TWI569434B - 攝像裝置及其之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明有關一種攝像裝置及其製造方法，特別是適合利用於具有波導之攝像裝置。
數位相機等使用了如具有CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)圖像感測器之攝像裝置。此類攝像裝置具備形成有將射入之光轉換成電荷之光電二極體之畫素部以及對將畫素部轉換後之電荷作為電信號進行處理之周邊電路部。
近年來，為了因應數位相機之小型化要求，攝像裝置中畫素部之畫素尺寸也要求越來越小。隨著畫素尺寸變小，矽(Si)內部之量子效率也有變低之傾向。所謂量子效率，係指每個光子之輸出電子數，這意味著矽(Si)內部之量子效率越高，則畫素部之感光度就越高。
為了儘量改善矽(Si)內部之量子效率，提出了在攝像裝置中設置將光引向畫素部之光電二極體之方案。在此類攝像裝置中，透過對覆蓋光電二極體之層間絕緣膜進行
蝕刻並形成開口部，並且將指定之埋入材料充填於開口部而形成波導。在專利文獻1及專利文獻2中，公開了設置有波導之攝像裝置之技術。
專利文獻1：日本特開2006-351759號公報
專利文獻2：日本特開2006-310825號公報
在以往之攝像裝置中，存在以下問題點。為了有效地將射入之光引向光電二極體，必須控制波導與光電二極體之距離(殘膜之膜厚)。
為了控制該距離，發明者製作了在形成層間絕緣膜中途插入了蝕刻阻擋膜之攝像裝置並進行了評價。結果獲知了如下情況：即在光電二極體上形成包括蝕刻阻擋膜之多層反射防止膜而引起了光衰減，所以為了提高光在矽(Si)基板之透射率，必須形成穿透蝕刻阻擋膜之開口部(波導)。因此，在插入了上述蝕刻阻擋膜之結構中，波導與光電二極體之距離依然存在晶片面內之偏差以及批次間之偏差。
在以往之攝像裝置中，存在上述波導與光電二極體之距離偏差、因射入光之反射防止膜引起之光衰減，從而造成畫素部之感光度劣化之情況。
本發明之前述內容及前述內容以外之目的和新特徵在
本說明書之描述及圖式簡單說明中寫明。
有關一實施方式之攝像裝置，係具有：側壁(side wall)絕緣膜，前述側壁絕緣膜覆蓋傳輸用電晶體之閘極電極之側壁面並且包含從覆蓋側壁面之部分延伸並覆蓋光電轉換部表面之部分；波導，前述波導以貫穿層間絕緣膜且到達側壁絕緣膜之方式形成，並將光引向光電轉換部。
根據有關其他實施方式之攝像裝置之製造方法，包括如下製程：以覆蓋傳輸用電晶體之閘極電極以及光電轉換部之方式形成指定絕緣膜，並且透過對指定絕緣膜進行加工，例如形成下側壁絕緣膜之製程，其中，前述側壁絕緣膜覆蓋閘極電極之側壁面並且包括從覆蓋側壁面之部分延伸並覆蓋光電轉換部表面之部分；以及在層間絕緣膜形成到達側壁絕緣膜之開口部，並在前述開口部形成將光引向電轉換部之波導之製程。
根據有關一實施方式之攝像裝置，能夠提高畫素部之感光度，並可抑制因波導與光電二極體之距離偏差而引起各畫素之晶片面內感光度之偏差、批次間之感光度之偏差等。
根據有關另一實施方式之攝像裝置之製造方法，能夠製造出提高畫素部之感光度之攝像裝置。
IS‧‧‧攝像裝置
SUB‧‧‧半導體基板
EI‧‧‧元件隔離絕緣膜
PE‧‧‧畫素區域
PPW‧‧‧p型阱
PD‧‧‧光電二極體
NR‧‧‧n型區域
PR‧‧‧p型區域
TT‧‧‧傳輸用電晶體
TGI‧‧‧閘極絕緣膜
TGE‧‧‧閘極電極
SWI‧‧‧側壁絕緣膜
SWN‧‧‧側壁氮化膜
SWO‧‧‧側壁氧化膜
CESL‧‧‧接觸蝕刻應力襯膜
WG‧‧‧波導
PF‧‧‧保護膜
FI‧‧‧埋入構件
PDE‧‧‧墊片
CF‧‧‧濾色器
ML‧‧‧微透鏡
PC‧‧‧外圍電路區域
INT‧‧‧n溝道型MOS電晶體
IPW‧‧‧p型阱
IPT‧‧‧p溝道型MOS電晶體
INW‧‧‧n型阱
IGI‧‧‧閘極絕緣膜
ING‧‧‧閘極電極
IPG‧‧‧閘極電極
SWF‧‧‧側壁絕緣膜
INSD‧‧‧源極/汲極區域
IPSD‧‧‧源極/汲極區域
MS‧‧‧金屬矽化物膜
LNT‧‧‧n溝道型MOS電晶體
LPW‧‧‧P型阱
LPT‧‧‧p溝道型MOS電晶體
LNW‧‧‧n型阱
LGI‧‧‧閘極絕緣膜
LNG‧‧‧閘極電極
LPG‧‧‧閘極電極
SWF‧‧‧側壁絕緣膜
LNSD‧‧‧源極/汲極區域
LPSD‧‧‧源極/汲極區域
IF1‧‧‧第1層間絕緣膜
CP‧‧‧接觸插塞
M1‧‧‧第1佈線
IF2‧‧‧第2層間絕緣膜
V1‧‧‧第1過孔
M2‧‧‧第2佈線
IF3‧‧‧第3層間絕緣膜
V2‧‧‧第2過孔
M3‧‧‧第3佈線
IF4‧‧‧第4層間絕緣膜
PAF‧‧‧鈍化膜
RP1、RP2、RP3、RP4、RP5、RP6、RP7、RP8、RP9、RP10、RP11、RP12‧‧‧光致抗蝕劑圖形
WGH、PDEH‧‧‧波導開口部
CH‧‧‧接觸孔
VH1、VH2‧‧‧導通孔
CES‧‧‧波導蝕刻阻擋膜
圖1係有關實施方式之攝像裝置之剖面圖。
圖2係同一實施方式中，畫素區域之第1局部放大剖面圖。
圖3係同一實施方式中，畫素區域之第2局部放大剖面圖。
圖4係同一實施方式中攝像裝置之製造方法一製程之剖面圖。
圖5係同一實施方式中在圖4所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖6係同一實施方式中在圖5所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖7係同一實施方式中在圖6所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖8係同一實施方式中在圖7所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖9係同一實施方式中在圖8所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖10係同一實施方式中在圖9所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖11係同一實施方式中在圖10所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖12係同一實施方式中在圖11所示製程後所進行之
製程之剖面圖。
圖13係同一實施方式中在圖12所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖14係同一實施方式中在圖13所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖15係同一實施方式中在圖14所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖16係同一實施方式中在圖15所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖17係同一實施方式中在圖16所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖18係同一實施方式中在圖17所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖19係同一實施方式中在圖18所示製程後所進行之製程之剖面圖。
圖20係同一實施方式中在圖19所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖21係同一實施方式中在圖20所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖22係同一實施方式中在圖21所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖23係同一實施方式中在圖22所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖24係同一實施方式中在圖23所示製程後所進行之
製程之局部剖面圖。
圖25係同一實施方式中在圖24所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖26係同一實施方式中在圖25所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖27係有關比較例之攝像裝置之剖面圖。
圖28係有關比較例之攝像裝置之製造方法之一製程之剖面圖。
圖29係有關同一實施方式中變形例之攝像裝置之製造方法之一製程之局部剖面圖。
圖30係同一實施方式中在圖29所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖31係同一實施方式中在圖30所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖32係同一實施方式中在圖31所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖33係同一實施方式中在圖32所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
圖34係同一實施方式中在圖33所示製程後所進行之製程之局部剖面圖。
說明有關實施方式之攝像裝置及其之製造方法。如圖1所示，在攝像裝置IS中，藉由在半導體基板SUB上形成
元件隔離絕緣膜EI的方式，以此規定畫素區域PE和周邊電路區域PC。在畫素區域PE中，從半導體基板SUB之表面以指定之深度形成p型阱PPW。在p型阱PPW中，形成有將從外部射入之光轉換成電荷之光電二極體PD和傳輸前述電荷之傳輸用電晶體TT。
光電二極體PD具有在距離p型阱PPW之表面以指定之深度形成之n型區域NR以及p型區域PR。傳輸用電晶體TT具有在p型阱PPW之表面上使閘極絕緣膜TGI介隔而形成之傳輸用電晶體TT之閘極電極TGE。並形成有覆蓋閘極電極TGE之側壁面之側壁絕緣膜SWI。前述側壁絕緣膜SWI包含從覆蓋側壁面之部分延伸並覆蓋光電二極體PD之部分。形成於前述畫素區域PE上之側壁絕緣膜SWI除了包括覆蓋閘極電極TGE之側壁面之部分之外，還包括從該部分延伸並覆蓋光電二極體PD之部分。以覆蓋側壁絕緣膜SWI之方式，形成接觸蝕刻應力襯膜(Contact Etch Stress Liner)CESL。
另一方面，在周邊電路區域PC中，具有：畫素電晶體區域，形成有將從電荷轉換之電信號進行處理之畫素電晶體；和邏輯區域，形成有交換各種信號之邏輯電路用之電晶體。
在畫素電晶體區域中，從半導體基板SUB之表面以指定之深度分別形成P型阱IPW和n型阱INW。在p型阱IPW中形成有n溝道型MOS電晶體INT，在n型阱INW中形成有p溝道型MOS電晶體IPT。
N溝道型MOS電晶體INT具有閘極電極ING以及n型源極/汲極區域INSD。閘極電極ING介隔著閘極絕緣膜IGI形成於p型阱IPW之表面上。p溝道型MOS電晶體IPT具有閘極電極IPG以及p型源極/汲極區域IPSD。閘極電極IPG介隔著閘極絕緣膜IGI形成於n型阱INW之表面上。
在邏輯區域中，從半導體基板SUB之表面至指定之深度，分別形成p型阱LPW和n型阱LNW。在p型阱LPW中，形成有n溝道型MOS電晶體LNT，並且在n型阱LNW中形成有p溝道型MOS電晶體LPT。
N溝道型MOS電晶體LNT具有閘極電極LNG以及n型源極/汲極區域LNSD。閘極電極LNG介隔著閘極絕緣膜LGI形成於p型阱LPW之表面上。p溝道型MOS電晶體LPT具有閘極電極LPG以及p型源極/汲極區域LPSD。閘極電極LPG介隔著閘極絕緣膜LGI形成於n型阱LNW之表面上。
在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG各自之側壁面上形成有側壁絕緣膜SWF。在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG各自之表面(上表面)上、n型源極/汲極區域INSD及LNSD各自之表面上、p型源極/汲極區域IPSD及LPSD各自之表面上形成有金屬矽化物膜MS。以覆蓋閘極電極ING、IPG、LNG、LPG等方式形成有接觸蝕刻應力襯膜CESL膜。
以覆蓋光電二極體PD、傳輸用電晶體TT、n溝道型
MOS電晶體INT及LNT、p溝道型MOS電晶體IPT及LPT等方式形成有第1層間絕緣膜IF1作為接觸層間絕緣膜。在第1層間絕緣膜IF1之表面形成有第1佈線M1。第1佈線M1透過接觸插塞CP分別與對應之n型源極/汲極區域INSD及LNSD、p型源極/汲極區域IPSD及LPSD電連接。接觸插塞CP以貫穿第1層間絕緣膜IF1之方式形成。
以覆蓋第1佈線M1之方式在第1層間絕緣膜IF1上形成有第2層間絕緣膜IF2。在第2層間絕緣膜IF2之表面形成有第2佈線M2。第2佈線M2透過第1過孔(via)V1分別與對應之第1佈線M1電連接。第1過孔V1以貫穿第2層間絕緣膜IF2之方式形成。
以覆蓋第2佈線M2之方式在第2層間絕緣膜IF2上形成有第3層間絕緣膜IF3。在第3層間絕緣膜IF3之表面形成有第3佈線M3和墊片PDE。第3佈線M3透過第2過孔V2分別與對應之第2佈線M2電連接。第2過孔V2以貫穿第3層間絕緣膜IF3之方式形成。
以覆蓋第3佈線M3以及墊片PDE之方式在第3層間絕緣膜IF3上形成有第4層間絕緣膜IF4。在周邊電路區域PC中，以覆蓋第4層間絕緣膜IF4之方式形成有鈍化(passivation)膜PAF。
在畫素區域PE中形成有貫穿第4層間絕緣膜IF4、第3層間絕緣膜IF3、第2層間絕緣膜IF2、第1層間絕緣膜IF1以及接觸蝕刻應力襯膜CESL膜並到達側壁絕緣
膜SWI之波導WG。波導WG具有：保護膜PF，形成於以貫穿第4層間絕緣膜IF4等方式形成之波導開口部WGH之表面上；以及埋入構件FI，充填由保護膜PF覆蓋之波導開口部WGH。保護膜PF例如可為矽氮化膜，埋入構件FI可使用塗敷類之材料，如矽氧烷(siloxane)類之材料。在波導WG之上形成有濾色器(color filter)CF及微透鏡ML。
在有關本實施方式之攝像裝置IS中，側壁絕緣膜SWI為氧化矽膜SWO與氮化矽膜SWN之層疊結構(參照圖2以及圖3)，而且，在氧化矽膜上形成有氮化矽膜。側壁絕緣膜SWI包含覆蓋閘極電極TGE之側壁面之部分和從覆蓋前述側壁面之部分延伸並覆蓋光電二極體PD之部分。相對於前述側壁絕緣膜SWI(覆蓋光電二極體PD之部分)，波導WG之形成方式有第1形成方式和第2形成方式兩種形成方式。
即，第1形成方式如圖2所示，波導WG以同時貫穿側壁絕緣膜SWI之氮化矽膜SWN並到達側壁絕緣膜SWI之氧化矽膜SWO之方式形成。第2形成方式如圖3所示，波導WG以到達側壁之氮化矽膜SWN之方式形成。如後前述，透過第1形成方式或第2形成方式形成波導WG，便可抑制畫素部之感光度劣化。
下面對上述攝像裝置之製造方法之一例進行說明。首先，如圖4所示，透過在半導體基板SUB上形成元件隔離絕緣膜EI來規定畫素區域PE和周邊電路區域PC。
接著，在畫素區域PE形成閘極電極TGE和光電二極體PD。在周邊電路區域PC上形成閘極電極ING、IPG、LNG、LPG。接著，透過進行指定之照相製版處理，露出形成有閘極電極IPG之n型阱INW，並形成覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP2。接著，以抗蝕劑圖形RP2作為掩模，透過注入p型雜質形成延長區域(圖中未示出)。之後，除去抗蝕劑圖形RP2。
接著如圖5所示，透過進行指定之照相製版處理，使形成有閘極電極ING之p型阱IPW露出，並形成覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP3。接著，以抗蝕劑圖形RP3作為掩模，透過注入n型雜質形成延長區域(圖中未示出)。之後，除去抗蝕劑圖形RP3。
接下來，根據需要在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之側壁面形成偏移隔離層膜。首先，以覆蓋閘極電極TGE及閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之方式，形成作為偏移隔離層膜之絕緣膜(圖中未示出)。接著如圖6所示，以覆蓋光電二極體PD並使其他區域露出之抗蝕劑圖形RP4作為掩模進行蝕刻處理。透過前述蝕刻處理，在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之側壁面形成偏移隔離層膜(圖中未示出)。
接著如圖7所示，透過進行指定之照相製版處理，形成使p型阱LPW露出並覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP5。接著以抗蝕劑圖形RP5作為掩模，透過注入n型雜質形成延長區域(圖中未示出)。之後，除去抗蝕劑圖形
RP5。
接著如圖8所示，透過進行指定之照相製版處理，形成使n型阱LNW露出並覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP6。接著以抗蝕劑圖形RP6作為掩模，透過注入p型雜質形成延長區域(圖中未示出)。之後，除去抗蝕劑圖形RP6。
接著形成覆蓋光電二極體PD和閘極電極TGE之側壁絕緣膜。首先，以覆蓋閘極電極TGE及閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之方式，形成在氧化矽膜之上層疊氮化矽膜之層疊結構指定之絕緣膜(圖中未示出)。接著如圖9所示，透過進行指定之照相製版處理，形成覆蓋光電二極體PD和閘極電極TGE並使其他區域露出之抗蝕劑圖形RP7。
接著以抗蝕劑圖形RP7作為掩模，對指定之絕緣膜進行蝕刻處理。由此，在畫素區域PE中，剩餘絕緣膜作為覆蓋光電二極體PD和閘極電極TGE之側壁絕緣膜SWI而形成。側壁絕緣膜SWI包含覆蓋閘極電極TGE之側壁面之部分和從覆蓋側面之部分延伸並覆蓋光電二極體PD之部分。在周邊電路區域PC中，在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之側壁面上形成側壁絕緣膜SWF。之後，除去抗蝕劑圖形RP7。
接著如圖10所示，透過進行指定之照相製版處理，形成露出n型阱INW、LNW並覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP8。接著，以抗蝕劑圖形RP8作為掩模，透過注入p
型雜質，在n型阱INW中形成源極/汲極區域IPSD，並在n型阱LNW中形成源極/汲極LPSD。之後，除去抗蝕劑圖形RP8。
接著如圖I1所示，透過進行指定之照相製版處理，形成使p型阱IPW及LPW露出並覆蓋其他區域之抗蝕劑圖形RP9。接著以抗蝕劑圖形RP9作為掩模，透過注入n型雜質在p型阱IPW中形成源極/汲極區域INSD，並在p型阱LPW中形成源極/汲極區域LNSD。之後，除去抗蝕劑圖形RP9。
接下來，在覆蓋畫素區域PE並使周邊電路區域PC露出之方式中，形成阻止金屬矽化物化之矽化物阻滯膜(圖中未示出)。以覆蓋前述矽化物阻滯膜以及閘極電極ING、IPG、LNG、LPG等方式，例如形成鈷等之金屬膜(圖中未示出)。接著，基於指定之溫度和環境進行熱處理，進行使金屬與矽發生反應之金屬矽化物化。之後，除去未反應之金屬膜。由此，便可如圖12所示，在閘極電極ING、IPG、LNG、LPG之上表面形成金屬矽化物膜MS，在源極/汲極區域INSD、IPSD、LNSD、LPSD之表面形成金屬矽化物膜MS。接著，以覆蓋閘極電極TGE及閘極電極ING、IPG、LNG、LPG等方式，例如形成由氮化矽膜構成之接觸蝕刻應力襯膜CESL。
接著如圖13所示，以覆蓋接觸蝕刻應力襯膜CESL之方式，例如形成第1層間絕緣膜IF1，以作為基於TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate：四乙基正矽酸鹽)系之
氧化膜之接觸層間絕緣膜。接著，透過進行指定之照相製版處理，形成用於形成接觸孔之抗蝕劑圖形(圖中未示出)。接著，以前述抗蝕劑圖形作為掩模，對第1層間絕緣膜IF1進行蝕刻處理，之後，除去抗蝕劑圖形。由此，便可如圖13所示，形成分別使源極/汲極區域INSD、IPSD、LNSD、LPSD(金屬矽化物膜MS)露出之接觸孔CH。
接著如圖14所示，在接觸孔CH內形成接觸插塞PG。接觸插塞PG包括阻隔金屬(barrier metal)。接下來以覆蓋第1層間絕緣膜IF1之方式，例如形成鋁等之金屬膜。接著，對於金屬膜，透過進行指定之照相製版處理以及蝕刻處理，形成由鋁構成之第1佈線M1。
接著如圖15所示，以覆蓋第1佈線M1之方式形成第2層間絕緣膜IF2。接著，透過進行指定之照相製版處理，形成用於形成導通孔之抗蝕劑圖形(圖中未示出)。接著，以前述抗蝕劑圖形作為掩模，對第2層間絕緣膜IF2進行蝕刻處理，之後，除去抗蝕劑圖形。由此，便可如圖15所示，形成使第1佈線M1露出之第1導通孔VH1。
接著如圖16所示，在第1導通孔VH1中形成第1過孔V1。接著，以覆蓋第2層間絕緣膜IF2之方式形成如鋁等之金屬膜。接著，對於金屬膜，透過進行指定之照相製版處理以及蝕刻處理，形成基於鋁之第2佈線M2。
接下來如圖17所示，以覆蓋第2佈線M2之方式形
成第3層間絕緣膜IF3。接著，透過進行指定之照相製版處理形成用於形成導通孔之抗蝕劑圖形(圖中未示出)。接著，以前述抗蝕劑圖形作為掩模，對第3層間絕緣膜IF3進行蝕刻處理後除去抗蝕劑圖形。由此，便可如圖17所示，形成使第2佈線M2露出之第2導通孔VH2。
接下來如圖18所示，在第2導通孔VH2中形成第2過孔V2。接著，以覆蓋第3層間絕緣膜IF3之方式形成如鋁等之金屬膜。接著，對於金屬膜，透過進行指定之照相製版處理以及蝕刻處理，在畫素區域PE形成墊片PDE，並在周邊電路區域形成由鋁構成之第3佈線M3。接著如圖19所示，以覆蓋墊片PDE及第3佈線M3之方式形成第4層間絕緣膜IF4。
接著在畫素區域PE形成波導。如圖20所示，透過進行指定之照相製版處理形成抗蝕劑圖形RP10，其中，前述抗蝕劑圖形RP10用於形成作為波導之波導開口部。接著，以抗蝕劑圖形RP10作為掩模，透過對第4層間絕緣膜IF4等進行蝕刻處理，如圖21所示，形成貫穿第4層間絕緣膜IF4至第1層間絕緣膜IF1以及接觸蝕刻應力襯膜CESL並使側壁絕緣膜SWI露出之波導開口部WGH。
本實施方式中，如上前述，波導開口部WGH之形成方式有兩種。在第1形成方式中，波導開口部WGH以貫穿側壁絕緣膜SWI之氮化矽膜SWN並到達側壁絕緣膜SWI之氧化矽膜SWO之方式形成。在第2形成方式中，波導開口部WGH以到達側壁之氮化矽膜SWN之方式形
成。之後，除去抗蝕劑圖形RP10。
接著如圖22所示，例如以覆蓋波導開口部WGH之表面之方式形成由氮化矽膜構成之保護膜PF。接著如圖23所示，作為塗覆系之材料，例如可將矽氧烷之埋入構件FI充填於波導開口部WGH。接著如圖24所示，透過進行指定之照相製版處理形成抗蝕劑圖形RP11，前述抗蝕劑圖形RP11用於形成使墊片PDE露出之開口部。接著以抗蝕劑圖形RP11作為掩模，透過對埋入構件FI進行蝕刻處理，如圖25所示，形成使墊片PDE露出之開口部PDEH。
接下來如圖26所示，除去抗蝕劑圖形RP11，形成波導WG。之後如圖1所示，在周邊電路區域PC中，形成由氮化矽膜等構成之鈍化膜PAF。在畫素區域PE中形成濾色器CF以及微透鏡ML。由此便可形成攝像裝置之主要部分。
在上述攝像裝置中，以到達側壁絕緣膜SWI之方式形成波導WG，由此可抑制畫素部感光度劣化。對此，將結合與比較例相關之攝像裝置進行說明。
如圖27所示，與比較例相關之攝像裝置之畫素區域CPE中，形成有包括n型區域CNR和p型區域CPR之光電二極體CPD以及傳輸用電晶體CTT。在周邊電路區域CPC中，形成有n溝道型MOS電晶體CINT和p溝道型MOS電晶體CIPT，以作為對從電荷轉換而來之電信號進行處理之畫素電晶體。另外，作為交換各種信號之邏輯電
路用之電晶體，形成有n溝道型MOS電晶體CLNT和p溝道型MOS電晶體CLPT。
以覆蓋前述MOS電晶體CINT、CIPT、CLNT、CLPT以及傳輸用電晶體CTT之方式，形成有由氮化矽膜構成之接觸蝕刻應力襯膜CCESL，並以覆蓋前述接觸蝕刻應力襯膜CCESL之方式形成有第1下層之層間絕緣膜CIF11。介隔著由氮化矽膜構成之蝕刻阻擋膜CES，在前述第1下層之層間絕緣膜CIF11之上形成有第1上層之層間絕緣膜CIF12。且在第1上層之層間絕緣膜CIF12之表面形成有第1佈線CM1。
以覆蓋前述第1佈線CM1之方式形成有第2層間絕緣膜CIF2，且在第2層間絕緣膜CIF2之表面形成有第2佈線CM2。以覆蓋前述第2佈線M2之方式形成有第3層間絕緣膜CIF3，且在第3層間絕緣膜CIF3之表面形成有第3佈線CM3。以覆蓋第3佈線CM3之方式形成有第4層間絕緣膜CIF4。
在有關比較例之攝像裝置中，為了控制波導與到光電二極體CPD之距離，在作為接觸層間膜之第1下層之層間絕緣膜CIF11與第1上層之層間絕緣膜CIF12之間，介隔有蝕刻阻擋膜CES。但是，為了避免由氮化矽膜構成之蝕刻阻擋膜CES引起之反射防止效果所導致之光衰減，波導CWG以貫穿蝕刻阻擋膜CES並到達第1下層之層間絕緣膜CIF11之方式形成。即，如圖28所示，作為波導之波導開口部CWGH以到達第1下層之層間絕緣膜CIF11
之方式形成。
因此，在有關比較例之攝像裝置中，波導CWG與光電二極體CPD之距離(參照圖27中箭頭所示)依然存在偏差，該距離偏差成為造成光電二極體CPD之感光度偏差之原因。另外，覆蓋傳輸用電晶體CTT之接觸蝕刻應力襯膜CCESL具有反射防止膜之作用而導致光衰減。因此，也將造成光電二極體CPD之感光度劣化。
另外，由氮化矽膜構成之蝕刻阻擋膜CES形成於半導體基板之整個面上。因此，在周邊電路區域中，在MOS電晶體CINT、CIPT、CLNT、CLPT與蝕刻阻擋膜CES之間之層間電容增加，從而導致運行速度下降。
並且，由於在第1下層之層間絕緣膜CIF11與第1上層之層間絕緣膜CIF12之間介隔有蝕刻特性不同之蝕刻阻擋膜CES，所以在形成接觸孔時，第1下層之層間絕緣膜CIF11及第1上層之層間絕緣膜CIF12之蝕刻速度與蝕刻阻擋膜CES之蝕刻速度不同。因此，接觸孔之開口直徑有可能產生偏差而導致MOS電晶體CINT、CIPT、CLNT、CLPT與第1佈線CM1不能良好地進行導通。並且，還有可能存在形成於接觸孔內之接觸插塞之阻隔金屬之阻隔性劣化之情況。
相對於比較例，在有關實施方式之攝像裝置中，在作為接觸層間絕緣膜之第1層間絕緣膜IF1中，未介隔有蝕刻特性不同之蝕刻阻擋膜。波導WG以貫穿第4層間絕緣膜IF4、第3層間絕緣膜IF3、第2層間絕緣膜IF2、第1
層間絕緣膜IF1以及接觸蝕刻應力襯膜CESL並到達側壁絕緣膜SWI之方式形成。
側壁絕緣膜SWI從覆蓋傳輸用電晶體TT之閘極電極TGE之側壁面之部分延伸，並覆蓋光電二極體PD。因此，側壁絕緣膜SWI位置於光電二極體PD之表面附近。由此，能夠縮短波導WG(以到達側壁絕緣膜SWI之方式形成)與光電二極體PD之間之距離，並能夠提高光電二極體PD之感光度。另外，波導WG越接近光電二極體PD，與該距離對應之光電二極體PD感光度之偏差(相對於波導WG與光電二極體PD之殘膜膜厚之偏差)也相應地變小。
並且，由氮化矽膜構成之蝕刻阻擋膜未形成於半導體基板之整個面上。因此，不存在如有關比較例中之攝像裝置之層間電容，且在周邊電路區域PC中，MOS電晶體INT、IPT、LNT、LPT之運行速度也不會下降。另外，不存在如有關比較例之攝像裝置那樣接觸孔之開口直徑產生偏差之情況，所以，MOS電晶體CINT、CIPT、CLNT、CLPT與第1佈線CM1將可進行很好地導通。並且，在形成於接觸孔CH內之接觸插塞CP之阻隔金屬(圖中未示出)之阻隔性也不會劣化。另外，透過提高光電二極體之感光度，還可減緩波導WG之波導開口部WGH之傾斜角度(錐形角度)，從而提高蝕刻之工藝餘量。
在上述攝像裝置中，對使用塗敷類之材料形成波導WG之情況進行說明。波導除了可使用塗敷類之材料之外，例如還可為CVD(Chemical Vapor Deposition)系之膜。下面對該製造方法進行說明。經過與上述圖4至圖18所示製程相同之製程，如圖29所示，在畫素區域PE中，在第3層間絕緣膜IF3之表面上形成墊片PDE。
接下來如圖30所示，透過進行指定之照相製版處理形成抗蝕劑圖形RP12，前述抗蝕劑圖形RP12用於形成作為波導之波導開口部。接著，以抗蝕劑圖形RP12作為掩模，透過對第3層間絕緣膜IF3等進行蝕刻處理，如圖31所示，形成貫穿第3層間絕緣膜IF3至第1層間絕緣膜IF1以及接觸蝕刻應力襯膜CESL並使側壁絕緣膜SWI露出之波導開口部WGH。之後如圖32所示，除去抗蝕劑圖形RP12。
接著如圖33所示，在透過化學氣相生長法充填波導開口部WGH之方式中，例如形成氮化矽膜等埋入膜FF。接著，透過對埋入膜FF進行蝕刻處理，如圖34所示，除去位置於第3層間絕緣膜IF3之上表面上之埋入膜FF。由此，使殘留在波導開口部WGH之埋入膜FF形成為波導WG。之後，經過與前述製造製程相同之製程，形成攝像裝置之主要部分。
在有關變形例之攝像裝置中，由埋入膜FF構成之波導WG也以貫穿第3層間絕緣膜IF3等並到達側壁絕緣膜SWI之方式形成。由此便可與前述攝像裝置相同，能夠提
高光電二極體PD之感光度。
在上述攝像裝置中，以鋁為例對第1佈線M1至第3佈線M3之佈線材料進行了說明。但是佈線材料並不限於鋁，也可將銅(佈線)用於上述波導之結構中。
以上根據實施方式具體地說明了本案發明人所作之發明，但是本發明並不受到前述實施方式之限定，在不超出其要旨之範圍內能夠進行種種變更，在此無需贅言。
IS‧‧‧攝像裝置
SUB‧‧‧半導體基板
EI‧‧‧元件隔離絕緣膜
PE‧‧‧畫素區域
PPW‧‧‧p型阱
PD‧‧‧光電二極體
NR‧‧‧n型區域
PR‧‧‧p型區域
TT‧‧‧傳輸用電晶體
TGI‧‧‧閘極絕緣膜
TGE‧‧‧閘極電極
SWI‧‧‧側壁絕緣膜
CESL‧‧‧接觸蝕刻應力襯膜
WG‧‧‧波導
PF‧‧‧保護膜
FI‧‧‧埋入構件
PDE‧‧‧墊片
CF‧‧‧濾色器
ML‧‧‧微透鏡
INT‧‧‧n溝道型MOS電晶體
IPW‧‧‧p型阱
IPT‧‧‧p溝道型MOS電晶體
INW‧‧‧n型阱
IGI‧‧‧閘極絕緣膜
ING‧‧‧閘極電極
IPG‧‧‧閘極電極
SWF‧‧‧側壁絕緣膜
INSD‧‧‧源極/汲極區域
IPSD‧‧‧源極/汲極區域
MS‧‧‧金屬矽化物膜
LNW‧‧‧n型阱
LGI‧‧‧閘極絕緣膜
LNG‧‧‧閘極電極
LPG‧‧‧閘極電極
LPT‧‧‧p溝道型MOS電晶體
LPW‧‧‧P型阱
LNSD‧‧‧源極/汲極區域
LPSD‧‧‧源極/汲極區域
IF1‧‧‧第1層間絕緣膜
CP‧‧‧接觸插塞
M1‧‧‧第1佈線
IF2‧‧‧第2層間絕緣膜
V1‧‧‧第1過孔
M2‧‧‧第2佈線
IF3‧‧‧第3層間絕緣膜
V2‧‧‧第2過孔
M3‧‧‧第3佈線
IF4‧‧‧第4層間絕緣膜
PAF‧‧‧鈍化膜
WGH‧‧‧波導開口部
CH‧‧‧接觸孔
Claims (14)
- 一種攝像裝置，係具備：半導體基板，具有主表面；光電轉換部，係形成於前述半導體基板中指定的區域，並將射入的光轉換成電荷；傳輸用電晶體之閘極電極，係形成於前述半導體基板之表面上，並傳輸前述光電轉換部所產生之電荷；側壁絕緣膜，係覆蓋前述閘極電極之側壁面，同時包括從覆蓋前述側壁面之部分開始延伸並覆蓋前述光電轉換部表面之部分；層間絕緣膜，係形成為覆蓋前述側壁絕緣膜；以及波導，係形成為貫穿前述層間絕緣膜並到達前述側壁絕緣膜，並且將光引導向前述光電轉換部。
- 如申請專利範圍第1項所記載之攝像裝置，其中，前述側壁絕緣膜具備：氧化矽膜；以及氮化矽膜，係形成為接觸前述氧化矽膜表面；前述波導形成為貫穿前述層間絕緣膜及前述氮化矽膜並到達前述氧化矽膜。
- 如申請專利範圍第1項所記載之攝像裝置，其中，前述側壁絕緣膜具備：氧化矽膜；以及 氮化矽膜，係形成為接觸前述氧化矽膜的上表面；前述波導係形成為貫穿前述層間絕緣膜並到達前述氮化矽膜。
- 如申請專利範圍第1項所記載之攝像裝置，其中，前述波導包括：保護膜，係覆蓋貫穿前述層間絕緣膜之開口部的表面；以及埋入構件，係充填到由前述保護膜覆蓋之前述開口部。
- 如申請專利範圍第4項所記載之攝像裝置，其中，前述保護膜為氮化矽膜，而且前述埋入構件為塗敷類之材料。
- 如申請專利範圍第1項所記載之攝像裝置，其中，前述波導包括充填於貫穿前述層間絕緣膜的開口部之指定的膜。
- 如申請專利範圍第6項所記載之攝像裝置，其中，前述指定的膜為氮化矽膜。
- 一種攝像裝置之製造方法，係具備：在具有主表面之半導體基板的表面，形成傳輸電荷之傳輸用電晶體的閘極電極之製程； 在夾著前述閘極電極而位置之前述半導體基板之其中一方的區域，藉由注入指定導電型的雜質的方式，形成將射入的光轉換成電荷的光電轉換部之製程；形成側壁絕緣膜之製程，該側壁絕緣膜為：以覆蓋前述閘極電極以及前述光電轉換部的方式形成指定的絕緣膜，藉由對前述指定的絕緣膜進行加工的方式，來覆蓋前述閘極電極之側壁面，同時包括從覆蓋前述側壁面之部分開始延伸並覆蓋前述光電轉換部表面之部分；以覆蓋前述側壁絕緣膜的方式，形成層間絕緣膜之製程；在前述層間絕緣膜形成到達前述側壁絕緣膜的開口部之製程；以及以充填前述開口部的方式，形成將光引向前述光電轉換部之波導之製程。
- 如申請專利範圍第8項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，形成前述側壁絕緣膜之製程，係作為前述指定的絕緣膜，包括：形成氧化矽膜之製程；以及以接觸前述氧化矽膜表面之方式形成氮化矽膜之製程；在形成前述開口部之製程中，以貫穿前述層間絕緣膜並讓前述氮化矽膜露出之方式形成前述開口部；在形成前述波導之製程中，以到達前述氮化矽膜之方 式形成前述波導。
- 如申請專利範圍第8項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，形成前述側壁絕緣膜之製程，係作為前述指定的絕緣膜，包括：形成氧化矽膜之製程；以及以接觸前述氧化矽膜表面之方式形成氮化矽膜之製程；在形成前述開口部之製程中，以貫穿前述層間絕緣膜及前述氮化矽膜而露出前述氧化矽膜之方式形成前述開口部；在形成前述波導之製程中，以到達前述氧化矽膜之方式形成前述波導。
- 如申請專利範圍第8項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，形成前述波導之製程係包括：以覆蓋前述開口部的表面之方式形成保護膜之製程；以及充填塗敷類之材料到藉由前述保護膜所覆蓋之前述開口部之製程。
- 如申請專利範圍第11項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，在形成前述波導之製程中，將矽氧烷適用作為前述塗敷類之材料。
- 如申請專利範圍第8項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，形成前述波導之製程係包括以埋入前述開口部之方式形成指定之膜之製程。
- 如申請專利範圍第13項所記載之攝像裝置之製造方法，其中，在形成前述波導之製程中，將氮化矽膜適用作為前述指定之膜。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012199621A JP6151499B2 (ja) | 2012-09-11 | 2012-09-11 | 撮像装置およびその製造方法 |
Publications (2)
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