JPH05299522A

JPH05299522A - 層間絶縁膜とそれを用いた半導体装置と固体撮像装置およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05299522A
Application number: JP5030417A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Mizushima; 一嘉水嶌; Hiroyuki Okada; 裕幸岡田
Original assignee: Matsushita Electronics Corp
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1993-11-12
Anticipated expiration: 2018-02-24
Also published as: JP3381291B2

Abstract

(57)【要約】【目的】層間絶縁膜の薄膜化を容易なものとする。【構成】Ｎ型半導体基板２１上には、転送ゲート電極
２２が形成されている。転送ゲート電極２２は第１の転
送ゲート電極と第２の転送ゲート電極が１対となってい
る。この１対の転送ゲート電極２２は、層間絶縁膜２５
を挟んで紙面の上下方向に直線状に配置されている。転
送ゲート電極２２と隣接してフォトダイオード２３が形
成されている。すなわち紙面の左右方向には転送ゲート
電極２２とフォトダイオード２３とが１対となり、この
対が横方向に直線状に配列している。このように転送ゲ
ート電極２２とフォトダイオード２３はＮ型半導体基板
２１上にマトリックス状に配置されている。撮像領域の
１ピッチはフォトダイオード２３と隣接する転送ゲート
電極２２が単位となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、層間絶縁膜とそれを用
いた半導体装置と固体撮像装置およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体装置の構造として、固体撮
像装置の断面図を一例として、図９を参照しながら説明
する。

【０００３】図９において、１はＮ型半導体基板、２は
フォトダイオード、３は転送チャンネル、４はゲート絶
縁膜、５は転送ゲート電極、６は層間膜、７は第一の遮
光膜、８は層間絶縁膜、９はコンタクトホール、１０は
拡散層、１１は配線層、１２は第二の遮光膜、１３は最
終保護膜である。

【０００４】Ｎ型半導体基板１に不純物を選択的に注入
し、熱拡散を行ってフォトダイオード２と転送チャンネ
ル３が形成されている。フォトダイオード２は外部から
入射した光を内部で光電変換されてフォトキャリアを生
成する。次に転送チャンネル３上であって、Ｎ型半導体
基板１上にゲート絶縁膜４を介して転送ゲート電極５が
形成されている。転送ゲート電極５に所定の電圧パルス
を印加すると、フォトダイオード２で形成されたフォト
キャリアは転送チャンネル３に転送される。転送ゲート
電極５を覆うように層間膜６が形成されている。層間膜
６上の所定領域に形成された第一の遮光膜７は転送チャ
ンネル３を遮光するように形成されている。これによっ
て、固体撮像装置のスミア特性を改善することが特開平
２−１５６６７０号公報に報告されている。Ｎ型半導体
基板１とコンタクトをとる部分は、ゲート絶縁膜４や層
間膜６や層間絶縁膜８を除去して、コンタクトホール９
が形成されている。このコンタクトホール９の底面には
Ｎ型半導体基板１に形成された拡散層１０が露出してい
る。このコンタクトホール９を介して配線層１１が拡散
層１０と接続されている。拡散層１０は、Ｎ型半導体基
板１と配線層１１とが電気的に良好に接続されるために
形成されている。第二の遮光膜１２は層間絶縁膜８を介
して第一の遮光膜７上に形成されている。このようにす
ることで固体撮像装置のスミアを低減することができ
る。さらに最終保護膜１３は固体撮像装置最上面を保護
するために設けられている。

【０００５】次に、図１０を参照して従来の固体撮像装
置の製造方法について説明する。図１０（ａ）はＮ型半
導体基板１としてＮ型シリコン基板を用いる。このＮ型
シリコン基板にフォトダイオード２および転送チャンネ
ル３がイオン注入と熱拡散によって形成されている。こ
の後、Ｎ型シリコン基板上にゲート絶縁膜４、転送ゲー
ト電極５、層間膜６、第一の遮光膜７、層間絶縁膜８を
順次形成する（図１０（ｂ））。この後、窒素（Ｎ₂）
雰囲気中で９００℃以上の平坦化熱処理を行う。この熱
処理で、層間絶縁膜８が平坦化される。この結果、下地
の凸部では層間絶縁膜８の膜厚が減少する。たとえば、
第一の遮光膜７が形成される段差の肩部分Ａでは層間絶
縁膜８の膜厚が非常に薄くなる（図１０（ｃ））。

【０００６】次に、プラズマエッチングによってＮ型シ
リコン基板のコンタクトホール９を開口する。この後、
リンを組成中に含有したガス、たとえばフォスフィン
（ＰＨ ₃）等の雰囲気中で、９００℃以上の熱処理を行
い、表面全体にリンガラス膜（Ｐ₂Ｏ₅膜）（図示せず）
を形成する。同時にこのリンガラス膜からリンをＮ型シ
リコン基板中へ熱拡散させる。このようにして拡散層１
０となるＮ型拡散層を形成する。次に、水とフッ酸の混
合溶液２０：１薬液を使用してリンガラス膜をウェット
エッチングにより除去する。ウェットエッチングでは微
細なコンタクトホールの底部で薬液の循環が起こりにく
い。このためリンガラス膜が残らないように充分なオー
バーエッチを行う。薬液を使用する場合、経験的に約２
０秒のエッチング時間を要する。薬液の循環が円滑に進
む領域ではリンガラス膜が迅速に除去されるため、層間
絶縁膜８もエッチングされる（図１０（ｄ））。

【０００７】次に、スパッタリング法によりアルミニウ
ム膜を１μｍの膜厚で基板全面に堆積させる。この後、
レジストパターン（図示せず）をマスクとしてプラズマ
エッチングを用いて配線層１１と第二の遮光膜１２とを
形成する。最後に、装置最上面にプラズマＣＶＤ法を用
いて最終保護膜１３となる酸化シリコン膜（ＳｉＯ
₂膜）を形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、層間絶縁膜８の膜厚が厚く形成されてい
ると、そこに形成されたコンタクトホール９のアスペク
ト比が大きくなる。このためより適切なエッチングを行
うことが困難になる。さらに、アスペクト比が大きいた
め、コンタクトホール９に形成された配線層１１に段切
れが生じる。このことは、固体撮像装置に限らず、他の
半導体装置であっても同様に生じる。

【０００９】また、固体撮像装置固有の問題点として、
層間絶縁膜８の膜厚が厚膜化されると、層間絶縁膜８の
斜め方向から第一の遮光膜７へ光が入射する。第一の遮
光膜７は加工性を考慮して適度に薄膜化されているた
め、この光の一部が第一の遮光膜７を透過してＣＣＤ固
体撮像装置のスミア特性を劣化させるという問題が生じ
る。

【００１０】ところが、従来の半導体装置の構造、およ
びその製造方法を固体撮像装置に適用しようとした場
合、層間絶縁膜８の所定の層間絶縁耐圧を得るために、
平坦化処理によって生じる下地凸部での膜厚減少を考慮
して、あらかじめ層間絶縁膜８の膜厚を厚くしておく必
要がある。

【００１１】さらに、一般にウェットエッチングはエッ
チングレートのばらつきが大きいため、リンガラス膜を
除去した際のオーバーエッチングによって層間絶縁膜８
の膜厚が減る量に大きなばらつきが生じる。経験的に
は、層間絶縁膜８の膜減り量はウエハ内、ウエハ間、お
よび、ロット間で２０ｎｍ〜４０ｎｍ程度の範囲でばら
つく。このような膜減り量のばらつきや所定の層間絶縁
耐圧を得る必要性とから層間絶縁膜８を薄膜化すること
がいっそう困難となっている。

【００１２】本発明はこのような層間絶縁膜の薄膜化の
困難の問題を解決した半導体装置に関するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の層間絶縁膜の薄膜
化の困難に関する問題点を解決するために、本発明にお
ける層間絶縁膜は、半導体基板と、前記半導体基板また
は前記半導体基板上に形成された第一の導電層と、前記
第一の導電層上に層間絶縁膜を少なくとも介して形成さ
れた第二の導電層とを備え、前記層間絶縁膜が少なくと
も第一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜との多層膜で構
成され、前記層間絶縁膜のエッチングにおいて、前記第
二の層間絶縁膜は、前記第一の層間絶縁膜に対するエッ
チングレート比より小さく、前記第二の層間絶縁膜が前
記第一の層間絶縁膜の下に形成されている。

【００１４】前記の問題点を解決するために、本発明に
おける半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板に
形成された分離領域と、前記分離領域によって電気的に
分離されたアクティブ領域と、前記アクティブ領域に形
成された１つ以上の拡散層と、前記アクティブ領域上に
ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲ
ート電極および前記分離領域と前記ゲート電極の領域を
除く前記ゲート絶縁膜とによって少なくとも形成される
段差と、前記段差上に層間絶縁膜が形成され、前記層間
絶縁膜が少なくとも第一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁
膜との多層膜で構成され、前記層間絶縁膜のエッチング
において、前記第二の層間絶縁膜は、前記第一の層間絶
縁膜に対するエッチングレート比より小さく、前記第二
の層間絶縁膜が前記第一の層間絶縁膜の下に形成されて
おり、前記第一の層間絶縁膜が平坦化材料であり、前記
層間絶縁膜にコンタクトホールが形成されており、前記
第一の層間絶縁膜上に形成された配線層と、前記配線層
が前記コンタクトホールを介して前記拡散層に接続され
ている。

【００１５】前記の問題点を解決するために、本発明に
おける固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板
に形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオー
ドに対して所定の間隔を設けて前記半導体基板に形成さ
れた転送チャンネルと、前記半導体基板上にゲート絶縁
膜を介して形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲー
ト電極上に形成された層間膜と、前記転送チャンネルを
遮光する前記層間膜上に形成された第一の遮光膜と、前
記第一の遮光膜上に少なくとも層間絶縁膜を介して形成
された第二の遮光膜とを備え、前記層間絶縁膜が少なく
とも第一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜との多層膜で
構成され、前記層間絶縁膜のエッチングにおいて、前記
第二の層間絶縁膜は、前記第一の層間絶縁膜に対するエ
ッチングレート比より小さく、前記第二の層間絶縁膜が
前記第一の層間絶縁膜の下に形成されている。

【００１６】前記の問題点を解決するために、本発明に
おける固体撮像装置の製造方法は、半導体基板にフォト
ダイオードを形成する工程と、前記半導体基板に前記フ
ォトダイオードに対して所定の間隔を設けて転送チャン
ネルを形成する工程と、前記半導体基板上にゲート絶縁
膜を形成する工程と、前記ゲート絶縁膜を介して前記転
送チャンネル上に転送ゲート電極を形成する工程と、前
記転送ゲート電極上に層間膜を形成する工程と、前記層
間膜上に前記転送チャンネルを遮光する第一の遮光膜を
形成する工程と、前記第一の遮光膜上に少なくとも第一
の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜とで構成される多層の
層間絶縁膜をこの順序で形成する工程と、前記第一の層
間絶縁膜を平坦化する工程と、前記層間絶縁膜上に第二
の遮光膜を形成する工程と、前記第二の遮光膜をエッチ
ング除去する工程とを備えている。

【００１７】

【作用】本発明による半導体装置の構造、および、その
製造方法によれば、所定のエッチングによってたとえ第
一の層間絶縁膜が消失し、前記所定のエッチングが第二
の層間絶縁膜まで及ぶ場合であっても、第二の層間絶縁
膜の膜厚はほとんど減少することがない。したがって、
第二の層間絶縁膜が所定の層間絶縁耐圧を持つ膜厚で形
成するため、第一の層間絶縁膜については層間絶縁耐圧
を考慮した膜厚にする必要がない。このため所望の平坦
化形状が達成できる程度の薄膜化された膜厚に形成する
ことができる。このため本発明を用いた固体撮像装置で
はスミア特性を大幅に改善できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について固体撮像装
置を例にとり、図面を参照しながら説明する。図１は本
発明を説明するための平面構造図である。図１は基本的
な構成部分で固体撮像装置の構造を示すものである。図
２は図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。

【００１９】図１において、２１はＮ型半導体基板、２
２はポリシリコン膜で形成された転送ゲート電極、２３
はフォトダイオード、２４はコンタクトホール、２５は
層間絶縁膜、２６はシリコン含有アルミニウムで形成さ
れた配線層、２７は遮光膜、２８はパルス駆動回路であ
る。

【００２０】Ｎ型半導体基板２１上には、転送ゲート電
極２２が形成されている。転送ゲート電極２２は第１の
転送ゲート電極と第２の転送ゲート電極が１対となって
いる。この１対の転送ゲート電極２２は、層間絶縁膜２
５を挟んで紙面の上下方向に直線状に配置されている。
転送ゲート電極２２と隣接してフォトダイオード２３が
形成されている。すなわち紙面の左右方向には転送ゲー
ト電極２２とフォトダイオード２３とが１対となり、こ
の対が横方向に直線状に配列している。このように転送
ゲート電極２２とフォトダイオード２３はＮ型半導体基
板２１上にマトリックス状に配置されている。撮像領域
の１ピッチはフォトダイオード２３と隣接する転送ゲー
ト電極２２が単位となっている。このように撮像領域の
１ピッチであるユニットセルのサイズは、約６μｍ×約
６μｍである。

【００２１】図１の固体撮像装置は４相の駆動パルスが
転送ゲート電極に印加されて動作する。転送ゲート電極
２２が横方向に隣合う転送ゲート電極２２と電気的に接
続されて転送ゲート電極群を形成する。転送ゲート電極
２２表面には層間膜（図示せず）が設けられ、転送ゲー
ト電極２２を遮光膜２７と配線層２６とから電気的に絶
縁している。コンタクトホール２４は転送ゲート電極群
の紙面左端でこの層間膜をエッチング除去して形成され
ている。コンタクトホール２４の紙面縦方向の寸法は約
１μｍである。転送ゲート電極２２はコンタクトホール
２４を介して配線層２６と接続される。固体撮像装置を
動作させる４相の駆動パルスに対応して、４本の配線層
２６が設けられている。転送ゲート電極群は紙面縦方向
にオーバラップした２つの転送ゲート電極２２と、層間
絶縁膜２５を挟んで形成された２つの転送ゲート電極２
２の計４つの転送ゲート電極２２で１組となっている。
それぞれに異なる位相の駆動パルスが配線層２６から印
加される。駆動パルスはパルス駆動回路２８から配線層
２６を介して、転送ゲート電極群に供給される。この駆
動パルスは“Ｈ（High）”、“Ｍ（Midium）”と“Ｌ
（Low）”の３つの信号電位を発生させる。本実施例で
はそれぞれ１５Ｖ、０Ｖ、７Ｖとする。図示しないが、
同様のコンタクトホール、配線層、駆動回路が転送ゲー
ト電極群の右端にも設けられ、駆動回路２８から供給さ
れるものと同じ駆動パルスを供給している。このよう
に、転送ゲート電極群の両端から駆動パルスを給電する
ことで、駆動パルスが転送ゲート電極２２を伝播するう
ちに波形がなまり、結果として転送効率が劣化すること
を防いでいる。前記絶縁膜を介して転送ゲート電極２２
上には遮光膜２７が形成されている。遮光膜２７は、転
送ゲート電極２２下部のＮ型半導体基板２１中に形成さ
れたＮ型拡散層である転送チャンネル（図示せず）に外
部より光が入射するのを遮光する。紙面の縦方向では、
転送ゲート電極２２の縦方向に隣合う転送ゲート電極２
２がオーバラップして形成されているのは、転送ゲート
電極２２の製造上、１つの転送ゲート電極２２に対して
もう１つの転送ゲート電極２２をセルフアラインを用い
て形成したためである。転送ゲート電極２２の形状は絶
縁膜２５を対称線として、上部の方の転送ゲート電極２
２の面積が下部のそれより大きく形成されている。これ
はフォトダイオード２３で発生した電荷を転送ゲート電
極２２の下のＮ型半導体基板２１内に形成された転送チ
ャンネルに読み出すことを、絶縁膜２５を挟んで上部に
形成された転送ゲート電極２２が行う。このためフォト
ダイオード２３で生じた電荷をより取り出しやすくする
ために、取り出しを行う転送ゲート電極２２は光電変換
部２３のより近くに設置する。このような理由から転送
ゲート電極２２の面積が絶縁膜２５を挟んで異なってい
る。

【００２２】このように構成された固体撮像装置におい
ては、上部の面積の広い方の転送ゲート電極２２に１５
Ｖを印加することによりフォトダイオード２３から転送
チャンネルに信号電荷を読み出すことができる。次に、
各転送ゲート電極２２に０Ｖと−７Ｖが交互に繰り返す
４相の駆動パルスをそれぞれ印加することにより転送チ
ャンネル中に読み出された信号電荷を所定の出力位置ま
で順次転送することができる。

【００２３】次に、図２を用いて本発明を適用した固体
撮像装置の実施例について詳細に説明する。

【００２４】図２において、３１はＮ型半導体基板、３
２はＮ型拡散層領域からなるフォトダイオード、３３は
Ｎ型拡散層からなる転送チャンネル、３４はゲート絶縁
膜、３５は転送ゲート電極、３６ａは層間膜、３６ｂは
層間膜、３７は第一の遮光膜、３８は第一の層間絶縁
膜、３９はＮ型半導体基板３１にバイアス電圧を加える
ために開口されたコンタクトホール、４０はコンタクト
ホール３９の底部に設けられたＮ型拡散層、４１は配線
層、４２は第二の遮光膜、４３は最終保護膜、４４は第
二の層間絶縁膜、４５は第一のＰ型拡散層、４６は転送
チャンネル３３に電子が拡散するのを防ぐ第二のＰ型拡
散層、４７はフォトダイオード３２から転送チャンネル
３３への信号電荷を読み出す時の読み出しポテンシャル
制御を行う第三のＰ型拡散層、４８は転送チャンネル３
３と隣接したフォトダイオード３２の電気的分離を行う
第四のＰ型拡散層領域である。

【００２５】まず、Ｎ型半導体基板３１は面方位（１０
０）であり、不純物濃度約１０¹⁴ｃｍ^-3である。Ｎ型半
導体基板３１に第一のＰ型拡散層４５が形成されてい
る。第一のＰ型拡散層４５の深さは約５μｍである。ま
た、第一のＰ型拡散層４５の不純物濃度は約１０¹⁵ｃｍ
^-3である。第一のＰ型拡散層４５はフォトダイオード３
２で不要な電荷を排出するのに設けられている。すなわ
ち、フォトダイオード３２はＮ型半導体基板３１にＮ型
拡散層として形成されている。フォトダイオード３２で
は外部から入射した光によって、電荷（フォトキャリ
ア）が形成され、内部に一時的に蓄積される。その電荷
が多量に発生しフォトダイオード３２に蓄積できる電荷
量より多くなると、フォトダイオード３２から他の領域
へと流入される。このような電荷は、Ｎ型拡散層で形成
された転送チャンネル３３に入ると、ブルーミングを発
生させる原因となる。このような、ブルーミングの発生
は第一のＰ型拡散層４５を形成することで防止できる。
第一のＰ型拡散層４５は零ボルトに固定されている。こ
のためそれらの領域内に形成されるポテンシャル分布
は、フォトダイオード３２で発生した電荷が第一のＰ型
拡散層４５を通りＮ型半導体基板３１に排出される。第
一のＰ型拡散層４５の不純物濃度を上記の値に設定する
と、この固体撮像装置が動作するときに、フォトダイオ
ード３２を容易に空乏化させることができ、光電変換信
号量を増加させることができる。第一のＰ型拡散層４５
の深さは、フォトダイオード３２の深さとその両者間の
耐圧によって決定される。フォトダイオード３２の深さ
は、可視光領域の光が入射したとき、十分な光電変換効
率を得るためには約２μｍ必要である。

【００２６】第一のＰ型拡散層４５にはフォトダイオー
ド３２であるＮ型拡散層が形成されている。フォトダイ
オード３２に光が入射すると、フォトダイオード３２の
空乏層内に電子とホールのエレクトロンペアが発生す
る。電子は隣接する転送チャンネル３３をへて信号電荷
となる。ホールは第一のＰ型拡散層４５を通ってＮ型半
導体基板３１の外部に取り出される。このようにして、
フォトダイオード３２は入射光を信号電荷に変換してい
る。フォトダイオード３２の不純物濃度は約１０ ¹⁶ｃｍ
^-3である。また、第一のＰ型拡散層４５内には第二のＰ
型拡散層４６が形成されている。第二のＰ型拡散層４６
はＮ型半導体基板３１中で発生する信号のうち雑音とな
る電荷が転送チャンネル３３へ拡散するのを防止する作
用がある。ここで、第二のＰ型拡散層４６の拡散深さは
約１μｍである。また、第二のＰ型拡散層４６の不純物
濃度は１０¹⁶ｃｍ^-3である。

【００２７】第二のＰ型拡散層４６はＮ型拡散層からな
る転送チャンネル３３を囲むのに用いる。一般にこのよ
うな構造をＨｉ−Ｃ構造と呼ぶ。第二のＰ型拡散層４６
の拡散深さを熱処理により深くすると、横方向への拡散
が同時に進行する。このため、第二のＰ型拡散層４６は
フォトダイオード３２のＮ型拡散層にまで進入する。フ
ォトダイオード３２に第二のＰ型拡散層４６が進入する
と、光電変換出力が低下してしまう。転送チャンネル３
３はフォトダイオード３２で形成された信号電荷を所定
の領域に転送するための転送領域である。

【００２８】ここで、転送チャンネル３３の拡散深さは
約０.５μｍである。また転送チャンネル３３の不純物
濃度は１０¹⁶〜１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【００２９】上記Ｈｉ−Ｃ構造を実現するためには、第
二のＰ型拡散層４６のほうを転送チャンネル３３よりも
広くしておくことが必要である。

【００３０】フォトダイオード３２で発生した信号電荷
を、転送チャンネル３３へ読み出す際、フォトダイオー
ド３２のポテンシャルより転送チャンネル３３のポテン
シャルを低くする。また、転送チャンネル３３に運ばれ
た信号電荷がフォトダイオード３２に逆流したり、ある
いは転送チャンネル３３に信号電荷が存在している場合
に、フォトダイオード３２で形成された信号電荷が転送
チャンネル３３へと流れ込まないようにする必要があ
る。このため、読み出し時のポテンシャル制御を行う第
三のＰ型拡散層４７がフォトダイオード３２と転送チャ
ンネル３３との間に形成されている。フォトダイオード
３２から転送チャンネル３３に信号電荷が転送される場
合は、第三のＰ型拡散層４７内のポテンシャルをフォト
ダイオード３２のポテンシャルより低く、かつ転送チャ
ンネル３３のポテンシャルと同じか少し高くなるように
制御されている。転送チャンネル３３に信号電荷が蓄積
されると、その信号電荷がフォトダイオード３２に逆流
しないように第三のＰ型拡散層４７のポテンシャルはフ
ォトダイオード３２のポテンシャルより高く、かつ転送
チャンネル３３のポテンシャルより高くなるように制御
される。

【００３１】ここで、第三のＰ型拡散層４７の拡散層深
さは約１μｍである。また第三のＰ型拡散層４７のシリ
コン基板表面での表面濃度は１０¹⁶ 〜１０¹⁷ｃｍ^-3で
ある。

【００３２】固体撮像装置を動作させる駆動パルスの電
圧零ボルトまたは１５Ｖのときに、転送チャンネル３３
からフォトダイオード３２に電荷が逆流するのを防止す
るか、あるいはフォトダイオード３２から電荷が転送チ
ャンネル３３に流入させることが必要である。このため
それぞれの状態で最適なポテンシャル分布をもたせ得る
しきい値電圧となるように第三のＰ型拡散層４７の拡散
層深さや不純物濃度を設定する。第三のＰ型拡散層４７
の幅は約１μｍ以下にするのがよい。もし、第三のＰ型
拡散層４７の幅が１μｍより大きい場合には、トランジ
スタのｇｍ特性が悪くなる。ｇｍ特性が悪くなると、フ
ォトダイオード３２に蓄積された信号電荷を完全に読み
出すことが不可能となる。逆に第三のＰ型拡散層４７の
幅が約１μｍより小さい場合には、ショートチャネル効
果が発生する。ショートチャネル効果によって、パンチ
スルーが生じやすくなり、結果的にはフォトダイオード
３２の光電変換出力値は小さくなってしまう。

【００３３】固体撮像装置はフォトダイオード３２と転
送チャンネル３３が一対となり、それがマトリックス状
に形成されている。この対と隣合う対との間を電気的に
分離するために第四のＰ型拡散層４８が形成されてい
る。第四のＰ型拡散層４８はイオン注入により形成され
る。ここで、第四のＰ型拡散層４８の深さは約１μｍで
ある。また、第四のＰ型拡散層４８の表面濃度は１０¹⁷
〜１０¹⁸ｃｍ^-3である。

【００３４】第四のＰ型拡散層４８の表面濃度は、隣接
したフォトダイオード３２に蓄積された信号電荷が流れ
込まないようにするのに上記範囲に設定することが必要
である。表面濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3より少ない場合には、
隣接したフォトダイオード３２の信号電荷が流れ込む。
また、表面濃度が１０¹⁸ｃｍ^-3より多い場合には隣接し
た転送チャンネル３３にナローチャネル効果が生じる。
ナローチャネル効果が生じると転送チャンネル３３の転
送容量が低下する。このため、固体撮像装置のダイナミ
ックレンジが小さくなり、転送効率が劣化してしまう。

【００３５】第四のＰ型拡散層４８の幅は約１μｍ以下
にするのがよい。もし、第四のＰ型拡散層４８の幅が１
μｍより大きい場合には，転送チャンネル３３の転送領
域が減少してしまう。すなわちフォトダイオード３２に
蓄積された信号電荷を完全に読み出すことが不可能とな
る。逆に第四のＰ型拡散層４８の幅が１μｍより小さい
場合にはショートチャネル効果が発生する。ショートチ
ャネル効果によって隣接したフォトダイオード３２と転
送チャンネル３３との間にパンチスルーが生じやすくな
る。結果的には、隣接したフォトダイオード３２の情報
を読み出し、解像度が低下する。さらにフォトダイオー
ド３２の出力が低下してしまう。

【００３６】Ｎ型半導体基板３１上にはシリコン酸化膜
によってゲート絶縁膜３４が成長されている。ゲート絶
縁膜３４はパイロ酸化法で形成される。ゲート絶縁膜３
４の膜厚は約５０ｎｍ以上である。ゲート絶縁膜３４の
膜厚はフリンジング効果を利用して転送効率を上げるた
めには５０ｎｍ以上にしておくことが望ましい。

【００３７】転送ゲート電極３５は減圧ＣＶＤ法を用い
て成長したポリシリコンをパターンニングして形成され
る。転送ゲート電極３５のシート抵抗は数１０Ωであ
る。また転送ゲート電極３５の膜厚は約５００ｎｍであ
る。転送ゲート電極３５はフォトダイオード３２で形成
された信号電荷を転送チャンネル３３に読み出し、転送
するための駆動パルスを印加する電極として使用され
る。こうのように転送ゲート電極３５はできる限り低抵
抗であることが望ましい。ただし、低抵抗化の目的でリ
ンドープ量を増加すると転送ゲート電極３５の表面を酸
化して形成する層間膜３６ａの耐圧が劣化するので、リ
ンドープ量は前記の値とすることが適当である。転送ゲ
ート電極３５の表面にはポリシリコン酸化膜からなる層
間膜３６ａが成長されている。

【００３８】層間膜３６ａはパイロ酸化法により転送ゲ
ート電極３５の表面を酸化して成長されている。層間膜
３６ａの膜厚は約２００ｎｍである。層間膜３６ａは、
層間の耐圧を確保するために形成されている。また、転
送ゲート電極３５を形成するときのエッチングで生じた
ポリシリコン膜のエッチング残りによって、駆動電圧を
印加した際、ポリシリコン膜のエッチング残りを通して
リークが生じる。層間膜３６ａの形成時にこのようなポ
リシリコンエッチング残りを焼き切ることでリークを防
ぐことができる。転送ゲート電極３５に印加される４相
の駆動パルスは−７Ｖと０Ｖと＋１５Ｖのレベルを変化
するので、層間膜３６ｂは最大電圧差２２Ｖ以上の耐圧
をもつ。

【００３９】層間膜３６ａの表面には層間膜３６ｂがシ
リコン酸化膜により形成されている。層間膜３６ｂの膜
厚は約１００ｎｍである。層間膜３６ｂはＣＶＤ法によ
って形成される。層間膜３６ｂは層間膜３６ａを形成す
るポリシリコン酸化膜にピンホール等が存在し局部的に
耐圧が弱くなることを防止するために形成される。第一
の遮光膜３７のエッチングにおいてエッチング残りを減
少させるためには、層間膜３６ｂの段差部におけるステ
ップカバレッジを良好にする必要がある。層間膜３６ｂ
の成長方法は常圧ＣＶＤ法よりは減圧ＣＶＤ法が適当で
ある。層間膜３６ｂを厚くするほど、第一の遮光膜３７
とＮ型半導体基板３１の隙間が増え、転送チャンネル３
３へ斜め方向から入射する光が増加し、この結果スミア
が増加する。スミア低減を重視する際には、層間膜３６
ｂが前記膜厚を大きく越えることは望ましくない。

【００４０】転送チャンネル３３に光が入射してスミア
成分となることを避けるために第一の遮光膜３７は形成
される。本発明では、第一の遮光膜３７としてポリシリ
コン膜とタングステンシリサイド膜との積層によるタン
グステンポリサイド膜を用いた。第一の遮光膜３７の下
層を構成するポリシリコン膜（以下、下層ポリシリコン
膜という）は減圧ＣＶＤ法によって成長する。下層ポリ
シリコン膜の膜厚は約１００ｎｍである。この膜厚は、
下地の層間膜３６ｂと第一の遮光膜３７の上層を構成す
るタングステンシリサイド膜（以下、上層タングステン
シリサイド膜という）との間に働く応力を緩和して、上
層シリサイド膜が剥離することを防止できるように決定
されている。タングステンシリサイド膜の光学的透過特
性から、スミア低減（タングステンシリサイド膜の遮光
特性の向上）のためには、タングステンシリサイド膜を
厚膜化することが必要であるが、後工程でのタングテン
ポリサイド膜の加工性や膜の剥離防止等を考え、その膜
厚は２００ｎｍとした。２００ｎｍの膜厚で可視光の透
過率は約０.０１％となり、遮光膜として使用するには
問題ない膜厚である。上層タングステンシリサイド膜
は、スパッタ法によって形成してもよいが、転送ゲート
電極３５の段差部分で膜厚が薄くなり遮光特性が劣化し
ないようにカバレッジの良好なＣＶＤ法で形成すること
がより適当である。転送チャンネル３３に光が入射して
発生するフォトキャリアはスミア成分となる。第一の遮
光膜３７は転送チャンネル３３への光の入射を防止し
て、スミアの発生を妨げるために設けられる。第一の遮
光膜３７は層間膜３６ｂ上に設けられ、転送ゲート電極
３５を覆う形状と、フォトダイオード３２の上方は開口
領域とする形状とをもって形成される。第一の遮光膜３
７の端部とフォトダイオード３２端部の位置関係は、固
体撮像装置の感度とスミア特性のトレードオフの関係に
ある。第一の遮光膜３７の端部がフォトダイオード３２
上に張り出すと、フォトダイオード３２上への入射光が
減少するため感度が低下する一方、転送チャンネル３３
への光入射が減少するのでスミアが減少する。第一の遮
光膜３７の端部がフォトダイオード３２端部付近に達し
ないとき、感度の改善なしにスミア特性が劣化する。図
２に示すように第一の遮光膜３７の端部は少なくともフ
ォトダイオード３２の端部付近に達することが適当であ
る。

【００４１】第一の遮光膜３７上と第一の遮光膜３７の
開口領域では層間膜３６ｂ上とには、シリコン酸化膜か
らなる第二の層間絶縁膜４４が設けられる。第二の層間
絶縁膜４４は減圧ＣＶＤ法もしくは常圧ＣＶＤ法により
成長される。第二の層間絶縁膜４４の膜厚は２００ｎｍ
である。この膜厚は第二の層間絶縁膜４４が単独でも次
の二つの目的を達成できるように決定されたものであ
る。第一に、第二の遮光膜４２をパターンニングするド
ライエッチングによるエッチングダメージがフォトダイ
オード３２に結晶欠陥を発生させることを防止する緩衝
層となることを目的とする。本実施例では第二の遮光膜
としてシリコン含有アルミニウム膜を使用しているた
め、通常このようなエッチングダメージを回復する約９
００℃の熱処理を実施できない。このようなフォトダイ
オード３２中の結晶欠陥は輝点不良として撮像画面に現
れる深刻な問題を引き起こす。第二の目的は、転送ゲー
ト電極３５および第一の遮光膜３７と第二の遮光膜４２
および配線層４１を含む配線層との間の絶縁耐圧を確保
することである。本実施例の固体撮像装置の場合、第二
の層間絶縁膜４４は約３０Ｖの絶縁耐圧を必要とする。
一方、これら２つの目的を達成するために第二の層間絶
縁膜４４の膜厚を厚くしてもよいが、この解決策は次の
点であまり望ましいことではない。すなわち、第二の層
間絶縁膜４４を介して斜め方向から第一の遮光膜３７に
入射する光が増加する。この斜め入射光の強度が大きい
と一部は第一の遮光膜３７を透過してスミアとなる。ス
ミア特性は固体撮像装置の諸特性のうちでも特に重視さ
れているもので、極力低いレベルに抑制する必要がある
ことから、第二の層間絶縁膜４４を厚膜化することは適
当ではない。

【００４２】第二の層間絶縁膜４４上にはボロンフォス
フォシリケートガラス（以下、ＢＰＳＧという）膜から
なる第一の層間絶縁膜３８が設けられている。第一の層
間絶縁膜３８は常圧ＣＶＤ法により堆積される。第一の
層間絶縁膜３８は６００ｎｍの膜厚で成長されるが、こ
の膜厚は平坦な領域での膜厚である。常圧ＣＶＤの段差
被覆性の悪さに起因して、最上面が凹状形状をなす領域
ではこれより薄くなる。たとえば、フォトダイオード３
２上部の第二の層間絶縁膜４４上では最も薄い部分で約
４００ｎｍしか成長しない。第一の層間絶縁膜３８はＮ
₂雰囲気中９００℃の熱処理によって最上面が平坦化さ
れる。第一の層間絶縁膜３８を構成するＢＰＳＧ膜は堆
積時にはボロンとリンとをそれぞれ約３ｗｔ％と約６ｗ
ｔ％の濃度で含んでいる。ＢＰＳＧ膜中のボロンおよび
リンの濃度が大きいほど平坦化熱処理による最上面の平
坦化効果は大きいが、平坦化熱処理中にボロンおよびリ
ンが膜中より外方拡散を起こし、気相で反応してＢＰＳ
Ｇ膜表面に粒状異物を生じる。したがって、第一の層間
絶縁膜３８のボロンおよびリン濃度は前記の値以下とす
ることが適当である。一方、ボロンとリンを前記以下の
濃度としてもよいが、この場合、第一の層間絶縁膜３８
最上面の平坦化形状は劣化する。次に示す平坦化の要件
を満たす範囲でボロンおよびリンの低濃度化が可能であ
る。平坦化形状は特にボロン濃度に依存しており、本実
施例では約１.２ｗｔ％が下限界である。第一の層間絶
縁膜３８を厚膜化して平坦化形状を改善してもよいが、
第二の層間絶縁膜４４の場合同様スミア特性の面から厚
膜化は望ましいことではない。

【００４３】第一の層間絶縁膜３８最上面の平坦化は、
第二の遮光膜４２をクラック等がなく被覆性よく形成す
ることと、第二の遮光膜４２および配線層４１をパター
ンニングするドライエッチング工程でのオーバーエッチ
ングを短縮することとを目的とする。第一の層間絶縁膜
３８の最上面の平坦性が悪い程、配線層４１および第二
の遮光膜４２のエッチングの際にオーバーエッチの延長
が必要となる。これは、フォトダイオード３２へより多
くのエッチングダメージを与えて輝点不良を増加する要
因となる。本実施例の固体撮像装置の構造では、第一の
層間絶縁膜３８の最上面の最大勾配は約７０度であり、
固体撮像装置の平坦領域でのジャストエッチ時間に対す
るオーバーエッチ時間は同一エッチング条件で６０％程
度でよく、エッチング残りおよび輝点不良の発生しない
エッチングを行える。勾配が大きいほどオーバーエッチ
時間の延長が必要となり、輝点不良の原因となりやす
い。第一の層間絶縁膜３８最上面の形状としては、オー
バーハング形状でないことが必要である。

【００４４】第一の層間絶縁膜３８の膜厚は６０ｎｍで
堆積されるが、平坦化処理の際の粘性流動により下地の
段差部分ではこの膜厚よりも薄くなる。たとえば、平坦
化熱処理の後第一の遮光膜３７の肩部分では第一の層間
絶縁膜３８の膜厚は約３００ｎｍである。

【００４５】なお、図２に示した固体撮像装置の断面図
では、第一の遮光膜３７の肩部分で第一の層間絶縁膜３
８がなくなり、第二の遮光膜４２と第二の層間絶縁膜４
４が接触している。これは、以下のような理由による。
本固体撮像装置の製造工程中第一の層間絶縁膜３８の最
上面に対して所定のエッチングが実施されることにより
膜減りが発生する。この所定のエッチングと第一の層間
絶縁膜３８の膜減りの関係については後に詳しく説明す
る。

【００４６】第一の遮光膜３７上方の第一の層間絶縁膜
３８上に第二の遮光膜４２が形成される。第二の遮光膜
４２はシリコンを１％含有するアルミニウム膜で形成さ
れる。第二の遮光膜４２としてシリコンを含有するアル
ミニウム膜を用いるのは、工程の簡略化のため配線層４
１と同一の成膜工程およびエッチング工程で形成するた
めである。配線層４１と別の成膜工程およびエッチング
工程により、第二の遮光膜４２を形成する場合は、たと
えば純アルミニウムを用いてもよい。この場合、シリコ
ン含有アルミニウムに熱処理を施した場合にみられるシ
リコンノジュールによる光透過率増大の問題を避けるこ
とができる。第二の遮光膜４２を形成するシリコン含有
アルミニウムの膜厚は１μｍである。この膜厚のとき、
第二の遮光膜４２の光透過率は０.０１％となり、実用
上充分な遮光特性を有する。第一の遮光膜３７が転送チ
ャンネル３３への斜め方向からの光入射を防止する働き
をもつことに対し、第二の遮光膜４２はおもに垂直方向
からの強い光が第一の遮光膜３７を透過して転送チャン
ネル３３へ入射することを防止するために設けられる。
第二の遮光膜４２は少なくとも転送チャンネル３３の上
方は全て覆う形状に設けられる。第二の遮光膜４２の端
部はフォトダイオード３２の感度を低下させないため第
一の遮光膜３７の端部を越えてフォトダイオード３２上
方へ張り出さないことが適当である。

【００４７】コンタクトホール３９はゲート絶縁膜３４
と層間膜３６ａと層間膜３６ｂと第二の層間絶縁膜４４
と第一の層間絶縁膜３８をエッチング除去して開口され
ている。コンタクトホール３９は固体撮像装置の周辺部
に存在しており固体撮像装置の撮像領域との位置関係が
明確に規定されているわけではない。図２は便宜上固体
撮像装置の撮像領域に近接させて描いたものである。コ
ンタクトホール３９の大きさは約５μｍ×約５μｍであ
る。なお、図２には示していないが、図１で説明したよ
うに転送ゲート電極３５に駆動パルスを印加するために
設けられるコンタクトホールの最小径は約１μｍであ
り、層間膜３６ａと層間膜３６ｂと第二の層間絶縁膜４
４と第一の層間絶縁膜３８とをエッチング除去して開口
される。

【００４８】コンタクトホール３９の底部にはリンを熱
拡散して形成したＮ型拡散層４０が存在する。Ｎ型拡散
層４０はコンタクトホール３９の開口後ＰＯＣｌ₃やＰ
Ｈ₃等のリン含有雰囲気中で熱処理を行なうことで形成
される。Ｎ型拡散層４０はシリコン含有アルミニウムで
形成される配線層４１とＮ型半導体基板３１が整流性を
示さないオーミックな電気的接触を得るために形成され
ている。Ｎ型拡散層４０のシート抵抗は約５〜１０Ω／
□である。Ｎ型拡散層４０は深さ約２μｍの広がりをも
つ。

【００４９】配線層４１はシリコン含有アルミニウムか
ら形成されている。配線層４１のシリコン含有量は約１
％である。配線層４１の膜厚は約１μｍである。配線層
４１はコンタクトホール３９を介してＮ型半導体基板３
１に接続して電圧を印加する。Ｎ型半導体基板３１には
通常約１０Ｖの電圧が印加され、フォトダイオード３２
中で発生したフォトキャリアを転送チャンネル３３へ溢
れ出さないようＮ型半導体基板３１側へ導いている。縦
抜き動作の際には、Ｎ型半導体基板３１には約３０Ｖの
電圧が印加される。ここで縦抜き動作とは、Ｎ型半導体
基板３１に対して約３０Ｖの電圧を印加することにより
フォトダイオード３２に蓄積されたフォトキャリアを全
てＮ型半導体基板３１へ強制的に抜き取る、いわゆる固
体撮像装置のシャッター動作を示す。

【００５０】固体撮像装置の最上面にはプラズマＣＶＤ
法によって成長したシリコン酸化膜によって最終保護膜
４３が形成されている。最終保護膜４３の膜厚は４００
ｎｍである。最終保護膜４３は固体撮像装置の最上面を
保護しており、たとえば可働イオンの外部からの侵入か
ら固体撮像装置を守る働きをする。

【００５１】以上のように構成された固体撮像装置の動
作について説明する。Ｎ型半導体基板１に形成されたフ
ォトダイオード３２に信号としての光が外部より入射す
る。フォトダイオード３２内では光電変換を起こしてそ
の光の光量に応じたフォトキャリアが生成され、蓄積さ
れる。この状態で転送ゲート電極３５に＋１５Ｖのパル
ス電圧を印加すると、そのフォトキャリアは転送チャン
ネル３３内に読み出される。次に、０Ｖと７Ｖの電圧が
交互に繰り返されるパルス電圧を転送ゲート電極３５に
印加して転送チャンネル３３内部のフォトキャリアを所
定の出力部まで転送することができる。第一の遮光膜３
７および第二の遮光膜４２にはそれぞれ所定の電圧が印
加されている。

【００５２】Ｎ型半導体基板３１には、配線層４１から
所定の電圧が印加される。通常は約１０Ｖの電圧が印加
され、フォトダイオード３２からあふれたフォトキャリ
アをＮ型半導体基板３１へ導き、転送チャンネル３３に
は流れ込むことがない。縦抜き電子シャッター動作を行
うときは約３０Ｖの電圧が印加される。これは、フォト
ダイオード３２内部に蓄積されたフォトキャリアを全て
Ｎ型半導体基板３１へ抜き取って固体撮像装置のシャッ
ター動作をさせるためである。

【００５３】本発明の実施例における固体撮像装置では
所定の層間絶縁膜が第一の層間絶縁膜３８と第二の層間
絶縁膜４４の積層膜から構成されている。また、所定の
エッチングにおいて、第一の層間絶縁膜３８のエッチレ
ートよりも第二の層間絶縁膜４４のエッチレートが充分
遅い材料を用いることを特徴としている。このような層
間絶縁膜の構成をもつ固体撮像装置においては所定のエ
ッチングを実施したのち第一の層間絶縁膜３８が平坦化
処理によって薄くなった部分で消失し、さらにこの所定
のエッチングが第二の層間絶縁膜４４にまで達した場合
でも、第二の層間絶縁膜４４のエッチングはほとんど進
行しない。以下、このような効果によって本実施例の固
体撮像装置は高品質で安定した歩留りを得られることに
ついて、以下に詳しく説明する。

【００５４】本固体撮像装置の製造工程では、平坦化熱
処理後の第一の層間絶縁膜３８の最上面に対して所定の
エッチングが実施される。この所定のエッチングとは次
のようなものであり、第二の遮光膜４２が形成される以
前に実施されるものである。Ｎ型拡散層４０は固体撮像
装置全面に成長したリンガラス（Ｐ₂Ｏ₅）膜（図示せ
ず）からのリンの固相拡散により形成する。このリンガ
ラス膜はＮ型拡散層４０の形成後には不要となるので、
水（Ｈ₂Ｏ）とフッ酸の混合液を用いたウェットエッチ
ングで除去する。ここで水：フッ酸の混合比は２０：１
とする。この混合比はエッチレートの制御性とスループ
ットとを考慮して決定したものである。成長されるリン
ガラス膜の膜厚は約５０ｎｍ以下であり本薬液に対する
エッチレートを正確に測定することはむずかしい。しか
し、たとえばこの固体撮像装置における最小径１μｍ
（アスペクト比約１）をもって開口されている転送ゲー
ト電極３５のコンタクトホールのように薬液の循環が遅
い領域でこのリンガラス膜を完全に除去するためには、
ロット間ばらつきと薬液の疲労度のばらつきの影響も含
めて約２０秒が適当であることがわかっている。一方、
第一の層間絶縁膜３８を形成するＢＰＳＧ膜、第二の層
間絶縁膜４４を形成するシリコン酸化膜に対するこの薬
液のエッチレートは、それぞれ４５０ｎｍ／分と３０ｎ
ｍ／分である。ただし、第一の層間絶縁膜３８には表面
から深さ約２００ｎｍにわたって前記リンガラス膜から
のリンの拡散が起こり、この領域の平均エッチレートが
約１０００ｎｍ／分まで増加していることを確認してい
る。

【００５５】ウェットエッチングは所定のカセットに収
容した複数枚の半導体基板を所定のエッチング液を満た
して循環させた薬槽へ投入して行うバッチ処理が一般的
である。この方法は装置が安価であるという利点がある
反面、エッチングの開始時点と終了時点の制御性が悪
く、エッチング処理を繰り返すごとに薬液が疲労する。
また薬液の循環が投入する半導体基板の枚数と配置に依
存する。また、エッチレートを変動させる要因がきわめ
て多いことも知られている。これらの要因は特にエッチ
ング時間が短いときにはきわめて大きな膜減り量のばら
つきをもたらす。また、第一の層間絶縁膜３８の表面か
ら深さ２０ｎｍにわたる前記のリン拡散層も膜減り量の
変動の原因となっている。このウェットエッチングによ
る第一の層間絶縁膜３８の膜減り量は、ばらつきがたと
え制御されている場合であっても２００ｎｍ〜４００ｎ
ｍの範囲で生じる。特に、液槽への投入・取り出しを複
数の作業者がマニュアル操作で行う場合には実質的なエ
ッチング時間に個人差が出る。このためその膜減り量の
ばらつきがさらに拡大する。第一の遮光膜３７の肩部分
のように下地段差凸部では平坦化熱処理によって第一の
層間絶縁膜３８の膜厚は３００ｎｍまで減少している。
このため膜減り量が大きい方に偏ったときには図２のよ
うにエッチング除去され、第二の層間絶縁膜４４が露出
する。また、フォトダイオード３２上方のように下地が
凹形状で、堆積当初より第一の層間絶縁膜３８の膜厚が
薄い領域でも第２の層間絶縁膜４４が露出する。ただ
し、露出した第二の層間絶縁膜４４にまでエッチングが
及んでも、その膜減り量は非常に小さい。なぜなら、第
二の層間絶縁膜４４を形成するシリコン酸化膜のエッチ
レートは３０ｎｍ／分であるので、エッチングによって
露出した領域の膜減り量は１０ｎｍ以下である。このよ
うに、第二の層間絶縁膜４４はこのエッチングに対する
ストッパーの役割を果たす。前述のように、第二の層間
絶縁膜４４は単独でも層間絶縁耐圧の確保およびエッチ
ングダメージ緩衝層の役割を果たす。このため、第一の
層間絶縁膜３８が薄い部分で消失しても問題とならな
い。

【００５６】一方、下地段差凹部の、下地段差凸部から
粘性流動してきた膜が流れ込み、第一の層間絶縁膜３８
の膜厚は増加している。第一の層間絶縁膜３８は膜減り
量が前記ばらつきの範囲内であれば消失することはな
い。結果として、第一の層間絶縁膜３８最上面の平坦化
形状はほとんど劣化せず、少なくとも、第二の遮光膜４
２の段差被覆形状の劣化やクラックの発生、もしくは、
第二の遮光膜４２のエッチングにおいてオーバーエッチ
ング時間延長には至らない。

【００５７】従来の固体撮像装置の構造では次のような
不都合が発生している。従来の固体撮像装置においては
第一の遮光膜３７と第二の遮光膜４２とを介する層間絶
縁膜はＢＰＳＧ膜（以下、層間ＢＰＳＧ膜という）で構
成されている。層間絶縁耐圧とエッチングダメージ緩衝
の問題を解決するには、層間ＢＰＳＧ膜厚は少なくとも
２００ｎｍを必要とし、この膜厚を得る堆積条件は膜厚
９００ｎｍである。この膜厚は平坦化により下地凸部で
膜厚が減少することと上記リンガラス膜エッチング除去
にともなう膜減り量が制御性のよい場合で最大４００ｎ
ｍであることとから見積られる数値である。実際には製
品として生産するに当たっては、作業者の作業手順の個
人差に起因するばらつきまで考慮したマージンを膜厚に
含めなければならず、層間ＢＰＳＧ膜のエッチレートが
４５０ｎｍ／分と比較的早いことからさらに厚膜化を必
要とする。層間ＢＰＳＧ成膜工程での堆積の膜厚ばらつ
きまで考慮した場合、堆積膜厚としては１１００ｎｍ以
上とする必要がある。

【００５８】しかし、一般に常圧ＣＶＤ法でＢＰＳＧ膜
を成長させる際に、気相反応によって発生するパーティ
クルが厚膜化とともに増加して、歩留りの低下を引き起
こす。また、層間ＢＰＳＧ膜をエッチング除去して開口
されるコンタクトホールはＣＨＦ₃等のフルオロハイド
ロカーボンガスをエッチングガスとして用いた反応性イ
オンエッチングにより行なうが、ＢＰＳＧ膜の厚膜化に
ともないエッチング領域に異常堆積物が発生しやすいと
いうことが経験的にわかっている。この異常堆積物は炭
素と弗素とを主成分として成長したポリマーであること
と特にＢＰＳＧ膜に頻発するトラブルであること以外の
詳細については不明であるが、歩留まり低下の一因とな
っている。

【００５９】また、前述のように第一の遮光膜３７と第
二の遮光膜４２を介する層間絶縁膜の膜厚を厚くすると
固体撮像装置のスミア特性が劣化する。従来の固体撮像
装置の構造で層間ＢＰＳＧ膜の成長時膜厚を最低限の９
００ｎｍとして生産したとき、層間耐圧に関する良品と
して得られたものは実施例の構造の固体撮像装置の第一
の層間絶縁膜３８および第二の層間絶縁膜４４と同等の
層間絶縁膜にしあがりスミアも同等の値を得ているが、
層間耐圧不良や輝点不良の発生により歩留り低下が発生
した。

【００６０】一方、本発明を適用した固体撮像装置で
は、第二の層間絶縁膜４４がエッチングのストッパーと
なり層間絶縁耐圧と前記のエッチングダメージ緩衝とに
支障を来すことがない。したがって、第一の層間絶縁膜
３８はマージンを確保するために厚膜化する必要がない
ので、膜成長時のパーティクルやコンタクトホールをエ
ッチング時に発生するポリマーの堆積がなく、スミア劣
化も生じない。このため、高品質の固体撮像装置を安定
した歩留りで生産することができる。

【００６１】以下、本発明の製造方法について図３〜図
７を参照しながら説明する。まず、Ｎ型半導体基板５１
の主表面上に約１００ｎｍの熱酸化膜５２を形成する。
Ｎ型半導体基板５１上にフォトレジストを塗布し（図示
せず）、第一のＰ型拡散層５３領域を露光・現像してレ
ジストパターンを形成する。このレジストパターンをマ
スクとしてボロンイオンを注入する。このときのイオン
注入条件は、加速電圧が１００ｋｅＶ、注入量が約１０
¹²ｃｍ^-2で行う。この後、Ｎ₂雰囲気中で熱処理温度１
１００℃以上で数時間熱処理を行い、注入したボロンを
Ｎ型半導体基板５１の深さ約５μｍまで拡散させて第一
のＰ型拡散層５３を形成する。同時に、この熱処理によ
ってイオン注入されたボロンを活性化させる（図３）。

【００６２】次に、Ｎ型半導体基板５１上にフォトレジ
ストを塗布し（図示せず）、フォトダイオード５４を形
成する領域を露光・現像してレジストパターンを形成す
る。このレジストパターンをマスクにリンイオンを注入
する。このときのイオン注入条件は、加速電圧が数１０
０ｋｅＶ、注入量が約１０¹²ｃｍ^-2で行う。この後、Ｎ
₂雰囲気中で１０００℃以上の熱処理を行う。これによ
ってフォトダイオード５４の注入深さは約２μｍとな
る。このようにして第一のＰ型拡散層５３の所定領域に
フォトダイオード５４が形成される。

【００６３】次にＮ型半導体基板５１上のレジストを除
去し、再度Ｎ型半導体基板５１上にフォトレジストを塗
布する（図示せず）。第二のＰ型拡散層５５領域を露光
・現像してレジストパターンを形成する。このレジスト
パターンをマスクにボロンイオンを注入する。このとき
のイオン注入条件は、加速電圧が約１００ｋｅＶ、注入
量が１０¹²ｃｍ^-2で行う。これによって第二のＰ型拡散
層５５の拡散深さは最終的に約１μｍとなる。このよう
にしてＰ型ウエルである第一のＰ型拡散層５３にＮ型半
導体基板５１中で発生する雑音となる電荷が転送チャン
ネルへ拡散するのを防止する第二のＰ型拡散層５５が形
成される。

【００６４】さらに、Ｎ型半導体基板５１上のレジスト
パターンを除去し、Ｎ型半導体基板５１上にフォトレジ
ストを塗布する（図示せず）。転送チャンネル５６領域
を露光・現像してレジストパターンを形成する。このレ
ジストパターンをマスクにリンイオンを注入する。この
ときのイオン注入条件は、加速電圧が約１００ｋｅＶ、
注入量が１０¹²ｃｍ^-2で行う。これにより転送チャンネ
ル５６の拡散深さは約０.５μｍとなる。このようにし
て転送チャンネル５６が形成される。

【００６５】次にＮ型半導体基板５１上のフォトレジス
トを除去し、再度Ｎ型半導体基板５１にフォトレジスト
を塗布する（図示せず）。第三のＰ型拡散層５７領域を
露光・現像してレジストパターンを形成する。このレジ
ストパターンをマスクにボロンイオンを注入する。この
ときのイオン注入の条件は、加速電圧が数１０ｋｅＶ、
注入量が１０¹²ｃｍ^-2である。これにより第三のＰ型拡
散層５７の注入深さは約１μｍとなる。このような条件
で注入することで、フォトダイオード５４と転送チャン
ネル５６との間のしきい値電圧を制御することができ
る。このようにして、フォトキャリアをフォトダイオー
ド５４から転送チャンネル５６に読み出すためのポテン
シャルの制御を行なう第三のＰ型拡散層５７がフォトダ
イオード５４と転送チャンネル５６との間に形成され
る。

【００６６】次にＮ型半導体基板５１上のフォトレジス
トを除去し、再度Ｎ型半導体基板５１上にフォトレジス
トを塗布する（図示せず）。第四のＰ型拡散層５８領域
を露光・現像してレジストパターンを形成する。このレ
ジストパターンにボロンイオンを注入する。このときの
イオン注入条件は、加速電圧が数１０ｋｅＶ、注入量が
約１０¹³ｃｍ^-2 で行う。これによって第四のＰ型拡散
層５８の注入深さは約１μｍとなる。第四のＰ型拡散層
５８は隣の素子との分離を行うので動作時に印加される
電圧で導通してしまわないよう、しきい値電圧を高くす
る。この目的で第四のＰ型拡散層５８の不純物濃度を比
較的高めに設定している。特に第三のＰ型拡散層５７の
不純物濃度より高くしておけばよい（図４）。

【００６７】次にゲート絶縁膜５９としてシリコン酸化
膜をパイロ酸化法により約５０ｎｍ成長する。その上に
ポリシリコン膜を減圧ＣＶＤ法により約６００ｎｍ成長
し、リンドーピングによりそのシート抵抗を約１０Ωに
する。このポリシリコン膜上にフォトレジストを塗布
し、露光・現像を行って転送ゲート電極５６のレジスト
パターンを形成する。このレジストパターンをマスクと
してポリシリコン膜を、弗素系ガスとクロロフルオロカ
ーボン系ガスとの混合雰囲気中で反応性イオンエッチン
グし、転送ゲート電極５６を形成する。

【００６８】この後、層間膜６０ａとして膜厚約２００
ｎｍのシリコン酸化膜をパイロ酸化法によって成長させ
る。このポリシリコン酸化膜のピンホール等が原因とな
って発生する電気的耐圧の低下を防止するため、減圧Ｃ
ＶＤ法でシリコン酸化膜系の層間膜６０ｂを約１００ｎ
ｍ堆積する。層間膜６０ａを形成するポリシリコン酸化
膜の膜厚は約２００ｎｍである。これは駆動パルスを印
加した際に生じる同相リークを防止するためにこの値に
設定されている。またシリコン酸化膜系の層間膜６０ｂ
としてここではＴＥＯＳガスを用いたシリコン酸化膜を
堆積させる。シリコン酸化膜系の層間膜６０ｂの膜厚を
１００ｎｍにすると、その耐圧を３０Ｖ以上とすること
ができる。

【００６９】次に、第一の遮光膜６１を構成するタング
ステンポリサイド膜を成長する。このタングステンポリ
サイド膜の下層を構成するポリシリコン膜（以下、下層
ポリシリコン膜という）を約１００ｎｍ成長する。下層
ポリシリコン膜の膜厚を１００ｎｍにしたのは、下層ポ
リシリコン膜の膜厚をさらに薄くすると、次に成長する
タングステンシリサイド膜（以下、上層タングステンシ
リサイド膜という）の応力によって剥離を生じてしまう
のを防ぐためである。なお、下層ポリシリコン膜の成長
時の温度は９００℃以下と低温で成長させるため、Ｎ型
半導体基板５１中の拡散層の不純物プロファイルはほと
んど変化しない。もし不純物プロファイルが熱によって
拡散、変化すると、固体撮像装置の読み出し特性や飽和
出力値が低下する原因となる。

【００７０】次にＣＶＤ法により上層タングステンシリ
サイド膜を約２００ｎｍ成長する。具体的には６フッ化
タングステンガスと水素ガスとの還元反応によって得ら
れる。この膜厚で光の透過率は０.０２％である。な
お、上層タングテンシリサイド膜はＣＶＤ法によらず、
タングステンシリサイドターゲットを２０ｍＴｏｒｒ以
下のアルゴンガス雰囲気中の放電によってスパッタする
スパッタ法によって堆積してもよい。ただし、ＣＶＤ法
ではステップカバレージが良好であるという特性より、
タングステンシリサイド膜は転送ゲート電極５６側面の
段差部で膜厚が薄くならず、平坦な膜の場合と同様に高
い遮光性を示すという利点がある。

【００７１】次に、このように成長したポリサイド膜上
にフォトレジストを塗布し（図示せず）、露光・現像に
より第一の遮光膜６１のレジストパターンを形成する。
このレジストパターンをマスクとしてフッ素系ガスとク
ロロフルオロカーボン系ガスの混合雰囲気中で反応性イ
オンエッチングを行ない第一の遮光膜６１を形成する。

【００７２】そして、第二の層間絶縁膜６２となるシリ
コン酸化膜をシランガスと酸素を用いた常圧ＣＶＤ法に
よって約２００ｎｍ堆積する。常圧ＣＶＤ法を用いるの
は、常圧ＣＶＤ法で成長する第一の層間絶縁膜６３と同
一装置で同時に成長を行うことで工程の簡略化を図るこ
とができるからである。なお、たとえば、ＴＥＯＳガス
を用いた減圧ＣＶＤ法によって堆積したシリコン酸化膜
を第二の層間絶縁膜６２として用いてもよい。第二の層
間絶縁膜６２の膜厚は単独で次の２つの目的を達成でき
る。第一に、後の工程で第二の遮光膜６４をパターンニ
ングするドライエッチングによるエッチングダメージが
フォトダイオード５４に結晶欠陥を発生させることを防
止する緩衝層となる。第二に、転送ゲート電極５６およ
び第一の遮光膜６１と第二の遮光膜６４および配線層６
５をはじめとする配線層との間の絶縁耐圧を確保するこ
と。一方、上記の目的のため第二の層間絶縁膜６２を厚
膜化すると、斜め方向から第一の遮光膜６１へ入射して
透過する光が増加してスミアが発生するので、不必要に
厚膜化することは望ましくない。

【００７３】次に、シランガスとフォスフィンガスとジ
ボランガスとの混合ガスを用いた常圧ＣＶＤ法により第
一の層間絶縁膜６３となるＢＰＳＧ膜を形成する。シラ
ンガスとフォスフィンガスとジボランガスとの混合比は
このＢＰＳＧ膜のボロンおよびリンの濃度がそれぞれ約
３ｗｔ％および約６ｗｔ％となるように決定されてい
る。このＢＰＳＧ膜の膜厚は約６００ｎｍである。次
に、Ｎ₂雰囲気中で９００℃の熱処理を加えてこのＢＰ
ＳＧ膜にフローを起こさせて、第一の層間絶縁膜６３の
最上面を平坦化する。このとき粘性流動の結果第一の遮
光膜６１の段差部分では第一の層間絶縁膜６３の膜厚は
約３０ｎｍとなる。９００℃以上で熱処理を行うと、こ
れまでにＮ型半導体基板５１に形成した拡散層の不純物
プロファイルが変化して固体撮像装置の読み出し特性や
飽和出力値が低下する。また、ここでより良好な平坦化
形状を得ることができるパイロ雰囲気での熱処理を行わ
ず、Ｎ ₂雰囲気中で熱処理を行っている理由は、第一の
層間絶縁膜６３と第二の層間絶縁膜６２とを透過したパ
イロ分子が第一の遮光膜６１を構成する上層シリサイド
膜を酸化して形状を損なうからである（図５）。

【００７４】次に、第一の層間絶縁膜６３上にフォトレ
ジストを塗布して（図示せず）、コンタクトホール６６
を含む所望のコンタクトホール領域を露光・現像してコ
ンタクトホールのレジストパターンを形成する。このレ
ジストパターンをマスクとしてフルオロハイドロカーボ
ンガスにより反応性イオンエッチングを行なう。このよ
うにして、コンタクトホール６６が形成される。

【００７５】次に、ＰＯＣｌ₃とＯ₂の混合ガス雰囲気中
で９００℃の熱処理を行うと半導体装置表面に約５０ｎ
ｍのリンガラス膜（Ｐ₂Ｏ₅膜、図示せず）が成長する。
同時にこのリンガラス膜からリンが固相拡散されＮ型拡
散層６５が形成される。この熱処理は、Ｎ型半導体基板
５１にこれまで形成した種々の拡散層が熱拡散しないよ
うに９００℃で形成するのがよい。Ｎ型拡散層６５のシ
ート抵抗は５〜１０Ω／□である。なお、このときＮ型
半導体基板５１裏面（図示せず）にも同様リンが固相拡
散される。このリン拡散層によって、素子に悪影響を及
ぼす不純物である重金属元素や結晶欠陥をゲッタリング
するゲッタリング層を形成し、有用である。このゲッタ
リング層のシート抵抗も同様に５〜１０Ω／□である。

【００７６】次に弗酸と水の混合液を使用してこの固体
撮像装置全面に成長しているリンガラス膜を除去する。
水：フッ酸の混合比としては、エッチングの制御性とス
ループットの点から２０：１程度が適当である。フッ酸
の混合比がこれより少ない場合はエッチング時間を延長
して対応すればよい。フッ酸の混合比がこれより大きい
ほどエッチングの制御性は悪くなる。この混合比の場合
のエッチング時間は約１５秒程度でよい。このとき、第
一の層間絶縁膜６３もエッチングされて少なくとも２０
ｎｍから４０ｎｍの範囲で膜減りが発生するので、第一
の遮光膜６１の段差部分では第二の層間絶縁膜６２が露
出することがある（図６）。

【００７７】次にシリコンを１％含有したアルミニウム
膜を２０ｍＴｏｒｒ以下のアルゴンの雰囲気中の放電で
スパッタして、シリコン含有アルミニウム膜を堆積し、
さらにフォトレジストを塗布して（図示せず）、第二の
遮光膜６４と配線層６５のレジストパターンを形成す
る。このレジストパターンをマスクとして塩素系ガスで
反応性イオンエッチングを行い、第二の遮光膜６４と配
線層６５を形成する。このエッチングによりフォトダイ
オード５４に結晶欠陥が発生しても、これを回復する約
９００℃の高温熱処理は適用できない。このためこのエ
ッチングは、たとえば放電のＲＦパワーを低く抑えるな
どして低ダメージ化を図ることが望ましい。

【００７８】最後に、シランガスとＮ₂Ｏの混合ガスに
よるプラズマＣＶＤ法によるシリコン酸化膜を約４００
ｎｍ堆積して最終保護膜６８を形成して、本発明を適用
した固体撮像装置は完成する（図７）。

【００７９】以上の本実施例では、第一の層間絶縁膜６
３に実施される所定のエッチングとしてリンガラス膜除
去のウェットエッチング工程をとりあげているが、その
他の工程で第一の層間絶縁膜６３に所定のエッチングが
実施される場合でも、この所定のエッチングにおいて第
二の層間絶縁膜６２のエッチングレートが第一の層間絶
縁膜６３のエッチングレートより遅い場合には、やはり
本実施例と同様な効果が得られる。

【００８０】なお、本発明では、第一の遮光膜６１とし
てタングステンポリサイド膜を用いたが、これに限定さ
れるものではない。約９００℃の熱処理に耐性を持つ遮
光材料であればよく、たとえばより遮光特性の良好なモ
リブデンポリサイド膜を用いてもよい。また、高融点金
属ポリサイド膜に限定されず、たとえば、タングステン
やモリブデン等の高融点金属膜を単体で使用してもよ
い。この場合高融点金属ポリサイド膜よりもより遮光性
が高いので、スミアに対する効果を上げることができ
る。

【００８１】モリブデンシリサイド膜やタングステン膜
を使用する場合も、上記したタングステンシリサイド膜
の形成と同じ方法で形成できる。ただし、本実施例にお
いては、高融点金属シリサイド膜の酸化を防ぐために、
第一の層間絶縁膜６３の平坦化処理をＮ₂雰囲気中で行
ったが、これら高融点金属膜を一層だけ用いて第一の遮
光膜６１を形成した場合には、平坦化処理をパイロ雰囲
気中で行ってもよい。

【００８２】同様に、本発明では、層間膜６０ｂとして
シリコン酸化膜系の絶縁膜を使用したが、たとえばより
絶縁性の高いシリコン窒化膜を減圧ＣＶＤ法により堆積
すれば、膜厚の薄膜化を行い、スミアを低減することも
可能である。

【００８３】なお、本実施例においては第二の層間絶縁
膜６２としてはＣＶＤ法によって成長したシリコン酸化
膜を使用したがこれに限定されるものではない。所定の
エッチングに対するエッチレートが第一の層間絶縁膜６
３に比べて充分に遅い絶縁膜のうち、フォトダイオード
５４への入射光を透過する性質のものであればよい。

【００８４】たとえば減圧ＣＶＤ法によって堆積したシ
リコン窒化膜やシリコン窒化酸化膜を用いてもよい。本
実施例に使用した水：フッ酸の２０：１の混合液に対す
るエッチレートは、シリコン窒化膜では約０.２ｎｍ／
分であり、エッチングのストッパーとして充分に機能す
る。

【００８５】本実施例では第一の層間絶縁膜６３として
ＢＰＳＧ膜を用いたが、たとえばフォスフィンガスとシ
ランガスとの常圧ＣＶＤ法によって成長させたフォスフ
ォシリケートガラス（ＰＳＧ）膜を用いてもよい。第一
の層間絶縁膜６３として用いるＰＳＧ膜のリンの含有率
は約８ｗｔ％以下とすることが望ましい。なぜなら、こ
れ以上のリン含有率では平坦化熱処理において外方拡散
を起こしたリンが膜表面で反応して粒状異物が発生した
り、あるいは、リンが配線層６５や第二の遮光膜６４を
形成するアルミニウムを腐食させるなどの問題を発生す
る。ただし、ＰＳＧ膜を使用した場合、熱処理による平
坦化形状がＢＰＳＧ膜の場合よりも劣化するので、この
場合予め転送ゲート電極５６および第一の遮光膜６１を
薄膜化することで段差の低減を図る必要がある。なお、
熱処理温度の上昇および熱処理時間の延長により平坦化
形状を改善することは可能であるが、Ｎ型半導体基板５
１中の拡散層の不純物プロファイルを変化させて素子特
性が劣化するので望ましくない。

【００８６】また、第一の層間絶縁膜６３としてオゾン
とテオスガスを用いたＣＶＤ膜のように成長と平坦化が
同時に起こる膜を用いてもよい。ただし、この場合約９
００℃で行う平坦化の熱処理は不要である。またこのオ
ゾンテオス膜を使用した場合、本実施例に使用した水：
フッ酸の２０：１の混合液に対するエッチレートは、約
１５０ｎｍ／分である。

【００８７】なお、本実施例においては第二の遮光膜６
４と配線層６５とを同一工程で成膜し、パターンニング
したが、この方法に限定されるものではない。たとえ
ば、第二の遮光膜６４として純アルミニウムを用い、配
線層６５としてシリコン含有アルミニウムもしくはシリ
コンおよび銅含有アルミニウムを用いてもよい。この場
合、第二の遮光膜６４と配線層６５の製造工程を別々に
する。両者のレイアウトは平面的に交差することがない
ので、両者の間に新たな層間絶縁膜は不要である。この
場合、本実施例におけると同様に成膜し、パターンニン
グ工程を２回繰り返せばよい。

【００８８】以上は固体撮像装置を用いた実施例を説明
したが、他の半導体装置においても、多層構造をもつ層
間絶縁膜を適用することで、層間絶縁膜を薄膜化するこ
とが可能となる。このことについて図８を用いて詳細に
説明する。図８は第二の実施例の半導体装置であるＭＯ
Ｓトランジスタの断面図を示す。

【００８９】以下に、本発明における半導体装置の構造
を適用したＭＯＳトランジスタの構成、および、動作に
ついて説明する。７１は半導体基板、７２は素子分離領
域、７３はチャンネル拡散層、７４は導電層であるソー
ス拡散層、７５は導電層であるドレイン拡散層、７６は
ゲート絶縁膜、７７はゲート電極、７８は第一の層間絶
縁膜、７９は第二の層間絶縁膜、８０はコンタクトホー
ル、８１は配線層を示している。

【００９０】第一の極性を有する半導体基板７１上に、
ＭＯＳトランジスタを形成する所定領域（アクティブ領
域）を電気的に分離する素子分離領域７２が形成されて
いる。このアクティブ領域の半導体基板７１の表面近傍
には、所定のしきい電圧を得るためのチャンネル拡散層
７３が形成されている。半導体基板７１と反対極性の第
二の極性をもつソース拡散層７４とドレイン拡散層７５
とが相互に離れて形成されており、かつ、その両拡散層
はチャンネル拡散層７３に接合されている。チャンネル
拡散層７３上にはゲート絶縁膜７６を介してゲート電極
７７が形成されている。ゲート電極７７上には第一の層
間絶縁膜７８と第二の層間絶縁膜７９とが順次積層され
て形成されている。この積層された絶縁膜によってゲー
ト電極７７と配線層８１とを絶縁している。第一の層間
絶縁膜７８は、所定のエッチングにおける第二の層間絶
縁膜７９に対するエッチングレート比が充分に小さい材
料によって形成されており、第二の層間絶縁膜７９は最
上面が平坦化された形状を有している。ソース拡散層７
４、およびドレイン拡散層７５は、コンタクトホール８
０を介して配線層８１と接続されている。コンタクトホ
ール８０は、ゲート絶縁膜７６と第一の層間絶縁膜７８
と第二の層間絶縁膜７９との全ての層を貫通して設けら
れている。この配線層８１から所定の電圧が印加され
る。ＭＯＳトランジスタのオン状態、オフ状態はゲート
電極７７に印加された電圧と、配線層８１から印加され
る所定の電圧との大小関係によって定まる。

【００９１】次に、第一の層間絶縁膜７８と第二の層間
絶縁膜７９とからなる二層構造による層間絶縁膜の構成
の詳細と、その効果について説明する。第二の層間絶縁
膜７９は最上面を所望の形状に平坦化されて形成されて
いる。第一の層間絶縁膜７８は、第二の層間絶縁膜７９
を平坦化するのに行われる所定のエッチングに対するエ
ッチングレートの点に特徴がある。所定のエッチングに
対して、第一の層間絶縁膜７８は、第二の層間絶縁膜７
９より充分に低いエッチングレートである。即ち、第一
の層間絶縁膜７８は所定のエッチングに対して第二の層
間絶縁膜７９よりも充分に遅いエッチレートを有してい
る。ここでは、具体的な構成に関しては第一の実施例と
同様に、たとえば、第一の層間絶縁膜７８はＮＳＧ膜
を、第二の層間絶縁膜７９はＢＰＳＧ膜を用いる。この
ような二層構造をもつ層間絶縁膜では、所定のエッチン
グを行っても第一の層間絶縁膜７８がエッチングされな
い。すなわち、ＭＯＳトランジスタではゲート電極７７
が形成されると、基板上に段差が形成される。この段差
が生じている部分では、第二の層間絶縁膜７９を堆積し
た際、その部分の膜厚は周辺の平坦部に比べて薄くな
る。この状態で均一なエッチングを行うと、周りの膜厚
より薄い部分である凸部の第二の層間絶縁膜７９は消失
する。第二の層間絶縁膜２９が消失すると、その下の第
一の層間絶縁膜７８をもエッチングが進行する。しか
し、第一の層間絶縁膜７８は第二の層間絶縁膜７９と比
べてエッチング耐性が高く、エッチングされない。この
ため第一の層間絶縁膜７８を所定の層間絶縁耐圧を実現
される膜厚に形成しさえすれば、第二の層間絶縁膜７９
は層間絶縁耐圧を考慮せず、所望の平坦化形状の得られ
る最小の膜厚で形成すればよい。

【００９２】また、第一の層間絶縁膜７８は所定のエッ
チングを停止させる機能を果たしているので、二層構造
の層間絶縁膜の膜厚のばらつきを抑制することができ
る。

【００９３】なお、本実施例に示した典型的なＭＯＳト
ランジスタ以外にも、種々のＭＯＳトランジスタの構成
が実現可能であるが、本発明における二層構造による層
間絶縁膜を適用することにより同様の効果を得ることが
できる。また、本実施例においては半導体装置の上方向
に二層の導電層を有するＭＯＳトランジスタを例にとっ
たが、半導体装置の上方向に三層以上の導電層を有する
ＭＯＳトランジスタにおいても本発明における二層構造
による層間絶縁膜を用いてもよく、同様の効果を得るこ
とができる。

【００９４】なお、以上二つの実施例では、第一の層間
絶縁膜としてＢＰＳＧ膜を、第二の層間絶縁膜として常
圧ＮＳＧ膜を使用したが、これらの材料に限定されるも
のでない。たとえば、第一の層間絶縁膜としてフォスフ
ォシリケートガラス（ＰＳＧ膜）等の熱処理によって平
坦化が可能な材料を用いてもよい。また、本実施例にお
いては、第一の層間絶縁膜は堆積した後、熱処理によっ
て最上面を平坦化する処理手続きを用いているが、この
処理手続きに限定されるものでなく、たとえば、オゾン
（Ｏ₃）とＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）の混合ガスを
用いた常圧ＣＶＤ法、もしくは、減圧ＣＶＤ法によって
堆積したＳｉＯ₂等の、堆積と最上面の平坦化とが同時
に進行する材料によって第一の層間絶縁膜を形成しても
よい。また、第二の層間絶縁膜としては膜の構造が緻密
な材料が適しており、たとえば、シリコン窒化膜やシリ
コン酸化窒化膜等を用いてもよい。

【００９５】また、以上に記載した二つの実施例におい
ては、第一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜の二層構造
によって層間絶縁膜を形成しているが、本発明による第
一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜とを構成要素として
備えていれば、三層以上の多層構造によって層間絶縁膜
を構成してもよい。

【００９６】

【発明の効果】本発明における半導体装置は、最上面が
所望の形状に平坦化された材料で形成された第一の層間
絶縁膜を上層に有し、所定のエッチングにおける第一の
層間絶縁膜に対するエッチングレート比が充分に小さい
材料を用いて形成された第二の層間絶縁膜を下層に備え
て形成される多層構造による層間絶縁膜を有することに
より、前記所定のエッチングによって前記第一の層間絶
縁膜が消失し、前記所定のエッチングが前記第二の層間
絶縁膜にまで達した場合でも、前記第二の層間絶縁膜に
膜減りを生じることはない。したがって、前記第一の層
間絶縁膜を所定の層間絶縁耐圧を実現できる膜厚に形成
することにより、第二の層間絶縁膜の膜厚を前記所定の
層間絶縁耐圧を考慮することなく所望の平坦化形状を実
現できる範囲内で最小の膜厚にまで薄膜化することが可
能となり、かつ、前記二層構造による層間絶縁膜の膜厚
のばらつきを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の一実施例の平面図

【図２】本発明の固体撮像装置の一実施例の断面図

【図３】本発明の固体撮像装置の製造方法の一実施例の
工程断面図

【図４】本発明の固体撮像装置の製造方法の一実施例の
工程断面図

【図５】本発明の固体撮像装置の製造方法の一実施例の
工程断面図

【図６】本発明の固体撮像装置の製造方法の一実施例の
工程断面図

【図７】本発明の固体撮像装置の製造方法の一実施例の
工程断面図

【図８】本発明の半導体装置の一実施例の断面図

【図９】従来の固体撮像装置の断面図

【図１０】従来の固体撮像装置の製造方法の工程断面図

【符号の説明】

２１Ｎ型半導体基板２２転送ゲート電極２３フォトダイオード２４コンタクトホール２５層間絶縁膜２６配線層２７遮光膜２８パルス駆動回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板と、前記半導体基板または前記
半導体基板上に形成された第一の導電層と、前記第一の
導電層上に層間絶縁膜を少なくとも介して形成された第
二の導電層とを備え、前記層間絶縁膜が少なくとも第一
の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜との多層膜で構成さ
れ、前記層間絶縁膜のエッチングにおいて、前記第二の
層間絶縁膜は、前記第一の層間絶縁膜に対するエッチン
グレート比より小さく、前記第二の層間絶縁膜が前記第
一の層間絶縁膜の下に形成されていることを特徴とする
層間絶縁膜。
【請求項２】前記第一の層間絶縁膜がシリコン酸化膜で
あり、前記第二の層間絶縁膜が少なくともボロンまたは
リンのどちらか一方を含むシリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項１記載の層間絶縁膜。
【請求項３】半導体基板と、前記半導体基板に形成され
た分離領域と、前記分離領域によって電気的に分離され
たアクティブ領域と、前記アクティブ領域に形成された
１つ以上の拡散層と、前記アクティブ領域上にゲート絶
縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ゲート電極
および前記分離領域と前記ゲート電極の領域を除く前記
ゲート絶縁膜とによって少なくとも形成される段差と、
前記段差上に層間絶縁膜が形成され、前記層間絶縁膜が
少なくとも第一の層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜との多
層膜で構成され、前記層間絶縁膜のエッチングにおい
て、前記第二の層間絶縁膜は、前記第一の層間絶縁膜に
対するエッチングレート比より小さく、前記第二の層間
絶縁膜が前記第一の層間絶縁膜の下に形成されており、
前記第一の層間絶縁膜が平坦化材料であり、前記層間絶
縁膜にコンタクトホールが形成されており、前記第一の
層間絶縁膜上に形成された配線層と、前記配線層が前記
コンタクトホールを介して前記拡散層に接続されている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】前記第一の層間絶縁膜がシリコン酸化膜で
あり、前記第二の層間絶縁膜が少なくともボロンまたは
リンのどちらか一方を含むシリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】前記第二の層間絶縁膜は前記半導体基板上
に形成された段差での膜厚が前記段差周辺の平坦領域に
比べて薄く形成されていることを特徴とする請求項４記
載の半導体装置。
【請求項６】前記第二の層間絶縁膜と前記第一の層間絶
縁膜との膜厚の合計が前記半導体基板上においてほぼ一
定の値であることを特徴とする請求項４記載の半導体装
置。
【請求項７】半導体基板と、前記半導体基板に形成され
たフォトダイオードと、前記フォトダイオードに対して
所定の間隔を設けて前記半導体基板に形成された転送チ
ャンネルと、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を介して
形成された転送ゲート電極と、前記転送ゲート電極上に
形成された層間膜と、前記転送チャンネルを遮光する前
記層間膜上に形成された第一の遮光膜と、前記第一の遮
光膜上に少なくとも層間絶縁膜を介して形成された第二
の遮光膜とを備え、前記層間絶縁膜が少なくとも第一の
層間絶縁膜と第二の層間絶縁膜との多層膜で構成され、
前記層間絶縁膜のエッチングにおいて、前記第二の層間
絶縁膜は、前記第一の層間絶縁膜に対するエッチングレ
ート比より小さく、前記第二の層間絶縁膜が前記第一の
層間絶縁膜の下に形成されていることを特徴とする固体
撮像装置。
【請求項８】前記第一の層間絶縁膜がシリコン酸化膜で
あり、前記第二の層間絶縁膜が少なくともボロンまたは
リンのどちらか一方を含むシリコン酸化膜であることを
特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】前記転送ゲート電極に印加される電圧が４
相の駆動パルスで動作することを特徴とする請求項８記
載の固体撮像装置。
【請求項１０】前記転送チャンネルを囲むようにＰ型拡
散層が設けられた、Ｈｉ−Ｃ構造であることを特徴とす
る請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１１】前記層間膜がポリシリコン酸化膜とシリ
コン酸化膜との多層膜で構成されていることを特徴とす
る請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１２】前記第一の遮光膜がポリシリコン膜とタ
ングステンシリサイド膜との多層膜で構成されているこ
とを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１３】半導体基板にフォトダイオードを形成す
る工程と、前記半導体基板に前記フォトダイオードに対
して所定の間隔を設けて転送チャンネルを形成する工程
と、前記半導体基板上にゲート絶縁膜を形成する工程
と、前記ゲート絶縁膜を介して前記転送チャンネル上に
転送ゲート電極を形成する工程と、前記転送ゲート電極
上に層間膜を形成する工程と、前記層間膜上に前記転送
チャンネルを遮光する第一の遮光膜を形成する工程と、
前記第一の遮光膜上に少なくとも第一の層間絶縁膜と第
二の層間絶縁膜とで構成される多層の層間絶縁膜をこの
順序で形成する工程と、前記第一の層間絶縁膜を平坦化
する工程と、前記層間絶縁膜上に第二の遮光膜を形成す
る工程と、前記第二の遮光膜をエッチング除去する工程
とを備えたことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】前記第一の層間絶縁膜の平坦化熱処理温
度は前記第一の層間絶縁膜に含有された不純物が外方拡
散し、気相で反応しない温度にすることを特徴とする請
求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】前記第一の層間絶縁膜のボロン濃度が
１.２ｗｔ％以上であることを特徴とする請求項１３記
載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】前記第一の層間絶縁膜はＮ₂雰囲気中に
おいて９００℃の熱処理によって平坦化される材料であ
ることを特徴とする請求項１３記載の固体撮像装置の製
造方法。
【請求項１７】前記第一の層間絶縁膜の形状がテイパー
形状であることを特徴とする請求項１３記載の固体撮像
装置の製造方法。