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特開2017-228599半導体装置、及び半導体装置の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-228599(P2017-228599A)
(43)【公開日】2017年12月28日
(54)【発明の名称】半導体装置、及び半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20171201BHJP
   H01L 31/02 20060101ALI20171201BHJP
   H04N 5/369 20110101ALI20171201BHJP
【FI】
   H01L27/14 A
   H01L31/02 Z
   H04N5/335 690
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】OL
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2016-122225(P2016-122225)
(22)【出願日】2016年6月21日
(71)【出願人】
【識別番号】000002185
【氏名又は名称】ソニー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100080160
【弁理士】
【氏名又は名称】松尾 憲一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100149205
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 泰央
(72)【発明者】
【氏名】榎本 貴幸
【テーマコード(参考)】
4M118
5C024
5F849
【Fターム(参考)】
4M118AA10
4M118BA14
4M118CA02
4M118GA02
4M118GC07
4M118GD02
5C024CX03
5C024CY47
5C024EX43
5C024EX52
5C024GY01
5C024GY31
5C024GZ34
5F849AA01
5F849BA30
5F849BB03
5F849EA04
5F849EA11
5F849GA04
5F849HA05
5F849HA10
5F849HA20
5F849LA02
5F849XB01
(57)【要約】
【課題】ガス透過性の低い遮蔽膜を設けた半導体装置において、遮蔽膜の存在により半導体基板のダングリングボンド終端に生じる悪影響を低減する。
【解決手段】半導体基板と、前記半導体基板の一方の面の側に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の一部領域を覆うように設けられたガス遮蔽膜と、前記ガス遮蔽膜に覆われた絶縁層の中に形成された通気路と、を備え、前記通気路は、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路と、前記第1通気路と連通し前記境界に沿わない方向に延びる第2通気路と、を有し、前記第2通気路は、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通している、半導体装置。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面の側に積層された絶縁層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の一部領域を覆うように設けられたガス遮蔽膜と、
前記ガス遮蔽膜に覆われた絶縁層の中に形成された通気路と、
を備え、
前記通気路は、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路と、前記第1通気路と連通し前記境界に沿わない方向に延びる第2通気路と、を有し、
前記第2通気路は、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通している、半導体装置。
【請求項2】
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面には有機膜が積層されており、
前記開口から前記通気路の中に前記有機膜の一部が入り込んでいる、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記通気路は、空洞である、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記通気路は、前記絶縁層に比べてガス透過性が高い材料が充填されている、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記開口は、前記第1通気路の断面積と同等以上の開口面積を有する、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜から離間するほど徐々に幅広になる断面略台形状である、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜から離間するほど徐々に幅狭になる断面略逆台形状である、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記通気路は、前記ガス遮蔽膜の第1縁部から第2縁部まで前記ガス遮蔽膜を略横断する形状を有する、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜の第1縁部を超える位置から、前記ガス遮蔽膜の第2縁部を超える位置まで、前記ガス遮蔽膜を略横断する形状を有する、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部と、画素境界に沿って画素境界を覆うように前記枠部の内側を横断して形成された線状部とを有し、
前記通気路は、前記矩形枠部の一方の外縁から他方の外縁まで前記線状部に沿って延びる形状を有する、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部を有し、
前記第1通気路は、前記枠部を内外に横断する方向に延びる形状である、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部を有し、
前記第1通気路は、前記枠部の枠辺方向に沿って延びる形状である、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記通気路は、複数形成されており、
前記ガス遮蔽膜の被覆面積内に占める前記通気路の面積割合が16%以上である
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項14】
前記半導体基板の他方の面の側に積層された配線層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の前記一部領域と異なる領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの前記半導体基板と反対側の面に積層形成されたマイクレンズと、
を更に備える、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項15】
前記半導体基板の一方の面の側と前記絶縁層の間に積層形成された配線層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の前記一部領域と異なる領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの前記半導体基板と反対側の面に積層形成されたマイクレンズと、
を更に備える、
請求項1に記載の半導体装置。
【請求項16】
半導体基板の一方の面の側に絶縁層を積層する工程と、
前記第2絶縁層の上の一部領域にガス遮蔽膜を積層する工程と、
前記ガス遮蔽膜の下の前記絶縁層に、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路を形成する工程と、
前記第1通気路と連通し、前記境界に沿わない方向に延び、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通する第2通気路を形成する工程と、
を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本技術は、半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等の固体撮像装置においては、画質を劣化させる要因となる半導体基板表面の暗電流低減や画素トランジスタのフリッカーノイズ、ランダムテレグラフノイズ特性の改善が重要である。
【0003】
固体撮像素子の製造過程におけるプラズマ処理(CVDやドライエッチング)でのチャージアップやUV照射などのプラズマダメージなどにより、半導体基板の界面準位が増大することが暗電流の要因の一つになっている。
【0004】
この暗電流を低減させてイメージセンサの画素特性を改善するために、水素やフッ素といった終端用原子でデバイス界面のダングリングボンドを終端する手法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
例えば、パッシベーション膜(SiN膜)から水素を脱離させて半導体基板の受光素子であるフォトダイオードの表面のダングリングボンドと結合させて表面の暗電流を低減させる技術がある(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2003−282856号公報
【特許文献2】特開2015−165539号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
固体撮像装置の光学的黒画素は、タングステンやアルミニウム等の金属製の遮光膜で覆われている。遮光膜はガス透過性が低いため、遮光膜下の半導体基板へのダングリングボンド終端用ガスの供給が妨げられ、遮光膜下に形成された光学的黒画素におけるダングリングボンドの終端が十分にできない可能性がある。
【0008】
また逆に、ダングリングボンド終端用ガスの余剰ガスの放出時には、遮光膜下の余剰ガスが遮光膜の切れ目で一気に放出してしまい、遮光膜の切れ目付近の層境界に膜剥がれ等のダメージを負わせる可能性がある。
【0009】
膜剥がれが生じた箇所の半導体基板では、新たなダングリングボンドの形成、終端済みダングリングボンドからの水素脱離、等が発生し、半導体中を流れる電子がダングリングボンドに捕獲されたり、半導体中を流れる電子の移動度が低下したりして、半導体装置の素子特性を悪化させる可能性がある。
【0010】
このようにガス透過性の低い遮蔽膜を設けることは、固体撮像装置に限らず半導体装置全般において、上述したダングリングボンド終端用ガスが供給されない問題や、余剰ガスの放出時に発生する膜剥がれ、等のダングリングボンドの終端に関連する悪影響が生じる可能性がある。
【0011】
本技術は、前記課題に鑑みてなされたもので、ガス透過性の低い遮蔽膜を設けた半導体装置において、遮蔽膜の存在により半導体基板のダングリングボンド終端に生じる悪影響を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本技術の態様の1つは、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面の側に積層された絶縁層と、前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の一部領域を覆うように設けられたガス遮蔽膜と、前記ガス遮蔽膜に覆われた絶縁層の中に形成された通気路と、を備え、前記通気路は、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路と、前記第1通気路と連通し前記境界に沿わない方向に延びる第2通気路と、を有し、前記第2通気路は、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通している、半導体装置である。
【0013】
本技術の他の態様は、半導体基板の一方の面の側に絶縁層を積層する工程と、前記第2絶縁層の上の一部領域にガス遮蔽膜を積層する工程と、前記ガス遮蔽膜の下の前記絶縁層に、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路を形成する工程と、前記第1通気路と連通し、前記境界に沿わない方向に延び、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通する第2通気路を形成する工程と、を含んで構成される、半導体装置の製造方法である。
【0014】
なお、以上説明した半導体装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、上述した半導体装置の製造方法は、他の方法の一環として実施されたり各工程に対応する手段を備えた半導体装置の製造装置として実現されたりする等の各種の態様を含む。
【発明の効果】
【0015】
本技術によれば、ガス透過性の低い遮蔽膜を設けた半導体装置において、遮蔽膜の存在により半導体基板のダングリングボンド終端に生じる悪影響を低減することが可能となる。なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また付加的な効果があってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】第1の実施形態に係る半導体装置の断面構成の概略を示す図である。
図2】第1の実施形態に係る半導体装置の平面構成の概略を示す図である。
図3】第1の実施形態に係る半導体装置の断面構成の概略を示す図である。
図4】複数の通気路のレイアウトバリエーションを説明する図である。
図5】複数の通気路のレイアウトバリエーションを説明する図である。
図6】複数の通気路のレイアウトバリエーションを説明する図である。
図7】複数の通気路のレイアウトバリエーションを説明する図である。
図8】複数の通気路のレイアウトバリエーションを説明する図である。
図9】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図10】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図11】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図12】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図13】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図14】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図15】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図16】第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図17】第2の実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。
図18】第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図19】第3の実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。
図20】第3の実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。
図21】第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図22】第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。
図23】第4の実施形態に係る半導体装置の概略断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、下記の順序に従って本技術を説明する。
(1)第1の実施形態:
(2)第2の実施形態:
(3)第3の実施形態:
(4)第4の実施形態:
【0018】
(1)第1の実施形態:
図1図2は、本実施形態に係る半導体装置100の断面構成の概略を示す図、図3は、本実施形態に係る半導体装置100の平面構成の概略を示す図である。以下では、図1図3の上下に即して上方/下方と表現することがあり、また、図1図3に示す各構成の上側面を裏面、下側面を表面と記載する場合がある。
【0019】
半導体装置100は、半導体基板10、半導体基板10の一方の面(裏面10b)の上に積層された絶縁層40、及び、絶縁層40の半導体基板10と反対側の面(裏面40b)の一部領域を覆うように設けられたガス遮蔽膜50、を備える。図1図2に示す例では、半導体基板10と絶縁層40の間に、負の固定電荷を持つ固定電荷膜30が設けてある。
【0020】
なお、図1図3には固体撮像素子としての半導体装置100を示してあり、配線層20、有機平坦化膜60、カラーフィルタ70、マイクロレンズ80、も示してある。配線層20は半導体基板10の他方の面(表面10a)の上に積層される。有機平坦化膜60は絶縁層40やガス遮蔽膜50の半導体基板10と反対側の面を覆うように設けられる。カラーフィルタ70は有機平坦化膜60の上に形成され、マイクロレンズ80はカラーフィルタ70の上に設けられる。
【0021】
半導体基板10は、例えば、シリコン基板等の半導体基体、化合物半導体及びその他の一般的な半導体装置に適用される半導体基体を用いることができる。
【0022】
配線層20に面する表面10aの側に、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域を構成する不純物拡散層(不図示)や、フォトダイオード(不図示)、等が設けられている。MOSトランジスタのソース/ドレイン領域の間のチャネルとなる部位を覆う配線層20には、ゲート絶縁膜を介してMOSトランジスタのゲート電極(不図示)が形成されている。フォトダイオードは、半導体基板10の裏面10b側からの入射光に応じた電荷(電子・ホール対)を生成することができる。
【0023】
配線層20は、配線や電極等を構成する複数層の導体層と、導体層間を絶縁する層間絶縁層とからなる多層配線層の構成を有する。
【0024】
絶縁層40は、例えば、SiO等の絶縁材料で半導体基板10の裏面10bの全体を覆うように形成されている。負の固定電荷を持つ固定電荷膜30を設けることで、絶縁層40と半導体基板10の界面におけるフェルミ準位のピニングを強化できる。固定電荷膜30としては、例えばHfOやAl3、TaO、ZrO、SiNがある。固定電荷膜30と絶縁層40の間には、更に反射防止膜を設けてもよい。なお、固定電荷膜30は設けなくてもよい。
【0025】
ガス遮蔽膜50は、絶縁層40の上の一部領域に設けられる。ガス遮蔽膜50は、固体撮像素子としての半導体装置100において、メタル遮光膜を兼ねており、例えば、タングステン膜、アルミニウム膜が用いられる。メタル遮光膜を兼ねるガス遮蔽膜50は、縁部51と縁部52の間の幅w1が数十μm程度である。
【0026】
絶縁層40には、ガス遮蔽膜50の下に通気路41が形成されている。本実施形態において、通気路41は、後述する有機膜61による閉塞部分を除いて空洞になっている。通気路41は、ガス遮蔽膜50と絶縁層40の境界に沿う方向に延びる第1通気路41aと、第1通気路41aに連通し、ガス遮蔽膜50と絶縁層40の境界に沿わない方向(略直交する方向)に延びる第2通気路41bと、を有する。第2通気路41bは、ガス遮蔽膜50によって覆われていない絶縁層40の裏面の開口42に連通している。
【0027】
通気路41は、開口42から入り込んだ有機膜61によって開口42から奥方に続く一部領域が閉塞されている。有機膜61は、第2通気路41bの一部範囲に入り込む形状でもよいし、第2通気路41b及び第1通気路41aの一部範囲に入り込む形状であってもよい。有機膜61は、絶縁層40の裏面に積層された有機平坦化膜60の形成時に、その有機平坦化膜60の一部が開口42から入り込んで形成された部位であり、有機平坦化膜60の下面に一体化されている。このことから、有機平坦化膜60の形成順序は、通気路41が絶縁層40に形成された後であることが分かる。
【0028】
第1通気路41aは、絶縁層40の表面及び裏面から離間した中間的な位置に、ガス遮蔽膜50の一方の縁部51から、ガス遮蔽膜50の形成範囲を略横断して、他方の縁部52へ至る方向が長さ方向となるように形成されている。第1通気路41aは、縁部51の側では、ガス遮蔽膜50の縁部51を超えてガス遮蔽膜50の外側まで延設されている。第1通気路41aの幅w2及び高さh2は、絶縁層40の構成材料の格子数個〜十数個分ほどであり、例えば、数10nm〜数100nmの範囲である。
【0029】
固体撮像素子としての半導体装置100において、半導体基板10は、ガス遮蔽膜50に覆われた遮光領域R2と、縁部52の外側においてガス遮蔽膜50に覆われていない画素領域R1と、を有する。画素領域R1の半導体基板10には、複数の画素PXが形成されており、各画素PXには上述したフォトダイオード及び画素トランジスタとてしてのMOSトランジスタが形成されている。画素領域R1の画素PXは、全ての画素PXをその出力を絵作りに使用する有効画素とする場合と、ガス遮蔽膜50の縁部52近傍の数画素をその出力を絵作りに使用しない不使用画素とする場合とがある。
【0030】
縁部52の外側に不使用画素領域R12を設ける場合、ガス遮蔽膜50の縁部52側において、第1通気路41aは、ガス遮蔽膜50の範囲内の長さで形成されてもよいし、第1通気路41aは縁部52を超えてガス遮蔽膜50と不使用画素領域R12の範囲内の長さで形成されてもよい。一方、縁部52の外側に不使用画素領域R12が設けない場合、第1通気路41aは、ガス遮蔽膜50の範囲内の長さで形成される。すなわち、第1通気路41aは、有効画素領域R11の範囲外で形成される。
【0031】
第2通気路41bは、ガス遮蔽膜50の縁部51の外側において、縁部51近傍の絶縁層40の裏面に形成される開口42から下方に連続する縦穴形状であり、絶縁層40の表面に達しない深さで形成される。ガス遮蔽膜50の縁部51側において、第1通気路41aは縁部51を超えてガス遮蔽膜50の外側に延びる長さで形成されており、第2通気路41bは、その深さ方向の途中で第1通気路41aに連通している。開口42の開口面積及びこれと略同径で形成される第2通気路41bの深さ方向に直交する断面積は、第1通気路41aの長さ方向に直交する断面積と同等以上である。
【0032】
通気路41は、ガス遮蔽膜50に覆われた絶縁層40の略全域に略均等に分布するように複数形成される。平面視、通気路41の面積がガス遮蔽膜50の被覆面積内に占める割合は16%以上とする。この数値は実験的に算出したものであり、ガス遮蔽膜50に覆われた絶縁層40の縁部に沿って発生したガス放出に起因する負の固定電荷を持つ固定電荷膜30の膜剥がれが集中発生した部位において、膜剥がれが、縁部の378.9μmの範囲内に約9μm径で7個発生していたことによる。
【0033】
次に、複数の通気路41を設ける場合の、平面視におけるレイアウトのバリエーションについて説明する。図3に示す例では、通気路41は、矩形枠状に形成されたガス遮蔽膜50の枠辺部53を、枠内側の縁部52から枠外側の縁部51へ、枠辺と略直交する方向に延びる第1通気路41aが複数形成されている。
【0034】
図4図8は、複数の通気路41の他のレイアウトバリエーションを説明する図である。
【0035】
図4図7に示す例では、矩形枠状に形成されたガス遮蔽膜50の枠角部54にも通気路41を設けてある。枠角部54に設けた通気路41は、枠角部54の略全域を網羅するように形成されている。
【0036】
図4では、枠角部54の外角から内角に向かう対角線方向に延びる形状に形成されている。図5では、枠角部54の一方の外辺54aの外に開口42を設け、開口42から他方の外辺54bに沿う方向に延びる形状に形成されている。図6では、枠角部54の外辺54a,54bの双方から各辺に略直交する方向に延びる通気路41が形成されており、枠角部54の外角から内角に向かう対角線の辺りで、枠角部54の外辺54a,54bの双方から延設された第1通気路41aが交差連通している。更に、図7では、図4に示す例の通気路41と図6に示す例の通気路41との双方を同時に設けてある。
【0037】
図8に示す例では、第1通気路41aは、矩形枠状のガス遮蔽膜50の枠辺方向に沿って延びる形状に形成されている。
【0038】
以下、半導体装置100の製造方法の一例を説明する。図9図16は、半導体装置100の製造方法を説明する図である。
【0039】
まず、半導体基板10を用意し、半導体基板10の表面10a側から複数の画素を形成する。画素は、フォトダイオード及び複数の画素トランジスタ(図には、1個のMOSトランジスタを例示してある)を有する。
【0040】
画素トランジスタは、例えば4トランジスタ構成の場合、読出しトランジスタ、リセットトランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタの4つのトランジスタで構成される。読出しトランジスタは、フォトダイオードで生成される電荷をフローティングディフュージョンへ転送する。リセットトランジスタは、フローティングディフュージョンを定電圧源に接続して電圧をリセットする。アンプトランジスタは、フローティングディフュージョンの電圧を増幅出力する。選択トランジスタは、アンプトランジスタと垂直信号線との接続を切り替える。
【0041】
読出しトランジスタは、半導体基板10に形成されたフォトダイオードを兼ねる不純物拡散層を一方のソース/ドレイン領域とし、半導体基板10に形成されたフローティングディフュージョンを兼ねる不純物拡散層を他方のソース/ドレイン領域とし、これらソース/ドレイン領域の間の位置において、半導体基板10の表面10aの上にゲート絶縁膜を介してゲート電極が積層形成されている。同様に、リセットトランジスタ、アンプトランジスタ、選択トランジスタも、他の不純物拡散層で構成される他のソース・ドレイン領域とその間の半導体基板10の表面10aの上にゲート絶縁膜を介して積層形成されたゲート電極によりそれぞれ構成される。
【0042】
次に、半導体基板10の表面10aの上に、多層配線層である配線層20を形成する(図9)。
【0043】
次に、配線層20の表面に、例えばシリコン基板などによる支持基板SBを貼り合わせて、半導体基板10を表裏反転させ、半導体基板10の裏面10bを化学機械研磨(CMP)、ドライエッチング、ウェットエッチングの少なくとも1つを用いて、縦型トランジスタの底面まで精度良く研削する。(図10)。
【0044】
次に、半導体基板10の裏面10bに、CVD法又はスパッタ法を用いて、負の固定電荷を持つ固定電荷膜30を成膜し、固定電荷膜30の上に絶縁層40Aを成膜する(図11)。なお、固定電荷膜30の上に更に反射防止膜を成膜してから絶縁層40Aを成膜してもよい。
【0045】
次に、絶縁層40Aの上の全面に有機膜を成膜し、上述した通気路41(特に第1通気路41a)を形成したい領域の有機膜41Aを残して、他の部位に成膜した有機膜を除去する(図12)。有機膜41Aは、有機溶剤に対して可溶性を有するレジスト、特開2011−233926号公報に記載のポロゲン材、等とする。
【0046】
次に、有機膜41Aの上から絶縁層40Aの全面を覆うように、絶縁層40Bを成膜する(図13)。絶縁層40Aと絶縁層40Bは、絶縁層40を構成する。絶縁層40Aと絶縁層40Bは、同じ組成で形成されてもよいし、異なる組成で形成されてもよい。
【0047】
次に、絶縁層40A,40Bに比べてガスの透過率が低い材料を、絶縁層40Bの上の全面に成膜し、上述したガス遮蔽膜50の形成範囲を残して、他の部位に形成した膜を除去する(図14)。絶縁層40A,40Bに比べてガスの透過率が低い材料としては、タングステンやアルミニウム等の金属膜が例示され、これら金属材料はCVD法又はスパッタ法等で積層することができる。
【0048】
次に、ガス遮蔽膜50の縁部51外側の絶縁層40の裏面40bの一部を、絶縁層40の表面40aに達しない深さまでエッチング等で掘削して、第2通気路41bを形成する(図15)。第2通気路41bは、絶縁層40の裏面40bに開口42を有する。第2通気路41bは、その途中で第1通気路41aに連通する。
【0049】
次に、開口42からシンナー等の有機溶剤を供給し、第1通気路41a内に残る有機膜41Aを除去して、第1通気路41aを空隙とする(図16)。これにより、第1通気路41aと第2通気路41bが全体として通気路41となる。
【0050】
このようにして形成した通気路41に、ダングリングボンドの終端用ガス(水素を含むガス等)を供給することで、ガス遮蔽膜50に覆われた半導体基板10の裏面10bへ向けてダングリングボンドの終端用ガスを送り込むことができる。また、通気路41を形成した後に行う加熱工程の際に、ガス遮蔽膜50の下層で発生するガス(水素ガス等)を通気路41を通して排出することができる。ガス遮蔽膜50の下層で発生するガスの起源は、例えば、成膜中に使用する有機物、ダングリングボンドの終端用に送りこまれたガス、吸湿されたHO等である。
【0051】
次に、ガス遮蔽膜50及び絶縁層40の上に有機膜を積層して有機平坦化膜60を形成する。このとき、有機平坦化膜60の一部は、開口42から通気路41の中に入りこむことになる。従って、通気路41の開口42から奥方に続く一部に、有機平坦化膜60の下面から開口42に向けて突出する有機膜61が入り込んで閉塞することになる。その後、有機平坦化膜60の上に、カラーフィルタ70やマイクロレンズ80等を形成することで固体撮像素子としての半導体装置100が製造される。
【0052】
なお、本実施形態では、固体撮像素子としての半導体装置100として、図1図2には裏面照射型の固体撮像素子の構成を示して説明したが、固体撮像素子としての半導体装置100は表面照射型の固体撮像素子の構成であってもよい。表面照射型の固体撮像素子の場合、半導体基板10の表面10aの上に配線層20が積層され、配線層20の上にカラーフィルタ70とマイクレンズ80が積層形成される。この場合、ガス遮蔽膜としてのメタル遮光膜は、配線層20とカラーフィルタ70の間に形成され、配線層20の上層部分が絶縁層40を構成することになる。
【0053】
(2)第2の実施形態:
図17は、実施形態に係る半導体装置200の断面構成の概略を示す図である。
【0054】
なお、半導体装置200は、通気路の内部が空洞でない点を除くと、上述した半導体装置100と同様であるため、通気路に関係する構成以外については、半導体装置100と同じ符号を付して説明を省略する。また、製造方法の説明についても、半導体装置100の製造方法と異なる工程のみを説明する。
【0055】
本実施形態において、通気路241は、第1通気路241aに、絶縁層40に比べてガス透過性が高い材料(高透過性材料)が充填されている。絶縁層40に比べてガス透過性が高い材料としては、ポーラスシリコン等のポーラス膜、ガス透過性を有するパラジウム等の金属材料、ジメチルシロキサン等の高分子材料、レジスト等の有機膜、が例示される。ポーラスシリコンは、例えば、特開2007−134420号公報に記載の材料を利用可能である。第2通気路241bは、上述した第1の実施形態の場合と同様に、有機平坦化膜60の下面から開口42に向けて突出する有機膜61が入り込んで閉塞することになる。
【0056】
図18は、半導体装置200の製造方法を説明する図である。
【0057】
半導体装置200は、上述した第1の実施形態と同様の方法で絶縁層40Aを形成した後、絶縁層40Aの上の全面に高透過性材料膜を成膜し、上述した通気路41(特に第1通気路41a)を形成したい領域の高透過性材料膜241Aのみを残して、他の部位に成膜した高透過性材料膜を除去する(図18)。
【0058】
その後、高透過性材料膜241Aの上から絶縁層40Aの全面を覆うように絶縁層40Bを成膜し、絶縁層40Bの上にガス遮蔽膜50を形成し、第2通気路41bを形成する点は、上述した第1の実施形態と同様である。なお、第1通気路41a内の高透過性材料膜241Aの除去は、本実施形態では不要である。また、有機平坦化膜60、カラーフィルタ70、マイクロレンズ80の形成についても、上述した第1の実施形態と同様である。
【0059】
このようにして製造される半導体装置200も、半導体装置100と同様に、通気路241を介して、半導体基板10の裏面10bにダングリングボンドの終端用ガスを供給したり、通気路241形成後に行う加熱工程の際にガス遮蔽膜50の下層で発生するガス(水素ガス等)を、通気路241を通して排出したりすることができる。
【0060】
(3)第3の実施形態:
図19図20は、実施形態に係る半導体装置300の断面構成の概略を示す図である。
【0061】
なお、半導体装置300は、通気路の断面形状及び製造方法を除くと、上述した半導体装置100と同様であるため、通気路に関係する構成以外については、半導体装置100と同じ符号を付して説明を省略する。また、製造方法の説明についても、半導体装置100の製造方法と異なる工程のみを説明する。
【0062】
本実施形態において、通気路341は、第1通気路341aの断面形状が略矩形以外の形状となっている。具体的には、第1通気路341aは、条溝の埋め込み時に条溝の長さ方向に沿って延びるボイド(空隙)により構成される。
【0063】
図21図22は、半導体装置300の製造方法を説明する図である。
【0064】
半導体装置300は、上述した第1の実施形態と同様の方法で絶縁層340Aを形成した後、絶縁層340Aに上述した条溝341Aを形成し、その上から低カバレッジな絶縁層40Bを成膜して、条溝341A内にボイドVを形成する。
【0065】
具体的には、絶縁層340を、下層の絶縁層340Aと上層の絶縁層340Bの積層構造で実現し、まず、絶縁層340Aの裏面に、第1通気路341aの長さ方向に沿って延びる条溝341Aをドライエッチング、ナノインプリント転写、等により形成する(図21)。
【0066】
このように、条溝341Aを形成された絶縁層340Aの上から低カバレッジな絶縁層340Bを積層する(図22)。すると、低カバレッジな絶縁層340Bは条溝341Aの上開口付近に多く付着し、条溝341Aの内部への絶縁層340Bの堆積前に条溝341Aの上開口を閉塞し、条溝341Aの中に条溝341Aの長さ方向に沿って延びるボイドVが形成される。
【0067】
低カバレッジな絶縁層340Bを成膜する材料ガスには、シラン系、TEOS(Tetraethyl orthosilicate)系、アミノシラン系があり、それぞれ成膜条件を制御することで、低カバレッジな成膜が可能である。また、これら材料ガスの中では、シラン系を用いた場合に最もカバレッジを低く制御可能である。
【0068】
絶縁層40に形成する条溝341Aの断面形状は、略矩形でもよいし、ガス遮蔽膜50から離間するほど徐々に幅広になる断面略台形状や、ガス遮蔽膜50から離間するほど徐々に幅狭になる断面略逆台形状でもよい。条溝341Aを断面略台形状とすることで、ボイドVの形成が容易となる。条溝341Aのサイズと絶縁層340Bの成膜条件次第では、第1通気路341aの断面形状が条溝341Aの形状に影響を受けた略矩形状、略台形状、略逆台形状等になる。
【0069】
その後、絶縁層340Bの上にガス遮蔽膜50を形成し、第2通気路41bを形成する点は、上述した第1の実施形態と同様である。なお、第1通気路341a内には有機膜を形成しないので、有機膜の除去は本実施形態では不要である。また、有機平坦化膜60、カラーフィルタ70、マイクロレンズ80の形成についても、上述した第1の実施形態と同様である。
【0070】
このようにして製造される半導体装置300も、半導体装置100と同様に、通気路341を介して、半導体基板10の裏面10bにダングリングボンドの終端用ガスを供給したり、通気路341形成後に行う加熱工程の際にガス遮蔽膜50の下層で発生するガス(水素ガス等)を、通気路341を通して排出したりすることができる。
【0071】
(4)第4の実施形態:
図23は、実施形態に係る半導体装置400の平面構成の概略を示す図である。
【0072】
なお、半導体装置400は、矩形枠状に形成されたガス遮蔽膜50の矩形枠内の有効画素領域R11において、画素の間隙に沿って形成された遮光膜の下に沿って通気路を設ける点を除くと、上述した半導体装置100と同様であるため、これら遮光膜及び通気路に関係する構成以外については、半導体装置100と同じ符号を付して説明を省略する。また、製造方法の説明についても、半導体装置100の製造方法と異なる工程のみを説明する。
【0073】
図23に示すように、半導体装置400では、絶縁層40の上に矩形枠状に形成されるガス遮蔽膜50の矩形枠内に、線上部としての遮光膜455が形成されている。遮光膜455は、ガス遮蔽膜50の矩形枠内の半導体基板10に形成される画素の間隙に沿う位置に形成されている。画素が二次元マトリクス状に配列されている場合、画素の間隙に沿う位置に形成される遮光膜455は、矩形枠内を横切る細線形状であり、矩形枠内には細線形状が碁盤目状に縦横に形成されることになる。遮蔽膜455は、画素の間隙以下の幅で形成され、例えば、数十μmの幅で形成される。
【0074】
絶縁層40には、ガス遮蔽膜50及び遮光膜455の下に通気路41が形成されている。ガス遮蔽膜50の下に形成される複数の通気路41のうち、平面視、遮光膜455の延長線上に第1通気路41aが位置する場合は、その第1通気路41aと連続して遮光膜455の下に第3通気路441cが形成されている。すなわち、ガス遮蔽膜50の互いに対向する枠辺の下に形成された第1通気路41aが第3通気路441cによって一体化され、ガス遮蔽膜50の矩形枠部の一方の外縁(縁部51)から他方の外縁(縁部51)まで遮光膜455に沿って延びる形状を有する、
【0075】
このように、有効画素領域R11まで含めて通気路41を形成することで、第3通気路441cを介して、有効画素領域R11における半導体基板10の裏面10bにも、ダングリングボンドの終端用ガスを供給したり、第3通気路441c形成後に行う加熱工程の際に遮光膜455の下層で発生するガス(水素ガス等)を通気路441を通して排出することができる。
【0076】
なお、本技術は上述した各実施形態に限られず、上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した各実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。また,本技術の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【0077】
そして、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
【0078】
(1)
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面の側に積層された絶縁層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の一部領域を覆うように設けられたガス遮蔽膜と、
前記ガス遮蔽膜に覆われた絶縁層の中に形成された通気路と、
を備え、
前記通気路は、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路と、前記第1通気路と連通し前記境界に沿わない方向に延びる第2通気路と、を有し、
前記第2通気路は、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通している、半導体装置。
【0079】
(2)
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面には有機膜が積層されており、
前記開口から前記通気路の中に前記有機膜の一部が入り込んでいる、
前記(1)に記載の半導体装置。
【0080】
(3)
前記通気路は、空洞である、
前記(1)又は前記(2)に記載の半導体装置。
【0081】
(4)
前記通気路は、前記絶縁層に比べてガス透過性が高い材料が充填されている、
前記(1)又は前記(2)に記載の半導体装置。
【0082】
(5)
前記開口は、前記第1通気路の断面積と同等以上の開口面積を有する、
前記(1)〜前記(4)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0083】
(6)
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜から離間するほど徐々に幅広になる断面略台形状である、
前記(1)〜前記(5)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0084】
(7)
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜から離間するほど徐々に幅狭になる断面略逆台形状である、
前記(1)〜前記(6)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0085】
(8)
前記通気路は、前記ガス遮蔽膜の第1縁部から第2縁部まで前記ガス遮蔽膜を略横断する形状を有する、
前記(1)〜前記(7)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0086】
(9)
前記第1通気路は、前記ガス遮蔽膜の第1縁部を超える位置から、前記ガス遮蔽膜の第2縁部を超える位置まで、前記ガス遮蔽膜を略横断する形状を有する、
前記(1)〜前記(8)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0087】
(10)
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部と、画素境界に沿って画素境界を覆うように前記枠部の内側を横断して形成された線状部とを有し、
前記通気路は、前記矩形枠部の一方の外縁から他方の外縁まで前記線状部に沿って延びる形状を有する、
前記(1)〜前記(9)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0088】
(11)
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部を有し、
前記第1通気路は、前記枠部を内外に横断する方向に延びる形状である、
前記(1)〜前記(9)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0089】
(12)
前記ガス遮蔽膜は、前記半導体基板の有効画素が形成された有効画素領域を囲う枠部を有し、
前記第1通気路は、前記枠部の枠辺方向に沿って延びる形状である、
前記(1)〜前記(9)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0090】
(13)
前記通気路は、複数形成されており、
前記ガス遮蔽膜の被覆面積内に占める前記通気路の面積割合が16%以上である
前記(1)〜前記(12)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0091】
(14)
前記半導体基板の他方の面の側に積層された配線層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の前記一部領域と異なる領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの前記半導体基板と反対側の面に積層形成されたマイクレンズと、
を更に備える、
前記(1)〜前記(13)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0092】
(15)
前記半導体基板の一方の面の側と前記絶縁層の間に積層形成された配線層と、
前記絶縁層の前記半導体基板と反対側の面の前記一部領域と異なる領域に形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの前記半導体基板と反対側の面に積層形成されたマイクレンズと、
を更に備える、
前記(1)〜前記(13)の何れか1つに記載の半導体装置。
【0093】
(16)
半導体基板の一方の面の側に絶縁層を積層する工程と、
前記第2絶縁層の上の一部領域にガス遮蔽膜を積層する工程と、
前記ガス遮蔽膜の下の前記絶縁層に、前記ガス遮蔽膜と前記絶縁層の境界に沿う方向に延びる第1通気路を形成する工程と、
前記第1通気路と連通し、前記境界に沿わない方向に延び、前記ガス遮蔽膜が覆わない前記絶縁層の表面の開口に連通する第2通気路を形成する工程と、
を含んで構成される、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【0094】
10…半導体基板、10a…表面、10b…裏面、20…配線層、30…固定電荷膜、40…絶縁層、40A…絶縁層、40B…絶縁層、40a…表面、40b…裏面、41…通気路、41A…有機膜、41a…第1通気路、41b…第2通気路、42…開口、50…ガス遮蔽膜、51…縁部、52…縁部、53…枠辺部、54…枠角部、54a…外辺、54b…外辺、60…有機平坦化膜、61…有機膜、70…カラーフィルタ、80…マイクロレンズ、100…半導体装置、200…半導体装置、241…通気路、241A…高透過性材料膜、241a…第1通気路、241b…第2通気路、300…半導体装置、341…通気路、341a…第1通気路、355…遮蔽膜、400…半導体装置、441…通気路、441A…条溝、441c…第3通気路、455…遮光膜、V…ボイド、PX…画素、R1…画素領域、R11…有効画素領域、R12…不使用画素領域、R2…遮光領域、SB…支持基板
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23