(57)【要約】【課題】ＣＶＤ条件の改善にたよることなく、より実現が容易な手法によって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止する。【解決手段】画素部1を含むウエハ上に無機絶縁膜を形成し、その上に有機絶縁膜３を形成した直後にその有機絶縁膜３を部分的に加工し、画素部および配線領域（領域Ｉ）を除く非回路素子領域IIにおいて、熱ストレスを吸収するための開口部（円形孔５やスリット７ａ〜７ｃ）を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子が形成された半導体ウエハに無機絶縁膜と有機絶縁膜を有する平坦化層を形成する工程を含む固体撮像装置の製造方法であって、
光電変換素子が形成された半導体ウエハ上に無機絶縁膜を形成する第1の工程と、
前記無機絶縁膜上に有機絶縁膜を形成すると共に、前記光電変換素子が形成された画素部および配線部領域以外の非回路素子領域において前記有機絶縁膜を部分的に加工し、これによって前記有機絶縁膜と下地の前記無機絶縁膜との間に生じるストレスを緩和するための所定パターンの開口部を設ける第２の工程と、
を有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】
請求項１記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記無機絶縁膜はリンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜であり、前記有機絶縁膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記所定パターンの開口部は、スリット状の孔であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記光電変換素子が形成された画素領域および配線領域以外の非回路素子領域は、外部接続端子が形成されるパッド領域およびスクライブライン領域の少なくとも一つである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】
本発明は、半導体ウエハに無機絶縁膜と有機絶縁膜とを重ねてフォトセンサと電荷転送素子とを形成する固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、半導体ウエハ上においてフォトリソグラフィ技術を利用して形成される。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、その画素部上に、例えば、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）。
【０００３】
この特許文献１では、画素部のフォトダイオード上には平坦化層が形成され、この平坦化層はパッド部上にも形成され、そして、パッド部上の平坦下層は、オンチップマイクロレンズの形成後に除去される。また、同様に、スクライブライン上にも平坦化層が形成されるが、その平坦下層は、画素部においてカラーフィルタ層を形成した後に除去される（特許文献１の図２参照）。
【０００４】
また、層間絶縁膜（またはパッシベーション膜）はＣＶＤ法により形成されるが、従来、その膜自体がもつ内部ストレスが問題となる場合があることが指摘されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
この特許文献２、特許文献３では、内部ストレスの緩和のために、ＣＶＤ条件の絞込みや、新たな条件の追加を行っている。
【特許文献１】特開２０００−１８３３２２号公報
【特許文献２】特開平５−６８９０号公報
【特許文献３】特開平６−１９６４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の発明者の鋭意検討により、固体撮像素子の画素部上に形成される平坦化膜が、ＰＳＧ膜（ボロン等の不純物がドープされたものを含む）等の無機絶縁膜と、その無機絶縁膜上に積層された有機絶縁膜（例えば、プラズマＣＶＤ法により形成されるシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ））と、を含む構造をもつ場合に、その後の熱処理による平坦化膜の内部ストレスによって上層の有機絶縁膜が下地の無機絶縁膜から浮き上がり、密着性が低下する場合があることがわかった。
【０００７】
例えば、ＢＰＳＧ膜上にＰ−ＳｉＮ膜を形成し、さらに、その上に透明レジスト膜を平坦化層の一部として形成し、そのレジスト膜をベークするときの熱によって、Ｐ−ＳｉＮ膜の、ＢＰＳＧ膜からの浮き（剥離）が発生する場合がある。カラーフィルタ層を透明レジスト膜で形成する場合も、レジスト膜のベークが必要であるため、その熱処理によっても同様の現象が生じるおそれがあるといえる。そして、このような有機絶縁膜と下地の無機絶縁膜との間の密着性が低下した部分は、撮像画像中において、黒色斑点模様に見えることが判明した。
【０００８】
この対策として、従来法（特許文献２，特許文献３）のようにＣＶＤ条件の絞込みや新たな条件の追加を行おうとすると、製造プロセス毎に多くの実験や調査が必要となり、処理が複雑化して膨大な労力を要することになる。
【０００９】
本発明はこのような考察に基づいてなされたものであり、その目的は、ＣＶＤ条件の改善にたよる従来方法に比べて、より実現が容易な手法によって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）光電変換素子が形成された半導体ウエハに無機絶縁膜と有機絶縁膜を有する平坦化層を形成する工程を含む固体撮像装置の製造方法であって、光電変換素子が形成された半導体ウエハ上に無機絶縁膜を形成する第1の工程と、前記無機絶縁膜上に有機絶縁膜を形成すると共に、前記光電変換素子が形成された画素領域および配線領域以外の非回路素子領域において前記有機絶縁膜を部分的に加工し、これによって前記有機絶縁膜と下地の前記無機絶縁膜との間に生じるストレスを緩和するための所定パターンの開口部を設ける第２の工程と、を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００１１】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、有機絶縁膜形成の直後に、画素領域ならびに配線領域以外の非回路素子領域において、収縮応力を吸収するための開口部を形成することによって、画素部における有機絶縁膜の浮きの発生を効果的に防止することができる。開口部の形成は、有機絶縁膜形成時におけるフォトリソ工程のマスク変更によって容易に実現することが可能である。熱分解によるＣＶＤ法により形成される下地の無機絶縁膜（ＳｉＯ２膜やＰＳＧ膜等）の内部ストレスは引っ張りストレスであり、一方、上層の有機絶縁膜膜（Ｐ−ＳｉＮ、レジスト膜等）は内部ストレスが収縮ストレスとなることから、有機絶縁膜形成後の熱処理によって、有機絶縁膜の浮き（剥離）が発生しやすい。しかし、本発明のように開口部を形成することで、このストレスが解放される。なお、開口部としては、通常のコンタクトホールを使用することもできる。
【００１２】
（２）  （１）記載の固体撮像装置の製造方法であって、前記無機絶縁膜はリンシリケートガラス（ＰＳＧ）膜であり、前記有機絶縁膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００１３】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、有機絶縁膜の形成直後に、その有機絶縁膜を部分的に開口して熱による収縮ストレスを逃がすことによって、無機絶縁膜と有機絶縁膜との間の熱ストレスによる密着性の低下を効果的に防止することが可能となる。
【００１４】
（３）  （１）または（２）記載の固体撮像装置の製造方法であって、前記所定パターンの開口部は、スリット状の孔であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００１５】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、有機絶縁膜の形成直後に、その有機絶縁膜を部分的に加工して、スリット（短冊状の開口孔）を形成して熱による収縮ストレスを逃がすことによって、無機絶縁膜と有機絶縁膜との間の熱ストレスによる密着性の低下を効果的に防止することが可能となる。また、複数のスリットを設けること、あるいは、複数の地点において開口部を分散して設けることによって、熱ストレスを緩和する効果を高めることができる。
【００１６】
（４）  （１）〜（３）のいずれか記載の固体撮像装置の製造方法であって、前記光電変換素子が形成された画素領域および配線領域以外の領域は、外部接続端子が形成されるパッド領域またはスクライブライン領域の少なくとも一つであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【００１７】
パッド領域、スクライブライン領域における半導体基板上の絶縁膜や金属膜（以下、絶縁膜等という）は、最終的に、すべて除去されるものであるが、実際の製造工程では、それらの絶縁膜等は、製造工程中の区切りのよい時点、あるいは固体撮像素子が完成した後において、まとめて除去されるのが通常である。この点、本発明では、有機絶縁膜の形成直後に、パッド領域およびスクライブライン領域の少なくとも一つにおいて、開口部を形成してしまうものである。このような本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、有機絶縁膜の形成のすぐ後に比較的高温の熱処理を伴う工程が存在したとしても、絶縁膜間の熱ストレスがその開口部にて効率的に吸収されるため、結果的に画素部における有機絶縁膜の浮き（剥離）が効果的に抑制される。また、パッド領域、スクライブライン領域は、本来的には半導体基板上に絶縁膜が存在しない領域であるから、それらの領域の有機絶縁膜を、形成直後に除去したとしても何ら支障が生じず、また、パッド領域やスクライブライン領域はチップの周辺に設けられているため、ラフなマスク合わせで開口部を形成することが可能であり、開口部（スリットなど）の形成が容易であるという利点もある。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＣＶＤ条件の改善にたよる従来方法に比べて、より実現が容易な手法（有機絶縁膜の形成直後に部分的な加工を施して孔やスリットを形成するという手法）によって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止することが可能となる。これによって、撮像画像に黒色斑点模様が混じることが防止され、画質の低下を防止することができる。また、熱ストレス吸収用の孔としては、例えば、通常のコンタクトホールを使用することもでき、実現が容易であり、また、適宜、複数の孔やスリットを設けること、あるいは、複数の地点において開口部を分散して設けることによって、熱ストレスを緩和する効果を高めることができる。さらに、パッド領域やスクライブライン領域上において開口部を形成することによって、他の素子等に何らかの支障を生じさせることなく、容易に十分な開口を確保することができ、また、パッド領域やスクライブライン領域はチップの周辺に設けられているため、ラフなマスク合わせで開口部を形成することが可能であり、開口部の形成が容易であるという利点も得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
先に説明したように、画素部上の平坦化層が、下地の無機絶縁膜とその無機絶縁膜上に積層された有機絶縁膜からなる構造を含む場合、内部ストレスによって、有機絶縁膜が無機絶縁膜から浮き上がり、場合によっては剥離する場合があり、このような有機絶縁膜と下地の無機絶縁膜との間の密着性が低下した部分は、撮像画像中において、黒色斑点模様に見えることになる。そこで、本発明では、画素部と配線領域以外の領域において、有機絶縁膜を部分的に加工して、内部応力吸収用の開口部を設け、有機絶縁膜の浮き上がり（剥離）を防止する。
【００２０】
図１は、本発明の固体撮像装置の製造方法の概要を説明するための、固体撮像装置の要部の平面図である。
図１（ａ）に示すように、画素部１を含むウエハ上に無機絶縁膜(図１においては不図示)が形成された上に、ウエハの全面に渡って有機絶縁膜３が積層形成される。そして、その有機絶縁膜３が形成された直後に、その有機絶縁膜３を部分的に加工し、画素部１および配線領域（領域Ｉ）を除く非回路素子領域IIにおいて、熱による内部ストレスを吸収するための開口部としての円形孔５を形成する。円形孔５の代わりに、図１（ｂ）に示すように、スリット状の開口としてもよい。スリット状（短冊状の開口）７ａ，７ｂ，７ｃとした場合には、熱ストレスの吸収性が高まり、有機絶縁膜の浮き上がり、剥離を一層確実に防止できる。スリット状の開口は、１本だけであってもよく、図示のように複数本設けてもよい。複数本設けることで、広範囲に亘って応力緩和が行える。また、スリットのパターンとしては、画素部１の四方を囲んで連続して形成するもの、画素部１の境界辺と平行に形成する断続的なもの、等、適宜な変更が可能である。
【００２１】
熱ストレス吸収用の開口孔としては、例えば、通常のコンタクトホールを使用することができ、スリットも同様に簡単な工程で形成することができる。また、適宜、複数の開口孔やスリットを、複数の地点において分散して設けることによって、熱ストレスを緩和する効果を高めることができる。なお、画素部および配線領域（領域Ｉ）を除く非回路素子領域IIとしては、例えば、電極形成用のパッド領域やスクライブライン領域が挙げられる。
【００２２】
パッド領域やスクライブライン領域上に開口部を形成することによって、他の素子等に悪影響を与えることなく、十分な面積、長さの開口を容易に確保することができ、また、パッド領域やスクライブライン領域はチップの周辺に設けられているため、ラフなマスク合わせで開口部を形成することが可能であり、開口部の形成が容易であるという利点もある。
【００２３】
このようにして、従来のようにＣＶＤ条件の改善に頼ることなく、フォトリソ工程のマスク変更のみによって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止することができる。したがって、撮像画像に黒色斑点模様が混じることがなくなり、画質の低下を防止することができる。
【００２４】
次に、内部ストレス吸収用の開口部を有機絶縁膜に設ける際の、より具体的な態様について以下に説明する。
図２は、ウエハ上の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を模式的に示す平面図である。
図示されるように、半導体ウエハ２００には、固体撮像素子チップ１００が形成されている。この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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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て増幅部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。
【００２９】
上記動作の行われる画素部９０の周囲には、パッド（外部接続端子）Ｐ１〜Ｐｍ、Ｐｎ〜Ｐｚが設けられている。また、固体撮像素子チップ１００の周囲は、ダイシングのためのスクライブライン３００が設けられている。
【００３０】
次に、図３〜図６を用いて、図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの主要な製造工程の一例について説明する。
図３〜図６の各々は、図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの主要な製造工程を示すデバイスの断面図である。
図３〜図６には、画素領域Ｘ，パッド領域Ｙならびにスクライブライン領域Ｚの断面構造が示されている。なお、画素領域Ｘの断面構造は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面構造であり、パッド領域Ｙの断面構造は、図２のＢ−Ｂ線に沿う断面構造であり、スクライブライン領域Ｚの断面構造は、図２のＣ−Ｃ線に沿う断面構造である。
【００３１】
まず、図２について説明する。図２の画素領域Ｘにおいて、ｎ−型のシリコン基板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（ゲート絶縁膜）１４で覆われている。
【００３２】
ｐ−半導体層（例えば、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ためのｐ型高濃度不純物領域６が形成されている。そして、各層の露出した表面には、上記のとおり、ゲート絶縁膜１４が形成される。ゲート絶縁膜１４上には、パターニングされた多結晶シリコン層（図２の読取りゲート９２の電極材料層）１６が設けられている。
【００３３】
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。遮光膜２０上には、酸化シリコン膜２２が形成され、この酸化シリコン膜２２の上には、プラズマＣＶＤ法で生成される酸化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＯ）２６が形成されている。
【００３４】
酸化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＯ膜）２６上には、平坦化層としてのＢＰＳＧ膜２７が形成され、その上に、平坦化層としての、プラズマＣＶＤ法で生成される窒化シリコン膜（Ｐ−ＳｉＮ）２８が形成されている。
【００３５】
パッド領域Ｙも、画素領域Ｘと、ほぼ同様の層構造をしている。図中、参照符号１６は、パッドを構成する下地の多結晶シリコン層であり、参照符号２４は、パッドを構成するアルミニウム（Ａｌ）層である。
【００３６】
また、図示されるように、スクライブライン領域Ｚも、ほぼ同様の層構造をしている。
【００３７】
ここで注目すべき点は、パッド領域Ｙ、スクライブライン領域Ｚにおいて、ＢＰＳＧ膜２７上に形成される、プラズマＣＶＤ法により形成されるシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）２８がパターニングされて、開口部Ｋ１，Ｋ２（円形孔、スリット等いずれでもよい）が設けられていることである。
【００３８】
つまり、プラズマＣＶＤ法により形成されるシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）２８がウエハの全面に形成された直後に、そのシリコン窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ膜）２８が、パッド領域Ｙとスクライブライン領域Ｚ、つまり、画素部と配線領域以外の非回路素子領域においてパターニングされ、内部ストレス緩和用の開口部Ｋ１，Ｋ２が形成されており、これによって、後の工程で熱処理が生じたときに発生する収縮ストレスが効果的に吸収されることになる。熱処理は、例えば、平坦化層としての透明レジストのベークの際、あるいは、カラーフィルタ層を構成する透明レジスト層のベークの際に行われる。
【００３９】
パッド領域Ｙやスクライブライン領域Ｚ上において開口部（Ｋ１，Ｋ２）を形成することによって、他の素子等に悪影響を与える（何らかの支障を生じる）ことなく、容易に十分な開口を確保することができ、また、パッド領域Ｙやスクライブライン領域Ｚは、図２に示すようにチップの周辺に設けられているため、ラフなマスク合わせ精度で開口部を形成することが可能であり、開口部Ｋ１，Ｋ２の形成が容易であるという利点もある。
【００４０】
図４の工程では、ウエハの全面に、透明樹脂からなる平坦化層２９が形成される。
【００４１】
図５の工程では、画素領域Ｘにおいて、平坦化層２９上には、カラーフィルタ層３０が形成される。このカラーフィルタ層３０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。
【００４２】
また、カラーフィルタ層３０を埋め込む形で有機膜からなる第２の平坦化層３２が形成される。また、カラーフィルタ層３０上には、オンチップレンズ３４が形成される。このオンチップレンズ３４は、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。なお、オンチップレンズ３４の配置間隔は、一例として図示した形態の他、隣接するオンチップレンズ同士が接する程度に近接配置されたギャップレスレンズとなる場合もある。
【００４３】
図６の工程では、パッド領域Ｙならびにスクライブライン領域Ｚにおいて、積層されていた絶縁膜を一括して除去して、開口ＣＨ１，ＣＨ２を形成する。
【００４４】
このように、本実施形態では、従来のようにＣＶＤ条件の改善に頼ることなく、フォトリソ工程のマスク変更のみによって、すなわち、無機絶縁膜上の有機絶縁膜の形成直後に、その有機絶縁膜を部分的に加工して内部ストレスを逃がすための開口を設けることによって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止することが可能となる。
【００４５】
以上説明したように本発明によれば、有機絶縁膜の形成直後に部分的な加工を施して開口孔を形成するという手法によって、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑止することが可能となり、これによって、撮像画像に黒色斑点模様が混じることが防止され、画質の低下を防止することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、画素部において形成される有機絶縁膜の、下地の無機絶縁膜からの浮き（剥離）を効果的に抑制することを可能とするという効果を奏し、したがって、ウエハレベルにおける固体撮像装置の製造方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の固体撮像装置の製造方法の概要を説明するための、固体撮像装置の要部の平面図で（ａ）は円形孔、（ｂ）はスリット状の開口を示す図である。
【図２】ウエハ上の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を示す平面図である。
【図３】図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの第１の製造工程を示すデバイスの断面図である。
【図４】図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの第２の製造工程を示すデバイスの断面図である。
【図５】図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの第３の製造工程を示すデバイスの断面図である。
【図６】図２に示される、固体撮像素子が集積されたウエハの第４の製造工程を示すデバイスの断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  画素部
３  有機絶縁膜
５  円形孔
７ａ〜７ｃ  スリット
１０  シリコン基板
９０  画素部
９１  フォトダイオード
１００  固体撮像素子チップ
２００  固体撮像装置ウエハ
３００  スクライブライン
Ｘ  画素領域
Ｙ  パッド領域
Ｚ  スクライブライン領域
【図１】
2007214192.tif 000003
【図２】
2007214192.tif 000004
【図３】
2007214192.tif 000005
【図４】
2007214192.tif 000006
【図５】
2007214192.tif 000007
【図６】
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