JP2008004696A - Interconnection structure for connection and its manufacturing method, solid-state imaging apparatus, method of manufacturing the same, and electronic information equipment - Google Patents
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Description
本発明は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して素子電極と周辺回路間を電気的に接続する接続用配線を層間絶縁膜上に設けた接続用配線構造、接続用配線構造の製造方法、これを用いた固体撮像装置の製造方法、この固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a connection wiring structure in which a connection wiring for electrically connecting a device electrode and a peripheral circuit is provided on an interlayer insulation film through a contact hole provided in the interlayer insulation film, and manufacturing of the connection wiring structure Method, manufacturing method of solid-state imaging device using the same, solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method of the solid-state imaging device, and, for example, a digital video camera and a digital still using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a camera, an image input camera, a scanner, a facsimile, and a camera-equipped mobile phone device.
この種の従来の固体撮像装置は、例えば特許文献1のように、受光部や、この受光部から信号電荷を読み出す電荷読み出し部上に層間絶縁膜が設けられ、この層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して電荷読み出し部を構成するゲート電極やドレイン領域とその周辺回路とが接続用配線によって接続されている。
In this type of conventional solid-state imaging device, for example, as in
この特許文献1に開示されている従来の固体撮像装置の製造方法では、層間絶縁膜においてコンタクトホールが形成される箇所と、配線に隣接する箇所とを、予めエッチング加工して薄膜化することにより、加工開始高さを低い位置に設定している。これにより、後のエッチング加工時にコンタクトホールのエッチング量を減少させ、かつ、コンタクトホールのアスペクト比(例えば幅と高さの比)を低くすることができる。これによって、その後の金属配線形成工程において、断線などの不良が生じにくくなる。
In the conventional method for manufacturing a solid-state imaging device disclosed in
以下に、この種の従来の固体撮像装置の製造方法について、図4を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing this type of conventional solid-state imaging device will be described in detail with reference to FIG.
図4(a)〜図4(d)は、従来の固体撮像装置の接続用配線工程を説明するための要部縦断面図である。 FIG. 4A to FIG. 4D are longitudinal sectional views of main parts for explaining a connection wiring process of the conventional solid-state imaging device.
まず、図4(a)に示すように、シリコン(Si)基板11上にゲート絶縁膜12を介してポリシリコンからなる電極配線13を形成し、その表面を酸化させることなどにより層間絶縁膜14を形成する。このシリコン基板11上を覆うようにデポジションにより層間絶縁膜15を形成した後に、電極配線13上の層間絶縁膜15をエッチングするために、開口部21aが開口した所定形状のレジストパターン21を形成する。
First, as shown in FIG. 4A, an
次に、図4(b)に示すように、電極配線13上の層間絶縁膜15を一部エッチング除去して電極配線13の側壁部分15aのみを残し、レジストパターン21を剥離処理した後に、その基板部上に別の材料からなる層間絶縁膜16を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
さらに、図4(c)に示すように、層間絶縁膜16上に、開口部22aが開口した所定形状のレジストパターン22を形成し、電極配線3上の層間絶縁膜14をエッチング除去して電極配線13まで達するコンタクトホール20を形成する。
Further, as shown in FIG. 4C, a
その後、図4(d)に示すように、コンタクトホール20が形成された層間絶縁膜16上に、金属配線17〜19をこの順に形成して、これらの金属配線17〜19を介して電極配線13とその周辺回路(図示せず)とを接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 4D,
このようにして、従来の固体撮像装置10の接続用配線層(金属配線17〜19)が形成される。
In this way, connection wiring layers (
以上の接続用配線工程によれば、予めコンタクトホール20を加工する箇所をエッチング処理により薄膜化し、再度適切な膜厚の層間絶縁膜16を成膜することによって、コンタクトホール20のアスペクト比を低くすることができる。これによって、後で形成される金属配線17〜19の埋め込み性を向上させて、配線層途中の断線を少なくすることができる。
しかしながら、上記従来の固体撮像装置10の製造方法には、以下のような問題点がある。 However, the conventional method for manufacturing the solid-state imaging device 10 has the following problems.
即ち、図4(c)に示すように、コンタクトホール形成箇所の層間絶縁膜15をエッチング処理によりエッチング除去および一部薄膜化した後に、層間絶縁膜16を再度形成すると、固体撮像素子10における受光部上などにも層間絶縁膜16が形成されてしまうという問題が生じる。
That is, as shown in FIG. 4C, after the
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、従来のように層間絶縁膜を再度形成して不要な部分にも層間絶縁膜を形成されてしまうことなく、コンタクトホールのアスペクト比を低くして接続用配線層の埋め込み性を向上させて断線などの不具合を防止できる接続用配線構造、接続用配線構造の製造方法、これを用いた固体撮像装置の製造方法、この固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置および、この固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and reduces the aspect ratio of the contact hole without forming an interlayer insulating film again in an unnecessary portion by re-forming the interlayer insulating film as in the prior art. Connection wiring structure capable of improving the embedding property of the connection wiring layer and preventing problems such as disconnection, a method of manufacturing the connection wiring structure, a method of manufacturing a solid-state imaging device using the same, and a method of manufacturing the solid-state imaging device An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device manufactured by the above and an electronic information device using the solid-state imaging device as an imaging unit.
本発明の接続用配線構造は、複数の電極配線が設けられた基板上を覆うように層間絶縁膜が設けられ、該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して該電極配線と電気的に接続される接続用配線層が該層間絶縁膜上に設けられた接続用配線構造において、該コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所がそれ以外の箇所よりも該層間絶縁膜の厚みを薄く構成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。 In the connection wiring structure of the present invention, an interlayer insulating film is provided so as to cover a substrate on which a plurality of electrode wirings are provided, and the electrode wiring is electrically connected via a contact hole provided in the interlayer insulating film. In the connection wiring structure in which the connection wiring layer to be connected is provided on the interlayer insulating film, the portion where the aspect ratio of the contact hole is expected to be higher than a predetermined value is higher than the other portions. The film is configured to have a thin thickness, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の接続用配線構造におけるアスペクト比の所定値は、1.05以下で0を含まない数値である。 Preferably, the predetermined value of the aspect ratio in the connection wiring structure of the present invention is a numerical value of 1.05 or less and not including 0.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造において、前記アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所は、段差が所定値以上の箇所およびコンタクトホールパターンサイズが所定値よりも小さい箇所の少なくともいずれかである。 Further preferably, in the connection wiring structure of the present invention, the portion where the aspect ratio is expected to be higher than a predetermined value is a portion where the step is a predetermined value or more and a portion where the contact hole pattern size is smaller than the predetermined value. At least one.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造において、前記電極配線に達する複数のコンタクトホールは、前記基板にも達する少なくとも一つのコンタクトホールを含む。 Still preferably, in the connection wiring structure of the present invention, the plurality of contact holes reaching the electrode wiring include at least one contact hole reaching the substrate.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造における層間絶縁膜の最上層は、熱処理により溶融される材料からなる溶融材料層で形成されている。 Further preferably, the uppermost layer of the interlayer insulating film in the connection wiring structure of the present invention is formed of a molten material layer made of a material that is melted by heat treatment.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造における溶融材料層は、前記アスペクト比が高くなると予想される箇所がそれ以外の箇所よりも薄く構成されるかまたは除去されて該熱処理が施されている。 Further preferably, the molten material layer in the connection wiring structure of the present invention is configured such that the portion where the aspect ratio is expected to be high is configured thinner or removed than the other portions and subjected to the heat treatment. Yes.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造における溶融材料層はBPSG(ボロン・リン・シリカゲート・グラス))膜である。 More preferably, the molten material layer in the connection wiring structure of the present invention is a BPSG (boron / phosphorus / silica gate / glass) film.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造において、前記BPSG膜はエッチング処理により選択的に薄膜化されている。 Further preferably, in the connection wiring structure of the present invention, the BPSG film is selectively thinned by an etching process.
本発明の接続用配線構造の製造方法は、複数の電極配線が設けられた基板上を覆うように層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所を予めエッチング処理して該層間絶縁膜の厚みを薄くするエッチング処理工程と、薄くした層間絶縁膜の所定箇所にエッチング処理を行って該電極配線に達する該コンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、該層間絶縁膜上に接続用配線層を形成して、該接続用配線層と該電極配線とを該コンタクトホールを介して電気的に接続する接続用配線層形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The method for manufacturing a wiring structure for connection according to the present invention includes an interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film so as to cover a substrate provided with a plurality of electrode wirings, and an aspect ratio of the contact hole is higher than a predetermined value. An etching process for reducing the thickness of the interlayer insulating film by previously etching a portion expected to be formed, and forming a contact hole reaching the electrode wiring by performing an etching process on a predetermined portion of the thinned interlayer insulating film A contact hole forming step, a connection wiring layer forming step of forming a connection wiring layer on the interlayer insulating film, and electrically connecting the connection wiring layer and the electrode wiring through the contact hole; This achieves the above object.
また、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法におけるアスペクト比の所定値は、1.05以下で0を含まない数値である。 Preferably, the predetermined value of the aspect ratio in the method for manufacturing a connection wiring structure of the present invention is a numerical value that is 1.05 or less and does not include zero.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法において、前記アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所は、段差が所定値以上の箇所およびコンタクトホールパターンサイズが所定値よりも小さい箇所の少なくともいずれかである。 Further preferably, in the method for manufacturing a connection wiring structure according to the present invention, the portion where the aspect ratio is expected to be higher than a predetermined value is a portion where the step is a predetermined value or more and the contact hole pattern size is larger than the predetermined value. It is at least one of the small places.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法における前記電極配線に達する複数のコンタクトホールは、前記基板にも達する少なくとも一つのコンタクトホールを含む。 Further preferably, in the method for manufacturing a connection wiring structure according to the present invention, the plurality of contact holes reaching the electrode wiring include at least one contact hole reaching the substrate.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法における層間絶縁膜形成工程は、前記層間絶縁膜の最上層に、熱処理により溶融される材料からなる溶融材料層を形成する。 Still preferably, in the method for manufacturing a connection wiring structure according to the present invention, in the interlayer insulating film forming step, a molten material layer made of a material to be melted by heat treatment is formed on the uppermost layer of the interlayer insulating film.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法において、前記エッチング処理工程と前記コンタクトホール形成工程間に、前記溶融材料層を溶融させて高い位置から低い位置に材料を流れ込ませることにより、前記アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所の層間絶縁膜の厚みを薄くする。 Further preferably, in the method for manufacturing a wiring structure for connection according to the present invention, the molten material layer is melted between the etching process step and the contact hole forming step to flow the material from a high position to a low position. The thickness of the interlayer insulating film at the portion where the aspect ratio is expected to be higher than a predetermined value is reduced.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法における溶融材料層としてBPSG(ボロン・リン・シリカゲート・グラス)膜を形成する。 Further preferably, a BPSG (boron / phosphorus / silica gate / glass) film is formed as a molten material layer in the method for manufacturing a connection wiring structure of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の接続用配線構造の製造方法におけるBPSG膜は、CF4、CHF3およびArの混合ガスを用いてエッチング処理する。 Further preferably, the BPSG film in the method for manufacturing a connection wiring structure of the present invention is etched using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and Ar.
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換する複数の受光部と、該複数の受光部のそれぞれから信号電荷を読み出す電荷読み出し部とがマトリクス状に設けられた固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法において、該受光部および該電荷読み出し部が設けられた基板上を覆うように層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所を予めエッチング処理して該層間絶縁膜の厚みを薄くするエッチング処理工程と、薄くした層間絶縁膜の所定箇所にエッチング処理を行って該層間絶縁膜に該電荷読み出し部を構成するゲート電極およびドレイン領域のうちの少なくともいずれかに達するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、該層間絶縁膜上に接続用配線層を形成して、該接続用配線層と該ゲート電極および該ドレイン領域を該コンタクトホールを介して電気的に接続する接続用配線層形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device manufacturing method of the present invention is a solid-state imaging device that manufactures a solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units that perform photoelectric conversion and a charge readout unit that reads signal charges from each of the plurality of light receiving units are provided in a matrix. In an imaging device manufacturing method, an interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film so as to cover a substrate on which the light receiving unit and the charge reading unit are provided, and an aspect ratio of a contact hole is higher than a predetermined value An etching process for reducing the thickness of the interlayer insulating film by performing an etching process on an expected portion in advance, and an etching process is performed on a predetermined portion of the thinned interlayer insulating film to form the charge readout portion in the interlayer insulating film A contact hole forming step of forming a contact hole reaching at least one of the gate electrode and the drain region, and the interlayer insulation A connecting wiring layer forming step of forming a connecting wiring layer on the top and electrically connecting the connecting wiring layer to the gate electrode and the drain region through the contact hole, This achieves the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるアスペクト比の所定値は、 1.05以下で0を含まない数値である。 Preferably, the predetermined value of the aspect ratio in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is a numerical value that is 1.05 or less and does not include 0.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所は、段差が所定値以上の箇所およびコンタクトホールパターンサイズが所定値よりも小さい箇所の少なくともいずれかである。 Further preferably, in the method of manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the portion where the aspect ratio is expected to be higher than a predetermined value is a portion where the step is a predetermined value or more and the contact hole pattern size is smaller than the predetermined value. It is at least one of the places.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記電極配線に達する複数のコンタクトホールは、前記基板にも達する少なくとも一つのコンタクトホールを含む。 Still preferably, in a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, the plurality of contact holes reaching the electrode wiring include at least one contact hole reaching the substrate.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における層間絶縁膜形成工程は、前記層間絶縁膜の最上層に、熱処理により溶融される材料からなる溶融材料層を形成する。 Still preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, in the interlayer insulating film forming step, a molten material layer made of a material to be melted by heat treatment is formed on the uppermost layer of the interlayer insulating film.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記エッチング処理工程と前記コンタクトホール形成工程間に、前記溶融材料層を溶融させて高い位置から低い位置に材料を流れ込ませることにより、前記アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所の層間絶縁膜の厚みを薄くする。 Further preferably, in the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention, by melting the molten material layer and flowing the material from a high position to a low position between the etching process step and the contact hole forming step, The thickness of the interlayer insulating film at a portion where the aspect ratio is expected to be higher than a predetermined value is reduced.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における溶融材料層としてBPSG(ボロン・リン・シリカゲート・グラス)膜を形成する。 Further preferably, a BPSG (boron, phosphorus, silica gate, glass) film is formed as a molten material layer in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるBPSG膜は、CF4、CHF3およびArの混合ガスを用いてエッチング処理する。 Further preferably, the BPSG film in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention is etched using a mixed gas of CF 4 , CHF 3 and Ar.
本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像装置の製造方法により製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, and thereby the above object is achieved.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 An electronic information device according to the present invention uses the solid-state imaging device according to the present invention as an imaging unit, thereby achieving the object.
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。 The operation of the present invention will be described below with the above configuration.
本発明にあっては、電極配線上の層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する際に、高段差箇所および縮小パターン箇所(高画素化箇所など)など、コンタクトホールのアスペクト比が高くなると予想される箇所を選んで予めエッチング処理することにより、その部分の層間絶縁膜の厚みを薄くする。その後で、再度エッチングを行って、層間絶縁膜に電極配線および基板のうちの少なくとも電極配線に達するコンタクトホールを形成する。これにより、高段差箇所や縮小パターン箇所などにおいても、アスペクト比が低いコンタクトホールを形成することが可能となり、その後で形成される接続用配線のコンタクトホール内への埋め込み性を向上させて断線などを抑制することが可能となる。この場合には、電極配線上の層間絶縁膜を全てエッチング除去して再度層間絶縁膜を形成する従来技術のように、固体撮像素子における受光部上などに層間絶縁膜が再度形成されてしまうという問題も生じない。 In the present invention, when a contact hole is formed in the interlayer insulating film on the electrode wiring, it is expected that the aspect ratio of the contact hole becomes high, such as a high step portion and a reduced pattern portion (high pixel location, etc.). A portion is selected and etched in advance to reduce the thickness of the interlayer insulating film in that portion. Thereafter, etching is performed again to form a contact hole reaching at least the electrode wiring of the electrode wiring and the substrate in the interlayer insulating film. This makes it possible to form a contact hole with a low aspect ratio even at a high step portion or a reduced pattern portion, and to improve the embedding property of the connection wiring to be formed in the contact hole after that, disconnection, etc. Can be suppressed. In this case, the interlayer insulating film is formed again on the light receiving portion of the solid-state imaging device or the like, as in the prior art in which all the interlayer insulating film on the electrode wiring is removed by etching and the interlayer insulating film is formed again. There is no problem.
固体撮像素子においては、層間絶縁膜の最上層に、熱処理により溶融されるBPSG膜などの溶融材料層が用いられている。このBPSG膜は、メルティング法などの熱処理を行うことによって形状を変化させ、光を効率良く取り込んで固体撮像素子の感度を向上させることができることから、頻繁に使用されている。しかしながら、固体撮像素子の高画素化および縮小化に伴って、コンタクトホールは縮小傾向にあり、このコンタクトホールのアスペクト比が高くなることが予想される。 In the solid-state imaging device, a molten material layer such as a BPSG film that is melted by heat treatment is used as the uppermost layer of the interlayer insulating film. This BPSG film is frequently used because its shape can be changed by performing a heat treatment such as a melting method and light can be efficiently taken in to improve the sensitivity of the solid-state imaging device. However, as the number of pixels of a solid-state image sensor increases and the size of the contact hole decreases, the contact hole tends to decrease, and the aspect ratio of the contact hole is expected to increase.
これによって、層間絶縁膜の最上層に形成されたBPSG膜などの溶融材料層を熱処理により溶融させる前に、高段差箇所および縮小パターン箇所などを予めエッチング処理してその部分の厚みを薄くする。これにより、メルティング法などにより溶融材料層を溶融させたときに、高い位置から低い位置に溶融材料が流れ込む際に、流れ込み量を少なくすることができる。このため、再度エッチング処理を行ってコンタクトホールを形成する際に、高段差箇所および縮小パターン箇所などでアスペクト比を低くすることが可能となる。さらに、溶融材料層が高い位置から低い位置に流れ込むことによって、電極配線間および電極配線上にも層間絶縁膜が形成され、その部分の耐圧が確保され得る。 Thus, before the molten material layer such as the BPSG film formed on the uppermost layer of the interlayer insulating film is melted by heat treatment, the high step portion and the reduced pattern portion are etched in advance to reduce the thickness of the portion. As a result, when the molten material layer is melted by the melting method or the like, the flowing amount can be reduced when the molten material flows from a high position to a low position. For this reason, when the etching process is performed again to form the contact hole, the aspect ratio can be lowered at a high step portion, a reduced pattern portion, or the like. Furthermore, when the molten material layer flows from a high position to a low position, an interlayer insulating film is formed between the electrode wirings and also on the electrode wiring, and the breakdown voltage of that portion can be ensured.
以上により、本発明によれば、高段差箇所および縮小パターン箇所などのようにコンタクトホールのアスペクト比が高くなることが予想される箇所において、層間絶縁膜のエッチング加工を2回行うことにより、従来技術のように層間絶縁膜を再度形成して不要な部分に形成することなく、アスペクト比が低いコンタクトホールを容易に形成して、周辺回路との接続用配線の埋め込み性を向上させて、これの断線などの不具合を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the etching process of the interlayer insulating film is performed twice in a portion where the aspect ratio of the contact hole is expected to be high, such as a high step portion and a reduced pattern portion. Without forming the interlayer insulating film again and forming it in an unnecessary part as in the technology, a contact hole with a low aspect ratio can be easily formed to improve the embedding property of the connection wiring with the peripheral circuit. It is possible to suppress problems such as disconnection.
以下に、本発明の接続用配線層の製造方法を用いた固体撮像装置の製造方法および、これにより製造された固体撮像装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a solid-state imaging device using the method for manufacturing a wiring layer for connection of the present invention and embodiments of the solid-state imaging device manufactured thereby will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置の接続用配線構造層を示す要部縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a main part showing a connection wiring structure layer of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の固体撮像装置30の接続用配線構造は、シリコン基板1上にゲート絶縁膜2を介してポリシリコンからなる3種類の電極配線パターン3a、3bおよび3cが設けられており、その表面酸化により電極配線パターン3a、3bおよび3c上に層間絶縁膜4がそれぞれ設けられている。この層間絶縁膜4およびシリコン基板1上に層間絶縁膜5,6aがこの順に積層されて設けられる。電極配線パターン3a、3bおよび3c上の層間絶縁膜4,5,6aに各コンタクトホール33a〜33cがそれぞれ設けられている。これらの各コンタクトホール33a〜33cをそれぞれ通して、電極配線パターン3a、3bおよび3cにそれぞれ接続される金属積層膜からなる接続用配線7〜9が設けられている。
As shown in FIG. 1, the connection wiring structure of the solid-
この場合に、コンタクトホール33a〜33cのうち、ホール形状が溝(またはホール形状が円形の場合には直径)の場合には幅と高さの比であるアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所(コンタクトホール33bおよび33c)がそれ以外の箇所(コンタクトホール33a)よりも層間絶縁膜4,5,6aの厚みを薄く構成している。この層間絶縁膜4,5,6aの最上層は、熱処理により溶融される材料からなる溶融材料層であるBPSG(ボロン・リン・シリカゲート・グラス)膜6aで構成されている。このBPSG膜6aはエッチング処理により選択的に薄膜化されている。このように、エッチング処理によるBPSG膜6aの加工は、選択的に場所を選ぶことができるので、寸法上厳しい場所や後段差になる場所に有効である。BPSG膜6aをメルティング前にエッチング加工し、流れ込み量を抑えてコンタクトホール33bおよび33cの加工を容易にできるようにしている。このアスペクト比が所定値としては、1.05以下で0を含まない数値である。
In this case, of the contact holes 33a to 33c, when the hole shape is a groove (or a diameter when the hole shape is circular), an aspect ratio that is a ratio of width to height is expected to be higher than a predetermined value. The portions (contact holes 33b and 33c) to be formed constitute the
ここで、最も左側の電極配線3aは線幅が広く、その上に形成される層間絶縁膜4,5,6aのコンタクトホール33aについても広く形成する。中央の電極配線3bは線幅が細く、その上に形成される層間絶縁膜4,5,6aのコンタクトホール33bについても線幅を狭く形成する。最も右側の電極配線3cでは、配線の片側に隣接するシリコン基板1の一部に設けられたシリコン基板1の半導体領域(ドレイン領域)である不純物注入領域(図示せず)および電極配線3cと接続するためにコンタクトホール33cを形成し、エッチング加工されるコンタクトホール33cの線幅および高さ共に最も広くかつ高く(深く)なっている。
Here, the
このように構成された本実施形態の固体撮像装置30の製造方法に用いる接続用配線構造の各製造工程について、図2および図3を用いて、以下に詳細に説明する。
Each manufacturing process of the connection wiring structure used in the manufacturing method of the solid-
図2(a)〜図2(d)および図3(e)〜図3(g)は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に用いられる接続用配線構造の各製造工程を示す要部縦断面図である。 2 (a) to 2 (d) and FIGS. 3 (e) to 3 (g) show respective manufacturing steps of the connection wiring structure used in the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention. It is a principal part longitudinal cross-sectional view shown.
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1上にゲート絶縁膜2を介してポリシリコンからなる電極配線3a〜3cを形成し、その表面を酸化させることなどにより反応性の層間絶縁膜4を形成する。その基板部上を覆うようにデポジションにより層間絶縁膜5を形成し、層間絶縁膜の最上層に熱溶融材料層としてBPSG膜6を形成する。その後、最上層のBPSG膜6をエッチングして所定形状にするためにレジストパターン31を形成する。
First, as shown in FIG. 2 (a),
ここで、最も左側の電極配線3aは、線幅を広く形成することができるため、図2(a)に示すように、レジストパターン31の開口部を形成する必要がない。一方、中央に示す電極配線3b上のレジストパターン31のように開口部31aが狭くなる部分では、マイクロローディング効果により、エッチング速度が低下してしまう。このため、中央の電極配線3b上の部分については予めエッチング加工して膜厚を薄くする必要があり、左側の電極配線3aは線幅が広いのでマイクロローディング効果が少ないため、1回のエッチングのみでコンタクトホールを形成することが可能である。さらに、最も右側の電極配線3c上の部分のように、BPSG膜6、層間絶縁膜4および層間絶縁膜5を加工することにより高段差になる箇所においても、エッチング量が不足してしまう。これによって、右側の電極配線3c上の部分についても、予めエッチング加工して膜厚を薄くする必要がある。したがって、本実施形態では、中央の電極配線3b部分および右側の電極配線3c部分において、コンタクトホール形成の際にエッチング加工を2回に分けて行う。
Here, since the
次に、図2(b)に示すように、所定形状のレジストパターン31をマスクとしてBPSG膜6をエッチング加工して、レジストパターン31を剥離処理する。このときのエッチング加工は、例えばCF4、CHF3およびArの混合ガスを用いて行うことができる。このエッチング加工は、電極配線3bおよび電極配線3c上のBPSG膜6の厚みを薄くすることを目的としており、図2(b)に示すようにBPSG膜6を全て除去する必要はない。
Next, as shown in FIG. 2B, the resist
さらに、図2(c)に示すように、高温度で熱処理することによりBPSG膜6のメルティング処理を行う。BPSG膜6は、900℃〜1000℃の高温度で溶融されるため、拡散炉などを用いて熱処理を行うことができる。これにより、図2(c)に示すように、BPSG膜6が高い位置から低い位置へ流れ込み、電極配線間および電極配線上にも層間絶縁膜として形成されて、それぞれの電極配線3b,3c上のBPSG膜6aが薄くなっている。
Further, as shown in FIG. 2C, the BPSG film 6 is melted by heat treatment at a high temperature. Since the BPSG film 6 is melted at a high temperature of 900 ° C. to 1000 ° C., it can be heat-treated using a diffusion furnace or the like. As a result, as shown in FIG. 2 (c), the BPSG film 6 flows from a high position to a low position, and is formed as an interlayer insulating film between the electrode wirings and on the electrode wiring, and on each of the
さらに、図2(d)に示すように、BPSG膜6a上にコンタクトホール形成用のレジストパターン32を形成し、図3(e)に示すように、層間絶縁膜4,5および6aにエッチング加工を行って、電極配線3aまで達するコンタクトホール33a、電極配線3bまで達するコンタクトホール33bおよび、電極配線3cおよびシリコン基板1まで達するコンタクトホール33cを形成する。このときのエッチング加工も、例えばCF4、CHF3およびArの混合ガスを用いて行うことができ、電極配線3a〜3cと層間絶縁膜4,5および6aとの選択比が15から20程度であればよい。
Further, as shown in FIG. 2 (d), a resist
その後、図3(f)に示すように、レジストパターン32を剥離処理し、図3(g)に示すように、接続用配線7〜9をこの順に形成して金属積層膜とし、この金属積層膜により、電極配線3a〜3cおよび、電極配線3cに隣接するシリコン基板1の部分と周辺回路とを接続する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (f), the resist
以上により、本実施形態によれば、電極配線3a〜3c上の層間絶縁膜6aにコンタクトホール33a〜33cを形成する際に、縮小パターンとなる電極配線3b上のコンタクトホールや高段差となる電極配線3c上およびその近傍のコンタクトホールのように、アスペクト比が高くなることが予想される箇所を選んで予めエッチング処理して層間絶縁膜の厚みを薄くする。その後で再度エッチング処理を行って、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する。ここでは、層間絶縁膜の最上層が溶融材料層であり、溶融材料層としてのBPSG膜6のメルティング前に高段差箇所3cや縮小パターン箇所などを予めエッチング処理してその部分の層間絶縁膜の厚みを薄くすることにより、BPSG膜6を溶融させたときに、高い位置から低い位置への流れ込み量を少なくしている。このように、層間絶縁膜のエッチング加工を2回行うことにより、従来技術のように層間絶縁膜を再度形成して不要な部分に形成することなく、コンタクトホールのアスペクト比が低いコンタクトホール33bおよび33cを容易に形成して、その周辺回路との接続用配線の埋め込み性を向上させて、断線などの不具合を抑制することができる。このエッチング加工を2回行う箇所は、選択的に設定することが可能であり、電極配線3a上の部分のようにコンタクトホールの面積(または径や辺)を十分広くすることができる箇所では、1回のエッチング加工によりコンタクトホールを形成することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the contact holes 33a to 33c are formed in the
なお、上記実施形態では、層間絶縁膜が溶融材料層を含む場合について説明したが、これに限らず、層間絶縁膜に溶融材料層を含まなくてもよく、要は、コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所がそれ以外の箇所よりも層間絶縁膜の厚みを薄く構成していればよい。 In the above embodiment, the case where the interlayer insulating film includes the molten material layer has been described. However, the present invention is not limited to this, and the interlayer insulating film may not include the molten material layer. It is only necessary that the portion that is expected to be higher than the predetermined value has a smaller thickness of the interlayer insulating film than the other portions.
また、上記実施形態では、溶融材料層がエッチング処理により除去され、これに続く熱処理により溶融材料層を溶融させて高い位置から低い位置に材料を流れ込ませることにより、アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所の層間絶縁膜の厚みを薄くする場合について説明したが、これに限らず、溶融材料層がエッチング処理により薄く加工され、これに続く熱処理により溶融材料層を溶融させて高い位置から低い位置に材料を流れ込ませることにより、アスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所の層間絶縁膜の厚みを、所定値のアスペクト比よりも小さくなるように薄く設定するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the molten material layer is removed by the etching process, and the molten material layer is melted by a subsequent heat treatment to flow the material from a high position to a low position, whereby the aspect ratio is higher than a predetermined value. Although the case where the thickness of the interlayer insulating film at the place where it is expected to be reduced has been described, the present invention is not limited to this, and the molten material layer is processed thinly by the etching process, and the molten material layer is melted by the subsequent heat treatment to increase the position. The thickness of the interlayer insulating film at the location where the aspect ratio is expected to be higher than the predetermined value may be set so as to be smaller than the predetermined aspect ratio. Good.
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、スペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所は、段差が所定値以上の箇所およびコンタクトホールパターンサイズが所定値よりも小さい箇所の少なくともいずれかである。 Further, although not particularly described in the above embodiment, the portion where the spectroscopic ratio is expected to be higher than the predetermined value is at least a portion where the step is greater than the predetermined value and a portion where the contact hole pattern size is smaller than the predetermined value. Either.
さらに、上記実施形態では、溶融材料層がBPSG膜の場合について説明したが、これに限らず、BPSG膜以外の膜であってもよい。例えばP-SiO(プラズマSiO)膜などがある。 Furthermore, although the said embodiment demonstrated the case where a molten material layer was a BPSG film | membrane, not only this but films other than a BPSG film | membrane may be sufficient. For example, there is a P—SiO (plasma SiO) film.
さらに、上記実施形態では、複数の電極配線が設けられた基板上を覆うように層間絶縁膜が設けられ、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して電極配線と電気的に接続される接続用配線層が層間絶縁膜上に設けられた接続用配線構造およびその製造方法を、光電変換する複数の受光部と、複数の受光部のそれぞれから信号電荷を読み出す電荷読み出し部とがマトリクス状に設けられた固体撮像装置を製造する固体撮像装置の製造方法および、これにより製造された固体撮像装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、固体撮像装置およびその製造方法以外にも、トランジスタを用いた回路デバイスなどの半導体装置およびその製造方法に適用可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, an interlayer insulating film is provided so as to cover a substrate on which a plurality of electrode wirings are provided, and the connection is electrically connected to the electrode wirings through contact holes provided in the interlayer insulating film. A wiring structure for connection in which a wiring layer is provided on an interlayer insulating film and a method for manufacturing the same, in which a plurality of light receiving portions for photoelectric conversion and a charge reading portion for reading signal charges from each of the plurality of light receiving portions are arranged in a matrix The manufacturing method of the solid-state imaging device for manufacturing the provided solid-state imaging device and the case of applying to the solid-state imaging device manufactured thereby have been described, but not limited thereto, besides the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof, The present invention can be applied to a semiconductor device such as a circuit device using a transistor and a manufacturing method thereof.
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、コンタクトホールのアスペクト比(高さ/幅)は後工程で行うスパッタリング(例えばAl-CuやAl-Siのスパッタ)において重要なファクタとなる。このアスペクト比(高さ/幅)が高いと、即ち線幅が狭く且つ高さ(深さ)のあるホールにおいては、ホール内の側壁に上記に示すような膜が薄く形成される虞があり、場合によっては(アスペクトが極端に高い場合)、スパッタリングされない可能性もある。したがって、本発明のようにコンタクトホールのアスペクト比を下げる必要が生じる。 Although not specifically described in the above embodiment, the aspect ratio (height / width) of the contact hole is an important factor in sputtering performed in a later process (for example, sputtering of Al—Cu or Al—Si). When this aspect ratio (height / width) is high, that is, in a hole with a narrow line width and a high height (depth), the film as shown above may be thinly formed on the side wall in the hole. In some cases (when the aspect is extremely high), it may not be sputtered. Therefore, it is necessary to reduce the aspect ratio of the contact hole as in the present invention.
具体的には、アスペクト比1.05または1以上ではスパッタの形成不良が生じやすくなるため、アスペクト比の所定値(高さ/幅)は、1.05以下の所定値(例えば1.05または1)としている。この場合の1.05以下の所定値Xの範囲は、0<X≦1.05または0.1≦X≦1.05である。なお、アスペクト比の所定値(高さ/幅)が「0」の場合は、高さが「0」になって平坦面で段差が生じない場合である。 Specifically, spatter formation defects are likely to occur when the aspect ratio is 1.05 or 1 or more, so the predetermined value (height / width) of the aspect ratio is a predetermined value of 1.05 or less (for example, 1.05 or 1). In this case, the range of the predetermined value X of 1.05 or less is 0 <X ≦ 1.05 or 0.1 ≦ X ≦ 1.05. Note that when the predetermined value (height / width) of the aspect ratio is “0”, the height is “0” and no step is generated on the flat surface.
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像装置30を撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの画像入力デバイスを有した電子情報機器について説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置30を撮像部に用いて得た高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示手段と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信手段と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
Further, although not particularly described in the above embodiment, a digital camera such as a digital video camera or a digital still camera using the solid-
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、素子電極と周辺回路間を接続する接続用配線を層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して接続する接続用配線構造、接続用配線構造の製造方法、これを用いた固体撮像装置の製造方法、この固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置および、この固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、高段差箇所および縮小パターン箇所などのようにコンタクトホールのアスペクト比が高くなることが予想される箇所において、層間絶縁膜のエッチング加工を2回行うことにより、従来技術のように層間絶縁膜を再度形成して不要な部分に形成することなく、アスペクト比が低いコンタクトホールを容易に形成して、周辺回路との接続用配線の埋め込み性を向上させて、これの断線などの不具合を抑制することができる。 The present invention relates to a connection wiring structure for connecting a connection wiring for connecting between an element electrode and a peripheral circuit via a contact hole provided in an interlayer insulating film, a method for manufacturing the connection wiring structure, and a solid-state imaging using the connection wiring structure Manufacturing method of apparatus, solid-state imaging apparatus manufactured by manufacturing method of this solid-state imaging apparatus, digital cameras such as digital video cameras and digital still cameras using this solid-state imaging apparatus as an image input device in an imaging unit, and images In the field of electronic information equipment such as input cameras, scanners, facsimiles, and camera-equipped mobile phone devices, interlayer insulation is used in places where the contact hole aspect ratio is expected to be high, such as high-stepped parts and reduced pattern parts. By performing the etching process of the film twice, the interlayer insulating film is again formed as in the prior art. Easily form contact holes with a low aspect ratio without forming them in unnecessary parts, improve the embedding of wiring for connecting to peripheral circuits, and suppress problems such as disconnection Can do.
1 シリコン基板
2 ゲート絶縁膜
3a コンタクトホール形成時に加工寸法が広い電極配線
3b コンタクトホール形成時に加工寸法が狭い電極配線
3c コンタクトホール形成時に高段差となる電極配線
4 反応性の層間絶縁膜
5 デポジションによる層間絶縁膜
6 BPSGからなる層間絶縁膜
6a BPSGからなる層間絶縁膜を溶融した後の状態
7〜9 接続用配線
30 固体撮像装置
31,32 レジストパターン
31a,32a 開口部
33a 加工寸法が広いコンタクトホール
33b 加工寸法が狭いコンタクトホール
33c 高段差となるコンタクトホール
DESCRIPTION OF
Claims (26)
該コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所がそれ以外の箇所よりも該層間絶縁膜の厚みを薄く構成した接続用配線構造。 An interlayer insulating film is provided so as to cover a substrate on which a plurality of electrode wirings are provided, and a connection wiring layer electrically connected to the electrode wirings through a contact hole provided in the interlayer insulating film In the connection wiring structure provided on the interlayer insulating film,
A connection wiring structure in which a portion where the aspect ratio of the contact hole is expected to be higher than a predetermined value is configured to be thinner than the other portions.
コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所を予めエッチング処理して該層間絶縁膜の厚みを薄くするエッチング処理工程と、
薄くした層間絶縁膜の所定箇所にエッチング処理を行って該電極配線に達する該コンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
該層間絶縁膜上に接続用配線層を形成して、該接続用配線層と該電極配線とを該コンタクトホールを介して電気的に接続する接続用配線層形成工程とを有する接続用配線構造の製造方法。 An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film so as to cover a substrate provided with a plurality of electrode wirings;
An etching process for reducing the thickness of the interlayer insulating film by previously etching a portion where the aspect ratio of the contact hole is expected to be higher than a predetermined value;
A contact hole forming step of forming the contact hole reaching the electrode wiring by performing an etching process on a predetermined portion of the thinned interlayer insulating film;
A connection wiring structure comprising a connection wiring layer forming step of forming a connection wiring layer on the interlayer insulating film and electrically connecting the connection wiring layer and the electrode wiring through the contact hole Manufacturing method.
該受光部および該電荷読み出し部が設けられた基板上を覆うように層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、
コンタクトホールのアスペクト比が所定値よりも高くなると予想される箇所を予めエッチング処理して該層間絶縁膜の厚みを薄くするエッチング処理工程と、
薄くした層間絶縁膜の所定箇所にエッチング処理を行って該層間絶縁膜に該電荷読み出し部を構成するゲート電極およびドレイン領域のうちの少なくともいずれかに達するコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程と、
該層間絶縁膜上に接続用配線層を形成して、該接続用配線層と該ゲート電極および該ドレイン領域を該コンタクトホールを介して電気的に接続する接続用配線層形成工程とを有する固体撮像装置の製造方法。 In a manufacturing method of a solid-state imaging device for manufacturing a solid-state imaging device in which a plurality of light-receiving units that perform photoelectric conversion and a charge reading unit that reads signal charges from each of the plurality of light-receiving units are provided in a matrix form,
An interlayer insulating film forming step of forming an interlayer insulating film so as to cover the substrate on which the light receiving unit and the charge reading unit are provided;
An etching process for reducing the thickness of the interlayer insulating film by previously etching a portion where the aspect ratio of the contact hole is expected to be higher than a predetermined value;
A contact hole forming step of forming a contact hole reaching at least one of a gate electrode and a drain region constituting the charge readout portion in the interlayer insulating film by performing an etching process on a predetermined portion of the thinned interlayer insulating film;
A solid having a connection wiring layer forming step of forming a connection wiring layer on the interlayer insulating film and electrically connecting the connection wiring layer, the gate electrode and the drain region through the contact hole Manufacturing method of imaging apparatus.
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