JP2010212471A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シリコン層11と、前記シリコン層11に形成されていて入射光を光電変換した信号電荷を処理して出力する画素部20と、前記シリコン層11中で前記画素部20の周辺に形成された位置合わせマーク50と、前記シリコン層11の第1面に形成された配線層45内の第1電極44と前記シリコン層11の前記第1面とは反対の第2面に絶縁膜を介して形成された第2電極47とを接続するコンタクト部61とを有し、前記位置合わせマーク50と前記コンタクト部61は、ともに、前記シリコン層11を貫通する孔内に同一材料の絶縁層15を介して形成された同一導電材料の導電層16からなる。
【選択図】図1
Description
図24に示すように、単結晶シリコン層361内に各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオードPDが形成され、単結晶シリコン層361の上方(光入射側)に、カラーフィルター層364およびレンズ365が設けられている。なお、単結晶シリコン層361は、後述するようにシリコン基板を薄くしたものである。
一方、単結晶シリコン層361の下方(光入射側とは反対側)には、層間絶縁層362に多層の配線層363が設けられ、配線層363が形成された層間絶縁膜362は、その下の支持基板366により支持されている。
このようにして、前記図24に示したCMOS型固体撮像素子360を製造することができる(例えば、特許文献1:図35参照)。
また、層間絶縁膜362側には支持基板366が張り付けられているため、通常の方法でパッドコンタクト(図示せず)を形成することが不可能である。
上記コンタクト層の材料には、タングステン(W)等の金属を用いている。この金属としては、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、もしくはそれらの合金を用いることができるとしている。
また、シリコン層には、上記絶縁層と同材質の絶縁層がシリコン層を貫通する状態に形成されていて、アライメントマークを形成している。
[固体撮像装置の構成の第1例]
本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第1例を、図1の概略構成断面図によって説明する。
上記受光部21は、例えばフォトダイオードからなり、例えば、N型領域と、このN型領域の例えば光入射側に形成されたP+型領域で形成されている。
また、例えば、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタの画素トランジスタ群が二つの受光部の共通の画素トランジスタとなっていてもよい。もしくは上記トランジスタ群が四つの受光部の共通の画素トランジスタとなっていてもよい。
PMOSトランジスタのゲート電極にはp型不純物がドーピングされている。例えばホウ素(B)または二フッ化ホウ素(BF2)またはインジウム(In)が、約1×1015/cm2〜1×1016/cm2程度のドーズ量でドーピングされている。
また、上記ソース・ドレイン領域35、36の上面およびゲート電極33の上面には、シリサイド層37、38、39が形成されている。このシリサイド層37、38、39は、例えば、コバルトシリサイド(CoSi2)、ニッケルシリサイド(NiSi)、チタンシリサイド(TiSi2)、白金シリサイド(PtSi)、タングステンシリサイド(WSi2)などが用いられている。
このように、画素部20には、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタ等からなる画素トランジスタ部が形成されている。また、周辺回路部30にはトランジスタ(NMOSトランジスタとPMOSトランジスタ)31が形成されている。
上記位置合わせマーク50は、上記シリコン層11を貫通する状態に形成された第1孔13の内部に絶縁層15を介して形成された導電層16からなる。また、上記コンタクト部61は、上記シリコン層11を貫通する状態に形成された第2孔14の内部に絶縁層15を介して形成された導電層16からなる。すなわち、上記位置合わせマーク50の絶縁層15と上記コンタクト部61の絶縁層15は同一材料からなる絶縁層である。また上記位置合わせマーク50の導電層16と上記コンタクト部61の導電層16は同一材料からなる導電層である。したがって、位置合わせマーク50の絶縁層15と上記コンタクト部61の絶縁層15は同一材料層で形成されることができる。また位置合わせマーク50の導電層16と上記コンタクト部61の導電層16は同一材料層で形成されることができる。
上記絶縁層15は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等で形成されている。また、上記導電層16は、導電型を有する不純物(例えば、ホウ素(B)、リン(P)、ヒ素(As)、インジウム(In)等)をドーピングした多結晶シリコン(ポリシリコン)膜もしくは非晶質シリコン(アモルファスシリコン)膜で形成されている。
このように、上記コンタクト部61の導電層16表面にシリサイド層17が形成されることによって、コンタクト部61と後に説明する配線層45に形成される第1電極44(本例では、第1電極44に接続する接続電極43)との接触抵抗が低減される。
さらに、上記カラーフィルター層91上には、上記受光部21に入射光を導く集光レンズ92が形成されている。
また図示したように、周辺回路部30上には遮光膜93が形成されていてもよい。この場合、遮光膜93を被覆する絶縁膜94が形成され、カラーフィルター層91はこの絶縁膜94上に形成される。
このように、固体撮像装置1が構成されている。
次に、本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第2例を説明する。
このように、導電層16が金属で形成されることによって、第1電極44(実質は接続電極43)との接触抵抗をさらに低減できる。
[固体撮像装置の製造方法の第1例]
本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を、図2〜図11の製造工程断面図によって説明する。
次いで、通常のレジスト塗布技術によって、上記窒化シリコン膜71上にレジスト膜(図示せず)を形成する。続いて、通常のリソグラフィー技術によって上記レジスト膜をパターニングして、素子分離領域が形成される領域上に開口部を有するレジストパターン(図示せず)を形成する。このレジストパターンをエッチングマスクに用いて、上記窒化シリコン膜71、酸化シリコン膜をエッチングし、開口部を形成した後、上記レジストパターンを除去する。
次に、上記窒化シリコン膜をエッチングマスクに用いて上記シリコン基板10に素子分離領域が形成される素子分離溝を形成する。その後、この素子分離溝に絶縁膜を埋め込み、上記窒化シリコン膜71上の余剰な絶縁膜を、例えば化学的機械研磨(CMP)によって除去する。なお、上記絶縁膜を埋め込む前に素子分離溝の内面を酸化させて酸化膜を形成してもよい。
さらに開口部73を形成した窒化シリコン膜72をエッチングマスクにして、上記シリコン基板10に位置合わせマークが形成される第1孔13とパッドのコンタクト部が形成される第2孔14を形成する。
上記位置合わせマークおよびコンタクト部を形成する領域は、例えば、上記画素部20が形成される領域の周辺部になる。また、上記第2孔14は、後の工程でシリコン基板10を薄膜化してシリコン層を形成したときのシリコン層の厚さに相当した深さ(1μm〜5μm程度)に形成する。このような深さに上記第2孔14を形成することで、シリコン層を貫通するように形成される。なお、上記第2孔14の口径の大きさは、抵抗値に影響するため、導電層を埋め込むことができる範囲内で大きいほうが望ましい。例えば、1μm程度が好ましい。
上記絶縁層15は、例えば、上記第2孔14を埋め込むことがないように、かつ、シリコン基板10との絶縁性が確保できる膜厚以上に形成される。例えば、100nm以上500nm以下の膜厚に形成される。ただし、上記第2孔14の口径を1μmとした場合、上記絶縁層15の膜厚が500nmでは上記第2孔14が埋め込まれてしまうので、上記絶縁層15を埋め込む領域が残るように、上記絶縁層15の膜厚は100nm以上200nm以下にすることが好ましい。このように、上記絶縁層15の膜厚は、シリコン基板10との絶縁性が確保できる膜厚以上で、上記絶縁層15が埋め込まれる領域を残すようにすることが重要である。
上記絶縁層15は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等で形成される。また、上記導電層16は、導電型を有する不純物(例えば、ホウ素(B)、リン(P)、ヒ素(As)、インジウム(In)等)をドーピングした多結晶シリコン(ポリシリコン)膜もしくは非晶質シリコン(アモルファスシリコン)膜で形成される。
また、上記絶縁層15、導電層16は、均一な膜厚に形成されることが好ましいので、例えば化学的気相成長(CVD)法によって形成される。
上記導電層16、絶縁層15の除去は、エッチバックによる。もちろん、化学的機械研磨(CMP)法によってもよい。
なお、上記シリコン基板10表面に対して、上記位置合わせマーク50や上記コンタクト部61の部分に段差が生じてもかまわない。
上記受光部21は、例えばフォトダイオードからなり、例えば、N型領域と、このN型領域の例えば光入射側に形成されたP+型領域で形成される。
また、例えば、リセットトランジスタ、増幅トランジスタおよび選択トランジスタの画素トランジスタ群が二つの受光部の共通の画素トランジスタとなっていてもよい。もしくは上記トランジスタ群が四つの受光部の共通の画素トランジスタとなっていてもよい。
例えば、シリコン基板10上に、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのそれぞれのゲート絶縁膜32を形成する。次にゲート絶縁膜32上にゲート電極33を形成する。このゲート電極33は、例えばLP−CVD法により、ポリシリコンを堆積して形成する。
例えば、NMOSトランジスタの形成領域の上記ゲート電極形成膜にn型不純物をドーピングする。例えばリン(P)またはヒ素(As)を、約1×1015/cm2〜1×1016/cm2程度のドーズ量でイオン注入する。
次いで、PMOSトランジスタの形成領域の上記ゲート電極形成膜にp型不純物をドーピングする。このドーピングは、例えばホウ素(B)または二フッ化ホウ素(BF2)またはインジウム(In)を、約1×1015/cm2〜1×1016/cm2程度のドーズ量でイオン注入する。
上記各イオン注入は、どちらを先に行ってもよい。また、上記各イオン注入においても、今後の各イオン注入においても、一般的なイオン注入と同様に、適宜、レジストからなるイオン注入マスクを形成してイオン注入を行う。そして、イオン注入後にイオン注入マスクのレジストを除去する。
まず、周辺回路部30に形成されるNMOSトランジスタに関しては、各ゲート電極33の両側における半導体基板10にLDD領域(図示せず)を形成する。LDD領域は、イオン注入により形成され、イオン注入種に例えばヒ素(As)もしくはリン(P)を用い、ドーズ量を例えば1×1013/cm2〜1×1015/cm2に設定する。このとき、同時に上記画素トランジスタ部に形成されるMOSトランジスタに関しても、各ゲート電極の両側における半導体基板10にLDD領域を形成してもよい。また、このLDD領域の形成に先立ってポケット拡散層を形成してもよい。
上記サイドウォール34は、全面にサイドウォール形成膜を成膜した後、このサイドウォール形成膜をエッチバックすることにより形成される。このサイドウォール34は、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜の2層構造、もしくは酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜の3層構造に形成される。なお、同時に、画素トランジスタ部のゲート電極の側壁にもサイドウォールを形成する。このとき、上記受光部21上やフローティングディフュージョン部(図示せず)が形成される領域上に上記サイドウォール形成膜74を残しておいて、それを後の工程のシリサイド層を形成する際のシリサイドブロック膜に用いることもできる。これによって、白傷やランダムノイズの発生を抑制することができる。
まず、例えば、周辺回路部30のNMOSトランジスタの形成領域にソース・ドレイン領域を形成する。すなわち、NMOSトランジスタの各ゲート電極の両側に、LDD領域を介して、半導体基板10に上記ソース・ドレイン領域が形成される。上記ソース・ドレイン領域は、イオン注入により形成され、イオン注入種に例えばヒ素(As)またはリン(P)を用い、ドーズ量を例えば1×1015/cm2〜1×1016/cm2に設定する。このとき、同時に上記画素トランジスタ部に形成されるMOSトランジスタに関しても、各ゲート電極の両側における半導体基板10にソース・ドレイン領域を形成してもよい。また、同時にフローティングディフュージョン部も形成されてもよい。
次に、各ソース・ドレイン領域35,36の活性化アニールを行う。この活性化アニールは、例えば約800℃〜1100℃で行う。この活性化アニールを行う装置は、例えばRTA(Rapid Thermal Annealing )装置、スパイク−RTA装置などを用いることができる。
これによって、上記サイドウォール形成膜(第1シリサイドブロック膜)74を残した上記受光部21上、フローティングディフュージョン部(図示せず)上、画素トランジスタ部(図示せず)上が、第1、第2シリサイドブロック膜で被覆される。
上記シリサイド層37、38、39、17には、コバルトシリサイド(CoSi2)、ニッケルシリサイド(NiSi)、チタンシリサイド(TiSi2)、白金シリサイド(PtSi)、タングステンシリサイド(WSi2)などを用いる。
上記シリサイド層37、38、39、17の形成例として、ニッケルシリサイドを形成する一例を以下に説明する。
まず全面にニッケル(Ni)膜を形成する。このニッケル膜は、例えばスパッタ装置を用いて、例えば10nmの厚さに形成される。次いで、300℃〜400℃程度でアニール処理を行って、ニッケル膜と下地にシリコンとを反応させて、ニッケルシリサイド層を形成する。その後、未反応なニッケルをウエットエッチングにより除去する。このウエットエッチングによって、絶縁膜以外のシリコンまたはポリシリコン表面のみ、自己整合的にシリサイド層37、38、39、17が形成される。
その後、500℃〜600℃程度で再度、アニール処理を行い、ニッケルシリサイド層を安定化させる。
上記シリサイド化工程では、画素トランジスタ部の各MOSトランジスタのソース・ドレイン領域(図示せず)、ゲート電極(図示せず)上にはシリサイド層が形成されない。これは、シリサイドの金属が受光部21上まで拡散することによる白傷や暗電流の増加をなくすためである。
その後、上記シリコン基板10の裏面側(2点鎖線で示す部分)を除去して、上記シリコン基板10を薄膜化してシリコン層11を形成する。この結果、上記第1孔13および上記第2孔14のそれぞれの内部に形成された導電層16が露出される。
さらに、上記カラーフィルター層91上に、上記受光部21に入射光を導く集光レンズ92を形成する。なお、上記第2電極66上に形成された上記カラーフィルター層91、集光レンズ92を形成する層は除去して、第2電極66表面は露出させておく。
また、上記カラーフィルター層91を形成するに先立ち、周辺回路部30の第2絶縁膜65上に遮光膜93を形成してもよい。この場合、遮光膜93を被覆する絶縁膜94を形成しておく。したがって、カラーフィルター層92はこの絶縁膜94上に形成される。
このようにして、固体撮像装置1が完成する。
よって、位置合わせマーク50とコンタクト部61とを同一工程で形成できるため、工程数が削減できるので、製造工程を簡単化でき、それに伴って製造コストを削減できるという利点がある。
次に、本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を説明する。
このように、導電層16が金属で形成されることによって、第1電極44(実質は接続電極43)との接触抵抗をさらに低減できる。
次に、固体撮像装置の製造方法の比較例を、図12〜図22の製造工程断面図によって説明する。
次いで、レジストマスク(図示せず)を用いたエッチング技術によって、位置合わせマーク(アライメントマーク)およびパッド部のコンタクト部が形成される領域上の上記窒化シリコン膜171上に開口部172、173を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
次に、上記窒化シリコン膜171をエッチングマスクに用いて上記シリコン基板110に、位置合わせマークが形成される第1孔113とパッドの形成領域に形成される第2孔114を形成する。この第2孔114は、後の工程で、パッドの電極を取り出すために形成される開口部の側部を囲むように形成される。すなわち、平面視、リング状の孔となる。
上記埋め込み層116、絶縁層115の除去は、エッチバックによる。もちろん、化学的機械研磨(CMP)法によってもよい。
なお、上記位置合わせマーク150の表面や上記第2孔114に埋め込んだ埋め込み層116の表面に段差が生じてもかまわない。
その後、上記窒化シリコン膜171を除去する。図面では、上記窒化シリコン膜171を除去した後の状態を示した。
この素子分離溝117を形成するには、まず、上記シリコン基板110の第1面(表面)に酸化シリコン膜(図示せず)を介して窒化シリコン膜174を形成する。
次いで、上記窒化シリコン膜174の所定位置に開口部を設け、その窒化シリコン膜174をエッチングマスクに用いたエッチングによって、上記シリコン基板110に素子分離溝117を形成する。このとき、位置合わせマークの形成領域の第1孔113上部側、およびパッド部の形成領域の第2孔114の上部側にも溝152、162を形成する。
なお、図面では、窒化シリコン膜174上に形成された余剰な絶縁膜118が除去された後の状態を示している。
上記受光部121、上記画素トランジスタ部のトランジスタ(図示せず)、上記周辺回路部130のトランジスタ131は、前記本発明の固体撮像装置の製造方法の第1例で説明したのと同様な工程で形成される。例えば、シリコン基板110上にゲート絶縁膜132を介してゲート電極133を形成し、その側壁にサイドウォール134を形成する。次に、ゲート電極133の両側にシリコン基板110にソース・ドレイン領域135、136を形成する。
上記シリサイド層137、138、139は、前記本発明の固体撮像装置の製造方法の第1例で説明したのと同様な工程で形成される。
その後、上記シリコン基板110の裏面側(2点鎖線で示す部分)を除去して、上記シリコン基板110を薄膜化してシリコン層111を形成する。この結果、上記第1孔113および上記第2孔114のそれぞれの内部に形成された絶縁層115が露出される。
さらに、上記カラーフィルター層191上に、上記受光部121に入射光を導く集光レンズ192を形成する。
次に、本発明の固体撮像装置を適用した撮像装置の構成の一例を、図23のブロック図によって説明する。
Claims (6)
- シリコン層と、
前記シリコン層に形成されていて入射光を光電変換した信号電荷を処理して出力する画素部と、
前記シリコン層中で前記画素部の周辺に形成された位置合わせマークと、
前記シリコン層の第1面に形成された配線層内の第1電極と前記シリコン層の前記第1面とは反対の第2面に絶縁膜を介して形成された第2電極とを接続するコンタクト部とを有し、
前記位置合わせマークと前記コンタクト部は、ともに、前記シリコン層を貫通する孔内に同一材料の絶縁層を介して形成された同一導電材料の導電層からなる
固体撮像装置。 - 前記導電層は導電型不純物がドーピングされたシリコンからなり、
前記第1電極側の前記導電層表面にシリサイド層が形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記導電層は金属で形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - シリコン基板の第1面側より、位置合わせマークが形成される第1孔とパッドのコンタクト部が形成される第2孔を形成する工程と、
前記第1孔と前記第2孔のそれぞれの内部に絶縁層を介して導電層を埋め込んで、前記第1孔に位置合わせマークと前記第2孔にコンタクト部を形成する工程と、
前記シリコン基板に、入射光を光電変換し信号電荷を出力する画素部の受光部を形成するとともに、前記受光部より信号電荷を読み出して出力する画素部のトランジスタと、画素部から出力された信号を処理する周辺回路部のトランジスタを形成する工程と、
前記シリコン基板の第1面に第1絶縁膜を形成し、この第1絶縁膜上に前記コンタクト部に接続する接続電極を形成する工程と、
前記第1絶縁膜上に、前記接続電極に接続されるパッド部の第1電極を含む配線層を形成する工程と、
前記シリコン基板の前記第1面とは反対の第2面側を前記コンタクト部が露出するまで除去し、残した前記シリコン基板の露出面に第2絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の第2面側の前記第2絶縁膜に前記導電層に接続するパッド部の第2電極を形成する工程を有する
固体撮像装置の製造方法。 - 前記周辺回路部のトランジスタのソース・ドレイン領域上にシリサイド層を形成するとともに、同時に前記導電層表面にシリサイド層を形成する
請求項4記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2絶縁膜上に、前記受光部に入射される入射光の光路にカラーフィルター層を形成する工程と、
前記カラーフィルター層上に、前記受光部に入射光を導く集光レンズを形成する工程を有する
請求項4または請求項5記載の固体撮像装置の製造方法。
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