(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成されたボンディングパッドと、
前記ボンディングパッドを覆うために、前記半導体基板を覆って形成された酸化物層と、
前記酸化物層を平坦化するために、該酸化物層上に形成されたスピン−オン−グラスと、
前記スピン−オン−グラス上に形成された酸窒化シリコン層と、
前記酸窒化シリコン層上に形成された色フィルタと
を具備し、
前記色フィルタを少なくとも受光部上方に設置し、該色フィルタは青色の色フィルタである半導体イメージセンサ。
【請求項２】
前記スピン−オン−グラスと前記酸窒化シリコン層との間に配置されたＴＥＯＳ酸化物をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記酸化物層が、シリコンリッチ酸化物であることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記色フィルタが、青色フィルタであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記スピン−オン−グラスの透過率が、光が前記青色フィルタを介して前記スピン−オン−グラスを通過する際に、約８６％であることを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
前記酸窒化シリコン層の厚さが、約７０００オングストロームであることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体イメージセンサに関する。より詳細には、本発明は、高めた青色光透過率を有する半導体デバイスが組み込まれたイメージセンサの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、荷電結合デバイス(ＣＣＤ)は、イメージセンサとして用いられている。ＣＣＤ技術は、多年にわたって開発されてきており、現在では、十分に発達し、かつ、安定した状態にある。相補型金属酸化膜半導体(ＣＭＯＳ)イメージセンサ技術は、ＣＣＤ技術よりも新しいが、解像度および質の点においてＣＣＤに劣っている。しかしながら、それでもなお、ＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＭＯＳ製造工程の利用による低い製造コストのような他の利点を有している。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサの技術は安定しておらず、製法の大部分が未だに研究段階であるが、ＣＣＤと比較した場合に、ＣＭＯＳイメージセンサには、画像処理の目的のために、ウェーハがより容易に組み込まれる。それゆえに、ＣＭＯＳイメージセンサに関するＩＣデバイスの集積化については、著しく増大することができる。これにより、製造コストは低下し、寸法も縮小し、かつ、電力消費も減少する。これら全ての利点はＩＣデバイスの価値を高めている。したがって、ＣＭＯＳイメージセンサは、将来において、ＣＣＤに取って代わり、かつ、主要な役割を果たすことが予測される。
【０００４】
しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサに関しては、、半導体イメージセンサにおいて用いられる半導体構造に関する光の透過率は、イメージセンサの質に著しく影響を及ぼす重要な要因である。例えば、光の透過率が十分に高いことは肝要なことである。高い透過率のみによって、光が、半導体基板において十分な強さの電界を備えた空乏領域に到達することが可能となる。到達すると、送られた光は、光エネルギーの励起により正孔の組を誘導し、かつこれにより、さまざまな波長を有する光が前記半導体構造を保護している不活性化層を貫通するときに、真性の（intrinsic）空乏領域内に電流が生じる。
【０００５】
図１を参照すると、ボンディングパッド１０２が、ＣＭＯＳセンサ（図示せず）を有する半導体基板１００上に形成され、これにより、該半導体基板１００上のデバイスと接続されている。約５０００オングストロームおよび約７０００オングストロームの厚さをそれぞれ有する、リン珪酸ガラス（ＰＳＧ）と窒化シリコン（ＳｉＮx）とからなる不活性化層１０４は、下に存在するデバイスを損傷から保護するために、ボンディングパッド１０２上に形成されている。半導体基板１００上におけるデバイスの形成と、特にボンディングパッド１０２の存在とによって、不活性化層１０４の表面は、非常にでこぼこしている。不活性化層１０４の表面を平坦にするために、この不活性化層１０４上に平坦膜１０６を形成することが必要である。この平坦膜（plain film）１０６については、ポリイミドまたはアクリル樹脂から、約１６０００オングストロームまでの厚さに作ることができる。その後に、色フィルタ１０８が平坦膜１０６上に形成され、かつ、光は、この色フィルタ１０８を通って半導体基板１００に到達する。
【０００６】
前記不活性化層１０４内の窒化シリコンによる青色光の透過率は、光が青色フィルタ１０８を通過するときには約７０％である。この理由は、図２に示されるように、約４６０ｎｍの青色光の波長が短いためである。図２の曲線２００は、光が青色フィルタを通過して窒化シリコンを貫通するときの、窒化シリコンの透過率を表している。さらに、光が通過する際の平坦膜１０６の透過率は、約９５％である。結果として、これら２つの膜の全体としての透過率は約６５％に過ぎない。この窒化シリコンによる青色光の不十分な透過率によって、半導体基板１００が電流誘導のために不十分な光しか受け取れず、このことが誤った情報の元となる。
【０００７】
さらに、前記平坦膜それ自体は高分子材料から作られているので、ボンディングパッドを露出するために平坦膜１０６と不活性化層１０４とをエッチングするときに、ポリマーは容易に生成され、かつ、ウェーハを覆う。これらの層をエッチングする速度は、エッチングする必要のあるこれらの層を前記ポリマーが覆っているときに明らかに減少する。さらに、平坦膜１０６は、ほとんど１６０００オングストロームの厚さである。前記エッチング工程は、これらの理由のために実行するのが困難である。それゆえに、ウェーハに関するエッチング工程は、少なくとも６分の時間を必要とし、かつ、反応室を清潔に保つための予防保守（ＰＭ）が、１５個のウェーハをエッチングした後に必要である。エッチング時間が長過ぎるので、予防保守間の間隔は短過ぎ、かつ、平坦膜１０６をエッチングするためのエッチング液も高価であり、半導体イメージセンサをラインにおいて製造してかつ製品を量産するためにこの工程を用いることには何の将来性もない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題および課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、青色光の透過率を高めた半導体イメージセンサを提供する。
【０００９】
さらに、本発明は、エッチング時間を短縮しかつ予防保守間の間隔を長くすることができる半導体イメージセンサを提供する。結果として、製造コストは低下し、かつ、この半導体イメージセンサは、ラインにおける量産に適している。
【００１０】
具体化されかつ本明細書中に広範に説明されるように、この目的および利点を達成するために、かつ、本発明の目的によれば、本発明は、ボンディングパッドを備えた半導体を有する半導体イメージセンサに向けられている。酸化物層（oxide layer）は、前記ボンディングパッドを覆うために前記半導体上に配置される。スピン−オン−グラス（ＳＯＧ）は、前記酸化物層を覆う。酸窒化シリコン層（silicon-oxy-nitride layer）（ＳｉＯxＮy）は、前記ＳＯＧを覆い、かつ、色フィルタは、前記酸窒化シリコン層上に配置される。
【００１１】
本発明は、従来技術における窒化シリコンの不活性化層と平坦膜とに取り替えるために、高い透過率を有する酸窒化シリコン層とＳＯＧとを利用する。半導体イメージセンサの透過率が高められるだけでなく、前記色フィルタの下に存在する前記膜の表面形状（topography）が平面になる。
【００１２】
前述の概略的な記載および以下の詳細な説明は、両方ともに例示的かつ説明的なものに過ぎず、請求の範囲にあるような本発明を制限するものではないことが理解される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
添付図面は、本発明に関するさらなる理解を提供するために備えられており、かつ、本明細書中に組み込まれ、かつ、本明細書の一部を構成している。これらの図面は、本発明の実施形態を示しており、かつ、記載とともに、本発明の原理を説明する。これらの図面において、
図１は、従来技術における半導体イメージセンサを示す概略的な断面図である。
図２は、光が青色フィルタを通って窒化シリコン層を通過するときの窒化シリコンの透過率を示す図である。
図３は、本発明による好ましい実施形態における半導体イメージセンサを示す概略的な断面図である。
図４は、光が青色フィルタを通ってＳＯＧ内に入るときのＳＯＧの透過率を示す図である。
図５は、光が通過するときの酸窒化シリコン層の透過率を示す図である。
図６は、光が青色フィルタを通って酸窒化シリコン層内に入るときの酸窒化シリコン層の透過率を示す図である。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態に対しては、参照番号が詳細に付され、これらの参照番号の例は、添付図面において示されている。同一または類似の部分を参照する場合に、図面および記載においては、可能な限り同一の参照番号が用いられている。
【００１５】
図３は、本発明による半導体イメージセンサを示す断面図を示している。集積回路技術により製造されるＣＭＯＳのような、受光部と電荷移動部とを備えるセンサ（図示せず）は、半導体基板３００上に形成されている。ボンディングパッド３０２は、半導体基板３００上にあるデバイスと電気的に接続されるために、半導体基板３００上に形成されている。高シリコン酸化物（silicon-rich oxide：ＳＲＯ）またはＰＳＧのような酸化物層３０４は、化学蒸着（ＣＶＤ）により、例えば、ボンディングパッド３０２を覆って形成され、これにより、不活性化層の一部として機能する。この不活性化層は、下に存在するデバイスが機械的に損傷を受けかつ該デバイスに湿気やアルカリイオンが浸透するのを防いでいる。同時に、酸化物層３０４は、半導体基板３００と、ボンディングパッド３０２と、その後の工程における材料との間の密着性を向上させる。
【００１６】
次に、スピン−オン−グラス（ＳＯＧ）３０６は、例えば、該ＳＯＧが珪酸塩またはシロキサンであり得る適切な溶媒を用いて回転され、かつ、酸化物層３０４上にコーティングされている。高い流動性（fludity）を有する液状のＳＯＧ３０６は、回転コーティング（spin-coat）される際に用いられ、これによって、ＳＯＧ３０６により酸化物層３０４上に平坦な表面が形成される。ＳＯＧ３０６の所望の厚さと均一性とを得るために、２０００オングストロームの厚さまで２度ＳＯＧ３０６を回転コーティングすることが必要である。ＳＯＧ３０６が形成された後に、エッチバック工程が実行され、かつ、その結果として、ＳＯＧ３０６において平坦な表面形状が得られる。しかしながら、ＳＯＧ３０６は、平坦化された材料のために用いられるだけではない。図４の曲線４００に示されているように、青色光に関するＳＯＧ３０６の透過率は、光が青色フィルタを通過して次にＳＯＧ３０６を通過する際に８６％に到達する。したがって、青色光に関するＳＯＧ３０６の透過率は、従来技術の窒化シリコンの透過率と比較すると約２０％だけ上昇する。さらに、ＳＯＧ３０６は、反射防止の能力があり、かつ、ＳＯＧ３０６をエッチングすることは難しくないので、ＳＯＧ３０６は、本発明において好ましく平坦化された材料として用いるために、従来技術の平坦膜１０６（図１）に取って代わることができる。
【００１７】
図３をさらに参照すると、例えば、プラズマ化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）の利用は、ＳＯＧ３０６上に酸化物層３０８を形成し、これにより、ＳＯＧ３０６とその後に続く材料との密着性を向上させている。ＴＥＯＳ酸化物のような酸化物層３０８は、ＴＥＯＳをソースガスとして用いることにより形成される。酸化物層３０８の存在は、製造工程の必要性に依存する。その後に、約７０００オングストロームの厚さの酸窒化シリコン層３１０が、ＳｉＨ4，Ｎ2Ｏ，およびＮ2をソースガスとして用いる化学蒸着により形成される。この酸窒化シリコン層３１０は、不活性化層の一部のために用いられる。図５の曲線５００に示されているように、光に対する酸窒化シリコン層３１０の透過率は１００％に到達し、かつ、図６の曲線６００に示されているように、青色光に関する酸窒化シリコン層３１０の透過率は約８４％である。したがって、酸窒化シリコン層３１０の透過率は、従来技術の窒化シリコンよりも高い。さらに、酸素が酸窒化シリコン層３１０から放たれ、これにより、幾つかの浄化工程が容易に実行される。
【００１８】
次に、青色フィルタのような色フィルタ３１２が、酸窒化シリコン層３１０上に形成されている。したがって、青色光が生成され、かつ、該青色光は、図３に示すように、光が青色フィルタ３１２を貫通するときに、該色フィルタ３１２の下に存在する材料を通過して半導体基板３００へ達することが可能である。
【００１９】
本発明における、青色に関するＳＯＧ３０６の透過率が従来技術の窒化シリコン層の透過率よりも高く、かつ、酸窒化シリコン層３１０の透過率が平坦膜の透過率よりも高いので、酸窒化シリコン層３１０およびＳＯＧ３０６の全体としての透過率は、ほぼ８６％に等しい。結果として、本発明において製造された構造体の透過率は増加し、これにより、半導体基板３００に到達する光は、電流を誘導するのに十分強くなり、かつそれゆえに、正しい情報が送られる。
【００２０】
酸窒化シリコン層３１０およびＳＯＧ３０６の厚さは、従来技術における窒化シリコンや平坦膜よりも薄いので、エッチング工程にはポリイミドをエッチングするような問題は何もない。それゆえに、ボンディングパッド３０２を露出するためにこれらの層をエッチングする時間は、１つのウェーハ当たり２分に短縮され、かつ、ＰＭ間の間隔については長くすることができる。
【００２１】
本発明は、ＳＯＧおよび酸窒化シリコン層を、従来技術の平坦膜および窒化シリコン層の代わりに用いており、これにより、半導体イメージセンサの青色光の透過率を、約２０％高めている。さらに、エッチング時間が短縮され、かつ、ＰＭ間の間隔が長くなり、これにより、製造時間が短縮され、かつ、製造コストが低下する。したがって、本発明は、特にライン生産および量産における適用に適している。
【００２２】
本明細書について考慮してかつ本明細書中に説明された発明を実施することによって、当業者は、本発明に関する他の実施形態を考えつくことになる。冒頭のクレームにより示されている本発明の真の範囲および精神に関して、本明細書およびその例が単に例示に過ぎないと考えるべきであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術における半導体イメージセンサを示す概略的な断面図である。
【図２】  光が青色フィルタを通って窒化シリコン層を通過するときの窒化シリコンの透過率を示す図である。
【図３】  本発明による好ましい実施形態における半導体イメージセンサを示す概略的な断面図である。
【図４】  光が青色フィルタを通ってＳＯＧ内に入るときのＳＯＧの透過率を示す図である。
【図５】  光が通過するときの酸窒化シリコン層の透過率を示す図である。
【図６】  光が青色フィルタを通って酸窒化シリコン層内に入るときの酸窒化シリコン層の透過率を示す図である。
【符号の説明】
３００  半導体基板
３０２  ボンディングパッド
３０４  酸化物層
３０６  スピン−オン−グラス
３０８  酸化物層
３１０  酸窒化シリコン層
３１２  色フィルタ
【図１】
0003654336.tif 000002
【図２】
0003654336.tif 000003
【図３】
0003654336.tif 000004
【図４】
0003654336.tif 000005
【図５】
0003654336.tif 000006
【図６】
0003654336.tif 000007