JP3586517B2

JP3586517B2 - 固体撮像装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP3586517B2
Application number: JP20001596A
Authority: JP
Inventors: 利昭山野
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH1050974A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関するものであり、特に、斜めから入射した光を遮光する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
第１の従来技術について、図３を用いて説明する。図３は第１の従来の固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【０００３】
図３(c)に示すように、従来の固体撮像装置は、Ｎ型半導体基板２１表面に、Ｐウエル２２、受光部となるＮ型不純物層２４、電荷転送部となるＮ型ウエル層２５及び素子分離層となるＰ+型不純物層２６が形成されている。
【０００４】
また、電荷転送部となるＮ型ウエル層２５上には、シリコン酸化膜等からなるゲート絶縁膜２７を介して、多結晶シリコンからなる転送電極２８が形成され、転送電極２８上方には、熱酸化膜或いはＣＶＤ酸化膜からなる第１層間絶縁膜２９、高融点金属或いは高融点金属シリサイドからなる第１遮光膜３０、第２層間絶縁膜３１、第２遮光膜３２、最後にＣＶＤ絶縁膜からなる表面保護膜３３が全面に形成されている。
【０００５】
ここで、第１遮光膜は、後の熱工程プロセスの熱処理温度の制約を受けないように高融点金属を用いているが、応力が大きくなり、クラックや剥がれが生じやすくなるので、せいぜい３０００Å程度形成するのが限界であり、基板に垂直方向の入射光の遮光能力に限界がある。そこで、十分な遮光能力を有する厚さにすることが可能なアルミニウム或いはアルミニウムシリサイドからなる第２遮光膜を形成する。
【０００６】
次に、図３を用いて第１の従来の固体撮像装置の製造工程を説明する。
【０００７】
まず、Ｎ型半導体基板２１表面にＰ型ウエル２２、電荷転送部となるＮウエル層２５、素子分離用のＰ+型不純物層２６を形成する(図３(a))。
【０００８】
次に、電荷転送部となるＮ型ウエル層２５上にシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜２７及び電荷転送のための多結晶シリコンからなる転送電極２８を形成し、更に、転送電極２８上に熱酸化膜或いはＣＶＤ酸化膜からなる第１層間絶縁膜２９を形成する。この際、ＣＶＤ法により形成した酸化膜はその下地となる物質の端部でオーバーハングしやすいので、転送電極２８上にＣＶＤ酸化膜を形成すると第１層間絶縁膜２９はややオーバーハング形状を有することとなる。
【０００９】
その後、フォトリソグラフィ技術により、所定の形状にパターニングして、リンのイオン注入により、受光部となるＮ型不純物層２４を形成する。続いて、ＣＶＤ法により、高融点金属或いは高融点金属シリサイドを堆積し、パターニング及びエッチングにより、第１遮光膜３０を形成する(図３(ｂ))。
【００１０】
次に、ＰＳＧ或いはＢＰＳＧからなる第２層間絶縁膜３１を堆積し、熱処理を施し、リフローさせ、続いてスパッタ法により、アルミニウム或いはアルミニウムシリサイドからなる第２遮光膜３２を形成し、最後にＣＶＤ絶縁膜からなる表面保護膜３３を全面に形成する(図３(c))。このように、第２遮光膜３３で半導体基板２１に垂直方向に入射した光の遮光を行い、斜めから入射した光の遮光は第１遮光膜３０で行っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では、転送電極２８に対する第１遮光膜３０のカバレッジが十分ではない。特に図３(c)に示すように、転送電極２８の両端において第１遮光膜が部分的に薄くなり、斜めからの入射光がこの薄い部分から侵入し、この入射光により発生した電荷が電荷転送部のＮ型ウエル層２５に漏れ込み、この漏れ込んだ電荷によってスミアが発生するという問題があった。
【００１２】
この問題に対して、図４に示すように、高融点金属からなる第１遮光膜を堆積後、エッチバックして転送電極側壁に高融点金属のサイドウォール３０を形成し、層間絶縁膜３１を介して第２遮光膜として２層構造の遮光膜３２を形成して対処しているが、高融点金属による転送電極側壁のサイドウォールの遮光膜３０に関しては、もともと高融点金属は厚く形成できないので、厚さ的には何ら改善されておらず、斜めからの入射光に対する遮光性不足という点で問題がある。
【００１３】
また、別の従来技術として、図５に示すように転送電極２８の段差部での遮光膜３０のカバレッジ対策として、転送電極上に第１層間絶縁膜２９、シリコン窒化膜からなる保護膜３３及び絶縁膜を堆積し、エッチバックして転送電極側壁に絶縁膜によるサイドウォール３５を形成後、遮光膜３０を形成しており、転送電極側壁の遮光膜のカバレッジは改善されるが、転送電極上部の遮光膜と側壁部の遮光膜とは同一膜厚である。いずれの工程でも遮光膜形成後の熱処理、例えば、層間絶縁膜のリフローのための熱処理で、遮光膜の結晶状態は針状又は柱状結晶となり遮光膜材料を堆積直後のアモルファス状結晶の場合に比べて、遮光性が低下する。尚、図５において、３４は受光領域を示している。
【００１４】
以上より、従来技術においては、斜めからの入射光を完全に遮光することは困難である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固体撮像装置は、半導体基板表面に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部に生じた信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出し、水平ＣＣＤに転送する転送電極とを有する固体撮像装置において、上記転送電極を覆うように形成された第１層間絶縁膜と、上記第１層間絶縁膜を介して上記転送電極側壁に形成された第１遮光膜と、上記第１層間絶縁膜上から上記第１遮光膜の両側部に掛けて連続し、且つ、上記層間絶縁膜および第１遮光膜に密着して形成された第２遮光膜と、上記第２遮光膜上を含む全面を覆って形成された第２層間絶縁膜と、上記転送電極を含む転送部における上記第２層間絶縁膜上を覆うように形成された第３遮光膜とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項２記載の固体撮像装置は、上記第１及び第２遮光膜が高融点金属又は高融点金属化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置である。
【００１７】
更に、請求項３記載の固体撮像装置の製造方法は、請求項１又は請求項２記載の固体撮像装置の製造方法において、上記転送電極を形成し、上記第１層間絶縁膜を形成した後、上記第１遮光膜材料を所定の厚さだけ堆積させ、エッチバックにより、上記転送電極側壁に第１遮光膜を形成する工程と、次に、全面に第２遮光膜材料を所定の厚さだけ堆積させ、所定の形状にパターニングすることにより、第２遮光膜を形成する工程と、上記第２遮光膜上を含む全面を覆って上記第２層間絶縁膜を形成する工程と、全面に第３遮光膜材料を堆積させて所定の形状にパターニングすることにより、上記第３遮光膜を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、一実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態の固体撮像装置の断面図であり、図２は図１に示す固体撮像装置の製造工程図である。図１及び図２において、１はＮ型半導体基板、２、３はＰ型ウエル層、４は受光部となるＮ型不純物層、５は電荷転送部となるＮ型ウエル層、６は素子分離層となるＰ+型不純物層、７はゲート絶縁膜、８は多結晶シリコンからなる転送電極、９は熱酸化膜或いはＣＶＤ酸化膜からなる第１層間絶縁膜、１０a,１０bは高融点金属或いは高融点金属シリサイドからなる第１遮光膜及び第２遮光膜、１１はＣＶＤ酸化膜からなる第２層間絶縁膜、１２はアルミニウム或いはアルミニウムシリサイドからなる第３遮光膜、１３はＣＶＤ絶縁膜からなる表面保護膜を示す。
【００２０】
本発明の固体撮像装置は、図１に示すように、転送電極８の側壁部には第１遮光膜１０a及び第２遮光膜１０bが形成されて、転送電極８の上面部には第２遮光膜１０bのみが形成されており、側壁部の遮光膜１０a,１０bの膜厚は厚く形成されており、また、２層構造となっているので、遮光膜界面においては、針状結晶が連続していないので、斜め方向からの入射光を十分に遮光することができ、入射光が電荷転送部となるＮ型ウエル層５に達することはない。
【００２１】
また、第３遮光膜によって、転送部となるＮ型ウエル層５上からの垂直方向の入射光を遮光する。したがって、転送電極８上面に形成された第２遮光膜の厚さは遮光性が十分でない厚さであっても問題ない。また、転送電極８上面にも、遮光性を向上させるために、２層構造の遮光膜を形成してもよいが、段差が大きくなる。
【００２２】
以下、図２を用いて、本発明の一実施の形態の固体撮像装置の製造工程を示す。まず、Ｎ型半導体基板１表面にＰ型ウエル層２,３と、電荷転送部となるＮ型ウエル層５と素子分離層となるＰ+型不純物層６を形成する(図２(a))。
【００２３】
次に、ゲート絶縁膜７を形成した後、多結晶シリコンからなる転送電極８を形成する。その後、転送電極８を覆うように熱酸化或いはＣＶＤ法により第１層間絶縁膜９を形成し、フォトリソグラフィ技術により、所定の形状にパターニングし、リンのイオン注入により、受光部となるＮ型不純物層４を形成する。
【００２４】
次に、第１遮光膜１０aを形成するために、高融点金属、例えば、タングステン、モリブデン、或いはそれらのシリサイド物等をＣＶＤ法により、０.１〜０.３μm程度の厚さで堆積させ、その後、全面エッチバックを行い、転送電極８の側壁部にサイドウォールとなる第１遮光膜１０aを形成する(図２(b))。
【００２５】
次に、第１遮光膜１０aと同一堆積条件で、高融点金属を堆積し、フォトリソグラフィ及びエッチングにより、受光部となる領域上の、第２遮光膜材料となる高融点金属を除去し、受光部となるＮ型不純物層４表面を露出させる。その後、全面にＣＶＤ法により、リフロー性のあるＰＳＧ或いはＢＰＳＧ膜を堆積し熱処理する。尚、転送電極８側壁部に第１遮光膜１０a及び第２遮光膜１０bが形成されているため、この熱処理工程による、これら遮光膜の結晶化による遮光性の低下を十分に補うことができる。
【００２６】
その後、第３遮光膜材料となるアルミニウム或いはアルミニウムシリサイド膜の堆積及びパターニングにより第３遮光膜１２を形成し、最後に、ＣＶＤ法により表面保護膜１３を形成する(図２(c))。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明を用いることにより、斜め入射光の電荷転送部となるＮ型ウエル層への光の漏れ込みを抑制することにより、スミアの発生を防止することができる。また、転送電極側壁の遮光膜は厚く、且つ、２層構造となっているため、リフロー性のあるＰＳＧやＢＰＳＧ膜に施す熱処理により遮光膜が針状又は柱状結晶構造となっても、２つの遮光膜の界面で結晶構造が不連続となっており、また、膜厚も従来より厚くなっており、遮光性の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の固体撮像装置の断面図である。
【図２】図１に示す固体撮像装置に製造工程図である。
【図３】従来の固体撮像装置の製造工程図である。
【図４】他の従来の固体撮像装置の断面図である。
【図５】他の従来の固体撮像装置の断面図である。
【符号の説明】
１…Ｎ型半導体基板
２,３…Ｐ型ウエル層
４…Ｎ型不純物層
５…Ｎ型ウエル層
６…Ｐ+型不純物層
７…ゲート絶縁膜
８…転送電極
９…第１層間絶縁膜
１０a…第１遮光膜
１０b…第２遮光膜
１１…第２層間絶縁膜
１２…第３遮光膜
１３…表面保護膜

Claims

半導体基板表面に入射した光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部に生じた信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出し、水平ＣＣＤに転送する転送電極とを有する固体撮像装置において、
上記転送電極を覆うように形成された第１層間絶縁膜と、
上記第１層間絶縁膜を介して上記転送電極側壁に形成された第１遮光膜と、
上記第１層間絶縁膜上から上記第１遮光膜の両側部に掛けて連続し、且つ、上記第１層間絶縁膜および第１遮光膜に密着して形成された第２遮光膜と、
上記第２遮光膜上を含む全面を覆って形成された第２層間絶縁膜と、
上記転送電極を含む転送部における上記第２層間絶縁膜上を覆うように形成された第３遮光膜と
を有することを特徴とする固体撮像装置。
上記第１及び第２遮光膜が高融点金属又は高融点金属化合物からなることを特徴とする、請求項１記載の固体撮像装置。
請求項１又は請求項２記載の固体撮像装置の製造方法において、
上記転送電極を形成し、上記第１層間絶縁膜を形成した後、上記第１遮光膜材料を所定の厚さだけ堆積させ、エッチバックにより、上記転送電極側壁に第１遮光膜を形成する工程と、
次に、全面に第２遮光膜材料を所定の厚さだけ堆積させ、所定の形状にパターニングすることにより、第２遮光膜を形成する工程と、
上記第２遮光膜上を含む全面を覆って上記第２層間絶縁膜を形成する工程と、
全面に第３遮光膜材料を堆積させて所定の形状にパターニングすることにより、上記第３遮光膜を形成する工程と
を有することを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。