JP3824446B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
CCD素子におけるスミア特性の改善は従来から種々の方法で行っている。CCD素子におけるスミアは受光部に入射した光の乱反射等により受光部以外の場所に光が入射することで発生するものが大半を占め、その不要な光をいかに遮るかがスミアの改善の上で重要である。
【0003】
この光の遮光性向上の方法の1つとして、光の通過してくる隙間を塞ぐという方法が考えられる。乱反射等で好ましくない方向に向かった光はその一部が遮光膜と基板との間で反射を繰り返し、受光部以外の場所に入り、不要な電荷を発生させ、更にその電荷が電荷転送部に入り、スミア信号となる。即ち、この遮光膜と基板との間を塞ぐ、もしくは、狭くすることで、スミアを減少できると考えられる。
【0004】
従来は図11に示すような構造で、スミアの低減を行っていた。N型半導体基板21表面に、受光部に過剰な光が入射したときに過剰な電荷を基板に吐き出す構造(縦型オーバーフロードレイン)を造るPウエル層22を形成し、更に、このPウエル層22上にN型不純物層からなり入射した光を電荷に変換する受光部24、同じくN型不純物層からなり受光部24に生じた電荷を転送する電荷転送部26、素子分離(画素の分離)用のP+不純物層23、電荷転送部26真下にありPウエル層22と電荷転送部26との電荷のやり取りを防止するP型不純物層25が形成され、また、受光部24の表面には、受光部24の暗電流成分を抑制するP+不純物層27が形成されている。電荷転送部26上にはゲート絶縁膜がシリコン酸化膜単層や、シリコンの酸化物、窒化物、酸化窒化物(SiON)などの複合膜により形成され(図11においては、シリコン酸化膜28aとシリコン窒化膜28bとの積層構造)、更にそのゲート絶縁膜を介して電荷転送部26上には1層目ゲート電極29、及び2層目ゲート電極30が燐の熱拡散やイオン注入などによって低抵抗化された多結晶シリコン等により形成され、ゲート電極29、30表面上及び受光部24上方すなわちP+不純物層27にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜31が形成され、更に、その上にはCVD酸化膜32が形成されている。このCVD酸化膜32及び受光部上の絶縁膜31にゲート電極29及び30からある距離をおいて溝が形成され、その中に第1の遮光膜33が高融点金属膜等により形成されている。
【0005】
また、第1の遮光膜33は図10(a)に示すように受光部24内でリング状のパターンに形成されている。さらに、CVD酸化膜32の上に第1の遮光膜33及び、ゲート電極29、30を覆うように第2の遮光膜34が形成され、最後に表面保護膜35がCVD等により形成されている。
【0006】
また、図11に記載の固体撮像装置の製造方法について、図12乃至図14を用いて説明する。
【0007】
まず、図12(a)に示すように、N型半導体基板21表面にPウエル層22を形成し、このPウエル層22の上にN型不純物層である受光部24、電荷転送部下のP型不純物層25、電荷転送部N型不純物層26、素子分離(画素分離)用のP+不純物層23を、受光部24の表面にP+不純物層27をパターニング・不純物打ち込み・熱処理等を繰り返すことにより、順次形成する。
【0008】
次に、図12(b)に示すように、ゲート絶縁膜28a、28bを熱酸化、CVD法、若しくはその複合の工程により形成し、更に、第1のゲート電極29となる多結晶シリコン等の材料をCVD法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などにより、低抵抗化後、フォトエッチングによりパターニング、熱酸化等によりシリコン酸化膜31の形成を行い、更に、この上にCVD法などによりシリコン酸化膜32を形成する。
【0009】
次に、図13(a)に示すように、図10(a)に示すパターン37aでパターニングを行い、図13(b)に示すように、シリコン酸化膜31及びCVDシリコン酸化膜32をエッチングすることで、第1の遮光膜33の埋め込み用の溝を形成する。
【0010】
次に、図14(a)に示すように、減圧CVD法等、例えば13〜130Paの圧力、成長温度250〜650℃、六弗化タングステンとモノシランとを原料ガスとした条件等により、この溝内にタングステン等の高融点金属膜を選択的に成長させ、第1の遮光膜33を形成する。
【0011】
次に、図14(b)に示すように、スパッタ等の方法により、第2の遮光膜34を形成し、CVDシリコン酸化膜32上に第1の遮光膜33及びゲート電極29、30を覆うようなパターン37bにてフォトエッチングを行った後、最後にCVD法等により表面保護膜35を形成することにより、CCD型固体撮像装置を製造していた。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述のような構造及び製造方法によりシリコン基板21と第1の遮光膜33との間の光の経路を無くし、スミアの改善を行っていた。しかしながら、この第1の遮光膜33はゲート電極の短絡を防ぐため、フォト工程での合わせのばらつきを考慮したアライメトマージンが必要となり、図10(a)に示すように、ゲート電極29、30からかなり距離をあけて形成されるため、最近の高画素化による画素面積縮小を考慮すると、このような方法では、受光部面積を確保することが困難となり、目的とする感度が得られなかった。
【0013】
更に、従来の構造では、ゲート電極29、30及び第2の遮光膜34がかなりの画素内高低差をつくり、後にCCD上に形成するオンチップカラーフィルタやマイクロレンズ形成が困難になっていた。
【0014】
本発明は上記課題を解決するもので、スミア特性を低下させることなく、第1の遮光膜のゲート電極と短絡に対し、必要なマージンを極力減少させるとともに、受光部面積を拡大することができ、その結果、感度を向上させることが可能となり、更に、画素部の高低差を低減できる固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
【0015】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有することを特徴とするものである。
【0016】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記エッチングストップ膜にシリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特徴とするものである。
【0017】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記層間絶縁膜にBPSG膜を用い、加熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化することを特徴とするものである。
【0018】
また、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストップ膜除去後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した後、上記遮光膜を形成することを有することを特徴とするものである。
【0019】
更に、他の本発明の固体撮像装置の製造方法は、上記構成に加えて、上記溝内のエッチングストップ膜除去後、上記エッチングストップ膜の下層の膜の上記溝底部に露出した部分をエッチングにより除去して上記半導体基板表面を露出させた後、上記遮光膜を形成することを特徴とするものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明の固体撮像装置及びその製造方法を詳細に説明する。
【0021】
図1に本発明の第1の実施例の固体撮像装置の構造断面図、図2乃至図4は本発明の第1の実施例の固体撮像装置の製造工程図、図5に本発明の第2の実施例の固体撮像装置の構造断面図、図6乃至図9は本発明の第2の実施例の固体撮像装置の製造工程を示す。
【0022】
図1に示すように、本発明の固体撮像装置は、N型半導体基板1表面にPウエル層2を形成し、そのPウエル層2にN型不純物層からなる受光部4、P+型不純物層からなる素子分離部(画素分離部)3、N型不純物層からなる電荷転送部6、転送部電荷がPウエル層2へ流れ込むのを防ぐP型不純物層5を形成し、更に受光部4表面には暗電流を抑制するためのP+不純物層7が形成されている。
【0023】
また、電荷転送部6上にはゲート絶縁膜がシリコン酸化膜単層やシリコン酸化物、窒化物、酸化窒化物(SiON)などの複合膜により形成され(第1の実施例及び第2の実施例において、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜8aとシリコン窒化膜8bとの積層構造となっている。)、更にそのゲート絶縁膜を介して1層目のゲート電極9、及び2層目のゲート電極10が燐の熱拡散やイオン注入などによって低抵抗化された多結晶シリコン等により形成され、ゲート電極9、10表面及び受光部上方のP+不純物層7表面にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜11が形成されている。
【0024】
このシリコン酸化膜11上に本発明で最も重要な意味をもつエッチングストップ膜16aが形成されている。このエッチングストップ膜16aは後に形成する上層CVDシリコン酸化膜12のエッチング時にシリコン酸化膜12に対しての選択比が大きくなるような(シリコン酸化膜12のエッチングレートが大きく、エッチングストップ膜16aのエッチングレートが小さい)材料、具体的には、シリコン窒化膜により形成されている。
【0025】
なお、このエッチングストップ膜16aのシリコン窒化膜を最終工程まで受光部4上全てを覆って形成した場合には、製造工程の最終工程で種々のダメージ回復を行う水素アニール処理を行った時に受光部に到達する水素の量が減少し、受光部で発生する暗電流が増加する。そのため、本実施例では、図1に示しているように、受光部上のシリコン窒化膜16aの少なくとも一部を除去している。
【0026】
その後、エッチングストップ膜16a上及び受光部4にて一部エッチングストップ膜16が除去された上に、熱処理により表面が平坦化されたCVDシリコン酸化膜12が燐と硼素とを含んだシリコン酸化膜(BPSG膜)により形成されている。
【0027】
このCVDシリコン酸化膜12及びシリコン酸化膜11に受光部4を囲むパターンで第1の遮光膜13形成のための溝(以下、「溝」と略す。)を形成するが本実施例においては図10(b)に示すように、受光部4を囲むパターンの外周がゲート電極9及び10に重なるような形状で形成する。このようにゲート電極9及び10上のシリコン酸化膜11の上にはエッチングストップ膜16aが形成されており、溝形成のエッチングをシリコン酸化膜11、12とシリコン窒化膜16aとの選択比の大きい条件で用いることにより、溝形成のためのエッチングはシリコン窒化膜16aで止まり、エッチングによりゲート電極9、10が露出することなく溝を形成することができる。
【0028】
このように本発明を用いることにより、溝の受光部外周側はゲート電極9、10に自己整合的に形成することができ、溝パターンのパターニング時にパターンズレが発生して溝の幅が遮光膜の形成限界を下回らないこと、即ち後述するように、遮光膜となる高融点金属が溝内部に入らない限界だけを考慮すればよいことになり、図10(b)に示すようにゲート電極と受光部の面積が同じでも、従来より遮光膜開口を大きくすることができ、感度を向上させることができる。
【0029】
また、従来技術において、開口面積増大のために、溝の形成を微細なプロセスで形成し、アライメント精度を向上させるには、多大な技術的困難が伴うのに対して、本発明では、溝はゲート電極9、10にセルフアライメントで形成されているので、特に微細なプロセスに用いることなく溝を形成することができる。
【0030】
次に、溝内に露出したエッチングストッパ膜16aを、今度は逆にシリコン窒化膜のエッチングレートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小さいような条件でエッチング除去を行い、更に、露出したシリコン酸化膜11の底部をウエットエッチング若しくはドライエッチングにて除去し、溝内に第1の遮光膜3を選択成長により形成している。その後、第2の遮光膜14の形成、パターニング、表面保護膜15の形成を行った構成となっている。
【0031】
次に、本発明の第1の実施例の固体撮像装置の製造工程について説明する。
【0032】
まず、図2(a)に示すように、N型半導体基板1表面にPウエル層2を形成し、このPウエル層2の上にN型不純物層である受光部4、電荷転送部下のP型不純物層5、電荷転送部となるN型不純物層6、素子分離(画素分離)用のP+不純物層3を、受光部4の表面にP+不純物層7をパターニング、不純物打ち込み、熱処理等を繰り返すことにより、順次形成する。
【0033】
その後、ゲート絶縁膜8a,8bを熱酸化、CVD、若しくはその複合工程により形成し、更に、第1のゲート電極9となる多結晶シリコン等の材料をCVD法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程によりパターニングする。その後、熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成し、その上に第2ゲート電極10を同様に形成し、更に熱酸化等によりシリコン酸化膜11の形成を行う。
【0034】
本実施例では、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜8aとシリコン窒化膜8bとの積層構造としているが、ゲート絶縁膜にシリコン窒化膜を用いる場合、そのシリコン窒化膜は第2のゲート電極10のエッチング時か、又はこのエッチングとは別工程で除去しておくことが望ましい。これは、後に続く熱酸化工程において、受光部4上のシリコン酸化膜とゲート電極9、10上のシリコン酸化膜との膜厚差を設ける上で、重要な意味をもち、即ち、シリコン基板上の酸化レートに比べてN+をドーピングされた多結晶シリコン上の酸化レートが1.5〜4倍であることを利用して、受光部4上には比較的薄く、ゲート電極9、10上には比較的厚くシリコン酸化膜11を形成するためである。
【0035】
本実施例では、受光部4上においては20〜50nm、ゲート電極9、10上においては100〜300nmの膜厚でシリコン酸化膜11を形成している。これらについては、後で述べる受光膜のダメージ防止の上で重要な意味を待つ。
【0036】
次に、図2(b)に示すように、ゲート電極9、10及び受光部上シリコン酸化膜11上にエッチングストップ膜16aとなるシリコン窒化膜を減圧CVD法等により形成する。その条件は反応室圧力40〜60Pa、NH3ガスを500〜700sccm、SiH2Cl2ガスを50〜100sccm、成膜温度を700〜900℃、シリコン窒化膜の膜厚を20〜100nmとする。
【0037】
次に、レジストパターン17aをエッチングマスクとして用い、このエッチングストップ膜16aの受光部上の一部をエッチング除去する。この条件は平行平板プラズマエッチャーを用い、反応室圧力を30〜50Pa、SF6ガスを20〜50sccm、RF電極パワーを500〜200Wとする。
【0038】
次に、図3(a)に示すように、熱処理で平坦化したCVDシリコン酸化膜12を形成する。その条件は、常圧CVD装置を用い、SiH4ガスを70〜100cc/min、PH3ガスを150〜250cc/min、B2H6ガスを150〜250cc/min、O2ガスを2〜3リットル/min、成膜温度を400〜500℃とし、膜中に含まれる燐の濃度を3.5mol%以上、硼素の濃度を3.5wt%以上にすれば、この後の900〜1000℃の熱処理により表面がほぼ平坦なシリコン酸化膜(BPSG膜)12が形成できる。
【0039】
このCVDシリコン酸化膜12に図10(b)のようなパターンが外周部がゲート電極9、10と重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、CVDシリコン酸化膜のエッチング除去のエッチングマスクとなるレジストパターン17bを形成する。このとき、溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極9、10との間隔は、溝パターンのフォトリソグラフィ時のアライメントずれを考慮して、第1の遮光膜成膜限界以下にならない寸法で形成することが必要である。後の工程に示すように、第1の遮光膜13はゲート電極9、10上のシリコン酸化膜11のエッジと溝の内周側エッジとの間に形成されるので、その幅を少なくとも遮光膜の成膜限界(0.1〜0.2μm)+アライメントズレマージン(0.1〜0.2μm)以上に設定しておく必要がある。また、遮光膜形成を本実施例では選択成長にて行うので、溝内部にゲート電極9、10部分があまり大きく突出しない幅で形成するようにした方が望ましい。
【0040】
以上のようにエッチングマスクを形成後、図3(b)に示すように、CVDシリコン酸化膜12のエッチングを行い、溝を形成する。本実施例においては、エッチングストッパ膜16aにシリコン窒化膜を用いているので、そのエッチング条件は高密度プラズマエッチング装置、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、過炭素炭化弗素ガス、例えばC2F4、C2F6、C3F6、C3F8、C4F8のうちの少なくとも一のガスとCOとAr等の不活性ガスとを用いた。
【0041】
本実施例において、処理室圧力を5〜20Pa、C4F8ガスを5〜30sccm、COガスを20〜100sccm、Arガスを100〜300sccm、誘導コイルRFパワーを700〜2000W、バイアスRFパワーを700〜2000Wにてエッチングを行った。
【0042】
更に、図4(a)に示すように、エッチングマスクとなるレジストパターン17bを残したまま、溝内に露出したエッチングストッパ膜(シリコン窒化膜)を同装置にて処理室圧力を0.1〜5Pa、CHF3ガスを5〜100sccm、O2ガスを5〜70sccm、誘導コイルRFパワーを1000〜2500W、バイアスRFパワーを500〜1500Wにてドライエッチングを行うか、エッチングマスク除去後、熱リン酸処理により除去を行う。
【0043】
次に、図4(b)に示すように、第1の遮光膜13の選択成長のため、溝底部のシリコン酸化膜11の除去を行うが、その方法はRIEによる異方性ドライエッチングとHF溶液でのウエットエッチングの2つの方法から選択することができる。前者のRIEによるドライエッチングは、処理室圧力を100〜250Pa、CF4ガスを20〜100sccm、CHF3ガスを20〜100sccm、Arガスを500〜1000sccm、電極RFパワーを500〜1000Wの条件にて実現でき、異方性エッチングによる垂直形状維持と、ゲート電極29、30側部のシリコン酸化膜31の膜厚減少がなくエッチングすることができるが、受光部上のシリコンにプラズマダメージを与える可能性をもっており、撮像時の白点不良等発生する可能性がある。
【0044】
本実施例においては、プラズマダメージを抑えるため、HF溶液でのウエットエッチングにより、受光部4上のシリコン酸化膜11の除去を行った。上述したように、受光部4上のシリコン酸化膜厚とゲート電極9、10上のシリコン酸化膜の膜厚は、その酸化レートの差を利用して膜厚差を設けており、その膜厚差によってゲート電極9、10上のシリコン酸化膜11を残して、受光部4上のシリコン酸化膜だけをウエットエッチングにより除去することができ、ゲート電極9、10の短絡なく第1の遮光膜13を形成することができる。
【0045】
次に、図4(b)に示すように、減圧CVD法等を、例えば13〜130Paの圧力、成長温度を250〜650℃、六弗化タングステン(WF6)とモノシラン(SiH4)とを原料ガスとした条件で行うことにより、この溝内にタングステン等の高融点金属膜を選択的に成長させ、第1の遮光膜13を形成する。
【0046】
次に、図1に示すように、スパッタ等の方法により、第2の遮光膜14を形成し、CVDシリコン酸化膜12の上に第1の遮光膜13及びゲート電極9、10を覆うようなパターンを用いてフォトエッチングを行った後、最後にCVD等により表面保護膜15を形成する。
【0047】
次に、図5乃至図9を用いて、本発明の第2の実施例として、エッチングストッパ膜に多結晶シリコン膜を用いた場合について述べる。
【0048】
このエッチングストップ膜の多結晶シリコン膜を受光部上全てを覆って形成した場合、この膜厚に応じて特性波長の光の感度が低下する。そのため、本実施例では、受光部において光の入射する中央部を除去している。また、エッチングストップ膜上及び受光部にて中央部のエッチングストップ膜が除去された上に熱処理により平坦化されたCVDシリコン酸化膜12が燐と硼素とを含んだシリコン酸化膜(BPSG膜)により形成されている。
【0049】
このCVDシリコン酸化膜12及びシリコン酸化膜11に受光部を囲むパターンで第1の遮光膜13形成のための溝を形成するのであるが、本実施例においては、受光部4を囲むパターンの外周がゲート電極9、10に重なるようなパターンで形成する。上述のように、ゲート電極9、10上の酸化膜11の上にはエッチングストップ膜16bである多結晶シリコン膜が形成されており、溝形成のエッチングをシリコン酸化膜と多結晶シリコン膜の選択比の大きい条件を用いることで、溝形成のためエッチングは多結晶シリコン膜16bで止まり、エッチングがゲート電極9、10まで至る事なく溝を形成することができる。このように、溝の形成を受光部外周側はゲート電極9、10に自己整合的に形成することができ、溝パターンのパターニング時にパターンズレが発生して溝の幅が第1の遮光膜13の形成限界を下回らないことだけを考慮すればよいことになり、ゲート電極9、10と受光部4との面積が同じでも、従来より遮光膜開口面積を大きくすることができ、感度を向上させることができる。
【0050】
また、従来例において開口面積増大のために、溝を微細なプロセスで形成し、アライメント精度を向上させるには多大な技術的困難が伴うのに対して、本発明では、溝はゲート電極9、10に自己整合的に形成されているので、特に微細なプロセスを用いることなく、溝を形成することができる。
【0051】
次に、溝内に露出したエッチングストップ膜16bを今度は逆に多結晶シリコン膜のエッチングレートが大きく、シリコン酸化膜のエッチングレートが小さいような条件でエッチング除去を行い、更に露出したシリコン酸化膜11の底部(受光部上の部分)をウエットエッチング若しくはドライエッチングにて除去し、少なくとも溝内及びCVDシリコン酸化膜12上に遮光膜材料の下地膜となる金属膜18を形成する。その上に第1の遮光膜13となるタングステン等の高融点金属膜を埋め込み成長させ、RIEプラズマエッチバックにより溝内を残して除去し、更に、下地金属膜をRIEでエッチング除去する。その後、第2の遮光膜14の形成、パターニング、表面保護膜15の形成を行う。
【0052】
以下、図5乃至図9を用いて、第2の実施例の固体撮像装置の製造工程を説明する。
【0053】
まず、実施例1と同様に、図6(a)に示すように、N型半導体基板1表面にPウエル層2を形成し、このPウエル層2の上にN型不純物層である受光部4、電荷転送部下のP型不純物層5、電荷転送部となるN型不純物層6、素子分離(画素分離)用のP+不純物層3を、受光部4の表面にP+不純物層7をパターニング、不純物打ち込み、熱処理等を繰り返すことにより、順次形成し、その後、ゲート絶縁膜8a,8bを熱酸化、CVD、若しくはその複合工程により形成し、更に、第1のゲート電極9となる多結晶シリコン等の材料をCVD法などにより形成し、燐の熱拡散やイオン注入などによって、低抵抗化後、フォトエッチング工程によりパターニングする。その後、熱酸化等によりシリコン酸化膜を形成し、その上に第2ゲート電極10を同様に形成し、更に熱酸化等によりシリコン酸化膜11の形成を行う。
【0054】
次に、図6(b)に示すように、ゲート電極9、10及び受光部上のシリコン酸化膜11上にエッチングストップ膜16bとなる多結晶シリコン膜を減圧CVD法等により形成する。その条件は反応室内圧力を20〜60Pa、SiH4ガスを50〜200cc/m、N2ガスを5000〜10000cc/m、成膜温度を500〜750℃、膜厚を20〜100nmである。このエッチングストップ膜(多結晶シリコン膜)16bの受光部上の一部を、レジストパターン17cを用いて、エッチング除去する。その条件は平行平板プラズマエッチャを用い、反応室圧力を30〜50Pa、SF6ガスを100〜300sccm、O2ガスを2〜50sccm、電極RFパワーを50〜200Wである。
【0055】
次に、図7(a)に示すように、熱処理して平坦化したCVDシリコン酸化膜を形成するのであるが、その条件は、常圧CVD装置を用い、SiH4ガスを70〜100cc/m、PH3ガスを150〜250cc/m、B2H6ガスを150〜250cc/m、O2ガスを2〜3リットル/m、成膜温度を400〜500℃であり、膜中に含まれる燐の濃度を3.5mol%以上、硼素の濃度を3.5wt%以上にすれば、この後の900〜1000℃の熱処理によりほぼ平坦なシリコン酸化膜12を形成することができる。このCVDシリコン酸化膜12にパターン外周部がゲート電極9、10と重なったパターンでフォトリソグラフィを行い、CVDシリコン酸化膜エッチング除去のエッチングマスクとなるレジストパターン17dを作成するのであるが、このとき、溝パターン内周側パターンエッジとゲート電極9、10の間隔は溝パターンフォトリソグラフィ時のアライメントズレを考慮し、第1の遮光膜成膜限界以下にならない寸法で形成する必要がある。
【0056】
後の工程に示すように、第1の遮光膜13はゲート電極9、10上のシリコン酸化膜11のエッジと溝の内周側エッジの間に形成されているので、その幅を成膜限界(0.1〜0.2μm)+アライメントマージン(0.1〜0.2μm)に設定しておく必要がある。また、遮光膜形成を本実施例では埋め込み成長・エッチバックにより成膜しているので、溝パターン幅は第1の遮光膜の膜厚の2倍以下にて形成するのが望ましい。
【0057】
以上のようにレジストパターン17dを形成後、図7(b)に示すように、CVDシリコン酸化膜のエッチングを行い、溝を形成する。本実施例においては、エッチングストップ膜16bに多結晶シリコンを用いているので、そのエッチング条件は実施例1のエッチングストップ膜にシリコン窒化膜を用いた場合に比べて比較的容易で,通常のRIEエッチング装置を用い、処理室圧力を100〜300Pa、CHF3ガスを20〜100sccm、CF4ガスを5〜50sccm、Arガスを500〜1000sccm、電極RFパワーを500〜1000Wの条件にて実現できる。
【0058】
次に、図8(a)に示すように、エッチングマスクを残したまた、第1の遮光膜形成用溝内に露出したエッチングストップ膜(多結晶シリコン膜)を平行平板プラズマエッチャ装置に換え、処理室圧力を30〜50Pa、SF6ガスを100〜300sccm、O2ガスを2〜50sccm、電極RFパワーを50〜200Wの条件にて除去を行う。
【0059】
次に、溝底部のシリコン酸化膜11の除去を行うが、その方法は、RIEによる異方性ドライエッチングとHF溶液でのウエットエッチングの2種類から選択することができる。前者のRIEによるドライエッチングは、処理室圧力を100〜150Pa、CF4ガスを20〜100sccm、CHF3ガスを20〜100sccm、Arガスを500〜1000sccm、電極RFパワーを500〜1000Wの条件にて実現でき、異方性エッチングによる垂直形成維持と、ゲート電極9、10側部のシリコン酸化膜11の膜厚減少なくエッチングすることができるが、受光部上のシリコンにプラズマダメージを与える可能性があるため、撮像時の白点不良等発生する可能性がある。
【0060】
本実施例においてはプラズマダメージを抑えるため、HF溶液でのウエットエッチングにより受光部上のシリコン酸化膜除去を行った。上述したように、受光部上のシリコン酸化膜の膜厚とゲート電極9、10上のシリコン酸化膜の膜厚にはその酸化レートの差を利用して膜厚差を設けており、この膜厚差によってゲート電極9、10上のシリコン酸化膜を残して受光部上のシリコン酸化膜だけをウエットエッチングにより除去することができ、ゲート電極9、10の短絡なく、第1の遮光膜13を形成することができる。
【0061】
次に、図8(b)に示すように、スパッタリング等の方法により第1の遮光膜13の下地となるTiN、TiW等の金属膜18を、少なくとも、溝内部とCVDシリコン酸化膜12上に形成する。この下地金属膜の形成は、第1の遮光膜形成時の溝内部とCVDシリコン酸化膜との密着性を向上させるために行うものである。その後、減圧CVD法等、例えば5000〜10000Paの圧力、成長温度250〜650℃、六弗化タングステン(WF6)とアルゴン(Ar)、水素(H2)、窒素(N2)を原料ガスとした条件により、下地金属膜18上にタングステン等の高融点金属膜を成長させる。減圧CVD法の他にスパッタ法を用いてもよい。
【0062】
次に、図9に示すように、別のRIEエッチングチャンバーにウエハを移し、処理室圧力を15〜50Pa、SF6ガスを50〜200sccm、Arガスを50〜150sccm、Heガスを2〜20sccm、電極RFパワーを300〜700Wの条件にて成長させた高融点金属膜(タングステン)を平坦化したCVDシリコン酸化膜12上部の下地金属膜18が露出するまでエッチングし、溝内部を残し全て除去する。
【0063】
その後、CVDシリコン酸化膜12上部に露出した下地金属膜18を、例えばECR型プラズマエッチング装置を用い、処理室圧力を0.1〜3Pa、BCl3ガスを20〜100sccm、SF6ガスを10〜50sccm、マイクロ波パワーを200〜500W、バイアスRFパワーを20〜100Wの条件でエッチング除去し、第1の遮光膜13を形成する。上述のように、本実施例においては下地に金属膜を敷いて、高融点金属膜のCVD成長を行うため、溝底部のシリコン基板は必ずしも露出させておく必要がなく、受光部上のシリコン酸化膜を残した形状でも、第1の遮光膜を形成することができ、シリコン基板にエッチングによるダメージを与えることが無い工程とすることもできる。但し、この場合、シリコン基板1と第1の遮光膜13との間に若干の隙間ができるので、スミア特性は悪くなる。
【0064】
次に、図5に示すように、スパッタ等の方法により第2の遮光膜14を形成し、CVDシリコン酸化膜12上に第1の遮光膜及びゲート電極9、10を覆うようなパターンにてフォトエッチングを行った後、最後にCVD等により、表面保護膜15を形成する。また、本実施例では、下地金属膜堆積、第1の遮光膜の成長及びRIEによるエッチバック工程を用いる例を示したが、実施例1と同様に下地金属を用いない場合においても適用できる。
【0065】
以上、詳細に説明したように、光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクに上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有する本発明を用いることにより、スミア特性を低下させることなく、第1の遮光膜と2層のゲート電極との短絡に対し必要なマージンを極力減少させると共に、第1の遮光膜を形成することができ、受光部面積を広げることができる。
以上
【0066】
また、画素部の段差も第2の遮光膜の膜厚分まで縮小することができ、後のオンチップ工程におけるカラーフィルタやマイクロレンズ等を容易に形成することができ、層間絶縁膜にBPSG膜を用いて、加熱により層間絶縁膜の表面を平坦化することにより、より容易に実効がはかれる。
【0067】
また、遮光膜と溝との間に密着層を設けることにより、溝底部を基板表面が露出するまでエッチングする必要がないため、遮光膜形成用溝の形成時の基板へのダメージも無くすこともでき、白点不良等の撮像不良も少なくすることができる固体撮像装置を提供することができる。
【0068】
更に、溝底部を基板表面が露出するまでエッチングした後、遮光膜を溝内に形成することで、より遮光性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の固体撮像装置の構成断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図3】本発明の第1の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図4】本発明の第1の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図5】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の構成断面図である。
【図6】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図7】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図8】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図9】本発明の第2の実施例の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図10】(a)は従来の固体撮像装置の第1の遮光膜形成状態を示す図であり、(b)は本発明の固体撮像装置の第1の遮光膜形成状態を示す図である。
【図11】従来の固体撮像装置の構成断面図である。
【図12】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図13】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【図14】従来の固体撮像装置の製造工程に一部断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 P型ウエル層
3、7 P+型不純物層
5 P型不純物層
4 受光部
6 電荷転送部
8a シリコン酸化膜
8b シリコン窒化膜
9 第1のゲート電極
10 第2のゲート電極
11 シリコン酸化膜
12 CVDシリコン酸化膜
13 第1の遮光膜
14 第2の遮光膜
15 表面保護膜
16a、16b エッチングストップ膜
17a、17b、17c、17d レジストパターン
18 下地金属膜
Claims (5)
- 光電変換部と該光電変換部で発生した電荷信号を転送する電荷転送部とが形成された半導体基板の上記電荷転送部上に絶縁膜を介してゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、層間絶縁膜を形成し、上記光電変換部上の該層間絶縁膜に溝を設け、該溝内に遮光膜を形成する工程を有する、固体撮像装置の製造方法において、
上記ゲート電極を形成した後、上記光電変換部及び電荷転送部を覆うように、上記層間絶縁膜のエッチングの際のエッチングストップ膜を形成する工程と、
上記エッチングストップ膜の上記光電変換部上の一部領域を除去する工程と、
上記層間絶縁膜を形成し、その後、該層間絶縁膜を平坦化する工程と、
上記光電変換部上領域の一部と上記ゲート電極上領域の一部とを含む領域が開口した所定の形状のレジストパターンをマスクとして用いて上記層間絶縁膜を、上記エッチングストップ膜表面が露出するまでエッチングを行うことにより、上記溝を形成する工程と、
上記溝内の上記エッチングストップ膜を除去した後、上記溝に遮光膜を形成する工程を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 上記エッチングストップ膜にシリコン窒化膜又は多結晶シリコン膜を用いることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 上記層間絶縁膜にBPSG膜を用い、加熱することにより、該層間絶縁膜を平坦化することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 上記溝内のエッチングストップ膜除去後、密着層を少なくとも上記溝内面に形成した後、上記遮光膜を形成することを有することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 上記溝内のエッチングストップ膜除去後、上記エッチングストップ膜の下層の膜の上記溝底部に露出した部分をエッチングにより除去して上記半導体基板表面を露出させた後、上記遮光膜を形成することを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
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