(57)【要約】【課題】本発明は、カラーフィルタを除去し、ウエハの裏面の厚さを調節することにより、カラーイメージを容易に実現することができるＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明のＣＭＯＳイメージセンサは、基板の前表面の下に形成され、フィールド酸化膜により互いに分離されるフォトダイオードをそれぞれ備える多数のピクセル領域と、前記基板の前面のピクセル領域上に形成された多層のメタル配線と、該多層のメタル配線の最上層のメタル配線に接続されたバンプと、前記基板の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、前記各ピクセル領域に対応して形成された多数のトレンチと、前記基板の裏面を覆うガラスとを備える。【選択図】図３
2007184603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の前表面の下に形成され、フィールド酸化膜により互いに分離されるフォトダイオードをそれぞれ備える多数のピクセル領域と、
前記基板の前面のピクセル領域上に形成された多層のメタル配線と、
該多層のメタル配線の最上層のメタル配線に接続されたバンプと、
前記基板の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、前記各ピクセル領域に対応して形成された多数のトレンチと、
前記基板の裏面を覆うガラスと
を備えることを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項２】
前記トレンチにおいて、
前記波長の最も長いピクセル領域に対応するトレンチの深さが最も浅く、波長の最も短いピクセル領域に対応するトレンチの深さが最も深いことを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項３】
前記ピクセル領域が、波長の最も短い青色光が入射するブルーピクセル、波長の最も長い赤色光が入射するレッドピクセル、及び波長が中間の長さである緑色光が入射するグリーンピクセルを備えることを特徴とする請求項２に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項４】
前記レッドピクセルに対応するトレンチの深さが最も浅く、前記ブルーピクセルに対応するトレンチの深さが最も深く、前記グリーンピクセルに対応するトレンチが、前記レッドピクセルに対応するトレンチとブルーピクセルに対応するトレンチとの中間の深さを有することを特徴とする請求項３に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項５】
前記ブルーピクセルに対応するトレンチが、前記ブルーピクセルのフォトダイオードにまで接近する深さを有することを特徴とする請求項４に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項６】
前記ブルーピクセルのフォトダイオードと前記ブルーピクセルに対応するトレンチの底面との離隔距離が、１０μｍであることを特徴とする請求項５に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項７】
前記基板の前面から裏面までの厚さが、７０μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項８】
前記多層のメタル配線をなすメタル配線の一部が、前記ピクセル領域のフォトダイオード上に形成されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＯＳイメージセンサ。
【請求項９】
基板の前表面の下にそれぞれフォトダイオードを備えるブルーピクセル、グリーンピクセル及びレッドピクセルからなる多数のピクセル領域を形成するステップと、
該ピクセル領域上に多層のメタル配線を形成するステップと、
該多層のメタル配線の最上層のメタル配線に接続されるバンプを形成するステップと、
前記基板の裏面を一定の厚さだけバックグラインドするステップと、
該バックグラインドされた基板の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、前記ピクセル領域にそれぞれ対応する多数のトレンチを形成するステップと、
前記基板の裏面を覆うガラスを形成するステップと
を含むことを特徴とするＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記ピクセル領域にそれぞれ対応する前記多数のトレンチを形成するステップにおいて、
前記レッドピクセルに対応するトレンチの深さを最も浅くし、前記ブルーピクセルに対応するトレンチの深さを最も深くし、前記グリーンピクセルに対応するトレンチの深さを、前記レッドピクセルに対応するトレンチとブルーピクセルに対応するトレンチとの中間の深さに形成することを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
前記ピクセル領域にそれぞれ対応する前記多数のトレンチを形成するステップが、
前記基板の裏面上にハードマスク物質を形成するステップと、
前記ブルーピクセル領域を露出させるように、前記ハードマスク物質をエッチングするステップと、
前記露出したブルーピクセル領域の基板をエッチングして、第１トレンチを形成するステップと、
前記グリーンピクセル領域を露出させるように、前記ハードマスク物質をエッチングするステップと、
前記露出したグリーンピクセル領域及び前記既に露出したブルーピクセル領域の基板を同時にエッチングして、前記グリーンピクセル領域に対応する第２トレンチを形成すると同時に、前記第１トレンチの深さを増加させるステップと、
前記レッドピクセル領域を露出させるように、前記ハードマスク物質をエッチングするステップと、
前記露出したレッドピクセル領域、前記既に露出したブルーピクセル領域、及びグリーンピクセル領域の基板を同時にエッチングして、前記レッドピクセル領域に対応する第３トレンチを形成すると同時に、前記第１トレンチ及び第２トレンチの深さを増加させるステップと、
前記ハードマスク物質を除去するステップと
を含むことを特徴とする請求項１０に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１２】
前記ハードマスク物質が、窒化物で形成されることを特徴とする請求項１１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１３】
前記第１トレンチないし第３トレンチの形成が、ドライエッチングにより行われることを特徴とする請求項１１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記第１トレンチの底面と前記ブルーピクセルのフォトダイオードとの離隔距離が、１０μｍであることを特徴とする請求項１１に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１５】
前記基板の裏面を一定の厚さだけバックグラインドするステップが、
前記バンプまで形成された基板の前面にテープを付着させた後に行われることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１６】
前記バックグラインドにより、前記基板の前面から裏面までの厚さが、７０μｍ〜２００μｍの範囲に調節されることを特徴とする請求項１５に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【請求項１７】
前記多層のメタル配線を形成するステップにおいて、
該多層のメタル配線の一部が、前記各ピクセル領域のフォトダイオード上に形成されることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに関し、特に、ＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、イメージセンサは、光学映像を電気的信号に変換させる半導体装置である。なかでも、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサは、個々のＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）キャパシタが互いに非常に近接した位置にあり、且つ、電荷キャリアがキャパシタに格納及び移送される素子であり、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサは、制御回路及び信号処理回路を周辺回路として使用するＣＭＯＳ技術を用いて、画素数分のＭＯＳトランジスタを製作し、これを用いて、出力を順次検出するスイッチング方式を採用する素子である。
【０００３】
通常のＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、１つのフォトダイオードＰＤと４つのＮＭＯＳトランジスタＴｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄｘとで構成される。４つのＮＭＯＳトランジスタＴｘ、Ｒｘ、Ｓｘ、Ｄｘは、フォトダイオードＰＤに集束した光電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤに転送するトランスファトランジスタＴｘと、ノードの電位を所望の値にセットし、電荷Ｃｐｄを排出してフローティングディフュージョン領域ＦＤをリセットさせるリセットトランジスタＲｘと、ソースフォロアバッファ増幅器としての役割を果たすドライブトランジスタＤｘと、スイッチング方式でアドレスできるようにするセレクトトランジスタＳｘとで構成される。
【０００４】
ここで、トランスファトランジスタＴｘ及びリセットトランジスタＲｘは、ネイティブＮＭＯＳトランジスタを用い、ドライブトランジスタＤｘ及びセレクトトランジスタＳｘは、通常のＮＭＯＳトランジスタを用いる。リセットトランジスタＲｘは、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）のためのトランジスタである。
【０００５】
このようなＣＭＯＳイメージセンサの単位画素は、ネイティブトランジスタを用いて、フォトダイオード領域ＰＤで可視光線波長帯域の光を感知した後、感知した光電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤ、すなわち、ドライブトランジスタＤｘのゲートに転送した量を、出力端Ｖｏｕｔにおいて電気的信号として出力する。
【０００６】
図１は、従来のＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【０００７】
同図に示すように、シリコン基板１１の表面の下にフォトダイオードを備えたピクセル１２が形成され、シリコン基板１１上には多層構造の絶縁膜１３が形成され、多層の絶縁膜の間には多層のメタル配線、例えば、３層からなるメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が形成される。
【０００８】
同図のように、従来技術のＣＭＯＳイメージセンサは、シリコン基板１１の前表面の下にピクセル１２が形成され、ピクセル１２のフォトダイオード上にはメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が存在しない。したがって、光がウエハの前面に入射し、多層絶縁膜１３を通過してフォトダイオードに到達する。
【０００９】
ＶＧＡ級のＣＭＯＳイメージセンサでは、イメージの実現に問題はないが、画素数が２Ｍ以上に急速に増加すると、ピクセルサイズの減少をもたらす。
【００１０】
ピクセルサイズの減少は、フォトダイオードに入射する光量の減少につながり、ＣＭＯＳイメージセンサの感度特性を劣化させる。
【００１１】
このような問題を克服するため、図２のように、ウエハの裏面を薄く加工して光をウエハの裏面に照射するバックサイド照明構造が提案された。
【００１２】
同図は、従来技術のバックサイド照明構造を有するＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【００１３】
同図を参照すると、シリコン基板２１の前表面の下にピクセル２２が形成され、ピクセル２２のフォトダイオード上にもメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が存在し、光がシリコン基板２１の裏面に入射する。
【００１４】
同図のバックサイド照明構造は、光が絶縁膜を通過しながら発生する光量損失を防止し、メタル配線をフォトダイオード上にも形成させることにより、ピクセルの面積が増加し、イメージセンサの特性が向上する。これを、バックサイド照明構造（Ｂａｃｋｓｉｄｅ  Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）という。
【００１５】
前述のように、バックサイド照明構造を有するＣＭＯＳイメージセンサの製造時には、シリコン基板２１の裏面を薄く加工しなければならない。
【００１６】
しかし、シリコン基板２１の裏面を１０μｍ〜２０μｍの範囲の厚さに加工するためには、シリコン基板２１の前面にウエハ又はガラスを付着した後、裏面をグラインドし、グラインドの後に、ケミカルエッチングによってウエハの裏面を薄くしなければならないなど、工程が非常に複雑になる問題がある。
【００１７】
また、パッケージの製作のため、リードを接続するために、シリコン基板２１の裏面にメタル配線を接続する、いわゆる「スーパコンタクト工程２３」を必要とする。
【００１８】
前述のように、バックサイド照明構造を有するＣＭＯＳイメージセンサは、複数の工程が必要なため工程が非常に複雑になり、グラインド及びケミカルエッチングを行っても、ウエハの裏面の厚さを所要の分だけ確保しにくいため、イメージの実現には限界がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、カラーフィルタを除去し、ウエハの裏面の厚さを調節することにより、カラーイメージを容易に実現することができるＣＭＯＳイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するための本発明のＣＭＯＳイメージセンサは、基板の前表面の下に形成され、フィールド酸化膜により互いに分離されるフォトダイオードをそれぞれ備える多数のピクセル領域と、前記基板の前面のピクセル領域上に形成された多層のメタル配線と、該多層のメタル配線の最上層のメタル配線に接続されたバンプと、前記基板の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、前記各ピクセル領域に対応して形成された多数のトレンチと、前記基板の裏面を覆うガラスとを備えることを特徴とし、前記トレンチにおいて、前記波長の最も長いピクセル領域に対応するトレンチの深さが最も浅く、波長の最も短いピクセル領域に対応するトレンチの深さが最も深いことを特徴とし、前記ピクセル領域が、波長の最も短い青色光が入射するブルーピックセル、波長の最も長い赤色光が入射するレッドピクセル、及び波長が中間の長さである緑色光が入射するグリーンピクセルを備えることを特徴とし、前記レッドピクセルに対応するトレンチの深さが最も浅く、前記ブルーピクセルに対応するトレンチの深さが最も深く、前記グリーンピクセルに対応するトレンチが、前記レッドピクセルに対応するトレンチとブルーピクセルに対応するトレンチとの中間の深さを有することを特徴とする。
【００２１】
そして、本発明のＣＭＯＳイメージセンサの製造方法は、基板の前表面の下にそれぞれフォトダイオードを備えるブルーピクセル、グリーンピクセル、及びレッドピクセルからなる多数のピクセル領域を形成するステップと、前記ピクセル領域上に多層のメタル配線を形成するステップと、該多層のメタル配線の最上層のメタル配線に接続されるバンプを形成するステップと、前記基板の裏面を一定の厚さだけバックグラインドするステップと、該バックグラインドされた基板の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、前記ピクセル領域にそれぞれ対応する多数のトレンチを形成するステップと、前記基板の裏面を覆うガラスを形成するステップとを含むことを特徴とし、前記ピクセル領域にそれぞれ対応する前記多数のトレンチを形成するステップにおいて、前記レッドピクセルに対応するトレンチの深さを最も浅くし、前記ブルーピクセルに対応するトレンチの深さを最も深くし、前記グリーンピクセルに対応するトレンチの深さを、前記レッドピクセルに対応するトレンチとブルーピクセルに対応するトレンチとの中間の深さに形成することを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付された図面を参照して本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に説明する。
【００２３】
図３は、本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【００２４】
同図を参照すると、本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサは、基板３１（例えば、「シリコン基板３１」である。以下、基板３１を「シリコン基板３１」という。）の前表面の下に形成され、フィールド酸化膜３２により互いに分離されるフォトダイオードをそれぞれ備える多数のピクセル領域３３と、シリコン基板３１の前面のピクセル領域３３上に形成された多層のメタル配線３５と、多層のメタル配線３５の最上層のメタル配線Ｍ３に接続されたバンプ３７と、シリコン基板３１の裏面に、光の波長別に互いに異なる深さを有し、各ピクセル領域に対応して形成された第１トレンチ４０Ｂ、第２トレンチ４１Ａ、及び第３トレンチ４２と、シリコン基板３１の裏面を覆うガラス４３とを備える。
【００２５】
これを詳説すると、多数のピクセル領域３３は、波長の最も短い青色光が入射するブルーピクセルＢ、波長の最も長い赤色光が入射するレッドピクセルＲ、及び波長が中間の長さである緑色光が入射するグリーンピクセルＧを備える。
【００２６】
そして、第１トレンチ４０Ｂ、第２トレンチ４１Ａ、及び第３トレンチ４２において、第１トレンチ４０Ｂはブルーピクセルに対応し、第２トレンチ４１ＡはグリーンピクセルＧに対応し、第３トレンチ４２はレッドピクセルＲに対応する。ここで、レッドピクセルＲに対応する第３トレンチ４２の深さが最も浅く、ブルーピクセルＢに対応する第１トレンチ４０Ｂの深さが最も深く、グリーンピクセルＧに対応する第２トレンチ４１Ａは、第１トレンチ４０Ｂと第３トレンチ４２との中間の深さを有する。また、ブルーピクセルＢに対応する第１トレンチ４０Ｂは、ブルーピクセルＢのフォトダイオードにまで接近する深さを有するが、ブルーピクセルＢのフォトダイオードと第１トレンチ４０Ｂの底面との離隔距離は１０μｍである。すなわち、ブルーピクセルＢのフォトダイオードと第１トレンチ４０Ｂの底面との間に残存するシリコン基板の厚さは１０μｍである。
【００２７】
また、第１トレンチないし第３トレンチ４０Ｂ、４１Ａ、４２が形成されたシリコン基板３１の裏面は、バックグラインドが行われたものであり、これにより、シリコン基板３１の前面から裏面までの厚さは、７０μｍ〜２００μｍの範囲、好ましくは、７０μｍ〜１００μｍの範囲となる。
【００２８】
さらに、多層のメタル配線３５は、多層の層間絶縁膜３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄからなる多層の層間絶縁膜３４の各層間絶縁膜の間に形成されたメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が多層をなすものであり、いずれか一層のメタル配線の一部は、各ピクセル領域のフォトダイオード上に形成することができる。これにより、ピクセル領域の面積を拡大することができる。
【００２９】
そして、バンプ３７は、保護膜３６を貫通して最上層のメタル配線Ｍ３の一部と接続する。
【００３０】
これによると、ガラス４３を透過する光をシリコン基板３１の裏面に入射させることができるため、すなわち、光がメタル配線による干渉を受けないため、バックサイド照明構造となり、感度を向上させる。
【００３１】
また、シリコン基板３１の裏面を１０μｍ〜２０μｍの範囲の厚さまで加工しなくても、トレンチによって各ピクセル領域のシリコン基板の厚さを薄く調節することができる。
【００３２】
さらに、パッケージの製作のため、リ―ドと接続されるバンプ３７がシリコン基板３１の前面上に形成されるため、スーパーコンタクトの工程を必要としない。
【００３３】
以下、添付図面を参照して図３に示すＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明する。
【００３４】
図４Ａないし図４Ｈは、本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【００３５】
図４Ａに示すように、ウエハ、すなわち、シリコン基板３１の前面に、素子分離工程を用いてフィールド酸化膜３２を形成した後、シリコン基板３１の前面に従来のＣＭＯＳイメージセンサのトランジスタ工程を行う。すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサを構成するフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤに集束した光電荷をフローティングディフュージョン領域ＦＤに転送するトランスファトランジスタＴｘと、ノードの電位を所望の値にセットし、電荷Ｃｐｄを排出してフローティングディフュージョン領域ＦＤをリセットさせるリセットトランジスタＲｘと、ソースフォロアバッファ増幅器としての役割を果たすドライブトランジスタＤｘと、スイッチングでアドレスできるようにするセレクトトランジスタＳｘとを形成する。
【００３６】
以下、フォトダイオードＰＤを含む構成要素をピクセル３３と総称する。ピクセル３３は、カラーイメージの実現のため、グリーンピクセルＧ、ブルーピクセルＢ、及びレッドピクセルＲで構成され、各ピクセルにおいて、フォトダイオードＰＤは、同じ面積及び深さを有する。これにより、素子分離膜は、各ピクセルを分離する役割を果たす。
【００３７】
このように、ピクセル３３の構造を形成した後、シリコン基板３１の前面に層間絶縁膜の蒸着及びメタル配線の工程を繰り返し行い、多層の層間絶縁膜３４の各層間絶縁膜３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄの間にメタル配線Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３が位置する多層のメタル配線３５の構造を形成する。
【００３８】
このとき、本発明のバックサイド照明構造を実現するため、多層のメタル配線３５の各メタル配線をピクセル３３、好ましくは、フォトダイオード上に位置するように配置し、ピクセル３３の面積を拡大する。
【００３９】
そして、多層の層間絶縁膜３４の最上層の層間絶縁膜３４Ｄは、最上層のメタル配線Ｍ３の表面が露出するまで平坦化させる。
【００４０】
図４Ｂに示すように、多層のメタル配線構造が完成したシリコン基板上にパッケージとのコンタクトのためのバンプ処理を行う。例えば、多層のメタル配線構造の最上層のメタル配線を含む全面に保護膜３６を蒸着した後、保護膜３６を選択的にエッチングして、最上層のメタル配線Ｍ３の一部の表面を露出させたコンタクトホールを形成する。そして、導電物質を前記コンタクトホールに埋め込み、最上層のメタル配線Ｍ３と接触するバンプ３７を形成する。ここで、バンプ３７は、タングステン、アルミニウムで形成する。
【００４１】
このように、バンプ３７まで形成した後、シリコン基板３１の裏面をグラインドする（図４Ｃ及び図４Ｄ参照）。
【００４２】
まず、図４Ｃに示すように、グラインド時にシリコン基板３１の前面が損傷することを防止するため、シリコン基板３１の前面にテープ３８を付着する。
【００４３】
次いで、図４Ｄに示すように、シリコン基板３１の裏面をグラインドする。これを、バックグラインドというが、このようなバックグラインドを行い、シリコン基板３１の裏面の厚さを７０μｍ〜２００μｍの範囲で残す。すなわち、シリコン基板３１の前面から裏面までの厚さを７０μｍ〜２００μｍの範囲とし、好ましくは、７０μｍ〜１００μｍの範囲で残す。
【００４４】
バックグラインドの完了後、図４Ｅに示すように、バックグラインドが完了したシリコン基板３１の裏面の全領域にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）３９を形成した後、シリコン窒化膜３９を選択的にエッチングして、ブルーピクセルＢに該当するピクセル領域のみを露出させる。すなわち、ブルーピクセルＢは露出させ、残りのグリーンピクセルＧ及びレッドピクセルＲは覆う形でシリコン窒化膜３９をエッチングする。
【００４５】
前記エッチングされたシリコン窒化膜３９をハードマスクとして用いて、露出したブルーピクセルＢのシリコン基板３１を所定の深さにエッチングして、第１トレンチ４０を形成する。
【００４６】
図４Ｆに示すように、残りのシリコン窒化膜３９を再び選択的にエッチングして、ブルーピクセルＢだけでなく、グリーンピクセルＧのシリコン基板３１まで露出させる。次いで、既に露出したブルーピクセルＢ及び、グリーンピクセルＧのシリコン基板３１を同時にエッチングして、グリーンピクセルに該当する第２トレンチ４１を形成する。このとき、ブルーピクセルＢに該当する第１トレンチ４０Ａは、最初に形成された深さに比べて、その深さがさらに深くなる。
【００４７】
図４Ｇに示すように、レッドピクセルＲに該当するピクセルのシリコン窒化膜３９を再び選択的にエッチングして、ブルーピクセルＢ及びグリーンピクセルＧだけでなく、レッドピクセルＲのシリコン基板３１まで露出させる。
【００４８】
次いで、既に露出したブルーピクセルＢ、グリーンピクセルＧ、及びレッドピクセルＲのシリコン基板３１を同時にエッチングして、レッドピクセルＲに該当する第３トレンチ４２を形成する。このとき、ブルーピクセルＢに該当する第１トレンチ４０Ｂ及びグリーンピクセルＧに該当する第２トレンチ４１Ａは、最初に形成された深さに比べて、その深さがさらに深くなる。
【００４９】
前述のように、ブルーピクセル、グリーンピクセル、及びレッドピクセルに該当する第１トレンチないし第３トレンチにおいて、各トレンチの深さを互いに異ならせる理由は、光の波長に応じて浸透の深さが異なるからである。
【００５０】
すなわち、同じ光量が入射した場合でも、波長の長い赤色光の浸透の深さが最も深く、波長の短い青色光の浸透の深さが最も短い。
【００５１】
したがって、カラーの均一化のため、レッドピクセルＲに該当する第３トレンチ４２の深さを最も浅くし、ブルーピクセルＢに該当する第１トレンチ４０Ｂの深さを最も深くし、グリーンピクセルＧに該当する第２トレンチ４１Ａの深さを、第１トレンチ４０Ｂと第３トレンチ４２との中間の深さに形成する。
【００５２】
つまり、青色光を受けるブルーピクセルＢに最も薄い厚さのシリコン基板３１を残し、緑色光を受けるグリーンピクセルＧには中間の厚さのシリコン基板３１を残し、赤色光を受けるレッドピクセルＲには最も厚いシリコン基板３１を残す。結果として、光の波長が長いほど、シリコン基板３１の厚さが厚くなる。
【００５３】
前述した残りのシリコン基板の厚さ、すなわち、トレンチの深さをみると、ブルーピクセルＢに該当する第１トレンチ４０Ｂの深さは、ブルーピクセルＢのフォトダイオードにまで接近する深さを有する。例えば、第１トレンチ４０Ｂの底面とブルーピクセルのフォトダイオードは、１０μｍの隔離距離を有して接近する。すなわち、第１トレンチ４０Ｂの底面とブルーピクセルＢのフォトダイオードとの間に残存するシリコン基板の厚さは１０μｍである。好ましくは、シリコン基板の総厚さを７０μｍ〜２００μｍの範囲とする場合、第１トレンチの深さは６０μｍ〜１８０μｍの範囲、グリーンピクセルＧに該当する第２トレンチ４１Ａの深さは３０μｍ〜９０μｍの範囲、レッドピクセルＲに該当する第３トレンチ４２の深さは１５μｍ〜４５μｍの範囲を有する。
【００５４】
結局、波長に応じて、各ピクセルに該当するトレンチの深さを調節することにより、各ピクセルのフォトダイオードに入射する光量の均一度を確保することができる。
【００５５】
一方、第１トレンチないし第３トレンチ４０Ｂ、４１Ａ、４２を形成するエッチングはドライエッチングにより行い、このときのエッチングガスは、ＨＢｒ、Ｃｌ２などのシリコンエッチングガスを使用する。
【００５６】
図４Ｈに示すように、残りのシリコン窒化膜３９をリン酸溶液を用いて除去した後、第１トレンチないし第３トレンチ４０Ｂ、４１Ａ、４２が形成されたシリコン基板３１の裏面を板状のガラス４３を用いて覆う。このとき、ガラス４３を覆う理由は、後続のテープ３８の除去時に、シリコン基板３１の裏面に形成された第１トレンチないし第３トレンチ４０Ｂ、４１Ａ、４２が損傷することを防止し、且つ、シリコン基板３１の裏面を覆うためである。
【００５７】
このように、ガラス４３を用いてシリコン基板３１の裏面を覆う場合、ガラスとシリコン基板３１の裏面との間の第１トレンチないし第３トレンチ４０Ｂ、４１Ａ、４２の内部は、空間、すなわち、エアギャップとなる。これにより、ガラス４３によって、シリコン基板３１の裏面を介して光を入射させることができるため、バックサイド照明構造のＣＭＯＳイメージセンサとなる。
【００５８】
次いで、ウエハの前面のテープ３８を除去する。
【００５９】
上述の実施形態によると、本発明は、バックサイド照明構造のＣＭＯＳイメージセンサのため、バックグラインドのみでシリコン基板の裏面の一部を除去し、トレンチを形成することにより、各ピクセル領域に対応するトレンチの深さを異ならせるため、工程が極めて単純である。例えば、バックグラインドの後、さらにケミカルエッチングを行わなくてもよい。すなわち、シリコン基板３１の裏面を１０μｍ〜２０μｍの範囲の厚さにまで薄く加工しなくても、各トレンチによって各ピクセル領域のシリコン基板の厚さを薄く調節することができる。
【００６０】
さらに、パッケージの製作のため、リードをシリコン基板の裏面に接続しなくてもよいため、スーパーコンタクト工程を必要としない。
【００６１】
本発明は、バックサイド照明構造を用いるため、光感度特性を向上させることができるという効果がある。
【００６２】
また、カラーフィルタ工程を必要としないため、工程費用及びカラーフィルタで発生する光量減少を抑制することができるという効果がある。
【００６３】
さらに、ウエハの裏面を薄くする工程をバックグラインドにより簡素化することができるという効果がある。
【００６４】
以上、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想の範囲から逸脱しない範囲内で様々な変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来のＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【図２】従来技術のバックサイド照明構造を有するＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構造を示す図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｅ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｆ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｇ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【図４Ｈ】本発明の実施形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
３１      シリコン基板
３２      フィールド酸化膜
３３      ピクセル
３４      多層の層間絶縁膜
３５      多層のメタル配線
３６      保護膜
３７      バンプ
３８      テープ
３９      シリコン窒化膜
４０Ｂ    第１トレンチ
４１Ａ    第２トレンチ
４２      第３トレンチ
４３      ガラス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
2007184603.tif 000006
【図４Ｂ】
2007184603.tif 000007
【図４Ｃ】
2007184603.tif 000008
【図４Ｄ】
2007184603.tif 000009
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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