(57)【要約】【課題】  積層された膜の膜厚やパッドの表面の荒れなどの、従来測定が困難であった物理量を、固体撮像素子の製造過程において簡易にモニタすることを可能とし、チップ内あるいはウエハ内における固体撮像素子の特性ばらつきの迅速な評価、異常の早期検出ならびに対策の早期確立を可能とする。【解決手段】  固体撮像素子チップの周辺において品質モニタ用パターン１０４を配置する。この品質モニタ用パターン１０４は、画素部の膜構造の形成と同時に、同じ製造プロセス技術により形成され、平坦化膜の膜厚（２８，３２）やカラーフィルタ層（３０ａ〜３０ｃ）等の膜厚測定用パターン（ウ，オ）と、マイクロレンズの曲率やサイズの測定用パターン（イ，エ，カ）と、パッドの表面の荒れ測定用パターン（ア）と、を有する。【選択図】  図２
2006351853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ上に設けられた、少なくとも一つの孤立した品質モニタ用パターンを備える固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンは、固体撮像素子の画素部の製造プロセス技術を用いて、膜を遮光膜上に積層形成することによって構成され、かつ、前記品質モニタ用パターンは、前記遮光膜上に積層された膜の膜厚のモニタ用パターン、前記遮光膜上に積層された膜の屈折率のモニタ用パターン、マイクロレンズの仕上がり幅または曲率のモニタ用パターン、高さ方向に重なりをもって配置される層同士の重ね合わせ精度のモニタ用パターン、およびパッドの表面の光反射率のモニタ用パターンの少なくとも一つを備える固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンは、前記チップの周辺の空き領域において、固体撮像素子の画素部と同様に膜を遮光膜上に積層形成することによって構成され、かつ、積層形成された前記膜の各々は、前記チップの表面に対する平坦性が確保されている固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンは、パッドの表面の光反射率のモニタ用パターンを備え、かつ、そのモニタ用パターンにおけるパッドを構成する材料膜の下には、プローブ針が前記チップに貫通するのを防止するための多結晶シリコン膜が敷設されない固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンが複数、前記チップの角部に設けられている固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１に記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンが複数、前記チップ上の、パッドが形成される辺とは異なる辺において形成されている固体撮像素子。
【請求項７】
請求項１記載の固体撮像素子であって、
前記品質モニタ用パターンは、互いに近接して配置された一組の、前記遮光膜上に積層された膜の膜厚のモニタ用パターン、前記遮光膜上に積層された膜の屈折率のモニタ用パターン、マイクロレンズの仕上がり幅または曲率のモニタ用パターン、高さ方向に重なりをもって配置される層同士の重ね合わせ精度のモニタ用パターン、およびパッドの表面の光反射率のモニタ用パターンを備える固体撮像素子。
【請求項８】
チップ上に設けられた、少なくとも一つの孤立した品質モニタ用パターンを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記チップの画素部において遮光層を形成し、このとき、前記チップ上における前記画素部以外の空き領域における前記品質モニタ用パターンの形成領域においても遮光層を形成する第１の工程と、
前記チップの画素部において第１の透明平坦化膜を積層形成すると同時に、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても第１の透明平坦化膜を積層形成する第２の工程と、
前記チップの画素部においてカラーフィルタ層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、カラーフィルタ層を積層形成する第３の工程と、
前記チップの画素部において、前記カラーフィルタ層を埋め込む形態で第２の透明平坦化膜を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、前記カラーフィルタ層を埋め込む形態で第２の透明平坦化膜を積層形成する第４の工程と、
前記チップの画素部においてマイクロレンズ材層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、マイクロレンズ材層を積層形成する第５の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記チップの画素部におけるパッド部において、プローブ針の突き抜け防止機能をもつ多結晶シリコン層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においては、多結晶シリコン層を積層形成しない第６の工程と、
前記チップの画素部の多結晶シリコン層上に導電材料からなるパッドを積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、導電性材料からなるパッドを積層形成する第７の工程と、
前記チップの画素部において、前記パッド上の前記第１および第２の透明平坦化膜を除去してパッドを露出させ、このとき、前記品質モニタ用パターン形成領域においても、前記パッド上の前記第１および第２の透明平坦化膜を除去してパッドを露出させる第８の工程と、
を含む固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサ）およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー固体撮像素子は、半導体ウエハ上においてフォトリソグラフィー技術を利用して形成される。
【０００３】
各チップは、フォトセンサや電荷転送素子が形成された画素部（撮像領域）を有し、この画素部上に、カラーフィルタとマイクロレンズ（オンチップマイクロレンズ）が形成され、画素部の周辺にはパッド部が形成され、また、ウエハ上には、各チップを個別化するためのスクライブラインが形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
カラーフィルタ層の分光特性（透過率の波長依存性）は、フィルター層の厚さに大きく依存するため、これを精度よく形成することが望まれる。また、カラーフィルタの膜厚は塗布材料の粘度や塗布時の温度にも依存するため、規定のバラツキ内に形成されているか否かを常に、モニターするのが望ましい。
【０００５】
また、マイクロレンズの曲率が設計値からずれると、レンズの焦点距離が変わるため、フォトダイオード表面への集光状態が変わり固体撮像素子の感度に誤差が生じる。したがってマイクロレンズの曲率は、精密に制御する必要がある。
【０００６】
マイクロレンズは、平坦化膜上に感光性樹脂層を設け、パターニングした後、熱処理（ベーキング）によりその感光性樹脂材料を軟化させ、表面張力を利用して半球状とすることによって形成される。この形成工程において、カラーフィルタ層の厚さがばらつくと、平坦化膜の表面に凹凸ができ、この上に形成される感光性樹脂パターンの寸法に差が生じ、結果としてベーキング後のマイクロレンズの曲率に差が生じる。
【０００７】
このように、塗布により形成される膜は、下地の凹凸パターンの粗密により膜厚差ができるため、チップ内、さらにはウエハ内で差が生じ易く、膜厚のばらつきは、固体撮像素子の感度の低下に直接的に大きな影響を与えるため、積層形成される膜厚を、精度よく制御することが重要である。
【０００８】
また、パッド（外部接続端子）の表面の荒れは、ボンディングワイヤとパッドとの接続強度の低下および電気的接続性の低下につながるため、パッドの表面を適正な状態に保つことも重要である。
【特許文献１】特開２０００−１８３３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このように、固体撮像素子の製造において、膜厚の制御は重要であるが、従来、積層された平坦化膜、カラーフィルタ層、マイクロレンズ層などの主要な膜の膜厚が、各チップにおいて規格の範囲内となっているかを、直接に確認する手段はなかった。
【００１０】
つまり、積層膜の高さを測定するためには、測定の基準となる平坦面が必要であるが、そのような平坦面をウエハ上に見いだすことは困難である。すなわち、スクライブラインの底面は平坦面ではあるが、シリコンウエハの表面がエッチングされて段差があることから、シリコンウエハの表面上に形成された積層膜の厚みを測定するための基準とするには限界があった。
【００１１】
また、画素エリアでは、転送ゲートのゲート電極を含む多数のパターンが高密度で存在するため、各膜の表面に凹凸が生じており、したがって、膜厚測定の基準となる平坦面がない。よって、積層された膜の膜厚を直接に測定するのは極めて困難であった。
【００１２】
したがって、従来は、例えば、膜厚を異ならせた固体撮像素子のサンプルを多数、製造し、その完成品について、種々の駆動パルスを加えて動作させ、その出力信号を評価して、所望の分光特性を得るための各膜の最適な膜厚を求めている。
【００１３】
この方法では、各膜の最適な膜厚を得るために多数の工程を必要とし、時間がかかる。
【００１４】
また、例えば、塗布により形成される膜は、下地の凹凸パターンの粗密に応じて厚みが異なるため、チップ内やウエハ内で膜厚に差が生じやすい。したがって、その膜厚のばらつきが、固体撮像素子の特性にどのような影響を与えるのかを常時チェックし、不具合が生じる場合には早期に対策することが必要であるが、従来は、上記のとおり、固体撮像素子の特性から判断するしかなく、不具合の早期発見や、その不具合に対する対策の早期確立という点で、困難がある。
【００１５】
また、パッドの表面が荒れるとボンディングワイヤとパッドとの接続強度が低下するため、パッドの表面を適正な状態に保つことが重要である。パッド表面を荒らすことのない製造プロセスの条件出しのためには、固体撮像素子の製造過程において、パッドの表面の荒れを光の反射率に基づいてモニタするのが望ましい。
【００１６】
しかし、従来の固体撮像素子では、プローブ針が基板に貫通するのを防止するために、パッドの下に多結晶シリコン層（コンタクト層）が敷かれるのが通常であり、多結晶シリコン層の表面の微小な凹凸に起因して、パッドにおける光の反射率が低下するため、パッド表面の荒れを、正確にモニタする点でも困難がある。
【００１７】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、積層された膜の膜厚やパッドの表面の荒れなどの、従来測定することが難しかった物理量を、固体撮像素子の製造過程において簡易にモニタすることを可能とし、チップ内あるいはウエハ内における固体撮像素子の特性ばらつきの迅速な評価、異常の早期検出ならびに対策の早期確立を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の固体撮像素子は、チップ上に設けられた、少なくとも一つの孤立した品質モニタ用パターンを備える。
【００１９】
固体撮像素子のチップ内において、画素部とは別に、孤立した品質モニタパターンを設けることによって、積層された膜の膜厚やパッドの表面の荒れなどの、従来測定することが難しかった物理量を、固体撮像素子の製造過程において効率よくモニタすることが可能となる。
【００２０】
また、本発明の固体撮像素子では、前記品質モニタ用パターンが、固体撮像素子の画素部の製造プロセス技術を用いて、膜を遮光膜上に積層形成することによって構成され、かつ、前記品質モニタ用パターンは、前記遮光膜上に積層された膜の全体の膜厚あるいは少なくとも一つの膜の膜厚のモニタ用パターン、前記遮光膜上に積層された膜の全体の屈折率あるいは少なくとも一つの膜の屈折率のモニタ用パターン、マイクロレンズの仕上がり幅または曲率のモニタ用パターン、高さ方向に重なりをもって配置される層同士の重ね合わせ精度のモニタ用パターン、およびパッドの表面の光反射率のモニタ用パターンの少なくとも一つを備える。
【００２１】
この構成によれば、モニタ専用のパターンを用意することによって、膜の膜厚、屈折率、マイクロレンズの仕上がり幅や曲率、重なりをもって配置される層同士の重ね合わせ精度、パッドの表面の光反射率（表面の荒れの度合を示す）の少なくとも一つを、簡易にモニタすることが可能となる。また、この品質モニタ用パターンは原則として、遮光膜上に、画素部と同様の膜を積層して形成されるため、製造プロセスが複雑化することもない。
また、品質モニタ用パターンとして形成しているため、品質モニタ用パターン相互の比較によっても、容易に検出が可能となる。
【００２２】
また、本発明の固体撮像素子は、前記品質モニタ用パターンが、前記チップの周辺の空き領域において、固体撮像素子の画素部と同様に膜を遮光膜上に積層形成することによって構成され、かつ、積層形成された前記膜の各々は、前記チップの表面に対する平坦性が確保されているものを含む。
【００２３】
固体撮像素子チップにおいて、画素部の周辺には、かなりの空き領域が存在することに着目し、その空き領域に品質モニタ用パターンを形成し、チップ面積の増大を防ぐものである。また、膜の膜厚を測定するためには、品質モニタ用パターンにおける各層の平坦性を確保すること（具体的には、遮光膜の表面と、この遮光膜上に設けられた膜の表面とが、共にチップ表面に対して平行になるようにすること）が重要であるため、品質モニタ用パターンの形成領域において凹凸を生じさせるような層構造を避け、均一な層構造とすることによって、必要な平坦性を確保するものである。また、平坦性が確保されていることによって、マイクロレンズの幅や曲率も測定し易くなる。
【００２４】
また、本発明の固体撮像素子は、前記品質モニタ用パターンは、パッドにおける表面の光反射率のモニタ用パターンを含み、かつ、そのモニタ用パターンにおけるパッドを構成する材料膜の下には、プローブ針が前記チップに貫通するのを防止するための多結晶シリコン膜が敷設されないものを含む。
【００２５】
多結晶シリコンの表面の微妙な凹凸がパッドの光の反射率に影響する。そこで、品質モニタ用パターンにおけるパッド（ダミーパッド）を形成するとき、そのパッドの下に多結晶シリコンを敷かない構造を採用するものである。これにより、光の反射率測定によるパッドの表面の光反射率のモニタが可能となる。
【００２６】
また、本発明の固体撮像素子は、前記品質モニタ用パターンが複数、前記チップの角部に設けられているものを含む。
【００２７】
例えば、チップの四隅に品質モニタ用パターンを設けることにより、膜の膜厚やマイクロレンズの特性が、一つのチップ内でどのようにばらついているか、といった情報を効果的に取得することが可能となる。また、Ｘ，Ｙ方向の層間重ね合わせズレを計測したり、あるいは、フォトリソグラフィ工程における回転（ローテーション）に起因する製造ばらつきを計測したりすることも可能となる。
【００２８】
また、本発明の固体撮像素子は、前記品質モニタ用パターンが複数、前記チップ上の、パッドが形成される辺とは異なる辺において形成されるものを含む。
【００２９】
正規のパッドが配置される領域を避けて、品質モニタ用パターンを形成するものである。正規のパッドの形成を妨げずに、空き領域を有効に利用して、チップ面積を増やさずに品質モニタ用パターンを形成することができる。
【００３０】
また、本発明の固体撮像素子は、前記品質モニタ用パターンは、互いに近接して配置された一組の、前記遮光膜上に積層された膜の全体の膜厚あるいは少なくとも一つの膜の膜厚のモニタ用パターン、前記遮光膜上に積層された膜の全体の屈折率あるいは少なくとも一つの膜の屈折率のモニタ用パターン、マイクロレンズの仕上がり幅または曲率のモニタ用パターン、高さ方向に重なりをもって配置される層同士の重ね合わせ精度のモニタ用パターン、およびパッドの表面の光反射率のモニタ用パターンを備えるものを含む。
【００３１】
モニタ対象が異なる複数のパターンをばらばらに配置するのではなく、それらの各パターンを一組のパターンとして設計し、各パターンを常に、近接して配置するものである。これによって、膜の膜厚測定、マイクロレンズのサイズや曲率、パッド表面の荒れのいずれかを選択的にモニタしたり、あるいは、それらを同時に測定したりして、効率的に、必要な固体撮像素子の物理データ（特性データ）を取得することができる。
【００３２】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法では、チップ上に設けられた、少なくとも一つの孤立した品質モニタ用パターンを備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記チップの画素部において遮光層を形成し、このとき、前記チップ上における前記画素部以外の空き領域における品質モニタ用パターンの形成領域においても遮光層を形成する第１の工程と、前記チップの画素部において第１の透明平坦化膜を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても第１の透明平坦化膜を積層形成する第２の工程と、前記チップの画素部においてカラーフィルタ層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、カラーフィルタ層を積層形成する第３の工程と、前記チップの画素部において、前記カラーフィルタ層を埋め込む形態で第２の透明平坦化膜を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、前記カラーフィルタ層を埋め込む形態で第２の透明平坦化膜を積層形成する第４の工程と、前記チップの画素部においてマイクロレンズ材層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、マイクロレンズ材層を積層形成する第５の工程と、を含む。
【００３３】
共通の製造プロセスによって、画素部の形成と同時に、膜の膜厚ならびにマイクロレンズのサイズや曲率等のモニタ用のパターンを効率的に作成することができる。
【００３４】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記チップの画素部におけるパッド部において、プローブ針の突き抜け防止機能をもつ多結晶シリコン層を積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においては、多結晶シリコン層を積層形成しない第６の工程と、前記チップの画素部の多結晶シリコン層上に導電材料からなるパッドを積層形成し、このとき、前記品質モニタ用パターンの形成領域においても、導電性材料からなるパッドを積層形成する第７の工程と、前記チップの画素部において、前記パッド上の前記第１および第２の透明平坦化膜を除去し、このとき、前記品質モニタパターン形成領域においても、前記パッド上の前記第１および第２の透明平坦化膜を除去する第８の工程と、を含む。
【００３５】
この構成により、正規のパッドの形成と同時に、その正規のパッドと類似した構造をもつ、パッド表面の荒れモニタ用のパターンを効率的に構成することができる。モニタ用のパッドの下には多結晶シリコンを敷かない構造とすることによって、そのモニタ用のパッドの表面の平坦性を確保することができ、光の反射率の正確な測定が可能となる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、積層された膜の膜厚やパッドの表面の荒れなどの、従来測定することが難しかった物理量を、固体撮像素子の製造過程において簡易にモニタすることが可能となる。
【００３７】
すなわち、品質モニタ用パターンを用いて、平坦化膜の膜厚および屈折率を測定し、その膜厚等の測定結果と、固体撮像素子の光学特性との間の相関関係を明らかにすることによって、製造工程において測定される平坦化膜の膜厚や屈折率に基づいて、一つの工程内における異常の発生を早期に検出し、迅速に対応することが可能となる。
【００３８】
また、カラーフィルタ層やマイクロレンズ材層などの仕上がり膜厚（積層膜の高さ方向の情報）を定期的に効率よくモニタすることができるため、チップ内における膜厚のばらつき傾向等を常時、把握することができ、得られた情報を、適正な製造条件の維持や管理に役立てることができる。
【００３９】
また、品質モニタ用パターンを用いて、マイクロレンズの曲率を、例えばＡＦＭ（アトミック・フォース・マイクロスコープ：原子力間顕微鏡）により測定し、その曲率の測定結果と、固体撮像素子の光学特性との間の相関関係を明らかにすることによって、製造工程において測定されるマイクロレンズの曲率に基づいて、一つの工程内における異常の発生を早期に検出し、迅速に対応することが可能となる。
【００４０】
また、品質モニタ用パターンを用いて、マイクロレンズの大きさ、形成位置、あるいは、遮光膜とカラーフィルタ層との重ね合わせ精度、カラーフィルタ層とマイクロレンズ層との重ね合わせ精度（その他、遮光膜とメタル配線との重ね合わせ精度等）を測定することができる。この測定結果から、例えば、フォトリソグラフィ工程における位置ずれ、回転ずれ等の製造ばらつきの傾向を知ることができ、得られた情報を、製造プロセスの改善に役立てることができる。
【００４１】
本発明により、チップ内あるいはウエハ内における固体撮像素子の特性ばらつきの迅速な評価が可能となり、また、異常の早期検出が可能となり、さらに、異常に対する対策の早期確立が可能となる。
【００４２】
固体撮像素子は高価な素子であり、近年、歩留まり向上による生産性の向上が求められている。本発明によれば、固体撮像素子の歩留まり向上を、効率的に達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
【００４４】
図１（ａ）〜（ｃ）は、一つの固体撮像素子チップにおける基本的なレイアウトならびに品質モニタ用パターンの配置態様を示す平面図である。
【００４５】
図１（ａ）に示すように、固体撮像素子チップ１００の中央には、画素部９０（図中、点線で囲まれて示されている）が設けられている。画素部９０には、フォトダイオード９１と、読出しゲート９２と、垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３と、水平転送部（水平ＣＣＤレジスタ）９４と、が設けられている。
【００４６】
フォトダイオード９１は光が照射されると、光電変換によって光量に応じた電荷を発生させ、発生した電荷は、所定の時間周期(例えば１／６０秒)で、垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３に読み出される。すなわち、所定周期ですべての読出しゲート９２を一斉に駆動することにより、フォトダイオード９１により生成された電荷は、垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３に一斉に取り込まれる。
【００４７】
垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３に取り込まれた信号電荷は、水平転送部（水平ＣＣＤレジスタ）９４が電荷転送を中断しているブランキング期間毎に、１転送単位だけ、水平転送部（推定ＣＣＤレジスタ）９４に向けて(図中の点線の矢印の方向へ)転送される。
【００４８】
これにより、水平転送部（水平ＣＣＤレジスタ）９４は、水平走査のブランキング毎に、全ての垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３から、１画素分の信号電荷を並列に受け取る。
【００４９】
水平転送部（水平ＣＣＤレジスタ）９４は、垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）９３から受け取った電荷を、１水平走査期間をかけ増幅部９５に向けて転送する。上記動作を繰り返すことにより、２次元に配列されたフォトダイオード９１からの画像信号が時系列の映像信号として増幅部９５から出力される。
【００５０】
そして、図１（ａ）においては、画素部９０の外側のチップの四隅に、品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄが配置されている。
【００５１】
この品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄは、画素部９０とは別に、孤立して設けられており、したがって、品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄは、画素部９０における素子のレイアウトルールに拘束されることなく、自由なレイアウトが許され、品質のモニタに特化したパターンを形成することができる。
【００５２】
この品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄを用いることによって、積層された膜の膜厚、マイクロレンズのサイズや曲率、パッドの表面の荒れの程度（光反射率）などの、従来測定することが難しかった物理量を、固体撮像素子の製造過程において簡易にモニタすることが可能となる。
【００５３】
品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄは、原則として、遮光膜上に、画素部９０と同様の膜を積層して形成されるものであり、特別の製造工程は不要である。
【００５４】
また、固体撮像素子チップにおいて、画素部９０の周辺には、かなりの空き領域が存在することに着目し、その空き領域に品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄが形成される。したがって、チップ面積の増大の心配はない。
【００５５】
また、チップの四隅に品質モニタ用パターンを設けることにより、膜の膜厚やマイクロレンズの特性が、一つのチップ内でどのようにばらついているか、といった情報を効果的に取得することも可能となる。また、Ｘ，Ｙ方向の層間重ね合わせズレを計測したり、あるいは、フォトリソグラフィ工程における回転（ローテーション）に起因する製造ばらつきを計測したりすることも可能となる。
【００５６】
また、膜の膜厚を測定するためには、品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄにおける各層の平坦性を確保すること（具体的には、遮光膜の表面と、この遮光膜上に設けられた膜の表面とが、共にチップ表面に対して平行になるようにすること）が重要であるため、品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄの形成領域において凹凸を生じさせるような層構造を避け（例えば、読出しゲート９２となる多結晶シリコン電極等は、品質モニタ用パターンの形成領域には設けない構造とし）、均一な層構造とすることによって、必要な平坦性を確保することができる。平坦性が確保されていることによって、マイクロレンズの幅や曲率も測定し易くなる。
【００５７】
また、品質モニタ用パターン１０４ａ〜１０４ｄは、パッドの表面の荒れの程度をモニタするためのパターンを含んでもよく、この場合、下地の多結晶シリコンの表面の微妙な凹凸がパッドの光の反射率に影響することを考慮し、パッドの下に多結晶シリコンを敷かない構造を採用する。これにより、光の反射率測定によるパッドの表面の荒れの程度（表面の光反射率）のモニタが可能となる。
【００５８】
図１（ｂ）では、品質モニタ用パターン１０４ｅ〜１０４ｈの各々を、チップ１００の上辺の中央、右辺の中央、下辺の中央ならびに左辺の中央に配置している。得られる効果は、図１と同様である。
【００５９】
図１（ｃ）では、チップ１００の上辺と下辺において、正規のパッドＰ１〜Ｐｍ，Ｐｎ〜Ｐｚが設けられている。そして、品質モニタ用パターン１０４ｉ〜１０４ｍは、それらのパッドが形成される辺とは異なる辺（左辺と右辺）において形成されている。正規のパッドＰ１〜Ｐｍ，Ｐｎ〜Ｐｚが配置される領域を避けて、品質モニタ用パターン１０４ｉ〜１０４ｍを形成するものである。この配置により、正規のパッドの形成を妨げずに、空き領域を有効に利用して、チップ面積を増やさずに品質モニタ用パターンを形成することができる。
【００６０】
図２は、図１に示される品質モニタ用パターン（参照符号１０４ａ〜１０４ｍ）のレイアウト構成とその断面構造の一例を示す図である。
【００６１】
図２の上側に示されるように、品質モニタ用パターン１０４は、パッド表面の光反射率（パッド表面の荒れの程度）をモニタする領域Ａと、積層された膜（カラーフィルタ層、マイクロレンズ材層、平坦化膜など）の膜厚や屈折率、マイクロレンズのサイズや曲率、あるいは、重なりをもつ層同士の重なりの精度等をモニタするための領域Ｂとに大別される。
【００６２】
品質モニタ用パターン１０４の領域Ａは、正規のパッド（図１（ｃ）のＰ１〜Ｐｚ）と類似した構造をもつダミーパッド２４からなるパッド領域（ア）を含む。
【００６３】
また、領域Ｂは、イ〜カの５個のパターンを含む。パターン（イ，エ，カ）は各々、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色に対応したカラーフィルタ層３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、マイクロレンズ３４ａ，３４ｂ，３４ｃとが重なって形成されている領域に対応するパターンである。
【００６４】
また、パターン（ウ，エ）は、カラーフィルタ層やマイクロレンズが形成されない、透明な積層膜のみの領域に対応するパターンである。透明な各々の膜（２２〜３２）は、遮光膜（チタンナイトライド薄膜（ＴｉＮ）上にタングステン薄膜（Ｗ）を積層して構成される重ね膜）２０上に形成されている（各膜の層構造と製法については後述する）。
【００６５】
このように、図２の品質モニタ用パターン１０４は、互いに近接して配置された一組のパターンで構成されており、各パターンを利用し、主要な製造工程中において、遮光膜２０上に積層された膜の全体の膜厚あるいは少なくとも一つの膜の膜厚や屈折率の測定や、マイクロレンズの仕上がり幅または曲率の測定、あるいは、カラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃと遮光膜２０との重ね合わせ精度の測定、カラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃとマイクロレンズ３４ａ〜３４ｃとの重ね合わせ精度の測定、遮光膜２０とメタル配線層（不図示）との重ね合わせ精度の測定、または、パッドにおける表面の光反射率の測定等を、選択的に行うことができる。
【００６６】
図２から明らかなように、品質モニタ用パターンを構成する各層の平坦性が確保されており、光の反射を利用した膜厚測定等が可能となっている。
【００６７】
各パターンを別個に、異なる位置に配置してもよいことはもちろんであるが、モニタ対象が異なる複数のパターンをばらばらに配置するのではなく、それらの各パターンを一組のパターンとして設計し、各パターンを常に、近接して配置することによって、膜の膜厚測定、マイクロレンズのサイズや曲率、パッド表面の荒れのいずれかを選択的にモニタしたり、あるいは、それらを同時に測定して比較したりして、効率的に、必要な固体撮像素子の物理データ（特性データ）を取得することができ、品質の管理の点では有利となる。
【００６８】
図２の下側に示される、品質モニタ用パターンの膜構造ついて説明する。この品質モニタ用パターンは、画素部９０（図１参照）における固体撮像素子の形成と同時に、共通の製造プロセス技術を用いて形成される。なお、画素部９０における素子の構造については、図３を用いて後述する。
【００６９】
図２において、ｎ型シリコン基板１０上に、ｐ−半導体層（例えば、ウエル拡散領域）１２が形成され、このｐ−半導体層１２の表面は、薄い酸化シリコン膜１４で覆われている。
【００７０】
酸化シリコン膜１４上の、品質モニタ用パターンの領域Ｂに対応する位置の全面において、パターニングされた多結晶シリコン層（図１の読取りゲート９２の電極材料層）１６が設けられている。
【００７１】
多結晶シリコン層１６上には、酸化シリコン膜１８が形成されている。そして、この酸化シリコン膜１８上の全面に、遮光膜（チタンナイトライド薄膜（ＴｉＮ）にタングステン薄膜（Ｗ）を積層して構成される重ね膜）２０が形成されている。
【００７２】
遮光膜２０上には、酸化シリコン膜２２が形成されている。また、その酸化シリコン膜２２上の、品質モニタ用パターンの領域Ａに対応する位置は、正規のボンディングパッド（図１（ｃ）の参照符号Ｐ１〜Ｐｚ）と同じ金属材料（例えばアルミニュウム）からなるダミーパッド２４が設けられている。
【００７３】
このダミーパッド２４の下には、多結晶シリコン層１６が形成されておらず、これによって、多結晶シリコン層１６の表面の凹凸の影響を受けて、ダミーパッド２４の光の反射率が低下しないように配慮されている。
【００７４】
ダミーパッド２４の上層には、プラズマCVD法で生成される窒化シリコン膜２６が形成されており、ダミーパッド２４表面を除く他の領域は窒化シリコン膜２６で覆われている。
【００７５】
この窒化シリコン膜上に、例えば、スピンコート法により有機膜からなる第１の平坦化膜２８が形成されている。
【００７６】
また、第１の平坦化膜２８上には、カラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃが設けられる。このカラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃは、着色材が添加された感光性樹脂を回転塗布した後に、マスクを用いて露光現像を行いパターニングし、さらに熱処理を行うことによって形成される。
【００７７】
また、カラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃを埋め込む形で有機膜からなる第２の平坦化膜３２が形成されている。
【００７８】
また、カラーフィルタ層３０ａ〜３０ｃ上には、マイクロレンズ３４ａ〜３４ｃが形成されている。このマイクロレンズ３４ａ〜３４ｃは、マイクロレンズとなる感光性樹脂を塗布した後パターニングし、熱処理によりその感光性樹脂層を軟化させ、このときの表面張力を利用して半球状に加工することによって製造される。
【００７９】
なお、ダミーパッド２４が形成される領域における第１および第２の平坦化膜２８，３２および窒化シリコン膜２６は、選択的に除去されて開口部４０が形成されており、これより、ダミーパッド２４の表面が露出した状態となっている。
【００８０】
図３は、画素部ならびにパッド部における固体撮像素子の断面図である。図３において、図２と共通する膜については、説明を簡略化するために、同じ参照符号を付してある。
【００８１】
図３、領域Ｃがパッド部であり、領域Ｄが画素部である。
【００８２】
画素部Ｄにおける断面構造は、図１（ａ）の固体撮像素子におけるＡ−Ａ線に沿う部分の断面構造である。
【００８３】
ｐ−半導体層（ウエル拡散領域）１２には、フォトダイオード９１（図１参照）を構成するｎ型領域４と、垂直ＣＣＤレジスタ９３（図１参照）において電荷転送に使用されるチャネルとなるｎ型不純物層５が形成されている。また、ｎ型領域４の表面には、表面電位調整層としてのｐ型不純物層３が形成されている。
【００８４】
また、ｐ−半導体層（ウエル拡散領域）１２には、ｎ型領域４とチャネル５とを相互に分離するｐ型高濃度不純物領域６が形成されている。そして、上記各層の露出した表面には、全面に渡ってゲート絶縁膜１４が形成されている。このゲート絶縁膜１４の表面には、読出し電極９２（図１参照）として機能する多結晶シリコン層１６が選択的に形成されている。
【００８５】
なお、多結晶シリコン層１６は、領域Ｃ（パッド部）においても選択的に形成される。領域Ｃ（パッド部）における多結晶シリコン層は、プローブ針がシリコン基板（１２，１０）に突き抜けるのを防止する働きをする。
【００８６】
領域Ｄにおいて、さらに、多結晶シリコン層１６を覆うように酸化シリコン膜１８が形成されている。そして、酸化シリコン膜１８の表面には、遮光膜２０が、フォトダイオードの形成領域を除いて選択的に形成されている。
【００８７】
この遮光膜２０の選択形成後に、その遮光膜２０を覆うように絶縁膜２２が形成され、領域Ｃ（パッド部）において、絶縁膜２２が選択的に除去され、そして、正規のパッド２４（例えば、アルミニュウムからなる）が選択的に形成される。
【００８８】
続いて、絶縁膜２６が形成される。絶縁膜２６の表面には第１の平坦化膜２８が形成されており、この第１の平坦化膜２８上には、フォトダイオードに対応する位置にカラーフィルタ層３０が形成されている。各フォトダイオード上には、例えば、赤色(Ｒ)、緑色(Ｇ)、青色(Ｂ)のいずれかのカラーフィルタ層が形成される。
【００８９】
このカラーフィルタ層３０は、第２の平坦化膜３２によって埋め込まれており、この第２の平坦化膜３２の表面には、フォトダイオードに対応する位置に半球状のマイクロレンズ３４が形成されている。
【００９０】
ここで、マイクロレンズ３４の表面に入射した光は、第２の平坦化膜３２およびカラーフィルタ層３０および第１の平坦化膜２８を透過した後、フォトダイオードとなるｎ型領域４に集光される。
【００９１】
したがって、カラーフィルタ層３０により規定される特定波長の光がｎ型領域４に入射し光電変換を生ぜしめ、発生した電荷がｎ型領域４に蓄積されることになる。
【００９２】
また、図３の左側に示される領域Ｃ（パッド部）において、第２および第１の平坦化膜（３２，２８）および絶縁膜（窒化シリコン膜）２６が選択的に除去され、これによって、正規のパッド２４が露出した状態となっている。
【００９３】
次に、図４乃至図１１を用いて、図２に示される品質モニタ用パターンの主要な製造工程について説明する。
【００９４】
図４〜図１１は各々、品質モニタ用パターンの主要な製造工程におけるデバイスの断面図である。図２についての説明により、膜構造の概要は説明済であるため、以下の説明では、特徴的なプロセスのみを簡単に説明する。
【００９５】
図４では、ｐ型のシリコン層１２上に複数の積層膜を介してタングステン層からなる遮光膜２０が形成され、この遮光膜２０上に、酸化シリコン膜２２が形成されている。
【００９６】
図５では、ダミーパッド２４が選択的に形成される。
【００９７】
図６では、ダミーパッド２４を覆うように絶縁膜２６が形成される。
【００９８】
図７では、第１の平坦化膜２８が形成され、その第１の平坦化膜２８上に、カラーフィルタ層３０ａ，３０ｂ，３０ｃが選択的に形成される。
【００９９】
図８では、有機膜からなる第２の平坦化膜３２が形成され、続いて、その第２の平坦化膜３２上にマイクロレンズ材層３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成される。
【０１００】
図９では、熱処理によって、マイクロレンズ材層３３ａ，３３ｂ，３３ｃをリフローさせることにより、このときの表面張力によって、曲率をもつ半球状のマイクロレンズ３４ａ，３４ｂ，３４ｃが形成される。
【０１０１】
図１０では、レジスト３７をマスクとして、第２，第１の平坦化膜（３２，２６）を選択的に除去して開口部４０を形成する。これによって、ダミーパッド２４の表面は露出する。
【０１０２】
図１１では、図１０におけるレジスト３７を除去する。このとき、レジスト除去のためのエッチング液によって、ダミーパッド２４の表面が荒れないように、その表面に薄い酸化シリコン膜等を形成しておくのが望ましいが、何らかの理由で、その酸化膜のエッチング耐性が不十分であると、図１１に示されるように、ダミーパッド２４の表面に荒れ（Ｇ）が生じてしまう。この場合、ボンディング時において、ボンディングワイヤ（不図示）とパッド２４との合金化率が低下し、接続強度が低下する等の問題が生じるときがある。
【０１０３】
このパッド２４の表面の荒れの程度は、パッド２４の表面の光の反射率を測定することによって検出することができる。したがって、本発明によれば、パッド表面の荒れの程度も、固体撮像素子の製造過程において、簡便にモニタすることが可能となる。
【０１０４】
以上説明したように、本発明によれば、積層された膜の膜厚やパッドの表面の荒れなどの、従来測定することが難しかった物理量を、固体撮像素子の製造過程において簡易にモニタすることが可能となる。
【０１０５】
すなわち、品質モニタ用パターンを用いて、平坦化膜の膜厚および屈折率を測定し、その膜厚等の測定結果と、固体撮像素子の光学特性との間の相関関係を明らかにすることによって、製造工程において測定される平坦化膜の膜厚や屈折率に基づいて、一つの工程内における異常の発生を早期に検出し、迅速に対応することが可能となる。
【０１０６】
また、カラーフィルタ層やマイクロレンズ材層などの仕上がり膜厚（積層膜の高さ方向の情報）を定期的にモニタすることができるため、チップ内における膜厚のばらつき傾向等を常時、把握することができ、得られた情報を、適正な製造条件の維持や管理に役立てることができる。
【０１０７】
また、品質モニタ用パターンを用いて、マイクロレンズの曲率を、例えばＡＦＭ（アトミック・フォース・マイクロスコープ：原子力間顕微鏡）により測定し、その曲率の測定結果と、固体撮像素子の光学特性との間の相関関係を明らかにすることによって、製造工程において測定されるマイクロレンズの曲率に基づいて、一つの工程内における異常の発生を早期に検出し、迅速に対応することが可能となる。
【０１０８】
また、品質モニタ用パターンを用いて、マイクロレンズの大きさ、形成位置、あるいは、遮光膜とカラーフィルタ層との重ね合わせ精度、カラーフィルタ層とマイクロレンズ層との重ね合わせ精度（その他、遮光膜とメタル配線との重ね合わせ精度等）を測定することができる。この測定結果から、例えば、フォトリソグラフィ工程における位置ずれ、回転ずれ等の製造ばらつきの傾向を知ることができ、得られた情報を、製造プロセスの改善に役立てることができる。
【０１０９】
本発明によって、チップ内あるいはウエハ内における固体撮像素子の特性ばらつきの迅速な評価が可能なり、また、異常の早期検出が可能となり、さらに、異常に対する対策の早期確立が可能となる。
【０１１０】
固体撮像素子は高価な素子であり、近年、歩留まり向上による生産性の向上が求められている。本発明によれば、固体撮像素子の歩留まり向上を、効率的に達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明によれば、カラーフィルタ層やマイクロレンズ層などの仕上がり膜厚（積層膜の高さ方向の情報）を定期的にモニタしたり、マイクロレンズのサイズや曲率を測定したりすることを可能とするという効果を奏することから、固体撮像素子（ＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサ等のイメージセンサ）およびその製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】（ａ）乃至（ｃ）は、一つの固体撮像素子チップにおける基本的なレイアウトならびに品質モニタ用パターンの配置態様を示す平面図
【図２】図１に示される品質モニタ用パターンのレイアウト構成とその断面構造の一例を示す図
【図３】画素部ならびにパッド部における固体撮像素子の断面図
【図４】品質モニタ用パターンの第１の製造工程における断面図
【図５】品質モニタ用パターンの第２の製造工程における断面図
【図６】品質モニタ用パターンの第３の製造工程における断面図
【図７】品質モニタ用パターンの第４の製造工程における断面図
【図８】品質モニタ用パターンの第５の製造工程における断面図
【図９】品質モニタ用パターンの第６の製造工程における断面図
【図１０】品質モニタ用パターンの第７の製造工程における断面図
【図１１】品質モニタ用パターンの第８の製造工程における断面図
【符号の説明】
【０１１３】
１０  ｎ型半導体基板
１２  ｐ型半導体層
１４  ゲート絶縁膜（酸化シリコン膜）
１６  多結晶シリコン層
１８  酸化シリコン膜（絶縁膜）
２０  遮光膜
２２  酸化シリコン膜（絶縁膜）
２４  パッド（またはダミーパッド）
２６  窒化シリコン膜
２８  第１の平坦化膜
３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）  カラーフィルタ層
３２  第２平坦化膜
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ  マイクロレンズ
３７  レジスト
４０  開口部
９０ 画素部
９１  フォトダイオード
９２  読出しゲート（転送電極）
９３  垂直転送部（垂直ＣＣＤレジスタ）
９４  水平転送部（水平ＣＣＤレジスタ）
９５  増幅部
１００  固体撮像素子チップ
１０４  品質モニタ用パターン
Ｐ１〜Ｐｍ，Ｐｎ〜Ｐｚ  正規のパッド
【図１】
2006351853.tif 000003
【図２】
2006351853.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006351853.tif 000009
【図８】
2006351853.tif 000010
【図９】
2006351853.tif 000011
【図１０】
2006351853.tif 000012
【図１１】
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