JP2006210484A - Method of manufacturing solid state imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、遮光膜にタングステンを用いながら低スミア特性を実現する固体撮像装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device that achieves low smear characteristics while using tungsten for a light shielding film.
近年、固体撮像装置の多画素化,高集積化に伴い、遮光膜にアルミニウムから高融点金属であるタングステンを用いるデバイス構造が提案されている。 In recent years, with the increase in the number of pixels and the high integration of solid-state imaging devices, device structures using tungsten, which is a refractory metal from aluminum, have been proposed as a light shielding film.
以下、図2(a)〜(c)を参照しながら、特許文献1に開示されているタングステンを遮光膜に用いた固体撮像装置の製造方法について説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a solid-state imaging device using tungsten disclosed in Patent Document 1 as a light shielding film will be described with reference to FIGS.
まず、図2(a)に示すように、半導体基板1には浅いp型および深いn型の組み合わせからなるフォトダイオード2が形成されている。また、フォトダイオード2の一方の側部にはp型の読み出し層4があり、また、他方の側部にはp型のバリア層5が形成されている。さらに、読み出し層4の側部には、n型およびp型の組み合わせからなる電荷転送部6があり、フォトダイオード2に蓄積された電荷を読み出す。
First, as shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate 1 is formed with a
また、この電荷を転送するのに必要な電圧を印加するため、電荷転送部6の上部にはゲート絶縁膜7を介して転送電極8が形成されている。ゲート絶縁膜7は、第1のシリコン酸化膜9,シリコン窒化膜10,第2のシリコン酸化膜11の3層からなるMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造を用いている。
In addition, a
さらに、転送電極8、読み出し層4、フォトダイオード2、バリア層5の上部には、層間絶縁膜12であるシリコン酸化膜が成膜されている。
Further, a silicon oxide film as an
次に、図2(b)に示すように、半導体基板1上に遮光膜14を成膜した後、フォトダイオード2に光が入射する受光開口部を形成するため、フォトレジスト法によりレジストパターン15が形成される。さらに、図2(c)に示すように、レジストパターン15をマスクとして、遮光膜14のエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 2B, after forming a
エッチングを行う装置は、マイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチャーを用いる。また、エッチングガスはSF6(六フッ化硫黄):Cl2(塩素):Ar(アルゴン):N2(窒素)=2:2:14:1の比率からなる混合ガスであり、エッチング圧力は2.0Pa、マイクロ波励起パワーは1100W、RF励起パワーは45W、下部電極温度は0℃である。 As an apparatus for performing etching, a microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) etcher is used. The etching gas is a mixed gas having a ratio of SF 6 (sulfur hexafluoride): Cl 2 (chlorine): Ar (argon): N 2 (nitrogen) = 2: 2: 14: 1, and the etching pressure is The power is 2.0 Pa, the microwave excitation power is 1100 W, the RF excitation power is 45 W, and the lower electrode temperature is 0 ° C.
以上の工程により、タングステンを遮光膜に用いた固体撮像装置を形成する。
しかしながら、このように形成した固体撮像装置におけるフォトダイオードおよび転送電極が形成された撮像領域の周囲には、入出力回路と転送電極の制御のために駆動配線が形成されている。この周辺領域は、遮光膜であるタングステンを一旦形成したのちにすべてを除去する。また、周辺領域上のタングステンを除去するには、長時間のエッチング処理が必要であり、この処理によりフォトダイオード上の層間絶縁膜もエッチングが行われる。 However, drive wiring is formed around the imaging region where the photodiode and the transfer electrode are formed in the solid-state imaging device formed as described above for controlling the input / output circuit and the transfer electrode. This peripheral region is removed after forming tungsten as a light shielding film once. Further, in order to remove tungsten on the peripheral region, a long-time etching process is required, and the interlayer insulating film on the photodiode is also etched by this process.
このために、層間絶縁膜は、駆動耐圧に必要な厚さと、エッチングによって除去される厚さとを加えた膜厚が必要である。しかし、層間絶縁膜の厚膜化は、層間絶縁膜から光が入射し易くなり、スミア特性が悪化するという課題を有している。 For this reason, the interlayer insulating film needs to have a film thickness that is a sum of a thickness necessary for driving withstand voltage and a thickness removed by etching. However, increasing the thickness of the interlayer insulating film has a problem that light is likely to enter from the interlayer insulating film and smear characteristics are deteriorated.
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、遮光膜にタングステンを用いた固体撮像装置において低スミア特性を実現する固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that achieves low smear characteristics in a solid-state imaging device using tungsten as a light-shielding film. To do.
前記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に複数のフォトダイオードを形成する工程と、半導体基板上部において、フォトダイオード間に転送電極と、フォトダイオードと転送電極を形成した撮像領域の周囲にある周辺領域に駆動配線を形成する工程と、フォトダイオード、転送電極、駆動配線の上部に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上部に高融点金属からなる遮光膜を形成する工程と、遮光膜の上部に透明保護膜を形成する工程と、撮像領域の透明保護膜上部にレジストパターンを形成する工程と、第1のエッチング処理によりレジストパターンをマスクとしてフォトダイオード上の一部および駆動配線上の遮光膜と透明保護膜を除去する工程と、第2のエッチング処理により周辺領域の遮光膜の残渣を除去する工程とを有し、第2のエッチング処理を、撮像領域の遮光膜を透明保護膜により保護しながら行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a step of forming a plurality of photodiodes on a semiconductor substrate, a transfer electrode between the photodiodes, and a photodiode on the semiconductor substrate. A step of forming a drive wiring in a peripheral region around the imaging region where the transfer electrode is formed, a step of forming an insulating film on the photodiode, the transfer electrode, and the drive wiring; and a refractory metal on the insulating film. Forming a light shielding film, forming a transparent protective film on the light shielding film, forming a resist pattern on the transparent protective film in the imaging region, and using the resist pattern as a mask by the first etching process A step of removing the light shielding film and the transparent protective film on a part of the photodiode and on the drive wiring, and light shielding of the peripheral region by the second etching process And a step of removing the residue, the second etching process, and carrying out while protecting the transparent protective layer shielding film of the image area.
また、高融点金属はタングステンであり、透明保護膜は酸化膜であること、第2のエッチング処理はウェットエッチングであり、エッチング液に過酸化水素を用いることを特徴とする。 The refractory metal is tungsten, the transparent protective film is an oxide film, the second etching process is wet etching, and hydrogen peroxide is used as an etching solution.
前記の製造方法によれば、第2のエッチング処理により、撮像領域の受光開口部の形状均一性を維持しながら周辺領域のタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化することができる。 According to the above manufacturing method, the second etching process can suppress the tungsten residue in the peripheral region while maintaining the uniformity of the shape of the light receiving opening in the imaging region, and can obtain the driving breakdown voltage for the interlayer insulating film. It can be thinned to a thickness.
本発明によれば、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化して、低スミア特性を得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to obtain low smear characteristics by suppressing tungsten residues while maintaining the uniformity of the shape of the light receiving opening and reducing the thickness of the interlayer insulating film to the minimum film thickness that can provide a driving breakdown voltage. There is an effect.
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1(a)〜(d)は本発明の実施の形態における固体撮像装置の製造方法の工程を示したものである。ここで、前記従来例を示す図2(a)〜(c)において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。 1A to 1D show steps of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. Here, components having substantially the same functions corresponding to the components described in FIGS. 2A to 2C showing the conventional example are denoted by the same reference numerals.
以下に、本発明の実施の形態について、図1(a)〜(d)を参照しながら説明する。まず、図1(a)に示すように、半導体基板1の撮像領域には、浅いp型および深いn型の組み合わせからなるフォトダイオード2を形成する。また、フォトダイオード2の一方の側部にはp型の読み出し層4を、また、他方の側部にはp型のバリア層5を形成する。さらに、読み出し層4の側部には、n型およびp型の組み合わせからなる電荷転送部6を形成し、フォトダイオード2に蓄積された電荷を読み出す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (d). First, as shown in FIG. 1A, a
また、電荷を転送するのに必要な電圧を印加するため、電荷転送部6の上部にはゲート絶縁膜7を介して転送電極8を形成する。ゲート絶縁膜7は、第1のシリコン酸化膜9,シリコン窒化膜10,第2のシリコン酸化膜11の3層からなるMONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造を用いる。
In addition, a
さらに、転送電極8,読み出し層4,フォトダイオード2,バリア層5の上部には、層間絶縁膜12であるシリコン酸化膜を30nmの厚さで成膜する。
Further, a silicon oxide film as an
なお、層間絶縁膜12の膜厚は従来構造よりも薄膜であり、駆動電圧に対して耐圧が得られる膜厚まで薄膜化している。
Note that the film thickness of the
一方、半導体基板1の周辺領域には、半導体基板1上に第2のシリコン酸化膜11と、駆動配線である第1の多結晶シリコン13aおよび第2の多結晶シリコン13bと、層間絶縁膜12を形成する。
On the other hand, in the peripheral region of the semiconductor substrate 1, the second
次に、図1(b)に示すように、半導体基板1上に遮光膜14としてタングステンを約40nmの厚さで成膜した後、透明保護膜16としてシリコン酸化膜を約20nmの厚さで成膜する。タングステンはアルミニウムと比較すると、遮光特性に優れるため薄膜で形成することができる。
Next, as shown in FIG. 1B, after a tungsten film is formed as a
その後、撮像領域のフォトダイオード2に光が入射する受光開口部を形成するため、フォトレジスト法によりレジストパターン15を形成する。このとき周辺領域には、遮光膜14と透明保護膜16を成膜して、レジストパターン15は形成しない。
Thereafter, a resist pattern 15 is formed by a photoresist method in order to form a light receiving opening through which light enters the
次に、第1のエッチング処理として、レジストパターン15をマスクに、透明保護膜16と遮光膜14をエッチングする。その後、レジストパターン15を除去することにより撮像領域に所望の受光開口部を形成する。また、周辺領域においても透明保護膜16と遮光膜14をエッチングする。
Next, as a first etching process, the transparent
エッチングはマイクロ波ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチャーで行い、エッチングガスはSF6:Cl2:Ar:N2=2:2:14:1の比率からなる混合ガスを用いる。 Etching is performed by a microwave ECR (Electron Cyclotron Resonance) etcher, and an etching gas is a mixed gas having a ratio of SF 6 : Cl 2 : Ar: N 2 = 2: 2: 14: 1.
また、具体的なエッチング条件として、エッチング圧力は2.0Pa、マイクロ波励起パワーは1100W、RF励起パワーは45W、下部電極温度は0℃である。ただし、周辺領域の遮光膜14を除去するためオーバーエッチングを増やすと、フォトダイオード2上部の層間絶縁膜12にエッチングが行われて、フォトダイオード2にダメージを与える。したがって、オーバーエッチングはできる限り短いほうがよく、本実施の形態ではオーバーエッチングを行わない。
Further, as specific etching conditions, the etching pressure is 2.0 Pa, the microwave excitation power is 1100 W, the RF excitation power is 45 W, and the lower electrode temperature is 0 ° C. However, if the over-etching is increased to remove the
次に、図1(c)に示すように、第1のエッチング処理後に周辺領域に形成された遮光膜14のタングステン残渣17を除去するため、第2のエッチング処理としてウェットエッチングを行う。
Next, as shown in FIG. 1C, wet etching is performed as a second etching process in order to remove the tungsten residue 17 of the
具体的なエッチング条件として、エッチング液には過酸化水素(H2O2)を用い、エッチング液の温度は50〜80℃、処理時間は10〜20秒である。また、透明保護膜16および層間絶縁膜12へのエッチング速さは、タングステンのエッチング速度の1/10以下であり、本実施の形態のウェットエッチングの場合、透明保護膜16および層間絶縁膜12はエッチングされない。これにより、タングステンへのサイドエッチングを防ぐことができ、受光開口部の均一性を維持することができる(図1(d)参照)。
As specific etching conditions, hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used as an etchant, the temperature of the etchant is 50 to 80 ° C., and the treatment time is 10 to 20 seconds. Further, the etching rate to the transparent
以上の工程から、本実施の形態に係る製造方法により固体撮像装置の製造を行う。 From the above steps, the solid-state imaging device is manufactured by the manufacturing method according to the present embodiment.
従来技術では遮光膜14へのエッチングは、撮像領域における受光開口部の形成と、周辺領域におけるタングステン残渣17の発生防止とを同時に行っている。このために、タングステン残渣17の発生を防ぐには、エッチング時間として受光開口部を形成するためのメインエッチングに加え、長時間のオーバーエッチングを行う必要がある。
In the prior art, the etching to the
しかし、長時間のオーバーエッチングを行うと、フォトダイオード2上の層間絶縁膜12にもエッチングが行われて、膜厚の薄膜化や表面あれが発生する。したがって、従来技術に用いる層間絶縁膜12は駆動耐圧に必要な厚さとエッチングによって除去される厚さを加えた膜厚が必要である。また、フォトダイオード2上部に厚い層間絶縁膜12が形成されるために、この層間絶縁膜12から光が入射して、その迷光が電荷転送部6に届くことによるスミア特性が悪化するという課題が発生していた。
However, if overetching is performed for a long time, the
しかし、本実施の形態は、層間絶縁膜12は駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化ができるので低スミア特性を得ることができる。
However, in this embodiment, since the
また、従来技術では、周辺領域の残渣除去を行うために、タングステンへのエッチング時にオーバーエッチングを行なっていた。このとき、撮像領域に形成したタングステン上はレジストパターンであり、このパターンは有機材料であるため形状変化は避けられない。 Further, in the prior art, over-etching is performed at the time of etching to tungsten in order to remove residues in the peripheral region. At this time, the tungsten formed in the imaging region is a resist pattern, and since this pattern is an organic material, a shape change is inevitable.
したがって、受光開口部を形成するタングステンにサイドエッチングが生じ、受光開口部の形状均一性が悪くなるという課題があった。 Therefore, side etching occurs in tungsten forming the light receiving opening, and there is a problem that the shape uniformity of the light receiving opening is deteriorated.
しかし、本実施の形態では、残渣の除去を行うための第2のエッチング処理において、撮像領域に形成したタングステン上は、層間絶縁膜12と同質材料の透明保護膜16であるため、この透明保護膜16の形状変化は生じない。
However, in this embodiment, in the second etching process for removing the residue, the tungsten formed in the imaging region is the transparent
したがって、撮像領域において透明保護膜16が遮光膜14の保護を行い、
タングステンへのサイドエッチングを防ぐため、受光開口部の均一性を維持することができる。
Therefore, the transparent
In order to prevent side etching to tungsten, the uniformity of the light receiving opening can be maintained.
したがって、従来技術と比較すると、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣17を抑え、かつ層間絶縁膜12を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化することにより、低スミア特性を得ることができる。
Therefore, as compared with the prior art, by reducing the tungsten residue 17 while maintaining the shape uniformity of the light receiving opening, and by reducing the thickness of the
本実施の形態によれば、層間絶縁膜12は従来構造の約1/2の厚さになり、また従来構造に比べて−4dbの低スミア特性を得ることができた。
According to the present embodiment, the
なお、本実施の形態において、ウェットエッチング液は、遮光膜14と、透明保護膜16および層間絶縁膜12との選択比が得られる他の溶液を用いてもよい。また、透明保護膜16には光を透過して、ウェットエッチング液に対して選択比が得られる膜、例えばシリコン窒化膜を用いてもよい。
In the present embodiment, the wet etching solution may be another solution that can obtain a selection ratio between the
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化して低スミア特性を得ることができ、遮光膜にタングステンを用いた固体撮像装置の製造に有用である。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention suppresses tungsten residues while maintaining the shape uniformity of the light receiving opening, and reduces the thickness of the interlayer insulating film to a minimum film thickness that can obtain a driving breakdown voltage, thereby providing low smear characteristics. This is useful for manufacturing a solid-state imaging device using tungsten as a light shielding film.
1 半導体基板
2 フォトダイオード
4 読み出し層
5 バリア層
6 電荷転送部
7 ゲート絶縁膜
8 転送電極
9 第1のシリコン酸化膜
10 シリコン窒化膜
11 第2のシリコン酸化膜
12 層間絶縁膜
13a 第1の多結晶シリコン
13b 第2の多結晶シリコン
14 遮光膜
15 レジストパターン
16 透明保護膜
17 タングステン残渣
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記半導体基板上部において、前記フォトダイオード間に転送電極と、前記フォトダイオードと前記転送電極を形成した撮像領域の周囲にある周辺領域に駆動配線を形成する工程と、
前記フォトダイオード、前記転送電極、前記駆動配線の上部に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上部に高融点金属からなる遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜の上部に透明保護膜を形成する工程と、
前記撮像領域の前記透明保護膜上部にレジストパターンを形成する工程と、
第1のエッチング処理により前記レジストパターンをマスクとして前記フォトダイオード上の一部および前記駆動配線上の前記遮光膜と前記透明保護膜を除去する工程と、
第2のエッチング処理により前記周辺領域の前記遮光膜の残渣を除去する工程とを有し、
前記第2のエッチング処理を、前記撮像領域の前記遮光膜を前記透明保護膜により保護しながら行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a plurality of photodiodes on a semiconductor substrate;
On the semiconductor substrate, a transfer electrode is formed between the photodiodes, and a drive wiring is formed in a peripheral region around the imaging region where the photodiode and the transfer electrode are formed;
Forming an insulating film on the photodiode, the transfer electrode, and the drive wiring; and
Forming a light-shielding film made of a refractory metal on the insulating film;
Forming a transparent protective film on the light shielding film;
Forming a resist pattern on the transparent protective film in the imaging region;
Removing a part of the photodiode and the light-shielding film and the transparent protective film on the drive wiring by using the resist pattern as a mask by a first etching process;
Removing the residue of the light shielding film in the peripheral region by a second etching process,
A method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the second etching process is performed while protecting the light-shielding film in the imaging region with the transparent protective film.
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US9673251B2 (en) | 2008-08-01 | 2017-06-06 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus |
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US20110316427A1 (en) * | 2009-03-03 | 2011-12-29 | Sharp Kabushiki Kaisha | Photodiode, display device provided with photodiode, and methods for manufacturing the photodiode and the display device |
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