JP5885721B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
増幅トランジスタのゲート電極212と接続配線213とは一体となっている。第1のFD領域209と接続配線213とをシェアードコンタクト214が接続し、第2のFD領域210と接続配線213とはシェアードコンタクト215とで接続されている。シェアードコンタクトとは、半導体領域同士、半導体領域とゲート電極との間、あるいはゲート電極同士を、配線層を介することなく接続するコンタクトのことである。また、図2においては、第2のFD領域210がリセットトランジスタのソースあるいはドレインと共通の領域となっている。211はリセットトランジスタのゲート電極である。
上述の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。また、一般の半導体技術によって形成可能な構成については、その詳細な説明を省略する。
まず、準備する半導体基板31は、シリコンからなり、主面302を有する。そして、半導体基板301には、2つのPDの電荷蓄積領域202、203と、画素セルのトランジスタ303と、周辺回路部のトランジスタ304とが設けられている。図3(a)において、画素部のトランジスタ303はN型のソース・ドレイン領域309とゲート電極308とを有する。電荷蓄積領域202、203の下部にはN型半導体領域314が設けられている。このN型半導体領域314は電荷蓄積領域よりも不純物濃度が低く、電荷蓄積領域と共に光電変換部の一部を構成する。N型半導体領域314の下部には、光電変換部の一部として機能するP型半導体領域315が配置されている。そして、トランジスタ303のソース・ドレイン領域309と第2のFD領域210の下部にはP型半導体領域316が配置されている。周辺回路部のトランジスタ304は、CMOS回路を構成するトランジスタが配置されるが、本実施形態においては、N型のトランジスタのみを示している。周辺回路部のトランジスタ304は、P型の半導体領域313に配されたN型のソース・ドレイン領域311と、ソース・ドレイン領域の間であって半導体基板の主面302上のゲート電極310とを有する。このような素子を有する半導体基板301を準備する。
コンタクトや配線層の配線は複数配置されている。複数の層間絶縁膜319は、酸化シリコンからなる絶縁膜と窒化シリコンからなる絶縁膜とが交互に積層されている。酸化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマCVD法によって、約120nm〜1000nmの膜厚にそれぞれが形成される。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、プラズマCVD法によって、約10nm〜200nmの膜厚にそれぞれが形成される。よって、複数の層間絶縁膜319の大部分は酸化シリコンである。窒化シリコンからなる複数の絶縁膜は、配線層やビアを形成する際のエッチングストップ膜や配線層を構成する金属の拡散防止膜として機能する。複数の層間絶縁膜319は後に導波路のクラッドとなる部材である。
ここで、絶縁膜(不図示)の膜厚は約5〜20nm、絶縁膜305の膜厚は約30〜100nm、絶縁膜306の膜厚は約50〜150nm、絶縁膜317の膜厚は30〜100nmである。絶縁膜317は可能であれば、λ/2n(λ:入射する光の波長、n:屈折率)であることが望まれる。
クラッドである絶縁膜に比べて高い屈折率を有する絶縁膜703が全面に配置されていると、絶縁膜703近傍のクラッドの屈折率が実行的に高まるため、光が広がってしまう。
また、ある光電変換部の上から隣接する光電変換部へ連続した1つの絶縁膜が配置される場合には、隣接する光電変換部に光が混入してしまう可能性がある。よって、絶縁膜703は可能な限り、各光電変換部に対応して分離されていることが望まれる。
なお、下限は平坦化処理の際のプロセスマージンが取れる範囲で設定可能である。また、下限は絶縁膜327を保護膜として使用可能な範囲で設定してもよい。
本実施例は、実施例1の絶縁膜306が配置されていない点、及び実施例1の絶縁膜317の形状が異なる絶縁膜901である点で相違する。
つまり、絶縁膜317がエッチングされる速度よりも第1の絶縁膜となる部材がエッチングされる速度が速い条件で、つまり絶縁膜317に対する第1の絶縁膜のエッチング選択比が高い条件で、エッチングが行われる。例えば、C4F6等のフッ化炭素系のガスと、酸素と、アルゴン等の不活性ガスとを用いた異方性のプラズマエッチングである。図11(d)に示すように、絶縁膜1101のマスク1110に対応した部分が除去され、開口を有する絶縁膜11011となる。なお、他の実施例と同様に、絶縁膜317は、絶縁膜1101を除去する際のエッチングストップ膜として機能しうる。続いて、マスク1110が除去される。そして、開口1116、すなわち図4(a)の開口323を有する複数の層間絶縁膜3191が形成される。引き続き、図4(b)に示すような開口の埋め込み工程が行われる。開口1116の底面は面1117の高さに配置される。
また、エッチングのダメージも低減可能である。
よって、画素部1011のプラグ1903に接さないように絶縁膜1902が配置されることで、固体撮像装置の特性を向上させることが可能となる。
これらは、図19(a)の半導体基板301に含まれている。半導体基板を覆うようにして設けられたゲート絶縁膜2023とゲート絶縁膜延在部2024とが設けられている。
ゲート絶縁膜延在部2024は、ゲート電極2030の下からN型半導体領域2022の上に延在した部分を示している。ゲート絶縁膜2023はゲート絶縁膜延在部2024より厚いが、適宜変更可能である。ゲート電極2030とN型半導体領域2021の上にはシリサイド領域2029が設けられている。酸化シリコンからなる絶縁膜2025と窒化シリコンからなる絶縁膜2026とが、サイドスペーサーを構成している。サイドスペーサーは、ゲート電極2030の側面に接し、N型半導体領域2022の上に設けられている。絶縁膜2026とゲート電極2030との間には絶縁膜2025が配置している。窒化シリコンからなる膜とゲート電極や半導体領域との間に酸化シリコンからなる膜を設けることで、トランジスタの信頼性の低下を抑制可能である。N型半導体領域2021とサイドスペーサーとゲート電極2030とを覆って酸化シリコンからなる絶縁膜2027と窒化シリコンからなる絶縁膜2028とが設けられている。絶縁膜2028は絶縁膜2027の上に設けられている。N型半導体領域2021と窒化シリコンからなる膜との間に酸化シリコンからなる膜が設けられていることで、半導体基板の主面302と窒化シリコンからなる膜とが接さないため、暗電流の発生を低減可能である。ここで、図20(b)の構成と図16〜図19の構成との対応は次のようになる。絶縁膜2025及び絶縁膜2026はサイドスペーサー1714に、絶縁膜2027及び絶縁膜2028は絶縁膜1902に、対応する。
207 ゲート電極
610 複数の絶縁膜
324 高屈折率部材
305 絶縁膜
305 絶縁膜
317 絶縁膜
Claims (10)
- 光電変換部と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタとを半導体基板に有する固体撮像装置の製造方法において、
前記光電変換部と前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタの上に窒化物を有する第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜のうち、前記光電変換部と前記第1のトランジスタの上に設けられた部分は残存させ、前記第2のトランジスタの上に設けられた部分を除去する工程と、
前記第1の絶縁膜を覆うように、前記光電変換部と前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタの上に、酸化物からなる第4の絶縁膜を形成する工程と、
前記第4の絶縁膜のうち、前記光電変換部と前記第1のトランジスタの上に設けられた部分は残存させ、前記第2のトランジスタの上に設けられた部分を除去する工程と、
前記第2のトランジスタの上に設けられた前記第4の絶縁膜を除去する工程の後に、前記第2のトランジスタにシリサイド領域を形成する工程と、
前記第4の絶縁膜を覆うように、前記光電変換部と前記第1のトランジスタと前記シリサイド領域が形成された前記第2のトランジスタの上に、窒化物を有する第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記2の絶縁膜のうち、前記第2のトランジスタの上に設けられた部分は残存させ、前記第1のトランジスタの上に設けられた部分を除去する工程と、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜とを覆うように、前記光電変換部と前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタの上に、第3の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタのそれぞれに対して、電気的な接続を行うためのコンタクトプラグを形成するために、前記第3の絶縁膜をエッチングすることによって前記第3の絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、を有し、
前記第3の絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程において、前記第1の絶縁膜は、前記第1のトランジスタに対応して設けられるコンタクトホールを形成する際のエッチング時にエッチングストップ膜として機能し、前記第2の絶縁膜は、前記第2のトランジスタに対応して設けられるコンタクトホールを形成する際のエッチング時にエッチングストップ膜として機能することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記シリサイド領域を形成する工程は、前記第4の絶縁膜と前記第2のトランジスタの上に金属膜を形成し、熱処理を行う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。
- 前記第1の絶縁膜のうち前記第2のトランジスタの上に設けられた部分を除去する工程において、前記第2のトランジスタのゲート電極の側面に位置するスペーサーが前記第1の絶縁膜から形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第2のトランジスタのソース領域及びドレイン領域の少なくとも一方は、第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域よりも不純物濃度が高い第2の半導体領域とを有することを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記コンタクトホールを形成する工程は、前記第1のトランジスタに対応して設けられる第1のコンタクトホールを形成する工程と、前記第2のトランジスタに対応して設けられる第2のコンタクトホールを形成する工程とを有し、前記第1のコンタクトホールを形成する工程と前記第2のコンタクトホールを形成する工程は別に行われることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記コンタクトプラグを形成する工程の後に、前記光電変換部に対応して設けられた導波路を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記導波路を形成する工程は、前記第3の絶縁膜の上に第5の絶縁膜を形成する工程と、前記第5の絶縁膜の前記光電変換部と対応した部分に開口を形成する工程とを含み、
前記第2の絶縁膜を形成する工程において、前記第2の絶縁膜は前記光電変換部を覆うように形成され、
前記第1のトランジスタの上に設けられた前記第2の絶縁膜を除去する工程において、前記第2の絶縁膜は前記光電変換部の上に残存させ、
前記光電変換部の上に残存した前記第2の絶縁膜は、前記開口を形成する工程におけるエッチングストップ膜として機能することを特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記導波路を形成する工程は、前記開口にコアとなる部材を形成する工程を有し、前記部材は、窒化物からなることを特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第2の絶縁膜と前記部材が接することを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第1のトランジスタは画素部に設けられており、前記第2のトランジスタは周辺回路部に設けられていることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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