(57)【要約】【課題】工程数を削減して、生産性を向上させることのできる裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】基板の内部に行列状に複数の受光部を形成する工程と、基板の第１面の上に第１絶縁膜を形成する工程と、第１絶縁膜を貫通し、基板に掘り込まれた貫通ビアを形成する工程と、第１絶縁膜上に積層配線層を形成する工程と、基板の第１面と反対の側を研磨する工程と、基板の第１面と反対の側の第２面の上に第２絶縁膜を形成する工程と、第２絶縁膜の上にカラーフィルタとオンチップレンズを形成する工程と、を少なくとも含み、研磨する工程は、貫通ビアが露出するまで研磨する。【選択図】図２
2011014674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の内部に行列状に複数の受光部を形成する工程と、
前記基板の第１面の上に第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層を貫通し、前記基板に掘り込まれた貫通ビアを形成する工程と、
前記第１絶縁層上に配線層を形成する工程と、
前記基板の前記第１面と反対の側を研磨する工程と、
前記基板の前記第１面と反対の側の第２面の上に第２絶縁層を形成する工程と、
前記第２絶縁層の上にカラーフィルタとオンチップレンズを形成する工程と、を少なくとも含み、
前記研磨する工程は、前記貫通ビアが露出するまで研磨することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記貫通ビアを形成する工程は、
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の側面に絶縁膜を形成する工程と、
前記コンタクトホールを導電体で埋め込む工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２絶縁層を形成する工程は、
シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる反射防止膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記研磨する工程の後に、前記貫通ビアと接続するコンタクトパッドを形成する工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を用いて撮像する固体撮像装置に関し、特に裏面照射型構造を有する固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサと呼ばれる固体撮像装置は、シリコン基板の表面上に受光センサとそれらを接続する配線を形成し、その形成面に照射された光を受光センサで光電変換して電気信号を取り出すことにより撮像する表面照射型構造が一般的である。
【０００３】
近年、小型化とともに、受光センサの高密度化にともなって固体撮像装置の微細化が進展している。そのため、表面照射型の固体撮像装置では、受光センサ領域の配線領域も狭くなるので、配線のピッチを狭くするとともに配線層の多層化が進んでいる。しかし、配線層の多層化により、受光センサに入射する光が遮られて、受光センサ領域の表面に十分な強度で到達しないという課題が生じている。
【０００４】
この課題を解決するために、配線層が形成された表面とは反対側から光を受光センサ領域に入射させる裏面照射型構造の固体撮像装置が提案されている。このとき、裏面照射型構造の固体撮像装置では、受光センサ側に形成したパッド電極と、受光センサと反対側に形成した配線層を接続する必要がある。そこで、受光センサと反対側に形成した配線層と、受光センサ側に形成したパッド電極とを接続するコンタクト層を形成する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
以下に、特許文献１に開示された裏面照射型構造を有するＣＭＯＳ型の固体撮像装置の構成について、図２２を用いて簡単に説明する。
【０００６】
図２２に示すように、固体撮像装置３００は、支持基板２０８と、絶縁層２０３中に形成された配線電極２０４、２１１と、フォトダイオード２３６が形成されたシリコン層２３５と、絶縁層２１９と、絶縁層２１９上に形成されたカラーフィルタ２０６およびパッド電極２１５と、カラーフィルタ２０６上に形成されたオンチップレンズ２０７が、順次積層して構成され、撮像領域３０２を形成している。そして、配線電極２１１とパッド電極２１５は、シリコン層２３５のコンタクトホール２１２Ａに設けたコンタクト層２１２を介して接続されている。このとき、コンタクト層２１２は、コンタクトホール２１８Ａ、２１９Ａに形成された、例えば非晶質シリコン層や多結晶シリコン層などの材料からなる絶縁層２１８、２１９により、シリコン層２３５と絶縁されている。また、支持基板２０８と絶縁層２０３とは、第１接着層２０９と第２接着層２１０を介して接着されている。なお、撮像領域３０２の周囲には、コンタクトホールとともに、アライメント用のホールが形成され、絶縁層２１８、２１９と同じ材料が埋め込まれて、アライメント用の絶縁層２１７が設けられている。このアライメント用の絶縁層２１７により、精度よくフォトダイオード２３６と、カラーフィルタ２０６やオンチップレンズ２０７とを位置合わせできるとしている。
【０００７】
以下に、特許文献１に開示された固体撮像装置の製造方法について、図面を用いて説明する。
【０００８】
図２３は、従来の固体撮像装置の製造方法を説明するフローチャートである。図２４から図２８は、従来の固体撮像装置の製造方法の主要工程を説明する断面図である。
【０００９】
まず、図２３と図２４に示すように、シリコン基板２３３とＳｉＯ２膜（酸化シリコン膜）２３４とシリコン層２３５からなるＳＯＩ基板２３７のシリコン層２３５上に、酸化膜２２２とＳｉＮ膜２２３を形成する。そして、所定領域の、ＳｉＮ膜２２３、酸化膜２２２とシリコン層２３５をエッチングして、アライメント用およびパッド用のコンタクトホール２１７Ａ、２１８Ａを形成する（ステップＳ０１）。
【００１０】
つぎに、図２３と図２５に示すように、パッド用およびアライメント用のコンタクトホール２１８Ａ、２１７Ａを、例えばＳｉＯ２などの絶縁材料で埋め込み、酸化膜２２２およびＳｉＮ膜２２３を、ＣＭＰ法やＲＩＥ法などで除去し、パッド用およびアライメント用のコンタクトホール２１８Ａ、２１７Ａ内に絶縁層２１８、２１７を形成する（ステップＳ０２）。その後、撮像領域３０２に、不純物を注入してフォトダイオード２３６を形成する（ステップＳ０３）。このとき、シリコン層２３５と反射率の異なる絶縁層２１７、２１８を利用して、フォトダイオード２３６の位置合わせを行う。
【００１１】
つぎに、図２３と図２６に示すように、シリコン層２３５上に、絶縁層２０３を介して多層の配線電極２０４と、絶縁層２１８の上部に配線電極２１１を形成する（ステップＳ０４）とともに、例えばＳｉＯ２膜の第１接着層２０９を形成する。そして、支持基板２０８に形成した、例えばＳｉＯ２膜の第２接着層２１０と、第１接着層２０９とを対向させて貼り合わせて（ステップＳ０５）、固体撮像装置前駆体３００Ａを作製する。その後、固体撮像装置前駆体３００Ａの上下を反転させ、例えばＣＭＰ法、ＲＩＥ法、ＢＧＲ法などを用いて、シリコン基板２３３、ＳｉＯ２膜（酸化シリコン膜）２３４を除去する。これにより、アライメント用およびパッド用に形成したコンタクトホール２１７Ａ、２１８Ａを埋め合わせた絶縁層２１７、２１８を露出させる。
【００１２】
つぎに、図２３と図２７に示すように、パッド用のコンタクトホール２１８Ａを埋めた絶縁層２１８に、配線電極２１１に到達する径の小さいコンタクトホール２１９Ａを形成する（ステップＳ０６）。そして、シリコン層２３５を被覆し、コンタクトホール２１９Ａを埋め込むように絶縁層２１９を形成する（ステップＳ０７）。さらに、絶縁層２１７、２１８と対向する位置の絶縁層２１９にコンタクトホール２１７Ａ、２１９Ａより径の小さいコンタクトホール２１６Ａと配線電極２１１に到達するコンタクトホール２１２Ａを形成する（ステップＳ０８）。
【００１３】
つぎに、図２３と図２８に示すように、絶縁層２１９上に、例えばタングステン（Ｗ）などの導電材料を形成して、コンタクトホール２１６Ａ、２１２Ａを埋め合わせて、金属層２１６とコンタクト層２１２を形成する（ステップＳ０９）。
【００１４】
つぎに、図２２と図２３に示すように、絶縁層２１９上で撮像領域３０２を遮らない位置にコンタクト層２１２と接続するパッド電極２１５を形成する（ステップＳ１０）。そして、金属層２１６をアライメントのマークとして、フォトダイオード２３６と対応する位置にカラーフィルタ２０６およびオンチップレンズ２０７を形成する。
【００１５】
これにより、位置合わせ精度に優れ、感度を大幅に向上するとともに、シェーディングレスの裏面照射型の固体撮像装置３００を実現できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００５−１５０４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上記従来の製造方法では、フォトダイオード２３６を形成する前に、コンタクトホール２１７Ａ、２１８Ａの絶縁層２１７、２１８を形成するため、絶縁層２１７、２１８の材料として、フォトダイオード２３６を形成する時の高温の熱処理（５００℃以上）に対して耐熱性を有する必要がある。その結果、使用する材料が制限され、金属材料を使用することが困難になるという課題があった。
【００１８】
そのため、フォトダイオード２３６を形成後、耐熱性材料からなる絶縁層２１８で埋め込んだコンタクトホール２１８Ａに、再度コンタクトホール２１９Ａ、２１２Ａを形成してコンタクト層２１２を設け、配線電極２１１とパッド電極２１５とを接続しなければならなかった。その結果、工程数が増加するとともに、歩留まりの低下や生産コストが高くなるなどの課題があった。
【００１９】
本発明は、上記の課題を解決するもので、工程数を削減して、生産性を向上させることのできる裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述の目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板の内部に行列状に複数の受光部を形成する工程と、基板の第１面の上に第１絶縁層を形成する工程と、第１絶縁層を貫通し、基板に掘り込まれた貫通ビアを形成する工程と、第１絶縁層上に配線層を形成する工程と、基板の第１面と反対の側を研磨する工程と、基板の第１面と反対の側の第２面の上に第２絶縁層を形成する工程と、第２絶縁層の上にカラーフィルタとオンチップレンズを形成する工程と、を少なくとも含み、研磨する工程は、貫通ビアが露出するまで研磨する。
【００２１】
この方法により、工程数を削減して、固体撮像装置を生産性よく作製できる。
【００２２】
さらに、貫通ビアを形成する工程は、コンタクトホールを形成する工程と、コンタクトホールの側面に絶縁膜を形成する工程と、コンタクトホールを導電体で埋め込む工程と、を含む。これにより、貫通ビアの構造や工程を簡略化して生産性を向上できる。
【００２３】
さらに、第２絶縁層を形成する工程は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とからなる反射防止膜を形成する工程を含む。これにより、受光部の感度が向上した固体撮像装置を作製できる。
【００２４】
さらに、研磨する工程の後に、貫通ビアと接続するコンタクトパッドを形成する工程を、さらに含む。これにより、受光部側に外部と容易に接続できる固体撮像装置を作製できる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、受光部を形成した後に、貫通ビアを形成することにより、工程数を大幅に削減して生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を説明する断面図
【図２】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図４】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図５】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図６】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図７】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図８】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図９】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１０】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１１】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構造および製造方法を説明する断面図
【図１２】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構成を説明する断面図
【図１３】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１４】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１５】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１６】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１７】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１８】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図１９】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２０】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２１】本発明の実施の形態４における固体撮像装置の構造および製造方法を説明する断面図
【図２２】従来の固体撮像装置の構成を説明する断面図
【図２３】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するフローチャート
【図２４】従来の固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２５】従来の固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２６】従来の固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２７】従来の固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【図２８】従来の固体撮像装置の製造方法を説明する断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、本実施の形態において例示される構成要素の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものであり、本発明がそれらの例示に限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構成を説明する断面図である。なお、図１は、受光部を有する裏面照射型の固体撮像装置の一部を示している。また、以下では、ＣＭＯＳ構造の裏面照射型の固体撮像装置を例に説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態の固体撮像装置１００は、支持基板８と、絶縁層３中に積層して形成された配線電極４、１１からなる配線層４４と、第１絶縁層３７と、フォトダイオードなどからなる受光部３６が形成されたＰ型のシリコン基板などからなる基板３５と、基板３５上に形成された第２絶縁層３０、コンタクトパッド１５と、第２絶縁層３０上に形成されたカラーフィルタ６と、カラーフィルタ６上に形成されたオンチップレンズ７が、順次積層して構成され、パッド領域１０１と撮像領域１０２を形成している。そして、配線電極１１とコンタクトパッド１５は、基板３５と第１絶縁層３７を貫通して設けたコンタクトホール３８に形成した貫通ビア３９の導電体４０を介して接続されている。このとき、貫通ビア３９は導電体４０と絶縁層４１から構成され、導電体４０は絶縁層４１により基板３５と絶縁されている。また、受光部３６と対向する位置に設けた配線電極１１とは、第１絶縁層３７に形成したコンタクト層４２を介して接続され、受光部３６で光電変換された情報を伝達する。また、支持基板８と配線層４４とは、第１接着層９と第２接着層１０を介して接着されている。
【００３０】
以下に、本発明の実施の形態１における固体撮像装置１００の製造方法について、図面を用いて説明する。
【００３１】
図２は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するフローチャートである。図３から図１０は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法の主要工程を説明する断面図である。
【００３２】
まず、図２と図３に示すように、例えば、厚み０．６ｍｍのシリコン基板からなる基板３５を準備する。そして、基板３５の第１面３５Ａから内部の所定領域にイオン注入などにより、複数のフォトダイオードなどの受光部３６（１．７５μｍ×１．７５μｍ）を構成する不純物領域を、行列状（マトリックス状）に形成する。さらに、上記構成の基板３５を、例えば８００℃以上の高温で熱処理（アニール処理）する。これにより、例えば１０００×８００からなる８０万画素の受光部３６が形成される。さらに、同様に、基板３５内にトランジスタを構成する不純物領域（図示せず）や基板３５の表面にトランジスタのゲート電極（図示せず）などを受光部３６に応じて形成する。このとき、上記各不純物領域やトランジスタのゲート電極などの形成位置は、従来と同様に、基板３５の表面に形成されたアライメントマークを用いて設定される。
【００３３】
つぎに、図２と図４に示すように、基板３５の第１面３５Ａに、例えば厚み１．０μｍのシリコン酸化膜などの第１絶縁層３７を、ＣＶＤ法により形成する。そして、第１絶縁層３７に、例えばレジストを塗布してコンタクトホール３８に対応する所定の領域に開口部を形成する。その後、開口部を介して、例えばＲＩＥ法を用いて、第１絶縁層３７を貫通し、基板３５に掘り込んだコンタクトホール３８（例えば、１．０μｍ径）を形成する（ステップＳ０２）。そして、レジストを除去する。このとき、コンタクトホール３８は、少なくとも、以降の工程で形成する受光部の深さ位置を越える基板３５の内部位置まで掘り込んで形成することが好ましい。
【００３４】
つぎに、図２と図５に示すように、第１絶縁層３７の表面、コンタクトホール３８の側面および底面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚み０．２μｍのＴＥＯＳ膜（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｏｘｙ−Ｓｉｌａｎｅ）などの酸化膜を成膜する。そして、第１絶縁層３７の表面（上面）の酸化膜を、例えばＣＭＰ法で除去して、コンタクトホール３８の内周面に酸化膜などの絶縁層４１を形成する。さらに、例えばＣＶＤ法を用いて、例えばタングステン（Ｗ）などの導電体となる金属材料で、第１絶縁層３７の表面およびコンタクトホール３８を埋めて形成する。その後、例えばＣＭＰ法などを用いて、第１絶縁層３７の表面（上面）の金属材料を除去する。これにより、コンタクトホール３８内に酸化膜などの絶縁層４１と、絶縁層４１により基板３５と絶縁された導電体４０からなる貫通ビア３９が形成される（ステップＳ０３）。このとき、必要に応じて、金属材料をコンタクトホール３８に埋め込む前に、予め下地として、例えばＴｉＮ、ＴａＮなどのバリアメタル膜などを形成しておくことが好ましい。なお、金属材料として、Ｗ以外に、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、あるいはこれらの合金を用いてもよい。
【００３５】
つぎに、図６に示すように、第１絶縁層３７に、受光部３６と対応する位置に、例えばレジストの開口部（図示せず）を介して、ＲＩＥ法などを用いて貫通孔（図示せず）を形成し、レジストを除去する。そして、例えばタングステンなどの金属材料により貫通孔を埋めた後、例えばＣＭＰ法などにより第１絶縁層３７の表面（上面）の金属材料を除去して、コンタクト層４２を形成する。これにより、受光部３６などで光電変換された電気信号を取り出すための、上記トランジスタの電極（図示せず）と接続されるコンタクト層４２が形成される。このとき、上述の導電体４０と同様に、金属材料を貫通孔に埋め込む前に、予め下地として、バリアメタル膜などを形成しておくことが好ましい。
【００３６】
つぎに、図７に示すように、第１絶縁層３７から露出した導電体４０およびコンタクト層４２と接続する配線電極１１を形成する。そして、例えばプラズマＴＥＯＳ膜などからなる絶縁層３および配線電極４を順次積層して形成し、複数の受光部３６を電気的に選択する積層構成の配線層４４を形成する。その後、配線層４４の表面に、例えばＳｉＯ２膜などからなる厚み１０μｍの第１接着層９を、ＣＶＤ法を用いて形成し、第１接着層９の表面を、ＣＭＰ法などを用いて、平坦に研磨する。
【００３７】
つぎに、図２と図８に示すように、例えばＳｉＯ２膜などからなる厚み１０μｍの第２接着層１０を形成した、例えばシリコン基板などの支持基板８を準備する。そして、配線層４４上に形成した第１接着層９と、支持基板８に形成した第２接着層１０のＳｉＯ２膜同士が対向するようにして、基板３５上の配線層４４と支持基板８とを貼り合わせ、固体撮像装置前駆体１００Ａを作製する（ステップＳ０５）。
【００３８】
つぎに、図９に示すように、図８で作製した固体撮像装置前駆体１００Ａの上下を反転させる。そして、上部になった基板３５を、例えばＣＭＰ法、ＲＩＥ法、ＢＧＲ法、もしくはこれら３つの方法の組み合わせを用いて、少なくとも貫通ビア３９の導電体４０の表面が露出する、例えば第２面３５Ｂの位置まで研磨して除去し、平坦化する。その後、通常の成膜方法を用いて、例えば厚み１μｍのＳｉＯ２などの第２絶縁層３０を、少なくとも撮像領域１０２を被覆して形成する。これにより、基板３５への不純物の導入などによる受光部３６の特性低下を防止できる。なお、露出した導電体４０は、以降の基板３５の第２絶縁層３０側に形成する、例えばカラーフィルタやオンチップレンズのアライメント用のマークとして利用することができる。
【００３９】
つぎに、図２と図１０に示すように、必要に応じて、導電体４０をアライメント用のマークとして用いて、基板３５の第２面３５Ｂ上のパッド領域１０１に露出した導電体４０上に、例えばタングステンなどの金属材料でコンタクトパッド１５を、フォトリソ法などにより形成する。これにより、受光部の受光面側で外部と容易に接続できる。そのため、外部と接続する必要がなければ、コンタクトパッドを形成しなくてもよく、工程数をさらに削減できる。
【００４０】
なお、上記図９の工程と、図１０の工程は、逆の順序で行ってもよい。
【００４１】
そして、既存の方法により、第２絶縁層３０上にカラーフィルタ６およびオンチップレンズ７を、基板３５の受光部３６の位置に対応させて形成する。
【００４２】
上記により、図１に示す本実施の形態の固体撮像装置１００を作製できる。
【００４３】
以上で説明したように、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、受光部を形成した後に、コンタクトホールを形成して貫通ビアを形成する。そのため、従来の受光部の形成時の高温の熱処理に対する耐熱性を有する材料で埋め込む工程などを省略できる。その結果、工程数の削減により歩留まりを向上させるとともに、生産性よく低コストで裏面照射型の固体撮像装置を作製できる。
【００４４】
具体的には、図２の本実施の形態の固体撮像装置の製造方法のフローチャートと、図２３の従来の固体撮像装置の製造方法のフローチャートと比較すれば、工程数の削減が明確になる。すなわち、図２に示すように、本実施の形態の製造方法では、コンタクトホール形成（ステップＳ０２）、貫通ビア形成（ステップＳ０３）の各１回の工程で完了する。一方、図２３に示す従来の製造方法では、コンタクトホール形成（ステップＳ０１）、絶縁層埋め込み（ステップＳ０２）と、コンタクトホール形成（ステップＳ０６）、絶縁膜埋め込み（ステップＳ０７）およびコンタクトホール形成（ステップＳ０８）、金属層とコンタクト層形成（ステップＳ０９）の３回の工程が必要となる。つまり、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、貫通ビアの形成工程を、１／３に削減できる。
【００４５】
また、本実施の形態によれば、カラーフィルタやオンチップレンズの形成時において、貫通ビア、コンタクトパッドや受光部に対応する位置のコンタクト層をアライメント用のマークとして用いることができる。そのため、従来のような、撮像領域の周囲にアライメント用のマークを形成する必要がない。その結果、同じ画素数の場合、受光部の面積を大きくして受光感度を向上でき、一方、受光部の面積を同じとすれば、画素数を増やして分解能を向上できる。
【００４６】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における裏面照射型の固体撮像装置の構造と製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００４７】
図１１は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の構造と製造方法を説明する断面図である。
【００４８】
そして、本実施の形態の固体撮像装置１５０は、実施の形態１の固体撮像装置１００の第２絶縁層３０として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜からなる反射防止膜を形成する点で、実施の形態１とは異なる。なお、それ以外の構成や製造方法などは、実施の形態１と同じであるので、説明を省略し、異なる点を主に説明する。
【００４９】
すなわち、図１１に示すように、本実施の形態の固体撮像装置１５０は、支持基板８と、絶縁層３中に積層して形成された配線電極４、１１からなる配線層４４と、第１絶縁層３７と、フォトダイオードなどからなる受光部３６が形成された基板３５と、基板３５の第２面３５Ｂに形成された反射防止膜４７およびコンタクトパッド１５と、反射防止膜４７上に形成されたカラーフィルタ６と、カラーフィルタ６上に形成されたオンチップレンズ７が、順次積層して構成され、パッド領域１０１と撮像領域１０２を形成している。そして、反射防止膜４７は、例えば０ｎｍを超えて２５ｎｍの厚みのシリコン酸化膜４５と、４０ｎｍ〜６０ｎｍの厚みのシリコン窒化膜４６の少なくとも２層構成で形成されている。
【００５０】
本実施の形態によれば、反射防止膜４７により、受光部３６に入射する光の入射光量を増加させ、受光部３６の感度を向上させた固体撮像装置１５０を作製できる。
【００５１】
なお、本実施の形態では、２層構成の反射防止膜４７を例に説明したが、これに限られず、３層以上で構成してもよい。
【００５２】
以下に、本発明の実施の形態２における固体撮像装置１５０の製造方法について、図２を用いて説明する。なお、反射防止膜４７の形成方法以外は、実施の形態１と同じであるので、説明を省略する。
【００５３】
すなわち、実施の形態１の製造方法で説明した図３から図８までの工程は同じである。
【００５４】
その後、図１１に示すように、少なくとも撮像領域１０２のＳｉＯ２膜からなる第２絶縁層３０上に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、例えば５ｎｍの膜厚でシリコン酸化膜４５を形成する。このとき、減圧ＣＶＤ法の成膜条件として、８００℃程度の温度下で、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）ガスを用いてシリコン酸化膜４５が堆積される。同様に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、例えば５０ｎｍの膜厚でシリコン窒化膜４６を形成する。このとき、減圧ＣＶＤ法の成膜条件として、７５０℃程度の温度下で、ジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いてシリコン窒化膜４６が堆積される。これにより、シリコン酸化膜４５の屈折率（例えば、Ｎ＝４．０４７）とは異なる屈折率（Ｎ＝２．０２）のシリコン窒化膜４６が形成される。これにより、シリコン窒化膜４６とシリコン酸化膜４５との２層構成の反射防止膜４７が形成される。
【００５５】
本実施の形態によれば、反射防止膜４７を形成することにより、受光部３６に入射する光の入射光量を増加させ、受光部３６の感度を向上できる裏面照射型の固体撮像装置を、生産性よく作製できる。
【００５６】
なお、本実施の形態では、第２絶縁層の代わりに反射防止膜を形成した例で説明したが、これに限られない。例えば、第２絶縁層を形成した後に、反射防止膜を形成してもよい。
【００５７】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における裏面照射型の固体撮像装置の構造と製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００５８】
図１２は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構成を説明する断面図である。
【００５９】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２００は、実施の形態１の固体撮像装置１００の基板３５として、ＳＯＩ構造の基板を用いた点で、実施の形態１とは異なる。なお、それ以外の構成や製造方法などは、実施の形態１と同じであるので、異なる点を主に説明し、同様の箇所は簡単に説明する。
【００６０】
図２に示すように、本実施の形態の固体撮像装置２００は、支持基板８と、絶縁層３中に積層して形成された配線電極４、１１からなる配線層４４と、第１絶縁層３７と、フォトダイオードなどからなる受光部３６が形成されたＰ型のシリコン層１１０と、絶縁層１２０と、絶縁層１２０上に形成されたカラーフィルタ６およびコンタクトパッド１５と、カラーフィルタ６上に形成されたオンチップレンズ７が、順次積層して構成され、パッド領域１０１と撮像領域１０２を形成している。そして、配線電極１１とコンタクトパッド１５は、シリコン層１１０、第１絶縁層３７および絶縁層１２０を貫通して設けたコンタクトホール３８の貫通ビア３９の導電体４０を介して接続されている。このとき、貫通ビア３９は導電体４０と絶縁層４１から構成され、導電体４０は絶縁層４１によりシリコン層１１０と絶縁されている。また、受光部３６と対向する位置に設けた配線電極１１とは、第１絶縁層３７に形成したコンタクト層４２を介して接続され、受光部３６で光電変換された情報を伝達する。また、支持基板８と配線層４４とは、第１接着層９と第２接着層１０を介して接着されている。
【００６１】
以下に、本発明の実施の形態３における固体撮像装置２００の製造方法について、図２と図１３から図２０を用いて説明する。
【００６２】
図１３から図２０は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の製造方法の主要工程を説明する断面図である。
【００６３】
まず、図２と図１３に示すように、例えば、厚み０．６ｍｍのシリコン基板３３と、厚み１０μｍのＳｉＯ２膜からなる絶縁層１２０と、厚み１０μｍのシリコン層１１０とから構成されたＳＯＩ構造の基板５１を、一般的な半導体プロセスなどにより作製して準備する。そして、基板５１のシリコン層１１０内の所定領域にイオン注入などにより、複数のフォトダイオードなどの受光部３６（１．７５μｍ×１．７５μｍ）を構成する不純物領域を、行列状（マトリックス状）に形成する。さらに、上記構成の基板５１を、例えば８００℃以上の高温で熱処理（アニール処理）する。これにより、例えば１０００×８００からなる８０万画素の受光部が形成される。さらに、同様に、シリコン層１１０内にトランジスタを構成する不純物領域（図示せず）やシリコン層１１０の表面にトランジスタのゲート電極（図示せず）などを受光部３６に応じて形成する。
【００６４】
つぎに、図２と図１４に示すように、基板５１の第１面１１０Ａであるシリコン層１１０の上部に、例えば厚み１．０μｍのシリコン酸化膜などの第１絶縁層３７を、ＣＶＤ法により形成する。そして、第１絶縁層３７に、例えばレジストを塗布してコンタクトホール３８に対応する所定の領域に開口部を形成する。その後、開口部を介して、例えばＲＩＥ法を用いて、第１絶縁層３７、シリコン層１１０を貫通して絶縁層１２０まで到達するコンタクトホール３８（例えば、１．０μｍ径）を形成する（ステップＳ０２）。そして、レジストを除去する。このとき、コンタクトホール３８は、絶縁層１２０の内部まで掘り込んだ位置まで形成することが好ましい。なお、コンタクトホール３８は、シリコン層１１０と接する絶縁層１２０の界面で止めて、シリコン層１１０と同じ位置までの深さで形成してもよい。
【００６５】
つぎに、図２と図１５に示すように、第１絶縁層３７の表面、コンタクトホール３８の側面および底面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、厚み０．２μｍのＴＥＯＳ膜などで酸化膜を成膜する。そして、第１絶縁層３７表面の酸化膜を、例えばＣＭＰ法で除去して、コンタクトホール３８の内周面に酸化膜などの絶縁層４１を形成する。さらに、例えばＣＶＤ法を用いて、例えばタングステン（Ｗ）などの導電体となる金属材料で、第１絶縁層３７の表面およびコンタクトホール３８を埋めて形成する。その後、例えばＣＭＰ法などを用いて、第１絶縁層３７の表面の金属材料を除去する。これにより、コンタクトホール３８内に酸化膜などの絶縁層４１と、絶縁層４１によりシリコン層１１０と絶縁された導電体４０からなる貫通ビア３９が形成される（ステップＳ０３）。
【００６６】
つぎに、図１６に示すように、第１絶縁層３７に、受光部３６と対応する位置に、例えばレジストの開口部（図示せず）を介して、ＲＩＥ法などを用いて貫通孔（図示せず）を形成し、レジストを除去する。そして、例えばタングステンなどの金属材料により貫通孔を埋めた後、例えばＣＭＰ法などにより第１絶縁層３７の表面の金属材料を除去して、コンタクト層４２を形成する。これにより、受光部３６などで光電変換された電気信号を取り出すための、上記トランジスタの電極（図示せず）と接続されるコンタクト層４２が形成される。
【００６７】
つぎに、図１７に示すように、第１絶縁層３７から露出した導電体４０およびコンタクト層４２と接続する配線電極１１を形成する。そして、例えばプラズマＴＥＯＳ膜などからなる絶縁層３および配線電極４を順次積層して形成し、複数の受光部３６を電気的に選択する積層構成の配線層４４を形成する。その後、配線層４４の表面に、例えばＳｉＯ２膜などからなる厚み１０μｍの第１接着層９を、ＣＶＤ法を用いて形成し、第１接着層９の表面を、ＣＭＰ法などを用いて、平坦に研磨する。
【００６８】
つぎに、図２と図１８に示すように、例えばＳｉＯ２膜などからなる厚み１０μｍの第２接着層１０を形成した、例えばシリコン基板などの支持基板８を準備する。そして、配線層４４上に形成した第１接着層９と、支持基板８に形成した第２接着層１０のＳｉＯ２膜同士が対向するようにして、基板５１の配線層４４と支持基板８とを貼り合わせ、固体撮像装置前駆体２００Ａを作製する（ステップＳ０５）。
【００６９】
つぎに、図１９に示すように、図１８で作製した固体撮像装置前駆体２００Ａの上下を反転させる。そして、上部になった基板５１のシリコン基板３３をＣＭＰ法、ＲＩＥ法、ＢＧＲ法、もしくはこれら３つの方法の組み合わせを用いて除去する。さらに、シリコン基板３３の下にあったＳｉＯ２膜からなる絶縁層１２０を、例えばＣＭＰ法やＲＩＥ法を用いて、少なくとも導電体４０の表面が露出する位置まで研磨して除去し、平坦化する。なお、露出した導電体４０は、以降のシリコン層１１０の絶縁層１２０側に形成する、例えばカラーフィルタやオンチップレンズのアライメント用のマークとして利用することができる。
【００７０】
つぎに、図２と図２０に示すように、必要に応じて、導電体４０をアライメント用のマークとして用いて、パッド領域１０１に露出した導電体４０に、外部と接続する、例えばタングステンなどの金属材料でコンタクトパッド１５を、フォトリソ法などにより形成する。
【００７１】
そして、既存の方法により、絶縁層１２０上にカラーフィルタ６およびオンチップレンズ７を、シリコン層１１０の受光部３６の位置に対応させて形成する。
【００７２】
上記により、図１２に示す本実施の形態の固体撮像装置２００を作製できる。
【００７３】
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、受光部を形成した後に、コンタクトホールを形成して貫通ビアを形成する。そのため、従来の受光部の形成時の高温の熱処理に対する耐熱性を有する材料で埋め込む工程などを省略できる。その結果、実施の形態１と同様に、工程数の削減により歩留まりを向上させるとともに、生産性よく低コストで裏面照射型の固体撮像装置を作製できる。
【００７４】
また、本実施の形態によれば、カラーフィルタやオンチップレンズの形成時において、貫通ビア、コンタクトパッドや受光部に対応する位置のコンタクト層をアライメント用のマークとして用いることができる。そのため、従来のような、撮像領域の周囲にアライメント用のマークを形成する必要がない。その結果、同じ画素数の場合、受光部の面積を大きくして受光感度を向上でき、一方、受光部の面積を同じとすれば、画素数を増やして分解能を向上できる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、接続抵抗を低減するために、複数のコンタクトホールを形成し、複数のコンタクトパッドを設けた例で説明したが、これに限られない。例えば、接続抵抗を低くできる場合には、１つのコンタクトホールにコンタクトパッドを形成する構成でもよい。
【００７６】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における固体撮像装置の構造と製造方法について、図面を用いて詳細に説明する。
【００７７】
図２１は、本発明の実施の形態４における固体撮像装置の構造と製造方法を説明する断面図である。
【００７８】
そして、本実施の形態の固体撮像装置２５０は、実施の形態３の固体撮像装置２００の絶縁層１２０とカラーフィルタ６との間に、反射防止膜を設けた点で、実施の形態３とは異なる。なお、それ以外の構成や製造方法などは、実施の形態３と同じであるので、説明を省略し、異なる点を主に説明する。
【００７９】
すなわち、図２１に示すように、本実施の形態の固体撮像装置２５０は、支持基板８と、絶縁層３中に積層して形成された配線電極４、１１からなる配線層４４と、第１絶縁層３７と、フォトダイオードなどからなる受光部３６が形成されたＰ型のシリコン層１１０と、絶縁層１２０と、絶縁層１２０上に形成された反射防止膜１４７およびコンタクトパッド１５と、反射防止膜１４７上に形成されたカラーフィルタ６と、カラーフィルタ６上に形成されたオンチップレンズ７が、順次積層して構成され、パッド領域１０１と撮像領域１０２を形成している。そして、反射防止膜１４７は、例えば０ｎｍを超えて２５ｎｍの厚みのシリコン酸化膜１４５と、４０ｎｍ〜６０ｎｍの厚みのシリコン窒化膜１４６の少なくとも２層構成を有している。
【００８０】
なお、本実施の形態の固体撮像装置２５０の製造方法については、反射防止膜４７の形成方法以外は、基本的に実施の形態３と同様であり、反射防止膜の形成方法は実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【００８１】
本実施の形態によれば、反射防止膜１４７により、受光部３６に入射する光の入射光量を増加させ、受光部３６の感度を向上させた固体撮像装置２５０を作製できる。
【００８２】
なお、本実施の形態では、２層構成の反射防止膜１４７を例に説明したが、これに限られない。例えば、シリコン層１１０上の、絶縁層１２０としてＳｉＯ２膜を形成して、所定の厚み（０ｎｍを超えて２５ｎｍ程度）に研磨し、反射防止膜１４７のシリコン酸化膜１４５の代わりに用いてもよい。これにより、製造工程を削減できる。
【００８３】
なお、上記各実施の形態では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例に説明したが、これに限られない。例えば、裏面照射型構造を有するその他の構成、例えばＣＣＤ型の固体撮像装置にも、本実施の形態を適用することができ、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、高い生産性と信頼性が要望される固体撮像装置の製造方法などの技術分野に有用である。
【符号の説明】
【００８５】
３，４１，１２０，２０３，２１７，２１８，２１９    絶縁層
４，１１，２０４，２１１    配線電極
６，２０６    カラーフィルタ
７，２０７    オンチップレンズ
８，２０８    支持基板
９，２０９    第１接着層
１０，２１０    第２接着層
１５    コンタクトパッド
３０    第２絶縁層
３３，２３３    シリコン基板
３５，５１    基板
３５Ａ，１１０Ａ    第１面
３５Ｂ    第２面
３６    受光部
３７    第１絶縁層
３８，２１２Ａ，２１６Ａ，２１７Ａ，２１８Ａ，２１９Ａ    コンタクトホール
３９    貫通ビア
４０    導電体
４２，２１２    コンタクト層
４４    配線層
４５，１４５    シリコン酸化膜
４６，１４６    シリコン窒化膜
４７，１４７    反射防止膜
１００，１５０，２００，２５０，３００    固体撮像装置
１００Ａ，２００Ａ，３００Ａ    固体撮像装置前駆体
１０１    パッド領域
１０２，３０２    撮像領域
１１０，２３５    シリコン層
２１５    パッド電極
２１６    金属層
２２２    酸化膜
２２３    ＳｉＮ膜
２３４    ＳｉＯ２膜（酸化シリコン膜）
２３６    フォトダイオード
２３７    ＳＯＩ基板
【図１】
2011014674.tif 000003
【図２】
2011014674.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】
2011014674.tif 000009
【図８】
2011014674.tif 000010
【図９】
2011014674.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2011014674.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2011014674.tif 000028
【図２７】
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【図２８】
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