JP5568969B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents

固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置とに大別される。
これらの固体撮像装置では、画素毎にフォトダイオードからなる受光部が形成されており、受光部では、受光部に入射した光による光電変換により信号電荷が生成される。ＣＣＤ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷はＣＣＤ構造を有する電荷転送部内を転送され、出力部において画素信号に変換されて出力される。一方、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷は画素毎に増幅され、増幅された信号が画素信号として信号線により出力される。
近年、基板に形成されたフォトダイオードと光入射面との距離を短くし、集光効率を向上させるため、基板の配線層が形成される側とは反対側の裏面側から光を入射させる裏面照射型の固体撮像装置が提案されている。この裏面照射型の固体撮像装置では、フォトダイオードや画素トランジスタが形成された基板表面側に、配線層を形成した後、基板を反転させて、基板の裏面側にカラーフィルタ層、及びオンチップレンズを形成する。このように、裏面照射型の固体撮像装置では、基板を反転させてから基板裏面側にカラーフィルタ層やオンチップレンズを形成するため、カラーフィルタ層やオンチップレンズの位置決めに必要なアライメントマークを基板裏面側に形成する必要がある。また、裏面照射型の固体撮像装置では、基板表面側の配線層に形成された電極パッド形成領域を、基板裏面側に導出するために、基板裏面側から電極パッド形成領域が臨む開口部を形成する必要がある。基板裏面側から外部配線を接続するため電極パッド形成領域が露出される開口部を形成する必要がある。
下記特許文献１には、裏面照射型の固体撮像装置におけるアライメントマークの形成方法及び、電極パッドに接続されるパッドコンタクトの形成方法が記載されている。この特許文献１では、アライメントマークの形成や、パッドコンタクトと基板との絶縁性確保の為に、基板に開口部を形成した後にＳｉＯ等の絶縁材料を埋め込み、絶縁層を形成する構成が記載されている。
図２５Ａ〜Ｃを用いて、従来例における裏面照射型の固体撮像装置の製造工程を説明する。図２５Ａ〜Ｃは、裏面照射型の固体撮像装置において、アライメントマーク及び電極パッド部周囲の絶縁層をＳｉＯで構成する場合の製造工程である。
まず、図２５Ａに示すように、シリコン基板１００上に、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ層１０１）及びシリコン層１０２が順に形成されたＳＯＩ基板１０３を用い、シリコン層１０２の画素領域１０８の所定の位置に、フォトダイオードＰＤを含む画素を形成する。その後シリコン層１０２表面側に酸化膜１０４を形成した後、アライメントマーク形成領域１０７及び電極パッド形成領域１０６に、シリコン層１０２を貫通してＢＯＸ層１０１に達する開口部を形成する。そして、その開口部にＳｉＯからなる絶縁材料を埋め込み、絶縁層１０５を形成する。
次に、シリコン層１０２表面側に、層間絶縁膜１１０を介して複数層の配線１０９を形成することで、多層配線層１１１を形成する。
その後、多層配線層１１１上部に図示しない支持基板を形成し素子を反転させ、ＳＯＩ基板１０３のシリコン基板１００及びＢＯＸ層１０１を研磨する。そして、電極パッド１１２が臨むように電極パッド形成領域１０６に形成された絶縁層１０５に囲まれる領域に開口部を形成する。また、アライメントマーク形成領域１０７に形成された絶縁層１０５をアライメントマークとして、画素領域１０８のシリコン層１０２上部にカラーフィルタ層１１４及びオンチップレンズ１１３を形成する。このようにして、裏面照射型の固体撮像装置が完成される。
ところで、このような従来の製造方法では、シリコン基板１００及びＢＯＸ層１０１をエッチング除去する際に、ＳｉＯで構成されたアライメントマーク１０５ａや絶縁層１０５までもがエッチングされてしまうという問題がある。そうすると、図２５Ｃに示したように、アライメントマーク１０５ａや電極パッド形成領域の絶縁層１０５がシリコン層１０２の面よりも深い位置まで過剰に除去されてしまう。このように、アライメントマーク１０５ａが過剰にエッチング除去されることにより、視認性の低下が起こる。このため、アライメントマーク１０５ａをシリコン層１０２の裏面側に突出させて形成することで視認性の向上を図る場合には、ＳｉＯ以外の絶縁材料をアライメントマーク１０５ａに用いることが必要となる。
また、アライメントマーク１０５ａや電極パッド形成領域１０６の絶縁層１０５の為に形成される開口部は、比較的高アスペクト比である。このため、開口部への埋め込み材料としてＳｉＯを用いる場合には開口部の埋め込みが困難であり、図２６に示すようにボイド１２０が発生するという問題がある。
アライメントマーク１０５ａにＳｉＯを用いた場合に発生する以上の問題を解決するため、開口部に埋め込む絶縁材料としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）が考えられる。この場合には、図２５Ａの工程において、図２７Ａに示すように、アライメントマーク用の開口部が形成された後、開口部に、ＳｉＮからなる絶縁材料１１６を埋め込む。
固体撮像装置の製造工程では、アライメントマーク１０５ａとなる絶縁材料１１６を埋め込む工程の後、例えば酸化膜１０４上部の絶縁材料１１６を除去する工程が出てくる。例えば、ホットリン酸を用いて、酸化膜１０４上部の不要なＳｉＮからなる絶縁材料１１６を除去する場合、図２７Ｂに示すように、アライメントマーク１０５ａや電極パッド形成領域１０６の絶縁層１０５として形成されたＳｉＮの上部もエッチング除去される。そうすると、絶縁層上部に、領域ａで示すような凹凸が形成されてしまうという問題がある。
このように凹凸が形成された場合、図２８Ａに示すように、エッチング除去された絶縁層１０５の上部に、例えばポリシリコン１１８が堆積されてしまうという問題があり、その場合には、ポリシリコン１１８とシリコン層１０２との短絡が起きるという問題がある。そうすると、電極パッド形成領域１０６においては、シリコン層１０２と電極パッド１１２に接続されるコンタクト配線（図示せず）との絶縁が確保されない。また、図２８Ｂに示すように、エッチング除去された絶縁層１０５上部に、後の工程でシリコン酸化膜１１７が形成される場合には、凹凸状態とされた絶縁層１０５上部のシリコン酸化膜１１７が剥がれてしまうという問題がある。この場合には、ウェハ汚染や装置汚染が発生するおそれがある。
また、絶縁層１０５が酸化シリコンで形成される場合にも、後の工程で、不要な酸化シリコンを除去する際に、絶縁層上部を構成する酸化シリコンが除去されてしまうことがある。このような場合にも、図２８Ａや図２８Ｂで示した問題が発生する。
特開２００５−１５０４６３号公報
上述の点に鑑み、本発明は、工程数を増加することなく、信頼性の高い絶縁層を有する固体撮像装置を提供する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子を有する半導体層と、半導体層に形成された開口部に絶縁材料が埋め込まれて形成されたアライメントマーク用の絶縁層とを有する。また、絶縁層を被覆するように、半導体層の表面側に形成された保護膜と、半導体層の所望の領域に形成された素子分離部であって、半導体層に形成されたトレンチ部とトレンチ部に埋め込まれた絶縁膜とからなる素子分離部とを有する。そして、保護膜は、トレンチ部と同時に形成された溝であって、絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して設けられ、絶縁層の上部領域が露出するように設けられた溝に埋め込まれて形成され、素子分離膜を構成する絶縁膜と同時に形成された絶縁膜で構成される。
本発明の固体撮像装置では、半導体層に形成された絶縁層が保護膜で被覆されるため、半導体層表面側での絶縁層の信頼性が向上する。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子からなる複数の画素を含む画素領域が形成された半導体層を含む固体撮像装置の製造方法において、半導体層に開口部を形成する工程を有する。また、開口部に絶縁材料を埋め込み、アライメントマーク用の絶縁層を形成する工程を有する。そして、絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して絶縁層の上部領域が露出するように半導体層の表面側に溝を形成すると同時に、半導体層の表面側の所望の領域にトレンチ部を形成する工程と、溝及びトレンチ部に絶縁材料を埋め込むことにより、溝内に絶縁層を保護する保護膜を形成すると共にトレンチ部内に素子分離部を形成する工程とを有する。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、絶縁層が保護膜で被覆されるため、絶縁層を形成した後の工程において、絶縁層が不要に除去されることを防ぐことができる。
本発明の電子機器は、光学レンズと、光学レンズで集光された光が入射される固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とから構成される。そして、固体撮像装置は、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子を有する半導体層と、半導体層に形成された開口部に絶縁材料が埋め込まれて形成されたアライメントマーク用の絶縁層とを有する。さらに、絶縁層を被覆するように半導体層の表面側に形成された保護膜と、半導体層の所望の領域に形成された素子分離部であって、半導体層に形成されたトレンチ部とトレンチ部に埋め込まれた絶縁膜とからなる素子分離部とを有する。そして、保護膜は、トレンチ部と同時に形成された溝であって、絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して設けられ、絶縁層の上部領域が露出するように設けられた溝に埋め込まれて形成され、素子分離膜を構成する絶縁膜と同時に形成された絶縁膜で構成される。
本発明によれば、工程数を増やすことなく、信頼性の高い固体撮像装置を得ることができる。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を得ることができる。
本発明の一実施の形態に係る固体撮像装置の概略構成である。 本発明の一実施の形態に係る固体撮像装置の概略断面構成である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ〜Ｆ 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｇ〜Ｉ 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ〜Ｃ 比較例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ，Ｅ 比較例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の電極パッド形成領域における概略断面構成図である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ，Ｅ 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の電極パッド形成領域における概略断面構成図である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ〜Ｆ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｇ〜Ｉ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｊ，Ｋ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ〜Ｃ 比較例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ，Ｅ 比較例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の電極パッド形成領域における概略断面構成図である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ａ〜Ｃ 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 Ｄ，Ｅ 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の電極パッド形成領域における概略断面構成図である。 本発明の第５の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。 Ａ〜Ｃ 従来例の固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。 従来例の固体撮像装置の製造方法において、絶縁層をＳｉＯで形成した場合の概略構成図である。 Ａ，Ｂ 従来例の固体撮像装置の製造方法において、絶縁層をＳｉＮで形成した場合の概略構成図である。 Ａ，Ｂ 従来の固体撮像装置の製造方法で形成された絶縁層で起こる問題を概略的に示した図である。
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図２４を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．固体撮像装置
１−１ 固体撮像装置の全体構成
１−２ 要部の断面構成
２．第１の実施形態：固体撮像装置の製造方法
３．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法
４．第３の実施形態：固体撮像装置の製造方法
５．第４の実施形態：固体撮像装置の製造方法
６．第５の実施形態：電子機器
〈１．固体撮像装置〉
まず、本発明の一実施の形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置１について図１及び図２を用いて説明する。図１及び図２の構成は、下記に説明する第１〜第４の実施形態に係る固体撮像装置に共通の構成である。また、本実施形態例では、固体撮像装置を、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置として説明する。
［１−１ 固体撮像装置の全体構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置１の全体を示す概略構成図である。
本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板１１上に配列された複数の画素２から構成される画素領域３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成される。
画素２は、フォトダイオードからなる受光部と、複数の画素トランジスタとから構成され、基板１１上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素２を構成する画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタで構成される４つの画素トランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタであってもよい。
画素領域３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素２から構成される。画素領域３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路５に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。
制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路８で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力される。
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素２のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路５に供給する。
カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域（図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０とのあいだに設けられている。
水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。
［１−２ 要部の断面構成］
図２は、本実施形態例の固体撮像装置の要部の概略断面構成である。図２に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１は、画素領域３の周辺領域に、製造時において位置決めに用いられるアライメントマーク２７と、外部配線との接続に用いられる電極パッド２５が形成された電極パッド形成領域３４とを有して構成されている。
裏面照射型の固体撮像装置１は、光電変換素子となるフォトダイオードＰＤが形成された半導体層２０と、半導体層２０の表面側に形成された多層配線層２１と、半導体層２０の裏面側に形成されたカラーフィルタ層３２とオンチップレンズ３３とから構成されている。また、多層配線層２１の半導体層２０に接する面とは反対側の面には、支持基板２２が形成されている。
半導体層２０の画素領域３には、各画素を構成する複数のフォトダイオードＰＤが形成されており、図示しないが、画素２を駆動する画素トランジスタが各画素に隣接して形成されている。
多層配線層２１は、アルミニウム又は銅からなる配線２３が層間絶縁膜２４を介して複数層（図２では２層）積層された構成とされ、各配線２３間又は配線２３と画素トランジスタとの間は図示しないコンタクト部によって電気的に接続されている。また、周辺領域では、アルミニウムからなる配線２３の一部により、電極パッド２５が構成されている。
カラーフィルタ層３２は、半導体層２０の光照射側となる裏面側の各画素に対応する領域に形成されており、例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色素を含む有機材料で構成されている。オンチップレンズ３３は、各画素に対応してカラーフィルタ層３２上部に有機材料によって形成されている。オンチップレンズ３３では、入射してきた光が対応する画素２を構成するフォトダイオードＰＤに効率よく入射するように集光される。
アライメントマーク２７は、半導体層２０の周辺領域（以下、アライメントマーク形成領域３５という）に形成されており、半導体層２０を貫通する開口部に絶縁材料が埋め込まれて形成された絶縁層２９で構成されている。そして、アライメントマーク２７となる絶縁層２９は、半導体層２０表面側において保護膜３０に被覆されている。アライメントマーク２７は、半導体層２０裏面側にて、カラーフィルタ層３２やオンチップレンズ３３を形成する際の位置決めに用いられるものである。
また、半導体層２０の周辺領域に形成された電極パッド形成領域３４では、配線２３の一部で形成された電極パッド２５が、半導体層２０の裏面側に臨むように、半導体層２０及び層間絶縁膜２４に開口部２６が形成されている。そして、この開口部２６の半導体層２０側の周囲には絶縁層２８が形成されており、この絶縁層２８は半導体層２０表面側において保護膜３１に被覆されている。
すなわち、本実施形態例の固体撮像装置１では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９と、電極パッド形成領域３４の開口部２６周囲に形成される絶縁層２８が半導体層２０表面側において同様に保護膜３０，３１で被覆された構成とされている。
以下の実施形態例では、上述した裏面照射型の固体撮像装置１における絶縁層２８，２９及び絶縁層２８，２９を被覆する保護膜３０，３１の構成について詳述する。
〈２．第１の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
図３〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図３〜図５の製造工程は、アライメントマーク２７を形成する工程であり、画素領域３における素子分離部の形成工程と、周辺回路領域における素子分離部の形成工程と並列に説明する。本実施形態例では、画素領域３における素子分離部として、半導体層に形成する不純物拡散層と、半導体層上部に所定の厚みに形成した絶縁膜（酸化膜）とからなる素子分離部(以下、ＥＤＩ（Expanding photodiode area Designed for Isolation）という)を構成する例とする。また、周辺回路領域における素子分離部として、半導体層に形成した溝に絶縁膜を形成した素子分離部（以下、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）という）を構成する例とする。ＥＤＩについては、ＥＤＩに関しては、参考文献「Ｋ．Ｉｔｏｎａｇａ，ＩＥＤＭ Ｔｅｃｈ，Ｄｉｇ，ｐ３３−１，２００５」にその詳細が記載されている。また、以下の説明では、ＳＴＩが形成される領域をＳＴＩ形成領域３６とし、ＥＤＩが形成される領域をＥＤＩ形成領域３７として説明する。
図３Ａに示すように、シリコンからなる基板３９上に、埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸ層３８）及びシリコンからなる半導体層２０が順に形成されたＳＯＩ基板４０を準備する。そして、半導体層２０上部にシリコン酸化膜４３、フォトレジスト膜４４を順に形成する。そして、図３Ａに示すように、アライメントマーク形成領域３５におけるフォトレジスト膜４４に開口を形成する。
次に、図３Ｂに示すように、フォトレジスト膜４４をマスクとして、シリコン酸化膜４３をエッチングし、半導体層２０が露出する開口を形成する。開口が形成されたシリコン酸化膜４３は半導体層２０のエッチングのためのハードマスクとして用いられるものである。
次に、図３Ｃに示すように、シリコン酸化膜４３で形成されたハードマスクを介して半導体層２０をエッチングすることにより、アライメントマーク形成領域３５に、開口部４５を形成する。このとき、シリコン酸化膜４３も薄膜化される。この開口部４５は半導体層２０を貫通するように形成する。例えば、この開口部４５は、幅７０ｎｍ、深さ３μｍ程度に形成されるものである。
次に、図４Ｄに示すように窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる絶縁層４６を開口部４５に埋め込むように形成すると共に、絶縁層４６を半導体層２０上部全面に形成する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では開口部４５に絶縁層２９が形成され、アライメントマーク２７が形成される。
本実施形態例では、半導体層２０上部にシリコン酸化膜４３と絶縁層４６が形成された状態で次の工程に移るが、半導体層２０上部の絶縁層４６及びシリコン酸化膜４３を一度除去する例としてもよい。この場合には、絶縁層４６及びシリコン酸化膜４３が除去された半導体層２０上部に、新たなシリコン酸化膜及び窒化シリコンからなる絶縁層を形成して、次の工程に進む。
次に、図４Ｅに示すように、半導体層２０上部に形成された絶縁層４６上部に、アライメントマーク形成領域３５、ＳＴＩ形成領域３６、ＥＤＩ形成領域３７の所望の位置に開口４８が形成されたフォトレジスト膜４７を形成する。そして、このフォトレジスト膜４７をマスクとして半導体層２０上部の絶縁層４６、及びシリコン酸化膜４３をエッチング除去する。この場合、アライメントマーク形成領域３５におけるフォトレジスト膜４７の開口４８は、絶縁層２９が形成された領域を含み、かつ絶縁層２９が形成された領域よりも広い領域が開口されるように形成する。これにより、絶縁層２９の上部領域が露出される。
次に、前の工程で用いたフォトレジスト膜４７を除去し、図４Ｆに示すように、新たなフォトレジスト膜４９を形成する。このフォトレジスト膜４９は、アライメントマーク形成領域３５及びＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、ＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、ＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含む絶縁層４６上部全面にフォトレジスト膜４９が形成されている。その後、フォトレジスト膜４９をマスクとして、および絶縁層４６をハードマスクとして、半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、溝５０ａ、５０ｂを形成する。ＳＴＩ形成領域３６における溝５０ｂは、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。また、アライメントマーク形成領域３５における溝５０ａは後の工程で保護膜３０が形成される溝である。ここで、アライメントマーク形成領域３５においては、絶縁層２９の周囲の半導体層２０は、ＳＴＩ形成領域３６の溝５０ｂと同じ深さ（例えば、３００ｎｍ程度の深さ）までエッチング除去され、同時に絶縁層２９もエッチング除去される。しかしながら、エッチングレートの違いから絶縁層２９は、半導体層２０の底部よりも上側に保持される。すなわち、絶縁層２９が半導体層２０よりも下側までエッチングされない。
そして、溝５０ａ、５０ｂが形成された後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層２０表面に所望の不純物をイオン注入することにより、ＥＤＩを構成する不純物拡散層を形成する。
次に、絶縁層４６上部に形成されたフォトレジスト膜４９を除去し、図５Ｇに示すように、半導体層２０の溝５０ａ、５０ｂを含む絶縁層４６上部にＳｉＯからなる絶縁膜５１を成膜する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、絶縁層２９からなるアライメントマーク２７上部が絶縁膜５１で覆われる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、トレンチ部となる溝５０ｂに絶縁膜５１が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層が形成された半導体層２０上部に絶縁膜５１が形成される。
次に、図５Ｈに示すように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いてＳｉＯからなる絶縁膜５１を半導体層２０上部のＳｉＮからなる絶縁層４６が露出するまで除去する。すなわち、この絶縁膜５１を研磨する工程においては、ＳｉＮからなる絶縁層４６がストッパーとして用いられる。
その後、図５Ｉに示すように、露出された絶縁層４６を、ホットリン酸を用いて除去する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部は、絶縁膜５１からなる保護膜３０で覆われ状態となる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成され、ＥＤＩ形成領域３７では、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。ここで、形成される保護膜３０の厚みや、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜５１の厚みは、シリコン酸化膜４３上に形成された絶縁層４６の厚みを踏襲する。保護膜３０や、ＥＤＩ５３の絶縁膜５１の厚みを１００ｎｍ程度に維持するため、シリコン酸化膜４３上に形成される絶縁層４６も１００ｎｍ程度に形成されることが好ましい。
本実施形態例の固体撮像装置では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部を含む半導体層２０に、ＳＴＩ５２を構成する溝５０ｂと同時に形成された溝５０ａが形成され、ＳＴＩ５２を構成する絶縁膜５１と同工程で形成された保護膜３０が形成される。そして、絶縁層２９が保護膜３０に被覆されることにより、ＳｉＮからなる絶縁層４６のエッチング除去工程において、アライメントマーク２７を構成する絶縁層２９が不要にエッチングされるのを防ぐことができる。
比較例として、図６及び図７を用い、従来の方法でＳｉＮからなる絶縁層２９でアライメントマーク６８を形成した場合について説明する。比較例においても、アライメントマーク形成領域３５にてアライメントマーク６８を形成する工程と、ＳＴＩ形成領域３６でＳＴＩを形成する工程と、ＥＤＩ形成領域３７でＥＤＩを形成する工程とを並列して説明する。図６及び図７において、図３〜図５に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
図６Ａは、本実施形態例の図４Ｄの後の工程に対応する図であり、図６Ａの前の工程は、図３Ａ〜Ｃ、図４Ｄと同様であるから重複説明を省略する。
従来においては、図６Ａに示すように、絶縁層４６が形成された後、半導体層２０上部に形成された絶縁層４６上部に、ＳＴＩ形成領域３６、ＥＤＩ形成領域３７の所望の位置に開口５５が形成されたフォトレジスト膜５４を形成する。すなわち、アライメントマーク形成領域３５においては、開口は形成されていない。そして、このフォトレジスト膜５４をマスクとして半導体層２０上部の絶縁層４６及びシリコン酸化膜４３をエッチング除去する。
次に、前の工程で用いたフォトレジスト膜５４を除去し、図６Ｂに示すように、新たなフォトレジスト膜５７を形成する。このフォトレジスト膜５７は、ＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、アライメント形成領域３５、ＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、アライメント形成領域３５及びＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含む絶縁層４６上部全面にフォトレジスト膜４９が形成されている。その後、フォトレジスト膜５７をマスクとして、および絶縁層４６をハードマスクとして、半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、溝５８を形成する。この溝５８は、ＳＴＩ形成領域３６において、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。
そして、溝５８が形成された後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層２０表面に所望の不純物をイオン注入することにより、ＥＤＩを構成する不純物拡散層５６を形成する。
次に、絶縁層４６上部に形成されたフォトレジスト膜５７を除去し、図６Ｃに示すように、半導体層２０の溝５８を含む絶縁層４６上部に、ＳｉＯからなる絶縁膜５９を成膜する。
次に、図７Ｄに示すように、例えばＣＭＰ法を用いてＳｉＯからなる絶縁膜５９を半導体層２０上部のＳｉＮからなる絶縁層４６が露出するまで除去する。
次に、図７Ｅに示すように、絶縁層４６をホットリン酸で除去する。これにより、ＳＴＩ形成領域３６では、溝５８に絶縁膜５９が埋め込まれることにより、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層５６が形成された半導体層２０上部に絶縁膜５９が形成されることにより、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。
しかしながら、このような比較例では、ＳｉＮからなる絶縁層４６を除去する際、アライメントマーク形成領域３５では、アライメントマーク６８を構成する絶縁層２９が露出された状態とされる。このため、半導体層２０上部の絶縁層４６を除去する際に、アライメントマーク６８を構成する絶縁層２９も、図７Ｅの領域ｚで示す上部側が同時にエッチングされてしまう。そうすると、図２８Ａ，Ｂを用いて説明したような問題が起こる。
本実施形態例の固体撮像装置では、上述したように、アライメントマーク２７となる絶縁層２９が保護膜３０で覆われることにより、アライメントマーク２７上部の絶縁層２９が不要に除去されてしまうのを防ぐことができる。これにより、図２８Ａ，Ｂに示したような問題の発生を防ぐことができる。
また、本実施形態例の固体撮像装置では、保護膜３０は、ＳＴＩ５２の製造工程と同時に形成することができるので工程数が増えることもない。
図３Ａ〜図５Ｉの説明では、アライメントマーク２７の形成方法について述べたが、このアライメントマーク２７の形成方法と同様の方法で、電極パッド形成領域３４における半導体層２０の所望の位置に絶縁層２８を形成することも可能である。
図８は、本実施形態例において、電極パッド形成領域３４の半導体層２０にアライメントマーク形成領域３５と同様の絶縁層２８を形成した図である。電極パッド形成領域３４においては、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を囲む領域に対応する半導体層２０に、図３Ａ〜図５Ｉのアライメントマーク２７の形成方法と同様にして絶縁層２８を形成する。電極パッド形成領域３４における絶縁層２８は、後の工程において、電極パッド２５が半導体層２０表面側に臨むように形成される開口部２６の周囲を囲む層である。そして、電極パッド形成領域３４においても、アライメントマーク２７上部の保護膜３０の形成方法と同様にして絶縁層２８の上部に保護膜３１を形成する。
図９Ａ〜Ｃに、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法において、半導体層２０におけるフォトダイオードＰＤ、画素トランジスタ（図示せず）、絶縁層２８、２９の形成が終了した後の製造工程を示す。
図９Ａに示すように、アライメントマーク２７や、電極パッド形成領域３４における絶縁層２９の他、フォトダイオードＰＤを形成し、半導体層２０表面に図示しない画素トランジスタを形成した後、半導体層２０上部に多層配線層２１を形成する。多層配線層２１は、層間絶縁膜２４と所望の配線２３とを交互に形成することにより形成する。また、電極パッド形成領域３４では、配線２３の一部にて電極パッド２５を形成する。
半導体層２０表面側に多層配線層２１を形成した後は、多層配線層２１上部に支持基板２２を接着し、図９Ｂに示すように素子全体を反転させる。その後、半導体層２０裏面側の基板３９及びＢＯＸ層３８を半導体層２０が露出するまで除去する。
その後、図９Ｃに示すように、電極パッド形成領域３４における絶縁層２８で囲まれた領域内に開口部２６を形成し、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を露出させる。また、半導体層２０裏面には、所望のカラーフィルタ層３２及びオンチップレンズ３３をアライメントマーク２７によって位置決めすることによって形成する。
このようにして、本実施形態例の固体撮像装置は完成される。
本実施形態例の固体撮像装置では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８が製造工程中にエッチング除去されてしまうことがない。これにより、歩留まりの向上が図られるとともに、電極パッド形成領域３４においては、開口部２６に、電極パッド２５に接続されるボンディングワイヤ等が形成される場合にも、ボンディングワイヤと半導体層２０の絶縁が保持される。
また、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８は、半導体層２０を貫通するアスペクト比の高い開口部に形成される。そのような場合にも、絶縁層２８，２９として埋め込み性の良い窒化シリコンを用いることにより、ボイドの発生を防ぐことができる。
また、絶縁層２８，２９を窒化シリコンで形成することにより、素子を反転させてＳＯＩ基板４０を構成する基板３９及び埋め込み酸化膜からなるＢＯＸ層３８を除去する際に、絶縁層２８，２９が過剰に除去されるのを防ぐことができる。これにより、例えば、絶縁層２８，２９を半導体層２０の裏面側に突出して形成することも可能であり、アライメントマーク２７の視認性の向上を図ることができる。
以上の製造方法では、アライメントマーク２７及び電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８の保護膜３０，３１が周辺回路領域の素子分離部として用いられるＳＴＩ５２と同工程で形成する例を示した。その他、アライメントマーク２７及び電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８，２９は画素領域の素子分離部として用いられるＥＤＩ５３と同工程で形成することも可能である。以下に、ＥＤＩ５３と同時に形成する例を示す。
〈３．第２の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
図１０〜図１２を用いて、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図１０〜図１２の製造工程は、第１の実施形態と同様、アライメントマーク２７を形成する工程であり、画素領域における素子分離部（ＥＤＩ）の形成工程と、周辺回路領域における素子分離部（ＳＴＩ）の形成工程と並列に説明する。また、図１０〜１２において、図３Ａ〜図５Ｉ及び図８に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
図１０Ａは、第１の実施形態における図４Ｅに対応する図である。図１０Ａに至るまでの工程は、図３Ａ〜図４Ｅで示した工程と同様であるから重複説明を省略する。
図１０Ａに示したように、フォトレジスト膜４７を用いて、アライメントマーク形成領域３５、ＳＴＩ形成領域３６、ＥＤＩ形成領域３７の所望の位置の絶縁層４６及びシリコン酸化膜４３をエッチングした後、フォトレジスト膜４７を除去する。
次に、図１０Ｂに示すように、新たなフォトレジスト膜４９を形成する。このフォトレジスト膜４９は、ＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、アライメントマーク形成領域３５及びＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、アライメントマーク形成領域３５、及びＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含む絶縁層４６上部全面にフォトレジスト膜４９が形成されている。その後、フォトレジスト膜４９をマスクとして、および絶縁層４６をハードマスクとして、半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、ＳＴＩ形成領域３６において溝５０ｂを形成する。この溝５０ｂは、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。
そして、溝５０ｂが形成された後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層２０表面に所望の不純物をイオン注入することにより、ＥＤＩを構成する不純物拡散層５６を形成する。
次に、絶縁層４６上部に形成されたフォトレジスト膜４９を除去し、図１０Ｃに示すように、溝５０ｂを含む絶縁層４６上部全面に、ＳｉＯからなる絶縁膜５１を成膜する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、絶縁層２９からなるアライメントマーク２７上部が絶縁膜５１で覆われる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、トレンチ部となる溝５０ｂに絶縁膜５１が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層５６が形成された半導体層２０上部に絶縁膜５１が形成される。
次に、図１１Ｄに示すように、例えばＣＭＰ法を用いて酸化シリコンからなる絶縁膜５１を半導体層２０上部のＳｉＮからなる絶縁層４６が露出するまで除去する。
次に、図１１Ｅに示すように、露出された絶縁層４６をホットリン酸によりエッチング除去する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部が絶縁膜５１からなる保護膜３０で覆われ状態となる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成され、ＥＤＩ形成領域３７では、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。
本実施形態例の固体撮像装置では、アライメントマーク形成領域３５において、アライメントマーク２７となる絶縁層２８上部が、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜５１と同工程で形成された絶縁膜５１からなる保護膜３０で覆われている。これにより、ＳｉＮからなる絶縁層４６のエッチング除去工程において、アライメントマーク２７を構成する絶縁層２９が不要にエッチングされるのを防ぐことができる。
図１０Ａ〜図１１Ｅの説明では、アライメントマーク２７の形成方法について述べたが、本実施形態例においても、アライメントマーク２７の形成方法と同様の方法で、電極パッド形成領域３４における開口部２６周囲の絶縁層２８を形成することも可能である。
図１２は、電極パッド形成領域３４において、所望の領域に、アライメントマーク形成領域３５と同様の絶縁層２８を形成した図である。電極パッド形成領域３４においては、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を囲む領域に対応する半導体層２０に、図１０Ａ〜図１１Ｅで説明したアライメントマーク２７を形成する工程と同様に絶縁層２８を形成する。電極パッド形成領域３４における絶縁層２８は、後の工程において、電極パッド２５が半導体層２０表面側に臨むように形成される開口部２６の周囲を囲む層である。そして、電極パッド形成領域３４においても、アライメントマーク２７における保護膜３０の形成方法と同様にして絶縁層２８の上部に保護膜３１を形成する。
本実施形態例においても、図９Ａ〜図９Ｃと同様の工程で固体撮像装置が完成される。その工程は、第１の実施形態例と同様であるから重複説明を省略する。
本実施形態例においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態例では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８の上部に形成される保護膜３０，３１が、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜５１と同時に形成することができる。このため、製造工程数を増やすことなく、保護膜３０，３１を形成することが可能である。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４における絶縁層２９は、窒化シリコンで構成する例としたが、これに限られるものではない。次に、アライメントマーク２７となる絶縁層２９及び電極パッド形成領域３４における絶縁層２８の構成が第１及び第２の実施形態と異なる例について説明する。
〈４．第３の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
図１３〜図２０を用いて、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図１３Ａ〜図１５Ｉの製造工程は、第１の実施形態と同様、アライメントマーク２７を形成する工程であり、画素領域における素子分離部（ＥＤＩ）の形成工程と、周辺回路領域における素子分離部（ＳＴＩ）の形成工程と並列に説明する。また、図１３〜２０において、図３〜図９に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
図１３Ａに示すように、シリコンからなる基板３９上に、埋め込み酸化膜（以下、ＢＯＸ層３８）及びシリコンからなる半導体層２０が順に形成されたＳＯＩ基板４０を準備する。そして、半導体層２０上部にシリコン酸化膜４３、フォトレジスト膜４４を順に形成する。そして、図３Ａに示すように、アライメントマーク形成領域３５におけるフォトレジスト膜４４に開口を形成する。
次に、図１３Ｂに示すように、フォトレジスト膜４４をマスクとしてシリコン酸化膜４３をエッチングし、半導体層２０が露出する開口を形成する。開口が形成されたシリコン酸化膜４３は半導体層２０のエッチングのためのハードマスクとして用いられるものである。
次に、図１３Ｃに示すように、シリコン酸化膜４３で形成されたハードマスクを介して半導体層２０をエッチングすることにより、アライメントマーク形成領域３５に、開口部４５を形成する。この開口部４５は半導体層２０を貫通するように形成する。このとき、シリコン酸化膜４３も薄膜化される。
次に、図１４Ｄに示すように窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる第１の埋め込み膜６０を開口部４５の側壁及び底部に形成すると共に、半導体層２０上部全面に形成する。図１４Ｄでは、前の工程で形成されていたシリコン窒化膜４２と、図１４Ｄで形成された窒化シリコンからなる第１の埋め込み膜６０とを同一の層として記載する。その後、側壁及び底部に第１の埋め込み膜６０が形成された開口部４５内を埋め込むようにポリシリコンからなる第２の埋め込み膜６９を形成すると共に、半導体層２０上部に形成された第１の埋め込み膜６０上部全面に第２の埋め込み膜６９を形成する。
次に、図１４Ｅに示すように、半導体層２０上部の第１の埋め込み膜６０上に形成された第２の埋め込み膜６９を、第１の埋め込み膜６０が露出するまでエッチング除去する。
アライメントマーク形成領域３５では、開口部４５の側壁及び底部に絶縁材料である窒化シリコンからなる第１の埋め込み膜６０が形成されるので、半導体層２０との絶縁が保持される。すなわち、開口部４５に形成された第１の埋め込み膜６０及び第２の埋め込み膜６９は、絶縁層２９として機能する。
これにより、アライメントマーク形成領域３５では開口部４５に絶縁材料である窒化シリコンからなる第１の埋め込み膜６０と、ポリシリコンからなる第２の埋め込み膜６９からなる絶縁層２９が形成され、この絶縁層２９は、アライメントマーク２７とされる。
次に、図１４Ｆに示すように、半導体層２０上に形成された第１の埋め込み膜６０及びアライメントマーク２７を含む全面に、ＳｉＮからなるストッパ膜６１を成膜する。このストッパ膜６１は、後の工程で用いられるＣＭＰでの研磨時におけるストッパーとして用いられる膜である。
次に、図１５Ｇに示すように、半導体層２０上部に形成されたストッパ膜６１上部に、アライメントマーク形成領域３５、ＳＴＩ形成領域３６、ＥＤＩ形成領域３７の所望の位置に開口６３が形成されたフォトレジスト膜６２を形成する。そして、このフォトレジスト膜６２をマスクとして半導体層２０上部のストッパ膜６１、第１の埋め込み膜６０、及びシリコン酸化膜４３をエッチング除去する。この場合、アライメントマーク形成領域３５におけるフォトレジスト膜６２の開口６３は、アライメントマーク２７となる絶縁層２９が形成された領域を含み、かつ絶縁層２９が形成された領域よりも広い領域が開口されるように形成する。これにより、絶縁層２９の上部領域が露出される。
次に、前の工程で用いたフォトレジスト膜を６２除去し、図１５Ｈに示すように、新たなフォトレジスト膜６４を形成する。このフォトレジスト膜６４は、アライメントマーク形成領域３５及びＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、ＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、ＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含むストッパ膜６１上部全面にフォトレジスト膜６４が形成されている。その後、フォトレジスト膜６４をマスクとし、第１の埋め込み膜６０及びストッパ膜６１をハードマスクとして、半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、溝６５，６６を形成する。ＳＴＩ形成領域３６に形成された溝６６は、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。また、アライメントマーク形成領域３５における溝６５は後の工程で保護膜３０が形成される溝である。ここで、アライメントマーク形成領域３５においては、絶縁層２９の周囲の半導体層２０は、ＳＴＩ形成領域３６の溝６６と同じ深さまでエッチング除去され、同時に絶縁層２９もエッチング除去される。しかしながら、エッチングレートの違いから絶縁層２９は、半導体層２０の底部よりも上側に保持される。すなわち、絶縁層２９が半導体層２０よりも下側までエッチングされない。
そして、溝６５，６６が形成された後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層２０表面に所望の不純物をイオン注入することにより、ＥＤＩを構成する不純物拡散層５６を形成する。
次に、ストッパ膜６１上部に形成されたフォトレジスト膜６４を除去し、図１５Ｉに示すように、半導体層２０の溝６５，６６を含むストッパ膜６１上部に、ＳｉＯからなる絶縁膜６７を成膜する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、絶縁層２９からなるアライメントマーク２７上部が絶縁膜６７で覆われる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、トレンチ部となる溝６６に絶縁膜６７が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層５６が形成された半導体層２０上部に絶縁膜６７が形成される。
次に、図１６Ｊに示すように、例えばＣＭＰ法を用いてＳｉＯからなる絶縁膜６７を半導体層２０上部のＳｉＮからなるストッパ膜６１が露出するまで除去する。
次に、図１６Ｋに示すように、ストッパ膜６１及び、第１の埋め込み膜６０をホットリン酸で除去する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部が絶縁膜６７からなる保護膜３０で覆われた状態となる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成され、ＥＤＩ形成領域３７では、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。ここで、形成される保護膜３０の厚みや、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜６７の厚みは、シリコン酸化膜４３上に形成された第１の埋め込み膜６０及びストッパ膜６１の厚みを踏襲する。保護膜３０や、ＥＤＩ５３の絶縁膜６７の厚みを１００ｎｍ程度に維持するため、シリコン酸化膜４３上に形成される第１の埋め込み膜６０とストッパ膜６１の厚みも１００ｎｍ程度に形成されることが好ましい。
本実施形態例の固体撮像装置では、アライメントマーク形成領域３５において、絶縁層２９上部にＳＴＩ５２を構成する溝６６と同時に形成された溝６５が形成され、その溝６５には、ＳＴＩ５２を構成する絶縁膜６７と同時に形成された保護膜３０が形成される。これにより、ＳｉＮからなるストッパ膜６１及び第１の埋め込み膜６０のエッチング除去工程において、アライメントマーク２７を構成する絶縁層２９の第１の埋め込み膜６０が不要にエッチングされるのを防ぐことができる。
比較例として、図１７Ａ〜図１８Ｄを用いて、従来の方法で、第１の埋め込み膜６０、及び第２の埋め込み膜６９からなる絶縁層２９でアライメントマーク２７を形成した場合について説明する。比較例においても、アライメントマーク形成領域３５にてアライメントマーク２７を形成する工程と、ＳＴＩ形成領域３６でＳＴＩ５２を形成する工程と、ＥＤＩ形成領域３７でＥＤＩ５３を形成する工程とを並列して説明する。図１７Ａ〜図１８Ｄにおいて、図１３Ａ〜図１６Ｋに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
図１７Ａは、本実施形態例の図１４Ｆの後の工程に対応する図であり、図１７Ａの前の工程は、図１３Ａ〜図１４Ｆと同様であるから重複説明を省略する。
比較例においては、図１７Ａに示すように、ストッパ膜６１が形成された後、ストッパ膜６１上部にＳＴＩ形成領域３６、ＥＤＩ形成領域３７の所望の位置に開口７１が形成されたフォトレジスト膜７０を形成する。すなわち、アライメントマーク形成領域３５においては、開口は形成されていない。そして、このフォトレジスト膜７０をマスクとして半導体層２０上部の第１の埋め込み膜６０及びストッパ膜６１、及びシリコン酸化膜４３をエッチング除去する。
次に、前の工程で用いたフォトレジスト膜７０を除去し、図１７Ｂに示すように、新たなフォトレジスト膜７３を形成する。このフォトレジスト膜７３は、ＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、アライメントマーク形成領域３５及びＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、アライメントマーク形成領域３５、及びＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含むストッパ膜６１上部全面にフォトレジスト膜７３が形成されている。その後、フォトレジスト膜７３をマスクとし、また、埋め込み膜６０、ストッパ膜６１をハードマスクとして半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、ＳＴＩ形成領域３６において溝６６を形成する。この溝６６は、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。その後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層２０の表面側に、ＥＤＩを構成する不純物拡散層５６を形成する。
次に、ストッパ膜６１上部に形成されたフォトレジスト膜７３を除去し、図１７Ｃに示すように、半導体層２０に形成された溝６６を含むストッパ膜６１上部に、ＳｉＯからなる絶縁膜６７を成膜する。
次に、図１８Ｄに示すように、例えばＣＭＰ法を用いてＳｉＯからなる絶縁膜６７を半導体層２０上部のＳｉＮからなるストッパ膜６１が露出するまで除去する。
次に、図１８Ｄに示すように、窒化シリコンからなるストッパ膜６１及び、第１の埋め込み膜６０をホットリン酸で除去する。これにより、ＳＴＩ形成領域３６では、溝６６に絶縁膜６７が埋め込まれることにより、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層５６が形成された半導体層２０上部に絶縁膜６７が形成されることにより、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。
しかしながら、以上に示した比較例では、ストッパ膜６１及び第１の埋め込み膜６０をホットリン酸で除去する際、アライメントマーク形成領域３５では、アライメントマーク２７を構成する第１の埋め込み膜６０が露出された状態とされる。このため、半導体層２０上部のストッパ膜６１及び第１の埋め込み膜６０を除去する際に、アライメントマーク２７を構成する第１の埋め込み膜６０も、領域ｚで示す上部側が同時にエッチングされてしまう。そうすると、図２８Ａ，Ｂを用いて説明したような問題が起こる。
本実施形態例の固体撮像装置では、上述したように、アライメントマーク２７となる絶縁層２９が保護膜３０で覆われることにより、アライメントマーク２７上部の絶縁層２９が不要に除去されてしまうのを防ぐことができる。これにより、図２８Ａ，Ｂに示した問題の発生を防ぐことができる。
また、本実施形態例の固体撮像装置では、保護膜３０は、ＳＴＩ５２の製造工程と同時に形成することができるので工程数が増えることもない。
図１３Ａ〜図１６Ｋの説明では、アライメントマーク２７の形成方法について述べたが、このアライメントマーク２７の形成方法と同様の方法で、電極パッド形成領域３４における開口部２６周囲の絶縁層２８を形成することも可能である。
図１９は、電極パッド形成領域３４において、所望の領域に、アライメントマーク形成領域３５に形成した絶縁層２９と同様の絶縁層２８を形成した図である。電極パッド形成領域３４においては、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を囲む領域に相当する半導体層２０に、図１３Ａ〜図１６Ｋのアライメントマーク２７の形成方法と同様にして絶縁層２８を形成する。電極パッド形成領域３４における絶縁層２８は、後の工程において、電極パッド２５が半導体層２０表面側に臨むように形成される開口部２６の周囲を囲む層である。そして、電極パッド形成領域３４においても、アライメントマーク２７上部に形成された保護膜３０の形成方法と同様にして絶縁層２８の上部に保護膜３１を形成する。
図２０Ａ〜Ｃに、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法において、半導体層２０におけるフォトダイオードＰＤ、画素トランジスタ（図示せず）、絶縁層２８、２９の形成が終了した後の製造工程を示す。
図２０Ａに示すように、アライメントマーク２７や、電極パッド形成領域３４における絶縁層２８の他、フォトダイオードＰＤを形成し、半導体層２０表面に図示しない画素トランジスタを形成した後、半導体層２０上部に多層配線層２１を形成する。多層配線層２１は、層間絶縁膜２４と所望の配線２３とを交互に形成することにより形成する。また、電極パッド形成領域３４では、配線２３の一部にて電極パッド２５を形成する。
半導体層２０表面側に多層配線層２１を形成した後は、多層配線層２１上部に支持基板２２を接着し、図２０Ｂに示すように素子全体を反転させる。その後、半導体層２０裏面側の基板３９及びＢＯＸ層３８を半導体層２０が露出するまで除去する。
その後、図２０Ｃに示すように、電極パッド形成領域３４における絶縁層２８で囲まれた領域内に開口部２６を形成し、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を露出させる。また、半導体層２０裏面には、所望のカラーフィルタ層３２及びオンチップレンズ３３をアライメントマーク２７によって位置決めすることによって形成する。
このようにして、本実施形態例の固体撮像装置は完成される。
本実施形態例の固体撮像装置では、保護膜３０，３１が形成されるため、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８が製造工程中にエッチング除去されてしまうことがない。このため、絶縁層２８，２９と半導体層２０との間の絶縁が保持される。これにより、電極パッド形成領域３４において、開口部２６に、例えば外部配線となるボンディングワイヤ等を形成した場合には外部配線と半導体層２０が短絡することがない。
また、本実施形態例では、開口部２６に埋め込まれる第１の埋め込み膜６０として埋め込み性の良い窒化シリコンを用いることにより、ボイドの発生を防ぐことができる。また、第２の埋め込み膜６９として用いたポリシリコンの成膜速度は、ＳｉＮよりも大きいためスループットの向上も図られる。また、第１の埋め込み膜６０を窒化シリコンで形成することにより、素子を反転させてＳＯＩ基板４０を構成する基板３９及びＢＯＸ層３８を除去する際に、絶縁層２８，２９が過剰に除去されるのを防ぐことができる。
以上の製造方法では、アライメントマーク２７及び電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８の保護膜３０，３１が周辺回路領域の素子分離として用いられるＳＴＩ５２と同工程で形成する例を示した。その他、アライメントマーク２７及び電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８，２９は画素領域の素子分離として用いられるＥＤＩと同工程で形成することも可能である。以下に、ＥＤＩと同時に形成する例を示す。
〈５．第４の実施形態：固体撮像装置の製造方法〉
図２１〜図２３を用いて、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図２１〜図２３の製造工程は、第１〜第３の実施形態と同様、アライメントマーク２７を形成する工程であり、画素領域における素子分離部（ＥＤＩ）の形成工程と、周辺回路領域における素子分離部（ＳＴＩ）の形成工程と並列に説明する。また、図２１〜図２３において、図１３Ａ〜図１６Ｋに対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
図２１Ａに示す工程までは、第３の実施形態における図１３Ａ〜図１５Ｇに示す工程と同様であるから重複説明を省略する。
図２１Ａに示すように、フォトレジスト膜６２を用いて、所定の位置のシリコン酸化膜４３、第１の埋め込み膜６０、ストッパ膜６１を除去した後、フォトレジスト膜６２を除去する。
次に、図２１Ｂに示すように、新たなフォトレジスト膜７７を形成する。このフォトレジスト膜７７は、ＳＴＩ形成領域３６においては開口されており、アライメントマーク形成領域３５及びＥＤＩ形成領域３７においては、開口は形成されていない。すなわち、アライメントマーク形成領域３５、及びＥＤＩ形成領域３７においては、露出された半導体層２０を含むストッパ膜６１上部全面にフォトレジスト膜７７が形成されている。その後、フォトレジスト膜７７をマスクとし、また、埋め込み膜６０、ストッパ膜６１をハードマスクとして半導体層２０を所定の深さまでエッチング除去することにより、ＳＴＩ形成領域３６に溝６６を形成する。この溝６６は、ＳＴＩを構成するトレンチ部となる溝である。
そして、溝６６が形成された後、ＥＤＩ形成領域３７の半導体層表面に所望の不純物をイオン注入することにより、ＥＤＩを構成する不純物拡散層５６を形成する。
次に、ストッパ膜６１上部に形成されたフォトレジスト膜７７を除去し、図２１Ｃに示すように、半導体層２０の溝６６や、半導体層２０を含むストッパ膜６１上部に、ＳｉＯからなる絶縁膜６７を成膜する。これにより、アライメントマーク形成領域３５では、絶縁層２９からなるアライメントマーク２７上部が絶縁膜６７からなる保護膜３０で覆われる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、トレンチ部となる溝６６に絶縁膜６７が形成される。また、ＥＤＩ形成領域３７では、不純物拡散層５６が形成された半導体層２０上部に絶縁膜６７が形成される。
次に、図２２Ｄに示すように、例えばＣＭＰ法を用いてＳｉＯからなる絶縁膜６７を半導体層２０上部のＳｉＮからなるストッパ膜６１が露出するまで除去する。
次に、図２２Ｅに示すように、窒化シリコンからなるストッパ膜６１及び、第１の埋め込み膜６０をホットリン酸で除去する。これにより、アライメントマーク２７形成領域では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部が保護膜３０で覆われた状態となる。また、ＳＴＩ形成領域３６では、素子分離部となるＳＴＩ５２が形成され、ＥＤＩ形成領域３７では、素子分離部となるＥＤＩ５３が形成される。
本実施形態例の固体撮像装置では、アライメントマーク形成領域３５において、アライメントマーク２７となる絶縁層２９上部が、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜６７と同工程で形成された絶縁膜６７からなる保護膜３０で覆われている。これにより、ＳｉＮからなるストッパ膜６１、及び第１の埋め込み膜６０のエッチング除去工程において、アライメントマーク２７を構成する絶縁層２９が不要にエッチングされるのを防ぐことができる。
図２１Ａ〜図２２Ｅの説明では、アライメントマーク２７の形成方法について述べたが、本実施形態例においても、アライメントマーク２７の形成方法と同様の方法で、電極パッド形成領域３４に絶縁層２８を形成することも可能である。
図２３は、電極パッド形成領域３４において、所望の領域に、アライメントマーク形成領域３５に形成した絶縁層２９と同様の絶縁層２８を形成した図である。電極パッド形成領域３４においては、多層配線層２１に形成された電極パッド２５を囲む領域に対応する半導体層２０に、図２１Ａ〜図２２Ｅのアライメントマーク２７を形成する工程と同時に絶縁層２８を形成する。電極パッド形成領域３４における絶縁層２８は、後の工程において、電極パッド２５が半導体層２０表面側に臨むように形成される開口部２６の周囲を囲む層である。
そして、電極パッド形成領域３４においても、アライメントマーク２７上部の保護膜３０の形成方法と同様にして絶縁層２８の上部に保護膜３１を形成する。
本実施形態例においても、図２０Ａ〜図２０Ｃと同様の工程で固体撮像装置が完成される。その工程は、第３の実施形態例と同様であるから重複説明を省略する。
本実施形態例においても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態例では、アライメントマーク２７となる絶縁層２９や、電極パッド形成領域３４に形成される絶縁層２８の上部に形成される保護膜３０，３１が、ＥＤＩ５３を構成する絶縁膜６７と同時に形成することができる。このため、製造工程数を増やすことなく、保護膜３０，３１を形成することが可能である。
上述の第１及び第２の実施形態では、ＳｉＮからなる絶縁層をＳｉＯからなる保護膜で被覆する構成とし、第３及び第４の実施形態では、ＳｉＮ及びポリシリコンからなる絶縁層をＳｉＯからなる保護膜で被覆する構成とした。本発明は、これらの材料に限られるものでは無く、種々の材料で構成することができる。すなわち、半導体層に形成された絶縁層が、後の工程においてエッチング除去されないように保護膜で覆う構成とすればよい。また、第１〜第４の実施形態では、保護膜は、ＳＴＩ、又はＥＤＩの形成と同時に形成する例としたが、これに限られるものではない。たとえば、保護膜はＳｉを数ｎｍトレンチするような素子分離の形成と同時に形成することもできる。
例えば、アライメントマークとなる絶縁層、又は電極パッド形成領域に形成される絶縁層をＳｉＯで形成した場合には、保護膜としてポリシリコンを用いることができる。このポリシリコンは、半導体層上部にＳｉＯからなるゲート酸化膜を介して形成されるゲート電極と同時に形成すればよい。これにより、例えば、ＳｉＯからなる絶縁層が形成された半導体層上部付近においてゲート酸化膜を除去する工程があった場合にも、絶縁層は、ポリシリコンからなる保護膜に被覆されているので、不要に除去されることがない。
このように、保護膜としては、半導体層の絶縁層の形成工程の後に半導体層表面側に成膜される膜を用いることができる。例えば、ＳｉＯＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＴｉＮ、シリサイド、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステン等、種々の選択が可能である。また、絶縁層としては、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等を用いることができる。
また、上述の第１〜第４の実施形態では、ＳＯＩ基板を用いて固体撮像装置を製造する方法を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、バルク基板等を用いる構成にも適応可能である。
上述の第１〜第４の実施形態では、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を例として説明したが、本発明は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に限られるものではなく、表面照射型の固体撮像装置にも適応可能である。
また、上述の第１〜第４の実施形態では、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳ型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置への適用に限られるものではない。また画素が二次元マトリックス状に形成された画素部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
さらに、本発明は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
〈６．第５の実施形態：電子機器〉
次に、本発明の第５の実施形態に係る電子機器について説明する。図２４は、本発明の第５の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器２００は、上述した本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器（カメラ）に用いた場合の実施形態を示す。
本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、シャッタ装置２１１と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。
光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１の信号転送を行なう。信号処理回路２１３は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置１において、半導体層２０に形成された絶縁層２８，２９の信頼性の向上が図られるため、信頼性の向上が図られた電子機器２００を得ることができる。
固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。
本実施形態例においては、固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２〜第４の実施形態で製造した固体撮像装置を用いることもできる。
１・・・固体撮像装置
２・・・画素
３・・・画素領域
４・・・垂直駆動回路
５・・・カラム信号処理回路
６・・・水平駆動回路
７・・・出力回路
８・・・制御回路
１０・・水平信号線
１１・・基板
２０・・半導体層
２１・・多層配線層
２２・・支持基板
２３・・配線
２４・・層間絶縁膜
２５・・電極パッド
２６・・開口部
２７・・アライメントマーク
２８・・絶縁層
２９・・絶縁層
２９・・アライメントマーク
３０・・保護膜
３１・・保護膜
３２・・カラーフィルタ層
３３・・オンチップレンズ
３４・・電極パッド形成領域
３５・・アライメントマーク形成領域
３６・・ＳＴＩ形成領域
３７・・ＥＤＩ形成領域
３８・・ＢＯＸ層
３９・・基板
４０・・ＳＯＩ基板
４３・・シリコン酸化膜
４４・・フォトレジスト膜
４５・・開口部
４６・・絶縁層
４７・・フォトレジスト膜
４８・・開口
４９・・フォトレジスト膜
５０ａ・・溝
５０ｂ・・溝
５１・・絶縁膜

Claims (9)

  1. 受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子を有する半導体層と、
    前記半導体層に形成された開口部に絶縁材料が埋め込まれて形成されたアライメントマーク用の絶縁層と、
    前記絶縁層を被覆するように、前記半導体層の表面側に形成された保護膜と、
    半導体層の所望の領域に形成された素子分離部であって、半導体層に形成されたトレンチ部と前記トレンチ部に埋め込まれた絶縁膜とからなる素子分離部とを含んで構成され、
    前記保護膜は、前記トレンチ部と同時に形成された溝であって、前記絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して設けられ、前記絶縁層の上部領域が露出するように設けられた溝に埋め込まれて形成され、前記素子分離部を構成する絶縁膜と同時に形成された絶縁膜で構成される
    固体撮像装置。
  2. 前記半導体層の前記保護膜が設けられた表面側に形成された複数の配線層からなる多層配線層と、
    前記多層配線層の所望の配線層で形成された電極パッドと、
    前記電極パッドが臨むように前記半導体層の裏面側から形成された開口部とをさらに有し、
    前記開口部は、前記絶縁層で囲まれた領域に形成されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記絶縁層は窒化シリコンで構成され、前記保護膜は酸化シリコンで構成されている
    請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記絶縁層は、異なる材料からなる複数層の埋め込み膜で形成されている
    請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子からなる複数の画素を含む画素領域が形成された半導体層を含む固体撮像装置の製造方法において、
    前記半導体層に開口部を形成する工程と、
    前記開口部に絶縁材料を埋め込み、アライメントマーク用の絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して前記絶縁層の上部領域が露出するように前記半導体層の表面側に溝を形成すると同時に、前記半導体層の表面側の所望の領域にトレンチ部を形成する工程と、
    前記溝及び前記トレンチ部に絶縁材料を埋め込むことにより、前記溝内に前記絶縁層を保護する保護膜を形成すると共に前記トレンチ部内に素子分離部を形成する工程と、
    を有する固体撮像装置の製造方法。
  6. 前記半導体層の前記保護膜が設けられた表面側に複数の配線層からなる多層配線層を形成する工程と、
    前記多層配線層の所望の配線層で電極パッドを形成する工程と、
    前記電極パッドが臨むように前記半導体層の裏面側から開口部を形成する工程とをさらに有し、
    前記半導体層に形成された前記開口部は、前記絶縁層で囲まれた領域に形成する
    請求項５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
  7. 前記絶縁層は窒化シリコンで形成し、前記保護膜は酸化シリコンで形成する
    請求項５又は６に記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 前記絶縁層は、異なる材料からなる複数層の埋め込み膜を埋め込んで形成する
    請求項５〜７のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 光学レンズと、
    前記光学レンズで集光された光が入射される固体撮像装置であって、
    受光した光の光量に応じた信号電荷を生成する光電変換素子を有する半導体層と、
    前記半導体層に形成された開口部に絶縁材料が埋め込まれて形成されたアライメントマーク用の絶縁層と、
    前記絶縁層を被覆するように、前記半導体層の表面側に形成された保護膜と、
    半導体層の所望の領域に形成された素子分離部であって、半導体層に形成されたトレンチ部と前記トレンチ部に埋め込まれた絶縁膜とからなる素子分離部とを含んで構成され、
    前記保護膜は、前記トレンチ部と同時に形成された溝であって、前記絶縁層の形成領域よりも広い領域を開口して設けられ、前記絶縁層の上部領域が露出するように設けられた溝に埋め込まれて形成され、前記素子分離部を構成する絶縁膜と同時に形成された絶縁膜で構成される固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、
    を備える電子機器。
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