JP6630392B2

JP6630392B2 - 固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置、および、カメラ

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Publication number: JP6630392B2
Application number: JP2018078629A
Authority: JP
Inventors: 敏弘庄山
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Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2020-01-15
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Also published as: JP2018117156A

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置およびカメラに関する。

製造工程中のプラズマダメージから保護するために、フォトダイオードを含む光電変換部上にシリコン窒化膜を配した構造の固体撮像装置が提案されている。特許文献１は、ＭＯＳトランジスタのサイドスペーサの材料となるシリコン窒化膜を、光電変換部上ではエッチバックすることなく残した構造の固体撮像装置の製造方法を記載している。具体的に、シリコン窒化膜を堆積した後に、周辺回路領域ではエッチバックによりＭＯＳトランジスタのサイドウォールとなるように加工を行い、光電変換領域はマスクにより保護する。この方法によれば、光電変換部へのプラズマダメージを低減することができる。

特開２００８−４１７２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、光電変換部及び画素領域内のトランジスタのほぼ全面がシリコン窒化膜で覆われた構造となる。シリコン窒化膜は水素が透過しにくいため、水素シンタリング時の水素拡散がシリコン窒化膜に遮蔽されてしまう。その結果、ゲート絶縁膜のダングリングボンドの水素終端が不十分となって、低ノイズの固体撮像装置を得ることが困難となる。

そこで本発明は、トランジスタのゲート絶縁膜のダングリングボンドの水素終端を効果的に実施可能となる構造の固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の1つの側面は、複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法に係り、前記製造方法は、前記複数の画素の１つに含まれる光電変換素子、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの上に、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜またはシリコン炭窒化膜である第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜のうち、少なくとも前記第２のトランジスタのポリシリコンからなるゲート電極の上に位置する部分に開口を形成する工程と、前記第１の絶縁膜の上に、前記開口を覆うように、シリコン酸化膜である第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜の上に前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、第１のトランジスタの上において、前記層間絶縁膜、前記第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜をエッチングすることにより、前記層間絶縁膜、前記第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、前記第１のトランジスタへ接続するコンタクトプラグを前記コンタクトホールに形成する工程と、を含む。

本発明によれば、トランジスタのゲート絶縁膜のダングリングボンドの水素終端を効果的に実施可能な構造の固体撮像装置を提供することができる。

発明の実施形態に対応する固体撮像装置の等価回路及び平面配置の一例を示す図。発明の第１の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第１の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第１の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第１の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第１の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第２の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。発明の第２の実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法の一例を示す図。

以下、本発明のより具体的な実施形態を説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。例えば、以下の実施形態では、固体撮像装置をいわゆる表面照射型の固体撮像装置について説明するが、本発明は、裏面照射型の固体撮像装置にも適用が可能である。

（実施形態１）
図１から図５を参照しながら、発明の第１の実施形態の固体撮像装置およびその製造方法を説明する。

図１（ａ）に固体撮像装置の平面配置図の一例を示す。固体撮像装置１６００は光電変換部１６１０が配された画素部１６１１と周辺回路（１６１２〜１６１４）が配された周辺回路部１６１６とを含む。これら画素部１６１１と周辺回路部１６１６は単一の半導体基板１０１の上に設けられている。

図１（ａ）に示すように、周辺回路部１６１６には信号処理回路１６１２、垂直シフトレジスタ１６１３、水平シフトレジスタ１６１４が含まれる。信号処理回路１６１２は、光電変換部１６１０から読み出された信号の増幅や画素のノイズをＣＤＳ処理により除去する回路である。また２次元に配置された光電変換部１６１０から行単位で複数並列に読み出された信号を、外部に出力するためにシリアルな信号に変換するための回路であっても良い。垂直シフトレジスタ１６１３は画素部１６１１に配された光電変換部１６１０を行単位で選択して、駆動するための駆動回路である。水平シフトレジスタ１６１４は信号処理回路１６１２のＭＯＳトランジスタを駆動して信号処理回路１６１２から信号を外部に転送するための回路である。固体撮像装置１６００においてＡＤ変換を行なう場合には、ＡＤ変換回路が周辺回路に含まれても良い。

図１（ｂ）は、本発明の固体撮像装置における光電変換部１６１０の等価回路図の一例を示す図である。光電変換部１６１０は、少なくとも光電変換素子１と転送ＭＯＳトランジスタ２とリセットＭＯＳトランジスタ４と増幅ＭＯＳトランジスタ５を含んでいる。ここでは、リセットＭＯＳトランジスタ４のドレインに供給する電圧により画素を選択する構成としている。光電変換素子１は例えばフォトダイオードであり、入射光を光電変換により電荷に変換する。この例ではアノード側が接地されている。フォトダイオード１のカソード側は、転送ＭＯＳトランジスタ２を介してフローティングディフュージョン（浮遊拡散領域：ＦＤ）３に接続されている。転送ＭＯＳトランジスタ２は光電変換素子の電荷を転送して、増幅部である増幅ＭＯＳトランジスタ５にゲート電位を与えるための転送部として機能する。
増幅ＭＯＳトランジスタ５は光電変換素子１で生じた電荷による電位変化に基づく信号を生成し、信号線に出力するものである。ここで電位変化させる対象は、光電変換素子１から電荷が転送される際にフローティングとなっているノードであればよく、フローティングディフュージョン３が用いられる。このＦＤ３と増幅ＭＯＳトランジスタ５のゲートが接続されており、ＦＤ３の電位変化に基づく信号を信号線に出力する。この時、ソースフォロワ動作により電荷を増幅して出力するため、ＭＯＳトランジスタ５は増幅素子といえる。電源（ＶＤＤ）、増幅ＭＯＳトランジスタ５、信号線、定電流源６によりソースフォロワ回路を構成している。この例では、リセットＭＯＳトランジスタ４のドレイン電圧により選択動作を行なっているが、選択用ＭＯＳトランジスタを設けて、これにより選択を行なってもよい。

次に、図２から図６は本実施形態に対応する固体撮像装置の製造工程を示す模式的断面図である。本実施形態においては、光電変換部１６１０に配される、光電変換素子１に対応するフォトダイオード３０１、転送ＭＯＳトランジスタ２に対応する第１のＭＯＳトランジスタ３０２、リセットＭＯＳトランジスタ４に対応する第２のＭＯＳトランジスタ３０３、増幅（ソースフォロワ）ＭＯＳトランジスタ５に対応する第３のＭＯＳトランジスタ３０４を例に説明する。

第１の実施形態に対応する固体撮像装置は、画素部１６１１と、周辺回路部１６１６とを含むように構成することができる。画素部１６１１は、典型的には複数の画素を含み、各画素は１つの光電変換素子を含む。周辺回路部１６１６は、画素部１６１１以外の領域であり、上述の垂直走査回路（行選択回路）等を含みうる。図２から図６では、２つの光電変換素子及び３つのトランジスタを含む画素部１６１１と、１つのトランジスタ３０５を含む周辺回路部１６１６とを示している。しかし、当該構成は説明の簡単のために簡略化して示したものであって、実際には、画素部１６１１は、より多くの光電変換素子及びトランジスタを含み、また、周辺回路部１６１６は、より多くのトランジスタを含むことができる。

以下、本実施形態に対応する固体撮像装置の製造方法を説明する。まず、図２（ａ）に示す工程では、トランジスタおよび光電変換素子などの素子が形成された半導体基板１０１が準備される。半導体基板１０１は、典型的には、シリコン基板であり、主面１０２を有する。半導体基板１０１は、光電変換素子（フォトダイオード）をそれぞれ構成するＮ型半導体領域２０２、２０３と、画素部１６１１のトランジスタ３０２、３０３、３０４と、周辺回路部１６１６のトランジスタ３０５とを含む。Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、電荷（この例では電子）を蓄積する電荷蓄積領域として機能する。転送ＭＯＳトランジスタのゲート電極２０６、２０７は、それぞれＮ型半導体領域２０２、２０３に対応し、Ｎ型半導体領域２０２、２０３の電荷を転送する機能を有する。半導体基板１０１の基板表面のより深い位置には、Ｎ型半導体領域３１４が設けられている。Ｎ型半導体領域３１４は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３よりも低い不純物濃度で形成されている。領域３１４はＰ型半導体領域として形成されてもよい。Ｎ型半導体領域３１４より更に深い位置には、Ｐ型半導体領域３１５が形成されている。

図２（ａ）に示す構造において、少なくともＮ型半導体領域２０２、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換素子が構成される。同様に、少なくともＮ型半導体領域２０３、Ｎ型半導体領域３１４およびＰ型半導体領域３１５によって１つの光電変換素子３０１が構成される。なお、Ｎ型半導体領域２０２、２０３は、分離部２１６によって相互に分離されている。

画素部１６１１のリセットＭＯＳ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。画素部１６１１の増幅ＭＯＳトランジスタ３０４は、Ｎ型のソース・ドレイン領域３１１と、ゲート電極３１０とを有する。リセットＭＯＳトランジスタ３０３のソース・ドレイン領域３０９、増幅ＭＯＳトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１およびフローティングディフュージョン２１０に対して、半導体基板１０１の基板表面のより深い位置には、Ｐ型半導体領域３１６が形成されている。

周辺回路部１６１６には、ＣＭＯＳ回路を構成するＮＭＯＳトランジスタおよびＰＭＯＳトランジスタが複数配置されるが、図２から図６では、簡略化のためにＮＭＯＳトランジスタのみを例示している。周辺回路部１６１６のトランジスタ３０５は、Ｐ型の半導体領域３１７に配置されたＮ型のソース・ドレイン領域３１３と、ソース・ドレイン領域３１３の間であって半導体基板１０１の主面１０２の上に配置されたゲート電極３１２とを有する。なお、図２から図６において、簡略化のため、半導体基板１０１の主面１０２上に形成され、その上にゲート電極３１２が形成されることとなるゲート絶縁膜の図示を省略している。当該ゲート絶縁膜は、半導体基板１０１を熱酸化して形成されたシリコン酸化膜でありうる。トランジスタ３０３、３０４、３０５等は、素子分離部２１７によって相互に分離されている。

次いで、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域における半導体基板１０１の主面１０２の上に、複数の積層された絶縁膜３０６が形成される。図２（ｂ）は、絶縁膜３０６が形成された状態の一例を示す。具体的には、半導体基板１０１の主面１０２の上に絶縁膜３０６として、シリコン窒化膜を形成することができる。当該シリコン窒化膜は、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ法）により形成されたシリコン窒化膜を使用することが望ましい。プラズマＣＶＤ法ではなく、このＬＰ−ＣＶＤ法を採用するのは以下の理由による。まず、プラズマＣＶＤ法によれば、シリコン窒化膜を水素を多く含有する膜として形成できるので水素シンタリング時に水素拡散が可能となる。しかし、その一方で成膜時に光電変換素子のＳｉ結晶へプラズマダメージを与えてしまい、固体撮像素子の暗電流増加の可能性がある。よって、この段階ではプラズマＣＶＤ法ではなくＬＰ−ＣＶＤ法を採用している。

なお、絶縁膜３０６は、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）以外の、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ）等の窒素を含むシリコン化合物で構成されてもよい。これらのシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン炭窒化膜は、水素が透過しにくい性質を有しており、水素シンタリングの際に水素拡散を遮蔽しうる。なお、主面１０２と絶縁膜３０６との間に緩衝膜としてシリコン酸化膜を形成してもよい。次いで、パターニングを行うために、第３のトランジスタ３０４のゲート電極３１０の少なくとも一部を含む領域と周辺回路部１６１６を開口するようにフォトレジスト３２８を形成する。ゲート電極３１０の少なくとも一部を含む領域は、第３のトランジスタ３０４のゲート電極３１０下のチャネルが形成される領域が含まれる。図２（ｃ）は、フォトレジスト３２８が形成された状態の一例を示す。

フォトレジスト３２８を用いたパターニングにより、図３（ａ）に示すようにエッチングされ、ゲート電極３１０とゲート電極３１２の側壁にそれぞれサイドスペーサ３１８、サイドスペーサ３１９が形成される。その際、絶縁膜３０６のうち、サイドスペーサで覆われていない領域は除去されうる。これにより、ゲート電極３１０上に形成されていた絶縁膜３０６が除去され、チャネルの上に位置する部分に開口部３０６ａが形成される。また、サイドスペーサ３１８近傍のソース・ドレイン領域３１１の一部に、或いは、サイドスペーサ３１８に隣接して開口部３０６ｂが形成される。なお周辺回路部１６１６では、サイドスペーサ３１９を利用して、更にリンやヒ素などのイオン注入を行うことで、サイドスペーサが存在する領域よりもサイドスペーサが存在しない領域に対して多くのイオンが注入され、ソース・ドレイン領域３１３をＬＤＤ（Ligihtly Doped Drain）構造とすることができる。

画素部１６１１においてトランジスタ３０４のゲート電極３１０の一部を含む開口部３０６ａを除いた部分に残った絶縁膜３０６は、ＭＯＳトランジスタ上等にコンタクトホールを形成する際のエッチングストッパとして利用されうるほか、光電変換素子の反射防止膜として利用されうる。ここで、トランジスタ３０４のソース・ドレイン領域やゲート電極３１０の一部にも絶縁膜３０６は残されており、コンタクトホール形成時にエッチングストッパとして利用される。

ソース・ドレイン領域３１３及びゲート電極３１２には、例えばコバルト等の高融点金属を堆積し、熱処理を行うことでコバルトシリサイド等の高融点金属のシリサイド層が設けられうる。シリサイド層は、周辺回路部１６１６のトランジスタのみに選択的に形成されうる。これは、ソース・ドレイン領域３１３及びゲート電極３１２の電気抵抗を低減するためである。選択的にシリサイド層を形成するために、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示す工程を経てシリサイド層を形成しない領域をマスクする。まず、図３（ｂ）に示すように、主面１０２の上にシリコン酸化膜３０７を形成する。当該シリコン酸化膜３０７は、図３（ａ）で形成されたゲート電極３１０上に形成された絶縁膜３０６の開口部３０６ａを覆い、ゲート電極３１０と接触するように形成される。また、パターニングで露出したサイドスペーサ近傍の絶縁膜３０６の開口部３０６ｂの側面を覆うように形成され、開口部３０６ｂにはシリコン酸化膜３０７が充填される。シリコン酸化膜は、シリコン窒化膜とは逆に、水素が透過しやすい性質を有する。よって、水素シンタリング時にシリコン酸化膜３０７及び開口部３０６ａを通る水素の経路を確保することができる。

次に、シリサイド層を形成すべき周辺回路部１６１６のみ、エッチングによりシリコン酸化膜３０７を除去する。これにより、図３（ｃ）に示すように、ゲート電極３１２とソース・ドレイン領域３１３とが露出する。そして、コバルト等の高融点金属を堆積し、熱処理を行うことで、図４（ａ）に示すようにこのＳｉが露出した部分のみにシリサイド層３２０を自己整合的に形成することができる。なお、シリサイド層３２０はソース・ドレイン領域３１３及びゲート電極３１２のいずれか１か所のみに設けられていてもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域に、絶縁膜３２１が形成されうる。絶縁膜３２１はシリコン窒化膜として形成することができる。なお、シリコン窒化膜を形成する前に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方に、シリコン酸化膜を形成してもよい。これは膜の応力緩和により、密着性を向上させるためである。

次いで、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている絶縁膜３２１をパターニングする。ここで、シリコン窒化膜と共にシリコン酸化膜を形成した場合には、シリコン窒化膜と同じ形状にパターニングされてもよい。これにより図４（ｃ）に示すように、画素部１６１１の領域においては、絶縁膜３２１はエッチングによって除去されている。また、周辺回路部１６１６において、絶縁膜３２１は、エッチングされることなく残されている。ここで、絶縁膜３２１のシリコン窒化膜は、例えば第２の実施形態で後述するように目的に応じて、光電変換素子の一部に残すように形成してもよい。

次いで、図５（ａ）から（ｃ）に示す工程では、層間絶縁膜３２４と、コンタクトプラグ３２５と、第１の配線層３２６と、ビアプラグを含む第２の配線層３２７と、複数の層間絶縁膜３２９とからなる配線層３３２が形成されうる。まず、図５（ａ）に示すように、シリコン酸化膜３０７及び絶縁膜３２１の上に、例えばＣＶＤ法により層間絶縁膜３２４が形成される。次に、フォトリソグラフィ工程及びそれに続く反応性イオンエッチング法を用いたエッチング工程により、層間絶縁膜３２４とシリコン酸化膜３０７及び絶縁膜３０６を貫通するコンタクトホールを形成する。次に、例えば、形成されたコンタクトホールを埋めるとともに、層間絶縁膜３２４を覆うように例えばタングステン主成分とする金属間化合物をＣＶＤ法により成長させる。次に形成された金属膜をＣＭＰ法により研磨し、コンタクトホールを除く部分の金属膜を除去して、図５（ｂ）に示すように各ＭＯＳトランジスタ上にコンタクトプラグ３２５を形成する。その後、層間絶縁膜３２４上に第１の配線層３２６及び第２の配線層３２７を更に形成し、図５（ｃ）の状態とする。

なお、層間絶縁膜３２４及び複数の層間絶縁膜３２９は、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを交互に積層して構成されうる。第１の配線層３２６および第２の配線層３２７は、例えば、銅を主成分とする材料によってダマシン法によって形成されうるが、例えば、アルミニウムなどの他の材料によって形成されてもよい。

次いで、絶縁膜３３４を形成する。図６は絶縁膜３３４を形成した状態の一例を示す図である。当該絶縁膜３３４は窒素を含むシリコン化合物であり、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜のいずれか、もしくはその積層膜で形成することができる。本例の絶縁膜３３４は、酸窒化シリコン層、窒化シリコン層、酸窒化シリコン層がこの順で積層された積層膜である。下層と上層の酸窒化シリコン層はそれぞれ反射防止層として機能し得る。また、シリコン窒化膜はプラズマＣＶＤにより形成され、水素を多く含む膜であることが望ましい。これは、後の水素シンタリング時に、シリコン窒化膜が水素の供給源となりうるからである。その後、入力パッドおよび出力パッドなどのパッドに対応する領域における絶縁膜を除去することで、絶縁膜３３４が形成される。

次いで、水素雰囲気中でシンタリング処理を行う。本実施形態では、増幅ＭＯＳトランジスタ５に対応する第３のＭＯＳトランジスタ３０４のゲート電極３１０の上面の絶縁膜３０６に開口部３０６ａが形成される。よって、開口部３０６ａを介して水素がポリシリコンのゲート電極３１０に導入され、ゲート絶縁膜のダングリングボンドの水素終端が可能となる。なお、絶縁膜３３４は水素を多く含むように形成されるので、絶縁膜３３４をはじめとするシリコン窒化膜からの水素拡散が起こり、１００％水素ガスによるシンタリング処理が必ずしも必要ではなく、窒素に数％の水素を添加したガス雰囲気中や、窒素ガス雰囲気のみのアニールであったとしても、本発明の効果は失われない。次いで、樹脂からなる平坦化層（不図示）と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層（不図示）と、マイクロレンズを含むマイクロレンズ層（不図示）とがこの順で形成される。

次に図１（ｃ）、（ｄ）を参照して、発明の実施形態に対応する第３のＭＯＳトランジスタ３０４のチャネル上方に形成された開口部３０６ａについて更に説明する。図１（ｃ）は、本実施形態で形成される画素部１６１１における光電変換部１６１０の平面配置図の一例を示す。光電変換部１６１０には、光電変換素子３０１、第１のＭＯＳトランジスタ３０２、第２のＭＯＳトランジスタ３０３、第３のＭＯＳトランジスタ３０４が含まれる。また、少なくとも光電変換素子３０１、第１のＭＯＳトランジスタ３０２、第２のＭＯＳトランジスタ３０３、第３のＭＯＳトランジスタ３０４を覆うようにシリコン窒化膜３０６が形成されている。但し、上記のように第３のＭＯＳトランジスタ３０４のゲート電極３１０上には、シリコン窒化膜の絶縁膜３０６に開口部３０６ａが設けられている。当該開口部３０６ａは、図１（ｃ）に示すようにトランジスタのチャネル領域に対応するゲート電極上の一部に形成され、ゲート電極３１０に形成されたコンタクトホール７０１とは独立して形成されている。また、開口部３０６ａの近傍には、サイドスペーサ３１８（図１（ｃ）では省略）を介してソース・ドレイン領域３１１の一部に開口部３０６ｂが形成されている。当該サイドスペーサ３１８は、開口部３０６ａと３０６ｂとで囲まれる、或いは、挟まれるように配置される。

図１（ｄ）は、図１（ｃ）のＡ−Ｂ線における模式的断面図である。図１（ｄ）は、ゲート電極３１０、絶縁膜３０６及びコンタクトホール７０１の関連を説明するための図であり、それらの要素のみを記載している。図１（ｄ）に示すように、ゲート電極３１０上に形成された絶縁膜３０６には、チャネル領域に対応する部分に開口部３０６ａが形成され、開口部３０６ａとは独立にコンタクトホール７０１も形成されている。当該コンタクトホール７０１にはコンタクトプラグが形成されるので、絶縁膜３０６はコンタクトホール７０１を介してコンタクトプラグと接触する一方、開口部３０６ａを介してはコンタクトプラグと接触することはない。図１（ｃ）、（ｄ）では省略しているが、図５（ｂ）に示すとおり、絶縁膜３０６は第３のＭＯＳトランジスタ３０４のソース・ドレイン領域３１１上に形成されるコンタクトプラグ３２５とも接触する。

なお、図１（ｃ）、（ｄ）は、主として第３のＭＯＳトランジスタ３０４における絶縁膜３０６の開口をゲート電極３１０に形成されるコンタクトホール７０１との関連で説明することを目的とした図であって、絶縁膜３０６の形状はあくまで例示的に示したに過ぎない。よって、絶縁膜３０６が有する形状は図１（ｃ）に示す形状に限定されるものではない。

以上の本実施形態によれば、画素部１６１１の第３のＭＯＳトランジスタ３０４のゲート電極３１０の上面の絶縁膜３０６に開口部３０６ａが形成される。これにより、水素シンタリングの際に当該開口部３０６ａを介して水素供給を促進することができる。すなわち、コンタクトエッチング時のエッチングストッパ膜や光電変換素子上の反射防止膜であるシリコン窒化膜を残したまま、水素シンタリング等の熱処理時に水素供給を妨げることがなくなる。特に、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の界面のダングリングボンドに水素供給が確実に行われ、低ノイズの固体撮像装置の製造が可能になる。なお、本実施形態では増幅ＭＯＳトランジスタ３０４に本発明を適用する場合を説明したが、追加的に、転送ＭＯＳトランジスタ３０２やリセットＭＯＳトランジスタ３０３についてゲート電極の上面の絶縁膜３０６に開口部を形成してもよい。

（実施形態２）
次に、図７及び図８を参照しながら発明の第２の実施形態に対応する固体撮像装置およびその製造方法を説明する。本実施形態は、光電変換素子の上面に導波路を有する構造に関する。まず、実施形態１で説明した図２（ａ）から図４（ｂ）に対応する製造工程と同様の方法により、図７（ａ）に示す状態となる。図７（ａ）に示す状態は、実施形態１で図４（ｂ）に示したものと同様である。ここで、画素部１６１１は、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３を備える。また、ゲート電極をシリコン窒化膜を含む絶縁膜３０６が覆っている第１のＭＯＳトランジスタ３０２及び第２のＭＯＳトランジスタ３０３と、ゲート電極３１０の一部にシリコン窒化膜３０６の開口部３０６ａを有する第３のＭＯＳトランジスタ３０４とを備える。また、周辺回路部１６１６には、絶縁膜３０６と同じシリコン窒化膜を含む絶縁膜で形成されたサイドスペーサを有するＭＯＳトランジスタ３０５を有する。

当該構造において画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方の領域を覆うように絶縁膜３２１が形成されている。当該絶縁膜３２１はシリコン窒化膜を含むように形成されるが、シリコン窒化膜を形成する前に、画素部１６１１および周辺回路部１６１６の双方を覆うように、シリコン酸化膜が形成されてもよい。これは、膜の応力緩和により密着性を向上させるためである。

次いで、図７（ｂ）に示す工程では、画素部１６１１と周辺回路部１６１６に形成されている絶縁膜３２１をパターニングする。ここで、シリコン窒化膜と共にシリコン酸化膜を形成していた場合、シリコン酸化膜もシリコン窒化膜と同じ形状にパターニングされてもよい。なお図４（ｃ）でも同様に絶縁膜３２１がパターニングされた状態を示している。但し、図４（ｃ）と異なり図７（ｂ）では、電荷蓄積領域としてのＮ型半導体領域２０２、２０３の上、すなわち光電変換素子の少なくとも一部と、第１のＭＯＳトランジスタ３０２のゲート電極２０７の少なくとも一部を、絶縁膜３２１が覆ったままとなっている。画素部１６１１の他の領域は、絶縁膜３２１がエッチングによって除去されている。また、周辺回路部１６１６では、絶縁膜３２１は、図４（ｃ）と同様にエッチングされることなく残されている。

続いて、実施形態１において図５（ａ）から（ｃ）との関連で説明した方法と同様の方法により、図７（ｃ）に示すように、層間絶縁膜３２４、コンタクトプラグ３２５、複数の配線層３２６、３２７、複数の層間絶縁膜３２９からなる配線層３３２を形成する。次いで、図８（ａ）に示す工程では、配線層３３２の複数の層間絶縁膜に開口３２３が形成される。開口３２３は、複数の層間絶縁膜の上に、光電変換素子（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）に対応した領域に開口を有するフォトレジストパターンを形成し、それをマスクとして複数の層間絶縁膜をエッチングすることによって形成されうる。このエッチングは、例えば異方性エッチングでありうる。具体的には、絶縁膜３２１のシリコン窒化膜が露出するまで、複数の層間絶縁に対してプラズマエッチング処理が行われうる。絶縁膜３２１のシリコン窒化膜は、エッチング時における光電変換素子（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）へのプラズマダメージを低減するための膜であり、また、エッチングストップ膜としても機能する。

次いで、図８（ｂ）に示す工程では、開口３２３に、クラッドとなる複数の層間絶縁膜よりも屈折率の高い透明材料を充填し、これにより、光電変換素子に光を導くための光導波路のコアとなる部分を形成する。ここでは、酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンを開口３２３に形成する。具体的には、高密度プラズマＣＶＤ法（ＨｉｇｈＤｅｎｓｉｔｙＰｌａｓｍａ−ＣＶＤ法、以下、ＨＤＰ−ＣＶＤ法）によって窒化シリコンを全面に堆積し、これにより開口３２３に窒化シリコンを充填する。これにより水素を多く含む窒化シリコン層が形成され、水素シンタリング時に水素の拡散が起こり、光電変換素子（Ｎ型半導体領域２０２、２０３）への水素供給が確実に行われることとなる。なお、開口３２３の以外の部分に形成された窒化シリコンは、例えば化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、以下ＣＭＰ）あるいはプラズマエッチングによって除去されうる。この工程により、窒化シリコンの表面が平坦化されてシリコン窒化膜３３９が形成されうる。

図８（ｂ）に示す例では、周辺回路部１６１６におけるシリコン窒化膜３３９は除去されている。しかしながら、シリコン窒化膜３３９は、それらの全体領域のうち少なくとも後述のビアプラグ３３１を形成すべき領域が除去されれば十分である。その後、シリコン窒化膜３３９を覆うように、絶縁膜３３０が形成される。絶縁膜３３０は、例えばシリコン酸化膜として形成されうる。絶縁膜３３０は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成されうる。次いで、配線層３３２の配線へ接続するビアプラグ３３１が形成される。ビアプラグ３３１は、例えばタングステンで構成され、チタンや窒化チタンのバリアメタルを有しうる。次いで、ビアプラグ３３１の上方に第３の配線層３３３が形成されうる。第３の配線層３３３は、例えばアルミニウムを主成分とする導電体で構成されうる。ここで、第３の配線層３３３は、周辺回路領域の遮光膜としても機能し得る。

次いで、図８（ｃ）に示す工程では、絶縁膜３３４を形成するための第１の絶縁層３３５と、第１の絶縁層３３５よりも厚い第２の絶縁層３３６とをこの順で形成する。そして、該第２の絶縁層３３６上にレンズ形状のフォトレジストパターンを形成し、それをマスクとして該第２の絶縁層３３６をエッチングすることにより、該第２の絶縁層に層内レンズ３３７を形成する。その後、層内レンズ上に第３の絶縁層３３８を形成する。第３の配線層３３３のうち入力パッドおよび出力パッドなどのパッドに対応する領域の上の絶縁膜３３４を除去する。ここで、第２の絶縁層３３６は層内レンズ３３７を有するレンズ層であり、第１の絶縁層３３５および第３の絶縁層３３８は、第２の絶縁層３３６の反射防止として機能しうる。以上の層内レンズ３３７は、光の集光を高めるために形成されうるが、本発明に関しては必ずしも必須のものではない。次いで、樹脂からなる平坦化層（不図示）と、複数の色に対応したカラーフィルタを含むカラーフィルタ層（不図示）と、マイクロレンズを含むマイクロレンズ層（不図示）とがこの順で形成される。

本実施形態においても、図１（ｃ）及び（ｄ）に示したように画素部１６１１の第３のＭＯＳトランジスタ３０４のゲート電極３１０の上面の絶縁膜３０６に開口部３０６ａが形成される。これにより、水素シンタリングの際に当該開口部３０６ａを介して水素供給を促進することができる。その上、本実施形態では光電変換素子に光を導くための光導波路に水素を多く含む窒化シリコンを充填することができ、これにより水素シンタリング時に光電変換素子への水素供給も促進できる。以上の方法により、ノイズ特性に優れた固体撮像装置の製造が可能になる。すなわち、コンタクトエッチング時のエッチングストッパ膜や光電変換素子上の反射防止膜であるシリコン窒化膜を残したまま、水素シンタリング等の熱処理時に水素供給を妨げることがなくなる。これにより、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の界面のダングリングボンドや光電変換素子へ水素供給が確実に行われ、低ノイズの固体撮像装置の製造が可能になる。

なお、実施形態１と同様、本実施形態でも転送ＭＯＳトランジスタ３０２やリセットＭＯＳトランジスタ３０３についてゲート電極の上面の絶縁膜３０６に開口部を形成してもよい。

以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

１：光電変換素子、２：転送ＭＯＳトランジスタ、３：フローティングディフュージョン（ＦＤ）、４：リセットＭＯＳトランジスタ、５：増幅ＭＯＳトランジスタ、６：電流源、１６１１：画素部、１６１６：周辺回路部、２０２、２０３：電荷蓄積領域、２０６：ゲート電極、２１７：素子分離部、１０１：半導体基板、１０２：基板主面、３０１：光電変換素子、３０２：転送ＭＯＳトランジスタ、３０３：リセットＭＯＳトランジスタ、３０４増幅ＭＯＳトランジスタ、３０５：トランジスタ（周辺回路）、３０６：シリコン窒化膜、３０６ａ、３０６ｂ：開口部

Claims

複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記複数の画素の１つに含まれる光電変換素子、第１のトランジスタおよび第２のトランジスタの上に、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜またはシリコン炭窒化膜である第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜のうち、少なくとも前記第２のトランジスタのポリシリコンからなるゲート電極の上に位置する部分に開口を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜の上に、前記開口を覆うように、シリコン酸化膜である第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜の上に前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタを覆う層間絶縁膜を形成する工程と、
第１のトランジスタの上において、前記層間絶縁膜、前記第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜をエッチングすることにより、前記層間絶縁膜、前記第２の絶縁膜および前記第１の絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程と、
前記第１のトランジスタへ接続するコンタクトプラグを前記コンタクトホールに形成する工程と、を含む、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記開口を形成する工程では、前記第２のトランジスタの上において前記第１の絶縁膜をエッチングし、前記エッチングにより、前記第２のトランジスタの前記ゲート電極の側面に前記第１の絶縁膜からサイドスペーサが形成され、
前記開口を有する前記第１の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜が前記第２のトランジスタのための素子分離部を覆う、
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。
前記層間絶縁膜を形成する工程の後に、水素雰囲気中で熱処理を行う工程を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
複数の画素を備える固体撮像装置であって、
前記複数の画素の１つに含まれる光電変換素子と、
前記複数の画素の１つに含まれる第１のトランジスタと、
前記複数の画素の１つに含まれる第２のトランジスタと、
前記第１のトランジスタおよび前記第２のトランジスタを覆う層間絶縁膜と、
前記第１のトランジスタに接続され、前記層間絶縁膜に接して設けられた第１のコンタクトプラグと、
前記第２のトランジスタに接続され、前記層間絶縁膜に接して設けられた第２のコンタクトプラグと、
前記層間絶縁膜と前記第１のトランジスタとの間に配され、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜またはシリコン炭窒化膜である第１の絶縁膜と、
前記層間絶縁膜と第１の絶縁膜との間に配され、シリコン酸化膜である第２の絶縁膜と、
を備え、
前記第１の絶縁膜は、前記第２のトランジスタのポリシリコンからなるゲート電極の上に開口を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記第１のトランジスタと、前記第１の絶縁膜の前記開口の側面と、前記第２のトランジスタと、を覆う、
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記第１のコンタクトプラグは、前記第１の絶縁膜および前記第２の絶縁膜に接する、ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
前記層間絶縁膜で覆われた第３のトランジスタと、前記第３のトランジスタに接続され、前記層間絶縁膜に接して設けられた第３のコンタクトプラグと、をさらに備え、前記第３のコンタクトプラグは前記第１の絶縁膜から離れている、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体撮像装置。
前記光電変換素子の上には光導波路が設けられており、前記光導波路と前記光電変換素子との間に前記第１の絶縁膜が延在することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１の絶縁膜は、前記第２のトランジスタのための素子分離部を覆うことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記開口が、前記第２のトランジスタの前記ゲート電極の上に設けられており、前記第１の絶縁膜は、前記第２のトランジスタの前記ゲート電極の上面を覆う、ことを特徴とする請求項４乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第２のコンタクトプラグが、前記第２のトランジスタのドレイン領域の上に位置しており、前記開口が、前記第２のコンタクトプラグと前記第２のトランジスタのゲート電極との間に設けられていることを特徴とする請求項４乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第２のトランジスタのゲート電極の側面には窒素を含むシリコン化合物からなるサイドスペーサが設けられ、
前記第２の絶縁膜の一部が前記開口の側面と前記サイドスペーサとの間に位置することを特徴とする請求項４乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第２のトランジスタは、前記光電変換素子で生じた電荷に基づく信号を生成するトランジスタであることを特徴とする請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
請求項４乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と
を備えることを特徴とするカメラ。