JP2000340783A

JP2000340783A - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP2000340783A
Application number: JP11149107A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kawasaki; 隆之川崎
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-28
Also published as: JP3824446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】遮光膜はゲート電極の短絡を防ぐため、フォ
ト工程での合わせのばらつきを考慮したマージンが必要
となり、ゲート電極からかなり距離をあけて形成される
ため、受光部面積を確保することが困難となり、目的と
する感度が得られなかった。【解決手段】ゲート電極９、１０及び受光部上シリコ
ン酸化膜１１上にエッチングストップ膜１６ａとなるシ
リコン窒化膜を減圧ＣＶＤ法等により形成する。次に、
ＣＶＤシリコン酸化膜１２にパターンが外周部がゲート
電極９、１０と重なったパターンでフォトリソグラフィ
を行い、ＣＶＤシリコン酸化膜のエッチング除去のエッ
チングマスクとなるレジストパターン１７ｂを形成す
る。ＣＶＤシリコン酸化膜１２のエッチングを行い、第
１の遮光膜が形成される溝を形成する。その後、第１の
遮光膜１３の選択成長を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置の製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ素子におけるスミア特性の改善は
従来から種々の方法で行っている。ＣＣＤ素子における
スミアは受光部に入射した光の乱反射等により受光部以
外の場所に光が入射することで発生するものが大半を占
め、その不要な光をいかに遮るかがスミアの改善の上で
重要である。

【０００３】この光の遮光性向上の方法の１つとして、
光の通過してくる隙間を塞ぐという方法が考えられる。
乱反射等で好ましくない方向に向かった光はその一部が
遮光膜と基板との間で反射を繰り返し、受光部以外の場
所に入り、不要な電荷を発生させ、更にその電荷が電荷
転送部に入り、スミア信号となる。即ち、この遮光膜と
基板との間を塞ぐ、もしくは、狭くすることで、スミア
を減少できると考えられる。

【０００４】従来は図１１に示すような構造で、スミア
の低減を行っていた。Ｎ型半導体基板２１表面に、受光
部に過剰な光が入射したときに過剰な電荷を基板に吐き
出す構造（縦型オーバーフロードレイン）を造るＰウエ
ル層２２を形成し、更に、このＰウエル層２２上にＮ型
不純物層からなり入射した光を電荷に変換する受光部２
４、同じくＮ型不純物層からなり受光部２４に生じた電
荷を転送する電荷転送部２６、素子分離（画素の分離）
用のＰ⁺不純物層２３、電荷転送部２６真下にありＰウ
エル層２２と電荷転送部２６との電荷のやり取りを防止
するＰ型不純物層２５が形成され、また、受光部２４の
表面には、受光部２４の暗電流成分を抑制するＰ⁺不純
物層２７が形成されている。電荷転送部２６上にはゲー
ト絶縁膜がシリコン酸化膜単層や、シリコンの酸化物、
窒化物、酸化窒化物（ＳｉＯＮ）などの複合膜により形
成され（図１１においては、シリコン酸化膜２８ａとシ
リコン窒化膜２８ｂとの積層構造）、更にそのゲート絶
縁膜を介して電荷転送部２６上には１層目ゲート電極２
９、及び２層目ゲート電極３０が燐の熱拡散やイオン注
入などによって低抵抗化された多結晶シリコン等により
形成され、ゲート電極２９、３０表面上及び受光部２４
上方すなわちＰ⁺不純物層２７にはシリコン酸化膜から
なる絶縁膜３１が形成され、更に、その上にはＣＶＤ酸
化膜３２が形成されている。このＣＶＤ酸化膜３２及び
受光部上の絶縁膜３１にゲート電極２９及び３０からあ
る距離をおいて溝が形成され、その中に第１の遮光膜３
３が高融点金属膜等により形成されている。

【０００５】また、第１の遮光膜３３は図１０（ａ）に
示すように受光部２４内でリング状のパターンに形成さ
れている。さらに、ＣＶＤ酸化膜２２の上に第１の遮光
膜３３及び、ゲート電極２９、３０を覆うように第２の
遮光膜３４が形成され、最後に表面保護膜３５がＣＶＤ
等により形成されている。

【０００６】また、図１１に記載の固体撮像装置の製造
方法について、図１２乃至図１４を用いて説明する。

【０００７】まず、図１２（ａ）に示すように、Ｎ型半
導体基板２１表面にＰウエル層２２を形成し、このＰウ
エル層２２の上にＮ型不純物層である受光部２４、電荷
転送部下のＰ型不純物層２５、電荷転送部Ｎ型不純物層
２６、素子分離（画素分離）用のＰ⁺不純物層２３を、
受光部２４の表面にＰ⁺不純物層２７をパターニング・
不純物打ち込み・熱処理等を繰り返すことにより、順次
形成する。

【０００８】次に、図１２（ｂ）に示すように、ゲート
絶縁膜２８ａ、２８ｂを熱酸化、ＣＶＤ法、若しくはそ
の複合の工程により形成し、更に、第１のゲート電極２
９となる多結晶シリコン等の材料をＣＶＤ法などにより
形成し、燐の熱拡散やイオン注入などにより、低抵抗化
後、フォトエッチングによりパターニング、熱酸化等に
よりシリコン酸化膜３１の形成を行い、更に、この上に
ＣＶＤ法などによりシリコン酸化膜３２を形成する。

【０００９】次に、図１３（ａ）に示すように、図１０
（ａ）に示すパターン３７ａでパターニングを行い、図
１３（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜３１及びＣＶ
Ｄシリコン酸化膜３２をエッチングすることで、第１の
遮光膜３３の埋め込み用の溝を形成する。

【００１０】次に、図１４（ａ）に示すように、減圧Ｃ
ＶＤ法等、例えば１３〜１３０Ｐａの圧力、成長温度２
５０〜６５０℃、六弗化タングステンとモノシランとを
原料ガスとした条件等により、この溝内にタングステン
等の高融点金属膜を選択的に成長させ、第１の遮光膜３
３を形成する。

【００１１】次に、図１４（ｂ）に示すように、スパッ
タ等の方法により、第２の遮光膜３４を形成し、ＣＶＤ
シリコン酸化膜３２上に第１の遮光膜３３及びゲート電
極２９、３０を覆うようなパターン３７ｂにてフォトエ
ッチングを行った後、最後にＣＶＤ法等により表面保護
膜３５を形成することにより、ＣＣＤ型固体撮像装置を
製造していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のような構造及び
製造方法によりシリコン基板２１と第１の遮光膜３３と
の間の光の経路を無くし、スミアの改善を行っていた。
しかしながら、この第１の遮光膜３３はゲート電極の短
絡を防ぐため、フォト工程での合わせのばらつきを考慮
したアライメトマージンが必要となり、図１０（ａ）に
示すように、ゲート電極２９、３０からかなり距離をあ
けて形成されるため、最近の高画素化による画素面積縮
小を考慮すると、このような方法では、受光部面積を確
保することが困難となり、目的とする感度が得られなか
った。

【００１３】更に、従来の構造では、ゲート電極２９、
３０及び第２の遮光膜３４がかなりの画素内高低差をつ
くり、後にＣＣＤ上に形成するオンチップカラーフィル
タやマイクロレンズ形成が困難になっていた。

【００１４】本発明は上記課題を解決するもので、スミ
ア特性を低下させることなく、第１の遮光膜のゲート電
極と短絡に対し、必要なマージンを極力減少させるとと
もに、受光部面積を拡大することができ、その結果、感
度を向上させることが可能となり、更に、画素部の高低
差を低減できる固体撮像装置及びその製造方法を提供す
るものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
製造方法は、半導体基板上に光電変換部と該光電変換部
で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成され
た半導体基板上に絶縁膜を介して上記転送部上にゲート
電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆
うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該
層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程
を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲー
ト電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を
覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチ
ングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングスト
ップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程
と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を
平坦化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記
ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の
形状のレジストパターンをマスクに上記層間絶縁膜を、
上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチン
グを行うことにより、上記溝を形成する工程と、上記溝
内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に
遮光膜を形成する工程を有することを特徴とするもので
ある。

【００１６】また、他の本発明の固体撮像装置の製造方
法は、上記構成に加えて、上記エッチングストップ膜に
シリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特
徴とするものである。

【００１７】また、他の本発明の固体撮像装置の製造方
法は、上記構成に加えて、上記層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜
を用い、加熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化す
ることを特徴とするものである。

【００１８】また、他の本発明の固体撮像装置の製造方
法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストッ
プ膜除去後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した
後、上記遮光膜を形成することを有することを特徴とす
るものである。

【００１９】更に、他の本発明の固体撮像装置の製造方
法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストッ
プ膜除去後、エッチングにより上記溝底部から上記半導
体基板表面を露出させた後、上記遮光膜を形成すること
を特徴とするものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づいて、本
発明の固体撮像装置及びその製造方法を詳細に説明す
る。

【００２１】図１に本発明の第１の実施例の固体撮像装
置の構造断面図、図２乃至図４は本発明の第１の実施例
の固体撮像装置の製造工程図、図５に本発明の第２の実
施例の固体撮像装置の構造断面図、図６乃至図９は本発
明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工程を示す。

【００２２】図１に示すように、本発明の固体撮像装置
は、Ｎ型半導体基板１表面にＰウエル層２を形成し、そ
のＰウエル層２にＮ型不純物層からなる受光部４、Ｐ⁺
型不純物層からなる素子分離部（画素分離部）３、Ｎ型
不純物層からなる電荷転送部６、転送部電荷がＰウエル
層２へ流れ込むのを防ぐＰ型不純物層５を形成し、更に
受光部４表面には暗電流を抑制するためのＰ⁺不純物層
７が形成されている。

【００２３】また、電荷転送部６上にはゲート絶縁膜が
シリコン酸化膜単層やシリコン酸化物、窒化物、酸化窒
化物（ＳｉＯＮ）などの複合膜により形成され（第１の
実施例及び第２の実施例において、ゲート絶縁膜はシリ
コン酸化膜８ａとシリコン窒化膜８ｂとの積層構造とな
っている。）、更にそのゲート絶縁膜を介して１層目の
ゲート電極９、及び２層目のゲート電極１０が燐の熱拡
散やイオン注入などによって低抵抗化された多結晶シリ
コン等により形成され、ゲート電極９、１０表面及び受
光部上方のＰ⁺不純物層７表面にはシリコン酸化膜から
なる絶縁膜１１が形成されている。

【００２４】このシリコン酸化膜１１上に本発明で最も
重要な意味をもつエッチングストップ膜１６ａが形成さ
れている。このエッチングストップ膜１６ａは後に形成
する上層ＣＶＤシリコン酸化膜１２のエッチング時にシ
リコン酸化膜１２に対しての選択比が大きくなるような
（シリコン酸化膜１２のエッチングレートが大きく、エ
ッチングストップ膜１６ａのエッチングレートが小さ
い）材料、具体的には、シリコン窒化膜により形成され
ている。

【００２５】なお、このエッチングストップ膜１６ａの
シリコン窒化膜を最終工程まで受光部４上全てを覆って
形成した場合には、製造工程の最終工程で種々のダメー
ジ回復を行う水素アニール処理を行った時に受光部に到
達する水素の量が減少し、受光部で発生する暗電流が増
加する。そのため、本実施例では、図１に示しているよ
うに、受光部上のシリコン窒化膜１６ａの少なくとも一
部を除去している。

【００２６】その後、エッチングストップ膜１６ａ上及
び受光部４にて一部エッチングストップ膜１６が除去さ
れた上に、熱処理により表面が平坦化されたＣＶＤシリ
コン酸化膜１２が燐と硼素とを含んだシリコン酸化膜
（ＢＰＳＧ膜）により形成されている。

【００２７】このＣＶＤシリコン酸化膜１２及びシリコ
ン酸化膜１１に受光部４を囲むパターンで第１の遮光膜
１３形成のための溝（以下、「溝」と略す。）を形成す
るが本実施例においては図１０（ｂ）に示すように、受
光部４を囲むパターンの外周がゲート電極９及び１０に
重なるような形状で形成する。このようにゲート電極
９、１０上のシリコン酸化膜３１の上にはエッチングス
トップ膜１６ａが形成されており、溝形成のエッチング
をシリコン酸化膜１１、１２とシリコン窒化膜１６ａと
の選択比の大きい条件で用いることにより、溝形成のた
めのエッチングはシリコン窒化膜１６ａで止まり、エッ
チングによりゲート電極９、１０が露出することなく溝
を形成することができる。

【００２８】このように本発明を用いることにより、溝
の受光部外周側はゲート電極９、１０に自己整合的に形
成することができ、溝パターンのパターニング時にパタ
ーンズレが発生して溝の幅が遮光膜の形成限界を下回ら
ないこと、即ち後述するように、遮光膜となる高融点金
属が溝内部に入らない限界だけを考慮すればよいことに
なり、図１０（ｂ）に示すようにゲート電極と受光部の
面積が同じでも、従来より遮光膜開口を大きくすること
ができ、感度を向上させることができる。

【００２９】また、従来技術において、開口面積増大の
ために、溝の形成を微細なプロセスで形成し、アライメ
ント精度を向上させるには、多大な技術的困難が伴うの
に対して、本発明では、溝はゲート電極９、１０にセル
フアライメントで形成されているので、特に微細なプロ
セスに用いることなく溝を形成することができる。

【００３０】次に、溝内に露出したエッチングストッパ
膜１６ａを、今度は逆にシリコン窒化膜のエッチングレ
ートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小
さいような条件でエッチング除去を行い、更に、露出し
たシリコン酸化膜１１の底部をウエットエッチング若し
くはドライエッチングにて除去し、溝内に第１の遮光膜
３を選択成長により形成している。その後、第２の遮光
膜１４の形成、パターニング、表面保護膜１５の形成を
行った構成となっている。

【００３１】次に、本発明の第１の実施例の固体撮像装
置の製造工程について説明する。

【００３２】まず、図２（ａ）に示すように、Ｎ型半導
体基板１表面にＰウエル層２を形成し、このＰウエル層
２の上にＮ型不純物層である受光部４、電荷転送部下の
Ｐ型不純物層５、電荷転送部となるＮ型不純物層６、素
子分離（画素分離）用のＰ⁺不純物層３を、受光部４の
表面にＰ⁺不純物層７をパターニング、不純物打ち込
み、熱処理等を繰り返すことにより、順次形成する。

【００３３】その後、ゲート絶縁膜８ａ，８ｂを熱酸
化、ＣＶＤ、若しくはその複合工程により形成し、更
に、第１のゲート電極９となる多結晶シリコン等の材料
をＣＶＤ法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入
などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程によ
りパターニング、熱酸化等によりシリコン酸化膜１１の
形成を行う。

【００３４】本実施例では、ゲート絶縁膜はシリコン酸
化膜８ａとシリコン窒化膜８ｂとの積層構造としている
が、ゲート絶縁膜にシリコン窒化膜を用いる場合、その
シリコン窒化膜は第２のゲート電極１０のエッチング時
か、又はこのエッチングとは別工程で除去しておくこと
が望ましい。これは、後に続く熱酸化工程において、受
光部４上のシリコン酸化膜とゲート電極９、１０上のシ
リコン酸化膜との膜厚差を設ける上で、重要な意味をも
ち、即ち、シリコン基板上の酸化レートに比べてＮ⁺を
ドーピングされた多結晶シリコン上の酸化レートが１．
５〜４倍であることを利用して、受光部４上には比較的
薄く、ゲート電極９、１０上には比較的厚くシリコン酸
化膜１１を形成するためである。

【００３５】本実施例では、受光部４上においては２０
〜５０ｎｍ、ゲート電極９、１０上においては１００〜
３００ｎｍの膜厚でシリコン酸化膜１１を形成してい
る。これらについては、後で述べる受光膜のダメージ防
止の上で重要な意味を待つ。

【００３６】次に、図２（ｂ）に示すように、ゲート電
極９、１０及び受光部上シリコン酸化膜１１上にエッチ
ングストップ膜１６ａとなるシリコン窒化膜を減圧ＣＶ
Ｄ法等により形成する。その条件は反応室圧力４０〜６
０Ｐａ、ＮＨ₃ガスを５００〜７００ｓｃｃｍ、ＳｉＨ₂
Ｃｌ₂ガスを５０〜１００ｓｃｃｍ、成膜温度を７００
〜９００℃、シリコン窒化膜の膜厚を２０〜１００ｎｍ
とする。

【００３７】次に、レジストパターン１７ａをエッチン
グマスクとして用い、このエッチングストップ膜１６ａ
の受光部上の一部をエッチング除去する。この条件は平
行平板プラズマエッチャーを用い、反応室圧力を３０〜
５０Ｐａ、ＳＦ₆ガスを２０〜５０ｓｃｃｍ、ＲＦ電極
パワーを５００〜２００Ｗとする。

【００３８】次に、図３（ａ）に示すように、熱処理で
平坦化したＣＶＤシリコン酸化膜１２を形成する。その
条件は、常圧ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ₄ガスを７０〜
１００ｃｃ／ｍｉｎ、ＰＨ₃ガスを１５０〜２５０ｃｃ
／ｍｉｎ、Ｂ₂Ｈ₆ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍｉｎ、
Ｏ₂ガスを２〜３リットル／ｍｉｎ、成膜温度を４００
〜５００℃とし、膜中に含まれる燐の濃度を３．５ｍｏ
ｌ％以上、硼素の濃度を３．５ｗｔ％以上にすれば、こ
の後の９００〜１０００℃の熱処理により表面がほぼ平
坦なシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）１２が形成できる。

【００３９】このＣＶＤシリコン酸化膜１２に図１０
（ｂ）のようなパターンが外周部がゲート電極９、１０
と重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、ＣＶ
Ｄシリコン酸化膜のエッチング除去のエッチングマスク
となるレジストパターン１７ｂを形成する。このとき、
溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極９、１０
との間隔は、溝パターンのフォトリソグラフィ時のアラ
イメントずれを考慮して、第１の遮光膜成膜限界以下に
ならない寸法で形成することが必要である。後の工程に
示すように、第１の遮光膜１３はゲート電極９、１０上
のシリコン酸化膜１１のエッジと溝の内周側エッジとの
間に形成されるので、その幅を少なくとも遮光膜の成膜
限界（０．１〜０．２μｍ）＋アライメントズレマージ
ン（０．１〜０．２μｍ）以上に設定しておく必要があ
る。また、遮光膜形成を本実施例では選択成長にて行う
ので、溝内部にゲート電極９、１０部分があまり大きく
突出しない幅で形成するようにした方が望ましい。

【００４０】以上のようにエッチングマスクを形成後、
図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤシリコン酸化膜１２の
エッチングを行い、溝を形成する。本実施例において
は、エッチングストッパ膜１６ａにシリコン窒化膜を用
いているので、そのエッチング条件は高密度プラズマエ
ッチング装置、例えば誘導結合型プラズマエッチング装
置を用い、過炭素炭化弗素ガス、例えばＣ₂Ｆ₄、Ｃ
₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈のうちの少なくとも一の
ガスとＣＯとＡｒ等の不活性ガスとを用いた。

【００４１】本実施例において、処理室圧力を５〜２０
Ｐａ、Ｃ₄Ｆ₈ガスを５〜３０ｓｃｃｍ、ＣＯガスを２０
〜１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを１００〜３００ｓｃｃ
ｍ、誘導コイルＲＦパワーを７００〜２０００Ｗ、バイ
アスＲＦパワーを７００〜２０００Ｗにてエッチングを
行った。

【００４２】更に、図４（ａ）に示すように、エッチン
グマスクとなるレジストパターン１７ｂを残したまま、
溝内に露出したエッチングストッパ膜（シリコン窒化
膜）を同装置にて処理室圧力を０．１〜５Ｐａ、ＣＨＦ
₃ガスを５〜１００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガスを５〜７０ｓｃｃ
ｍ、誘導コイルＲＦパワーを１０００〜２５００Ｗ、バ
イアスＲＦパワーを５００〜１５００Ｗにてドライエッ
チングを行うか、エッチングマスク除去後、熱リン酸処
理により除去を行う。

【００４３】次に、図４（ｂ）に示すように、第１の遮
光膜１３の選択成長のため、溝底部のシリコン酸化膜１
１の除去を行うが、その方法はＲＩＥによる異方性ドラ
イエッチングとＨＦ溶液でのウエットエッチングの２つ
の方法から選択することができる。前者のＲＩＥによる
ドライエッチングは、処理室圧力を１００〜２５０Ｐ
ａ、ＣＦ₄ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ₃ガスを
２０〜１００ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５００〜１０００ｓ
ｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５００〜１０００Ｗの条件に
て実現でき、異方性エッチングによる垂直形状維持と、
ゲート電極２９、３０側部のシリコン酸化膜３１の膜厚
減少がなくエッチングすることができるが、受光部上の
シリコンにプラズマダメージを与える可能性をもってお
り、撮像時の白点不良等発生する可能性がある。

【００４４】本実施例においては、プラズマダメージを
抑えるため、ＨＦ溶液でのウエットエッチングにより、
受光部４上のシリコン酸化膜１１の除去を行った。上述
したように、受光部４上のシリコン酸化膜厚とゲート電
極９、１０上のシリコン酸化膜の膜厚は、その酸化レー
トの差を利用して膜厚差を設けており、その膜厚差によ
ってゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜１１を残し
て、受光部４上のシリコン酸化膜だけをウエットエッチ
ングにより除去することができ、ゲート電極９、１０の
短絡なく第１の遮光膜１３を形成することができる。

【００４５】次に、図４（ｂ）に示すように、減圧ＣＶ
Ｄ法等を、例えば１３〜１３０Ｐａの圧力、成長温度を
２５０〜６５０℃、六弗化タングステン（ＷＦ₆）とモ
ノシラン（ＳｉＨ₄）とを原料ガスとした条件で行うこ
とにより、この溝内にタングステン等の高融点金属膜を
選択的に成長させ、第１の遮光膜１３を形成する。

【００４６】次に、図１に示すように、スパッタ等の方
法により、第２の遮光膜１４を形成し、ＣＶＤシリコン
酸化膜１２の上に第１の遮光膜１３及びゲート電極９、
１０を覆うようなパターンを用いてフォトエッチングを
行った後、最後にＣＶＤ等により表面保護膜１５を形成
する。

【００４７】次に、図５乃至図９を用いて、本発明の第
２の実施例として、エッチングストッパ膜に多結晶シリ
コン膜を用いた場合について述べる。

【００４８】このエッチングストップ膜の多結晶シリコ
ン膜を受光部上全てを覆って形成した場合、この膜厚に
応じて特性波長の光の感度が低下する。そのため、本実
施例では、受光部において光の入射する中央部を除去し
ている。また、エッチングストップ膜上及び受光部にて
中央部のエッチングストップ膜が除去された上に熱処理
により平坦化されたＣＶＤシリコン酸化膜１２が燐と硼
素とを含んだシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）により形成
されている。

【００４９】このＣＶＤシリコン酸化膜１２及びシリコ
ン酸化膜１１に受光部を囲むパターンで第１の遮光膜１
３形成のための溝を形成するのであるが、本実施例にお
いては、受光部４を囲むパターンの外周がゲート電極
９、１０に重なるようなパターンで形成する。上述のよ
うに、ゲート電極９、１０上の酸化膜１１の上にはエッ
チングストップ膜１６ｂである多結晶シリコン膜が形成
されており、溝形成のエッチングをシリコン酸化膜と多
結晶シリコン膜の選択比の大きい条件を用いることで、
溝形成のためエッチングは多結晶シリコン膜１６ｂで止
まり、エッチングがゲート電極９、１０まで至る事なく
溝を形成することができる。このように、溝の形成を受
光部外周側はゲート電極９、１０に自己整合的に形成す
ることができ、溝パターンのパターニング時にパターン
ズレが発生して溝の幅が第１の遮光膜１３の形成限界を
下回らないことだけを考慮すればよいことになり、ゲー
ト電極９、１０と受光部４との面積が同じでも、従来よ
り遮光膜開口面積を大きくすることができ、感度を向上
させることができる。

【００５０】また、従来例において開口面積増大のため
に、溝を微細なプロセスで形成し、アライメント精度を
向上させるには多大な技術的困難が伴うのに対して、本
発明では、溝はゲート電極９、１０に自己整合的に形成
されているので、特に微細なプロセスを用いることな
く、溝を形成することができる。

【００５１】次に、溝内に露出したエッチングストップ
膜１６ｂを今度は逆に多結晶シリコン膜のエッチングレ
ートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小
さいような条件でエッチング除去を行い、更に露出した
シリコン酸化膜１１の底部（受光部上の部分）をウエッ
トエッチング若しくはドライエッチングにて除去し、少
なくとも溝内及びＣＶＤシリコン酸化膜１２上に遮光膜
材料の下地膜となる金属膜１８を形成する。その上に第
１の遮光膜１３となるタングステン等の高融点金属膜を
埋め込み成長させ、ＲＩＥプラズマエッチバックにより
溝内を残して除去し、更に、下地金属膜をＲＩＥでエッ
チング除去する。その後、第２の遮光膜１４の形成、パ
ターニング、表面保護膜１５の形成を行う。

【００５２】以下、図５乃至図９を用いて、第２の実施
例の固体撮像装置の製造工程を説明する。

【００５３】まず、実施例１と同様に、図６（ａ）に示
すように、Ｎ型半導体基板１表面にＰウエル層２を形成
し、このＰウエル層２の上にＮ型不純物層である受光部
４、電荷転送部下のＰ型不純物層５、電荷転送部となる
Ｎ型不純物層６、素子分離（画素分離）用のＰ⁺不純物
層３を、受光部４の表面にＰ⁺不純物層７をパターニン
グ、不純物打ち込み、熱処理等を繰り返すことにより、
順次形成し、その後、ゲート絶縁膜８ａ，８ｂを熱酸
化、ＣＶＤ、若しくはその複合工程により形成し、更
に、第１のゲート電極２９となる多結晶シリコン等の材
料をＣＶＤ法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注
入などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程に
よりパターニング、熱酸化等によりシリコン酸化膜１１
の形成を行う。

【００５４】次に、図６（ｂ）に示すように、ゲート電
極９、１０及び受光部上のシリコン酸化膜１１上にエッ
チングストップ膜１６ｂとなる多結晶シリコン膜を減圧
ＣＶＤ法等により形成する。その条件は反応室内圧力を
２０〜６０Ｐａ、ＳｉＨ₄ガスを５０〜２００ｃｃ／
ｍ、Ｎ₂ガスを５０００〜１００００ｃｃ／ｍ、成膜温
度を５００〜７５０℃、膜厚を２０〜１００ｎｍであ
る。このエッチングストップ膜（多結晶シリコン膜）１
６ｂの受光部上の一部を、レジストパターン１７ｃを用
いて、エッチング除去する。その条件は平行平板プラズ
マエッチャを用い、反応室圧力を３０〜５０Ｐａ、ＳＦ
₆ガスを１００〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガスを２〜５０ｓ
ｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５０〜２００Ｗである。

【００５５】次に、図７（ａ）に示すように、熱処理し
て平坦化したＣＶＤシリコン酸化膜を形成するのである
が、その条件は、常圧ＣＶＤ装置を用い、ＳｉＨ₄ガス
を７０〜１００ｃｃ／ｍ、ＰＨ₃ガスを１５０〜２５０
ｃｃ／ｍ、Ｂ₂Ｈ₆ガスを１５０〜２５０ｃｃ／ｍ、Ｏ₂
ガスを２〜３リットル／ｍ、成膜温度を４００〜５００
℃であり、膜中に含まれる燐の濃度を３．５ｍｏｌ％以
上、硼素の濃度を３．５ｗｔ％以上にすれば、この後の
９００〜１０００℃の熱処理によりほぼ平坦なシリコン
酸化膜１２を形成することができる。このＣＶＤシリコ
ン酸化膜１２にパターン外周部がゲート電極９、１０と
重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、ＣＶＤ
シリコン酸化膜エッチング除去のエッチングマスクとな
るレジストパターン１７ｄを作成するのであるが、この
とき、溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極
９、１０の間隔は溝パターンフォトリソグラフィ時のア
ライメントズレを考慮し、第１の遮光膜成膜限界以下に
ならない寸法で形成する必要がある。

【００５６】後の工程に示すように、第１の遮光膜１３
はゲート電極９、１０上のシリコン酸化膜１１のエッジ
と溝の内周側エッジの間に形成されているので、その幅
を成膜限界（０．１〜０．２μｍ）＋アライメントマー
ジン（０．１〜０．２μｍ）に設定しておく必要があ
る。また、遮光膜形成を本実施例では埋め込み成長・エ
ッチバックにより成膜しているので、溝パターン幅は第
１の遮光膜の膜厚の２倍以下にて形成するのが望まし
い。

【００５７】以上のようにレジストパターン１７ｄを形
成後、図７（ｂ）に示すように、ＣＶＤシリコン酸化膜
のエッチングを行い、溝を形成する。本実施例において
は、エッチングストップ膜１６ｂに多結晶シリコンを用
いているので、そのエッチング条件は実施例１のエッチ
ングストップ膜にシリコン窒化膜を用いた場合に比べて
比較的容易で，通常のＲＩＥエッチング装置を用い、処
理室圧力を１００〜３００Ｐａ、ＣＨＦ₃ガスを２０〜
１００ｓｃｃｍ、ＣＦ₄ガスを５〜５０ｓｃｃｍ、Ａｒ
ガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５
００〜１０００Ｗの条件にて実現できる。

【００５８】次に、図８（ａ）に示すように、エッチン
グマスクを残したまた、第１の遮光膜形成用溝内に露出
したエッチングストップ膜（多結晶シリコン膜）を平行
平板プラズマエッチャ装置に換え、処理室圧力を３０〜
５０Ｐａ、ＳＦ₆ガスを１００〜３００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガ
スを２〜５０ｓｃｃｍ、電極ＲＦパワーを５０〜２００
Ｗの条件にて除去を行う。

【００５９】次に、溝底部のシリコン酸化膜１１の除去
を行うが、その方法は、ＲＩＥによる異方性ドライエッ
チングとＨＦ溶液でのウエットエッチングの２種類から
選択することができる。前者のＲＩＥによるドライエッ
チングは、処理室圧力を１００〜１５０Ｐａ、ＣＦ₄ガ
スを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ₃ガスを２０〜１０
０ｓｃｃｍ、Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、電
極ＲＦパワーを５００〜１０００Ｗの条件にて実現で
き、異方性エッチングによる垂直形成維持と、ゲート電
極９、１０側部のシリコン酸化膜１１の膜厚減少なくエ
ッチングすることができるが、受光部上のシリコンにプ
ラズマダメージを与える可能性があるため、撮像時の白
点不良等発生する可能性がある。

【００６０】本実施例においてはプラズマダメージを抑
えるため、ＨＦ溶液でのウエットエッチングにより受光
部上のシリコン酸化膜除去を行った。上述したように、
受光部上のシリコン酸化膜の膜厚とゲート電極９、１０
上のシリコン酸化膜の膜厚にはその酸化レートの差を利
用して膜厚差を設けており、この膜厚差によってゲート
電極９、１０上のシリコン酸化膜を残して受光部上のシ
リコン酸化膜だけをウエットエッチングにより除去する
ことができ、ゲート電極９、１０の短絡なく、第１の遮
光膜１３を形成することができる。

【００６１】次に、図８（ｂ）に示すように、スパッタ
リング等の方法により第１の遮光膜１３の下地となるＴ
ｉＮ、ＴｉＷ等の金属膜１８を、少なくとも、溝内部と
ＣＶＤシリコン酸化膜１２上に形成する。この下地金属
膜の形成は、第１の遮光膜形成時の溝内部とＣＶＤシリ
コン酸化膜との密着性を向上させるために行うものであ
る。その後、減圧ＣＶＤ法等、例えば５０００〜１００
００Ｐａの圧力、成長温度２５０〜６５０℃、六弗化タ
ングステン（ＷＦ₆）とアルゴン（Ａｒ）、水素
（Ｈ₂）、窒素（Ｎ₂）を原料ガスとした条件により、下
地金属膜１８上にタングステン等の高融点金属膜を成長
させる。減圧ＣＶＤ法の他にスパッタ法を用いてもよ
い。

【００６２】次に、図９に示すように、別のＲＩＥエッ
チングチャンバーにウエハを移し、処理室圧力を１５〜
５０Ｐａ、ＳＦ₆ガスを５０〜２００ｓｃｃｍ、Ａｒガ
スを５０〜１５０ｓｃｃｍ、Ｈｅガスを２〜２０ｓｃｃ
ｍ、電極ＲＦパワーを３００〜７００Ｗの条件にて成長
させた高融点金属膜（タングステン）を平坦化したＣＶ
Ｄシリコン酸化膜１２上部の下地金属膜１８が露出する
までエッチングし、溝内部を残し全て除去する。

【００６３】その後、ＣＶＤシリコン酸化膜１２上部に
露出した下地金属膜１８を、例えばＥＣＲ型プラズマエ
ッチング装置を用い、処理室圧力を０．１〜３Ｐａ、Ｂ
Ｃｌ ₃ガスを２０〜１００ｓｃｃｍ、ＳＦ₆ガスを１０〜
５０ｓｃｃｍ、マイクロ波パワーを２００〜５００Ｗ、
バイアスＲＦパワーを２０〜１００Ｗの条件でエッチン
グ除去し、第１の遮光膜１３を形成する。上述のよう
に、本実施例においては下地に金属膜を敷いて、高融点
金属膜のＣＶＤ成長を行うため、溝底部のシリコン基板
は必ずしも露出さえておく必要がなく、受光部上のシリ
コン酸化膜を残した形状でも、第１の遮光膜を形成する
ことができ、シリコン基板にエッチングによるダメージ
を与えることの無い工程とすることもできる。但し、こ
の場合、シリコン基板１と第１の遮光膜１３との間に若
干の隙間ができるので、スミア特性は悪くなる。

【００６４】次に、図５に示すように、スパッタ等の方
法により第２の遮光膜１４を形成し、ＣＶＤシリコン酸
化膜１２上に第１の遮光膜及びゲート電極９、１０を覆
うようなパターンにてフォトエッチングを行った後、最
後にＣＶＤ等により、表面保護膜１５を形成する。ま
た、本実施例では、下地金属膜堆積、第１の遮光膜の成
長及びＲＩＥによるエッチバック工程を用いる例を示し
たが、実施例１と同様に下地金属を用いない場合におい
ても適用できる。

【００６５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、半導体基
板上に光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を
転送する電荷転送部とが形成された半導体基板上に絶縁
膜を介して上記転送部上にゲート電極を形成した後、上
記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜
を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設
け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像
装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した
後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記
層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を
形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電
変換部上の一部領域を除去する工程と、上記層間絶縁膜
を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の
一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパタ
ーンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングスト
ップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことによ
り、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチン
グストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する
工程を有する本発明を用いることにより、スミア特性を
低下させることなく、第１の遮光膜と２層のゲート電極
との短絡に対し必要なマージンを極力減少させると共
に、第１の遮光膜を形成することができ、受光部面積を
広げることができる。

【００６６】また、画素部の段差も第２の遮光膜の膜厚
分まで縮小することができ、後のオンチップ工程におけ
るカラーフィルタやマイクロレンズ等を容易に形成する
ことができ、層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜を用いて、加熱に
より層間絶縁膜の表面を平坦化することにより、より容
易に実効がはかれる。

【００６７】また、遮光膜と溝との間に密着層を設ける
ことにより、溝底部を基板表面が露出するまでエッチン
グする必要がないため、遮光膜形成用溝の形成時の基板
へのダメージも無くすこともでき、白点不良等の撮像不
良も少なくすることができる固体撮像装置を提供するこ
とができる。

【００６８】更に、溝底部を基板表面が露出するまでエ
ッチングした後、遮光膜を溝内に形成することで、より
遮光性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の構成断
面図である。

【図２】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の構成断
面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図７】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例の固体撮像装置の製造工
程に一部断面図である。

【図１０】（ａ）は従来の固体撮像装置の第１の遮光膜
形成状態を示す図であり、（ｂ）は本発明の固体撮像装
置の第１の遮光膜形成状態を示す図である。

【図１１】従来の固体撮像装置の構成断面図である。

【図１２】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図
である。

【図１３】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図
である。

【図１４】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図
である。

【符号の説明】

１シリコン基板２Ｐ型ウエル層３、７Ｐ⁺型不純物層５Ｐ型不純物層４受光部６電荷転送部８ａシリコン酸化膜８ｂシリコン窒化膜９第１のゲート電極１０第２のゲート電極１１シリコン酸化膜１２ＣＶＤシリコン酸化膜１３第１の遮光膜１４第２の遮光膜１５表面保護膜１６ａ、１６ｂエッチングストップ膜１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄレジストパターン１８下地金属膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に光電変換部と該光電変換
部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成さ
れた半導体基板上に絶縁膜を介して上記転送部上にゲー
ト電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を
覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の
該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工
程を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷
転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際
のエッチングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領
域を除去する工程と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦
化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の
一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパタ
ーンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングスト
ップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことによ
り、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上
記溝に遮光膜を形成する工程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】上記エッチングストップ膜にシリコン窒
化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特徴とする、
請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】上記層間絶縁膜にＢＰＳＧ膜を用い、加
熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化することを特
徴とする、請求項１又は請求項２に記載の固体撮像装置
の製造方法。
【請求項４】上記溝内のエッチングストップ膜除去
後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した後、上記
遮光膜を形成することを有することを特徴とする、請求
項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像装置の製
造方法。
【請求項５】上記溝内のエッチングストップ膜除去
後、エッチングにより上記溝底部から上記半導体基板表
面を露出させた後、上記遮光膜を形成することを特徴と
する、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮
像装置の製造方法。