋め込み性やエッチングレート等の各種特性を考慮してそれぞれ最適化することが可能になる。
さらにまた、撮像領域の周辺に形成された溝に第２のシリコン層を埋め込んだ後に、第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の第１のシリコン層に溝を形成し、この溝に第２のシリコン層を埋め込むことも可能である。この場合には、撮像領域の周辺に形成された溝に埋め込んだ第２のシリコン層を位置合わせマークとして用いて、受光センサ部のフォトダイオード等を正確に形成することが可能になる。また、パッド部の溝に埋め込む第２のシリコン層は、位置合わせマークとして用いられないので自由に材料を選定することが可能である。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法において、さらに撮像領域の周辺の第１のシリコン層に溝を形成する工程において、絶縁層をマスクとして用いて第１のシリコン層をエッチングして、絶縁層を残した状態で溝に第２のシリコン層を埋め込み、表面の第２のシリコン層を除去して第２のシリコン層を溝内のみに残し、絶縁層を除去して表面に第２のシリコン層を突出させて、続いて第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行うことも可能である。
この場合には、突出させた第２のシリコン層を位置合わせマークとして用いて受光センサ部のフォトダイオード等を所定の位置に形成することが可能になる。
上述の本発明によれば、撮像領域の周辺の溝に埋め込まれた絶縁層を、或いは撮像領域の周辺の溝に埋め込まれた第２のシリコン層及びその上の金属層を、位置合わせマークとして利用して、受光センサ部（フォトダイオード等）とレンズとの位置合わせを行うことが可能になる。
これにより、裏面照射型構造の固体撮像素子においても、受光センサ部（フォトダイオード等）とレンズとの位置を合わせて所定の場所に正確に形成することが可能になる。
また、本発明によれば、パッド部において、表面側に形成された配線層と接続して、コンタクト層を形成し、電極層と配線層とを接続してパッドを形成することが可能になる。
これにより、裏面照射型構造の固体撮像素子においても、パッドを形成することが可能になる。
従って、本発明により、裏面照射型構造の固体撮像素子を実現することが可能となり、裏面照射型構造により斜め入射光の実効開口率１００％を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）を図１に示す。
本実施の形態は、本発明を裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用したものである。
この固体撮像素子１は、シリコン層２内に受光センサ部となるフォトダイオードＰＤが形成され、シリコン層２の上に平坦化層５を介してカラーフィルター６が形成され、カラーフィルター６の上にオンチップレンズ７が形成されている。また、シリコン層２の下に、絶縁層３内に複数層（図１では３層）の配線層４が形成されて成る配線部が設けられている。配線部は支持基板８上にあり、この支持基板８により全体が支持されている。
カラーフィルター６及びオンチップレンズ７は、受光センサ部（フォトダイオードＰＤ）が形成されたシリコン層２の表面側にある配線層４とは反対側に、即ちシリコン層２の裏面側に配置されており、裏面照射型の構造を有する固体撮像素子１となっている。
配線部の絶縁層３及び支持基板８は、それぞれの表面に形成された接着層９，１０により接着固定されている。支持基板８に例えばシリコン基板を用いた場合には、接着層９，１０に例えばＳｉＯ２膜を用いることができる。
さらに、撮像領域２０の周辺には、アライメントマークとなる絶縁層（例えばＳｉＯ２層）１３が、シリコン層２を貫通し、シリコン層２下の絶縁層３の上部に一部かかるように形成されている。
撮像領域２０の外では、最上層の配線層４と同じ層で形成された配線層１１に、シリコン層２及び絶縁層３の上部を貫通して形成されたコンタクト層１２を介して、表面に形成された電極層１５が接続されてパッド部が構成されている。コンタクト層１２は、絶縁層（例えばＳｉＯ２層）１４により、シリコン層２とは絶縁されている。
アライメントマークとなる絶縁層１３は、シリコン層２に対して、光の反射率が異なるため、アライメントマークとして用いることができ、例えば上方から光を照射して絶縁層１３の位置を検出することができる。
また、絶縁層１３とパッド部の絶縁層１４とは、同時に形成された同じ材質の絶縁層から成る。
図１の固体撮像素子１を製造する際には、図２Ａに平面図を示すように、ウエハ１００内に固体撮像素子１のチップ１０１を多数形成する。
そして、アライメントマークの絶縁層１３は、例えば、図２Ｂに図２Ａのウエハ１００の模式的な拡大平面図を示すように、各チップ１０１において、撮像領域２０外に所定の数かつ所定の位置に配置される。
なお、アライメントマークの平面配置は、図２Ｂの配置に限定されるものではなく、その他の配置も可能である。
本実施の形態の固体撮像素子１は、例えば次のようにして製造することができる。
まず、図３Ａに示すように、シリコン基板２１の表面を酸化して、薄い酸化膜２２を形成する。
次に、図３Ｂに示すように、酸化膜２２上に、ＳｉＮ膜（窒化シリコン層）２３及びフォトレジスト２４を順次形成する。
次に、図３Ｃに示すように、フォトレジスト２４を露光・現像して、開口を形成する。
次に、図４Ａに示すように、フォトレジスト２４をマスクとしてエッチングを行い、ＳｉＮ膜２３に開口を形成する。さらに、図４Ｂに示すように、フォトレジスト２４を除去してＳｉＮ膜２３を残す。これにより、シリコン基板２１のエッチングのためのハードマスク（ＳｉＮ膜２３）が形成される。
次に、図４Ｃに示すように、シリコン基板２１に、アライメントマーク用溝及びパッド用コンタクトホールを、例えば５〜２０μｍ程度の深さで、ＲＩＥ法により形成する。その深さは、後に形成されるフォトダイオードＰＤの深さに対応させる。
次に、図５Ａに示すように、シリコン基板２１に形成された溝を埋めて全面的に、例えばＳｉＯ２から成る絶縁層２５を形成する。ここで埋め込まれる絶縁層２５の材料は、ＳｉＮ等でもよく、絶縁材料なら何でも構わない。
次に、ＣＭＰ法もしくはＲＩＥ法により、表面の絶縁層２５を除去する。これにより、図５Ｂに示すように、溝内とコンタクトホール内のみに絶縁層２５が残る。
続いて、ＳｉＮ膜２３を除去する。その後、図５Ｃに示すように、シリコン層２１内に受光センサ部のフォトダイオードＰＤを構成する不純物領域を形成する。このとき、撮像領域２０の周辺に相当する部分に埋め込まれた絶縁層２５は、その周囲のシリコン層２１と反射率が異なると共に、表面が突出しているため、この絶縁層２５を利用して、フォトダイオードＰＤの位置合わせを行うことができる。
次に、図６Ａに示すように、シリコン基板２１の上に、絶縁層３を介して多層の配線層４を順次形成して配線部を形成する。
その後、絶縁層３の表面にＳｉＯ２膜（接着層）９を形成して表面を平坦化研磨すると共に、表面にＴ−ＳｉＯ２膜（接着層）１０が形成された支持基板８を用意して、図６Ｂに示すように、ＳｉＯ２膜９，１０同士が対向するようにして、図６Ｂ及び図６Ｃに示すように、配線部の絶縁層３と支持基板８とを貼り合わせる。
次に、図７Ａに示すように、ウエハの上下を反転させる。
次に、ウエハ裏面材料であるシリコン基板２１を、ＣＭＰ法、ＲＩＥ法、ＢＧＲ（バックグラインド）法、もしくはこれら３つの方法の組合せにより、図７Ｂに示すように、少なくとも先に形成された溝及びコンタクトホール内の絶縁層２５が露出するまで薄くする。これにより、シリコン基板２１からシリコン層２が形成され、絶縁層２５からアライメントマークの絶縁層１３が形成される。また、パッド部の絶縁層２５はコンタクト層１２の周りの絶縁膜１４となるものである。
なお、最終的なシリコン層２の厚さに対応して、シリコン基板２１に形成する溝の深さを設定すれば、溝に埋め込まれた絶縁層２５を、シリコン基板２１を薄くする際の終点検出に用いることが可能になる。
続いて、パッド部のコンタクトの形成を行う。
まず、表面にフォトレジスト２６を形成し、フォトレジスト２６を露光・現像して、図７Ｃに示すように、パッド部に開口を有するマスクとする。このとき、開口の大きさは、パッド部の絶縁層２５よりも小さくする。
次に、図８Ａに示すように、フォトレジスト２６をマスクとして、パッド部の絶縁層２５及びパッド部の配線層１１上の絶縁層３に対してエッチングを行うことにより、これら絶縁層２５，３を貫通して配線層１１に達するコンタクトホールを形成する。このとき、フォトレジスト２６の開口がパッド部の絶縁層２５よりも小さいので、コンタクトホールの周囲に絶縁層２５が残り、図１に示した絶縁層１４となる。
その後、図８Ｂに示すように、フォトレジスト２６を除去する。
次に、図８Ｃに示すように、コンタクトホールを埋めて全面的に、コンタクト層の材料となる金属層２７、例えばＷ層を形成する。
なお、ここではコンタクトホールを埋める材料としてＷ（タングステン）を用いているが、Ａｌ、もしくはＣｕ、もしくはＡｇ、もしくはＡｕ、もしくはそれらの合金を埋め込み材料に用いても構わない。また、必要に応じて、金属層２７をコンタクトホールに埋め込んで形成する際に、予め下地にバリアメタル膜を形成しておくようにする。
次に、図９Ａに示すように、ＣＭＰ法もしくはＲＩＥ法によって、表面の金属層２７を除去する。これにより、コンタクトホール内にのみ金属層２７が残り、コンタクト層１２となる。
次に、図９Ｂに示すように、例えばＳｉＯ２から成る平坦化層５を、表面に成膜する。
次に、図９Ｃに示すように、平坦化層５の上にフォトレジスト２８を形成する。さらに、フォトレジスト２８を露光・現像して、図１０Ａに示すように、パッド部のみフォトレジスト２８を除去する。
次に、図１０Ｂに示すように、フォトレジスト２８をマスクとして、平坦化層５をエッチングして、パッド部のみ除去する。これにより、コンタクト層１２が露出する。
続いて、図１０Ｃに示すように、フォトレジスト２８を除去する。
次に、図１１Ａに示すように、表面を覆って、例えばＡｌから成る電極層１５を成膜する。
次に、図１１Ｂに示すように、表面にフォトレジスト２９を形成する。さらに、フォトレジスト２９を露光・現像して、図１１Ｃに示すように、パッド部のみフォトレジスト２９が残るようにする。
次に、図１２Ａに示すように、フォトレジスト２９をマスクとして、電極層１５をエッチングして、パッド部のみ電極層１５が残るようにする。続いて、図１２Ｂに示すように、フォトレジスト２９を除去する。
次に、図１２Ｃに示すように、撮像領域のフォトダイオードＰＤの上方にある平坦化層５上に、カラーフィルター６を公知の方法により形成する。
続いて、図１３Ａに示すように、カラーフィルター６の上に、オンチップレンズとなる材料を塗布して塗布膜３０を形成する。
最後に、公知の方法により、塗布膜３０から、図１３Ｂに示すように、表面が曲面の形状のオンチップレンズ７を作製する。このようにして、図１に示した固体撮像素子１を製造することができる。
このとき、フォトダイオードＰＤの周囲に絶縁層１３によりアライメントマークが形成されているので、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７とを位置ずれなく形成することができる。
なお、上述した製造工程では、電極層１５を形成してからオンチップレンズ７を形成しているが、オンチップレンズ７を形成してから電極層１５を形成してもよい。
その場合の製造工程を次に示す。
図３Ａ〜図９Ｂに示した工程は、この場合も同様である。
図９Ｂに示した工程の後に、図１４Ａに示すように、フォトダイオードＰＤの上方にある平坦化層５上に、カラーフィルター６を形成する。
続いて、図１４Ｂに示すように、カラーフィルター６の上に、オンチップレンズとなる材料を塗布して塗布膜３０を塗布する。
次に、塗布膜３０から、図１４Ｃに示すように、表面が曲面の形状のオンチップレンズ７を作製する。
このとき、フォトダイオードＰＤの周囲に絶縁層１３によりアライメントマークが形成されているので、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７とを位置ずれなく形成することができる。
次に、図１５Ａに示すように、表面を覆って、フォトレジスト３１を形成する。さらに、フォトレジスト３１を露光・現像して、図１５Ｂに示すように、パッド部のみフォトレジスト３１を除去する。
次に、図１５Ｃに示すように、フォトレジスト３１をマスクとして、平坦化層５をエッチングして、パッド部のみ除去する。続いて、図１６Ａに示すように、フォトレジスト３１を除去する。
次に、図１６Ｂに示すように、表面を覆って電極層１５を成膜する。
次に、図１６Ｃに示すように、表面にフォトレジスト３２を形成する。さらに、フォトレジスト３２を露光・現像して、図１７Ａに示すように、パッド部のみフォトレジスト３２が残るようにする。
次に、図１７Ｂに示すように、フォトレジスト３２をマスクとして、電極層１５をエッチングして、パッド部のみ電極層１５が残るようにする。続いて、図１７Ｃに示すように、フォトレジスト３２を除去する。
このようにして、図１に示した固体撮像素子１を製造することができる。
このような製造工程を行うことにより、絶縁層１３をアライメントマークとして利用して、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７を位置ずれなく形成することができ、また電極層１５によりパッドを形成することも可能となり、裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造することができる。
また、上述した各製造工程では、いずれもシリコン基板２１から固体撮像素子１を製造していたが、ＳＯＩ基板から固体撮像素子を形成してもよい。その場合の製造工程を次に示す。
まず、シリコン基板３３・ＳｉＯ２膜（酸化シリコン膜）３４・シリコン層３５から成るＳＯＩ基板３６を用意して、図１８Ａに示すように、このＳＯＩ基板３６のシリコン層３５の上面を酸化して、薄い酸化膜２２を形成する。
次に、図１８Ｂに示すように、酸化膜２２上に、ＳｉＮ膜２３及びフォトレジスト２４を順次形成する。
次に、図１８Ｃに示すように、フォトレジスト２４を露光・現像して、開口を形成する。
次に、図１９Ａに示すように、フォトレジスト２４をマスクとしてエッチングを行い、ＳｉＮ膜２３に開口を形成する。さらに、図１９Ｂに示すように、フォトレジスト２４を除去してＳｉＮ膜２３を残す。これにより、シリコン層３５のエッチングのためのハードマスク（ＳｉＮ膜２３）が形成される。
次に、図１９Ｃに示すように、シリコン層３５に、アライメントマーク用溝及びパッド用コンタクトホールを、（例えば５〜２０μｍ程度の深さで、）ＲＩＥ法により形成する。これにより、ＳｉＯ２膜３４に達するコンタクトホールが形成される。このとき形成されるコンタクトホールの深さが、後に形成されるフォトダイオードＰＤの深さに対応するように、予めシリコン層３５の膜厚を選定しておくとよい。
次に、図２０Ａに示すように、シリコン層３５に形成された溝を埋めて全面的に、例えばＳｉＯ２から成る絶縁層２５を形成する。ここで埋め込まれる絶縁層２５の材料は、ＳｉＮ等でもよく、絶縁材料なら何でも構わない。
次に、図２０Ｂに示すように、ＣＭＰ法もしくはＲＩＥ法により、表面の絶縁層２５を除去する。これにより、溝内とコンタクトホール内のみに絶縁層２５が残る。
次に、ＳｉＮ膜２３を除去した後、図２０Ｃに示すように、シリコン層３５内に、受光センサ部のフォトダイオードＰＤを構成する不純物領域を形成する。このとき、撮像領域２０の周辺に相当する部分に埋め込まれた絶縁層２５は、その周囲のシリコン層２１と反射率が異なると共に、表面が突出しているため、この絶縁層２５を利用して、フォトダイオードＰＤの位置合わせを行うことができる。
次に、図２１Ａに示すように、シリコン層３５の上に、絶縁層３を介して多層の配線層４を順次形成して配線部を形成する。
その後、絶縁層３の表面にＳｉＯ２膜（接着層）９を形成して表面を平坦化研磨すると共に、表面にＴ−ＳｉＯ２膜（接着層）１０が形成された支持基板８を用意して、図２１Ｂに示すように、ＳｉＯ２膜９，１０同士が対向するようにして、図２１Ｃに示すように、配線部の絶縁層３と支持基板８とを貼り合わせる。
次に、図２２Ａに示すように、ウエハの上下を反転させる。
次に、ＣＭＰ法、ＲＩＥ法、ＢＧＲ法、もしくはこれら３つの方法の組合せにより、ウエハ裏面材料であるシリコン基板３３、ＳｉＯ２膜（酸化シリコン膜）３４を除去して、図２２Ｂに示すように、シリコン層３５、並びに先に形成された溝及びコンタクトホール内の絶縁層２５を露出させる。これにより、絶縁層２５からアライメントマークの絶縁層１３が形成される。また、パッド部の絶縁層２５はコンタクト層の周りの絶縁膜１４となるものである。
その後は、図７Ｃ〜図１３Ｂに示した工程を経て、図１に示した固体撮像素子１を製造することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像素子１によれば、撮像領域２０の周辺において、シリコン層２を貫通して絶縁層１３が埋め込まれて形成されているので、固体撮像素子１を製造する際に、この絶縁層１３をアライメントマーク（位置合わせマーク）として利用して、受光センサ部のフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７との位置合わせを行うことが可能になる。これにより、オンチップレンズ７を正確に所定の位置にフォトダイオードＰＤと位置合わせして形成することが可能になる。
また、パッド部において、シリコン層２の表面側の配線層１１に接続して、シリコン層２に埋め込まれた絶縁層１４内にコンタクト層１２が形成され、このコンタクト層１２を介して、表面に形成された電極層１５と配線層１１とが接続されている。これにより、絶縁層１４により、シリコン層２とコンタクト層１２とが絶縁され、電極層１５によるパッドが構成される。
そして、シリコン層２に絶縁層１３を埋め込んでから受光センサ部のフォトダイオードＰＤを形成すれば、絶縁層１３をアライメントマークとして用いて、フォトダイオードＰＤを所定の位置に正確に形成することができる。
また、パッド部のシリコン層２に絶縁層１４を埋め込んでから、絶縁層１４内にコンタクトホールを形成し、このコンタクトホール内に導電材料を埋め込んで配線層１１に接続することにより、配線層１１及び電極層１５を接続するコンタクト層１２を形成し、絶縁層１４によりシリコン層２とコンタクト層１２とを絶縁することができる。
従って、本実施の形態によれば、裏面照射型構造の固体撮像素子において、受光センサ部のフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７との位置合わせマークとパッドとを形成することが可能になるため、裏面照射型構造の固体撮像素子を実現することが可能となる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率１００％を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
次に、本発明の他の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）を図２３に示す。
この固体撮像素子１１０は、特に撮像領域２０の周辺において、フォトダイオードＰＤが形成された第１のシリコン層（単結晶シリコン層）２に、アライメントマークとして第２のシリコン層（例えば、非晶質シリコン層や多結晶シリコン層）１７が埋め込まれている。さらに、この第２のシリコン層１７上の絶縁層１９に、金属層１６が形成されている。
また、パッド部においても、図１の絶縁層１４の代わりに、第２のシリコン層１８が埋め込まれている。そして、配線層１１及び電極層１５を接続するコンタクト層１２と、埋め込まれた第２のシリコン層１８とを絶縁するために、コンタクト層１２と第２のシリコン層１８との間に、絶縁層１９が入っている。
なお、絶縁層１９は、図１の平坦化層５と同じ絶縁材料を使用することも可能であるが、形成方法が平坦化層５とは異なる。
この場合には、金属層１６及び絶縁層１９の光の反射率が異なるため、金属層１６がフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７の位置合わせのためのアライメントマークとなる。
その他の構成は、先の実施の形態の固体撮像素子１と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施の形態の固体撮像素子１１０は、例えば次のようにして製造することができる。
パッド部のコンタクトホール形成以前のプロセスフローは、絶縁層１３，１４が第２のシリコン層１７，１８に変わる以外、先の実施の形態の固体撮像素子１を製造する場合と同様である。図示しないが、フォトダイオードＰＤを形成する際には、撮像領域２０の周辺に埋め込まれた第２のシリコン層１７の表面が突出しているため、この第２のシリコン層１７を利用してフォトダイオードＰＤの位置合わせを行うことができる。
ここでは、図８Ｂに示した状態に相当する、パッド部のコンタクトホールを開口した状態から説明する。
図２４Ａに示すように、撮像領域２０（図２３参照）の周辺において、フォトダイオードＰＤが形成された第１のシリコン層２に第２のシリコン層１７が埋め込まれ、コンタクトホールの周囲に第２のシリコン層１８が埋め込まれた状態から、コンタクトホールを埋めて全面に絶縁層３７を形成する。
次に、図２４Ｂに示すように、表面にフォトレジスト３８を形成する。さらに、図２４Ｃに示すように、フォトレジスト３８を露光・現像して、フォトレジスト３８に開口を形成する。このとき、アライメントマークの部分にも開口を形成する。
次に、図２５Ａに示すように、フォトレジスト３８をマスクとして、絶縁層３７をエッチングする。これにより、パッド部に配線層１１に達する溝が形成されると共に、アライメントマーク部にも溝が形成される。その後、図２５Ｂに示すように、フォトレジスト３８を除去する。
次に、図２５Ｃに示すように、パッド部の孔とアライメントマーク部の溝を埋めて全面的に、Ｗ等の金属層３９を形成する。なお、必要に応じて、金属層３９をコンタクトホールに埋め込んで形成する際に、予め下地にバリアメタル膜を形成しておくようにする。
次に、図２６Ａに示すように、表面の金属層３９を除去する。これにより、パッド部の孔内及びアライメントマーク部の溝内のみに金属層３９が残る。パッド部の溝内の金属層３９がコンタクト層１２となり、アライメントマーク部の溝内の金属層３９がアライメントマークの金属層１６となる。コンタクト層１２及び第２のシリコン層１８は、これらの間に埋め込まれた絶縁層３７（図１の絶縁層１９となる）により絶縁される。
次に、図２６Ｂに示すように、表面に電極層１５を成膜する。
その後は、図１１Ｂ〜図１３Ｂに示したと同様の工程を経て、図２３に示した固体撮像素子１１０を製造することができる。
このような製造工程を行うことにより、金属層１６をアライメントマークとして利用して、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７を位置ずれなく形成することができ、また電極層１５によりパッドを形成することも可能となり、裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造することができる。
上述した製造方法では、シリコン基板２１を用いているが、図１８Ａに示したＳＯＩ基板３６を用いて図２３に示した固体撮像素子１１０を製造することも可能であり、その場合も、基本的な工程の流れは変わらない。ＳＯＩ基板３６のシリコン層３５が、本実施の形態における第１のシリコン層２となる。
また、本実施の形態では、溝に第２のシリコン層１７，１８を埋め込むため、埋め込み材料が窒化膜だけでなく酸化膜ともエッチングの選択性を有しており、図３Ｂ〜図５Ｂに示したＳｉＮ膜２３の代わりに酸化膜を用いることも可能になる。
上述の本実施の形態の固体撮像素子１１０によれば、撮像領域２０の周辺において、第１のシリコン層２を貫通して第２のシリコン層１７が埋め込まれて形成され、第２のシリコン層１７上に金属層１６が形成されているので、固体撮像素子１１０を製造する際に、この金属層１６をアライメントマーク（位置合わせマーク）として利用して、受光センサ部のフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７との位置合わせを行うことが可能になる。これにより、オンチップレンズ７を正確に所定の位置にフォトダイオードＰＤと位置合わせして形成することが可能になる。
また、パッド部において、第１のシリコン層２の表面側の配線層１１に接続して、第１のシリコン層２に埋め込まれた第２のシリコン層１８内に絶縁層１９を介してコンタクト層１２が形成され、このコンタクト層１２を介して、表面に形成された電極層１５と配線層１１とが接続されている。これにより、絶縁層１９により、第２のシリコン層１８とコンタクト層１２とが絶縁され、電極層１５によるパッドが構成される。
そして、第１のシリコン層２に第２のシリコン層１７を埋め込んでから受光センサ部のフォトダイオードＰＤを形成すれば、第２のシリコン層１７をアライメントマークとして用いて、フォトダイオードＰＤを所定の位置に正確に形成することができる。
また、パッド部の第１のシリコン層２に第２のシリコン層１８を埋め込んでから、第２のシリコン層１８内に絶縁層１９を埋め込んで形成し、さらにこの絶縁層１９内にコンタクトホールを形成して、このコンタクトホール内に導電材料を埋め込んで配線層１１に接続することにより、配線層１１及び電極層１５を接続するコンタクト層１２を形成し、絶縁層１９により第２のシリコン層１８とコンタクト層１２とを絶縁することができる。
従って、本実施の形態によれば、裏面照射型構造の固体撮像素子において、受光センサ部のフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７との位置合わせマークとパッドとを形成することが可能になるため、裏面照射型構造の固体撮像素子を実現することが可能となる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率１００％を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
なお、図３Ａ〜図１３Ｂに示した製造工程では、図４Ｃに示したように、アライメントマーク用の溝とパッド部のコンタクトホールとを同時に形成したが、これらアライメントマーク用の溝とパッド部のコンタクトホールとを別々に形成することも可能である。
これらを別々に形成した場合の製造工程を次に示す。
この場合には、アライメントマークを先に形成して、コンタクトホールは後から形成するため、図７Ｂと同じ段階において、図２７Ａに示すように、コンタクトホールの絶縁層２５がなく、その他は図７Ｂと同じ状態になる。
続いて、表面にフォトレジスト４０を形成して、これを露光・現像して、図２７Ｂに示すように、パッド部のフォトレジスト４０に開口を形成する。
次に、フォトレジスト４０をマスクとしてシリコン層２をエッチングして、配線部の絶縁層３に達する凹部（コンタクトホール）を形成し、その後、図２７Ｃに示すように、フォトレジスト４０を除去する。
次に、図２８Ａに示すように、凹部を埋めて全面にＳｉＯ２層４１を形成する。
その後、図２８Ｂに示すように、ＣＭＰ法もしくはＲＩＥ法により、表面のＳｉＯ２層４１を除去する。これにより、凹部内のみにＳｉＯ２層４１が残る。これで、図７Ｂとほぼ同じ状態になった。
上述のようにアライメントマーク用の溝とパッド部のコンタクトホールとを別々に作った場合には、アライメントマーク用溝とパッドコンタクトホールに埋め込む材料をそれぞれ異ならせて、最適な材料を選定できる利点がある。
また、図２３の固体撮像素子１１０を形成する際も、第１のシリコン層に溝を形成する工程と、溝に第２のシリコン層を埋め込む工程とを、撮像領域の周辺とパッド部とで、同時に行うことも、別々に行うことも、いずれも可能である。また、撮像領域の周辺に第２のシリコン層を埋め込んでからフォトダイオードＰＤを形成し、その後パッド部に第２のシリコン層を埋め込むことも可能である。
続いて、本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）を図２９に示す。本実施の形態は、パッド部のコンタクト層及び電極層をデュアルダマシンで形成した構成である。
この固体撮像素子１２０は、特にパッド部において、断面Ｔ字状の電極層１５が、配線層１１に接続するように形成されている。電極層１５は、パッドとなる水平方向の部分１５Ａと、コンタクト層に相当する上下方向の部分１５Ｂとから構成されている。平坦化層５は、電極層１５上に開口を有している。また、絶縁層１４は、図１の固体撮像素子１と比較して広く形成されている。
その他の構成は、図１に示した固体撮像素子１と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施の形態の固体撮像素子１２０は、次のようにして製造することができる。
図３０Ａに、図７Ｃと同じ状態を示す。この場合も、図３Ａ〜図７Ｃに示したと同様の工程を経ているが、パッド部に形成された溝（第１の溝）内の絶縁層２５は、その内部にパッドも形成するので、コンタクト形成用のレジストマスク２６の開口よりも充分大きく形成している。
次に、図３０Ｂに示すように、フォトレジスト２６をマスクとして、パッド部の絶縁層２５及びパッド部の配線層１１上の絶縁層３に対してＲＩＥ法によりエッチングを行うことにより、これら絶縁層２５，３を貫通してパッド配線層１１に達するコンタクトホール（第２の溝）を形成する。このとき、フォトレジスト２６の開口がパッド部の絶縁層２５よりも充分小さいので、コンタクトホールの周囲に絶縁層２５が残る。
続いて、図３０Ｃに示すように、フォトレジスト２６を除去する。
次に、図３１Ａに示すように、コンタクトホール（第２の溝）を埋めて全面的に、フォトレジスト４２を形成する。そして、フォトレジスト４２を露光・現像して、図３１Ｂに示すように、パッド部のフォトレジスト４２に開口を形成する。このとき、開口の大きさは、コンタクトホール（第２の溝）より大きく、かつ絶縁層２５よりも小さくする。
次に、図３１Ｃに示すように、フォトレジスト４２をマスクとして、絶縁層２５を一部エッチングする。このとき、コンタクトホール内のフォトレジスト４２も一部除去される。これにより、コンタクトホール（第２の溝）よりも幅が狭い、パッド用の溝（第３の溝）が形成される。
続いて、図３２Ａに示すように、フォトレジスト４２を除去する。
次に、図３２Ｂに示すように、コンタクトホール及びパッド用の溝（第３の溝）を埋めて全面的に、コンタクト層の材料となる金属層２７、例えばＷ層を形成する。また、金属層２７をコンタクトホールに埋め込んで形成する際には、必要に応じて、予め下地にバリアメタル膜を形成しておくようにする。
次に、図３２Ｃに示すように、ＣＭＰ法もしくはＲＩＥ法によって、表面の金属層２７を除去する。これにより、コンタクトホール内及びパッド用の溝（第３の溝）内にのみ金属層２７が残り、パッドとなる水平方向の部分１５Ａと上下方向の部分１５Ｂとから成る、断面Ｔ字形状の電極層１５が形成される。
次に、図３３Ａに示すように、表面に、平坦化層５及びフォトレジスト４３を順次形成する。そして、フォトレジスト４３を露光・現像して、図３３Ｂに示すように、パッド部の電極層１５の上方のフォトレジスト４３に開口を形成する。
次に、フォトレジスト４３をマスクとして、平坦化層５をエッチングした後、図３３Ｃに示すように、フォトレジスト４３を除去する。これにより、パッド部の電極層１５上の平坦化層５が除去されて、電極層１５が表面に露出する。
その後は、図１２Ｃ〜図１３Ｂに示した工程と同様の工程を経て、オンチップレンズまでの各部品を形成して、図２９に示した固体撮像素子１２０を製造することができる。
このような製造工程を行うことにより、絶縁層１３をアライメントマークとして利用して、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７を位置ずれなく形成することができ、また電極層１５によりパッドを形成することも可能となり、裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子を製造することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像素子１２０によれば、先の実施の形態の固体撮像素子１と同様に、裏面照射型構造の固体撮像素子において、受光センサ部のフォトダイオードＰＤとオンチップレンズ７との位置合わせマークとパッドとを形成することが可能になるため、裏面照射型構造の固体撮像素子を実現することが可能となる。
これにより、裏面照射型構造によって斜め光の実効開口率１００％を達成することが可能になり、感度を大幅に向上し、またシェーディングレスを実現することが可能となる。
また、本実施の形態の固体撮像素子１２０では、特にパッド部において、断面Ｔ字状の電極層１５が、配線層１１に接続するように形成されているため、コンタクト層と電極層とを同じ工程で同時に形成することが可能になる。これにより、コンタクト層の形成工程の工程数を抑制することが可能になる。さらに、コンタクト層と電極層とが同一材料で同時に形成可能となるため、コンタクト層と電極層との接触抵抗が生じない利点を有している。
なお、上述の各実施の形態では、固体撮像素子１，１１０，１２０に、アライメントマークとして用いた絶縁層１３や金属層１６が残っている構成としたが、例えばアライメントマークを図２Ａの各チップ１０１の境界付近に形成した場合には、ダイシング等により各チップに分割する際に、アライメントマークが一部又は全部除去されることがある。
また、上述の実施の形態では、裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子に本発明を適用したが、裏面照射型構造を有するその他の構成の固体撮像素子にも、同様に本発明を適用することができる。
例えば、裏面照射型構造を有するＣＣＤ固体撮像素子等において、本発明を適用して、アライメントマークやパッドの電極を形成することが可能である。
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。 Ａ，Ｂ アライメントマークの位置を説明する図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ、Ｂ 図１の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子の他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子のさらに他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子のさらに他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子のさらに他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子のさらに他の製造方法を説明する工程図である。 Ａ、Ｂ 図１の固体撮像素子のさらに他の製造方法を説明する工程図である。 本発明の他の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。 Ａ〜Ｃ 図２３の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図２３の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ、Ｂ 図２３の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図１の固体撮像素子のさらに別の製造方法を説明する工程図である。 Ａ、Ｂ 図１の固体撮像素子のさらに別の製造方法を説明する工程図である。 本発明のさらに他の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。 Ａ〜Ｃ 図２９の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図２９の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図２９の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ａ〜Ｃ 図２９の固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 表面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図である。 裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図である。 Ａ〜Ｃ 裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。 Ｄ、Ｅ 裏面照射型構造のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造方法を説明する工程図である。
符号の説明
１，１１０，１２０ 固体撮像素子、２ シリコン層（第１のシリコン層）、３，１３，１４，１９ 絶縁層、４，１１ 配線層、５ 平坦化層、６ カラーフィルター、７ オンチップレンズ、８ 支持基板、９，１０ 接着層、１２ コンタクト層、１５ 電極層、１６ 金属層、１７，１８ 第２のシリコン層、２０ 撮像領域、１００ ウエハ、１０１ チップ

Claims (19)

  1. 光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、
    前記シリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
    前記シリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、
    撮像領域の周辺において、前記シリコン層に、位置合わせマークとして用いられる絶縁層が埋め込まれて形成され、
    前記シリコン層の前記裏面側に形成されたパッド部の電極層と前記表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、前記シリコン層と前記コンタクト層とを絶縁する絶縁層が埋め込まれて形成されている
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  2. 光電変換が行われる受光センサ部が形成され、単結晶シリコン層から成る第１のシリコン層と、
    前記第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
    前記第１のシリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有し、
    撮像領域の周辺において、前記第１のシリコン層に、非晶質シリコン層又は多結晶シリコン層から成る第２のシリコン層が埋め込まれて形成され、
    前記第１のシリコン層上に絶縁層が形成され、
    前記絶縁層の、前記第２のシリコン層上の部分に、位置合わせマークとして用いられる金属層が埋め込まれて形成され、
    パッド部において、前記シリコン層の前記裏面側に形成された電極層と前記表面側の配線層とを接続するコンタクト層の周囲に、前記絶縁層が埋め込まれて形成され、さらに前記絶縁層の周囲に前記第２のシリコン層が埋め込まれて形成されている
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  3. 光電変換が行われる受光センサ部が形成されたシリコン層と、
    前記シリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
    前記シリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
    撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程と、
    パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程と、
    撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、
    パッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、
    少なくとも前記撮像領域の周辺に前記絶縁層を埋め込んだ後に、前記シリコン層に受光センサ部を形成する工程と、
    前記シリコン層の前記表面側に、前記配線層を形成する工程と、
    前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層内に導電材料を埋め込んで、前記パッド部の配線層に接続する工程と、
    前記撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた絶縁層を位置合わせマークとして用いて、前記シリコン層の裏面側に前記レンズを形成する工程とを有する
    ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
  4. 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程において、窒化シリコン層をマスクとして用いて前記シリコン層をエッチングして、その後に前記窒化シリコン層を残した状態で前記溝に前記絶縁層として酸化シリコン層を埋め込み、表面の前記酸化シリコン層を除去して前記酸化シリコン層を前記溝内のみに残し、その後前記窒化シリコン層を除去して表面に前記酸化シリコン層を突出させ、続いて前記シリコン層に前記受光センサ部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  5. シリコン基板と酸化シリコン膜とシリコン層とが積層されて成る積層基板を使用して、前記積層基板の前記シリコン層に対して、その撮像領域の周辺及びパッド部にそれぞれ前記溝を形成し、前記配線層を形成した後に前記積層基板のシリコン基板及び酸化シリコン膜を除去することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  6. 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程とを同時に行うことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  7. 撮像領域の周辺の前記シリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程と、パッド部の前記シリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された前記溝に絶縁層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  8. 撮像領域の周辺に形成された前記溝に絶縁層を埋め込んだ後に、前記シリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の前記シリコン層に溝を形成し、この溝に絶縁層を埋め込むことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。
  9. 前記配線層を形成する工程の後に、前記シリコン層の裏面側を除去して前記シリコン層を薄くする工程を行い、その後前記導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程を行うことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  10. 撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層を、前記シリコン層の裏面側を除去する際の終点検出に用いることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法。
  11. 前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記絶縁層に、前記絶縁層よりも幅が狭く、前記絶縁層を貫通して前記パッド部の配線層に達する第２の溝を形成し、前記第２の溝の上部に前記絶縁層よりも幅が狭く、かつ前記第２の溝よりも幅が広い第３の溝を形成し、その後前記第２の溝及び前記第３の溝に前記導電材料を埋め込んで前記パッド部の配線層に接続することを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
  12. 光電変換が行われる受光センサ部が形成された第１のシリコン層と、
    前記第１のシリコン層の表面側に形成された配線層とを少なくとも有し、
    前記第１のシリコン層の前記表面側とは反対の裏面側にレンズが形成された構造を有する固体撮像素子を製造する方法であって、
    撮像領域の周辺の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程と、
    パッド部の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程と、
    撮像領域の周辺に形成された前記溝に、非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、
    パッド部に形成された前記溝に、非晶質シリコン又は多結晶シリコンから成る第２のシリコン層を埋め込む工程と、
    少なくとも前記撮像領域の周辺に前記第２のシリコン層を埋め込んだ後に、前記第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程と、
    前記第１のシリコン層の前記表面側に、前記配線層を形成する工程と、
    前記パッド部の前記溝に埋め込まれた前記第２のシリコン層内に、コンタクトホールを形成する工程と、
    前記コンタクトホール内を埋めて、かつ前記撮像領域の前記第１のシリコン層上にもわたるように、絶縁層を形成する工程と、
    前記コンタクトホール内を埋めた前記絶縁層内を貫通して、前記配線層に達する溝を形成する工程と、
    前記絶縁層内に形成された前記溝に導電材料を埋め込んで前記パッド部の前記配線層に接続する工程と、
    前記絶縁層のうち、前記撮像領域の周辺の前記第２のシリコン層上の部分に金属層を埋め込む工程と、
    前記金属層を位置合わせマークとして用いて、前記第１のシリコン層の裏面側に前記レンズを形成する工程とを有する
    ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
  13. シリコン基板と酸化シリコン膜と前記第１のシリコン層とが積層されて成る積層基板を使用して、前記積層基板の前記第１のシリコン層に対して、その撮像領域の周辺及びパッド部にそれぞれ前記溝を形成し、前記配線層を形成した後に前記積層基板のシリコン基板及び酸化シリコン膜を除去することを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
  14. 撮像領域の周辺の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程と、パッド部の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程とを同時に行い、撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部に形成された前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込む工程とを同時に行うことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
  15. 撮像領域の周辺の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程及び撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込む工程と、パッド部の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程及びパッド部に形成された前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込む工程とをそれぞれ別々に行うことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
  16. 撮像領域の周辺に形成された前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込んだ後に、前記第１のシリコン層に受光センサ部を形成する工程を行い、その後パッド部の前記第１のシリコン層に溝を形成し、この溝に前記第２のシリコン層を埋め込むことを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法。
  17. 前記配線層を形成する工程の後に、前記第１のシリコン層の裏面側を除去して前記第１のシリコン層を薄くする工程を行い、その後前記導電材料を埋め込んで配線層に接続する工程を行うことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
  18. 撮像領域の周辺の前記溝に埋め込まれた前記第２のシリコン層を、前記第１のシリコン層の裏面側を除去する際の終点検出に用いることを特徴とする請求項１７に記載の固体撮像素子の製造方法。
  19. 撮像領域の周辺の前記第１のシリコン層に溝を形成する工程において、絶縁層をマスクとして用いて前記第１のシリコン層をエッチングして、前記絶縁層を残した状態で前記溝に前記第２のシリコン層を埋め込み、表面の前記第２のシリコン層を除去して前記第２のシリコン層を前記溝内のみに残し、前記絶縁層を除去して表面に前記第２のシリコン層を突出させ、続いて前記第１のシリコン層に前記受光センサ部を形成する工程を行うことを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法。
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