JP2014056878A - 撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】導波路とフォトダイオードとの距離のばらつき、入射光の反射抑制に起因する光の減衰による画素部の感度の劣化を防止する。
【解決手段】画素領域ＰＥでは、第４層間絶縁膜ＩＦ４等を貫通してサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達する導波路ＷＧが形成されている。サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造とされる。導波路ＷＧは、サイドウォール絶縁膜のシリコン窒化膜をも貫通して、サイドウォール絶縁膜のシリコン酸化膜ＳＷＯに達するように形成されているか、サイドウォールのシリコン窒化膜に達するように形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】画素領域ＰＥでは、第４層間絶縁膜ＩＦ４等を貫通してサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達する導波路ＷＧが形成されている。サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造とされる。導波路ＷＧは、サイドウォール絶縁膜のシリコン窒化膜をも貫通して、サイドウォール絶縁膜のシリコン酸化膜ＳＷＯに達するように形成されているか、サイドウォールのシリコン窒化膜に達するように形成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は撮像装置およびその製造方法に関し、特に、導波路を備えた撮像装置に好適に利用できるものである。
デジタルカメラ等には、たとえば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーを備えた撮像装置が適用されている。そのような撮像装置は、入射する光を電荷に変換するフォトダイオードが形成された画素部と、画素部によって変換された電荷を電気信号として処理等する周辺回路部とを備えている。
近年、デジタルカメラ等の小型化に対応するために、撮像装置には画素部の画素サイズの小さいものがますます要求されている。画素サイズが小さくなるにしたがい、シリコン（Ｓｉ）内部の量子効率が低くなる傾向にある。量子効率とは、光子一つ当たりの出力電子数のことをいい、シリコン（Ｓｉ）内部の量子効率が高いほど、その画素部は高感度であることを意味する。
このシリコン（Ｓｉ）内部の量子効率を少しでも改善するために、画素部のフォトダイオードへ光を導く導波路を設けた撮像装置が提案されている。この種の撮像装置では、導波路は、フォトダイオードを覆う層間絶縁膜にエッチングを施して開口部を形成し、その開口部に所定の埋め込み材料を充填することによって形成される。なお、導波路を備えた撮像装置を開示した特許文献として、特許文献１および特許文献２がある。
従来の撮像装置では、次のような問題点があった。入射する光を効率よくフォトダイオードへ導くには、導波路とフォトダイオードとの距離（残膜の膜厚）を制御する必要がある。
発明者らは、この距離を制御するために、層間絶縁膜の途中にエッチングストッパ膜を挿入した撮像装置を作製して評価を行った。その結果、フォトダイオード上には、エッチングストッパ膜を含め反射防止膜が複数層形成されることによって、光が減衰するため、シリコン（Ｓｉ）基板の透過率を向上させるためには、エッチングストッパ膜を突き抜けるようにして開口部（導波路）を形成する必要があることがわかった。このため、上記のエッチングストッパ膜を挿入した構造では、依然として、導波路とフォトダイオードとの距離について、ウェハ面内のばらつきやロット間のばらつきがあった。
従来の撮像装置では、このような導波路とフォトダイオードとの距離のばらつきや、入射光の反射防止膜に起因する光の減衰による画素部の感度の劣化があった。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付の図面から明らかになるであろう。
一実施の形態に係る撮像装置は、転送用トランジスタのゲート電極の側壁面を覆うとともに、側壁面を覆う部分から延在して光電変換部の表面を覆う部分を含むサイドウォール絶縁膜と、層間絶縁膜を貫通してサイドウォール絶縁膜に達するように形成され、光を光電変換部へ導く導波路とを備えている。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法は、転送用トランジスタのゲート電極および光電変換部を覆うように所定の絶縁膜を形成し、所定の絶縁膜に加工を施すことによって、ゲート電極の側壁面を覆うとともに、側壁面を覆う部分から延在して光電変換部の表面を覆う部分を含むサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、層間絶縁膜にサイドウォール絶縁膜に達する開口部を形成し、その開口部に、光を光電変換部へ導く導波路を形成する工程とを備えている。
一実施の形態に係る撮像装置によれば、画素部の感度を向上させ、かつ、導波路とフォトダイオードとの距離のばらつきに起因する各画素のウェハ面内の感度のばらつきや、ロット間の感度のばらつきを抑制することを可能にする。
他の実施の形態に係る撮像装置の製造方法によれば、画素部の感度を向上させることができる撮像装置を製造することができる。
実施の形態に係る撮像装置とその製造方法について説明する。図１に示すように、撮像装置ＩＳでは、半導体基板ＳＵＢに素子分離絶縁膜ＥＩを形成することによって、画素領域ＰＥと周辺回路領域ＰＣが規定されている。画素領域ＰＥでは、半導体基板ＳＵＢの表面から所定の深さにわたり、ｐ型ウェルＰＰＷが形成されている。ｐ型ウェルＰＰＷには、外部から入射する光を電荷に変換するフォトダイオードＰＤと、その電界を転送する転送用トランジスタＴＴとが形成されている。
フォトダイオードＰＤは、ｐ型ウェルＰＰＷの表面からそれぞれ所定の深さに形成されたｎ型領域ＮＲおよびｐ型領域ＰＲを有している。転送用トランジスタＴＴは、ｐ型ウェルＰＰＷの表面上にゲート絶縁膜ＴＧＩを介在させて形成された、転送用トランジスタＴＴのゲート電極ＴＧＥを有している。ゲート電極ＴＧＥの側壁面を覆うサイドウォール絶縁膜ＳＷＩが形成されている。そのサイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、側壁面を覆う部分から延在してフォトダイオードＰＤを覆う部分を含んでいる。この画素領域ＰＥに形成されるサイドウォール絶縁膜ＳＷＩとは、ゲート電極ＴＧＥの側壁面を覆う部分に加えて、その部分から延在してフォトダイオードＰＤを覆う部分を含むものを意図する。サイドウォール絶縁膜ＳＷＩを覆うように、コンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬが形成されている。
一方、周辺回路領域ＰＣでは、電荷から変換された電気信号を処理する画素のトランジスタが形成された画素トランジスタ領域と、種々の信号をやり取りするロジック回路用のトランジスタが形成されたロジック領域とを有している。
画素トランジスタ領域では、半導体基板ＳＵＢの表面から所定の深さにわたり、ｐ型ウェルＩＰＷとｎ型ウェルＩＮＷがそれぞれ形成されている。ｐ型ウェルＩＰＷには、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＮＴが形成され、ｎ型ウェルＩＮＷには、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＰＴが形成されている。
ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＮＴは、ゲート電極ＩＮＧおよびｎ型のソース・ドレイン領域ＩＮＳＤを有している。ゲート電極ＩＮＧは、ｐ型ウェルＩＰＷの表面上にゲート絶縁膜ＩＧＩを介在させて形成されている。ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＰＴは、ゲート電極ＩＰＧおよびｐ型のソース・ドレイン領域ＩＰＳＤを有している。ゲート電極ＩＰＧは、ｎ型ウェルＩＮＷの表面上にゲート絶縁膜ＩＧＩを介在させて形成されている。
ロジック領域では、半導体基板ＳＵＢの表面から所定の深さにわたり、ｐ型ウェルＬＰＷとｎ型ウェルＬＮＷがそれぞれ形成されている。ｐ型ウェルＬＰＷには、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＬＮＴが形成され、ｎ型ウェルＬＮＷには、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＬＰＴが形成されている。
ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＬＮＴは、ゲート電極ＬＮＧおよびｎ型のソース・ドレイン領域ＬＮＳＤを有している。ゲート電極ＬＮＧは、ｐ型ウェルＬＰＷの表面上にゲート絶縁膜ＬＧＩを介在させて形成されている。ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＬＰＴは、ゲート電極ＬＰＧおよびｐ型のソース・ドレイン領域ＬＰＳＤを有している。ゲート電極ＬＰＧは、ｎ型ウェルＬＮＷの表面上にゲート絶縁膜ＬＧＩを介在させて形成されている。
ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧのそれぞれの側壁面には、サイドウォール絶縁膜ＳＷＦが形成されている。ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧのそれぞれの表面（上面）、ｎ型のソース・ドレイン領域ＩＮＳＤ、ＬＮＳＤのそれぞれの表面、ｐ型のソース・ドレイン領域ＩＰＳＤ、ＬＰＳＤのそれぞれの表面には、金属シリサイド膜ＭＳが形成されている。ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧ等を覆うように、コンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬ膜が形成されている。
フォトダイオードＰＤ、転送用トランジスタＴＴ、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＮＴ、ＬＮＴ、ｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＩＰＴ、ＬＰＴ等を覆うように、コンタクト層間絶縁膜として第１層間絶縁膜ＩＦ１が形成されている。第１層間絶縁膜ＩＦ１の表面には、第１配線Ｍ１が形成されている。第１配線Ｍ１と、対応するｎ型のソース・ドレイン領域ＩＮＳＤ、ＬＮＳＤ、ｐ型のソース・ドレイン領域ＩＰＳＤ、ＬＰＳＤとが、コンタクトプラグＣＰによってそれぞれ電気的に接続されている。コンタクトプラグＣＰは、第１層間絶縁膜ＩＦ１を貫通するように形成されている。
第１配線Ｍ１を覆うように、第１層間絶縁膜ＩＦ１上に第２層間絶縁膜ＩＦ２が形成されている。第２層間絶縁膜ＩＦ２の表面には、第２配線Ｍ２が形成されている。第２配線Ｍ２と対応する第１配線Ｍ１とが、第１ヴィアＶ１によってそれぞれ電気的に接続されている。第１ヴィアＶ１は、第２層間絶縁膜ＩＦ２を貫通するように形成されている。
第２配線Ｍ２を覆うように、第２層間絶縁膜ＩＦ２上に第３層間絶縁膜ＩＦ３が形成されている。第３層間絶縁膜ＩＦ３の表面には、第３配線Ｍ３と、パッドＰＤＥが形成されている。第３配線Ｍ３と対応する第２配線Ｍ２とが、第２ヴィアＶ２によってそれぞれ電気的に接続されている。第２ヴィアＶ２は、第３層間絶縁膜ＩＦ３を貫通するように形成されている。
第３配線Ｍ３およびパッドＰＤＥを覆うように、第３層間絶縁膜ＩＦ３上に第４層間絶縁膜ＩＦ４が形成されている。周辺回路領域ＰＣでは、第４層間絶縁膜ＩＦ４を覆うようにパッシベーション膜ＰＡＦが形成されている。
画素領域ＰＥでは、第４層間絶縁膜ＩＦ４、第３層間絶縁膜ＩＦ３、第２層間絶縁膜ＩＦ２、第１層間絶縁膜ＩＦ１およびコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬ膜を貫通してサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達する導波路ＷＧが形成されている。導波路ＷＧは、第４層間絶縁膜ＩＦ４等を貫通するように形成された導波路開口部ＷＧＨの表面に形成された保護膜ＰＦと、保護膜ＰＦによって覆われた導波路開口部ＷＧＨを充填する埋め込み部材ＦＩを有している。保護膜ＰＦとして、たとえば、シリコン窒化膜が適用されている。埋め込み部材ＦＩとして、塗布系の材料が適用され、たとえば、シロキサン系の材料が用いられている。導波路ＷＧの上には、カラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬが形成されている。
本実施の形態に係る撮像装置ＩＳでは、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、シリコン酸化膜ＳＷＯとシリコン窒化膜ＳＷＮとの積層構造（図２および図３参照）とされ、シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜が形成されている。サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、ゲート電極ＴＧＥの側壁面を覆う部分と、その側壁面を覆う部分から延在してフォトダイオードＰＤを覆う部分とを含んでいる。そのサイドウォール絶縁膜ＳＷＩ（フォトダイオードＰＤを覆う部分）に対し、導波路ＷＧの形成態様として、第１の形成態様と第２の形成態様との２つの形成態様がある。
すなわち、第１の形成態様では、図２に示すように、導波路ＷＧは、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩのシリコン窒化膜ＳＷＮをも貫通して、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩのシリコン酸化膜ＳＷＯに達するように形成されている。第２の形成態様では、図３に示すように、導波路ＷＧは、サイドウォールのシリコン窒化膜ＳＷＮに達するように形成されている。後述するように、導波路ＷＧが第１の形成態様または第２の形成態様とされることで、画素部の感度の劣化が抑制される。
次に、上述した撮像装置の製造方法の一例について説明する。まず、図４に示すように、半導体基板ＳＵＢに素子分離絶縁膜ＥＩを形成することによって、画素領域ＰＥと周辺回路領域ＰＣとが規定される。
次に、画素領域ＰＥには、ゲート電極ＴＧＥとフォトダイオードＰＤが形成される。周辺回路領域ＰＣには、ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧが形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極ＩＰＧが形成されているｎ型ウェルＩＮＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ２が形成される。次に、レジストパターンＲＰ２をマスクとして、ｐ型の不純物を注入することにより、エクステンション領域（図示せず）が形成される。その後、レジストパターンＲＰ２が除去される。
次に、図５に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ゲート電極ＩＮＧが形成されているｐ型ウェルＩＰＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ３が形成される。次に、レジストパターンＲＰ３をマスクとして、ｎ型の不純物を注入することにより、エクステンション領域（図示せず）が形成される。その後、レジストパターンＲＰ３が除去される。
次に、必要に応じて、ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧの側壁面にオフセットスペーサ膜が形成される。まず、ゲート電極ＴＧＥおよびゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧを覆うように、オフセットスペーサ膜となる絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、図６に示すように、フォトダイオードＰＤを覆い他の領域を露出するレジストパターンＲＰ４をマスクとしてエッチング処理が施される。このエッチング処理により、ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧの側壁面にオフセットスペーサ膜（図示せず）が形成される。
次に、図７に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ｐ型ウェルＬＰＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ５が形成される。次に、レジストパターンＲＰ５をマスクとして、ｎ型の不純物を注入することにより、エクステンション領域（図示せず）が形成される。その後、レジストパターンＲＰ５が除去される。
次に、図８に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ｎ型ウェルＬＮＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ６が形成される。次に、レジストパターンＲＰ６をマスクとして、ｐ型の不純物を注入することにより、エクステンション領域（図示せず）が形成される。その後、レジストパターンＲＰ６が除去される。
次に、フォトダイオードＰＤとゲート電極ＴＧＥを覆うサイドウォール絶縁膜が形成される。まず、ゲート電極ＴＧＥおよびゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧを覆うように、シリコン酸化膜の上にシリコン窒化膜を積層させた積層構造の所定の絶縁膜（図示せず）が形成される。次に、図９に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、フォトダイオードＰＤとゲート電極ＴＧＥを覆い、他の領域を露出するレジストパターンＲＰ７が形成される。
次に、レジストパターンＲＰ７をマスクとして、所定の絶縁膜にエッチング処理が施される。これにより、画素領域ＰＥでは、残された絶縁膜が、フォトダイオードＰＤとゲート電極ＴＧＥを覆うサイドウォール絶縁膜ＳＷＩとして形成される。サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、ゲート電極ＴＧＥの側壁面を覆う部分と、側面を覆う部分から延在してフォトダイオードＰＤを覆う部分とを含んでいる。周辺回路領域ＰＣでは、ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧの側壁面にサイドウォール絶縁膜ＳＷＦが形成される。その後、レジストパターンＲＰ７が除去される。
次に、図１０に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ｎ型ウェルＩＮＷ、ＬＮＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ８が形成される。次に、レジストパターンＲＰ８をマスクとして、ｐ型の不純物を注入することにより、ｎ型ウェルＩＮＷには、ソース・ドレイン領域ＩＰＳＤが形成され、ｎ型ウェルＬＮＷには、ソース・ドレインＬＰＳＤが形成される。その後、レジストパターンＲＰ８が除去される。
次に、図１１に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、ｐ型ウェルＩＰＷ、ＬＰＷを露出し、他の領域を覆うレジストパターンＲＰ９が形成される。次に、レジストパターンＲＰ９をマスクとして、ｎ型の不純物を注入することにより、ｐ型ウェルＩＰＷには、ソース・ドレイン領域ＩＮＳＤが形成され、ｐ型ウェルＬＰＷには、ソース・ドレイン領域ＬＮＳＤが形成される。その後、レジストパターンＲＰ９が除去される。
次に、画素領域ＰＥを覆い、周辺回路領域ＰＣを露出する態様で、金属シリサイド化を阻止するシリサイドブロック膜（図示せず）が形成される。そのシリサイドブロック膜およびゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧ等を覆うように、たとえば、コバルト等の金属膜（図示せず）が形成される。次に、所定の温度と雰囲気のもとで熱処理を施して、金属とシリコンとを反応させる金属シリサイド化が行われる。その後、未反応の金属膜が除去される。これにより、図１２に示すように、ゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧの上面に金属シリサイド膜ＭＳが形成され、ソース・ドレイン領域ＩＮＳＤ、ＩＰＳＤ、ＬＮＳＤ、ＬＰＳＤの表面に金属シリサイド膜ＭＳが形成される。次に、ゲート電極ＴＧＥおよびゲート電極ＩＮＧ、ＩＰＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧ等を覆うように、たとえば、シリコン窒化膜によるコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬが形成される。
次に、図１３に示すように、コンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬを覆うように、たとえばＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）系の酸化膜によるコンタクト層間絶縁膜として、第１層間絶縁膜ＩＦ１が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、コンタクトホールを形成するためのレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、そのレジストパターンをマスクとして、第１層間絶縁膜ＩＦ１にエッチング処理が施され、その後、レジストパターンが除去される。これにより、図１３に示すように、ソース・ドレイン領域ＩＮＳＤ、ＩＰＳＤ、ＬＮＳＤ、ＬＰＳＤ（金属シリサイド膜ＭＳ）をそれぞれ露出するコンタクトホールＣＨが形成される。
次に、図１４に示すように、コンタクトホールＣＨ内にコンタクトプラグＰＧが形成される。コンタクトプラグＰＧは、バリアメタルを含む。次に、第１層間絶縁膜ＩＦ１を覆うように、たとえば、アルミニウム等の金属膜が形成される。次に、金属膜に対して、所定の写真製版処理およびエッチング処理を施すことにより、アルミニウムによる第１配線Ｍ１が形成される。
次に、図１５に示すように、第１配線Ｍ１を覆うように、第２層間絶縁膜ＩＦ２が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ヴィアホールを形成するためのレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、そのレジストパターンをマスクとして、第２層間絶縁膜ＩＦ２にエッチング処理が施され、その後、レジストパターンが除去される。これにより、図１５に示すように、第１配線Ｍ１を露出する第１ヴィアホールＶＨ１が形成される。
次に、図１６に示すように、第１ヴィアホールＶＨ１に第１ヴィアＶ１が形成される。次に、第２層間絶縁膜ＩＦ２を覆うように、たとえば、アルミニウム等の金属膜が形成される。次に、金属膜に対して、所定の写真製版処理およびエッチング処理を施すことにより、アルミニウムによる第２配線Ｍ２が形成される。
次に、図１７に示すように、第２配線Ｍ２を覆うように、第３層間絶縁膜ＩＦ３が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ヴィアホールを形成するためのレジストパターン（図示せず）が形成される。次に、そのレジストパターンをマスクとして、第３層間絶縁膜ＩＦ３にエッチング処理が施され、その後、レジストパターンが除去される。これにより、図１７に示すように、第２配線Ｍ２を露出する第２ヴィアホールＶＨ２が形成される。
次に、図１８に示すように、第２ヴィアホールＶＨ２に第２ヴィアＶ２が形成される。次に、第３層間絶縁膜ＩＦ３を覆うように、たとえば、アルミニウム等の金属膜が形成される。次に、金属膜に対して、所定の写真製版処理およびエッチング処理を施すことにより、画素領域ＰＥには、パッドＰＤＥが形成され、周辺回路領域では、アルミニウムによる第３配線Ｍ３が形成される。次に、図１９に示すように、パッドＰＤＥおよび第３配線Ｍ３を覆うように、第４層間絶縁膜ＩＦ４が形成される。
次に、画素領域ＰＥに導波路が形成される。図２０に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、導波路となる導波路開口部を形成するためのレジストパターンＲＰ１０が形成される。次に、レジストパターンＲＰ１０をマスクとして、第４層間絶縁膜ＩＦ４等にエッチング処理を施すことにより、図２１に示すように、第４層間絶縁膜ＩＦ４〜第１層間絶縁膜ＩＦ１およびコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬを貫通して、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩを露出する導波路開口部ＷＧＨが形成される。
このとき、導波路開口部ＷＧＨの形成態様としては、すでに説明したように、２つの形成態様がある。第１の形成態様では、導波路開口部ＷＧＨは、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩのシリコン窒化膜ＳＷＮをも貫通して、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩのシリコン酸化膜ＳＷＯに達するように形成されている。第２の形成態様では、導波路開口部ＷＧＨは、サイドウォールのシリコン窒化膜ＳＷＮに達するように形成されている。その後、レジストパターンＲＰ１０が除去される。
次に、図２２に示すように、たとえば、シリコン窒化膜による保護膜ＰＦが、導波路開口部ＷＧＨの表面を覆うように形成される。次に、図２３に示すように、塗布系の材料として、たとえば、シロキサン（siloxane）の埋め込み部材ＦＩが導波路開口部ＷＧＨに充填される。次に、図２４に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、パッドＰＤＥを露出する開口を形成するためのレジストパターンＲＰ１１が形成される。次に、レジストパターンＲＰ１１をマスクとして、埋め込み部材ＦＩにエッチング処理を施すことにより、図２５に示すように、パッドＰＤＥを露出する開口部ＰＤＥＨが形成される。
次に、図２６に示すように、レジストパターンＲＰ１１が除去されて、導波路ＷＧが形成される。その後、図１に示すように、周辺回路領域ＰＣでは、シリコン窒化膜等によるパッシベーション膜ＰＡＦが形成される。画素領域ＰＥでは、カラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬが形成される。こうして、撮像装置の主要部分が形成される。
上述した撮像装置では、導波路ＷＧがサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達するように形成されていることで、画素部の感度の劣化が抑制される。このことについて、比較例に係る撮像装置を交えて説明する。
図２７に示すように、比較例に係る撮像装置の画素領域ＣＰＥには、ｎ型領域ＣＮＲとｐ型ＣＰＲを含むフォトダイオードＣＰＤと、転送用トランジスタＣＴＴとが形成されている。周辺回路領域ＣＰＣには、電荷から変換された電気信号を処理する画素のトランジスタとして、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＣＩＮＴとｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＣＩＰＴが形成されている。また、種々の信号をやり取りするロジック回路用のトランジスタとして、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＣＬＮＴとｐチャネル型のＭＯＳトランジスタＣＬＰＴが形成されている。
これらのＭＯＳトランジスタＣＩＮＴ、ＣＩＰＴ、ＣＬＮＴ、ＣＬＰＴおよび転送用トランジスタＣＴＴを覆うように、シリコン窒化膜によるコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＣＥＳＬが形成されている、そのコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＣＥＳＬを覆うように、第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１が形成されている。その第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１の上に、シリコン窒化膜によるエッチングストッパ膜ＣＥＳを介在させて第１上層層間絶縁膜ＣＩＦ１２が形成されている。第１上層層間絶縁膜ＣＩＦ１２の表面に第１配線ＣＭ１が形成されている。
その第１配線ＣＭ１を覆うように第２層間絶縁膜ＣＩＦ２が形成されている。第２層間絶縁膜ＣＩＦ２の表面に第２配線Ｍ２が形成されている。その第２配線Ｍ２を覆うように第３層間絶縁膜ＣＩＦ３が形成されている。第３層間絶縁膜ＣＩＦ３の表面に第３配線Ｍ３が形成されている。第３配線Ｍ３を覆うように第４層間絶縁膜ＣＩＦ４が形成されている。
比較例に係る撮像装置では、導波路とフォトダイオードＣＰＤまでの距離を制御するために、コンタクト層間膜としての第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１と第１上層層間絶縁膜ＣＩＦ１２との間に、エッチングストッパ膜ＣＥＳが介在している。しかしながら、シリコン窒化膜によるエッチングストッパ膜ＣＥＳに起因する反射防止効果による光の減衰を避けるために、導波路ＣＷＧは、エッチングストッパ膜ＣＥＳを貫通して第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１に達するように形成される。すなわち、図２８に示すように、導波路となる導波路開口部ＣＷＧＨは、第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１に達するように形成される。
このため、比較例に係る撮像装置では、導波路ＣＷＧとフォトダイオードＣＰＤとの距離（図２７中の矢印を参照）にばらつきが依然としてあり、この距離のばらつきがフォトダイオードＣＰＤの感度のばらつきの要因となる。また、転送用トランジスタＣＴＴを覆うコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＣＥＳＬが反射防止膜として作用し、光が減衰してしまう。このため、フォトダイオードＣＰＤの感度が劣化してしまう。
また、シリコン窒化膜によるエッチングストッパ膜ＣＥＳが半導体基板の全面に形成される。このため、周辺回路領域では、ＭＯＳトランジスタＣＩＮＴ、ＣＩＰＴ、ＣＬＮＴ、ＣＬＰＴとエッチングストッパ膜ＣＥＳとの間の層間容量が増加してしまい、動作速度が下がることになる。
さらに、第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１と第１上層層間絶縁膜ＣＩＦ１２との間にエッチング特性が異なるエッチングストッパ膜ＣＥＳが介在していることで、コンタクトホールを形成する際に、第１下層層間絶縁膜ＣＩＦ１１および第１上層層間絶縁膜ＣＩＦ１２のエッチング速度と、エッチングストッパ膜ＣＥＳのエッチング速度とが異なってくる。このため、コンタクトホールの開口径がばらついてしまい、ＭＯＳトランジスタＣＩＮＴ、ＣＩＰＴ、ＣＬＮＴ、ＣＬＰＴと第１配線ＣＭ１との導通が良好に行われないことがある。さらに、コンタクトホール内に形成されるコンタクトプラグのバリアメタルのバリア性が劣化することがある。
比較例に対して実施の形態に係る撮像装置では、コンタクト層間絶縁膜としての第１層間絶縁膜ＩＦ１中に、エッチング特性の異なるエッチングストッパ膜は介在していない。導波路ＷＧは、第４層間絶縁膜ＩＦ４、第３層間絶縁膜ＩＦ３、第２層間絶縁膜ＩＦ２、第１層間絶縁膜ＩＦ１およびコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬを貫通してサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達するように形成されている。
サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、転送用トランジスタＴＴのゲート電極ＴＧＥの側壁面を覆う部分から延在して、フォトダイオードＰＤを覆っている。このため、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩは、フォトダイオードＰＤの表面の近傍に位置することになる。これにより、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達するように形成された導波路ＷＧとフォトダイオードＰＤとの距離を短くすることができ、フォトダイオードＰＤの感度を向上させることができる。また、導波路ＷＧがフォトダイオードＰＤに接近する分、その距離に対応する、導波路ＷＧとフォトダイオードＰＤとの残膜の膜厚のばらつきに対するフォトダイオードＰＤの感度のばらつきが小さくなる。
さらに、シリコン窒化膜によるエッチングストッパ膜が半導体基板の全面に形成されていない。これにより、比較例に係る撮像装置のような層間容量がなく、周辺回路領域ＰＣでは、ＭＯＳトランジスタＩＮＴ、ＩＰＴ、ＬＮＴ、ＬＰＴの動作速度が下がることもない。また、比較例に係る撮像装置のように、コンタクトホールの開口径がばらついてしまうことがなく、ＭＯＳトランジスタＣＩＮＴ、ＣＩＰＴ、ＣＬＮＴ、ＣＬＰＴと第１配線ＣＭ１との導通を良好に行うことができる。さらに、コンタクトホールＣＨ内に形成されるコンタクトプラグＣＰのバリアメタル（図示せず）のバリア性が劣化することもない。また、フォトダイオードの感度が向上することで、導波路ＷＧの導波路開口部ＷＧＨの傾斜角度（テーパ角度）を緩くしてもよく、エッチングのプロセスマージンが向上する。
変形例
上述した撮像装置では、導波路ＷＧを塗布系の材料を用いて形成する場合について説明した。導波路としては、塗布系の材料の他に、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）系の膜を適用してもよい。その製造方法について説明する。前述した図４〜図１８に示す工程と同様の工程を経て、図２９に示すように、画素領域ＰＥでは、第３層間絶縁膜ＩＦ３の表面にパッドＰＤＥが形成される。
上述した撮像装置では、導波路ＷＧを塗布系の材料を用いて形成する場合について説明した。導波路としては、塗布系の材料の他に、たとえば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）系の膜を適用してもよい。その製造方法について説明する。前述した図４〜図１８に示す工程と同様の工程を経て、図２９に示すように、画素領域ＰＥでは、第３層間絶縁膜ＩＦ３の表面にパッドＰＤＥが形成される。
次に、図３０に示すように、所定の写真製版処理を施すことにより、導波路となる導波路開口部を形成するためのレジストパターンＲＰ１２が形成される。次に、そのレジストパターンＲＰ１２をマスクとして第３層間絶縁膜ＩＦ３等にエッチング処理を施すことにより、図３１に示すように、第３層間絶縁膜ＩＦ３〜第１層間絶縁膜ＩＦ１およびコンタクトエッチストレスライナー膜ＣＥＳＬを貫通して、サイドウォール絶縁膜ＳＷＩを露出する導波路開口部ＷＧＨが形成される。その後、図３２に示すように、レジストパターンＲＰ１２が除去される。
次に、図３３に示すように、化学気相成長法により、導波路開口部ＷＧＨを充填する態様で、たとえば、シリコン窒化膜等の埋め込み膜ＦＦが形成される。次に、埋め込み膜ＦＦにエッチバック処理を施すことにより、図３４に示すように、第３層間絶縁膜ＩＦ３の上面上に位置する埋め込み膜ＦＦが除去される。こうして、導波路開口部ＷＧＨに残された埋め込み膜ＦＦが導波路ＷＧとして形成される。その後、前述した製造工程と同様の工程を経て、撮像装置の主要部分が形成される。
変形例に係る撮像装置においても、埋め込み膜ＦＦからなる導波路ＷＧが、第３層間絶縁膜ＩＦ３等を貫通してサイドウォール絶縁膜ＳＷＩに達するように形成されている。これにより、前述した撮像装置と同様に、フォトダイオードＰＤの感度を向上させることができる。
なお、上述した撮像装置では、第１配線Ｍ１〜第３配線Ｍ３の配線材料として、アルミニウムを例に挙げて説明した。配線材料としては、アルミニウムに限られず、銅（配線）についても、上述した導波路の構造を適用することが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
ＩＳ 撮像装置、ＳＵＢ 半導体基板、ＥＩ 素子分離絶縁膜、ＰＥ 画素領域、ＰＰＷ Ｐウェル、ＰＤ フォトダイオード、ＮＲ ｎ型領域、ＰＲ ｐ型領域、ＴＴ 転送用トランジスタ、ＴＧＩ ゲート絶縁膜、ＴＧＥ ゲート電極、ＳＷＩ サイドウォール絶縁膜、ＳＷＮ サイドウォール窒化膜、ＳＷＯ サイドウォール酸化膜、ＣＥＳＬ コンタクトエッチストレスライナー膜、ＷＧ 導波路、ＰＦ 保護膜、ＦＩ 埋め込み部材、ＰＤＥ パッド、ＣＦ カラーフィルタ、ＭＬ マイクロレンズ、ＰＣ 周辺回路領域、ＩＮＴ ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＩＰＷ ｐウェル、ＩＰＴ ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＩＮＷ ｎウェル、ＩＧＩ ゲート絶縁膜、ＩＮＧ ゲート電極、ＩＰＧ ゲート電極、ＳＷＦ サイドウォール絶縁膜、ＩＮＳＤ ソース・ドレイン領域、ＩＰＳＤ ソース・ドレイン領域、ＭＳ 金属シリサイド膜、ＬＮＴ ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＬＰＷ ｐウェル、ＬＰＴ ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ、ＬＮＷ ｎウェル、ＬＧＩ ゲート絶縁膜、ＬＮＧ ゲート電極、ＬＰＧ ゲート電極、ＳＷＦ サイドウォール絶縁膜、ＬＮＳＤ ソース・ドレイン領域、ＬＰＳＤ ソース・ドレイン領域、ＭＳ 金属シリサイド膜、ＩＦ１ 第１層間絶縁膜、ＣＰ コンタクトプラグ、Ｍ１ 第１配線、ＩＦ２ 第２層間絶縁膜、Ｖ１ 第１ヴィア、Ｍ２ 第２配線、ＩＦ３ 第３層間絶縁膜、Ｖ２ 第２ヴィア、Ｍ３ 第３配線、ＩＦ４ 第４層間絶縁膜、ＰＡＦ パッシベーション膜、ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３、ＲＰ４、ＲＰ５、ＲＰ６、ＲＰ７、ＲＰ８、ＲＰ９、ＲＰ１０、ＲＰ１１、ＲＰ１２ フォトレジストパターン、ＷＧＨ、ＰＤＥＨ 導波路開口部、ＣＨ コンタクトホール、ＶＨ１、ＶＨ２ ヴィアホール、ＣＥＳ 導波路エッチストッパー膜。
Claims (14)
- 主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板における所定の領域に形成され、入射した光を電荷に変換する光電変換部と、
前記半導体基板の表面上に形成され、前記光電変換部において発生した電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極と、
前記ゲート電極の側壁面を覆うとともに、前記側壁面を覆う部分から延在して前記光電変換部の表面を覆う部分を含むサイドウォール絶縁膜と、
前記サイドウォール絶縁膜を覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通して前記サイドウォール絶縁膜に達するように形成され、光を前記光電変換部へ導く導波路と、
を備えた、撮像装置。 - 前記サイドウォール絶縁膜は、
シリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜の表面に接するように形成されたシリコン窒化膜と
を備え、
前記導波路は、前記層間絶縁膜および前記シリコン窒化膜を貫通して前記シリコン酸化膜に達するように形成された、請求項１記載の撮像装置。 - 前記サイドウォール絶縁膜は、
シリコン酸化膜と、
前記シリコン酸化膜の上面に接するように形成されたシリコン窒化膜と
を備え、
前記導波路は、前記層間絶縁膜を貫通して前記シリコン窒化膜に達するように形成された、請求項１記載の撮像装置。 - 前記導波路は、
前記層間絶縁膜を貫通する開口部の表面を覆う保護膜と、
前記保護膜によって覆われた前記開口部に充填される埋め込み部材と
を含む、請求項１記載の撮像装置。 - 前記保護膜はシリコン窒化膜であり、
前記埋め込み部材は塗布系の材料である、請求項４記載の撮像装置。 - 前記導波路は、前記層間絶縁膜を貫通する開口部に充填される所定の膜を含む、請求項１記載の撮像装置。
- 前記所定の膜はシリコン窒化膜である、請求項６記載の撮像装置。
- 主表面を有する半導体基板の表面に、電荷を転送する転送用トランジスタのゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を挟んで位置する前記半導体基板の一方の領域に、所定導電型の不純物を注入することによって、入射した光を電荷に変換する光電変換部を形成する工程と、
前記ゲート電極および前記光電変換部を覆うように所定の絶縁膜を形成し、前記所定の絶縁膜に加工を施すことによって、前記ゲート電極の側壁面を覆うとともに、前記側壁面を覆う部分から延在して前記光電変換部の表面を覆う部分を含むサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
前記サイドウォール絶縁膜を覆うように、層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に前記サイドウォール絶縁膜に達する開口部を形成する工程と
前記開口部を充填するように、光を前記光電変換部へ導く導波路を形成する工程と
を備えた、撮像装置の製造方法。 - 前記サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、
前記所定の絶縁膜として、
シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の表面に接するようにシリコン窒化膜を形成する工程と
を含み、
前記開口部を形成する工程では、前記開口部は前記層間絶縁膜を貫通して前記シリコン窒化膜を露出するように形成され、
前記導波路を形成する工程では、前記導波路は前記シリコン窒化膜に達するように形成された、請求項８記載の撮像装置の製造方法。 - 前記サイドウォール絶縁膜を形成する工程は、
前記所定の絶縁膜として、
シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の表面に接するようにシリコン窒化膜を形成する工程と
を含み、
前記開口部を形成する工程では、前記開口部は前記層間絶縁膜および前記シリコン窒化膜を貫通して前記シリコン酸化膜を露出するように形成され、
前記導波路を形成する工程では、前記導波路は前記シリコン酸化膜に達するように形成された、請求項８記載の撮像装置の製造方法。 - 前記導波路を形成する工程は、
前記開口部の表面を覆うように保護膜を形成する工程と、
前記保護膜によって覆われた前記開口部に塗布系の材料を充填する工程と
を含む、請求項８記載の撮像装置の製造方法。 - 前記導波路を形成する工程では、前記塗布系の材料としてシロキサンが適用される、請求項１１記載の撮像装置の製造方法。
- 前記導波路を形成する工程は、前記開口部を埋め込むように所定の膜を形成する工程を含む、請求項８記載の撮像装置の製造方法。
- 前記導波路を形成する工程では、前記所定の膜としてシリコン窒化膜が適用される、請求項１３記載の撮像装置の製造方法。
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