JP2004356224A - 固体撮像装置製造方法および固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、暗電流の発生を抑制しつつ固体撮像装置の感度を向上させることができると共に、エッチング処理により配線がダメージを受けていない固体撮像装置を容易に製造可能とできる固体撮像装置製造方法を提供することである。
【解決手段】半導体基板１上に受光部１２を形成し、受光部１２および半導体基板１上に第１の絶縁膜６を形成し、第１の絶縁膜６上に、配線用の金属膜を形成し、金属膜上に、保護膜８を形成し、保護膜の所定領域にレジスト膜を形成し、レジスト膜を用いて保護膜８および金属膜のそれぞれの一部を除去して、上部が保護膜８に覆われた配線７を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜１０を、配線７および前記第１の絶縁膜６の上に形成し、第２の絶縁膜１０に対して加熱処理を施し、第２の絶縁膜１０の全面に対して異方性エッチング処理を行って、当該第２の絶縁膜１０を除去している。
【選択図】 図２
【解決手段】半導体基板１上に受光部１２を形成し、受光部１２および半導体基板１上に第１の絶縁膜６を形成し、第１の絶縁膜６上に、配線用の金属膜を形成し、金属膜上に、保護膜８を形成し、保護膜の所定領域にレジスト膜を形成し、レジスト膜を用いて保護膜８および金属膜のそれぞれの一部を除去して、上部が保護膜８に覆われた配線７を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜１０を、配線７および前記第１の絶縁膜６の上に形成し、第２の絶縁膜１０に対して加熱処理を施し、第２の絶縁膜１０の全面に対して異方性エッチング処理を行って、当該第２の絶縁膜１０を除去している。
【選択図】 図２
Description
【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発明である。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置において、フォトダイオード付近での暗電流の発生を抑制することは、当該固体撮像装置の性能向上において非常に重要である。そのため、かかる暗電流の発生を抑制するためのさまざまな方法あるいは装置が提案されている。以下に、図面を参照しながら従来の暗電流の発生が抑制された固体撮像装置の一例について図面を参照しながら説明する。ここで、図１１は、当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図１１の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１１の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【０００３】
図６に示す固体撮像装置は、シリコン基板１、ゲート絶縁膜２、転送電極３、層間絶縁膜４、遮光膜５、絶縁膜６、配線膜７、絶縁膜１０、マイクロレンズ１１およびフォトダイオード（以下、ＰＤと省略する）１２を備える。当該固体撮像装置は、以下に示す工程により作成される。
【０００４】
まず、シリコン基板１上に受光素子であるＰＤ１２を形成する。次に、ゲート絶縁膜２（例えばシリコン酸化膜）、転送電極３（例えばＡｌ（アルミニウム））、層間絶縁膜４（例えばシリコン酸化膜）および遮光膜５（例えばＷ（タングステン））等のＣＣＤ回路受光部をシリコン基板１上に形成する。その後、下層配線（図示せず）と配線膜７とを絶縁するための絶縁膜６（例えばシリコン酸化膜）を堆積し、当該絶縁膜６上に配線膜７（例えばＡｌ）をレジスト膜を用いたフォトリソグラフィ技術により形成する。
【０００５】
配線膜７の形成が完了すると、Ｎ（窒素）−Ｈ（水素）結合を多量に含有する絶縁膜１０（例えば、シリコン窒化膜）を、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁膜６および配線膜７上に形成する。その後、当該固体撮像装置に対して３００〜４５０℃で数分〜数時間の熱処理を施す。上記絶縁膜１０の形成および熱処理がなされることにより、暗電流が低減される。以下に、上記熱処理により暗電流が低減される理由について詳しく説明する。
【０００６】
まず、暗電流とは、例えば、シリコン基板１とシリコン酸化膜であるゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位が原因となって発生するものである。暗電流の原因となっている界面準位は、シリコン基板１上とシリコン酸化膜のゲート絶縁膜２との界面に存在するシリコン原子の未結合手（以下、ダングリングボンドという）の存在に起因するものである。すなわち、ダングリングボンドの数を低減できれば、暗電流の発生を抑制することが可能となる。
【０００７】
そこで、上記従来の固体撮像装置では、シリコン原子のダングリングボンドに水素原子を結合させて、ダングリングボンドを減少させることにより、界面準位を減少させている。具体的には、Ｎ−Ｈ結合を含有するシリコン窒化膜の絶縁膜１０を堆積した後、加熱処理を施すことで、当該絶縁膜１０に含まれる水素原子を固体撮像装置内に拡散させている。固体撮像装置内に拡散した水素原子は、絶縁膜６等を通過し、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に到達する。そして、当該水素原子は、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に存在するダングリングボンドと結合する。これにより、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位を減少させることができ、暗電流の発生を抑制することができる（例えば、特許文献１の図１１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２８３６６７号公報（図１１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、絶縁膜１０に用いられるプラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜は、その他の絶縁膜に比べて光の吸収率が高い。そのため、当該絶縁膜１０がマイクロレンズ１１の下に存在すると、ＰＤ１２に届く光量が少なくなってしまい、固体撮像装置の感度特性を劣化させてしまう。したがって、固体撮像装置の感度向上の観点からは、上記熱処理を行った後に、絶縁膜１０をエッチング処理により除去することが好ましい。
【００１０】
ここで、絶縁膜１０をエッチング処理により除去するためには、当該配線層７に対してマスクを施してエッチング処理を行う必要がある。これは、配線層７がエッチング処理に直接さらされると、当該配線層７がダメージを受けるからである。
【００１１】
しかしながら、配線層７の領域にマスクの形成する場合には、フォトレジストの塗布、露光および現像といった複雑かつ多数の工程が必要とされる。そのため、絶縁膜１０の除去工程において、配線層７を保護するためのマスクの形成が必要となると、固体撮像装置の製造のための工程数が増加してしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、暗電流の発生を抑制しつつ固体撮像装置の感度を向上させることができると共に、エッチング処理により配線がダメージを受けていない固体撮像装置を容易に製造可能とできる固体撮像装置製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明では、半導体基板上に受光部を形成し、受光部および当該半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に、配線用の金属膜を形成し、金属膜上に、保護膜を形成し、保護膜の所定領域にレジスト膜を形成し、レジスト膜を用いて保護膜および金属膜のそれぞれの一部を除去して、上部が保護膜に覆われた配線を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜を、配線および前記第１の絶縁膜の上に形成し、第２の絶縁膜に対して加熱処理を施し、第２の絶縁膜の全面に対して異方性エッチング処理を行って、当該第２の絶縁膜を除去するようにしている。このような工程で固体撮像装置を形成すれば、配線を形成するためのレジスト膜と当該配線を保護するための保護膜を形成するためのレジスト膜とを共通化することができる。その結果、レジスト膜を形成する回数を減らすことが可能となり、固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【００１４】
ここで、配線を形成する方法は、レジスト膜をマスクとして、金属膜および保護膜をエッチング除去し、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、一度のエッチング処理でレジスト膜および金属膜を選択的に除去することができるようになる。
【００１５】
また、配線を形成する方法は、上記以外に、レジスト膜をマスクとして、保護膜をエッチング除去し、レジスト膜を除去し、保護膜をマスクとして、金属膜をエッチング除去するようにしてもよい。このように、金属膜および保護膜の除去を２段階で行うことにより、それぞれの膜に最適な条件のエッチング処理を行うことができる。その結果、より精度よく配線を形成することが可能となる。
【００１６】
なお、第２の絶縁膜をエッチング除去した後に、第１の絶縁膜上に、受光部に光を集めるためのレンズを形成するようにしてもよい。このように、レンズを形成することにより、より効率よく受光部に光を集めることが可能となる。
【００１７】
また、加熱処理を施した後、配線の間にレジスト膜を形成し、第２の絶縁膜を除去する際には、配線の間に設けられたレジスト膜をマスクとして異方性エッチング処理を行い、配線の間に絶縁膜を堆積するようにしてもよい。このように、配線間を絶縁膜で埋めることにより、配線間に存在する段差が小さくなり、当該配線上に膜やレジストを精度よく形成しやすくなる。
【００１８】
第２の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることが好ましい。プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜は、Ｎ−Ｈ結合を多量に含む。そのため、熱処理時において、固体撮像装置内に多量の水素原子が拡散して、当該固体撮像装置内に発生している界面準位と結合する。その結果、当該固体撮像装置内で発生する暗電流を抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明のその他の局面によれば、半導体基板上に受光部を形成し、受光部および半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に、配線を形成し、配線および第１の絶縁膜に保護膜を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜を、保護膜上に形成し、第２の絶縁膜に対して加熱処理を施し、エッチング処理を行って、第２の絶縁膜を除去するようにしている。なお、上記保護膜は、第２の絶縁膜よりも高い光の透過性を有している。保護膜は、高い光の透過性を有しているので、固体撮像装置の全面に形成されたとしても、受光部への光の入射を妨げることがない。そのため、受光部上に形成された保護膜を除去する必要がない。そのため、このような工程で固体撮像装置を作成すれば、レジスト膜の形成が、配線の形成時のみで済むので、レジスト膜の形成回数を減らすことが可能となる。その結果、固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【００２０】
ここで、上記エッチング処理は、異方性エッチング処理であっても、等方性エッチング処理であってもよい。エッチング処理が等方性エッチング処理である場合には、第２の絶縁膜を完全に除去することが可能となる。
【００２１】
なお、本発明は、固体撮像装置製造方法のみならず、当該製造方法により作成された固体撮像装置にも向けられている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法では、暗電流の低減のために、プラズマシリコン窒化膜の絶縁膜を形成して熱処理を施すとともに、固体撮像装置の感度向上のために、当該プラズマシリコン窒化膜の絶縁膜を除去している。ここで、図１および図２は、当該固体撮像装置製造方法の各工程における固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図１および図２の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１および図２の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００２３】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。以下に、具体的に、当該ＣＣＤ回路の形成について説明する。
【００２４】
まず、ＰＤ１２が形成されたシリコン基板１上に、ゲート絶縁膜２（シリコン酸化膜）を堆積し、当該ゲート絶縁膜２上に転送電極３（例えばポリシリコン）を形成する。次に、当該転送電極３および絶縁膜２上に、絶縁膜４（例えばシリコン酸化膜）を堆積する。その後、当該絶縁膜４上に、転送電極３を覆うように遮光膜５（例えばＷ）を形成する。これにより、ＣＣＤ回路の形成が完了する。
【００２５】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６（例えばシリコン酸化膜）を堆積する。なお、当該絶縁膜６表面は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等により、平坦化される。
【００２６】
次に、所定の膜厚を有する配線層７（例えばＡｌ）を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。配線層７の堆積が完了した後、当該配線層７上に絶縁膜８を堆積する。なお、当該絶縁膜８の一例としては、プラズマＣＶＤ法により堆積されるシリコン窒化膜（以下、プラズマシリコン窒化膜と称す）が挙げられる。これにより、固体撮像装置は、図１（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００２７】
上記絶縁膜８の堆積が完了すると、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜８の所定領域をマスクするレジスト９ａを形成する。その後、図１（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により絶縁膜８および配線層７のそれぞれの一部を除去する。これにより、共通のレジスト９ａを用いて配線層７と絶縁膜８とのパターニングが同時に行われ、固体撮像装置は、配線層７の上部が絶縁膜８により覆われた構造を有するようになる。この後、アッシング処理等を行って、レジスト９ａを除去する。
【００２８】
レジスト９ａの除去が完了すると、図２（ｄ）に示すように、当該固体撮像装置の全面に対して、プラズマＣＶＤ法により、Ｎ−Ｈ結合を含有する絶縁膜１０を堆積する。当該Ｎ−Ｈ結合を含有する絶縁膜１０としては、例えば、プラズマシリコン窒化膜が挙げられる。この後、当該固体撮像装置に対して、熱処理を行う。当該熱処理により、絶縁膜１０中に存在する水素原子が、固体撮像装置内に拡散し、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に到達し、当該界面に存在するダングリングボンドと結合する。これにより、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面準位が減少し、暗電流の発生が抑制される。なお、当該熱処理は、数分〜数時間、固体撮像装置を３００〜４５０℃に加熱することにより行われる。
【００２９】
次に、固体撮像装置の全面に対してエッチバック法を行って、絶縁膜１０を除去する。具体的には、絶縁膜１０にマスクを施すことなく、受光部領域上の絶縁膜１０が完全に除去されるまで、異方性ドライエッチング処理を施す。これにより、図２（ｅ）に示すように、配線層７の両サイドにはサイドウォール状に絶縁膜１０が残るとともに、配線層７の上部には絶縁膜８が残る。そのため、受光部領域の絶縁膜１０がドライエッチング処理により全て除去されても、配線層７がドライエッチング処理に直接さらされることがなくなり、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。なお、当該ドライエッチング処理に用いるエッチングガスとしては、例えば炭化フッ素系のガスが挙げられる。
【００３０】
最後に、図２（ｆ）に示すように、受光部領域に形成されたＰＤ１２の鉛直上方であって、かつ絶縁膜６上に、マイクロレンズ１１を形成する。当該マイクロレンズ１１は、絶縁膜１０に用いられる窒化シリコンよりも高い光の透過率有する窒化シリコンにより作成される。なお、当該マイクロレンズ１１の形成時に、配線層７の両サイドに窒化シリコンのサイドウォールが形成される。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、絶縁膜８が配線層７上に存在することにより、受光部領域の絶縁膜１０が全て除去されたとしても、配線層７がエッチングガス中に暴露されることがなくなる。その結果、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。
【００３２】
さらに、図１（ｃ）に示すように、上記絶縁膜８は、配線層７を形成する為のレジスト９ａを利用して形成されている。そのため、従来の固体撮像装置製造方法と比較して、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法では、レジストを形成する回数を減らすことができる。具体的には、従来の配線層をエッチング処理から保護した固体撮像装置製造方法では、配線層７の形成のためのレジスト形成に加えてさらに、配線層７の保護のためのレジスト形成との２回のレジスト形成が必要であった。これに対して、本実施形態では、配線層７の形成のためのレジスト９ａを１回だけ形成すれば、当該レジスト９ａを利用して、当該配線層７を保護するための絶縁膜８もあわせて形成することが可能となる。その結果、当該固体撮像装置の製造工程数を減らすことができ、当該固体撮像装置を容易に製造することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、Ｎ−Ｈ結合を多量に含む絶縁膜１０を設けて加熱処理を行っているので、固体撮像装置内の界面準位を減少させることができる。その結果、当該固体撮像装置において暗電流が発生することを抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、光の吸収率の高い絶縁膜１０が完全に除去されるので、ＰＤ１２に入射する光量を増大させることが可能となる。さらに、絶縁膜１０が除去されるので、マイクロレンズ１１をＰＤ１２に近づけて形成することが可能となる。その結果、ＰＤ１２により効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００３５】
なお、上記マイクロレンズ１１は、必ずしも設置される必要はない。ただし、マイクロレンズ１１が設けられている場合の方が、マイクロレンズ１１が設けられていない場合よりも、固体撮像装置の感度が向上する。
【００３６】
また、本実施形態では、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位を減少させるとして説明を行ってきたが、界面準位が減少する場所は、これに限らない。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、固体撮像装置内の他の界面に発生した界面準位も減少させることが可能である。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法は、配線層７および絶縁膜８のパターニングの手順において、第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法と相違する。具体的には、第１の実施形態では、図１（ｃ）において、レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により配線層７および絶縁膜８のそれぞれを１工程でパターニングしているのに対して、本実施形態では、図３（ｃ）および図４（ｄ）に示す２工程により、配線層７および絶縁膜８をパターニングしている。なお、配線層７および絶縁膜８のパターニング工程以外については、第１の実施形態と同様である。以下に、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００３９】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００４０】
次に、所定の膜厚を有する配線層７を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。配線層７の堆積が完了した後、当該配線層７上に絶縁膜８を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、固体撮像装置は、図３（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００４１】
上記絶縁膜８の堆積が完了すると、図３（ｂ）に示すように、レジスト９ａを絶縁膜８上の所定の領域に形成する。その後、図３（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により絶縁膜８を除去する。この後、アッシング処理等によりレジスト９ａを除去する。
【００４２】
レジスト９ａの除去が完了すると、図４（ｄ）に示すように、絶縁膜８をマスクとして、当該絶縁膜８が堆積されていない領域の配線層７を、ドライエッチング処理により除去する。これにより、配線層７および当該配線層７の上部を保護する絶縁膜８のパターニングが完了する。
【００４３】
この後に行われる図４（ｅ）、図５（ｆ）および（ｇ）の工程は、第１の実施形態の図２（ｄ）〜（ｆ）の工程と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、配線層７と絶縁膜８とが別々に除去されている。そのため、それぞれの膜に最適な条件でエッチング処理を行うことが可能となるので、精度のよく各膜をパターニングすることが可能となる。その結果、精度のよい配線を形成することが容易となる。
【００４５】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、第１の実施形態と同様に、当該固体撮像装置において発生する暗電流を抑制できる。また、第１の実施形態と同様に、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。さらに、第１の実施形態と同様に、配線層７を保護するために新たにレジストを形成する必要がなく、固体撮像装置の製造工程数を減らすことができる。さらに、第１の実施形態と同様に、ＰＤ１２により効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００４６】
なお、第１の実施形態および第２の実施形態では、絶縁膜１０に対して熱処理を施した後、マスクを施すことなくエッチバック法により絶縁膜１０を除去していたが（図２（ｅ）および図５（ｆ））、当該絶縁膜１０を残したい部分にマスクを施してもよい。具体的には、図６を用いて説明する。
【００４７】
まず、第１の実施形態または第２の実施形態において、絶縁膜１０に熱処理を施した後（図２（ｄ）および図４（ｅ））、図６（ａ）に示すように、配線層７と当該配線層７に隣り合う配線層との間にレジスト９ｂを形成する。この後、図６（ｂ）に示すように、レジスト９ｂをマスクとしてエッチング処理を行って、絶縁膜６上に堆積した絶縁膜１０を除去する。このとき、レジスト９ｂの下に存在する絶縁膜１０は、除去されることなく絶縁膜６上に残留する。この後、アッシング処理等により当該レジスト９ｂを除去する。
【００４８】
レジスト９ｂの除去が完了すると、上記実施形態と同様に、図６（ｃ）に示すように、絶縁膜６上にマイクロレンズ１１を形成する。この際、除去されずに残留した絶縁膜１０上には、マイクロレンズ１１と同材質の絶縁膜が、配線層と配線層との間を埋めるように形成される。このように、配線層間を絶縁膜により埋めることにより、当該配線層間の段差をなくすことが可能となる。その結果、後続工程において、例えば、当該配線層上にレジストを塗布したり、パターニングすること等が容易となる。但し、図６に示す方法で固体撮像装置を製造した場合、レジスト９ｂを形成する工程が必要となる分、製造工程数が増加する。
【００４９】
ここで、上記第１および第２の実施形態では、配線層７の上部に保護膜である絶縁膜８が形成されていたが、当該絶縁膜８が形成されるのは、配線層７の上部のみに限らない。そこで、以下に示す第３の実施形態において、配線層７の上部以外にも絶縁膜８が形成される固体撮像装置製造方法について説明する。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法は、第１の実施形態では、配線層７の上部のみに保護膜である絶縁膜８が形成されていたのに対して、配線層７の上部のみならず、受光部領域および周辺配線領域全体に絶縁膜が形成される点において相違点を有する。なお、これ以外の点については、第１の実施形態と同様である。ここで、図７〜９は、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法の各工程における固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図７〜９の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図７〜９の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００５１】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５２】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５３】
次に、所定の膜厚を有する配線層７を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、固体撮像装置は、図７（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００５４】
上記配線膜７の堆積が完了すると、図７（ｂ）に示すように、レジスト９ａを配線膜７上の所定領域に形成する。その後、図７（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理によりマスクされていない部分の配線層７を除去する。この後、レジスト９ａをアッシング処理等によって除去する。
【００５５】
レジスト９ａの除去が完了すると、図８（ｄ）に示すように、配線層７および絶縁膜６の全面にわたって絶縁膜１８を堆積する。絶縁膜１８の堆積が完了すると、図８（ｅ）に示すように、当該絶縁膜１８の上にプラズマシリコン窒化膜の絶縁膜１０をプラズマＣＶＤ法により堆積する。ここで、第１の実施形態では、配線層７の上部以外の絶縁膜８を除去した後、絶縁膜１０を堆積していた。これに対して、本実施形態では、絶縁膜１８を全く除去することなく絶縁膜１０を堆積している。そのため、本実施形態では、受光部領域上にも絶縁膜１０が残留する。従って、第１の実施形態における絶縁膜８の材質は、配線層７を保護できるものであればプラズマ窒化シリコンのような光透過性が低いものであってもよかったのに対して、本実施形態に係る絶縁膜１８の材質は、受光部領域において光の透過を阻害するものであってはならない。このような絶縁膜１８の材質としては、少なくとも絶縁膜７の材質であるプラズマ窒化シリコンよりも高い光の透過性を有していればよく、例えば、酸化シリコンが挙げられる。
【００５６】
上記絶縁膜１８の堆積が完了すると、当該絶縁膜１０に対して熱処理を施して、当該固体撮像装置内に発生した界面準位を減少させる。なお、当該熱処理については、第１の実施形態においてすでに説明したので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５７】
上記熱処理が完了すると、固体撮像装置の全面に対してエッチバック法を行って、絶縁膜１０を除去する。具体的には、絶縁膜１０にマスクを施すことなく、受光部領域の絶縁膜１０が完全に除去されるまで、異方性ドライエッチング処理を施す。これにより、図９（ｆ）に示すように、絶縁膜１８が露出するとともに、配線層７の両サイドにはサイドウォール状に絶縁膜１０が残る。すなわち、第１の実施形態と同様に、配線層７の上部が絶縁膜１８により保護され、配線層７の両側面がサイドウォール状に残った絶縁膜１０および絶縁膜１８により保護される。これにより、第１の実施形態と同様に、当該配線層７がドライエッチング処理に直接さらされることがなくなる。
【００５８】
最後に、図９（ｇ）に示すように、受光部領域に形成されたＰＤ１２の鉛直上方であって、かつ絶縁膜６上に、マイクロレンズ１１を形成する。なお、当該工程は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、周辺配線領域および受光部領域の両方に対して同じ膜厚を有する絶縁膜１８が堆積されるので、周辺配線領域と受光部領域との間に段差が発生することを抑制できる。具体的には、従来では、絶縁膜１０のエッチング除去時には周辺配線領域のみに対してマスクが形成されていたので、周辺配線領域の絶縁膜１０は除去されずに残留し、受光部領域上の絶縁膜１０は除去されていた。そのため、受光部領域と周辺配線領域の配線部分との間には、配線の高さと絶縁膜１０の膜厚との合計分の段差が生じていた。このような段差は、例えば、配線領域上にレジストを塗布したり、パターニングする際の妨げとなる。
【００６０】
これに対して、本実施形態では、周辺配線領域および受光部領域の両方に対して絶縁膜１８が形成されるので、当該周辺配線領域と受光部領域の配線との間には、配線分の段差しか発生しない。その結果、例えば、当該配線層上にレジストを塗布したり、パターニングすること等が容易となる。
【００６１】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、当該固体撮像装置において暗電流が発生することを抑制できる。また、第１の実施形態と同様に、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。
【００６２】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法により作成した固体撮像装置では、マイクロレンズ１１と絶縁膜６との間に存在する絶縁膜１８には、プラズマシリコン窒化膜よりも光透過性の高い材質が用いられるので、ＰＤ１２への光量の減少は問題とならない。その結果、従来の固体撮像装置製造方法で製造された固体撮像装置と比較して、ＰＤ１２に効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００６３】
さらに、配線層７を保護するための絶縁膜１８には、レジスト膜を用いたエッチング除去がなされない。そのため、従来で問題となっていた絶縁膜１０のエッチング除去におけるレジスト膜の形成処理が不要となる。その結果、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置の製造工程数を減らすことが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法においても、第２の実施形態のなお書きにおいて図６を用いて説明したように、配線層７の間に絶縁膜１０の一部を残すようにしてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、絶縁膜１０を異方性ドライエッチング処理より除去しているが、等方性ウエットエッチング処理により当該絶縁膜１０を除去してもよい。以下に、図面を参照しながら、等方性ウエットエッチング処理により絶縁膜１０を除去した固体撮像装置製造方法について説明する。なお、当該固体撮像装置製造方法は、絶縁膜１０をドライエッチング処理で除去する代わりにウエットエッチング処理で除去していること以外については、上記第３の実施形態と同様である。ここで、図１０は、当該固体撮像装置製造方法の各工程における半導体装置の工程断面図を示した図である。なお、図１０の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１０の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００６６】
まず、図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ｄ）ならびに（ｅ）で行われる処理は、上記第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６７】
ここで、図８（ｅ）において、熱処理が完了すると、絶縁膜１０に対して、等方性ウエットエッチング処理を施す。これにより、図１０（ａ）に示すように、絶縁膜１０が完全に除去され、絶縁膜１８が露出する。このように、絶縁膜１８は、固体撮像装置全体を覆っているので、その上層に堆積された絶縁膜１０が等方性ウエットエッチング処理により完全に除去されても、配線層７の上面および両側面を保護することができる。その結果、配線層７がエッチング処理にさらされることがない。
【００６８】
等方性ウエットエッチング処理が完了すると、図１０（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１１を形成する。なお、当該処理は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００６９】
なお、第１〜第３の実施形態では、絶縁膜１０は、プラズマシリコン窒化膜であるとしているが、当該絶縁膜１０は、プラズマシリコン窒化膜に限らない。当該絶縁膜１０は、Ｎ−Ｈ結合を含む絶縁膜であればよく、例えば、プラズマＣＶＤ法により作成されるシリコン酸窒化膜あるいはシリコン酸化膜等であってもよい。ただし、暗電流の発生の抑制に最も効果があるのは、プラズマシリコン窒化膜である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図６】本発明の固体撮像装置製造方法のその他のバリエーションを示した工程断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法のその他のバリエーションを示した工程断面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ ゲート絶縁膜
３ 転送電極
４ 層間絶縁膜
５ 遮光膜
６ 絶縁膜
７ 配線膜
８ 絶縁膜
９ レジスト膜
１０ シリコン窒化膜
１１ マイクロレンズ
１２ フォトダイオード
１８ 絶縁膜
【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発明である。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置において、フォトダイオード付近での暗電流の発生を抑制することは、当該固体撮像装置の性能向上において非常に重要である。そのため、かかる暗電流の発生を抑制するためのさまざまな方法あるいは装置が提案されている。以下に、図面を参照しながら従来の暗電流の発生が抑制された固体撮像装置の一例について図面を参照しながら説明する。ここで、図１１は、当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図１１の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１１の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【０００３】
図６に示す固体撮像装置は、シリコン基板１、ゲート絶縁膜２、転送電極３、層間絶縁膜４、遮光膜５、絶縁膜６、配線膜７、絶縁膜１０、マイクロレンズ１１およびフォトダイオード（以下、ＰＤと省略する）１２を備える。当該固体撮像装置は、以下に示す工程により作成される。
【０００４】
まず、シリコン基板１上に受光素子であるＰＤ１２を形成する。次に、ゲート絶縁膜２（例えばシリコン酸化膜）、転送電極３（例えばＡｌ（アルミニウム））、層間絶縁膜４（例えばシリコン酸化膜）および遮光膜５（例えばＷ（タングステン））等のＣＣＤ回路受光部をシリコン基板１上に形成する。その後、下層配線（図示せず）と配線膜７とを絶縁するための絶縁膜６（例えばシリコン酸化膜）を堆積し、当該絶縁膜６上に配線膜７（例えばＡｌ）をレジスト膜を用いたフォトリソグラフィ技術により形成する。
【０００５】
配線膜７の形成が完了すると、Ｎ（窒素）−Ｈ（水素）結合を多量に含有する絶縁膜１０（例えば、シリコン窒化膜）を、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁膜６および配線膜７上に形成する。その後、当該固体撮像装置に対して３００〜４５０℃で数分〜数時間の熱処理を施す。上記絶縁膜１０の形成および熱処理がなされることにより、暗電流が低減される。以下に、上記熱処理により暗電流が低減される理由について詳しく説明する。
【０００６】
まず、暗電流とは、例えば、シリコン基板１とシリコン酸化膜であるゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位が原因となって発生するものである。暗電流の原因となっている界面準位は、シリコン基板１上とシリコン酸化膜のゲート絶縁膜２との界面に存在するシリコン原子の未結合手（以下、ダングリングボンドという）の存在に起因するものである。すなわち、ダングリングボンドの数を低減できれば、暗電流の発生を抑制することが可能となる。
【０００７】
そこで、上記従来の固体撮像装置では、シリコン原子のダングリングボンドに水素原子を結合させて、ダングリングボンドを減少させることにより、界面準位を減少させている。具体的には、Ｎ−Ｈ結合を含有するシリコン窒化膜の絶縁膜１０を堆積した後、加熱処理を施すことで、当該絶縁膜１０に含まれる水素原子を固体撮像装置内に拡散させている。固体撮像装置内に拡散した水素原子は、絶縁膜６等を通過し、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に到達する。そして、当該水素原子は、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に存在するダングリングボンドと結合する。これにより、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位を減少させることができ、暗電流の発生を抑制することができる（例えば、特許文献１の図１１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−２８３６６７号公報（図１１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、絶縁膜１０に用いられるプラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜は、その他の絶縁膜に比べて光の吸収率が高い。そのため、当該絶縁膜１０がマイクロレンズ１１の下に存在すると、ＰＤ１２に届く光量が少なくなってしまい、固体撮像装置の感度特性を劣化させてしまう。したがって、固体撮像装置の感度向上の観点からは、上記熱処理を行った後に、絶縁膜１０をエッチング処理により除去することが好ましい。
【００１０】
ここで、絶縁膜１０をエッチング処理により除去するためには、当該配線層７に対してマスクを施してエッチング処理を行う必要がある。これは、配線層７がエッチング処理に直接さらされると、当該配線層７がダメージを受けるからである。
【００１１】
しかしながら、配線層７の領域にマスクの形成する場合には、フォトレジストの塗布、露光および現像といった複雑かつ多数の工程が必要とされる。そのため、絶縁膜１０の除去工程において、配線層７を保護するためのマスクの形成が必要となると、固体撮像装置の製造のための工程数が増加してしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、暗電流の発生を抑制しつつ固体撮像装置の感度を向上させることができると共に、エッチング処理により配線がダメージを受けていない固体撮像装置を容易に製造可能とできる固体撮像装置製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
本発明では、半導体基板上に受光部を形成し、受光部および当該半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に、配線用の金属膜を形成し、金属膜上に、保護膜を形成し、保護膜の所定領域にレジスト膜を形成し、レジスト膜を用いて保護膜および金属膜のそれぞれの一部を除去して、上部が保護膜に覆われた配線を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜を、配線および前記第１の絶縁膜の上に形成し、第２の絶縁膜に対して加熱処理を施し、第２の絶縁膜の全面に対して異方性エッチング処理を行って、当該第２の絶縁膜を除去するようにしている。このような工程で固体撮像装置を形成すれば、配線を形成するためのレジスト膜と当該配線を保護するための保護膜を形成するためのレジスト膜とを共通化することができる。その結果、レジスト膜を形成する回数を減らすことが可能となり、固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【００１４】
ここで、配線を形成する方法は、レジスト膜をマスクとして、金属膜および保護膜をエッチング除去し、レジスト膜を除去するようにしてもよい。これにより、一度のエッチング処理でレジスト膜および金属膜を選択的に除去することができるようになる。
【００１５】
また、配線を形成する方法は、上記以外に、レジスト膜をマスクとして、保護膜をエッチング除去し、レジスト膜を除去し、保護膜をマスクとして、金属膜をエッチング除去するようにしてもよい。このように、金属膜および保護膜の除去を２段階で行うことにより、それぞれの膜に最適な条件のエッチング処理を行うことができる。その結果、より精度よく配線を形成することが可能となる。
【００１６】
なお、第２の絶縁膜をエッチング除去した後に、第１の絶縁膜上に、受光部に光を集めるためのレンズを形成するようにしてもよい。このように、レンズを形成することにより、より効率よく受光部に光を集めることが可能となる。
【００１７】
また、加熱処理を施した後、配線の間にレジスト膜を形成し、第２の絶縁膜を除去する際には、配線の間に設けられたレジスト膜をマスクとして異方性エッチング処理を行い、配線の間に絶縁膜を堆積するようにしてもよい。このように、配線間を絶縁膜で埋めることにより、配線間に存在する段差が小さくなり、当該配線上に膜やレジストを精度よく形成しやすくなる。
【００１８】
第２の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることが好ましい。プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜は、Ｎ−Ｈ結合を多量に含む。そのため、熱処理時において、固体撮像装置内に多量の水素原子が拡散して、当該固体撮像装置内に発生している界面準位と結合する。その結果、当該固体撮像装置内で発生する暗電流を抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明のその他の局面によれば、半導体基板上に受光部を形成し、受光部および半導体基板上に第１の絶縁膜を形成し、第１の絶縁膜上に、配線を形成し、配線および第１の絶縁膜に保護膜を形成し、水素を含有する第２の絶縁膜を、保護膜上に形成し、第２の絶縁膜に対して加熱処理を施し、エッチング処理を行って、第２の絶縁膜を除去するようにしている。なお、上記保護膜は、第２の絶縁膜よりも高い光の透過性を有している。保護膜は、高い光の透過性を有しているので、固体撮像装置の全面に形成されたとしても、受光部への光の入射を妨げることがない。そのため、受光部上に形成された保護膜を除去する必要がない。そのため、このような工程で固体撮像装置を作成すれば、レジスト膜の形成が、配線の形成時のみで済むので、レジスト膜の形成回数を減らすことが可能となる。その結果、固体撮像装置を容易に作成することが可能となる。
【００２０】
ここで、上記エッチング処理は、異方性エッチング処理であっても、等方性エッチング処理であってもよい。エッチング処理が等方性エッチング処理である場合には、第２の絶縁膜を完全に除去することが可能となる。
【００２１】
なお、本発明は、固体撮像装置製造方法のみならず、当該製造方法により作成された固体撮像装置にも向けられている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法では、暗電流の低減のために、プラズマシリコン窒化膜の絶縁膜を形成して熱処理を施すとともに、固体撮像装置の感度向上のために、当該プラズマシリコン窒化膜の絶縁膜を除去している。ここで、図１および図２は、当該固体撮像装置製造方法の各工程における固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図１および図２の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１および図２の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００２３】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。以下に、具体的に、当該ＣＣＤ回路の形成について説明する。
【００２４】
まず、ＰＤ１２が形成されたシリコン基板１上に、ゲート絶縁膜２（シリコン酸化膜）を堆積し、当該ゲート絶縁膜２上に転送電極３（例えばポリシリコン）を形成する。次に、当該転送電極３および絶縁膜２上に、絶縁膜４（例えばシリコン酸化膜）を堆積する。その後、当該絶縁膜４上に、転送電極３を覆うように遮光膜５（例えばＷ）を形成する。これにより、ＣＣＤ回路の形成が完了する。
【００２５】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６（例えばシリコン酸化膜）を堆積する。なお、当該絶縁膜６表面は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ）等により、平坦化される。
【００２６】
次に、所定の膜厚を有する配線層７（例えばＡｌ）を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。配線層７の堆積が完了した後、当該配線層７上に絶縁膜８を堆積する。なお、当該絶縁膜８の一例としては、プラズマＣＶＤ法により堆積されるシリコン窒化膜（以下、プラズマシリコン窒化膜と称す）が挙げられる。これにより、固体撮像装置は、図１（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００２７】
上記絶縁膜８の堆積が完了すると、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜８の所定領域をマスクするレジスト９ａを形成する。その後、図１（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により絶縁膜８および配線層７のそれぞれの一部を除去する。これにより、共通のレジスト９ａを用いて配線層７と絶縁膜８とのパターニングが同時に行われ、固体撮像装置は、配線層７の上部が絶縁膜８により覆われた構造を有するようになる。この後、アッシング処理等を行って、レジスト９ａを除去する。
【００２８】
レジスト９ａの除去が完了すると、図２（ｄ）に示すように、当該固体撮像装置の全面に対して、プラズマＣＶＤ法により、Ｎ−Ｈ結合を含有する絶縁膜１０を堆積する。当該Ｎ−Ｈ結合を含有する絶縁膜１０としては、例えば、プラズマシリコン窒化膜が挙げられる。この後、当該固体撮像装置に対して、熱処理を行う。当該熱処理により、絶縁膜１０中に存在する水素原子が、固体撮像装置内に拡散し、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に到達し、当該界面に存在するダングリングボンドと結合する。これにより、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面準位が減少し、暗電流の発生が抑制される。なお、当該熱処理は、数分〜数時間、固体撮像装置を３００〜４５０℃に加熱することにより行われる。
【００２９】
次に、固体撮像装置の全面に対してエッチバック法を行って、絶縁膜１０を除去する。具体的には、絶縁膜１０にマスクを施すことなく、受光部領域上の絶縁膜１０が完全に除去されるまで、異方性ドライエッチング処理を施す。これにより、図２（ｅ）に示すように、配線層７の両サイドにはサイドウォール状に絶縁膜１０が残るとともに、配線層７の上部には絶縁膜８が残る。そのため、受光部領域の絶縁膜１０がドライエッチング処理により全て除去されても、配線層７がドライエッチング処理に直接さらされることがなくなり、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。なお、当該ドライエッチング処理に用いるエッチングガスとしては、例えば炭化フッ素系のガスが挙げられる。
【００３０】
最後に、図２（ｆ）に示すように、受光部領域に形成されたＰＤ１２の鉛直上方であって、かつ絶縁膜６上に、マイクロレンズ１１を形成する。当該マイクロレンズ１１は、絶縁膜１０に用いられる窒化シリコンよりも高い光の透過率有する窒化シリコンにより作成される。なお、当該マイクロレンズ１１の形成時に、配線層７の両サイドに窒化シリコンのサイドウォールが形成される。
【００３１】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、絶縁膜８が配線層７上に存在することにより、受光部領域の絶縁膜１０が全て除去されたとしても、配線層７がエッチングガス中に暴露されることがなくなる。その結果、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。
【００３２】
さらに、図１（ｃ）に示すように、上記絶縁膜８は、配線層７を形成する為のレジスト９ａを利用して形成されている。そのため、従来の固体撮像装置製造方法と比較して、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法では、レジストを形成する回数を減らすことができる。具体的には、従来の配線層をエッチング処理から保護した固体撮像装置製造方法では、配線層７の形成のためのレジスト形成に加えてさらに、配線層７の保護のためのレジスト形成との２回のレジスト形成が必要であった。これに対して、本実施形態では、配線層７の形成のためのレジスト９ａを１回だけ形成すれば、当該レジスト９ａを利用して、当該配線層７を保護するための絶縁膜８もあわせて形成することが可能となる。その結果、当該固体撮像装置の製造工程数を減らすことができ、当該固体撮像装置を容易に製造することが可能となる。
【００３３】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、Ｎ−Ｈ結合を多量に含む絶縁膜１０を設けて加熱処理を行っているので、固体撮像装置内の界面準位を減少させることができる。その結果、当該固体撮像装置において暗電流が発生することを抑制できる。
【００３４】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、光の吸収率の高い絶縁膜１０が完全に除去されるので、ＰＤ１２に入射する光量を増大させることが可能となる。さらに、絶縁膜１０が除去されるので、マイクロレンズ１１をＰＤ１２に近づけて形成することが可能となる。その結果、ＰＤ１２により効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００３５】
なお、上記マイクロレンズ１１は、必ずしも設置される必要はない。ただし、マイクロレンズ１１が設けられている場合の方が、マイクロレンズ１１が設けられていない場合よりも、固体撮像装置の感度が向上する。
【００３６】
また、本実施形態では、シリコン基板１とゲート絶縁膜２との界面に発生する界面準位を減少させるとして説明を行ってきたが、界面準位が減少する場所は、これに限らない。すなわち、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、固体撮像装置内の他の界面に発生した界面準位も減少させることが可能である。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法は、配線層７および絶縁膜８のパターニングの手順において、第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法と相違する。具体的には、第１の実施形態では、図１（ｃ）において、レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により配線層７および絶縁膜８のそれぞれを１工程でパターニングしているのに対して、本実施形態では、図３（ｃ）および図４（ｄ）に示す２工程により、配線層７および絶縁膜８をパターニングしている。なお、配線層７および絶縁膜８のパターニング工程以外については、第１の実施形態と同様である。以下に、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００３９】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００４０】
次に、所定の膜厚を有する配線層７を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。配線層７の堆積が完了した後、当該配線層７上に絶縁膜８を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、固体撮像装置は、図３（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００４１】
上記絶縁膜８の堆積が完了すると、図３（ｂ）に示すように、レジスト９ａを絶縁膜８上の所定の領域に形成する。その後、図３（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理により絶縁膜８を除去する。この後、アッシング処理等によりレジスト９ａを除去する。
【００４２】
レジスト９ａの除去が完了すると、図４（ｄ）に示すように、絶縁膜８をマスクとして、当該絶縁膜８が堆積されていない領域の配線層７を、ドライエッチング処理により除去する。これにより、配線層７および当該配線層７の上部を保護する絶縁膜８のパターニングが完了する。
【００４３】
この後に行われる図４（ｅ）、図５（ｆ）および（ｇ）の工程は、第１の実施形態の図２（ｄ）〜（ｆ）の工程と同様であるので説明を省略する。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、配線層７と絶縁膜８とが別々に除去されている。そのため、それぞれの膜に最適な条件でエッチング処理を行うことが可能となるので、精度のよく各膜をパターニングすることが可能となる。その結果、精度のよい配線を形成することが容易となる。
【００４５】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、第１の実施形態と同様に、当該固体撮像装置において発生する暗電流を抑制できる。また、第１の実施形態と同様に、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。さらに、第１の実施形態と同様に、配線層７を保護するために新たにレジストを形成する必要がなく、固体撮像装置の製造工程数を減らすことができる。さらに、第１の実施形態と同様に、ＰＤ１２により効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００４６】
なお、第１の実施形態および第２の実施形態では、絶縁膜１０に対して熱処理を施した後、マスクを施すことなくエッチバック法により絶縁膜１０を除去していたが（図２（ｅ）および図５（ｆ））、当該絶縁膜１０を残したい部分にマスクを施してもよい。具体的には、図６を用いて説明する。
【００４７】
まず、第１の実施形態または第２の実施形態において、絶縁膜１０に熱処理を施した後（図２（ｄ）および図４（ｅ））、図６（ａ）に示すように、配線層７と当該配線層７に隣り合う配線層との間にレジスト９ｂを形成する。この後、図６（ｂ）に示すように、レジスト９ｂをマスクとしてエッチング処理を行って、絶縁膜６上に堆積した絶縁膜１０を除去する。このとき、レジスト９ｂの下に存在する絶縁膜１０は、除去されることなく絶縁膜６上に残留する。この後、アッシング処理等により当該レジスト９ｂを除去する。
【００４８】
レジスト９ｂの除去が完了すると、上記実施形態と同様に、図６（ｃ）に示すように、絶縁膜６上にマイクロレンズ１１を形成する。この際、除去されずに残留した絶縁膜１０上には、マイクロレンズ１１と同材質の絶縁膜が、配線層と配線層との間を埋めるように形成される。このように、配線層間を絶縁膜により埋めることにより、当該配線層間の段差をなくすことが可能となる。その結果、後続工程において、例えば、当該配線層上にレジストを塗布したり、パターニングすること等が容易となる。但し、図６に示す方法で固体撮像装置を製造した場合、レジスト９ｂを形成する工程が必要となる分、製造工程数が増加する。
【００４９】
ここで、上記第１および第２の実施形態では、配線層７の上部に保護膜である絶縁膜８が形成されていたが、当該絶縁膜８が形成されるのは、配線層７の上部のみに限らない。そこで、以下に示す第３の実施形態において、配線層７の上部以外にも絶縁膜８が形成される固体撮像装置製造方法について説明する。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態に係る固体撮像装置製造方法は、第１の実施形態では、配線層７の上部のみに保護膜である絶縁膜８が形成されていたのに対して、配線層７の上部のみならず、受光部領域および周辺配線領域全体に絶縁膜が形成される点において相違点を有する。なお、これ以外の点については、第１の実施形態と同様である。ここで、図７〜９は、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法の各工程における固体撮像装置の断面構造を示した図である。なお、図７〜９の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図７〜９の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００５１】
まず、シリコン基板１にＰＤ１２を形成する。ＰＤ１２の形成が完了すると、ＣＣＤ回路の形成を行う。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５２】
ＣＣＤ回路の形成が完了すると、層間絶縁膜４および遮光膜５の上に、絶縁膜６を堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５３】
次に、所定の膜厚を有する配線層７を、例えばＣＶＤ法により絶縁膜６上に堆積する。なお、本工程は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。これにより、固体撮像装置は、図７（ａ）に示す構造を有するようになる。
【００５４】
上記配線膜７の堆積が完了すると、図７（ｂ）に示すように、レジスト９ａを配線膜７上の所定領域に形成する。その後、図７（ｃ）に示すように、当該レジスト９ａをマスクとして、ドライエッチング処理によりマスクされていない部分の配線層７を除去する。この後、レジスト９ａをアッシング処理等によって除去する。
【００５５】
レジスト９ａの除去が完了すると、図８（ｄ）に示すように、配線層７および絶縁膜６の全面にわたって絶縁膜１８を堆積する。絶縁膜１８の堆積が完了すると、図８（ｅ）に示すように、当該絶縁膜１８の上にプラズマシリコン窒化膜の絶縁膜１０をプラズマＣＶＤ法により堆積する。ここで、第１の実施形態では、配線層７の上部以外の絶縁膜８を除去した後、絶縁膜１０を堆積していた。これに対して、本実施形態では、絶縁膜１８を全く除去することなく絶縁膜１０を堆積している。そのため、本実施形態では、受光部領域上にも絶縁膜１０が残留する。従って、第１の実施形態における絶縁膜８の材質は、配線層７を保護できるものであればプラズマ窒化シリコンのような光透過性が低いものであってもよかったのに対して、本実施形態に係る絶縁膜１８の材質は、受光部領域において光の透過を阻害するものであってはならない。このような絶縁膜１８の材質としては、少なくとも絶縁膜７の材質であるプラズマ窒化シリコンよりも高い光の透過性を有していればよく、例えば、酸化シリコンが挙げられる。
【００５６】
上記絶縁膜１８の堆積が完了すると、当該絶縁膜１０に対して熱処理を施して、当該固体撮像装置内に発生した界面準位を減少させる。なお、当該熱処理については、第１の実施形態においてすでに説明したので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００５７】
上記熱処理が完了すると、固体撮像装置の全面に対してエッチバック法を行って、絶縁膜１０を除去する。具体的には、絶縁膜１０にマスクを施すことなく、受光部領域の絶縁膜１０が完全に除去されるまで、異方性ドライエッチング処理を施す。これにより、図９（ｆ）に示すように、絶縁膜１８が露出するとともに、配線層７の両サイドにはサイドウォール状に絶縁膜１０が残る。すなわち、第１の実施形態と同様に、配線層７の上部が絶縁膜１８により保護され、配線層７の両側面がサイドウォール状に残った絶縁膜１０および絶縁膜１８により保護される。これにより、第１の実施形態と同様に、当該配線層７がドライエッチング処理に直接さらされることがなくなる。
【００５８】
最後に、図９（ｇ）に示すように、受光部領域に形成されたＰＤ１２の鉛直上方であって、かつ絶縁膜６上に、マイクロレンズ１１を形成する。なお、当該工程は、第１の実施形態と同様であるので、詳細な説明を省略する。
【００５９】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、周辺配線領域および受光部領域の両方に対して同じ膜厚を有する絶縁膜１８が堆積されるので、周辺配線領域と受光部領域との間に段差が発生することを抑制できる。具体的には、従来では、絶縁膜１０のエッチング除去時には周辺配線領域のみに対してマスクが形成されていたので、周辺配線領域の絶縁膜１０は除去されずに残留し、受光部領域上の絶縁膜１０は除去されていた。そのため、受光部領域と周辺配線領域の配線部分との間には、配線の高さと絶縁膜１０の膜厚との合計分の段差が生じていた。このような段差は、例えば、配線領域上にレジストを塗布したり、パターニングする際の妨げとなる。
【００６０】
これに対して、本実施形態では、周辺配線領域および受光部領域の両方に対して絶縁膜１８が形成されるので、当該周辺配線領域と受光部領域の配線との間には、配線分の段差しか発生しない。その結果、例えば、当該配線層上にレジストを塗布したり、パターニングすること等が容易となる。
【００６１】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、当該固体撮像装置において暗電流が発生することを抑制できる。また、第１の実施形態と同様に、配線層７がドライエッチング処理によりダメージを受けることがなくなる。
【００６２】
また、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法により作成した固体撮像装置では、マイクロレンズ１１と絶縁膜６との間に存在する絶縁膜１８には、プラズマシリコン窒化膜よりも光透過性の高い材質が用いられるので、ＰＤ１２への光量の減少は問題とならない。その結果、従来の固体撮像装置製造方法で製造された固体撮像装置と比較して、ＰＤ１２に効率的に光を集めることが可能となり、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
【００６３】
さらに、配線層７を保護するための絶縁膜１８には、レジスト膜を用いたエッチング除去がなされない。そのため、従来で問題となっていた絶縁膜１０のエッチング除去におけるレジスト膜の形成処理が不要となる。その結果、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、第１の実施形態と同様に、固体撮像装置の製造工程数を減らすことが可能となる。
【００６４】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法においても、第２の実施形態のなお書きにおいて図６を用いて説明したように、配線層７の間に絶縁膜１０の一部を残すようにしてもよい。
【００６５】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置製造方法によれば、絶縁膜１０を異方性ドライエッチング処理より除去しているが、等方性ウエットエッチング処理により当該絶縁膜１０を除去してもよい。以下に、図面を参照しながら、等方性ウエットエッチング処理により絶縁膜１０を除去した固体撮像装置製造方法について説明する。なお、当該固体撮像装置製造方法は、絶縁膜１０をドライエッチング処理で除去する代わりにウエットエッチング処理で除去していること以外については、上記第３の実施形態と同様である。ここで、図１０は、当該固体撮像装置製造方法の各工程における半導体装置の工程断面図を示した図である。なお、図１０の右半分は、受光素子等が形成される受光部領域を示し、図１０の左半分は、固体撮像装置の配線等が形成される周辺配線領域を示している。
【００６６】
まず、図７（ａ）〜（ｃ）および図８（ｄ）ならびに（ｅ）で行われる処理は、上記第３の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６７】
ここで、図８（ｅ）において、熱処理が完了すると、絶縁膜１０に対して、等方性ウエットエッチング処理を施す。これにより、図１０（ａ）に示すように、絶縁膜１０が完全に除去され、絶縁膜１８が露出する。このように、絶縁膜１８は、固体撮像装置全体を覆っているので、その上層に堆積された絶縁膜１０が等方性ウエットエッチング処理により完全に除去されても、配線層７の上面および両側面を保護することができる。その結果、配線層７がエッチング処理にさらされることがない。
【００６８】
等方性ウエットエッチング処理が完了すると、図１０（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１１を形成する。なお、当該処理は、第１の実施形態と同様であるので、これ以上の詳細な説明を省略する。
【００６９】
なお、第１〜第３の実施形態では、絶縁膜１０は、プラズマシリコン窒化膜であるとしているが、当該絶縁膜１０は、プラズマシリコン窒化膜に限らない。当該絶縁膜１０は、Ｎ−Ｈ結合を含む絶縁膜であればよく、例えば、プラズマＣＶＤ法により作成されるシリコン酸窒化膜あるいはシリコン酸化膜等であってもよい。ただし、暗電流の発生の抑制に最も効果があるのは、プラズマシリコン窒化膜である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図６】本発明の固体撮像装置製造方法のその他のバリエーションを示した工程断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法の工程断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置製造方法のその他のバリエーションを示した工程断面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の断面構造を示した図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
２ ゲート絶縁膜
３ 転送電極
４ 層間絶縁膜
５ 遮光膜
６ 絶縁膜
７ 配線膜
８ 絶縁膜
９ レジスト膜
１０ シリコン窒化膜
１１ マイクロレンズ
１２ フォトダイオード
１８ 絶縁膜
Claims (11)
- 半導体基板上に受光部を形成する工程と、
前記受光部および前記半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、配線用の金属膜を形成する工程と、
前記金属膜上に、保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の所定領域にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を用いて前記保護膜および前記金属膜のそれぞれの一部を除去して、上部が保護膜に覆われた配線を形成する工程と、
水素を含有する第２の絶縁膜を、前記配線および前記第１の絶縁膜の上に形成する工程と、
前記第２の絶縁膜に対して加熱処理を施す工程と、
前記第２の絶縁膜の全面に対して異方性エッチング処理を行って、当該第２の絶縁膜を除去する工程とを備える、固体撮像装置製造方法。 - 前記配線を形成する工程は、
前記レジスト膜をマスクとして、前記金属膜および前記保護膜をエッチング除去する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程とを含む、請求項１に記載の固体撮像装置製造方法。 - 前記配線を形成する工程は、
前記レジスト膜をマスクとして、前記保護膜をエッチング除去する工程と、
前記レジスト膜を除去する工程と、
前記保護膜をマスクとして、前記金属膜をエッチング除去する工程とを含む、請求項１に記載の固体撮像装置製造方法。 - 前記第２の絶縁膜をエッチング除去した後に、前記第１の絶縁膜上に、前記受光部に光を集めるためのレンズを形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置製造方法。
- 前記加熱処理を施した後、前記配線の間にレジスト膜を形成する工程をさらに備え、
前記第２の絶縁膜を除去する工程では、前記配線の間に設けられたレジスト膜をマスクとして異方性エッチング処理を行い、
前記配線の間に絶縁膜を堆積する工程をさらに備える、請求項１に記載の固体撮像装置製造方法。 - 前記第２の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜であることを特徴とする、請求項１に記載の固体撮像装置製造方法。
- 半導体基板上に受光部を形成する工程と、
前記受光部および前記半導体基板上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に、配線を形成する工程と、
前記配線および前記第１の絶縁膜に保護膜を形成する工程と、
水素を含有する第２の絶縁膜を、前記保護膜上に形成する工程と、
前記第２の絶縁膜に対して加熱処理を施す工程と、
エッチング処理を行って、前記第２の絶縁膜を除去する工程とを備え、
前記保護膜は、前記第２の絶縁膜よりも高い光の透過性を有する、固体撮像装置製造方法。 - 前記エッチング処理は、異方性エッチング処理であることを特徴とする、請求項７に記載の固体撮像装置製造方法。
- 前記エッチング処理は、等方性エッチング処理であることを特徴とする、請求項７に記載の固体撮像装置製造方法。
- 半導体基板上に受光部が形成された固体撮像装置であって、
前記半導体基板および前記受光部上に形成された第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜上に形成された配線と、
前記配線の少なくとも上部を保護する保護膜と、
前記配線の両側面を保護し、水素を含む絶縁性材料により形成されるサイドウォールとを備える、固体撮像装置。 - 前記保護部材は、前記配線および前記第１の絶縁膜上に形成され、当該第１の絶縁膜よりも高い光の透過性を有することを特徴とする、請求項１０に記載の固体撮像装置。
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