JP2006041483A - Manufacturing method of solid-state image pickup device - Google Patents

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貞二 安海
Takanori Sato
孝紀 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a variation in wiring resistance by preventing a decrease in film thickness in an active region during a planarization step and thus forming a wiring line having a uniform film-thickness in forming a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure. <P>SOLUTION: A manufacturing method of a solid-state image pickup element includes a step of forming a first electrode, a photoelectric conversion section, and a pattern of a first-layer conductive film configuring the first-layer wiring of a peripheral circuit on the surface of a semiconductor substrate on which a gate oxidation film is formed; a step of forming an insulating film as an inter-electrode insulating film on at least the side face of the first electrode; a step of forming a second-layer conductive film configuring a second electrode on the semiconductor surface on which the first electrode and the inter-electrode insulating film are formed; a step of planarizing the surface by removing a projecting portion of the second-layer conductive film projecting on the first electrode; and a step of patterning the second-layer conductive film in the active region. In addition, the manufacturing method includes a step of forming a removal-inhibiting layer in the active region before the planarizing step. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法にかかり、特に単層電極CCD(電荷結合素子)構造の固体撮像素子に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device, and more particularly to a solid-state imaging device having a single-layer electrode CCD (charge coupled device) structure.

エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。   A solid-state imaging device using a CCD used for an area sensor or the like includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring a signal charge from the photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are sequentially driven.

近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。固体撮像素子の作りこまれた基板(シリコン基板)は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度(光電変換効率)面での大きな問題となる。   In recent years, demands for higher resolution and higher sensitivity have been increasing in solid-state imaging devices, and the number of imaging pixels has been increasing to more than gigapixels. A substrate (silicon substrate) on which a solid-state image sensor is built is mounted by stacking filters and lenses. For this reason, the positional accuracy between the lens and the photoelectric conversion unit is important, and the distance, that is, the distance in the height direction, is a big problem in terms of positional accuracy in the manufacturing process and sensitivity (photoelectric conversion efficiency) in use. .

さらにまた、このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。一方光電変換部を構成するフォトダイオードの面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオード領域の面積は確保しなければならない。
そこで、電荷転送部および周辺回路の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオード領域の占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
Furthermore, in such a situation, in order to obtain high resolution without increasing the chip size, it is necessary to reduce the area per unit pixel and achieve high integration. On the other hand, if the area of the photodiode constituting the photoelectric conversion unit is reduced, the sensitivity is lowered, so the area of the photodiode region must be ensured.
Therefore, various studies have been made to reduce the size of the chip while securing the area occupied by the photodiode region by reducing the wiring area ratio by reducing the wiring area of the charge transfer portion and the peripheral circuit. .

このような状況の中で配線の微細化により、高集積化を実現するためには配線層間の層間絶縁膜の平坦性を保つことは重要な技術課題となる。そこで平坦性の向上のために、電荷転送部を単層電極構造とした構造が提案されている(例えば特許文献1)。   Under these circumstances, maintaining the flatness of the interlayer insulating film between the wiring layers is an important technical issue in order to realize high integration by miniaturization of the wiring. In order to improve the flatness, a structure in which the charge transfer portion has a single-layer electrode structure has been proposed (for example, Patent Document 1).

ところで、従来の単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、電荷転送電極として多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を用い、第1層配線を形成した後に、この第1層配線のパターン表面を酸化し、第2層目の転送電極となる多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を堆積し、CMP(化学的機械研磨)法により研磨を行うあるいは、レジストを塗布し、レジストエッチバック法により全面エッチングを行うことにより電極の単層化を実施している。   By the way, in a conventional solid-state imaging device using a charge transfer electrode having a single layer structure, a polycrystalline silicon or amorphous silicon layer is used as the charge transfer electrode, and after forming the first layer wiring, the pattern surface of the first layer wiring is formed. Is oxidized, and a polycrystalline silicon or amorphous silicon layer serving as a second transfer electrode is deposited and polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing), or a resist is applied, and the entire surface is etched by resist etch back. The electrode is made into a single layer.

例えば、従来の方法では、n型シリコン基板1表面に、膜厚15〜35nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚5〜10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。   For example, in the conventional method, a silicon oxide film 2a having a thickness of 15 to 35 nm, a silicon nitride film 2b having a thickness of 50 nm, and a silicon oxide film 2c having a thickness of 5 to 10 nm are formed on the surface of the n-type silicon substrate 1. A gate oxide film 2 having a three-layer structure is formed.

続いて、このゲート酸化膜2上に、第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成し、酸化シリコン膜4aと、窒化シリコン膜4bとを形成する。
続いて、そしてこの上層にレジストを塗布する。
Subsequently, a first layer doped amorphous silicon film 3a is formed on the gate oxide film 2, and a silicon oxide film 4a and a silicon nitride film 4b are formed.
Subsequently, a resist is applied to the upper layer.

そして、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅0.3から数μmのレジストパターンを形成する(図8(a))。ここでこのパターン幅は0.3μm以下でもよい。   Then, exposure is performed using a desired mask by photolithography, development and washing with water are performed to form a resist pattern having a pattern width of 0.3 to several μm (FIG. 8A). Here, the pattern width may be 0.3 μm or less.

この後、このレジストパターンをマスクとし、酸化シリコン膜4aと、窒化シリコン膜4bとをエッチングし、第1の電極のパターニング用のマスクパターンを形成する(図8(b))。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去し(図8(c))、このマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを選択的にエッチング除去し、第1の電極を形成する(図8(d))。
Thereafter, using this resist pattern as a mask, the silicon oxide film 4a and the silicon nitride film 4b are etched to form a mask pattern for patterning the first electrode (FIG. 8B).
Then, the resist pattern is peeled and removed by ashing (FIG. 8C), and the first layer doped amorphous silicon film 3a is selectively used by using the mask pattern as a mask and the silicon nitride film 2b of the gate oxide film 2 as an etching stopper. Etching is removed to form a first electrode (FIG. 8D).

続いて、熱酸化法により第1の電極のパターンの表面に電極間絶縁膜5を形成し(図8(e)、この上層に第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを形成する(図9(f))。
こののち、CMPにより第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bの平坦化を行う(図9(g))。このときCMPによる電極の膜厚ばらつきを抑制するために、固体撮像素子の動作に寄与しないダミーパターンを配列しているが、アクティブ領域にダミーパターンは配列できないため、第2層転送電極をCMPで平坦化する際にアクティブ部では皿状に凹部を生じるいわゆるディッシングが発生している。
Subsequently, an interelectrode insulating film 5 is formed on the surface of the first electrode pattern by thermal oxidation (FIG. 8E), and a second-layer doped amorphous silicon film 3b is formed thereon (FIG. 9 (FIG. 9). f)).
After that, the second layer doped amorphous silicon film 3b is planarized by CMP (FIG. 9G). At this time, in order to suppress variation in the electrode film thickness due to CMP, dummy patterns that do not contribute to the operation of the solid-state imaging device are arranged. However, since the dummy patterns cannot be arranged in the active region, the second layer transfer electrode is formed by CMP. When flattening, so-called dishing is generated in which the active portion has a dish-like recess.

そして、図9(h)に示すように、所望のレジストパターンR3で被覆する。
この後、このレジストパターンR3をマスクとして、光電変換部を構成するフォトダイオード領域30上の第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを選択的にエッチング除去する。
And as shown in FIG.9 (h), it coat | covers with the desired resist pattern R3.
Thereafter, using the resist pattern R3 as a mask, the second layer doped amorphous silicon film 3b on the photodiode region 30 constituting the photoelectric conversion portion is selectively removed by etching.

そして、図9(i)に示すように、アッシングによりレジストパターンR3を除去する。
このようにして、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bからなる第2の電極を形成し、表面の平坦な電荷転送電極が形成される。
Then, as shown in FIG. 9I, the resist pattern R3 is removed by ashing.
In this way, the second electrode composed of the second layer doped amorphous silicon film 3b is formed, and a charge transfer electrode having a flat surface is formed.

この方法の場合、第2層ドープトアモルファスシリコン膜をCMP法を用いて平坦化することにより、分離して、単層構造の電荷転送電極を製造する。またCMP法に代えて、レジストエッチバックを用いる場合には、第2層多結晶シリコン膜3bの上層にスピンコートによりレジストを塗布し、レジストとこの第2層ドープトアモルファスシリコン膜とのエッチング速度が同程度となるようにエッチングし、表面の平坦化をはかる。   In the case of this method, the second layer doped amorphous silicon film is planarized by using the CMP method to be separated to manufacture a single layer structure charge transfer electrode. When resist etchback is used instead of the CMP method, a resist is applied to the upper layer of the second polycrystalline silicon film 3b by spin coating, and the etching rate between the resist and the second layer doped amorphous silicon film is increased. Etching is performed to achieve the same level, and the surface is planarized.

しかしながら、このようにCMPやレジストエッチバック工程における膜厚ばらつきを抑制するために、固体撮像素子の動作に寄与しないダミーパターンを配列しているが、アクティブ領域にダミーパターンを配列することは困難である。このためアクティブ領域にはダミーパターンを形成することなしに形成するが、第2層ドープトアモルファスシリコン膜を平坦化する際にディッシングが発生し、ディッシングによる膜厚のばらつきの影響で配線抵抗のばらつきが生じ、電荷転送効率低下の大きな原因となる。
また、半導体基板上における第1層を構成する第1の電極のパターン密度の小さい領域、特に半導体基板(半導体チップ)の周縁部では、第2層ドープトアモルファスシリコン膜の膜厚が小さくなることがあった。
However, dummy patterns that do not contribute to the operation of the solid-state imaging device are arranged in order to suppress film thickness variations in the CMP and resist etch-back processes in this way, but it is difficult to arrange dummy patterns in the active region. is there. For this reason, the active region is formed without forming a dummy pattern, but dishing occurs when the second-layer doped amorphous silicon film is planarized, and variations in wiring resistance due to film thickness variations due to dishing. This causes a significant decrease in charge transfer efficiency.
In addition, in the region where the pattern density of the first electrode constituting the first layer on the semiconductor substrate is small, particularly in the peripheral portion of the semiconductor substrate (semiconductor chip), the film thickness of the second layer doped amorphous silicon film is reduced. was there.

特開平8−274302号公報JP-A-8-274302

このように、従来の固体撮像素子では、ダミーパターンを形成することのできないアクティブ領域にデッシングが生じ、配線層の膜厚にばらつきが生じることになり、これが電荷転送効率低下の原因となっていた。   As described above, in the conventional solid-state imaging device, dishing occurs in an active region where a dummy pattern cannot be formed, resulting in variations in the film thickness of the wiring layer, which causes a decrease in charge transfer efficiency. .

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、第1層導電性膜のパターン上に第2層導電性膜を形成し、第1層導電性膜上の第2層導電性膜を除去して平坦化することにより単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、平坦化工程において、アクティブ領域には第1層導電膜のパターンが形成できないことに起因する膜減りを防止し、均一な膜厚の電荷転送電極を形成することにより電荷転送効率の改善を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a second layer conductive film is formed on the pattern of the first layer conductive film, and the second layer conductive film on the first layer conductive film is removed. When the charge transfer electrode having a single-layer electrode structure is formed by flattening, the thinning due to the fact that the pattern of the first layer conductive film cannot be formed in the active region is prevented in the flattening step, and uniform An object is to improve charge transfer efficiency by forming a charge transfer electrode having a film thickness.

そこで本発明の固体撮像素子の製造方法では、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される周辺回路部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第1の電極、前記光電変換部および前記周辺回路部の第1層配線を構成する第1層導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第1の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、前記第1の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第2の電極を構成する第2層導電性膜を形成する工程と、前記第1の電極上に突出する前記第2層導電性膜の突出部を除去し、表面を平坦化する工程と、アクティブ領域の前記第2層導電性膜をパターニングする工程とを含み、前記平坦化する工程に先立ち、前記アクティブ領域に前記第2層導電性膜が除去されるのを抑制する除去抑制層を形成する工程を含む。   Therefore, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a photoelectric transfer unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and the charge transfer unit In the method of manufacturing a solid-state imaging device including a peripheral circuit portion connected to a first substrate, a first electrode, the photoelectric conversion portion, and a first layer wiring of the peripheral circuit portion on a semiconductor substrate surface on which a gate oxide film is formed Forming a pattern of the first layer conductive film constituting the structure, forming an insulating film serving as an inter-electrode insulating film on at least a side wall of the first electrode, the first electrode and the inter-electrode insulation Forming a second layer conductive film constituting a second electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the film is formed, and removing the protruding portion of the second layer conductive film protruding on the first electrode; The process of flattening the surface and the Removing a second layer conductive film in the active region prior to the planarization step, and a step of patterning the second layer conductive film in the active region. Forming.

この構成により、第1層導電性膜によるパターンを形成することができないアクティブ領域の第2層導電性膜上にこの第2層導電性膜が除去されるのを抑制する除去抑制層を形成することにより、第2層導電性膜の膜減りを抑制し、ばらつきの少ない第2層電極を形成することができる。   With this configuration, the removal suppression layer that suppresses the removal of the second layer conductive film is formed on the second layer conductive film in the active region where the pattern of the first layer conductive film cannot be formed. Thus, it is possible to suppress the decrease in the second layer conductive film and form the second layer electrode with little variation.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記除去抑制層を形成する工程は、前記第2層導電性膜を形成する工程の後に実施される。
この構成によれば、第2層導電性膜の上層に除去抑制層が形成されるため、第2層導電性膜の成膜を中断することなく形成できるため作業性がよい。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the step of forming the removal suppressing layer is performed after the step of forming the second layer conductive film.
According to this configuration, since the removal suppressing layer is formed on the second layer conductive film, the second layer conductive film can be formed without being interrupted, so that workability is good.

また本発明の方法では、前記第2層導電性膜を形成する工程が、第1の導電性膜と同程度の膜厚の前記第2層導電性膜を成膜する前工程と、この後前記除去抑制層を形成し、さらに前記第2層導電性膜を成膜する後工程とを具備したものを含む。
この方法によれば、除去抑制層の形成に際し、平坦性の良好な表面にパターニングをすることができるため、精度がより高められる。
In the method of the present invention, the step of forming the second layer conductive film includes a step before forming the second layer conductive film having the same thickness as that of the first conductive film, and a step thereafter. And a post-process for forming the removal suppressing layer and further forming the second-layer conductive film.
According to this method, since the patterning can be performed on the surface having good flatness when forming the removal suppressing layer, the accuracy is further improved.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記第2層導電性膜が、シリコン系導電性膜であるものを含む。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the second layer conductive film includes a silicon-based conductive film.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記シリコン系導電性膜は、ドープトアモルファスシリコンであるものを含む。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the silicon conductive film includes doped amorphous silicon.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記シリコン系導電性膜は、ドープトポリシリコンであるものを含む。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the silicon conductive film includes doped polysilicon.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記除去抑制層を形成する工程は、酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜を形成する工程とを含むものを含む。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the step of forming the removal suppressing layer includes a step of forming a silicon oxide film and a step of forming a silicon nitride film on the silicon oxide film. Including.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記除去抑制層を形成する工程は、等方性エッチングによりパターニングする工程を含むものを含む。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of forming the removal suppressing layer includes a step of patterning by isotropic etching.

また本発明の固体撮像素子の製造方法では、前記平坦化する工程は、前記半導体基板表面にレジストを塗布する工程と、前記レジストと前記第2層導電性膜とが同程度のエッチング速度を持つ条件でエッチバックする工程とをものを含む。
この方法によれば、除去抑制層の存在により膜減りを抑制し、ばらつきの少ない配線を得ることができる。
また、半導体基板上の固体撮像素子の周辺回路部のうちパターン密度の小さい領域、特に半導体基板(半導体チップ)周縁部では、レジストの膜厚が小さくなり、表面レベルが低下しやすいが、ダミーパターンの追加によりレジストエッチバックに先立ち、表面レベルが周縁部でも低くならないようにすることができるため、電荷転送電極を単層化する際に生じるシリコン系導電性膜、特に第2層シリコン系導電性膜の膜減りを防止することができる。したがって、さらに均一な膜厚の配線部を形成することができる。
In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the flattening step includes a step of applying a resist on the surface of the semiconductor substrate, and the etching rate of the resist and the second layer conductive film is comparable. And a process of etching back under conditions.
According to this method, it is possible to suppress the film loss due to the presence of the removal suppression layer and to obtain a wiring with little variation.
Further, in the peripheral circuit portion of the solid-state imaging device on the semiconductor substrate, in the region where the pattern density is low, particularly in the peripheral portion of the semiconductor substrate (semiconductor chip), the film thickness of the resist is small and the surface level tends to be reduced. In addition to the resist etchback, the surface level can be prevented from being lowered even at the peripheral portion, so that the silicon-based conductive film generated when the charge transfer electrode is formed into a single layer, particularly the second-layer silicon-based conductive layer. It is possible to prevent film loss. Accordingly, a wiring portion having a more uniform film thickness can be formed.

また、本発明の方法は、半導体基板表面に、前記光電変換部の有効撮像領域を囲むように、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられるフィールド酸化膜の形成領域に、トレンチを形成する工程と、前記トレンチ内にフィールド酸化膜を形成する工程と、前記フィールド酸化膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する工程と、前記半導体基板表面に、前記電荷転送電極、前記光電変換部および前記周辺回路部などの素子部を形成する工程とを含むものを含む。
この方法により容易に表面の平坦化をはかることができる。この場合トレンチの深さとフィールド酸化膜の厚さとが一致するように形成できる場合には、特に平坦化工程は不要となる場合もある。
In the method of the present invention, a trench is formed in a field oxide film formation region provided in a peripheral circuit portion and the charge transfer portion so as to surround an effective imaging region of the photoelectric conversion portion on a semiconductor substrate surface. A step of forming a field oxide film in the trench, a step of flattening the surface of the semiconductor substrate on which the field oxide film is formed, the charge transfer electrode, the photoelectric conversion unit, and the semiconductor substrate surface And a step of forming an element portion such as the peripheral circuit portion.
By this method, the surface can be easily flattened. In this case, if the trench depth and the field oxide film can be formed so as to coincide with each other, the planarization process may not be particularly necessary.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化(LOCOS)工程を含むものを含む。
この方法によれば長時間を要するが膜質の良好なフィールド酸化膜を形成することが可能となる。
In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of forming the field oxide film includes a selective oxidation (LOCOS) step.
According to this method, it is possible to form a field oxide film having a good film quality although it takes a long time.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、前記トレンチにCVD法により絶縁膜を充填する工程を含むものを含む。
この方法によれば、フィールド酸化膜の形成に要する時間の短縮を図ることができる。 なお、LOCOSとCVDとを併用し、素子分離を重視するアンプ部付近ではLOCOS、平坦性を重視する部分ではCVDというように同一基板面内で複数の方法を併用してもよい。
In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of forming the field oxide film includes a step of filling the trench with an insulating film by a CVD method.
According to this method, the time required for forming the field oxide film can be shortened. It should be noted that LOCOS and CVD may be used in combination, and a plurality of methods may be used in the same substrate surface, such as LOCOS in the vicinity of an amplifier unit that emphasizes element isolation and CVD in a portion that emphasizes flatness.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、前記半導体基板表面にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、レジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含むものを含む。   Further, in the method for producing a solid-state imaging device of the present invention, the step of flattening the surface of the semiconductor substrate includes a step of applying a resist to the surface of the semiconductor substrate by a spin coat method and a step of flattening by a resist etch back method. Including those containing.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、CMP(化学的機械研磨)法により前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含むものを含む。   In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, the step of planarizing the surface of the semiconductor substrate includes a step of planarizing the surface of the semiconductor substrate by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第1層導電性膜のパターンを形成する工程は、前記レジストの表面レベルが前記半導体基板上で所定の値以下とならないように、ダミーパターンを含む前記パターンを形成する工程を含むものを含む。   Further, in the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the step of forming the pattern of the first layer conductive film may be performed so that a surface level of the resist does not become a predetermined value or less on the semiconductor substrate. Including the step of forming the pattern including:

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第1層導電性膜のパターンを形成する工程は、前記第2層導電性膜の表面レベルが前記半導体基板上で所定の値以下とならないように、ダミーパターンを含む前記パターンを形成する工程を含む。   In the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, in the step of forming the pattern of the first layer conductive film, the surface level of the second layer conductive film does not fall below a predetermined value on the semiconductor substrate. Thus, the process of forming the said pattern containing a dummy pattern is included.

また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第2層導電性膜を形成する工程に先立ち、前記第1の電極の表面にエッチングストッパとなるストッパ層を形成する工程を含み、前記平坦化工程は、前記ストッパ層をストッパとしてエッチバックを行う工程であるものを含む。   The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention includes a step of forming a stopper layer serving as an etching stopper on the surface of the first electrode prior to the step of forming the second layer conductive film. The forming step includes a step of performing etch back using the stopper layer as a stopper.

この構成により、第1の電極が削られることなく、第1の電極上でエッチバックを停止することができるため、平坦性が良好で、高歩留まりの電荷転送部を形成することが可能となる。ここで第2層導電性膜をシリコン系導電性膜で構成する場合には、窒化シリコンなどを用いるのが望ましい。また、第1の電極のパターニングに際し、酸化シリコンと窒化シリコンとの2層膜をマスクとして用い、これをこのまま残してエッチングストッパに用いることにより、工数を増大することなく、良好なパターニングを可能にするとともに、平坦性に優れた電荷転送部を形成することが可能となる。   With this configuration, the etch back can be stopped on the first electrode without the first electrode being scraped, so that it is possible to form a charge transfer portion with good flatness and high yield. . Here, when the second-layer conductive film is composed of a silicon-based conductive film, it is desirable to use silicon nitride or the like. Also, when patterning the first electrode, a two-layer film of silicon oxide and silicon nitride is used as a mask, and this is used as it is as an etching stopper, thereby enabling good patterning without increasing the number of steps. At the same time, it is possible to form a charge transfer portion having excellent flatness.

本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、CMP法あるいはレジストエッチバック法により平坦化を行なう際、ダミーパターンを形成できないアクティブ領域でも、除去抑制層(エッチングストッパ)の形成により、第2層シリコン系導電性膜の膜減りを防止し、配線抵抗が均一で電荷転送効率の良好な固体撮像素子を形成することが可能となる。   According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, when planarization is performed by CMP or resist etch-back, the second layer is formed by forming a removal suppression layer (etching stopper) even in an active region where a dummy pattern cannot be formed. It is possible to prevent the silicon conductive film from being reduced, and to form a solid-state imaging device with uniform wiring resistance and good charge transfer efficiency.

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(第1の実施の形態)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)

この固体撮像素子は、図1乃至図3にその電極形成工程を示すように、単層電極構造の電荷転送電極を備えた固体撮像素子を形成するに際し、第1の電極を構成する第1層導電性膜としての第1層アモルファスシリコン膜によるダミーパターンを形成できないアクティブ領域(ここでは図3(k)における第1の電極3a間の領域)に除去抑制層(エッチングストッパ)を形成し、アクティブ領域の第2層アモルファスシリコン膜の膜減りを抑制するようにしたことを特徴とする。
これにより、レジストエッチバックによる平坦化処理によって第2層導電性膜としての第2層アモルファスシリコンで形成される第2の電極および配線についても、アクティブ領域の膜減りもない。したがって、電荷転送部および周辺回路部において、膜減りもなく、良好に表面の平坦化をはかることができる。
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the solid-state imaging device has a first layer constituting the first electrode when forming a solid-state imaging device having a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure. A removal suppression layer (etching stopper) is formed in the active region (here, the region between the first electrodes 3a in FIG. 3K) where the dummy pattern of the first layer amorphous silicon film as the conductive film cannot be formed. It is characterized in that the film loss of the second layer amorphous silicon film in the region is suppressed.
As a result, neither the second electrode or the wiring formed of the second layer amorphous silicon as the second layer conductive film by the planarization process by resist etch back is reduced in the active region. Therefore, the surface of the charge transfer portion and the peripheral circuit portion can be satisfactorily flattened without reducing the film thickness.

なお、図4および図5に全体の概要説明図(この図では周縁部は示されていない)を示すように、シリコン基板1には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。ここで図5は図4のA−A線に沿ってフォトダイオード領域を含む面で切断して得られる断面である。なお図1乃至3の製造工程図では、機能回路を構成する配線パターンとしての第2層導電性膜のパターンをもつアクティブ領域を含む断面を示している。   As shown in FIG. 4 and FIG. 5 as a schematic explanatory diagram of the whole (the peripheral portion is not shown in this figure), a plurality of photodiode regions 30 constituting the photoelectric conversion portion are formed on the silicon substrate 1. Then, a charge transfer unit 40 for transferring the signal charge detected by the photodiode is formed between the photodiode regions 30. Here, FIG. 5 is a cross-section obtained by cutting along a plane including the photodiode region along the line AA in FIG. 1 to 3 show a cross section including an active region having a pattern of a second layer conductive film as a wiring pattern constituting a functional circuit.

電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル33は、図4では図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成される。   Although not shown in FIG. 4, the charge transfer channel 33 through which the signal charge transferred by the charge transfer electrode moves is formed in a direction crossing the direction in which the charge transfer unit 40 extends.

なお、図4においては、電極間絶縁膜5の内、フォトダイオード領域と電荷転送部40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。   In FIG. 4, the description of the interelectrode insulating film 5 formed near the boundary between the photodiode region and the charge transfer portion 40 is omitted.

図5に示すように、シリコン基板1内には、フォトダイオード領域30、電荷転送チャネル33、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域34が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5と電荷転送電極3(第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aからなる第1の電極、第2層ドープトアモルファシリコン膜3bからなる第2の電極)が形成される。   As shown in FIG. 5, a photodiode region 30, a charge transfer channel 33, a channel stop region 32, and a charge readout region 34 are formed in the silicon substrate 1, and a gate oxide film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1. Is done. On the surface of the gate oxide film 2, an interelectrode insulating film 5 made of a silicon oxide film and a charge transfer electrode 3 (a first electrode made of a first layer doped amorphous silicon film 3a, a second layer doped amorphous silicon film 3b) Second electrode) is formed.

電荷転送部40は、上述したとおりであるが、図5に示すように、電荷転送部40の電荷転送電極上面には中間層70が形成される。71は遮光膜、72はBPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜、73はP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)、74は透明樹脂膜からなる平坦化層である。   Although the charge transfer unit 40 is as described above, an intermediate layer 70 is formed on the upper surface of the charge transfer electrode of the charge transfer unit 40 as shown in FIG. 71 is a light shielding film, 72 is an insulating film made of BPSG (borophospho silicate glass), 73 is an insulating film (passivation film) made of P-SiN, and 74 is a flattening layer made of a transparent resin film.

固体撮像素子の上方には、フォトダイオード領域30の光検知部分を除いて遮光膜71が設けられ、さらにカラーフィルタ50、マイクロレンズ60が設けられる。また、カラーフィルタ50とマイクロレンズ60との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層61が充填される。
また、図5では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
Above the solid-state imaging device, a light shielding film 71 is provided except for the light detection portion of the photodiode region 30, and a color filter 50 and a microlens 60 are further provided. Further, a flattening layer 61 made of an insulating transparent resin or the like is filled between the color filter 50 and the microlens 60.
FIG. 5 shows a so-called honeycomb-structured solid-state image pickup device, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a square lattice type solid-state image pickup device.

次にこの固体撮像素子の製造工程について詳細に説明する。
まず、不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚
15〜35nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚5〜10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
Next, the manufacturing process of this solid-state image sensor will be described in detail.
First, a silicon oxide film 2a having a thickness of 15 to 35 nm, a silicon nitride film 2b having a thickness of 50 nm, and a thickness of 5 to 5 are formed on the surface of an n-type silicon substrate 1 having an impurity concentration of about 1.0 × 10 16 cm −3. A 10 nm silicon oxide film 2c is formed, and a gate oxide film 2 having a three-layer structure is formed.

続いて、このゲート酸化膜2上に、PHとNとを添加したSiHを反応性ガスと
して用いた減圧CVD法により、膜厚0.3〜0.4μmのリンドープの第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は500〜650℃とする。
Subsequently, a phosphorus-doped first layer dope with a film thickness of 0.3 to 0.4 μm is formed on the gate oxide film 2 by a low pressure CVD method using SiH 4 to which PH 3 and N 2 are added as a reactive gas. A triamorphous silicon film 3a is formed. The substrate temperature at this time shall be 500-650 degreeC.

この後、減圧CVD法により膜厚10〜30nmの酸化シリコン膜4と、膜厚50nmの窒化シリコン膜5とを形成する。   Thereafter, a silicon oxide film 4 having a thickness of 10 to 30 nm and a silicon nitride film 5 having a thickness of 50 nm are formed by low pressure CVD.

続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ0.5〜1.4μmとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンR1を形成する(図1(a))。ここでシリコン基板1の周縁部にはダミーパターン(図示せず)を形成しても良い。ダミーパターンは、レジストパターンR1からの間隔が所定幅(第1の電極の間隔)以上とならないようにレイアウト時に形成される。   Subsequently, a positive resist is applied to the upper layer so as to have a thickness of 0.5 to 1.4 μm, exposed by photolithography using a desired mask, developed, and washed with water to form a resist pattern R1. (FIG. 1 (a)). Here, a dummy pattern (not shown) may be formed on the peripheral edge of the silicon substrate 1. The dummy pattern is formed at the time of layout so that the interval from the resist pattern R1 does not exceed a predetermined width (interval of the first electrodes).

この後、CHFとCとOとHeとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、酸化シリコン膜4と、窒化シリコン膜5とをエッチングし、第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aのパターニング用のマスクパターンを形成する(図1(b))。ここでもダミーのマスクパターンが、本来の第1の電極形成用マスクパターンの左手に形成されている。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する(図1(c))。
Thereafter, the silicon oxide film 4 and the silicon nitride film 5 are etched by reactive ion etching using a mixed gas of CHF 3 , C 2 F 6 , O 2 and He, and the first layer doped amorphous silicon A mask pattern for patterning the film 3a is formed (FIG. 1B). Again, the dummy mask pattern is formed on the left hand side of the original first electrode forming mask pattern.
Then, the resist pattern is removed by ashing (FIG. 1C).

この後、HBrとOとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを選択的にエッチング除去し、第1の電極および周辺回路の配線を形成する(図1(d))。ここではECR(電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式のなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。 Thereafter, the first layer doped amorphous silicon film 3a is selected by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2 with the mask pattern as a mask and the silicon nitride film 2b of the gate oxide film 2 as an etching stopper. Etching is performed to form wirings for the first electrode and the peripheral circuit (FIG. 1D). Here, it is desirable to use an etching apparatus such as an ECR (Electron Cyclotoron Resonance) system or an ICP (Inductively Coupled Plasma) system.

続いて、熱酸化法により第1の電極のパターンの周りに膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5を形成する(図2(e))。   Subsequently, an interelectrode insulating film 5 made of a silicon oxide film having a thickness of 80 to 90 nm is formed around the first electrode pattern by a thermal oxidation method (FIG. 2E).

次に、SiHガスにPHとNとを添加した反応性ガスを用いた減圧CVD法によ
り膜厚0.4〜0.7μmの第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを形成する。このとき第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bの膜厚は第1層ドープトアモルファスシリコン膜およびその上層の酸化シリコン膜4および窒化シリコン膜5の膜厚の合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。
Next, a second layer doped amorphous silicon film 3b having a film thickness of 0.4 to 0.7 μm is formed by a low pressure CVD method using a reactive gas obtained by adding PH 3 and N 2 to SiH 4 gas. At this time, the film thickness of the second layer doped amorphous silicon film 3b is equal to or more than the total film thickness of the first layer doped amorphous silicon film and the silicon oxide film 4 and silicon nitride film 5 thereabove. It needs to be formed to be thick.

そして、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bの形成された表面に除去抑制層8として酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の2層膜を形成する(図2(f))。
そして図2(g)に示すように、この上層にレジストR2を塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングする。ここでレジストR2としては、GKR4403を使用し膜厚700〜800nm塗布する。
Then, a two-layer film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed as a removal suppression layer 8 on the surface where the second layer doped amorphous silicon film 3b is formed (FIG. 2F).
Then, as shown in FIG. 2G, a resist R2 is applied to this upper layer and patterned by photolithography. Here, as the resist R2, GKR4403 is used and applied to a film thickness of 700 to 800 nm.

続いて、図3(h)に示すように、レジストR2のパターンをマスクとして除去抑制層8を等方性エッチングによりパターニングする。
そして、図3(i)に示すように、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bのエッチング速度がほぼ同一となる条件で、全面エッチングを行い、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bの平坦化を行う。
Subsequently, as shown in FIG. 3H, the removal suppressing layer 8 is patterned by isotropic etching using the pattern of the resist R2 as a mask.
Then, as shown in FIG. 3I, the entire surface is etched under the condition that the etching rate of the second layer doped amorphous silicon film 3b is almost the same, and the second layer doped amorphous silicon film 3b is planarized. Do.

この後、図3(j)に示すように、アクティブ領域および周辺回路形成のためのレジストパターンR3を形成する。ここでは、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うようにレジストパターンR3を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 3J, a resist pattern R3 for forming an active region and a peripheral circuit is formed. Here, the resist pattern R3 is formed so as to cover a part of the solid-state imaging element forming portion and the peripheral circuit portion.

そして、図3(k)に示すように、このレジストパターンR3をマスクとして、フォトダイオード領域30上の第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bをエッチング除去するとともに周辺回路パターン(図示せず)を残留させる。
そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を構成する第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bのパターンが形成される。
Then, as shown in FIG. 3 (k), using this resist pattern R3 as a mask, the second layer doped amorphous silicon film 3b on the photodiode region 30 is removed by etching and a peripheral circuit pattern (not shown) remains. Let
Then, by removing the resist by ashing, a pattern of the second layer doped amorphous silicon film 3b constituting part of the solid-state imaging element forming portion and the peripheral circuit portion is formed.

このようにして、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bからなる第2の電極を形成し、表面の平坦な電荷転送電極が形成される。このとき基板周縁部には図示しないダミーパターンが残留している。このダミーパターンは網目状をなすように形成しており、望ましくは接地電位に接続しておく。これにより安定な接続が可能となる。   In this way, the second electrode composed of the second layer doped amorphous silicon film 3b is formed, and a charge transfer electrode having a flat surface is formed. At this time, a dummy pattern (not shown) remains on the periphery of the substrate. This dummy pattern is formed in a mesh shape, and is preferably connected to the ground potential. Thereby, a stable connection is possible.

そしてこの上層に遮光膜のパターン71、膜厚700nmのBPSG膜72を形成し、850℃でリフローし平坦化する。そしてP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)73、透明樹脂膜からなる平坦化層74を形成する。6は絶縁膜である。
この後、カラーフィルタ50、平坦化層61、マイクロレンズ60などを形成して、図4および図5に示すような固体撮像素子を得る。
Then, a light-shielding film pattern 71 and a BPSG film 72 having a thickness of 700 nm are formed on this upper layer and reflowed at 850 ° C. to be flattened. Then, an insulating film (passivation film) 73 made of P-SiN and a planarization layer 74 made of a transparent resin film are formed. Reference numeral 6 denotes an insulating film.
Thereafter, the color filter 50, the flattening layer 61, the microlens 60, and the like are formed to obtain a solid-state imaging device as shown in FIGS.

この方法によれば、アクティブ領域の第2層ドープトアモルファスシリコン膜上に除去抑制層のパターンを形成しているため、エッチバックのためのレジストの表面レベルを中心部と同一に形成することができ、周縁部での膜減りのない、高精度のパターン形成を実現することができ、機能的にも信頼性の高い動作特性を得ることができる。   According to this method, since the pattern of the removal suppressing layer is formed on the second layer doped amorphous silicon film in the active region, the surface level of the resist for etch back can be formed to be the same as the central portion. In addition, it is possible to realize highly accurate pattern formation without film loss at the peripheral portion, and to obtain functionally highly reliable operation characteristics.

以上のように、かかる構成によれば、アクティブ領域に除去抑制層を設けて平坦化しているため、アクティブ領域の膜減りに起因する抵抗増大を防止することができる。また半導体基板周縁部など、第1の電極のパターン密度が小さいところ、特にスクライブラインなど、スピン塗布によりレジストを塗布する際にレジストの表面レベルが低くなることがないように、ダミーパターンを形成すればよく、特性のばらつきがなく、信頼性の高い固体撮像素子を形成することができる。
なお本実施の形態で半導体基板周縁部とは、半導体チップの周縁部をいうものとする。
As described above, according to such a configuration, since the removal suppression layer is provided in the active region and is planarized, an increase in resistance due to the film reduction in the active region can be prevented. In addition, when the pattern density of the first electrode is small, such as at the periphery of the semiconductor substrate, a dummy pattern should be formed so that the surface level of the resist is not lowered when the resist is applied by spin coating, particularly in a scribe line. In other words, a highly reliable solid-state imaging device can be formed with no variation in characteristics.
In the present embodiment, the peripheral edge of the semiconductor substrate refers to the peripheral edge of the semiconductor chip.

また前記実施の形態では、電極間絶縁膜5を第1の電極の周りに熱酸化によって形成した。すなわち、第1の電極のパターニング用マスクおよび第2の電極の平坦化に際してエッチングストッパとして用いる酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の2層膜の窒化シリコン膜を酸化防止膜として、第1の電極の熱酸化を行うことにより、第1の電極の側壁に選択的に酸化シリコン膜を形成し、これを電極間絶縁膜とする。この場合は、あらかじめこの酸化される領域分、第1の電極幅が大きくなるようにレジストパターンを形成する必要がある。なお、この熱酸化に代えて、減圧CVD法によって電極間絶縁膜を形成するようにしてもよい。   In the embodiment, the interelectrode insulating film 5 is formed around the first electrode by thermal oxidation. That is, the first electrode patterning mask and the silicon nitride film, which is a two-layer silicon nitride film used as an etching stopper when planarizing the second electrode, are used as an antioxidant film, and the heat of the first electrode By performing oxidation, a silicon oxide film is selectively formed on the side wall of the first electrode, and this is used as an interelectrode insulating film. In this case, it is necessary to form a resist pattern in advance so that the first electrode width is increased by the oxidized region. Instead of this thermal oxidation, an interelectrode insulating film may be formed by a low pressure CVD method.

(第2の実施の形態)
前記第1の実施の形態では、第2層アモルファスシリコン膜の最上層で除去抑制層を形成したが、本実施の形態では、第2層アモルファスシリコン膜を2回に分けて成膜し、中間部に除去抑制層を形成している。他部については前記第1の実施の形態と同様である。 すなわち、図1(a)乃至図2(f)に示したように電極間絶縁膜5を形成した後第2層アモルファスシリコン膜3bを第1層アモルファスシリコン膜表面と同程度の高さに除去抑制層8を形成する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, the removal suppressing layer is formed as the uppermost layer of the second layer amorphous silicon film. However, in the present embodiment, the second layer amorphous silicon film is formed in two steps, and an intermediate layer is formed. The removal suppression layer is formed in the part. Other parts are the same as those in the first embodiment. That is, as shown in FIGS. 1A to 2F, after the interelectrode insulating film 5 is formed, the second layer amorphous silicon film 3b is removed to the same height as the surface of the first layer amorphous silicon film. The suppression layer 8 is formed.

この後、図6(a)に示すようにレジストパターンR2をパターニングする。
そしてレジストパターンR2をマスクとして、除去抑制層8をパターニングする(図6(b))
Thereafter, a resist pattern R2 is patterned as shown in FIG.
Then, the removal suppression layer 8 is patterned using the resist pattern R2 as a mask (FIG. 6B).

そしてさらにこの上層に図6(c)に示すように、この除去抑制層8上に第2層アモルファスシリコン層を成膜する。
そして、図7(d)に示すように、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bのエッチング速度がほぼ同一となる条件で、全面エッチングを行い、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bの平坦化を行う。
Further, as shown in FIG. 6C, a second amorphous silicon layer is formed on the removal suppressing layer 8 as an upper layer.
Then, as shown in FIG. 7D, the entire surface is etched under the condition that the etching rate of the second layer doped amorphous silicon film 3b is almost the same, and the second layer doped amorphous silicon film 3b is planarized. Do.

この後、図7(e)に示すように、アクティブ領域および周辺回路形成のためのレジストパターンR3を形成する。ここでは、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うようにレジストパターンR3を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 7E, a resist pattern R3 for forming an active region and a peripheral circuit is formed. Here, the resist pattern R3 is formed so as to cover a part of the solid-state imaging element forming portion and the peripheral circuit portion.

そして、図7(f)に示すように、このレジストパターンR3をマスクとして、フォトダイオード領域上の第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bをエッチング除去するとともに周辺回路パターン(図示せず)を残留させる。
そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bが形成される。
Then, as shown in FIG. 7F, using this resist pattern R3 as a mask, the second layer doped amorphous silicon film 3b on the photodiode region is removed by etching and a peripheral circuit pattern (not shown) is left. .
Then, by removing the resist by ashing, the second-layer doped amorphous silicon film 3b is formed so as to cover a part of the solid-state imaging element forming portion and the peripheral circuit portion.

この方法によれば、アクティブ領域の配線抵抗のばらつきを低減し、信頼性の高い固体撮像素子を形成することができる。
またダミーパターンは、光電変換部の第1層配線の密度と同程度以上となるように形成されることにより、表面レベルの低下を招くことなく形成可能である。
According to this method, it is possible to reduce variations in the wiring resistance in the active region and form a highly reliable solid-state imaging device.
In addition, the dummy pattern can be formed without causing a decrease in the surface level by being formed so as to be equal to or higher than the density of the first layer wiring of the photoelectric conversion portion.

(第3の実施の形態)
なお、前記実施の形態では詳細には述べていないが、チップ周縁部には、その有効撮像領域を囲むように枠状にフィールド酸化膜が形成されるが、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルと同一となるようにリセスロコス(Recess LOCOS)法によって形成するのが望ましい。
(Third embodiment)
Although not described in detail in the embodiment, a field oxide film is formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region on the periphery of the chip, but a photoelectric conversion unit including a photosensor and It is desirable to form by the Recess LOCOS method so as to be the same as the surface level of the charge transfer portion.

本実施の形態の固体撮像素子は、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられたフィールド酸化膜の表面レベルが、前記光電変換部の表面レベルと同程度となるようにし、素子領域の形成に際し、基板表面全体が平坦となるようにし、フォトリソグラフィによるパターン精度を高めるようにしたもので、電荷転送電極を単層化する際に生じる導電性膜、特に第2層導電性膜の膜減りを防止することができ、均一な膜厚の電荷転送電極および周辺回路を形成するものである。すなわち、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される出力回路を含む周辺回路部とを具備した固体撮像素子においてその有効撮像領域(受光領域)を囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜の表面が、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルと同一となるようにリセスロコス(Recess LOCOS)法によって形成されたことを特徴とする。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the surface level of the field oxide film provided in the peripheral circuit unit and the charge transfer unit is set to be approximately the same as the surface level of the photoelectric conversion unit, and the element region is formed. The entire surface of the substrate is flattened and the pattern accuracy by photolithography is improved, and the conductive film generated when the charge transfer electrode is made into a single layer, particularly the second layer conductive film is reduced. The charge transfer electrode and the peripheral circuit having a uniform film thickness can be formed. That is, a photoelectric transfer unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and a peripheral circuit unit including an output circuit connected to the charge transfer unit are provided. In the solid-state imaging device, the surface of the field oxide film formed in a frame shape so as to surround the effective imaging region (light receiving region) is the same as the surface level of the photoelectric conversion unit including the photosensor and the charge transfer unit. It is formed by the Recess LOCOS method.

かかる構成によれば、平坦な表面にパターンが形成されているため極めて高精度のパタ ーン形成が可能となり、極めて微細な電荷転送部の形成が可能となる。また周辺回路部を含む配線も微細化が可能となる。
なお前記実施の形態では、シリコン基板1表面に形成されたトレンチT内に、選択酸化によるフィールド酸化膜10を形成したが、トレンチ内に酸化シリコン膜などを充填するようにしてもよい。
According to such a configuration, since a pattern is formed on a flat surface, it is possible to form a pattern with extremely high accuracy, and it is possible to form a very fine charge transfer portion. Also, the wiring including the peripheral circuit portion can be miniaturized.
In the above embodiment, the field oxide film 10 is formed by selective oxidation in the trench T formed on the surface of the silicon substrate 1, but a silicon oxide film or the like may be filled in the trench.

以上説明してきたように、本発明の方法によれば、第1層導電性膜のパターンの上に電極間絶縁膜を介して第2層導電性膜を形成し、この第2層導電性膜を平坦化して単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、平坦化に先立ち、アクティブ領域には除去抑制層を形成しておくことにより、膜減りを防止しているため、特性のばらつきを低減し、信頼性の高い固体撮像素子を得ることができることから、微細でかつ高感度の固体撮像素子の形成に有効である。   As described above, according to the method of the present invention, the second layer conductive film is formed on the pattern of the first layer conductive film via the interelectrode insulating film, and this second layer conductive film is formed. When a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure is formed by flattening the film, the removal suppression layer is formed in the active region prior to the flattening to prevent film loss. Therefore, it is possible to obtain a solid-state imaging device that is reduced and has high reliability, and is effective in forming a fine and highly sensitive solid-state imaging device.

本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。It is a figure which shows the solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the solid-state image sensor of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of the 2nd Embodiment of this invention. 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of a prior art example. 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1の電極(第1層ドープトアモルファスシリコン膜)
3b 第2の電極(第2層ドープトアモルファスシリコン膜)
3 電荷転送電極
4a 酸化シリコン膜
4b 窒化シリコン膜
5 電極間絶縁膜
8 除去抑制層
30 フォトダイオード領域
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 中間層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2 Gate oxide film 3a 1st electrode (1st layer doped amorphous silicon film)
3b Second electrode (second layer doped amorphous silicon film)
3 Charge Transfer Electrode 4a Silicon Oxide Film 4b Silicon Nitride Film 5 Interelectrode Insulating Film 8 Removal Suppression Layer 30 Photodiode Region 40 Charge Transfer Unit 50 Color Filter 60 Micro Lens 70 Intermediate Layer

Claims (17)

光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する単層電極構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続される周辺回路部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第1の電極、前記光電変換部および前記周辺回路部の第1層配線を構成する第1層導電性膜のパターンを形成する工程と、
前記第1の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第2の電極を構成する第2層導電性膜を形成する工程と、
前記第1の電極上に突出する前記第2層導電性膜の突出部を除去し、表面を平坦化する工程と、
アクティブ領域の前記第2層導電性膜をパターニングする工程とを含み、
前記平坦化する工程に先立ち、前記アクティブ領域に前記第2層導電性膜が除去されるのを抑制する除去抑制層を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
Solid comprising: a photoelectric conversion unit; a charge transfer unit including a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit; and a peripheral circuit unit connected to the charge transfer unit In the manufacturing method of the image sensor,
Forming a pattern of a first layer conductive film constituting a first layer wiring of the first electrode, the photoelectric conversion unit and the peripheral circuit unit on the surface of the semiconductor substrate on which the gate oxide film is formed;
Forming an insulating film to be an inter-electrode insulating film on at least the side wall of the first electrode;
Forming a second layer conductive film constituting a second electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the first electrode and the interelectrode insulating film are formed;
Removing the protruding portion of the second conductive film protruding on the first electrode, and planarizing the surface;
Patterning said second layer conductive film in an active region,
Prior to the flattening step, a method of manufacturing a solid-state imaging device including a step of forming a removal suppression layer that suppresses the removal of the second-layer conductive film in the active region.
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記除去抑制層を形成する工程は、前記第2層導電性膜を形成する工程の後に実施されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the step of forming the removal suppression layer is performed after the step of forming the second layer conductive film.
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2層導電性膜を形成する工程は、第1の導電性膜と同程度の膜厚の前記第2層導電性膜を成膜する前工程と、この後前記除去抑制層を形成し、さらに前記第2層導電性膜を成膜する後工程とを具備したことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The step of forming the second-layer conductive film includes a pre-process for forming the second-layer conductive film having the same film thickness as that of the first conductive film, and then forming the removal suppressing layer. And a post-process for forming the second-layer conductive film.
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2層導電性膜は、シリコン系導電性膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 1 to 3,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the second layer conductive film is a silicon-based conductive film.
請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜は、ドープトアモルファスシリコンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 4,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the silicon-based conductive film is doped amorphous silicon.
請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜は、ドープトポリシリコンであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 4,
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the silicon-based conductive film is doped polysilicon.
請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記除去抑制層を形成する工程は、酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン膜の上に窒化シリコン膜を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 6,
The method of forming a removal suppressing layer includes a step of forming a silicon oxide film and a step of forming a silicon nitride film on the silicon oxide film.
請求項7に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記除去抑制層を形成する工程は、等方性エッチングによりパターニングする工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 7,
The step of forming the removal suppressing layer includes a step of patterning by isotropic etching.
請求項1乃至8のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記平坦化する工程は、前記半導体基板表面にレジストを塗布する工程と、
前記レジストと前記第2層導電性膜とが同程度のエッチング速度を持つ条件でエッチバックする工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8,
The planarizing step includes a step of applying a resist to the semiconductor substrate surface;
And a step of etching back the resist and the second-layer conductive film under the condition that the etching rate is comparable.
請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記平坦化する工程は、CMP(化学的機械研磨)工程であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 9,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the planarizing step is a CMP (Chemical Mechanical Polishing) step.
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送部の形成に先立ち、
半導体基板表面に、前記光電変換部の有効撮像領域を囲むように、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられるフィールド酸化膜の形成領域に、トレンチを形成する工程と、 前記トレンチ内にフィールド酸化膜を形成する工程と、
前記フィールド酸化膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する工程と、
前記半導体基板表面に、前記電荷転送電極、前記光電変換部および前記周辺回路部などの素子部を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
Prior to the formation of the charge transfer portion,
Forming a trench in a field oxide film formation region provided in a peripheral circuit portion and the charge transfer portion so as to surround an effective imaging region of the photoelectric conversion portion on a surface of the semiconductor substrate; and field oxidation in the trench Forming a film;
Planarizing the semiconductor substrate surface on which the field oxide film is formed;
Forming a device portion such as the charge transfer electrode, the photoelectric conversion portion, and the peripheral circuit portion on the surface of the semiconductor substrate.
請求項11に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化(LOCOS)工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 11,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the step of forming the field oxide film includes a selective oxidation (LOCOS) step.
請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記フィールド酸化膜を形成する工程は、前記トレンチにCVD法により絶縁膜を充填する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 9,
The step of forming the field oxide film includes a step of filling the trench with an insulating film by a CVD method.
請求項11乃至13のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板表面を平坦化する工程は、
前記半導体基板表面にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、
レジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 11 to 13,
The step of planarizing the semiconductor substrate surface includes:
Applying a resist to the semiconductor substrate surface by spin coating;
And a flattening process using a resist etch-back method.
請求項11乃至13のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板表面を平坦化する工程は、
CMP(化学的機械研磨)法により前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to any one of claims 11 to 13,
The step of planarizing the semiconductor substrate surface includes:
And a step of planarizing the surface of the semiconductor substrate by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第1層導電性膜のパターンを形成する工程は、前記レジストの表面レベルが前記半導体基板上で所定の値以下とならないように、ダミーパターンを含む前記パターンを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
The step of forming the pattern of the first layer conductive film includes a step of forming the pattern including a dummy pattern so that a surface level of the resist does not become a predetermined value or less on the semiconductor substrate. Manufacturing method.
請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2層導電性膜を形成する工程に先立ち、前記第1の電極の表面にエッチングストッパとなるストッパ層を形成する工程を含み、
前記平坦化工程は、前記ストッパ層をストッパとしてエッチバックを行う工程であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 1,
Prior to the step of forming the second layer conductive film, including a step of forming a stopper layer serving as an etching stopper on the surface of the first electrode,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the planarizing step is a step of performing etch back using the stopper layer as a stopper.
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