(57)【要約】【課題】撮像画像の画質の劣化を抑制することができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、有効画素領域と、無効画素領域と、評価領域とを備える。有効画素領域は、入射光を取り込んで光電変換する有効画素が配列される。無効画素領域は、遮光される無効画素が配列される。評価領域は、無効画素が配列され、評価用の金属線材が設けられる。【選択図】図３
2019149566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を取り込んで光電変換する有効画素が配列される有効画素領域と、
遮光される無効画素が配列される無効画素領域および評価用の金属線材が設けられる評価領域と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記評価用の金属線材は、
平行に配置される複数本の金属線材と、
前記金属線材の一端同士を接続する金属線材とを含む平面視櫛歯状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記評価用の金属線材は、
表面積が前記有効画素に積層される配線層に設けられる配線の表面積の１／Ｎ倍（Ｎは、１以上の数）である
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。
【請求項４】
前記評価用の金属線材は、
前記配線層と同一の層に設けられる
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
半導体層に複数の光電変換素子を形成して、画素アレイを形成することと、
前記画素アレイに含まれる複数の画素のうち、一部の画素の受光面に遮光膜を形成し、前記遮光膜によって遮光される無効画素領域と、前記遮光膜によって遮光されない有効画素領域とを形成することと、
前記無効画素領域に絶縁膜を形成することと、
前記絶縁膜にトレンチを形成し、前記トレンチ内に金属を形成することで、前記有効画素領域の有効画素を評価するための金属線材を形成することと
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置は、入射光を信号電荷に光電変換して出力する画素アレイを備える。固体撮像装置は、画素アレイに積層される多層配線を介して信号電荷を周辺回路へ出力する。
【０００３】
ここで、多層配線を形成する工程は、画素アレイに積層される絶縁膜に配線を形成するためのトレンチをパターニングする工程と、トレンチ内に銅などの金属を設ける工程とを含む。このとき、固体撮像装置は、トレンチの形成によって絶縁膜がダメージを受けて結晶欠陥が生じることがある。結晶欠陥によって生じる電子は、いわゆる暗電流として検出され、撮像画像中に白傷となって現れて画質劣化の原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３５１８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つの実施形態は、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる固体撮像装置および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】
【０００６】
一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、有効画素領域と、無効画素領域と、評価領域とを備える。有効画素領域は、入射光を取り込んで光電変換する有効画素が配列される。無効画素領域は、遮光される無効画素が配列される。評価領域は、無効画素が配列され、評価用の金属線材が設けられる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を備えるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る画素アレイを示す説明図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る画素アレイの模式的な断面を示す説明図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係るアンテナを示す説明図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す説明図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す説明図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る画素アレイを示す説明図である。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る画素アレイの模式的な断面を示す説明図である。
【図１０】図１０は、第３の実施形態に係るウェハの一部を示す説明図である。
【図１１】図１１は、実施形態の変形例に係る画素アレイを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４を備えるデジタルカメラ１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ１は、カメラモジュール１１と後段処理部１２とを備える。
【００１０】
カメラモジュール１１は、撮像光学系１３と固体撮像装置１４とを備える。撮像光学系１３は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置１４は、撮像光学系１３によって結像される被写体像を撮像し、撮像によって得られた画像信号を後段処理部１２へ出力する。かかるカメラモジュール１１は、デジタルカメラ１以外に、例えば、カメラ付き携帯端末などの電子機器に適用される。
【００１１】
後段処理部１２は、ＩＳＰ（Image  Signal  Processor）１５、記憶部１６および表示部１７を備える。ＩＳＰ１５は、固体撮像装置１４から入力される画像信号の信号処理を行う。かかるＩＳＰ１５は、例えば、ノイズ除去処理、欠陥画素補正処理、解像度変換処理などの高画質化処理を行う。
【００１２】
そして、ＩＳＰ１５は、信号処理後の画像信号を記憶部１６、表示部１７およびカメラモジュール１１内の固体撮像装置１４が備える後述の信号処理回路２１（図２参照）へ出力する。ＩＳＰ１５からカメラモジュール１１へフィードバックされる画像信号は、固体撮像装置１４の調整や制御に用いられる。
【００１３】
記憶部１６は、ＩＳＰ１５から入力される画像信号を画像として記憶する。また、記憶部１６は、記憶した画像の画像信号をユーザの操作などに応じて表示部１７へ出力する。表示部１７は、ＩＳＰ１５あるいは記憶部１６から入力される画像信号に応じて画像を表示する。かかる表示部１７は、例えば、液晶ディスプレイなどである。
【００１４】
次に、図２を参照してカメラモジュール１１が備える固体撮像装置１４について説明する。図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、固体撮像装置１４は、イメージセンサ２０と、信号処理回路２１とを備える。
【００１５】
ここでは、イメージセンサ２０は、入射光を光電変換する画素における入射光が入射する側の面とは逆側に配線層が形成される所謂裏面照射型ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサである場合について説明する。なお、実施形態に係るイメージセンサ２０は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサに限定するものではなく、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサであってもよい。
【００１６】
イメージセンサ２０は、周辺回路２２と、画素アレイ２３とを備える。また、周辺回路２２は、垂直シフトレジスタ２４、タイミング制御部２５、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）２６、ＡＤＣ（アナログデジタル変換部）２７、およびラインメモリ２８を備え、これらは主にアナログ回路で構成される。
【００１７】
画素アレイ２３は、イメージセンサ２０の撮像領域に設けられ、入射光を取り込む有効画素が配列される有効画素領域と、有効画素領域の縁部に遮光された無効画素が配列される無効画素領域とを備える。かかる画素アレイ２３には、撮像画像の各画素に対応する複数の光電変換素子が、水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）へ２次元アレイ状（マトリクス状）に配列されている。
【００１８】
有効画素領域は、各有効画素の光電変換素子が入射光量に応じた信号電荷（例えば、電子）を発生させて、各有効画素内の電荷蓄積領域に蓄積する。そして、有効画素領域は、各有効画素によって光電変換された電荷の量に応じた電圧の信号を、撮像画像における各画素の輝度を示す画素信号として出力する。無効画素領域は、例えば、暗時レベルを補正するために使用されるオプティカルブラック（ＯＢ）領域として機能する。
【００１９】
さらに、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４は、有効画素領域の製造工程での暗電流特性を評価するための評価領域をさらに備える。これにより、固体撮像装置１４は、有効画素で発生する暗電流を製造段階で計算することで、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる。かかる評価領域については、図３以降を参照して後述する。
【００２０】
タイミング制御部２５は、垂直シフトレジスタ２４、ＣＤＳ２６、ＡＤＣ２７およびラインメモリ２８に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。垂直シフトレジスタ２４は、アレイ（行列）状に２次元配列された複数の画素の中から信号電荷を読み出す画素を行単位で順次選択するための選択信号を画素アレイ２３へ出力する処理部である。
【００２１】
画素アレイ２３は、垂直シフトレジスタ２４から入力される選択信号によって行単位で選択される各画素に蓄積された信号電荷を、撮像画像における各画素の輝度を示す画像信号として画素からＣＤＳ２６へ出力する。
【００２２】
ＣＤＳ２６は、画素アレイ２３から入力される画素信号から、相関二重サンプリングによってノイズを除去してＡＤＣ２７へ出力する処理部である。ＡＤＣ２７は、ＣＤＳ２６から入力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号へ変換してラインメモリ２８へ出力する処理部である。ラインメモリ２８は、ＡＤＣ２７から入力される画素信号を一時的に保持し、画素アレイ２３における画素の行毎に信号処理回路２１へ出力する処理部である。
【００２３】
信号処理回路２１は、ラインメモリ２８から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行って後段処理部１２へ出力する処理部であり、主にデジタル回路で構成される。信号処理回路２１は、画素信号に対して、例えば、レンズシェーディング補正、傷補正、ノイズ低減処理などの信号処理を行う。
【００２４】
このように、イメージセンサ２０では、画素アレイ２３に配置される複数の画素が入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して蓄積し、周辺回路２２が各画素に蓄積された信号電荷に応じた画素信号を読み出すことによって撮像を行う。
【００２５】
次に、図３を参照して、第１の実施形態に係る画素アレイ２３の構成について説明する。図３は、第１の実施形態に係る画素アレイ２３の構成を示す説明図である。なお、図３は、画素アレイ２３の平面図である。図３に示すように、画素アレイ２３は、有効画素領域３３と、無効画素領域３４と、評価領域３５とを備える。
【００２６】
有効画素領域３３は、入射光を取り込む有効画素が配列される領域である。各有効画素は、取り込んだ入射光を信号電荷に光電変換し、配線を介して周辺回路へ出力する。
【００２７】
無効画素領域３４は、有効画素領域３３の一方の縁部（ここでは、左側の縁部）に沿って設けられ、遮光膜によって遮光された無効画素が配列される領域である。無効画素領域３４の一部の無効画素は、例えば、暗時レベルを補正するためのＯＢ領域として使用される。遮光膜は、例えば、アルミニウム等の金属材料を含む。
【００２８】
評価領域３５は、平面視で、無効画素領域３４を挟んで有効画素領域３３とは反対側の領域に設けられる。また、評価領域３５は、無効画素と、層間絶縁膜とアンテナ状の金属線材（以下、アンテナＰと記載する。）とを備える領域である。
【００２９】
そして、アンテナＰは、金属線材の表面積が有効画素の配線の表面積の略１／Ｎ倍（Ｎは、１以上の数）である。なお、アンテナＰの形状については、図５を参照して詳細に後述するが、図３では、アンテナＰを簡略化した枠で示している。
【００３０】
ここで、有効画素の配線を形成する場合は、有効画素に層間絶縁膜を積層して、層間絶縁膜に配線を形成するためのトレンチをパターニングし、かかるトレンチ内に配線となる金属線材を設ける。このとき、固体撮像装置１４は、配線用のトレンチによって層間絶縁膜に結晶欠陥が発生し、結晶欠陥によって暗電流が生じることがある。
【００３１】
そこで、第１の実施形態では、評価領域３５に、金属線材の表面積が有効画素の配線の表面積の略１／Ｎ倍であるアンテナＰを設ける。つまり、アンテナＰが設けられる評価領域３５の無効画素で生じる暗電流は、有効画素の配線の形成によって生じる暗電流の略１／Ｎ倍になる。
【００３２】
これにより、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４は、製造段階で、評価領域３５の無効画素に生じる暗電流を評価することで、有効画素の配線形成によって生じる暗電流を計算することができる。
【００３３】
したがって、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４は、例えば、後段処理部１２が計算した暗電流に基づいて、有効画素に生じる暗電流を除去する補正を行うことで、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる。
【００３４】
次に、図４を参照して、画素アレイ２３の断面構造について説明する。図４は、第１の実施形態に係る画素アレイ２３の模式的な断面を示す説明図である。なお、図４は、図３におけるＡ−Ａ´線による画素アレイ２３の模式的な断面を示す説明図である。また、図４には、右から順に、有効画素領域３３の有効画素、無効画素領域３４の無効画素、評価領域３５の無効画素が示されている。
【００３５】
図４に示すように、画素アレイ２３の各画素は、画素分離領域４２によって分離される領域内に、例えば、リン（Ｐ）等のＮ型の不純物がドープされる電荷蓄積領域４４と、例えば、ボロン（Ｂ）等のＰ型の不純物がドープされるＳｉ領域４３とを備える。電荷蓄積領域４４およびＰ型のＳｉ領域４３は、ＰＮ接合によって光電変換素子であるフォトダイオードとして機能する。
【００３６】
画素分離領域４２は、例えば、半導体層の表裏を貫通するＤＴＩ（Deep  Trench  Isolation）であり、酸化シリコンなどの絶縁部材によって形成される。なお、画素分離領域４２は、ＤＴＩに限定されず、例えば、Ｐ型の不純物がドープされた領域であってもよい。かかる場合、Ｐ型の画素分離領域４２およびＰ型のＳｉ領域４３とＮ型の電荷蓄積領域４４とは、ＰＮ接合によりフォトダイオードとして機能する。
【００３７】
また、有効画素領域３３の有効画素は、受光面（ここでは、下面）側にマイクロレンズ５０を備え、マイクロレンズ５０上に、カラーフィルタ４９、反射防止膜４８が順次積層され、受光面とは逆側に、多層配線層４７が積層される。
【００３８】
マイクロレンズ５０は、下面から入射する光を集光する平凸レンズである。カラーフィルタ４９は、例えば、赤色、緑色、および青色のうち、いずれか一色の光を選択的に透過させるフィルタであり、各有効画素には、いずれか一色のカラーフィルタ４９が設けられる。
【００３９】
各有効画素は、赤色、緑色および青色のうち、３色のカラーフィルタ４９は、例えば、ベイヤ配列される。反射防止膜４８は、例えば、窒化シリコンによって形成され、マイクロレンズ５０およびカラーフィルタ４９を介して入射する光の反射を防止する。
【００４０】
多層配線層４７は、層間絶縁膜４６と、層間絶縁膜４６の内部に複数層設けられる配線４５とを備える。層間絶縁膜４６は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜である。配線４５は、例えば、銅配線である。
【００４１】
有効画素領域３３の有効画素は、マイクロレンズ５０から入射する光を、受光量に応じた信号電荷に光電変換して電荷蓄積領域４４に蓄積し、垂直シフトレジスタ２４から選択信号が入力されると、蓄積された信号電荷を配線４５を介して周辺回路２２へ転送する。
【００４２】
無効画素領域３４および評価領域３５の無効画素は、下面側に遮光膜４１が設けられる点で有効画素とは異なる。遮光膜４１は、例えば、アルミニウムなどの金蔵材料を含む。
【００４３】
また、評価領域３５には、有効画素の各配線層と同一の層にアンテナＰがそれぞれ設けられる。具体的には、１層目用アンテナＰａは、有効画素領域３３の第１層配線４５ａと同一の層に設けられる。また、２層目用アンテナＰｂは、第２層配線４５ｂと同一の層に、３層目用アンテナＰｃは、第３層配線４５ｃと同一の層にそれぞれ設けられる。
【００４４】
また、１層目用アンテナＰａの表面積は、第１層配線４５ａの表面積の略１／Ｎ倍であり、２層目用アンテナＰｂの表面積は、第２層配線４５ｂの表面積の略１／Ｎ倍であり、３層目用アンテナＰｃの表面積は、第３層配線４５ｃの表面積の略１／Ｎ倍である。
【００４５】
つまり、評価領域３５は、有効画素の各配線層に対応する層にアンテナＰａ、Ｐｂ、Ｐｃを備えることによって、有効画素の配線が形成される工程によって生じる暗電流の略１／Ｎ倍の暗電流を評価領域３５の無効画素に意図的に発生させることができる。
【００４６】
これにより、固体撮像装置１４の製造工程の中で、評価領域３５の無効画素に生じる暗電流を測定することで、有効画素の配線を形成する工程によって生じる暗電流を、製造段階で、計算することができる。そして、固体撮像装置１４は、例えば、製造段階で、予め生じる暗電流を除去する補正プログラムを組むことで、出荷前の製品の段階で暗電流を補正することができる。
【００４７】
次に、図５を参照して、アンテナＰの形状について説明する。図５は、第１の実施形態に係るアンテナＰの平面を示す説明図である。なお、図５に示すアンテナＰの形状は、一例であり、これに限定されない。
【００４８】
図５に示すように、アンテナＰは、評価領域３５の第１評価領域３５ａに設けられ、例えば、平面視櫛歯状の形状を有する金属線材である。具体的には、アンテナＰは、複数本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎと、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの一端（ここでは、右端）同士を接続する第２金属線材Ｖとを備える。第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎは、所定間隔で互いに平行に配置され、第２金属線材Ｖは、例えば、平面視で第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎに対して直交する方向に配置される。
【００４９】
また、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎは、表面積が有効画素の配線４５の表面積の略１／Ｎ倍である。具体的には、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの表面積は、層間絶縁膜４６とアンテナＰとが接している面積であり、有効画素の配線４５の表面積は、層間絶縁膜４６と配線４５とが接している面積である。
【００５０】
そして、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの幅および高さ（いわゆる、太さ）が有効画素の配線４５の幅および高さと略同じである場合、１本の第１金属線材（例えば、第１金属線材Ｌ１）の長さＤを、１有効画素の配線４５の長さと略同じにすることで互いの表面積を略同じにする。
【００５１】
言い換えれば、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎおよび１有効画素の配線４５の表面積は、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎおよび１有効画素の配線４５を形成するトレンチの表面積である。つまり、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎと１有効画素の配線４５とを形成するトレンチによって生じる暗電流は略同じである。
【００５２】
そして、例えば、有効画素領域３３の１００万有効画素の配線を形成する工程によって生じる暗電流をＡとする場合、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎを１０本設けると、１０本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの表面積は、有効画素領域３３の配線の表面積の略１／１０万倍である、つまり、アンテナＰによって生じる暗電流は、略Ａ／１０万となる。
【００５３】
これにより、第１の実施形態に係るアンテナＰでは、第１金属線材の表面積が全有効画素の配線の表面積より小さい、つまり表面積が同じでなくても、有効画素の配線を形成する工程によって生じる暗電流を計算することによって把握することができる。
【００５４】
なお、アンテナＰの形成によって生じる暗電流には、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎ以外にも、例えば、第２金属線材Ｖなどの他の金属線材の形成によって生じる暗電流も含まれる。つまり、固体撮像装置１４では、第２金属線材Ｖなどの他の金属線材によって生じる暗電流分も考慮することで、有効画素の配線を形成する工程に生じる暗電流をより正確に把握することができる。
【００５５】
なお、Ｎは、１以上の数であり、自然数に限定されず、例えば、小数などであってもよい。また、例えば、Ｎが１である場合、第１金属線材の表面積と全有効画素の配線の表面積とが略同じである、すなわち、第１金属線材の本数と、全有効画素数が略同じとなる。
【００５６】
また、第１の実施形態に係るアンテナＰでは、第１金属線材の表面積を全有効画素の配線の表面積より小さくすることで、アンテナＰとして画素アレイ２３を専有する面積を低減することができる。
【００５７】
さらに、固体撮像装置１４は、アンテナＰを第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎを有する平面視櫛歯状とすることで、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの本数を直線パターンの金属線材を用いるため、アンテナＰの設計を簡易化することができる。
【００５８】
なお、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの長さＤは、１有効画素の配線４５の長さと同じにしたが、これに限定されず、１本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの表面積が、１有効画素の配線４５の表面積と同等であればよく、例えば、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの高さや幅を変えることで長さＤを調整してもよい。
【００５９】
例えば、アンテナＰは、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの高さを有効画素の配線４５の高さよりも高くすることで、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの長さＤを、有効画素の配線４５の長さよりも短くしてもよい。なお、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの高さは、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎを形成するトレンチを深く設けることで高くすることができる。
【００６０】
これにより、アンテナＰは、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎと有効画素の配線との表面積が同じであり、かつ、平面視での評価領域３５の無効画素を占有する面積を低減することができる。さらに、アンテナＰは、形成するトレンチの幅を有効画素の配線４５の幅よりも広くすることで、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの長さＤをさらに短くすることができ、例えば、狭長な領域にも評価領域３５を配置することができる。
【００６１】
なお、第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎの本数は、評価領域３５の無効画素が１画素の場合について説明したが、これに限定されず、例えば、評価領域３５の無効画素が複数画素であってもよい。具体的には、１００万本の第１金属線材は、１０万本の第１金属線材Ｌ１〜Ｌｎを有するアンテナＰとして、１０無効画素にアンテナＰが振り分けられてもよい。つまり、有効画素領域３３を１０万画素を含んだ１０の領域に振り分けて、１０無効画素のアンテナＰにそれぞれ対応させる。
【００６２】
これにより、固体撮像装置１４は、評価領域３５の複数の無効画素に生じる暗電流を計測することで、有効画素領域３３に含まれる複数の領域を選択的に補正することができ、配線の形成によって生じる暗電流が検出されない領域については補正をする必要がないため、補正の処理負担を軽減することができる。
【００６３】
次に、図６および図７を参照して、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４の製造方法について説明する。図６および図７は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１４の製造工程を示す説明図である。
【００６４】
ここでは、図４に示す画素の一部の製造工程について説明し、その他の工程については、その説明を省略する。また、以下の説明では、図４に示す構成要素と同一の構成要素については、図４に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
【００６５】
図６に（a）で示すように、画素アレイ２３を製造する場合には、まず、ノンドープのシリコン層４０上に、画素分離領域４２によって分離された領域に、電荷蓄積領域４４およびＰ型のＳｉ領域４３を形成する。なお、シリコン層４０上には、シリコン基板の表面からシリコン基板の内部へ例えば、ボロンをイオン注入してアニール処理を行うことによって、Ｐ型の半導体層（図示せず）を形成する。なお、Ｐ型の半導体層を形成する場合、シリコンをエピタキシャル成長させることでＰ型の半導体層を形成してもよい。
【００６６】
また、画素分離領域４２の形成工程では、Ｐ型の半導体層における後に各画素を形成する領域を分離する位置に対して、例えば、ＲＩＥ（Reactive  Ion  Etching）を行うことによって、トレンチを形成する。その後、例えば、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）によって、トレンチ内に酸化シリコンを堆積させて画素分離領域４２を形成する。なお、画素分離領域４２を形成する場合、例えば、ボロンをイオン注入し、アニール処理を行うことによって形成してもよい。
【００６７】
その後、画素分離領域４２によって分離された領域に、例えば、リンをイオン注入してアニール処理を行うことによってＮ型の電荷蓄積領域４４を形成する。そして、Ｎ型の電荷蓄積領域４４の受光面側（ここでは下面）に、例えば、高濃度のボロンをイオン注入してアニール処理を行うことによってＰ型のＳｉ領域４３を形成する。そして、Ｎ型の電荷蓄積領域４４およびＰ型のＳｉ領域４３のＰＮ接合によりフォトダイオードが形成される。なお、画素分離領域４２がＰ型の不純物イオンを注入する工程によって形成される場合、画素分離領域４２およびＮ型の電荷蓄積領域４４のＰＮ接合によってもフォトダイオードが形成される。
【００６８】
続いて、図６に（ｂ）で示すように、画素分離領域４２およびＮ型の電荷蓄積領域４４上に、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）によって層間絶縁膜４６を形成する。ここでは、有効画素領域３３の有効画素および無効画素領域３４の無効画素には、層間絶縁膜４６に第１層配線４５ａ用のトレンチを、評価領域３５の無効画素には、１層目用アンテナＰａ用のトレンチをそれぞれパターニングする。
【００６９】
ここでは、層間絶縁膜４６上に第１層配線４５ａおよび１層目用アンテナＰａが形成される領域以外の領域にリソグラフィー法によりレジストを形成する。続いて、例えば、ＲＩＥによって、レジストをマスクとして第１層配線４５ａ用および１層目用アンテナＰａ用のトレンチを形成する。
【００７０】
また、１層目用アンテナＰａ用のトレンチの表面積は、有効画素領域３３の有効画素の第１層配線４５ａ用のトレンチの表面積の略１／Ｎ倍にする。そして、図６に（ｃ）で示すように、トレンチの内部に銅を埋め込むことで、第１層配線４５ａおよび１層目用アンテナＰａを形成する。
【００７１】
そして、図７に（ａ）で示すように、配線用およびアンテナ用のトレンチをパターニングする工程および形成したトレンチに銅を埋め込む工程を繰り返すことによって多層配線層４７を形成する。その後、多層配線層４７上に、支持基板（図示せず）を貼合する。そして、支持基板を支持し、例えば、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）によって、ノンドープのシリコン層４０を裏面から研削および研磨することにより、画素分離領域４２およびＰ型のＳｉ領域４３の裏面を露出させて画素の受光面を形成する。
【００７２】
続いて、図７に（ｂ）で示すように、有効画素の受光面（ここでは、下面）には、反射防止膜４８を形成し、無効画素領域３４および評価領域３５の無効画素の下面には、遮光膜４１を形成する。ここでは、有効画素の下面に、例えば、ＣＶＤによって窒化シリコンを堆積することで反射防止膜４８を形成する。また、無効画素領域３４および評価領域３５の無効画素の下面に、例えば、ＣＶＤによってアルミニウムを堆積することで遮光膜４１を形成する。
【００７３】
そして、図７に（ｃ）で示すように、反射防止膜４８の下面に、赤色、緑色、青色のカラーレジストを順次成膜することにより、カラーフィルタ４９を形成する。最後に、カラーフィルタ４９の下面にマイクロレンズ５０を形成して、図４に示す画素アレイ２３が完成する。
【００７４】
第１の実施形態によれば、固体撮像装置１４は、有効画素領域３３と、無効画素領域３４と、評価領域３５とを備える。評価領域３５は、有効画素の評価用の金属線材であるアンテナＰを備える。アンテナＰは、評価領域３５の無効画素に設けられ、有効画素に積層される配線層と同一の層に設けられる。
【００７５】
また、評価領域３５では、アンテナＰの表面積を有効画素の配線の表面積の１／Ｎ倍とすることで、有効画素領域３３の有効画素の配線を形成する工程によって生じる暗電流を計算することができる。
【００７６】
さらに、固体撮像装置１４は、製造工程の中で暗電流を計算することができるため、例えば、後段処理部１２が、計算した暗電流を基に、予め暗電流を除去する補正プログラムを組むことで、撮像画像の画質の劣化を抑制することができる。
【００７７】
なお、かかる補正プログラムは、配線を形成する工程以外に、例えば、半導体層に不純物をイオン注入する工程で発生する暗電流を考慮した補正を含んでもよい。これにより、固体撮像装置１４は、発生する暗電流を低減することができ、撮像画像の画質の劣化をさらに抑制することができる。
【００７８】
（第２の実施形態）
次に、図８および図９を参照して、第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態に係る画素アレイ２３を示す説明図である。第２の実施形態では、評価領域３５は、有効画素領域３３の有効画素に複数積層される配線層のうち、いずれかの配線層と同一の層にアンテナＰを設ける点で、第１の実施形態とは異なる。
【００７９】
具体的には、図８に示すように、第２の実施形態に係る画素アレイ２３は、評価領域３５を分割することで、一方の領域には第１評価領域３５ａを、もう一方の領域には第２評価領域３５ｂを備える。第１評価領域３５ａは、有効画素領域３３の有効画素の１層目配線層と同一の層に１層目用アンテナＰａを備える。第２評価領域３５ｂは、有効画素領域３３の有効画素の２層目配線層と同一の層に２層目用アンテナＰｂを備える。
【００８０】
これにより、第２の実施形態に係る固体撮像装置１４は、各配線層専用の評価領域３５
ａ、３５ｂを備えることで、配線層ごとに発生する暗電流を計算することができる。
【００８１】
図９は、第２の実施形態に係る画素アレイ２３の模式的な断面を示す説明図である。図９（ａ）は、図８におけるＡ−Ａ´線による画素アレイ２３の模式的な断面を示す説明図、図９（ｂ）は、図８におけるＢ−Ｂ´線による画素アレイ２３の模式的な断面を示す説明図である。
【００８２】
図９（ａ）に示すように、第１評価領域３５ａの無効画素は、１層目用アンテナＰａを備える。１層目用アンテナＰａは、有効画素領域３３の有効画素に積層される第１層配線４５ａと同一の層に設けられる。また、１層目用アンテナＰａの表面積は、第１層配線４５ａの表面積の略１／Ｎ倍である。
【００８３】
図９（ｂ）に示すように、第２評価領域３５ｂの無効画素は、２層目用アンテナＰｂを備える。２層目用アンテナＰｂは、有効画素領域３３の有効画素に積層される第２層配線４５ｂと同一の層に設けられる。また、２層目用アンテナＰｂの表面積は、第２層配線４５ｂの表面積の略１／Ｎ倍である。
【００８４】
これにより、固体撮像装置１４によれば、第１評価領域３５ａの無効画素では、第１層配線４５ａの形成工程に起因する暗電流を計測し、第２評価領域３５ｂの無効画素では、第２層配線４５ｂの形成工程に起因する暗電流を計測することができる。
【００８５】
なお、図９では、１層目用アンテナＰａおよび２層目用アンテナＰｂの例を示しているが、これに限定されず、例えば、第１評価領域３５ａおよび第２評価領域３５ｂ以外の領域に、３層目用アンテナを設けてもよい。かかる３層目用アンテナは、第３層配線（符号省略）と同一の層に設けられ、３層目用アンテナの表面積は、第３層配線４５ｃの表面積の１／Ｎ倍である。
【００８６】
第２の実施形態によれば、固体撮像装置１４は、有効画素領域３３の有効画素に複数積層される配線層のうち、いずれかの配線層と同一の層にアンテナＰが設けられる。これにより、固体撮像装置１４は、各配線層それぞれで検出される暗電流を計算することができ、例えば、多層配線層４７の各配線層のうち、どの配線層の形成工程が、生じる暗電流が大きいかを特定することができる。
【００８７】
そして、固体撮像装置１４は、例えば、多層配線層４７の各配線層のうち、生じる暗電流が大きい配線層の形成工程を、生じる暗電流が小さい配線層の形成工程と入れ替えたり、生じる暗電流が大きい配線層の配線を形成するトレンチのパターニングを改良することで、生じる暗電流を低減することができる。
【００８８】
（第３の実施形態）
次に、図１０を参照して、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係るウェハＷの一部を示す説明図である。図１０に示すウェハＷの一部は、それぞれ評価領域３５を有する複数のチップ１００が配列される。
【００８９】
第２の実施形態では、アンテナＰを有効画素に積層される複数の配線層のいずれかの層と同一の層に設けたが、第３の実施形態では、チップ１００に設けられるアンテナＰをウェハＷの有効画素の複数の配線層のいずれかの層と同一の層に設ける。
【００９０】
具体的には、チップ１００ａは、ウェハＷの有効画素に積層される第１層配線と同一の層に１層目用アンテナＰａが設けられる。また、チップ１００ｂは、ウェハＷの有効画素に積層される第２層配線と同一の層に２層目用アンテナＰｂが設けられる。
【００９１】
これにより、第３の実施形態に係る固体撮像装置１４は、各チップ１００に設けられるアンテナＰにより、ウェハＷの全有効画素の配線層の形成工程によって生じる暗電流を計算することができる。
【００９２】
これにより、固体撮像装置１４は、評価領域３５の複数の無効画素に生じる暗電流を計測することで、有効画素領域３３に含まれる複数の領域を選択的に補正することができ、暗電流が検出されない領域については補正をする必要がないため、補正の処理負担を軽減することができる。
【００９３】
そして、固体撮像装置１４は、予め生じる暗電流を除去する補正プログラムを組む場合、ウェハＷ内の全チップ１００を一度に補正できるため、チップ１００毎に補正する必要がなくなり、補正の処理負担を低減することができ、さらに、同じ補正処理を行うことで、チップ１００毎の製品品質差も低減することができる。
【００９４】
なお、第１および第２の実施形態に係る評価領域３５は、平面視による有効画素領域３３の１辺（図３参照）の縁部の無効画素領域３４の外側に配置されるが、これに限定されるものではない。以下、図１１を参照して、実施形態に係る画素アレイ２３の変形例について説明する。図１１は、実施形態の変形例１〜３に係る画素アレイ２３を示す説明図である。
【００９５】
図１１（ａ）に示すように、変形例１に係る画素アレイ２３は、有効画素領域３３ａの連続する２辺の縁部に無効画素領域３４ａが設けられる。第１評価領域３５ａは、無効画素領域３４ａの平面視外側の位置に設けられる。
【００９６】
また、図１１（ｂ）に示すように、変形例２に係る画素アレイ２３は、有効画素領域３３ｂの連続する３辺の縁部に無効画素領域３４ｂが設けられる。第２評価領域３５ｂは、無効画素領域３４ｂの平面視外側の位置に設けられる。
【００９７】
また、図１１（ｃ）に示すように、変形例３に係る画素アレイ２３は、有効画素領域３３ｃを囲むように、無効画素領域３４ｃが設けられる。評価領域３５ｃは、無効画素領域３４ｃを囲むように評価領域３５ｃが設けられる。変形例１〜３により、固体撮像装置１４は、画素アレイ２３が配置される位置に応じて評価領域の配置を自在に変更することができる。
【００９８】
なお、各実施形態に係る評価領域３５は、例えば図３に示す領域としたが、これに限定されず、有効画素領域３３の一部の領域を評価領域３５として使用してもよい。かかる場合、例えば各配線層あたりのアンテナＰの数を増やすことで、計測する暗電流の精度が高くなり、より高精度に暗電流を補正することができるため、撮像画像の画質の劣化をさらに抑制することができる。
【００９９】
なお、各実施形態に係る固体撮像装置１４は、評価領域３５によって有効画素の多層配線層４７の形成に起因する暗電流を計測するが、これに限定されず、例えば、有効画素のイオン注入の工程に起因する暗電流を計測してもよい。
【０１００】
かかる場合、有効画素のイオン注入の工程によって生じる暗電流は、実験によって計測して予め取得する。そして、アンテナＰの１本の第１金属線材によって生じる暗電流は、１有効画素のイオン注入によって生じる暗電流と略同じにする。
【０１０１】
具体的には、アンテナＰの第１金属線材が１０本の場合、アンテナＰを設けることによって生じる暗電流は、１００万有効画素のイオン注入によって生じる暗電流の略１／１０万となる。
【０１０２】
これにより、固体撮像装置１４は、イオン注入工程などの配線を形成する工程以外の工程での暗電流を計算することができ、各工程で生じる暗電流を除去する補正を併せて行うことで、撮像画像の画質の劣化をさらに抑制することができる。
【０１０３】
また、実施形態に係るアンテナＰは、評価領域３５が積層される無効画素の電荷蓄積領域４４と直接接続しない構成（図４参照）としたが、例えば、アンテナＰを電荷蓄積領域４４へ金属線材を直接接続するようにしてもよい。これにより、アンテナＰの形成工程によって生じた電子が、電荷蓄積領域４４へ流入しやすくなるため、より高精度に暗電流を検出することができる。
【０１０４】
また、実施形態に係る評価領域３５は、無効画素上に積層されるように設けたが、アンテナＰが無効画素に接続されていれば、設けられる位置はこれに限定されない。
【０１０５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０６】
１４  固体撮像装置、  ３３  有効画素領域、  ３４  無効画素領域、  ３５，３５ａ，３５ｂ  評価領域、  ４６  層間絶縁膜、  ４７  多層配線層、  Ｐ  アンテナ、  Ｌ１，Ｌｎ  第１金属線材、  Ｖ  第２金属線材。
【図１】
2019149566.tif 000003
【図２】
2019149566.tif 000004
【図３】
2019149566.tif 000005
【図４】
2019149566.tif 000006
【図５】
2019149566.tif 000007
【図６】
2019149566.tif 000008
【図７】
2019149566.tif 000009
【図８】
2019149566.tif 000010
【図９】
2019149566.tif 000011
【図１０】
2019149566.tif 000012
【図１１】
2019149566.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月22日(2019.5.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を取り込んで光電変換する有効画素が配列される有効画素領域と、
遮光される無効画素が配列される評価領域と、を備え、
前記有効画素領域は、
前記有効画素に積層される層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に設けられるトレンチと、当該トレンチに埋め込まれた金属線材とを有し、
前記評価領域は、
前記無効画素に積層される層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に設けられるトレンチと、当該トレンチに埋め込まれ、前記有効画素で生じる暗電流を評価するための金属線材とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記有効画素で生じる暗電流を評価するための金属線材は、
平行に配置される複数本の金属線材と、
前記金属線材の一端同士を接続する金属線材とを含む平面視櫛歯状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記有効画素で生じる暗電流を評価するための金属線材は、
表面積が前記有効画素に積層される配線層に設けられる配線の表面積の１／Ｎ倍（Ｎは、１以上の数）である
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。
【請求項４】
前記有効画素で生じる暗電流を評価するための金属線材は、
前記配線層と同一の層に設けられる
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
半導体層に複数の光電変換素子を形成して、画素アレイを形成することと、
前記画素アレイに含まれる複数の画素のうち、一部の画素の受光面に遮光膜を形成し、前記遮光膜によって遮光される評価領域と、前記遮光膜によって遮光されない有効画素領域とを形成することと、
前記有効画素領域の有効画素に層間絶縁膜を形成し、当該層間絶縁膜にトレンチを形成し、前記トレンチに金属を埋め込むことで配線を形成することと、
前記評価領域の無効画素に層間絶縁膜を形成し、当該層間絶縁膜にトレンチを形成し、前記トレンチに金属を埋め込むことで、前記有効画素の前記配線を形成する際に生じる暗電流を評価するための金属線材を形成することと
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、有効画素領域と、評価領域とを備える。有効画素領域は、入射光を取り込んで光電変換する有効画素が配列される。評価領域は、遮光される無効画素が配列される。前記有効画素領域は、前記有効画素に積層される層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に設けられるトレンチと、当該トレンチに埋め込まれた金属線材とを有する。前記評価領域は、前記無効画素に積層される層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜に設けられるトレンチと、当該トレンチに埋め込まれ、前記有効画素で生じる暗電流を評価するための金属線材とを有する。