(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素領域及び非画素領域を有する半導体撮像装置であって、
半導体基板と、  
前記半導体基板上の前記画素領域に形成された第１の光電変換素子と、
前記画素領域に形成され、前記第１の光電変換素子に接続された第１のトランジスタと、
前記半導体基板上の前記非画素領域に形成された第２の光電変換素子と、
前記非画素領域に形成され、前記第２の光電変換素子に接続された第２のトランジスタと、
前記半導体基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、
前記第１の層間絶縁膜を貫通して形成され、前記半導体基板に接触する金属コンタクトと、
前記第１の層間絶縁膜上に形成され、前記金属コンタクトに接続する金属配線と、
前記金属配線上に形成された第２の層間絶縁膜と、
前記非画素領域に形成され、前記第２の光電変換素子の領域において、前記第２の光電変換素子に対向するようにその直上に形成され、前記第２の層間絶縁膜を貫通し、前記金属配線に接続するダミーヴィア配線と、
前記ダミーヴィア配線の上方に形成され、前記ダミーヴィア配線の上端に接続された金属遮光膜と、
を備えたことを特徴とする半導体撮像装置。
【請求項２】
前記非画素領域は、ダミー画素領域又は黒基準領域であることを特徴とする請求項１に記載の半導体撮像装置。
【請求項３】
前記金属配線と前記第２の層間絶縁膜の間に形成され、前記金属配線に含まれる金属の拡散を防止する第１のキャップ層をさらに備え、
前記第１の光電変換素子の上方には、前記金属配線及び前記第１のキャップ層は形成されていないことを特徴とする請求項１に記載の半導体撮像装置。
【請求項４】
前記ダミーヴィア配線は、前記第１のキャップ層及び前記第２の層間絶縁膜に形成されたヴィアホール内に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の層間絶縁膜上に形成され、前記ダミーヴィア配線の上方に開口を有する第２のキャップ層をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳイメージセンサー等の半導体撮像装置では、微細化が進み、銅（Ｃｕ）配線を用いることが一般的となっている。銅配線を用いる場合、銅の拡散を防止するために、銅配線上にシリコン窒化膜等のキャップ層を設ける必要がある。
【０００３】
ところが、画素領域では、光電変換素子に入射する光の減衰を抑制するために、光電変換素子の上方のキャップ層を除去している。一方、ダミー画素領域や黒基準領域等の非画素領域では、光の減衰を抑制しなくてもよいため、キャップ層を除去していない。そのため、シンター処理の際、画素領域と非画素領域とで、基板に供給される水素の量に差が生じる。その結果、画素領域と非画素領域とで、暗時特性等に差が生じるという問題がある。
【０００４】
このように従来は、画素領域と非画素領域とで特性差が生じ、優れた半導体撮像装置を
得ることが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２８９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画素領域と非画素領域とで特性差の少ない半導体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体撮像装置は、画素領域及び非画素領域を有する半導体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板上の前記画素領域に形成された第１の光電変換素子と、前記画素領域に形成され、前記第１の光電変換素子に接続された第１のトランジスタと、前記半導体基板上の前記非画素領域に形成された第２の光電変換素子と、前記非画素領域に形成され、前記第２の光電変換素子に接続された第２のトランジスタと、前記半導体基板上に形成された第１の層間絶縁膜と、前記第１の層間絶縁膜を貫通して形成され、前記半導体基板に接触する金属コンタクトと、前記第１の層間絶縁膜上に形成され、前記金属コンタクトに接続する金属配線と、前記金属配線上に形成された第２の層間絶縁膜と、前記非画素領域に形成され、前記第２の光電変換素子の領域において、前記第２の光電変換素子に対向するようにその直上に形成され、前記第２の層間絶縁膜を貫通し、前記金属配線に接続するダミーヴィア配線と、前記ダミーヴィア配線の上方に形成され、前記ダミーヴィア配線の上端に接続された金属遮光膜と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る半導体撮像装置の全体構成を模式的に示した図である。
【図２】実施形態に係る半導体撮像装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図３】実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図４】実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図７】実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る半導体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサー）の全体構成を模式的に示した図である。
【００１１】
図１に示すように、半導体撮像装置は、画素領域１００、ダミー画素領域２００、黒基準領域３００及び回路領域４００を備えている。
【００１２】
画素領域１００には、複数の画素がマトリクス状に配列されている。各画素には、フォトダイオード（光電変換素子）及びＭＯＳトランジスタが設けられている。画素領域１００の周囲には、ダミー画素領域２００が配置されている。ダミー画素領域２００は、実際の撮像動作には用いられないが、製造プロセス上の要請等により設けられている。黒基準領域３００は、黒基準信号を生成するものである。ダミー画素領域２００及び黒基準領域３００等の非画素領域には、画素領域１００と同様に、フォトダイオード及びＭＯＳトランジスタが設けられている。ダミー画素領域２００及び黒基準領域３００の周囲には、アナログ信号回路やデジタル信号回路を含む回路領域が配置されている。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る半導体撮像装置（ＣＭＯＳイメージセンサー）の構成を模式的に示した断面図である。
【００１４】
図２の右側は画素領域１００を示し、図２の左側は非画素領域としてダミー画素領域２００を示している。
【００１５】
図２に示すように、半導体基板（シリコン基板）１１の表面領域には、素子分離領域１２が形成されている。
【００１６】
画素領域１００には光電変換素子としてフォトダイオード１３が形成されており、ダミー画素領域２００には光電変換素子としてフォトダイオード１４が形成されている。フォトダイオード１３はＮ型領域１３ａ及びＰ型領域１３ｂを有し、フォトダイオード１４はＮ型領域１４ａ及びＰ型領域１４ｂを有している。
【００１７】
また、画素領域１００にはトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）１５が形成されており、ダミー画素領域２００にはトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）１６が形成されている。トランジスタ１５は、ゲート電極１５ａ及びソース／ドレイン用の拡散領域１５ｂを有している。トランジスタ１６は、ゲート電極１６ａ及びソース／ドレイン用の拡散領域１６ｂを有している。また、トランジスタ１５はフォトダイオード１３に接続されており、トランジスタ１６はフォトダイオード１４に接続されている。
【００１８】
半導体基板１１上には、層間絶縁膜２１が形成されている。この層間絶縁膜２１にはコンタクトホールが設けられ、このコンタクトホール内に、例えば、タングステンからなるコンタクト２２が形成されている。
【００１９】
層間絶縁膜２１上には層間絶縁膜２３が形成されている。この層間絶縁膜２３には溝が設けられ、この溝内に金属配線として銅配線２４が形成されている。銅配線２４は、画素領域１００及びダミー画素領域２００に形成されている。ただし、画素領域１００に設けられたフォトダイオード１３の上方には、フォトダイオード１３への入射光を遮断しないようにするために、銅配線２４は形成されていない。
【００２０】
銅配線２４及び層間絶縁膜２３上には、銅配線２４に含まれる銅の拡散を防止するために、シリコン窒化膜やシリコン炭化膜で形成されたキャップ層（第１のキャップ層）２５が設けられている。ただし、画素領域１００に設けられたフォトダイオード１３の上方には、フォトダイオード１３へ入射する光の減衰を防止するために、キャップ層２５は形成されていない。
【００２１】
層間絶縁膜２３及びキャップ層２５上には、層間絶縁膜３１が形成されている。この層間絶縁膜３１にはヴィアホールが設けられ、このヴィアホール内に銅で形成されたヴィア配線３２が形成されている。ダミー画素領域２００では、ヴィアホール内に銅で形成されたダミーヴィア配線３３が形成されている。このダミーヴィア配線３３は、回路動作には用いられない。ダミーヴィア配線３３は、キャップ層２５を貫通し、銅配線２４に接続されている。また、層間絶縁膜３１には溝が設けられ、この溝内には銅配線３４が形成されている。ヴィア配線３２、ダミーヴィア配線３３及び銅配線３４は、後述するように同一工程で形成される。
【００２２】
層間絶縁膜３１上には、銅の拡散を防止するために、シリコン窒化膜やシリコン炭化膜で形成されたキャップ層（第２のキャップ層）３５が設けられている。ただし、画素領域１００に設けられたフォトダイオード１３の上方には、フォトダイオード１３への入射光の減衰を防止するために、キャップ層３５は形成されていない。
【００２３】
層間絶縁膜３１及びキャップ層３５上には、パッシベーション膜としてシリコン酸化膜４１及びシリコン窒化膜４２の積層膜が形成されている。パッシベーション膜及びキャップ層３５には開口が設けられている。画素領域１００に設けられた開口内には、銅配線３４に接続されたボンディングパッド４３が形成されている。また、ダミー画素領域に設けられた開口内及びパッシベーション膜上には、遮光膜４４が形成されている。ボンディングパッド４３及び遮光膜４４はいずれも、アルミニウム膜で形成されている。ここで、ダミー画素領域では、ダミーヴィア配線３３の上方に開口が設けられており、このダミー画素領域に設けられた開口は、層間絶縁膜３１及び銅配線３４が露出するように形成され、遮光膜４４と銅配線３４は接している。
【００２４】
また、シリコン窒化膜４２上にはカラーフィルター４５が形成され、カラーフィルター４５上にはマイクロレンズ４６が形成されている。これらのカラーフィルター４５及びマイクロレンズ４６は、フォトダイオード１３の上方に設けられている。
【００２５】
次に、図３〜図７及び図２を参照して、本実施形態に係る半導体撮像装置の製造方法を説明する。
【００２６】
まず、図３に示すように、半導体基板（シリコン基板）１１に素子分離領域１２を形成する。さらに、画素領域１００にフォトダイオード１３及びトランジスタ１５を形成し、ダミー画素領域２００にフォトダイオード１４及びトランジスタ１６を形成する。
【００２７】
次に、図４に示すように、半導体基板１１上に層間絶縁膜２１としてシリコン酸化膜を堆積する。ＣＭＰによって層間絶縁膜２１を平坦化した後、フォトリソグラフィによって層間絶縁膜２１にコンタクトホールを形成する。このコンタクトホールをタングステンで埋めてコンタクト２２を形成する。
【００２８】
次に、層間絶縁膜２３としてシリコン酸化膜を堆積する。続いて、フォトリソグラフィによって層間絶縁膜２３に配線用の溝を形成する。全面に銅膜を堆積した後、ＣＭＰによって銅膜を平坦化する。これにより、溝内に金属配線として銅配線２４が形成される。
【００２９】
次に、銅配線２４に含まれる銅の拡散を防止するために、全面にキャップ層２５としてシリコン窒化膜を形成する。
【００３０】
次に、図５に示すように、画素領域１００のフォトダイオード１３へ入射する光の減衰を防止するために、フォトリソグラフィによってフォトダイオード１３の上方のキャップ層２５を除去する。ダミー画素領域２００では、キャップ層２５は除去しない。
【００３１】
次に、図６に示すように、全面に層間絶縁膜３１としてシリコン酸化膜を堆積する。続いて、フォトリソグラフィによってキャップ層２５及び層間絶縁膜３１にヴィアホールを形成する。さらに、フォトリソグラフィによって層間絶縁膜３１に配線用の溝を形成する。全面に銅膜を堆積した後、ＣＭＰによって銅膜を平坦化する。これにより、ヴィア配線３２、ダミーヴィア配線３３及び銅配線３４が形成される。
【００３２】
次に、銅配線３４に含まれる銅の拡散を防止するために、全面にキャップ層３５としてシリコン窒化膜を形成する。
【００３３】
次に、図７に示すように、画素領域１００のフォトダイオード１３へ入射する光の減衰を防止するために、フォトリソグラフィによってフォトダイオード１３の上方のキャップ層３５を除去する。
【００３４】
次に、図２に示すように、全面にパッシベーション膜としてシリコン酸化膜４１及びシリコン窒化膜４２の積層膜を形成する。続いて、シリコン酸化膜４１、シリコン窒化膜４２及びキャップ層３５に開口を形成する。
【００３５】
次に、全面にアルミニウム膜を堆積する。このアルミニウム膜をパターニングし、ボンディングパッド４３及び遮光膜４４を形成する。
【００３６】
次に、水素ガス雰囲気中において４００℃程度の温度で熱処理（シンター処理）を行う。このシンター処理により、水素が半導体基板１１の表面まで拡散し、半導体基板１１とゲート絶縁膜（図示せず）との界面のダングリングボンドが水素によって終端する。
【００３７】
上記シンター処理の際に、ダミー画素領域２００には、回路動作上は機能しないダミーヴィア配線３３が形成されている。このダミーヴィア配線３３により、水素の拡散経路を確実に確保することができる。すなわち、仮にダミーヴィア配線３３が形成されておらず、ダミーヴィア配線３３に接続される銅配線２４の全面をキャップ層２５が覆っているとすると、キャップ層２５によって水素の拡散経路が遮断されてしまう。そのため、画素領域１００とダミー画素領域２００とで半導体基板表面への水素の供給量に大きな差が生じてしまい、トランジスタ特性にも大きな違いが生じてしまう。その結果、画素領域１００とダミー画素領域２００とで、暗時特性等に大きな差が生じるという問題がある。
【００３８】
本実施形態では、キャップ層２５及び層間絶縁膜３１にヴィアホールを形成し、このヴィアホール内にダミーヴィア配線３３を形成している。さらに、ダミーヴィア配線３３に接続された銅配線３４上のキャップ層３５（ダミーヴィア配線３３の上方のキャップ層３５）も除去されている。そのため、水素の拡散経路を確実に確保することができる。また、シリコン酸化膜等で形成された層間絶縁膜３１よりも、金属で形成されたダミーヴィア配線の方が水素が拡散しやすい。したがって、このような観点からも水素を確実に拡散させることが可能である。したがって、画素領域１００とダミー画素領域２００とで、半導体基板表面への水素の供給量に大きな差が生じなくなる。その結果、画素領域１００とダミー画素領域２００とで暗時特性等に差が生じることを抑制することができ、優れた半導体撮像装置を得ることができる。
【００３９】
シンター処理が終了した後、シリコン窒化膜４２上にカラーフィルター４５を形成し、カラーフィルター４５上にマイクロレンズ４６を形成する。これにより、フォトダイオード１３の上方に、カラーフィルター４５及びマイクロレンズ４６が形成される。
【００４０】
このようにして、図２に示すような構成を有する半導体撮像装置が形成される。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、ダミー画素領域２００に、キャップ層２５を貫通するダミーヴィア配線３３を設けている。また、層間絶縁膜３１上に形成されたキャップ層３５も、ダミーヴィア配線３３の上方に開口が形成されている。このような構成により、シンター処理の際の水素の拡散経路を確実に確保することができる。その結果、画素領域１００とダミー画素領域２００との間の特性差を低減することができ、優れた半導体撮像装置を得ることができる。
【００４２】
なお、上述した実施形態では、非画素領域としてダミー画素領域２００をあげたが、非画素領域が黒基準領域３００であってもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。もちろん、ダミー画素領域２００及び黒基準領域３００の両方に、上述した実施形態と同様の構成を採用してもよい。
【００４３】
また、上述した実施形態では、金属配線として銅配線を用いたが、金属配線に含まれる金属の拡散を防止するためにキャップ層を設ける必要がある場合には、銅配線以外の金属配線を用いた場合にも、上述した実施形態と同様の構成を採用することが可能である。
【００４４】
また、上述した実施形態では、キャップ層としてシリコン窒化膜やシリコン炭化膜を用いたが、金属配線に用いる金属の拡散を抑えるものであり、シンター処理の際に水素の拡散を妨げるものであれば、シリコン窒化膜やシリコン炭化膜以外のキャップ層を用いた場合にも、上述した実施形態と同様の構成を採用することが可能である。
【００４５】
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】
【００４６】
１１…半導体基板      １２…素子分離領域      １３…フォトダイオード
１４…フォトダイオード      １５…トランジスタ      １６…トランジスタ
２１…層間絶縁膜      ２２…コンタクト      ２３…層間絶縁膜
２４…銅配線      ２５…キャップ層      ３１…層間絶縁膜
３２…ヴィア配線      ３３…ダミーヴィア配線      ３４…銅配線
３５…キャップ層      ４１…シリコン酸化膜      ４２…シリコン窒化膜
４３…ボンディングパッド      ４４…遮光膜
４５…カラーフィルター      ４６…マイクロレンズ
１００…画素領域      ２００…ダミー画素領域
３００…黒基準領域      ４００…回路領域
【図１】
0005693924.tif 000002
【図２】
0005693924.tif 000003
【図３】
0005693924.tif 000004
【図４】
0005693924.tif 000005
【図５】
0005693924.tif 000006
【図６】
0005693924.tif 000007
【図７】
0005693924.tif 000008