(57)【要約】【課題】開口部にカラーレジスト膜からなるカラーフィルタを形成し、さらにその上に保護膜を形成した後、ガラス等の上部支持基体を接着する光電変換装置において、開口部の段差近傍にて保護膜のしわやクラックが発生しやすい。【解決手段】カラーレジスト膜５６を開口部９２の外縁部まで広げ、その上に保護膜５８を積層する。保護膜５８はカラーレジスト膜５６を覆う範囲に選択的に形成する。層間絶縁膜等を積層して構成され、開口部９２が形成される上部構造層５４には、その最上層の金属配線層を用いて、開口部を取り囲む平坦化フレーム９０が形成され、開口部９２の外縁部における上部構造層５４の表面を平坦化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に積層された上部構造層と、
前記受光部の位置に対応して前記上部構造層に形成された開口部と、
所定の光透過特性を有したフォトレジストからなり、前記開口部内及びその外縁部に選択的に形成された光フィルタと、
前記光フィルタが積層された前記開口部及び前記外縁部に選択的に形成され、前記光フィルタを覆うフィルタ保護膜と、
前記フィルタ保護膜が形成された前記上部構造層に樹脂層を介して接着された透明基体と、
を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置において、
前記上部構造層は、前記光フィルタと前記フィルタ保護膜とが積層される前記外縁部の下に、当該外縁部に沿って配置され前記開口部の周囲を囲む、帯状の金属膜からなるフレームを有すること、を特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光電変換装置において、
前記上部構造層は、少なくとも１つの金属配線層と層間絶縁膜とを積層して構成され、
前記フレームは、前記金属配線層のうちの最上層を用いて形成されること、
を特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光部の位置に形成された開口部にカラーフィルタが埋め込まれ、その上に保護膜が積層される光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光電変換素子を含む光電変換装置等の小型化を図るために、素子側面から配線を取り出したチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）が適用されるようになっている。
【０００３】
図３は、光電変換素子にＣＳＰを適用した従来の光電変換装置の部分断面図である。半導体基板２の上面には、フォトダイオードを構成する拡散層４が形成された受光部６、及び、当該受光部６の周辺に配置され受光信号に対する信号処理等を行う回路部８が設けられる。半導体基板２の表面には、複数の層間絶縁膜１０，１２，１４と複数の金属配線層とからなる上部構造層１８が積層される。金属配線層は例えば、アルミニウム（Ａｌ）膜からなり、第１のＡｌ層によって配線２０及び平坦化パッド２２が回路部８に形成される。ここで、平坦化パッド２２は、配線２０間の領域に配置され、次に積層される層間絶縁膜１２表面の凹凸を緩和する。図３の構成は２層配線構造であり、層間絶縁膜１２の表面に第２のＡｌ層が積層され、これをパターニングして回路部８に配線２４が形成される。
【０００４】
受光部６のフォトダイオードへの光の入射効率を高めるために、受光部６の位置に対応して上部構造層１８に開口部２６が形成される。開口部２６にはカラーフィルタとしてカラーレジスト膜２８が埋め込まれる。このカラーレジスト膜２８及び上部構造層１８の上面には、保護膜３０が積層される。この保護膜３０は、カラーレジスト膜２８に対する防湿の機能を有する。
【０００５】
ＣＳＰでは、この保護膜３０が積層された上部構造層１８の上面に上部支持基体３２が樹脂層３４により接着され、半導体基板２の下面には下部支持基体３６が樹脂層３８により接着される。上部支持基体３２はガラス等の透光性の基板で構成され、受光部６へ外部からの光を入射させることができる。
【特許文献１】特開２００５−３３２９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のＣＳＰのように、保護膜３０上に樹脂層３４、上部支持基体３２を積層する構造にすると、開口部２６の縁近傍にて保護膜３０にしわやクラックが発生するという問題があった。これは、上部支持基体３２や樹脂層３４と保護膜３０との間に収縮率の差が存在するためであると考えられる。特に、開口部２６の縁では上部構造層１８の上面とカラーレジスト膜２８の表面との間に段差が存在する。また、上部構造層１８の上面に塗布したカラーレジスト膜をエッチング除去して開口部２６の内側だけに残す際に、開口部２６の側面とカラーレジスト膜２８との間に隙間ができることもある。そのため、保護膜３０は開口部２６の段差にて屈曲したり、カラーレジスト膜２８との隙間に入り込んだりして、他の部分とは異なる形状・構造となり、当該部分に上記収縮率の差に応じて発生する応力が集中しやすく、しわやクラックを生じやすくなる。
【０００７】
また、平坦化パッド２２は、大まかな平坦化は可能であるが、平坦化パッド２２の間隙に応じた細かな起伏は残存する。これに起因して上部構造層１８の表面にも起伏が形成され、これが保護膜３０と上部構造層１８の表面との密着性を低下させたり、応力の疎密を生じさせたりして、しわやクラックを発生しやすくし得る。
【０００８】
このしわやクラックはカラーレジスト膜２８に対する保護膜３０の機能に影響を与え、光電変換装置の信頼性に問題を生じ得る。
【０００９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、受光部の位置に対応して設けられる開口部に保護膜が好適に形成される光電変換装置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】
【００１０】
本発明に係る光電変換装置は、受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に積層された上部構造層と、前記受光部の位置に対応して前記上部構造層に形成された開口部と、所定の光透過特性を有したフォトレジストからなり、前記開口部内及びその外縁部に選択的に形成された光フィルタと、前記光フィルタが積層された前記開口部及び前記外縁部に選択的に形成され、前記光フィルタを覆うフィルタ保護膜と、前記フィルタ保護膜が形成された前記上部構造層に樹脂層を介して接着された透明基体と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、カラーレジストなどのフォトレジストで構成される光フィルタが、開口部の内側だけでなく、その外縁部まで配置される。光フィルタの表面は、当該光フィルタが覆う開口部の段差よりもなだらかになる。この光フィルタの上に保護膜を形成することで、当該保護膜の屈曲の緩和や一様性の向上が図られる。これにより、応力集中が緩和され、しわやクラックの発生が抑制可能となる。また、保護膜の形成範囲を開口部の外縁部までとすることで、保護膜全体での歪みの絶対量が小さくなり、このような点もしわ等の抑制に有効と考えられる。さらに、開口部の外縁部の下にフレームを配置して、当該外縁部の表面の平坦性を向上させることで、保護膜の密着性向上や応力の分散が図られ、しわ等の抑制が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。本実施形態は、例えば、ＣＳＰとして組み立てられる光電変換装置であり、図１は、その主要部分の模式的な断面図である。図１に示す光電変換装置５０は概略の構造は、半導体基板５２及び、その表面に積層される上部構造層５４、カラーレジスト膜５６、保護膜５８などからなる光電変換素子６０を、支持部材６２，６４で挟んだ積層体である。ＣＳＰでは、上部構造層５４に形成される配線は当該積層体の側面に沿って形成される外部配線に接続され、当該外部配線は積層体の裏面へ延ばされ、例えば半球状の外部端子に接続される。また、外部配線が配置される積層体の側面や裏面は、腐食防止などのための保護膜が形成される。図１では、これら積層体以外の構造は図示を省略しているが、基本的に当該構造は上記特許文献１の図１，図１２等に示されるものと同様である。
【００１３】
半導体基板５２は、例えば、シリコン基板であり、その表面には、受光部７０及び回路部７２が設けられる。受光部７０には、フォトダイオードを構成する拡散層７４が形成される。回路部７２にはＣＭＯＳ等の回路素子（図示せず）の構造が形成される。
【００１４】
以上のように半導体基板５２の表面の各種回路素子の構造が形成された後、半導体基板５２上には、配線構造や保護膜等の構造が形成される。例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート電極が形成された半導体基板５２の表面に、例えばシリコン窒化膜からなる反射防止膜（図示せず）が積層され、その上に、第１の層間絶縁膜８０が積層され、さらに金属膜として第１Ａｌ層が、蒸着等により堆積され積層される。ちなみに層間絶縁膜は、ＳＯＧ（Spin On Glass）等を用いて形成される。
【００１５】
第１Ａｌ層はフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされ、当該第１Ａｌ層によって第１層の配線８２及び平坦化パッド８４が回路部７２に形成される。ここで、平坦化パッド８４は、配線８２間の領域に配置され、次に積層される層間絶縁膜８６表面の凹凸を軽減する。
【００１６】
層間絶縁膜８６の積層後、その上に第２Ａｌ層が積層される。第２Ａｌ層は第１Ａｌ層と同様に、蒸着等により良好な平坦性が得られるように形成された後、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングされ、当該第２Ａｌ層によって第２層の配線８８及び平坦化フレーム９０が回路部７２に形成される。平坦化フレーム９０は、この後に形成される開口部９２の形成予定位置の近傍に配置され、当該開口部９２を取り囲む枠状のパターンである。
【００１７】
第２Ａｌ層のパターニング後、その上に層間絶縁膜９４が積層され、層間絶縁膜８０，８６，９４と第１Ａｌ層、第２Ａｌ層とを含む上部構造層５４の積層が終了する。
【００１８】
その後、受光部７０上に上部構造層５４として積層された層間絶縁膜をエッチバックして開口部９２が形成される。これにより、受光部７０上の層間絶縁膜を薄くして、受光部７０への光の入射効率を高めることができる。
【００１９】
開口部９２及びその外縁部にはカラーフィルタとしてカラーレジスト膜５６が積層される。カラーレジスト膜は、開口部９２を含め上部構造層５４の上面全体にスピンコートにより塗布、成膜した後、パターニングされる。これにより、カラーレジスト膜のうち開口部９２の近傍の外縁部より外側の部分が除去され、開口部９２及びその周辺に残るカラーレジスト膜５６が形成される。カラーレジスト膜５６は、開口部９２内に埋め込まれ、この部分が専らカラーフィルタとして機能する。また、カラーレジスト膜５６は、開口部９２の外縁部まで拡張されることで開口部９２の段差をカバーし、その上面に、開口部９２の内側と外側とに跨ってなだらかな表面を形成する。
【００２０】
カラーレジスト膜５６の上には、保護膜が積層される。この保護膜は、例えば、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を積層して形成される。例えば、上部構造層５４の上面全体に、ＣＶＤ等の方法で、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を堆積し、保護膜を成膜した後、パターニングして、カラーレジスト膜５６を覆う範囲に選択的に残る保護膜５８を形成する。保護膜５８は、カラーレジスト膜５６に対する防湿の機能を有する。
【００２１】
この保護膜５８が積層された上部構造層５４の上面に支持部材６２が積層される。支持部材６２は、上部支持基体９８及び樹脂層１００を含んで構成され、上部支持基体９８は樹脂層１００によって、上部構造層５４が形成された光電変換素子６０の上面に接着される。上部支持基体９８はガラス等の透光性の基板で構成され、受光部７０へ外部からの光を入射させることができる。樹脂層１００は、エポキシ樹脂等を用いて形成される。
【００２２】
一方、光電変換素子６０の下面、すなわち、半導体基板５２の裏面には支持部材６４が積層される。支持部材６４は、下部支持基体１０２及び樹脂層１０４を含んで構成され、下部支持基体１０２は樹脂層１０４によって、光電変換素子６０の下面に接着される。下部支持基体１０２もガラス等の基板で構成することができる。また、樹脂層１０４も樹脂層１００と同様、エポキシ樹脂等を用いて形成される。
【００２３】
図２は、光電変換装置５０の開口部９２付近の平面的なレイアウト１１０を、当該レイアウト１１０に示す直線Ａ−Ａ’に沿った断面構造１１２と対応付けて表した模式図である。例えば、矩形に形成される開口部９２に対応して、平坦化フレーム９０も矩形に形成される。平坦化フレーム９０の内側の縁と開口部９２との距離αの下限値は、平坦化フレーム９０の後に形成される開口部９２の加工精度に応じて定められる。すなわち、開口部９２を形成する際のエッチングマスクの目合わせ精度や、エッチングの横方向へのオーバーエッチ量を考慮して、開口部９２の側面に平坦化フレーム９０が露出しないようにαは設定される。
【００２４】
カラーレジスト膜５６の端部と開口部９２との距離βは、パターニングによりカラーレジスト膜５６を形成する際の加工精度を考慮して設定され、目合わせずれ等を考慮してカラーレジスト膜５６が確実に開口部９２の外縁部に乗るように定められる。
【００２５】
平坦化フレーム９０は、その下の平坦化パッド８４、配線８２などによって層間絶縁膜８６の表面に生じ得る起伏を平坦化する。すなわち、平坦化フレーム９０が配置された領域上の上部構造層５４の表面では平坦性が向上し、開口部９２の外側を取り囲んで平坦な上部構造層５４の表面が形成され得る。保護膜５８と上部構造層５４との接合面をこの平坦性を向上させた領域に配置することで、保護膜５８と上部構造層５４との接合面での密着性の向上や応力の均一性の向上が図られる。
【００２６】
この観点から、保護膜５８と上部構造層５４との接合面は平坦化フレーム９０の配置領域内とすることが好適である。この場合、平坦化フレーム９０の外側の縁と開口部９２との距離γは、開口部９２と保護膜５８の端部との距離より大きくなるように設定され、また、β＞αに設定される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る光電変換装置の主要部分の模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光電変換装置の開口部付近の平面的なレイアウトと、垂直断面構造とを対応付けて表した模式図である。
【図３】従来のＣＳＰ構造の光電変換装置の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
５０  光電変換装置、５２  半導体基板、５４  上部構造層、５６  カラーレジスト膜、５８  保護膜、６０  光電変換素子、６２，６４  支持部材、７０  受光部、７２  回路部、７４  拡散層、８０，８６，９４  層間絶縁膜、８２，８８  配線、８４  平坦化パッド、９０  平坦化フレーム、９２  開口部、９８  上部支持基体、１００，１０４  樹脂層、１０２  下部支持基体。
【図１】
2009117570.tif 000003
【図２】
2009117570.tif 000004
【図３】
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