(57)【要約】      （修正有）【課題】シリコン貫通ビアの構造物の形成方法を提供する。【解決手段】半導体層の第１面の上に層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃを含む層間絶縁膜構造物１６を形成し、半導体層を貫通する分離用トレンチ１８を形成してアウター半導体パターン１０ａ及びインナー半導体パターン１０ｂを形成し、分離用トレンチ１８はインナー半導体パターン１０ｂを囲みながら層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄを露出させるように形成し、半導体層の第１面と対向する第２面と分離用トレンチ１８の内部面を覆う絶縁パターン２０を形成し、分離用トレンチ１８と離隔しながらインナー半導体パターン１０ｂを貫通するビアホール３０を形成し、ビアホール３０の上部は半導体層の第２面を覆う絶縁パターン２０によって囲まれるように形成し、ビアホール３０内に、内部配線１４ａ〜１４ｃと接触するビアコンタクト２４を形成する段階とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の第１面の上に、層間絶縁膜及び前記層間絶縁膜内に位置する内部配線を含む層間絶縁膜構造物を形成する段階と、
前記半導体層を貫通する分離用トレンチを形成して、アウター半導体パターン及び前記アウター半導体パターンと分離するインナー半導体パターンを形成し、前記分離用トレンチは前記インナー半導体パターンを囲みながら前記層間絶縁膜を露出させるように形成する段階と、
前記半導体層の第１面と対向する第２面と前記分離用トレンチの内部面を覆う絶縁パターンを形成する段階と、
前記分離用トレンチと離隔しながら前記インナー半導体パターンを貫通するビアホールを形成し、前記ビアホールの上部は前記半導体層の第２面を覆う前記絶縁パターンによって囲まれるように形成する段階と、
前記ビアホール内に、前記内部配線と接触するビアコンタクトを形成する段階と、を含むことを特徴とするシリコン貫通ビアの構造物の形成方法。
【請求項２】
前記分離用トレンチを形成する段階は、前記層間絶縁膜内に前記分離用トレンチの底面が配置されるように、前記層間絶縁膜の一部をエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法。
【請求項３】
前記シリコン貫通ビアコンタクトを形成した後、前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの表面と接触するパッドパターンを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法。
【請求項４】
半導体層の第１領域及び第２領域内に、それぞれアクティブピクセル用第１フォトダイオード及びオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する段階と、
前記半導体層の第１面の上に、層間絶縁膜及び前記層間絶縁膜内に位置する内部配線を含む層間絶縁膜構造物を形成する段階と、
前記半導体層を貫通する分離用トレンチを形成して、アウター半導体パターン及び前記アウター半導体パターンと分離するインナー半導体パターンを形成し、前記分離用トレンチは前記インナー半導体パターンを囲みながら前記層間絶縁膜を露出させるように形成する段階と、
前記半導体層の第１面と対向する前記半導体層の第２面の上面及び前記分離用トレンチを覆う絶縁パターンを形成する段階と、
前記分離用トレンチと離隔しながら前記インナー半導体パターンを貫通するシリコン貫通ビアコンタクトを形成し、前記シリコン貫通ビアコンタクトの上部は前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンによって囲まれていて、前記シリコン貫通ビアコンタクトの下部は前記内部配線と接触するように形成する段階と、
前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上にパッドパターンを形成する段階と、
前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上にカラーフィルタ及び前記カラーフィルタの上にマイクロレンズを形成する段階と、を含むことを特徴とするイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記シリコン貫通ビアコンタクト及びパッドパターンを形成する段階は、
前記インナー半導体パターンと前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンをエッチングして、前記分離用トレンチから離隔し、前記内部配線を露出するビアホールを形成する段階と、
前記ビアホールの内部及び前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上に導電膜を形成する段階と、
前記導電膜の物質を含むシリコン貫通ビアコンタクトを形成する段階と、
前記導電膜をパターニングして前記導電膜の物質を含むパッドパターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項４に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記導電膜をパターニングして、前記半導体層の第２領域内で前記絶縁パターンの上に前記導電膜の物質を含む遮光パターンを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記導電膜を形成する段階は、第１金属膜及び前記第１金属膜とエッチング選択比を有する第２金属膜が積層される積層構造物を形成する段階を含むことを特徴とする請求項５または６に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
前記シリコン貫通ビアコンタクトは前記第１及び第２金属膜が積層される積層構造物が含まれるように形成し、前記パッドパターンは前記積層構造物が含まれるように形成し、前記遮光パターンは前記第１金属膜で形成することを特徴とする請求項７に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項９】
前記第１フォトダイオードは、複数の第１フォトダイオードのうちの１つであり、
前記絶縁パターン上に、互いに隣接する２つの第１フォトダイオードの間に延びる混色防止パターンを形成する段階をさらに含み、前記混色防止パターンは前記導電膜を含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１０】
前記半導体層は、前記アウター半導体パターン及びインナー半導体パターンに含まれるパッド領域内に複数のトランジスタを含む周辺回路領域を含み、
前記第１及び第２領域の間に該当する半導体層の第１部分と、前記周辺回路領域内の半導体層の第２部分と、前記パッド領域内の半導体層の第３部分のうち少なくとも１つにトレンチを形成する段階、及び前記トレンチ内にトレンチ分離膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項４〜９のいずれか一項に記載のイメージセンサの製造方法。
【請求項１１】
基板の第１面の上に層間絶縁膜及び内部配線を含む層間絶縁膜構造物を形成する段階と、
前記基板を貫通する分離用トレンチを形成し、前記分離トレンチによって囲まれるインナー基板を形成する段階と、
前記分離用トレンチの内部及び前記基板の第１面の反対面である第２面に絶縁膜を形成する段階と、
前記分離用トレンチと離隔し、前記基板の第２面の上に形成された絶縁膜部位と前記インナー基板を貫通し、前記内部配線を露出させるホールを形成する段階と、
前記ホールの内部及び前記絶縁膜の上に導電膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする集積回路素子の製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁膜を形成する段階は、前記基板の第２面と前記基板の第２面の上に形成された導電膜間に延びる前記絶縁膜の部分を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１３】
前記導電膜を形成する段階は、前記ホール内で前記インナー基板と直接接触する前記導電膜部位を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１４】
前記絶縁膜を形成する段階は、前記分離用トレンチの内部表面の上に前記絶縁膜を等角に形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１５】
前記導電膜を形成する段階は、前記分離用トレンチの内の前記絶縁膜の上に前記導電膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁膜を形成する段階は、前記基板の第２面によって定義される前記分離用トレンチの開口部位を覆う絶縁膜を形成するにつれ、前記分離用トレンチ内にボイドを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１７】
前記分離用トレンチを形成する段階は、前記絶縁膜によって囲まれる前記分離用トレンチの下部を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１８】
前記導電膜を形成した後、パッドパターンを形成する段階をさらに含み、前記パッドパターンは前記導電膜を含み、前記基板の第２面の上に形成された前記絶縁膜と接触するように形成することを特徴とする請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項１９】
前記インナー基板の外側に備わる前記基板の第１領域内に、アクティブピクセル用第１フォトダイオードを形成する段階と、
前記基板の第２領域の上に形成された前記絶縁膜の上にパッドパターンを形成する段階と、
前記第１フォトダイオードの上に形成された前記絶縁膜の上にカラーフィルタと前記カラーフィルタの上にマイクロレンズを形成する段階を含むことを特徴とする請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２０】
前記絶縁膜を形成する段階は、
反射防止膜を形成する段階と、
前記反射防止膜の上に上部絶縁膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１１〜１９のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２１】
前記パッドパターンを形成する段階は、前記導電膜の上に前記導電膜とエッチング選択比を有する上部導電膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１８に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２２】
前記上部導電膜を形成する段階は、前記導電膜より低抵抗を有する物質の前記上部導電膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項２１に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２３】
前記インナー基板の外側の基板の第２領域内にオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する段階と、
前記第２フォトダイオードの上に形成された前記絶縁膜の上に第２カラーフィルタと前記第２カラーフィルタの上に第２マイクロレンズを形成する段階と、
前記第２フォトダイオードの上に形成された第２カラーフィルタ及び前記絶縁膜間に光遮断パターンを形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２４】
前記光遮断パターンを形成する段階は、前記導電膜をパターニングする工程を含み、前記光遮断パターンは前記導電膜に含まれることを特徴とする請求項２３に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２５】
前記光遮断パターンを形成する段階において、前記光遮断パターンは前記パッドパターンよりもさらに薄く形成することを特徴とする請求項２３または２４に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第１フォトダイオードは、複数の第１フォトダイオードのうちの１つであり、前記絶縁膜の上に、互いに直接的に隣接する複数の第１フォトダイオードの間に延びる混色防止パターンを形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１９〜２５のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２７】
前記混色防止パターンを形成する段階は、前記導電膜をパターニングする段階を含み、前記混色防止パターンは前記導電膜に含まれることを特徴とする請求項２６に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２８】
前記基板は周辺回路領域を含み、前記周辺回路領域は複数のトランジスタ及び前記インナー基板を含むパッド領域を含み、
前記基板の第２領域内にオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する段階と、
前記第１及び第２領域間の基板の第１部分、前記周辺回路領域の基板の第２部分、前記インナー基板の外側に位置する前記パッド領域内の基板の第３部分のうちいずれか１つにトレンチを形成する段階と、
前記トレンチ内にトレンチ絶縁膜を形成する段階と、を含むことを特徴とする請求項１９〜２７のいずれか一項に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項２９】
前記トレンチを形成する段階において、前記トレンチは前記基板を貫通するように形成することを特徴とする請求項２８に記載の集積回路素子の製造方法。
【請求項３０】
前記トレンチ絶縁膜を形成する段階で、前記絶縁膜を含む前記トレンチ絶縁膜を形成する段階を含むことを特徴とする請求項２８または２９に記載の集積回路素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に関し、特にシリコン貫通ビアの構造を有する半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の集積化に伴い、ＴＳＶ（ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｖｉａ、シリコン貫通ビア）を用いた３次元パッケージ技術が使われている。特に、イメージセンサに含まれるピクセルが高い量子効率及び受光感度（ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を有するように、裏面照射型（ｂａｃｋｓｉｄｅ  ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）のイメージセンサが用いられている。ＴＳＶを用いた半導体素子や裏面照射型のイメージセンサは、いずれも基板の両面に配置される導電パターンを接続するために、基板を貫通する貫通ビアの構造を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１４０３６５号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／００８４３５０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０２０７２２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、高い信頼性を有するシリコン貫通ビアの構造物を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、上述のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、優れた特性を有するイメージセンサを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、上述のイメージセンサ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】
【０００８】
本発明に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成方法は、次の工程により実現される。半導体層の第１面の上に、層間絶縁膜及び前記層間絶縁膜内に位置する内部配線を含む層間絶縁膜構造物を形成する。前記半導体層を貫通する分離用トレンチを形成して、アウター半導体パターン及び前記アウター半導体パターンと分離するインナー半導体パターンを形成する。前記分離用トレンチは、前記インナー半導体パターンを囲みながら前記層間絶縁膜を露出させる。前記半導体層の第１面と対向する半導体層の第２面と前記分離用トレンチの内部面を覆う絶縁パターンを形成する。前記分離用トレンチと離隔しながら前記インナー半導体パターンを貫通するビアホールを形成し、前記ビアホール内に、前記内部配線と接触するビアコンタクトを形成する。前記ビアホールの上部は、前記半導体層の第２面を覆う前記絶縁パターンによって囲まれる。
【０００９】
好ましくは、前記分離用トレンチを形成する工程は、前記層間絶縁膜内に前記分離用トレンチの底面が配置されるように、前記層間絶縁膜の一部をエッチングする工程を含む。
【００１０】
好ましくは、前記シリコン貫通ビアコンタクトを形成した後、前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの表面と接触するパッドパターンを形成する工程を含む。
【００１１】
本発明に係るイメージセンサの製造方法は、次の工程により実現される。半導体層の第１領域及び第２領域内に、それぞれアクティブピクセル用第１フォトダイオード及びオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する。前記半導体層の第１面の上に、層間絶縁膜及び前記層間絶縁膜内に位置する内部配線を含む層間絶縁膜構造物を形成する。前記半導体層を貫通する分離用トレンチを形成して、アウター半導体パターン及び前記アウター半導体パターンと分離するインナー半導体パターンを形成する。前記分離用トレンチは、前記インナー半導体パターンを囲みながら前記層間絶縁膜を露出させる。前記半導体層の第１面と対向する前記半導体層の第２面の上面及び前記分離用トレンチを覆う絶縁パターンを形成する。前記分離用トレンチと離隔しながら前記インナー半導体パターンを貫通するシリコン貫通ビアコンタクトを形成する。前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上にパッドパターンを形成する。前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上にカラーフィルタ及び前記カラーフィルタの上にマイクロレンズを形成する。前記シリコン貫通ビアコンタクトの上部は、前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンによって囲まれていて、前記シリコン貫通ビアコンタクトの下部は、前記内部配線と接触する。
【００１２】
好ましくは、前記シリコン貫通ビアコンタクト及びパッドパターンを形成する工程は、前記インナー半導体パターンと前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンをエッチングして、前記分離用トレンチから離隔するビアホールを形成する工程と、前記ビアホールの内部及び前記半導体層の第２面を覆う絶縁パターンの上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜の物質を含むシリコン貫通ビアコンタクトを形成する工程と、前記導電膜をパターニングして前記導電膜の物質を含むパッドパターンを形成する工程を含む。前記ビアホールは、前記内部配線を露出する。
【００１３】
好ましくは、前記半導体層の第２領域内で、前記導電膜をパターニングして、前記絶縁パターン上に前記導電膜の物質を含む遮光パターンを形成する。
【００１４】
好ましくは、前記導電膜を形成する工程は、第１金属膜及び前記第１金属膜とエッチング選択比を有する第２金属膜が積層される積層構造物を形成する工程を含む。
【００１５】
好ましくは、前記シリコン貫通ビアコンタクトは前記第１及び第２金属膜が積層される積層構造物が含まれるように形成し、前記パッドパターンは前記積層構造物が含まれるように形成し、前記遮光パターンは前記第１金属膜で形成する。
【００１６】
好ましくは、前記第１フォトダイオードは、複数の第１フォトダイオードのうちのいずれか１つであり、前記絶縁パターン上に、互いに隣接する２つの第１フォトダイオードの間に延びる混色防止パターンをさらに形成する。前記混色防止パターンは、前記導電膜を含む。
【００１７】
好ましくは、前記半導体層は、前記アウター半導体パターン及びインナー半導体パターンに含まれるパッド領域内に複数のトランジスタを含む周辺回路領域（ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｒｅｇｉｏｎ）を備える。
【００１８】
好ましくは、前記第１及び第２領域の間に該当する半導体層の第１部分と、前記周辺回路領域内の半導体層の第２部分と、前記パッド領域内の半導体層の第３部分のうち少なくとも１つにトレンチを形成する工程をさらに含む。前記トレンチ内にトレンチ分離膜を形成する。
【００１９】
本発明に係る集積回路素子の製造方法は、次の工程により実現される。基板の第１面の上に層間絶縁膜構造物を形成する。前記層間絶縁膜構造物は、層間絶縁膜及び内部配線を含む。前記基板を貫通する分離用トレンチを形成し、前記分離トレンチによって囲まれるインナー基板を形成する。前記分離用トレンチの内部及び前記基板の第１面の反対面である第２面に絶縁膜を形成する。前記分離用トレンチと離隔し、前記基板の第２面の上の絶縁膜部位と前記インナー基板を貫通し、前記内部配線を露出させるホールを形成する。前記ホールの内部及び前記絶縁膜の上に導電膜を形成する。
【００２０】
好ましくは、前記絶縁膜の形成は、前記基板の第２面と前記基板の第２面の上に形成された導電膜間に延びる前記絶縁膜の部分を形成する工程を含む。
【００２１】
好ましくは、前記導電膜の形成は、前記ホール内で前記インナー基板と直接接触する導電膜部位を形成する工程を含む。
【００２２】
好ましくは、前記絶縁膜の形成は、前記分離用トレンチの内部表面の上に前記絶縁膜を等角に形成する工程を含む。
【００２３】
好ましくは、前記導電膜の形成は、前記分離用トレンチの内の前記絶縁膜の上に前記導電膜を形成する工程を含む。
【００２４】
好ましくは、前記絶縁膜の形成は、前記基板の第２面によって定義される前記分離用トレンチの開口部位を覆う絶縁膜を形成するにつれ、前記分離用トレンチ内にボイドを形成する工程を含む。
【００２５】
好ましくは、前記分離用トレンチの形成は、前記絶縁膜によって囲まれる前記分離用トレンチの下部を形成する工程を含む。
【００２６】
好ましくは、前記導電膜を形成した後、パッドパターンを形成する段階をさらに含み、前記パッドパターンは前記導電膜を含み、前記基板の第２面の上に形成された前記絶縁膜と接触する。
【００２７】
好ましくは、前記インナー基板の外側に備わる前記基板の第１領域内に、アクティブピクセル用第１フォトダイオードを形成する。前記導電膜を形成した後、パッドパターンを形成する。前記パッドパターンは、前記導電膜を含み、前記基板の第２面の上に形成された前記絶縁膜と接触する。
【００２８】
好ましくは、前記絶縁膜の形成は、反射防止膜を形成する工程と前記反射防止膜の上に上部絶縁膜を形成する工程を含む。
【００２９】
好ましくは、前記パッドパターンの形成は、前記導電膜の上に前記導電膜とエッチング選択比を有する上部導電膜を形成する工程を含む。
【００３０】
好ましくは、前記上部導電膜は、前記導電膜より低抵抗を有する。
【００３１】
好ましくは、前記インナー基板の外側の基板の第２領域内にオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する。前記第２フォトダイオードの上に形成された絶縁膜の上に第２カラーフィルタと前記第２カラーフィルタの上に第２マイクロレンズを形成する。前記第２フォトダイオードの上に形成された第２カラーフィルタ及び絶縁膜間に光遮断パターンを形成する。
【００３２】
好ましくは、前記光遮断パターンの形成は、前記導電膜をパターニングする工程を含み、前記導電膜は前記光遮断パターンを含む。
【００３３】
好ましくは、前記光遮断パターンの形成は、前記パッドパターンよりさらに薄い光遮断パターンを形成する工程を含む。
【００３４】
好ましくは、前記第１フォトダイオードは、複数の第１フォトダイオードのうちのいずれか１つであり、追加的に前記絶縁膜の上に、互いに直接的に隣接する複数の第１フォトダイオードの間に延びる混色防止パターンを形成する。
【００３５】
好ましくは、前記混色防止パターンの形成は、前記導電膜をパターニングする段階を含み、前記導電膜は混色防止パターンを含む。
【００３６】
好ましくは、前記基板は周辺回路領域を含み、前記周辺回路領域は複数のトランジスタ及び前記インナー基板のパッド領域を含む。前記基板の第２領域内にオプティカルブラックピクセル用第２フォトダイオードを形成する。前記第１及び第２領域の間の基板の第１部分、前記周辺回路領域の基板の第２部分、前記インナー基板の外側に位置する前記パッド領域内の基板の第３部分のうちのいずれか１つにトレンチを形成する。前記トレンチ内にトレンチ絶縁膜を形成する。
【００３７】
好ましくは、前記トレンチの形成は、前記基板を貫通するトレンチを形成する工程を含む。
【００３８】
好ましくは、前記トレンチ絶縁膜の形成は、前記絶縁膜を含むトレンチ絶縁膜を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係るシリコン貫通ビアの構造物及びイメージセンサは、ビアコンタクトの側壁にスペーサーを備えないでビアコンタクトがシリコン層と直接接触する形状を有する。従って、スペーサーを形成する際に発生する工程不良を減少させることができる。特に、イメージセンサの場合、アクティブピクセルとオプティカルブラックピクセルとの間の段差が減少されることによって、チップ内の中心と端部との間の色感差がほとんどなくなる。付加的に、ピクセル分離用パターン、クラック防止パターン、混色防止パターン及び回路ブロック分離用パターンを含み、クラック及び混色防止という素子間の分離効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】実施形態１に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【図２】図１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図３】図１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図４】図１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図５】図１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図６】実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図７】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図８】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図９】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１０】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１１】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１２】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１３】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１４】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１５】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１６】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図１７】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【図１８】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【図１９】図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【図２０】実施形態１の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図２１】図２０の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図２２】図２０の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図２３】実施形態１の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図２４】図２３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図２５】図２３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【図２６】実施形態１の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図２７】実施形態１の変形例４に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図２８】図２７の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図２９】図２７の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図３０】図２７の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図３１】実施形態２に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【図３２】図３１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図３３】実施形態２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図３４】図３３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図３５】図３３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図３６】実施形態２の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図３７】実施形態２の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図３８】実施形態２の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図３９】実施形態３に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【図４０】図３９のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【図４１】実施形態３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図４２】図４１の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【図４３】実施形態３の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図４４】実施形態３の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図４５】実施形態３の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【図４６】本発明の実施形態１、２およびその変形例に係るイメージセンサを含む電子システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
本発明の各図面において、構造物のサイズは、本発明の説明の都合上、実際より拡大して図示している。
【００４３】
本明細書において、多様な構成要素を説明するために、第１、第２等の用語が使われているが、構成要素はこれらの用語によって限定されない。これらの用語は、一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的で使われている。
【００４４】
本明細書で使用する用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用するものだけであって、本発明を限定しようとする意図で使用していない。本明細書において、単数の表現は、文脈上明白に単数であると特定していない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「含む」または「有する」等の用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在するということを意味する。したがって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在、または付加の可能性を予め排除していない。
【００４５】
本明細書において、各層（膜）、領域、電極、パターンまたは構造物が、他の対象物である基板、各層（膜）、領域、電極またはパターンの「上に」、「上部に」または「下部」に形成されると表現する場合がある。この場合、各階（膜）、領域、電極、パターンまたは構造物が、直接に他の基板、各階（膜）、領域またはパターンの上に形成されるか、下に位置するということを意味するものだけではない。すなわち、他の層（膜）、他の領域、他の電極、他のパターンまたは他の構造物が、他の対象物や基板などの上に追加的に形成するということも意味する。
【００４６】
本明細書に開示されている各実施形態およびその変形例に関する特定の構造的ないし機能的説明は、単に各実施形態およびその変形例を説明するための目的で例示したものである。本発明の実施形態などは多様な形態で実施可能で、本明細書に説明された実施形態などに限定されない。即ち、本発明は多様に変更でき、種々な実施形態を有することができる。図面に例示した特定の実施形態は、本発明の本質を理解して頂くために、本明細書に詳細に説明したものである。したがって、本発明の保護範囲は、これらの特定の開示形態に限定されず、本発明の技術的思想及び特許請求の範囲に含まれるすべての変更、均等物ないし代替物を含むと理解されるべきである。
【００４７】
[実施形態１]
＜シリコン貫通ビアの構造物の構成＞
図１は、実施形態１に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【００４８】
図１に示すように、シリコン貫通ビアの構造物は、単結晶半導体物質を含む半導体層を有する。半導体層は、厚さが数〜数十μｍとなるように、単結晶半導体基板を研磨することにより形成できる。なお、半導体層は、エピタキシャル成長工程により形成される単結晶半導体層であってもよい。半導体層は、第１面及び第１面の反対面である第２面を有する。第１面は回路パターンを形成するための半導体層の前面であり、第２面は半導体層の裏面である。図示の位置において、半導体層の前面（Ｆｒｏｎｔ  ｓｉｄｅ）の下には、トランジスタ、層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃを含む層間絶縁膜構造物１６が形成されている。層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃは、多層に積層されている。
【００４９】
シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の裏面（Ｂａｃｋ  ｓｉｄｅ）から層間絶縁膜構造物１６を露出させ、半導体層を貫通する分離用トレンチ１８を有する。分離用トレンチ１８の底面は、半導体層の前面よりもさらに位置が低い。分離用トレンチ１８の上部平面は、環状の形状を有する。分離用トレンチ１８により、半導体層はインナー半導体パターン１０ｂとアウター半導体パターン１０ａとに分けられる。インナー半導体パターン１０ｂは分離用トレンチ１８に囲まれ、アウター半導体パターン１０ａは分離用トレンチ１８の外側に配置されている。インナー半導体パターン１０ｂは、分離用トレンチ１８によりアウター半導体パターン１０ａと分離している。
【００５０】
図示のように、分離用トレンチ１８は、半導体層の裏面から下方に伸びるほど内部幅が狭くなるように傾斜した側壁を有する。なお、図示しないが、分離用トレンチ１８は、垂直な側壁を有してもよい。
【００５１】
シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１８の内部に位置する絶縁パターン２０を有する。本実施形態において、絶縁パターン２０の突出部分は、分離用トレンチ１８の内部を完全に満たす形状を有する。絶縁パターン２０は、１つの絶縁物質で形成できる。また、絶縁パターン２０は、２つ以上の絶縁物質を積層することによっても形成できる。
【００５２】
絶縁パターン２０において、分離用トレンチ１８の内部に位置する突出部分は、シリコン貫通ビアコンタクト２４とアウター半導体パターン１０ａとを電気的に分離させる分離用パターンとして提供される。また、半導体層の裏面の上面全体を覆う絶縁パターン２０の平面部分は、半導体層とパッドパターン２６とを絶縁させる層間絶縁膜として提供される。
【００５３】
シリコン貫通ビアコンタクト２４は、分離用トレンチ１８形成後のインナー半導体パターン１０ｂ内において、分離用トレンチ１８と離隔して形成されている。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、半導体層の裏面の表面の上に形成される絶縁パターン２０およびインナー半導体パターン１０ｂを貫通して形成されている。シリコン貫通ビアコンタクト２４の上部は、半導体層の裏面を覆う絶縁パターン２０の平面部分によって囲まれる。シリコン貫通ビアコンタクト２４の底面は、層間絶縁膜構造物の内部配線１４ａ、１４ｂ、１４ｃと接触する。また、シリコン貫通ビアコンタクト２４の底面は、分離用トレンチ１８の底面よりも位置が低い。シリコン貫通ビアコンタクト２４の下部は、層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄによって囲まれる。
【００５４】
シリコン貫通ビアコンタクト２４の側壁は、半導体層と直接接触する。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、第１及び第２導電膜２２ａ、２２ｂが積層された構造を有する。第１及び第２導電膜２２ａ、２２ｂは、それぞれ異なる物質を含むことができ、金属を含むことができる。半導体層の裏面の表面の上に形成された絶縁パターン２０の平面部分は、第１導電膜２２ａと半導体層の裏面との間に配置されている。
【００５５】
図示のように、シリコン貫通ビアコンタクト２４は、インナー半導体層１０ｂを貫通するビアホール３０内に形成されている。ビアホール３０は、第１及び第２導電膜２２ａ、２２ｂによって完全に満たされる。なお、第１及び第２導電膜２２ａ、２２ｂは、ビアホール３０の内部面と等角を成すように形成でき、ビアホール３０の内部を完全に満たさなくてもよい。
【００５６】
シリコン貫通ビアの構造物は、シリコン貫通ビアコンタクト２４から延びながら、半導体層の裏面に位置する絶縁パターン２０の表面と接触するパッドパターン２６を有する。パッドパターン２６とシリコン貫通ビアコンタクト２４とは、同じ導電物質を含むことができる。
【００５７】
上述したように、シリコン貫通ビアコンタクト２４の構造において、シリコン貫通ビアコンタクト２４の側壁の上には、絶縁スペーサーを有しない。即ち、シリコン貫通ビアコンタクト２４の側壁とシリコン層とは、直接接触している。従って、絶縁スペーサーを形成する際に発生するコンタクトホールが開口されず（Ｃｏｎｔａｃｔ  Ｈｏｌｅ  Ｎｏｔ  Ｏｐｅｎ）、高抵抗となるなどのような問題の発生を低減できる。
【００５８】
＜シリコン貫通ビアの構造物の形成方法＞
図２〜図５は、図１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【００５９】
図２に示すように、単結晶半導体基板１０の前面の上に、トランジスタを形成する。また、トランジスタが形成された単結晶半導体基板１０の上に、層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃを含む層間絶縁膜構造物１６を形成する。層間絶縁膜構造物１６の表面は、平坦面である。
【００６０】
次に、図３を参照する。まず、層間絶縁膜構造物１６の表面に、支持基板（図示せず）を接着する。その後、半導体基板１０の裏面をグラインディングして、半導体層を形成する。半導体層は、厚さが数〜数十μｍとなるように研磨して形成できる。
【００６１】
次に、半導体層の上に、分離用トレンチ１８を形成するための第１エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第１エッチングマスクパターンをマスクとして使って半導体層をエッチングして、分離用トレンチ１８を形成する。エッチング工程によって、アウター半導体パターン１０ａ及びアウター半導体パターン１０ａと分離するインナー半導体パターン１０ｂが形成される。分離用トレンチ１８は、シリコン貫通ビアコンタクト２４が形成される部位を囲む環状の形状を有するように形成する。
【００６２】
この際、分離用トレンチ１８の底面から層間絶縁膜構造物１６に含まれる層間絶縁膜１２ａが露出されるように、分離用トレンチ１８を形成する。即ち、分離用トレンチ１８の底面が半導体層の前面よりもさらに低くなるように、上記エッチング工程を行なわなければならない。そして、分離用トレンチ１８の内壁及び底面から内部配線１４ａ〜１４ｃが露出されないように、分離用トレンチ１８を形成する。このような分離用トレンチ１８を備えることによって、後工程で形成されるシリコン貫通ビアコンタクト２４とアウター半導体パターン１０ａとは、互いに隔離される。
【００６３】
図４に示すように、分離用トレンチ１８の内部を満たしながら半導体層の裏面の上面全体に、絶縁パターン２０を形成する。絶縁パターン２０は、１つの絶縁物質で形成できる。なお、絶縁パターン２０は、２つ以上の絶縁パターンを積層することによっても形成できる。絶縁パターン２０は、シリコン酸化物、金属酸化物のような酸化物、またはシリコン窒化物のような窒化物で形成できる。
【００６４】
次に、図５を参照する。絶縁パターン２０の上に、ビアホール３０を形成するための第２エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第２エッチングマスクパターンを利用して絶縁パターン２０、インナー半導体パターン１０ｂ及び層間絶縁膜構造物１６の一部を順次にエッチングして、底面から内部配線１４ａが露出されるビアホール３０を形成する。ビアホール３０は、分離用トレンチ１８の内側に位置する半導体層を貫通して、分離用トレンチ１８と離隔して形成される。
【００６５】
次に、再度図１を参照する。ビアホール３０の内部及び絶縁パターン２０の上面に、導電膜を形成する。導電膜は、バリア金属及び金属膜を含むことができる。導電膜が形成されると、ビアホール３０の内部にはシリコン貫通ビアコンタクト２４が形成される。
【００６６】
導電膜をパターニングして、シリコン貫通ビアコンタクト２４と接続しながら絶縁パターン２０の上に位置するパッドパターン２６を形成する。従って、パッドパターン２６とシリコン貫通ビアコンタクト２４とは、同じ導電物質を含む。
【００６７】
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
図６は、実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【００６８】
図６に示すように、裏面照射型イメージセンサは、第１面と第１面の反対面である第２面を有する半導体層１００ａ、１００ｂを有する。第１面は単位素子が形成される半導体層１００ａ、１００ｂの前面であり、第２面は光が照射される半導体層１００ａ、１００ｂの裏面である。半導体層１００ａ、１００ｂは、エピタキシャル成長工程により形成される単結晶半導体層である。なお、半導体層１００ａ、１００ｂは、厚さが数〜数十μｍとなるように、単結晶半導体基板を研磨することによっても形成できる。
【００６９】
半導体層１００ａ、１００ｂには、ピクセル領域、周辺回路領域及びパッド領域が設けられている。ピクセル領域は、アクティブピクセル領域Ａ及びオプティカルブラック領域Ｂを含む。
【００７０】
アクティブピクセル領域Ａは、入射光に対して光電変換を行ってイメージ信号を生成する単位ピクセルアレイを含む領域である。オプティカルブラック領域Ｂは、入射光による電荷を生成しないオプティカルブラックピクセルを含む領域である。一般的に、単位画素（ｕｎｉｔ  ｐｉｘｅｌ）は、入射光によって電荷を生成するが、熱（ｈｅａｔ）によっても電荷を生成できる。従って、単位画素アレイは、入射光による電荷だけを正確に測定するために、生成される総電荷（ｃｈａｒｇｅ）から熱による電荷を減算するという自動黒レベル補償技術を採用する。このため、オプティカルブラックピクセルを備えている。周辺回路領域は、単位画素アレイで生成されたイメージ信号を処理して出力するロジック回路を含む領域である。パッド領域は、内部パターンと電気的に接続するパッドパターン１２８を備える領域である。
【００７１】
図６に示す位置において、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、トランジスタが形成されている。即ち、ピクセル領域には、各単位ピクセルに含まれる転送トランジスタ、リセットトランジスタ、変換トランジスタ及び選択トランジスタなどが形成されている。また、周辺回路領域には、周辺回路を構成するトランジスタが形成されている。
【００７２】
図６に示す位置において、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を含む層間絶縁膜構造物１１１が形成されている。層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８は、多層に積層されている。内部配線１０８は、光が入射される面の反対面である半導体層１００ａ、１００ｂの前面に位置している。したがって、内部配線１０８の配置は、イメージセンサの量子効率及び受光感度に全く影響を与えない。従って、内部配線１０８は、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂの位置を考慮せずに配置することができる。
【００７３】
層間絶縁膜構造物１１１の半導体層１００ａ、１００ｂと接する面の反対面の表面には、支持基板１１２を有する。
【００７４】
ピクセル領域の半導体層１００ａ、１００ｂの内部には、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを有する。アクティブピクセル領域Ａには第１フォトダイオード１０６ａが形成され、オプティカルブラック領域Ｂには第２フォトダイオード１０６ｂが形成されている。第１及び第２フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂは、たとえば、ｐ型エピタキシャルツン内にｎ型イオンが注入された形態を有することができる。
【００７５】
裏面照射型イメージセンサは、パッド領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通する分離用トレンチ１１４を有する。分離用トレンチ１１４の上部平面は、環状の形状を有する。分離用トレンチ１１４は、層間絶縁膜構造物１１１に含まれる層間絶縁膜１１０を露出させるが、内部配線１０８を露出させない。
【００７６】
分離用トレンチ１１４によって、インナー半導体パターン１００ｂとアウター半導体パターン１００ａとは、互いに分離して離隔する。半導体層１００ａ、１００ｂは、アウター半導体パターン１００ａと、分離用トレンチ１１４によりアウター半導体パターン１００ａと電気的に孤立するインナー半導体パターン１００ｂとを含む。インナー半導体パターン１００ｂは分離用トレンチ１１４に囲まれ、アウター半導体パターン１００ａは分離用トレンチ１１４の外側に配置されている。
【００７７】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１１４の内部を満たす絶縁パターン１２０を有する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８を含む。反射防止膜１１６は、高い透過度を有する絶縁物質を含むことができる。反射防止膜１１６は、金属酸化物、例えば、ハフニウム酸化物を含むことができる。絶縁膜１１８は、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができる。ここで、絶縁膜１１８は選択事項であり、備えなくてもよい。この場合、絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６だけで形成される。
【００７８】
好ましくは、絶縁パターン１２０は３００〜２０００Åの厚さを有する。絶縁パターン１２０が３００Åより薄い場合、工程進行中に絶縁パターン１２０が消耗されて、半導体層１００ａ、１００ｂの一部分が絶縁パターン１２０によって覆われない恐れがある。一方、絶縁パターン１２０が２０００Åより厚い場合、絶縁パターン１２０によりピクセル領域間の段差が大きくなってしまう。
【００７９】
分離用トレンチ１１４の内部に満たされる絶縁パターン１２０の突出部分は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６とアウター半導体パターン１００ａとを、互いに電気的に絶縁させる分離用パターン１２０ａとして提供される。
【００８０】
裏面照射型イメージセンサは、環状の分離用トレンチ１１４の内側のインナー半導体パターン１００ｂを貫通し、分離用トレンチ１１４と離隔するシリコン貫通ビアコンタクト１２６を有する。シリコン貫通ビアコンタクト１２６は、インナー半導体パターン１００ｂを貫通して層間絶縁膜構造物１１１の内部配線１０８と接触する。
【００８１】
シリコン貫通ビアコンタクト１２６は、ビアホール１３６内において、第１金属膜１２２ａ及び第２金属膜１２４ａが積層された構造を有する。第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａは、ビアホール１３６の内部を完全に満たす形状を有する。なお、図示のように、第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａは、ビアホール１３６の側壁および底面のプロファイルに沿って形成され、ビアホール１３６の内部を完全に満たさない形状を有してもよい。
【００８２】
第１金属膜１２２ａは、オーミック膜、第１主金属膜及び湿潤膜を積層することにより形成できる。第２金属膜１２４ａは、第２主金属膜及びバリア金属膜を積層することにより形成できる。
【００８３】
オーミック膜、湿潤膜及びバリア金属膜は、抵抗特性、接着特性、及び拡散防止のために付加的に蒸着される膜である。オーミック膜、湿潤膜及びバリア金属膜は、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物を含むことができる。
【００８４】
第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａは、主に第１主金属膜及び第２主金属膜からなる。好ましくは、第２主金属膜は、第１主金属膜とエッチング選択比を有する金属物質を含む。好ましくは、第１主金属膜は、ステップカバレジが優秀な金属物質を含む。また、第２主金属膜は、第１主金属膜より低い抵抗を有し、接触特性及びワイヤリング特性が優秀な金属物質を含むことが好ましい。例えば、第１主金属膜はタングステンを含み、第２主金属膜はアルミニウムを含む。
【００８５】
裏面照射型イメージセンサは、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と接続して半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上部に延びるパッドパターン１２８を有する。パッドパターン１２８は、パッド領域内に位置する。パッドパターン１２８は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と同じ導電物質を含み、同じ積層構造を有する。即ち、パッドパターン１２８は、第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａが積層された構造を有する。
【００８６】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上に、第２フォトダイオード１０６ｂと対向して第２フォトダイオード１０６ｂに入射される光を遮断する遮光パターン１２３を有する。遮光パターン１２３は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６及びパッドパターン１２８に含まれる金属物質のうち、下部に位置する層を形成する金属物質を含む。即ち、遮光パターン１２３は、第１金属膜１２２ａを含む。遮光パターン１２３は、パッドパターン１２８よりも薄い厚さを有する。
【００８７】
裏面照射型イメージセンサは、シリコン貫通ビアコンタクト１２６、絶縁パターン１２０及び遮光パターン１２３を覆う保護膜パターン１３０ａを有する。即ち、保護膜パターン１３０ａは、パッドパターン１２８の一部分だけを露出し、残りの部分を全部覆う形状を有する。保護膜パターン１３０ａは、絶縁物質、例えば、シリコン窒化物を含むことができる。
【００８８】
裏面照射型イメージセンサは、保護膜パターン１３０ａの上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向する複数のカラーフィルタ１３２を有する。ぞれぞれのカラーフィルタ１３２の上には、マイクロレンズ１３４を有する。マイクロレンズ１３４は、入射光が単位画素のフォトダイオードに効率的に入射されるように、入射光をガイド（ｇｕｉｄｅ）する。
【００８９】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図７〜図１６は、図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。図１７〜図１９は、図６の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【００９０】
図７に示すように、単結晶半導体基板１００の前面の上に、エピタキシャル成長工程により予備半導体層１０１を形成する。予備半導体層１０１は、単結晶シリコンを含むことができる。予備半導体層１０１には、半導体基板１００より低濃度を有するＰ型不純物がドーピングされることができる。好ましくは、厚さが数〜数十μｍとなるように予備半導体層１０１を形成する。
【００９１】
予備半導体層１０１には、ピクセル領域、周辺回路領域及びパッド領域が設けられている。予備半導体層１０１において、半導体基板１００と接触する面は裏面であり、半導体基板１００と接触する面の反対面は前面である。なお、予備半導体層１０１を形成する工程は省略されることもできる。
【００９２】
予備半導体層１０１の前面の上に、素子分離膜パターンを形成してアクティブ領域及び素子分離領域を区分する。例えば、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）工程を利用して予備半導体層１０１にトレンチを形成して、トレンチ内に絶縁物質を詰め込んで素子分離膜パターン１０２を形成する。素子分離膜パターン１０２は、各トランジスタの間を電気的に絶縁させる。
【００９３】
予備半導体層１０１の上に絶縁膜及びゲート導電膜を形成し、これをパターニングしてゲート電極を形成する。ゲート電極の両側に不純物領域を形成することによって、トランジスタ１０４を形成する。ピクセル領域には、各単位ピクセルを構成する転送トランジスタ、リセットトランジスタ、変換トランジスタ及び選択トランジスタなどを形成する。また、周辺回路領域には、周辺回路を構成するトランジスタを形成する。
【００９４】
ピクセル領域に位置する予備半導体層１０１に、不純物をドーピングしてフォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを形成する。アクティブピクセル領域Ａの予備半導体層１０１には第１フォトダイオード１０６ａを形成し、オプティカルブラック領域Ｂの予備半導体層１０１には第２フォトダイオード１０６ｂを形成する。
【００９５】
上述の方法において、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを形成した後にトランジスタを形成してもよいし、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを形成する前にトランジスタを形成してもよい。
【００９６】
次に、トランジスタ１０４を覆う層間絶縁膜１１０を形成する。その後、層間絶縁膜１１０を貫通するコンタクト及び導電ラインを含む内部配線１０８を形成する。内部配線１０８は、金属、例えば、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、これら物質を含む合金膜などを含むことができる。また、金属物質の拡散を抑制するためのバリア金属膜をさらに含むことができる。そして、層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を形成する工程を繰り返して行い、多層の層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を含む層間絶縁膜構造物１１１を形成する。
【００９７】
層間絶縁膜構造物１１１内に含まれる導電ライン及びコンタクトは、層数及び構造についての制限がなく、素子設計の必要によって多様な層数及び構造にすることができる。また、図７においては、導電ライン及びコンタクトがフォトダイオード１０６ａ、１０６ｂと対向しない構成を示した。ただし、導電ライン及びコンタクトは、光の透過に影響を与えないため、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂの位置と関係なく任意に配置できる。
【００９８】
上述の工程を行うと、パッド領域には後工程によって形成されるパッドパターン１２８と接続するための内部配線１０８が形成される。
【００９９】
図８に示すように、層間絶縁膜構造物１１１の表面に支持基板１１２を接着する。支持基板１１２は、後工程を行なう際、予備半導体層１０１及び層間絶縁膜構造物１１１を支持する。
【０１００】
図９に示すように、半導体基板１００の底面をグラインディングすることにより除去する。クラインディン工程を行なうことにより、予備半導体層１０１を露出させる。また、予備半導体層１０１の表面から第１及び第２フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂの表面を露出させることができる。
【０１０１】
クラインディン工程において、半導体基板１００を一部残すようにすることもできる。なお、クラインディン工程において、予備半導体層１０１を一定の厚さ除去してもよい。
【０１０２】
次に、図１０を参照する。予備半導体層１０１の上に、分離用トレンチ１１４を形成するための第１エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第１エッチングマスクパターンをマスクとして使って予備半導体層１０１をエッチングし、層間絶縁膜構造物１１１の一部をエッチングして分離用トレンチ１１４を形成する。エッチング工程によって、アウター半導体パターン１００ａ及びインナー半導体パターン１００ｂを含む半導体層１００ａ、１００ｂが形成される。インナー半導体パターン１００ｂは、分離用トレンチ１１４によってアウター半導体パターン１００ａと分離する。
【０１０３】
分離用トレンチ１１４は、パッド領域内に形成される。分離用トレンチ１１４は、後工程で形成されるシリコン貫通ビアコンタクト１２６とアウター半導体パターン１００ａとが互いに隔離されて電気的に分離するようにするために提供される。従って、図１７に示すように、分離用トレンチ１１４は、平面形状がシリコン貫通ビアコンタクト１２６の形成される部位を囲む環状を有する。
【０１０４】
分離用トレンチ１１４の底面から層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０が露出されるように、分離用トレンチ１１４を形成する。そして、分離用トレンチ１１４の内壁及び底面から層間絶縁膜構造物１１１内の内部配線１０８が露出されないように、分離用トレンチ１１４を形成する。分離用トレンチ１１４を形成する際、底面から層間絶縁膜構造物１１１を露出させるために、オーバエッチングを行う。従って、分離用トレンチ１１４の底面は、半導体層１００ａ、１００ｂの前面よりもさらに位置が低い。
【０１０５】
図１１に示すように、分離用トレンチ１１４の内部を完全に満たしながら半導体層１００ａ、１００ｂの表面全体を覆う絶縁パターン１２０を形成する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８を含むことができる。例えば、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の表面全体を覆いながら分離用トレンチ１１４の内部面のプロファイルに沿って反射防止膜１１６を等角に形成できる。そして、反射防止膜１１６上に、分離用トレンチ１１４の内部を完全に満たす絶縁膜１１８を形成できる。
【０１０６】
反射防止膜１１６は、高い光透過度を有する金属酸化物で形成できる。例えば、反射防止膜１１６は、ハフニウム酸化物を含むことができる。また、絶縁膜１１８は、たとえば、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができる。反射防止膜１１６および絶縁膜１１８を単層または２層以上に積層して形成することもできる。
【０１０７】
反射防止膜１１６上に、絶縁膜１１８を形成しなくてもよい。この場合、反射防止膜１１６だけが分離用トレンチ１１４の内部に満たされる。
【０１０８】
次に、図１２を参照する。絶縁パターン１２０上に、ビアホール１３６を形成するための第２エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第２エッチングマスクパターンを利用して絶縁パターン１２０、インナー半導体パターン１００ｂ及び層間絶縁膜構造物１１１の一部を順次にエッチングする。これにより、パッド領域に形成されている内部配線１０８を露出させるビアホール１３６を形成する。
【０１０９】
図１８の平面図から分かるように、ビアホール１３６は、分離用トレンチ１１４によって囲まれているインナー半導体パターン１００ｂを貫通し、分離用トレンチ１１４と離隔して形成される。
【０１１０】
図１３に示すように、絶縁パターン１２０の上面及びビアホール１３６の内部に、第１金属膜１２２及び第２金属膜１２４を形成する。ビアホール１３６の内部幅が狭い場合、図１に示したように、第１及び第２金属膜１２２、１２４は、ビアホール１３６の内部を完全に満たす形状を有することができる。一方、ビアホール１３６の内部幅が広い場合、図１３に示すように、第１及び第２金属膜１２２、１２４は、ビアホール１３６の内部を完全に満たさない形状を有することができる。この場合、たとえば、第１及び第２金属膜１２２、１２４をビアホール１３６の側壁及び底面のプロファイルに沿って等角に形成できる。
【０１１１】
第１金属膜１２２は、例えば、オーミック膜、第１主金属膜及び湿潤膜の積層構造を有することができる。第１金属膜は、オプティカルブラックピクセルの遮光パターンとして使われる。従って、第１金属膜に含まれる第１主金属膜は、光の反射率の高い金属物質を用いることが望ましい。また、第１主金属膜は、高いステップカバレジ特性を有する金属物質を用いることが望ましい。例えば、第１主金属膜は、タングステンを含むことができる。オーミック膜及び湿潤膜は、例えば、チタン、チタン窒化物、タンタル、タンタル窒化物から形成できる。オーミック膜、第１主金属膜及び湿潤膜は、単層または２層以上に積層して形成できる。例えば、第１金属膜１２２は、チタン膜／チタン窒化膜／タングステン膜／チタン窒化膜の積層構造を有することができる。
【０１１２】
第２金属膜１２４は、第２主金属膜及びバリア金属膜の積層構造を有することができる。第２金属膜１２４は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６及びパッドパターン１２８として提供される。従って、第２金属膜１２４に含まれる第２主金属膜は、第１主金属膜より低い抵抗を有する物質から形成できる。また、第２主金属膜は、第１主金属膜に対してエッチング選択比を有する物質から形成できる。例えば、第２主金属膜は、アルミニウムを含むことができる。そして、第２金属膜１２４は、アルミニウム膜／チタン窒化膜の積層構造を有することができる。
【０１１３】
第１及び第２金属膜１２２、１２４を形成することによって、ビアホール１３６の内部には層間絶縁膜構造物１１１内の内部配線１０８と接続するシリコン貫通ビアコンタクト１２６が形成される。シリコン貫通ビアコンタクト１２６の側壁には、絶縁スペーサーを備えていない。シリコン貫通ビアコンタクト１２６の側壁は、半導体層１００ａ、１００ｂと直接接触する。
【０１１４】
次に、図１４を参照する。第２金属膜１２４の上に、第３マスクパターン（図示せず）を形成する。第３マスクパターンをエッチングマスクとして使って第２金属膜１２４をエッチングし、パッド領域の上に予備パッドパターン１２４ａを形成する。エッチング工程において、第１金属膜１２２は、エッチングせずに残るようにする。従って、予備パッドパターン１２４ａが形成されない部位には、第１金属膜１２２の表面が露出される。
【０１１５】
次に、図１５を参照する。第１金属膜１２２及び予備パッドパターン１２４ａの上に、第４マスクパターン（図示せず）を形成する。第４マスクパターンは、予備パッドパターン１２４ａの上面及びオプティカルブラック領域Ｂ上の第１金属膜１２２を覆う形状を有する。第４マスクパターンを使って第１金属膜１２２をエッチングすることによって、遮光パターン１２３及びパッドパターン１２８をそれぞれ形成する。
【０１１６】
遮光パターン１２３は、絶縁パターン１２０の上に位置し、第１金属膜１２２だけで形成される。また、パッドパターン１２８は、第１金属膜１２２ａ及び第２金属膜１２４ａが積層された構造を有する。即ち、遮光パターン１２３は、パッドパターン１２８よりも薄い厚さを有する。
【０１１７】
第１金属膜１２２ａをエッチングする工程において、第１金属膜１２２ａの下部の絶縁膜１１８は、一部または全部がエッチングされてもよい。ただし、絶縁膜１１８の下部に位置する反射防止膜１１６は、エッチングされないようにしなければならない。
【０１１８】
シリコン貫通ビアコンタクト１２６は、第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａが積層された構造を有し、ビアホール１３６側壁には絶縁スペーサーを備えていない。シリコン貫通ビアコンタクト１２６は、分離用トレンチ１１４及び絶縁パターン１２０によってアウター半導体パターン１００ａと電気的に絶縁される。
【０１１９】
図１６及び図１９に示すように、シリコン貫通ビアコンタクト１２６、パッドパターン１２８、絶縁パターン１２０及び遮光パターン１２３を覆う保護膜１３０を形成する。保護膜１３０が形成されることによって、シリコン貫通ビアコンタクト１２６上の開口部位が完全に満たされる。好ましくは、保護膜１３０を５００〜２０００Å程度の薄い厚さに形成する。保護膜１３０が５００Åより薄ければ下部構造を保護しにくくなり、保護膜１３０が２０００Åより厚ければ光経路が長くなることになって望ましくない。保護膜１３０は、シリコン窒化物を含むことができる。
【０１２０】
ここで、再度図６を参照する。保護膜１３０の上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向するカラーフィルタ１３２を形成する。そして、それぞれのカラーフィルタ１３２上に、マイクロレンズ１３４を形成する。
【０１２１】
次に、少なくともパッドパターン１２８の上面の一部が露出されるように、パッドパターン１２８の上に位置する保護膜１３０を除去して保護膜パターン１３０ａを形成する。パッドパターン１２８は、外部信号が印加されるための電極として提供される。
【０１２２】
＜実施形態１の変形例１＞
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
図２０は、実施形態１の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０１２３】
図２０に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂを有する。半導体層１００ａ、１００ｂには、ピクセル領域、周辺回路領域及びパッド領域が設けられている。
【０１２４】
図２０に示す位置において、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、トランジスタが形成されている。即ち、ピクセル領域には各単位ピクセルに含まれるトランジスタが形成され、周辺回路領域には周辺回路を構成するトランジスタが形成されている。また、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を含む層間絶縁膜構造物１１１形成されている。
【０１２５】
ピクセル領域の半導体層１００ａ、１００ｂの内部には、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを有する。アクティブピクセル領域Ａには第１フォトダイオード１０６ａが形成され、オプティカルブラック領域Ｂには第２フォトダイオード１０６ｂが形成されている。
【０１２６】
裏面照射型イメージセンサは、パッド領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通するビア分離用トレンチ１１４を有する。ビア分離用トレンチ１１４は、図６の分離用トレンチ１１４と同一のものである。即ち、半導体層１００ａ、１００ｂは、アウター半導体パターン１００ａと、ビア分離用トレンチ１１４によりアウター半導体パターン１００ａと分離するインナー半導体パターン１００ｂとを含む。
【０１２７】
また、裏面照射型イメージセンサは、周辺回路領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通する回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂを有する。半導体層１００ａ、１００ｂは、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂにより区切られ、各周辺回路はブロック単位で区分される。従って、周辺回路間の干渉及びノイズを抑制できる。
【０１２８】
また、裏面照射型イメージセンサは、ピクセル領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通するピクセル分離用トレンチ１１５ｃを有する。ピクセル分離用トレンチ１１５ｃは、第１フォトダイオード１０６ａの間の半導体層１００ａ、１００ｂ及び第２フォトダイオード１０６ｂの間の半導体層１００ａ、１００ｂを貫通する。ピクセル分離用トレンチ１１５ｃは、各単位ピクセルに含まれる第１及び第２フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを区切る形状を有する。ピクセル分離用トレンチ１１５ｃによって、各ピクセル間の混色を低減できる。
【０１２９】
また、裏面照射型イメージセンサは、パッド領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通するクラック防止用トレンチ１１５ａを有する。クラック防止用トレンチ１１５ａは、ビア分離用トレンチ１１４の外側のイメージセンサの端部に位置する。クラック防止用トレンチ１１５ａによって、パッケージを形成するためのソーイング工程で発生するクラック不良を抑制できる。
【０１３０】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上面全体を覆いながら突出部分を備える絶縁パターン１２０を有する。絶縁パターン１２０の突出部分は、ビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ、クラック防止用トレンチ１１５ａの内部を満たす形状を有する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８が積層された構造を有することができる。反射防止膜１１６は、高い透過度を有する絶縁物質を含むことができる。反射防止膜１１６は、金属酸化物、例えば、ハフニウム酸化物を含むことができる。絶縁膜１１８は、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができる。なお、絶縁膜１１８は選択事項であり、備えなくてもよい。
【０１３１】
回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａは、ビア分離用トレンチ１１４より狭い幅を有する。従って、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部は、反射防止膜１１６だけで全部満たされる形態を有する。一方、相対的に広い幅を有するビア分離用トレンチ１１４の内部は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８が満たされる形態を有してもよい。
【０１３２】
ビア分離用トレンチ１１４の内部に位置する絶縁パターン１２０の突出部分は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６とシリコン層を電気的に分離させる分離膜パターン１２０ａとして提供される。また、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部に位置する絶縁パターン１２０の突出部分は、それぞれピクセル分離用パターン１２０ｄ、回路ブロック分離用パターン１２０ｃ及びクラック防止用パターン１２０ｂとして提供される。
【０１３３】
裏面照射型イメージセンサは、ビア分離用トレンチ１１４と離隔しながら環状のビア分離用トレンチ１１４の内側のインナー半導体パターン１００ｂを貫通して下部の内部配線１０８と接触するシリコン貫通ビアコンタクト１２６を有する。また、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と接続して半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上部に延びるパッドパターン１２８を有する。
【０１３４】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上に、第２フォトダイオード１０６ｂと対向して第２フォトダイオード１０６ｂに入射される光を遮断する遮光パターン１２３を有する。また、シリコン貫通ビアコンタクト１２６、絶縁パターン１２０及び遮光パターン１２３を覆う保護膜パターン１３０ａを有する。さらに、保護膜パターン１３０ａの上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向する複数のカラーフィルタ１３２及びマイクロレンズ１３４を有する。
【０１３５】
シリコン貫通ビアコンタクト１２６、パッドパターン１２８、遮光パターン１２３、保護膜パターン１３０ａ、カラーフィルタ１３２及びマイクロレンズ１３４は、図６の裏面照射型イメージセンサにおける同一の構成要素と同じ構成を有してよい。
【０１３６】
本変形例において、半導体層１００ａ、１００ｂは、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを全部有することについて説明した。しかし、本変形例はこれに限らず、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａのうち、少なくとも１つだけを有してもよい。
【０１３７】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図２１及び図２２は、図２０の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【０１３８】
先ず、図７〜図９を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図９に示した構造を形成する。
【０１３９】
次に、図２１を参照する。予備半導体層の上に、第１エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第１エッチングマスクパターンは、ビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを形成するためのマスクである。第１エッチングマスクパターンを利用して予備半導体層をエッチングする。これによって、層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０を露出させるビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａをそれぞれ形成する。
【０１４０】
ビア分離用トレンチ１１４は、図１０の分離用トレンチ１１４と同じ形状を有することができる。従って、エッチング工程によって、アウター半導体パターン１００ａ及びインナー半導体パターン１００ｂを含む半導体層１００ａ、１００ｂが形成される。インナー半導体パターン１００ｂは、ビア分離用トレンチ１１４によってアウター半導体パターン１００ａと分離する。
【０１４１】
エッチング工程において、層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０が一部エッチングされるため、各トレンチ１１４、１１５ａ〜１１５ｃの底面は、半導体層１００ａ、１００ｂの前面よりもさらに位置が低い。
【０１４２】
ビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａは、１回のフォト及びエッチング工程により同時に形成される。このため、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを形成するために、別途の追加工程を要求しない。
【０１４３】
図２２に示すように、ビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部を完全に満たしながら半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上面全体を覆う絶縁パターン１２０を形成する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び層間絶縁膜１１８を含むことができる。
【０１４４】
例えば、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面全体を覆いながらビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部面のプロファイルに沿って反射防止膜１１６を形成できる。ここで、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部幅を、ビア分離用トレンチ１１４の内部幅よりも狭く形成できる。よって、反射防止膜１１６は、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの内部を完全に満たすことができる。そして、反射防止膜１１６の上に絶縁膜１１８を形成する。絶縁膜１１８は、ビア分離用トレンチ１１４の内部を完全に満たしながら半導体層１００ａ、１００ｂの上に形成できる。なお、反射防止膜上の絶縁膜は形成しなくてもよい。
【０１４５】
これ以降、本変形例に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図１２〜図１６を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の工程を行い、図２０に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０１４６】
本変形例に係る裏面照射型イメージセンサは、半導体層に回路ブロック分離用トレンチを形成することによって、単位回路間の干渉及びノイズを改善できる。また、半導体層にピクセル分離用トレンチを形成することによって、各ピクセル間の混色を抑制できる。また、半導体層にクラック防止用トレンチを形成することによって、イメージセンサのパッケージのためにソーイングを行う際に発生するクラックを改善できる。
【０１４７】
＜実施形態１の変形例２＞
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
図２３は、実施形態１の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０１４８】
図２３に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂを有する。半導体層１００ａ、１００ｂには、ピクセル領域、周辺回路領域及びパッド領域が設けられている。
【０１４９】
図２３に示す位置において、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、トランジスタが形成されている。また、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を含む層間絶縁膜構造物１１１が形成されている。ピクセル領域の半導体層１００ａ、１００ｂの内部には、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを有する。アクティブピクセル領域Ａには第１フォトダイオード１０６ａが形成され、オプティカルブラック領域Ｂには第２フォトダイオード１０６ｂ形成されている。
【０１５０】
裏面照射型イメージセンサは、パッド領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通する分離用トレンチ１１４を有する。また、半導体層１００ａ、１００ｂ裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１１４の内部を満たす絶縁パターン１２０を有する。半導体層は、アウター半導体パターン１００ａ及びインナー半導体パターン１００ｂを含む。インナー半導体パターン１００ｂは、ビア分離用トレンチ１１４によりアウター半導体パターン１００ａと分離する。
【０１５１】
裏面照射型イメージセンサは、分離用トレンチ１１４と離隔しながら環状の分離用トレンチ１１４の内側のインナー半導体パターン１００ｂを貫通して内部配線１０８と接触するシリコン貫通ビアコンタクト１２６を有する。さらに、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と接続して半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上部に延びるパッドパターン１２８を有する。
【０１５２】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上に、第２フォトダイオード１０６ｂと対向して第２フォトダイオード１０６ｂに入射される光を遮断する遮光パターン１２３ａを有する。遮光パターン１２３ａは、シリコン貫通ビアコンタクト１２６及びパッドパターン１２８に含まれる金属物質のうち、下部に位置する金属物質を含む。即ち、遮光パターン１２３ａは、第１金属膜１２２ａを含む。遮光パターン１２３ａは、パッドパターン１２８よりも薄い厚さを有する。
【０１５３】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上に、第１フォトダイオード１０６ａの間において、第１フォトダイオード１０６ａを互いに区分する混色防止パターン１２３ｂを有する。図２５に示すように、混色防止パターン１２３ｂは、第１フォトダイオード１０６ａを区切る格子形状を有する。即ち、混色防止パターン１２３ｂの格子内部に、第１フォトダイオード１０６ａを有する。混色防止パターン１２３ｂは、遮光パターン１２３ａと同じ物質を含む。即ち、混色防止パターン１２３ｂは、第１金属膜１２２ａを含む。混色防止パターン１２３ｂは、パッドパターン１２８よりも薄い厚さを有する。
【０１５４】
裏面照射型イメージセンサは、シリコン貫通ビアコンタクト１２６、絶縁パターン１２０、混色防止パターン１２３ｂ及び遮光パターン１２３ａを覆う保護膜パターン１３０ａを有する。さらに、保護膜パターン１３０ａの上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向する複数のカラーフィルタ１３２及びマイクロレンズ１３４を有する。
【０１５５】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図２４は、図２３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。図２５は、図２３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す平面図である。
【０１５６】
先ず、図７〜図１４を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図１４に示した構造を形成する。
【０１５７】
次に、図２４を参照する。第１金属膜１２２及び予備パッドパターン１２４ａ上に第４マスクパターン（図示せず）を形成する。第４マスクパターンは、予備パッドパターン１２２ａの上面、オプティカルブラック領域及び第１フォトダイオード１０６ａの間を覆う形状を有する。第４マスクパターンを使って第１金属膜１２２をエッチングすることによって、遮光パターン１２３ａ、パッドパターン１２８及び混色防止パターン１２３ｂをそれぞれ形成する。混色防止パターン１２３ｂは、格子形状を有する。混色防止パターン１２３ｂは、第１フォトダイオード１０６ａの上部と対向しないように配置され、混色防止パターン１２３ｂの格子内部に、第１フォトダイオード１０６ａが位置する。
【０１５８】
遮光パターン１２３ａ及び混色防止パターン１２３ｂは、絶縁パターン１２０の上に位置し、第１金属膜１２２ａだけで形成される。また、パッドパターン１２８は、第１金属膜１２２ａ及び第２金属膜１２４ａが積層された構造を有する。即ち、遮光パターン１２３ａ及び混色防止パターン１２３ｂは、パッドパターン１２８よりも薄い厚さを有する。
【０１５９】
第１金属膜１２２ａをエッチングする工程において、下部の絶縁膜１１８は、一部エッチングされてもよい。しかし、絶縁膜１１８下部に位置する反射防止膜１１６は、エッチングされないようにしなければならない。
【０１６０】
混色防止パターン１２３ｂは、遮光パターン１２３ａを形成する工程により形成でき、別途のフォトエッチング工程を追加しなくてよい。
【０１６１】
次に、再度図２３を参照する。シリコン貫通ビアコンタクト１２６、パッドパターン１２８、絶縁パターン１２０、混色防止パターン１２３ｂ及び遮光パターン１２３ａを覆う保護膜を形成する。また、保護膜の上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向するカラーフィルタ１３２を形成する。それぞれのカラーフィルタ１３２上に、マイクロレンズ１３４を形成する。次に、少なくともパッドパターン１２８の上面の一部が露出されるように、パッドパターン１２８の上に位置する保護膜を除去して保護膜パターン１３０ａを形成する。
【０１６２】
本変形例に係る裏面照射型イメージセンサは、絶縁パターン１２０の上に、第１フォトダイオード１０６ａを互いに区分する混色防止パターン１２３ｂを有する。従って、各ピクセル間の混色を抑制できる。
【０１６３】
＜実施形態１の変形例３＞
図２６は、実施形態１の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０１６４】
図２６に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層内に、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ、クラック防止用トレンチ１１５ａを有する。すなわち、本変形例に係る裏面照射型イメージセンサは、上記変形例１および変形例２における構造的特徴を同時に有する。
【０１６５】
＜実施形態１の変形例４＞
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
図２７は、実施形態１の変形例４に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０１６６】
図２７に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂを有する。図示の位置において、半導体層１００ａ、１００ｂの前面の下には、トランジスタが形成されている。また、半導体層１００ａ、１００ｂの前面下には、層間絶縁膜１１０及び内部配線１０８を含む層間絶縁膜構造物１１１が形成されている。
【０１６７】
ピクセル領域の半導体層１００ａ、１００ｂの内部には、フォトダイオード１０６ａ、１０６ｂを有する。アクティブピクセル領域Ａには第１フォトダイオード１０６ａが形成され、オプティカルブラック領域Ｂには第２フォトダイオード１０６ｂが形成されている。
【０１６８】
裏面照射型イメージセンサは、パッド領域の半導体層１００ａ、１００ｂの裏面から層間絶縁膜構造物１１１の層間絶縁膜１１０を露出させ、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通するビア分離用トレンチ１１４を有する。半導体層１００ａ、１００ｂは、アウター半導体パターン１００ａ及びインナー半導体パターン１００ｂを含む。インナー半導体パターン１００ｂは、ビア分離用トレンチ１１４によってアウター半導体パターン１００ａと分離する。
【０１６９】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上部の平坦面の上に、反射防止膜１１６を有する。即ち、反射防止膜１１６は、ビア分離用トレンチ１１４の内部には形成されない。反射防止膜１１６は、高い透過度を有する絶縁物質を含むことができる。反射防止膜１１６は、金属酸化物、例えば、ハフニウム酸化物を含むことができる。
【０１７０】
裏面照射型イメージセンサは、ビア分離用トレンチ１１４の内部を満たしながら反射防止膜１１６の上面に絶縁膜１１８を有する。絶縁膜１１８は、シリコン酸化物、シリコン窒化物などを含むことができる。
【０１７１】
本変形例において、ビア分離用トレンチ１１４の内部と絶縁膜１１８とは、直接接触する。絶縁膜１１８は、シリコン貫通ビアコンタクト１１４とアウターシリコンパターン１００ｂを電気的に分離させる分離膜パターンとして提供される。
【０１７２】
裏面照射型イメージセンサは、ビア分離用トレンチ１１４と離隔しながら環状の分離用トレンチ内側のインナー半導体パターン１００ｂを貫通して下部の内部配線１０８と接触するシリコン貫通ビアコンタクト１２６を有する。また、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と接続して半導体層１００ａ、１００ｂ裏面の絶縁パターン１２０の上部に延びるパッドパターン１２８を有する。
【０１７３】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上に、第２フォトダイオード１０６ｂと対向して第２フォトダイオード１０６ｂに入射される光を遮断する遮光パターン１２３を有する。また、シリコン貫通ビアコンタクト１２６、絶縁パターン１２０及び遮光パターン１２３を覆う保護膜パターン１３０ａを有する。さらに、保護膜パターン１３０ａの上に、ピクセル領域の各単位ピクセルと対向する複数のカラーフィルタ１３２及びマイクロレンズ１３４を有する。
【０１７４】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図２８〜図３０は、図２７の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【０１７５】
先ず、図７〜図９を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図９に示した構造を形成する。
【０１７６】
次に、図２８に示すように、予備半導体層１０１の裏面の上面全体を覆う反射防止膜１１６を形成する。反射防止膜１１６は、金属酸化物、例えば、ハフニウム酸化物を含むことができる。
【０１７７】
次に、図２９を参照する。反射防止膜１１６の上に、第１エッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。第１エッチングマスクパターンは、ビア分離用トレンチ１１４を形成するためのマスクである。第１エッチングマスクパターンを利用して反射防止膜１１６及び予備半導体層１０１をエッチングすることによって、層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０が露出されるビア分離用トレンチ１１４を形成する。エッチング工程により、アウター半導体パターン１００ａ及びインナー半導体パターン１００ｂを含む半導体層１００ａ、１００ｂが形成される。インナー半導体パターン１００ｂは、ビア分離用トレンチ１１４によってアウター半導体パターン１００ａと分離する。
【０１７８】
エッチング工程において、層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０が一部エッチングされるので、各ビア分離用トレンチ１１４の底面は、半導体層１００ａ、１００ｂの前面よりもさらに位置が低い。
【０１７９】
図３０に示すように、反射防止膜１１６の上に絶縁膜１１８が形成され、ビア分離用トレンチ１１４は、絶縁パターン１２０により完全に満たされる。
【０１８０】
即ち、絶縁膜１１８は、半導体層１００ａの裏面全体を覆いながらビア分離用トレンチ１１４内部を満たすように形成できる。しかし、ビア分離用トレンチ１１４内部には、反射防止膜１１６が形成されない。
【０１８１】
これ以降、本変形例に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図１２〜図１６を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の工程を行い、図２７に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０１８２】
本変形例に係る裏面照射型イメージセンサは、ビアコンタクトの側壁に絶縁スペーサーを備えていない。
【０１８３】
[実施形態２]
＜シリコン貫通ビアの構造物の構成＞
図３１は、実施形態２に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【０１８４】
図３１に示すように、シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の前面の下に、層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃを含む層間絶縁膜構造物１６が形成されている。また、半導体層の裏面から層間絶縁膜構造物１６が露出されるように、半導体層を貫通する分離用トレンチ１８を有する。
【０１８５】
シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１８の側壁及び底面のプロファイルに沿って延びる絶縁パターン２０ｂを有する。本実施形態において、絶縁パターン２０ｂの突出部分は、分離用トレンチの内部を完全に満たさず、部分的に満たす形状を有する。
【０１８６】
シリコン貫通ビアの構造物は、分離用トレンチ１８と離隔しながら環状の分離用トレンチ１８の内側のインナー半導体パターン１０ｂを貫通するビアホール３０を有する。ビアホール３０の内部には、導電物質を含むシリコン貫通ビアコンタクト２４を有する。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、層間絶縁膜構造物１６の内部配線１４ａ〜１４ｃと接触する。また、シリコン貫通ビアコンタクト２４の側壁は、インナー半導体パターン１０ｂと直接接触する。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、それぞれ異なる物質である第１及び第２金属膜が積層された構造を有する。
【０１８７】
シリコン貫通ビアの構造物は、シリコン貫通ビアコンタクト２４から延びながら、半導体層の裏面に位置する絶縁パターン２０ｂの表面と接触しながら配置されるパッドパターン２６を有する。パッドパターン２６は、シリコン貫通ビアコンタクト２４に含まれる導電物質を含むことができる。
【０１８８】
また、シリコン貫通ビアの構造物は、シリコン貫通ビアコンタクト２４から延びながら、分離用トレンチ１８の内部の絶縁パターン２０ｂの上に、導電パターン２９を有する。導電パターン２９は、シリコン貫通ビアコンタクト２４に含まれる導電物質を含むことができる。分離用トレンチ１８の内部に導電パターン２９を有しても、シリコン貫通ビアコンタクト２４及びパッドパターン２６は、アウター半導体パターン１０ａと電気的に接続しない。
【０１８９】
＜シリコン貫通ビアの構造物の形成方法＞
図３２は、図３１のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【０１９０】
先ず、図２及び図３を参照して説明した実施形態１に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成方法と同様の工程を行い、図３に示した構造を形成する。
【０１９１】
次に、図３２に示すように、半導体層の裏面の上面全体と分離用トレンチ１８の側壁及び底面のプロファイルに沿って、絶縁パターン２０ｂを形成する。絶縁パターン２０ｂは、１つの絶縁物質で形成できる。また、絶縁パターン２０ｂは、２つ以上の絶縁パターンを積層することによっても形成できる。絶縁パターン２０ｂは、シリコン酸化物、金属酸化物のような酸化物、またはシリコン窒化物のような窒化物により形成できる。
【０１９２】
ここで、再度図３１を参照する。図に示すように、絶縁パターン２０ｂ、インナー半導体パターン１０ｂ及び層間絶縁膜１２ａを順次にエッチングして、内部配線１４ａの表面を露出するビアホール３０を形成する。ビアホール３０は、分離用トレンチ１８の内側の半導体層に位置し、分離用トレンチ１８と離隔して形成される。
【０１９３】
ビアホール３０の内部、分離用トレンチ１８の内部及び半導体層上の絶縁パターン２０ｂの上面に、導電膜２３を形成する。導電膜２３は、第１及び第２金属膜２３ａ、２３ｂを含む。従って、ビアホール３０の内部には、シリコン貫通ビアコンタクト２４が形成される。また、分離用トレンチ１８内部には、絶縁パターン２０ｂ及び導電膜パターン２９が満たされた分離用パターンが形成される。
【０１９４】
次に、導電膜２３をパターニングして、シリコン貫通ビアコンタクト２４と接続しながら絶縁パターン２０ｂの上に位置するパッドパターン２６を形成する。従って、パッドパターン２６とシリコン貫通ビアコンタクト２４とは、同じ導電物質を含む。
【０１９５】
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
以下では、図３１のシリコン貫通ビアの構造物を含む裏面照射型イメージセンサについて説明する。
【０１９６】
図３３は、実施形態２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。図３３に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層を貫通して、半導体層をインナー半導体パターン１００ｂ及びアウター半導体パターン１００ａに分離させる分離用トレンチ１１４を有する。
【０１９７】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層の裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１１４の側壁及び底面のプロファイルに沿って形成される絶縁パターン１２０を有する。絶縁パターン１２０は、分離用トレンチ１１４の内部を満たさない形状を有する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８ａを積層して形成できる。ここで、絶縁膜１１８ａは選択事項であり、備えなくてもよい。
【０１９８】
裏面照射型イメージセンサは、分離用トレンチ１１４と離隔しながら環状の分離用トレンチの内側のインナー半導体パターン１００ｂを貫通するビアホール１３６を有する。ビアホール１３６の底面から層間絶縁膜構造物１１１の内部配線１０８が露出されている。
【０１９９】
裏面照射型イメージセンサは、ビアホール１３６の内部に、シリコン貫通ビアコンタクト１２６を有する。即ち、シリコン貫通ビアコンタクト１２６は、第１及び第２金属膜１２２ａ、１２４ａを含むことができる。第２金属膜１２４ａは、第１金属膜１２２ａとエッチング選択比を有する金属物質を含む。また、第２金属膜１２４ａは、第１金属膜１２２ａより低い抵抗を有し、接触特性及びワイヤリング特性が優秀な金属物質を含むことが好ましい。
【０２００】
裏面照射型イメージセンサは、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と接続して半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の絶縁パターン１２０の上部に延びるパッドパターン１２８を有する。パッドパターン１２８は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６と同じ導電物質を含み、同じ積層構造を有する。
【０２０１】
また、裏面照射型イメージセンサは、分離用トレンチ１１４の内部の絶縁パターン１２０の上に、分離用トレンチ１１４を満たす導電パターン１２９を有する。導電パターン１２９は、シリコン貫通ビアコンタクト１２６に含まれる導電物質を含む。図示のように、導電パターン１２９は、第１金属膜１２２ａを含む。
【０２０２】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図３４及び図３５は、図３３の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【０２０３】
先ず、図７〜図１０を参照し説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図１０に示した構造を形成する。
【０２０４】
次に、図３４に示すように、分離用トレンチ１１４の側壁及び底面のプロファイルに沿って形成され、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上面全体を覆う絶縁パターン１２０を形成する。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８ａを含むことができる。絶縁パターン１２０が分離用トレンチ１１４を完全に満たさないため、分離用トレンチ１１４には開口部位が含まれる。
【０２０５】
次に、絶縁パターン１２０上に、ビアホール１３６を形成するためのエッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。エッチングマスクパターンをマスクとして利用して絶縁パターン１２０、インナー半導体パターン１００ｂ及び層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０を順次にエッチングする。これにより、パッド領域に形成されている内部配線１０８の表面を露出させるビアホール１３６を形成する。
【０２０６】
図３５に示すように、ビアホール１３６の内部と分離用トレンチ１１４の内部及び半導体層１００ａ、１００ｂの上の絶縁パターン１２０上面に、第１金属膜１２２及び第２金属膜１２４を形成する。即ち、分離用トレンチ１１４の内部にも金属膜が形成される。ここで、分離用トレンチ１１４の内部幅はビアホール１３６の内部幅よりも狭いので、分離用トレンチ１１４内部は、第１金属膜１２２だけで満される。
【０２０７】
これ以降、本実施形態に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図１４〜図１６を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の後工程を行い、図３３に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０２０８】
＜実施形態２の変形例１＞
図３６は、実施形態２の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０２０９】
裏面照射型イメージセンサは、図３３に示した実施形態２に係る裏面照射型イメージセンサに追加された部材をさらに有する。
【０２１０】
図３６に示すように、裏面照射型イメージセンサは、図３３の裏面照射型イメージセンサの半導体層に、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａをさらに有する。
【０２１１】
裏面照射型イメージセンサは、突出部分がビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａ内部に位置する絶縁パターン１２０を備える。
【０２１２】
図示のように、半導体層１００ａ、１００ｂは、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを全部有している。しかし、本実施形態はこれに限らず、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａのうち、少なくとも１つだけを有してもよい。
【０２１３】
図３６に示した裏面照射型イメージセンサは、図３４及び図３５を参照して説明した実施形態２に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程により形成できる。ここで、ビア分離用トレンチ１１４を形成するためのエッチング工程を行う際、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを同時に形成する。
【０２１４】
＜実施形態２の変形例２＞
図３７は、実施形態２の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０２１５】
図３７に示すように、裏面照射型イメージセンサは、絶縁パターン１２０上面に、遮光パターン１２３ａ及び混色防止パターン１２３ｂをそれぞれ有する。混色防止パターン１２３ｂは、第１フォトダイオード１０６ａを区切る格子形状を有する。混色防止パターン１２３ｂ及び遮光パターン１２３ａは、パターニング工程により形成できる。
【０２１６】
＜実施形態２の変形例３＞
図３８は、実施形態２の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０２１７】
図３８に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上部の平坦面の上に、反射防止膜１１６を有する。即ち、反射防止膜１１６は、ビア分離用トレンチ１１４内部には形成されない。
【０２１８】
裏面照射型イメージセンサは、ビア分離用トレンチ１１４の内部の表面プロファイルに沿って形成される絶縁膜１１８ａを有する。絶縁膜１１８ａは、反射防止膜１１６の上に形成されている。
【０２１９】
図３８の裏面照射型イメージセンサは、次の工程により形成できる。
【０２２０】
先ず、図２８〜図３０を参照して説明した実施形態１の変形例４に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図３０に示した構造を形成する。
【０２２１】
次に、ビアホール１３６を形成するためのエッチングマスクパターン（図示せず）を形成する。エッチングマスクパターンをマスクとして利用して絶縁膜１１８ａ、反射防止膜１１６、インナー半導体パターン１００ｂ及び層間絶縁膜構造物１１１内の層間絶縁膜１１０を順次にエッチングする。これにより、パッド領域に形成されている内部配線１０８の表面を露出させるビアホール１３６を形成する。
【０２２２】
これ以降、本変形例に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図３２を参照して説明した実施形態２に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成工程と同様の工程を行い、図３８に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０２２３】
[実施形態３]
＜シリコン貫通ビアの構造物の構成＞
図３９は、実施形態３に係るシリコン貫通ビアの構造物の断面図である。
【０２２４】
図３９に示すように、シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の前面の下に、層間絶縁膜１２ａ〜１２ｄ及び内部配線１４ａ〜１４ｃを含む層間絶縁膜構造物１６が形成されている。また、半導体層の裏面から層間絶縁膜構造物１６が露出されるように、半導体層を貫通する分離用トレンチ１８を有する。半導体層は、分離用トレンチ１８内のインナー半導体パターン１０ｂとアウター半導体パターン１０ａとを含む。
【０２２５】
シリコン貫通ビアの構造物は、半導体層の裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１８の入口部位を覆う絶縁パターン２０ｃを有する。絶縁パターン２０ｃの突出部分は、半導体層の裏面の表面によって定義される分離用トレンチ１８の開口部を満たすことができる。この際、分離用トレンチ１８内に、ボイド２８が形成されるようにすることができる。絶縁パターン２０ｃは、分離用トレンチの上部側壁にだけ形成され、単に分離用トレンチの入口部位だけを覆う形状を有する。従って、分離用トレンチ１８の下部の側壁及び底面には絶縁パターンが形成されない。また、ボイド２８は、エアーギャップであってよく、シリコン貫通ビアコンタクト２４およびパッドパターン２６を、アウター半導体パターン１０ａと電気的に絶縁させる。
【０２２６】
シリコン貫通ビアの構造物は、分離用トレンチ１８と離隔しながら環状の分離用トレンチ１８の内側のインナー半導体パターン１０ｂを貫通するビアホール３０を有する。
【０２２７】
ビアホール３０の内部には、導電物質を含むシリコン貫通ビアコンタクト２４を有する。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、層間絶縁膜構造物１６の内部配線１４ａ〜１４ｃと接触する。また、シリコン貫通ビアコンタクト２４の側壁は、半導体層と直接接触する。シリコン貫通ビアコンタクト２４は、第１及び第２金属膜２２ａ、２２ｂが積層された構造を有する。
【０２２８】
シリコン貫通ビアの構造物は、シリコン貫通ビアコンタクト２４から延びながら、半導体層の裏面に位置する絶縁パターン２０ｃの表面に配置されるパッドパターン２６を有する。パッドパターン２６は、シリコン貫通ビアコンタクト２４に含まれる導電物質を含むことができる。
【０２２９】
＜シリコン貫通ビアの構造物の形成方法＞
図４０は、図３９のシリコン貫通ビアの構造物の形成方法を示す断面図である。
【０２３０】
先ず、図２及び図３を参照して説明した実施形態１に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成方法と同様の工程を行い、図３に示した構造を形成する。
【０２３１】
次に、図４０に示すように、半導体層の裏面の上面全体と分離用トレンチ１８の入口部位を覆う絶縁パターン２０ｃを形成する。図示のように、絶縁パターン２０ｃは、分離用トレンチ１８内部にエアーギャップ２８を生成させながら分離用トレンチ１８の入口部位のみを覆う形状を有するように形成される。絶縁パターン２０ｃは、１つの絶縁物質で形成できる。また、絶縁パターン２０ｃは、２つ以上の絶縁パターンを積層することによっても形成できる。絶縁パターン２０ｃは、シリコン酸化物、金属酸化物のような酸化物、またはシリコン窒化物のような窒化物により形成できる。
【０２３２】
これ以降、本実施形態に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成工程は、図５を参照して説明した実施形態１に係るシリコン貫通ビアの構造物の形成工程と同様の工程を行い、図３９に示した構造のシリコン貫通ビア構造物を形成する。
【０２３３】
＜裏面照射型イメージセンサの構成＞
以下では、図３９のシリコン貫通ビアの構造物を含む裏面照射型イメージセンサについて説明する。
【０２３４】
図４１は、実施形態３に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０２３５】
図４１に示すように、裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂを貫通して、半導体層１００ａ、１００ｂをインナー半導体パターン１００ｂ及びアウター半導体パターン１００ａに分離させる分離用トレンチ１１４を有する。
【０２３６】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上面全体を覆いながら突出部分が分離用トレンチ１１４の入口部位を覆う形状の絶縁パターン１２０を有する。絶縁パターン１２０は、分離用トレンチ１１４の上部の側壁に形成され分離用トレンチ１１４の入口部位を覆い、分離用トレンチ１１４の内部にエアーギャップ１４０を生成させる。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８を積層して形成できる。
【０２３７】
たとえば、図示のように、反射防止膜１１６は、分離用トレンチ１１４側壁及び底面に沿って形成できる。絶縁膜１１８は、分離用トレンチ１１４の入口にだけ形成され、分離用トレンチ１１４の入口部位を覆う形状を有する。
【０２３８】
ここで、絶縁膜１１８は、備えなくてもよい。この場合、反射防止膜１１６が分離用トレンチ１１４の入口にだけ形成され、分離用トレンチ１１４入口部位を覆う形状を有する。
【０２３９】
＜裏面照射型イメージセンサの製造方法＞
図４２は、図４１の裏面照射型イメージセンサの製造方法を示す断面図である。
【０２４０】
先ず、図７〜図１０を参照し説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図１０に示した構造を形成する。
【０２４１】
次に、図４２に示すように、分離用トレンチの入口部位を覆いながら半導体層の表面全体を覆う絶縁パターン１２０を形成する。絶縁パターン１２０の下部に位置する分離用トレンチ１１４の内部には、エアーギャップ１４０が生成される。絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６及び絶縁膜１１８を含むことができる。
【０２４２】
反射防止膜１１６は、分離用トレンチ１１４側壁及び底面に沿って形成されることができる。また、絶縁膜１１８は、分離用トレンチ１１４の入口にだけ形成されて分離用トレンチ１１４の入口部位を覆うように形成できる。一方、絶縁パターン１２０は、反射防止膜１１６だけで形成できる。この場合、反射防止膜１１６は、分離用トレンチ１１４の入口にだけ形成され、分離用トレンチ１１４の入口部位を覆うように形成する。
【０２４３】
これ以降、本実施形態に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図１２〜図１６を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の後工程を行い、図４１に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０２４４】
＜実施形態３の変形例１＞
図４３は、実施形態３の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサの断面図である。
【０２４５】
図４３に示すように、裏面照射型イメージセンサは、図４１に示した実施形態３に係る裏面照射型イメージセンサの半導体層１００ａ、１００ｂに、それぞれ回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａをさらに有する。各トレンチ１１５ａ〜１１５ｃの位置、形状及び機能は、図２０を参照して説明した実施形態１の変形例１に係る裏面照射型イメージセンサにおける同一の構成要素と同じである。
【０２４６】
また、裏面照射型イメージセンサは、突出部分がビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａの入口部位を覆いながら半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の全体上面を覆う形状の絶縁パターン１２０を有する。即ち、ビア分離用トレンチ１１４、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａ内部には、エアーギャップ１４０が生成される。
【０２４７】
図４３の裏面照射型イメージセンサは、図４２を参照して説明した実施形態３に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の工程により形成できる。ここで、ビア分離用トレンチ１１４を形成するためのエッチング工程を行う際、回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂ、ピクセル分離用トレンチ１１５ｃ及びクラック防止用トレンチ１１５ａを同時に形成する。
【０２４８】
本変形例に係る裏面照射型イメージセンサは、半導体層に回路ブロック分離用トレンチ１１５ｂを形成することによって、単位回路間の干渉及びノイズを改善できる。また、半導体層にピクセル分離用トレンチ１１５ｃを形成することによって、各ピクセル間の混色を抑制できる。また、半導体層にクラック防止用トレンチ１１５ａを形成することによって、イメージセンサのパッケージのためにソーイングを行う際、発生するクラックを改善できる。
【０２４９】
＜実施形態３の変形例２＞
図４４は、実施形態３の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの断面の一例を示す図である。
【０２５０】
図４４に示すように、図４１の裏面照射型イメージセンサは、絶縁パターン１２０の上面に、遮光パターン１２３ａ及び混色防止パターン１２３ｂがそれぞれ有する。混色防止パターン１２３ｂは、第１フォトダイオード１０６ａを区切る格子形状を有する。混色防止パターン１２３ｂ及び遮光パターン１２３ａは、図２３を参照して説明した実施形態１の変形例２に係る裏面照射型イメージセンサの混色防止パターン１２３ｂおよび遮光パターン１２３ａと同一である。
【０２５１】
図４４の裏面照射型イメージセンサは、図４２を参照して説明した実施形態３に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の工程により形成できる。ここで、遮光パターン１２３ａを形成するためのパターニング工程において、混色防止パターン１２３ｂを同時に形成する。
【０２５２】
本変形例に係るイメージセンサは、混色防止パターンを有することによって、各ピクセル間の混色を抑制できる。
【０２５３】
＜実施形態３の変形例３＞
図４５は、実施形態３の変形例３に係る裏面照射型イメージセンサの断面の一例を示す図である。
【０２５４】
裏面照射型イメージセンサは、半導体層１００ａ、１００ｂの裏面の上部の平坦面の上に、反射防止膜１１６を有する。即ち、反射防止膜１１６は、ビア分離用トレンチ１１４の入口上部を覆う形状を有しない。また、裏面照射型イメージセンサは、ビア分離用トレンチ１１４の入口の上部を覆いながら反射防止膜１１６の上に形成される絶縁膜１１８を有する。ここで、絶縁膜１１８は選択事項ではなく、必ず形成しなければならない。
【０２５５】
図４５に示した裏面照射型イメージセンサは、次の工程により形成できる。
【０２５６】
先ず、図７〜図９と図２８及び図２９を参照して説明した実施形態１および実施形態１の変形例４に係る裏面照射型イメージセンサの製造方法と同様の工程を行い、図２９に示した構造を形成する。
【０２５７】
次に、ビア分離用トレンチ１１４の入口部位を覆いながら反射防止膜１１６の上に絶縁膜１１８を形成する。
【０２５８】
これ以降、本変形例に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程は、図１２〜図１６を参照して説明した実施形態１に係る裏面照射型イメージセンサの製造工程と同様の後工程を行い、図４５に示した構造のイメージセンサを形成する。
【０２５９】
＜応用例＞
図４６は、本発明の実施形態１、２およびその変形例に係るイメージセンサを含む電子システムの構成を示すブロック図である。
【０２６０】
図４６に示すように、電子システム４００は、プロセッサ４１０、メモリ装置４２０、記憶装置４３０、イメージセンサ４４０、入出力装置４５０及び電源装置４６０を含む。また、図４６に図示されていないが、電子システム４００は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ装置など、または他の電子システムと通信できるポート（ｐｏｒｔ）をさらに含むことができる。
【０２６１】
プロセッサ４１０は、特定の計算またはタスク（ｔａｓｋ）を実行できる。プロセッサ４１０は、たとえば、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ−ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）またはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）である。プロセッサ４１０は、アドレスバス（ａｄｄｒｅｓｓ  ｂｕｓ）、制御バス（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｂｕｓ）及びデータバス（ｄａｔａ  ｂｕｓ）などを通じて、メモリ装置４２０、保存装置４３０及び入出力装置４５０と通信できる。たとえば、プロセッサ４１０は、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ）バスのような拡張バスに接続して通信できる。
【０２６２】
メモリ装置４２０は、電子システム４００の動作に必要なデータを保存する。
【０２６３】
保存装置４３０は、ＳＳＤ（ｓｏｌｉｄ  ｓｔａｔｅ  ｄｒｉｖｅ）、ＨＤＤ（ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ  ｄｒｉｖｅ）及びＣＤ−ＲＯＭなどを含む。入出力装置４５０は、キーボード、キーパッド、マウスなどのような入力手段及びプリンタ、ディスプレイなどのような出力手段を含む。電源装置４６０は、電子システム４００の動作に必要な動作電圧を供給する。
【０２６４】
イメージセンサ４４０は、バスまたは他の通信手段によりプロセッサ４１０と接続して通信できる。イメージセンサ４４０は、実施形態１、２およびその変形例のうち、いずれかに含まれた１つのイメージセンサである。
【０２６５】
なお、イメージセンサ４４０は、プロセッサ４１０とともに１つのチップに集積されることもでき、異なるチップにそれぞれ集積されることもできる。一方、電子システム４００は、イメージセンサを利用する全てのシステムと解釈する。
【０２６６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述した例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかである。したがって、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【０２６７】
本発明に係るシリコン貫通ビアの構造は、様々な半導体素子に適用できる。また、本発明に係る裏面照射型イメージセンサは、コンピュータ、デジタルカメラ、３次元カメラ、携帯電話、ＰＤＡ、スキャナ、車両用ナビゲーション、ビデオフォン、監視システム、自動フォーカスシステム、追跡システム、動作感知システム、イメージ安定化システムなどに適用できる。
【符号の説明】
【０２６８】
１０、１００  単結晶半導体基板、
１０a、１００ａ  アウター半導体パターン、
１０ｂ、１００ｂ  インナー半導体パターン、
１００ａ、１００ｂ  半導体層、
１２a〜１２ｄ、１１０  層間絶縁膜、
１４a〜１４ｃ、１０８  内部配線、
１６、１１１  層間絶縁膜構造物、
１８、１１４  分離用トレンチ、ビア分離用トレンチ、
２０、１２０、２０ｂ、２０ｃ  絶縁パターン、
２２ａ  第１導電膜、
２２ｂ  第２導電膜、
２３  導電膜、
２４、１２６  シリコン貫通ビアコンタクト、
２６、１２８  パッドパターン、
２８  ボイド、エアーギャップ、
２９  導電パターン、
３０、１３６  ビアホール、
１０１  予備半導体層、
１０２  素子分離膜パターン、
１０４  トランジスタ、
１０６ａ  第１フォトダイオード、
１０６ｂ  第２フォトダイオード、
１１２  支持基板、
１１５ａ  クラック防止用トレンチ、
１１５ｂ  回路ブロック分離用トレンチ、
１１５ｃ  ピクセル分離用トレンチ、
１１６  反射防止膜、
１１８、１１８ａ  絶縁膜、
１２０ｂ  クラック防止用パターン、
１２０ｃ  回路ブロック分離用パターン、
１２０ｄ  ピクセル分離用パターン、
１２２、１２２ａ  第１金属膜、
１２２ａ  予備パッドパターン、
１２３、１２３ａ  遮光パターン
１２３ｂ  混色防止パターン、
１２４、１２４ａ  第２金属膜、
１２４ａ  予備パッドパターン、
１３０  保護膜、
１３０ａ  保護膜パターン、
１３２  カラーフィルタ、
１３４  マイクロレンズ、
４００  電子システム、
４１０  プロセッサ、
４２０  メモリ装置、
４３９  記憶装置、
４４０  イメージセンサ、
４５０  入出力装置、
４６０  電源装置。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【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】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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