WO2010122657A1 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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油谷 明栄
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Definitions

  • the present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device having a photoelectric conversion unit and an insulated gate field effect transistor unit and a manufacturing method thereof.
  • Solid-state imaging devices having a plurality of photodiodes serving as incident light photoelectric conversion sections and MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistors serving as insulated gate field effect transistor sections are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2004-228425 and 2008. -041958 and the like.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-041958 discloses that the thickness of the antireflection film and the thickness of the sidewall cannot be controlled independently by the manufacturing method of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228425.
  • an antireflection film and a sidewall are formed in the same process from three layers of insulating films of a lower layer, a middle layer and an upper layer.
  • the refractive index and thickness of the antireflection film are controlled by two layers of the lower layer and the middle insulating film, and the thickness of the sidewall is controlled by three layers of the lower layer, the middle layer, and the upper layer. It is described in the above publication that each thickness can be controlled independently.
  • the sidewall width follows the scaling law, but the thickness of the antireflection film does not follow the scaling law because the optimum structure is determined by the wavelength of the incident light.
  • the thickness of the antireflection film is always the same as or thinner than the width of the sidewall. Therefore, when the width of the sidewall is reduced according to the scaling law, the thickness of the antireflection film needs to be reduced accordingly, so that there is a problem that the application of this technique becomes difficult as the transistor becomes finer.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-041958 describes that the refractive index and thickness of the antireflection film are optimally controlled by two layers of a lower layer and a middle layer insulating film.
  • the refractive index of the upper insulating film needs to be the same as the refractive index of the interlayer insulating film on the antireflection film. This is because when the refractive indexes of the interlayer insulating film and the upper insulating film are different from each other, the reflection occurring at the interface between them cannot be ignored.
  • the antireflection film has three layers (or more) and the upper insulating film has a refractive index different from that of the interlayer insulating film, the technique of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-041958 cannot be applied in principle. There is a problem that there are many restrictions on the antireflection film.
  • the structure of the optimal antireflection film differs depending on the wavelength of incident light. For this reason, when a light receiving pixel is different for each of the three primary colors R (Red), G (Green), and B (Blue) as in a general imaging device, an antireflection film is optimized for each pixel. It is desirable.
  • the antireflection film and the sidewall are formed in the same process, the antireflection film is the same for all the R, G, and B pixels due to the restriction of the sidewall. It becomes thickness. For this reason, optimization of the antireflection film must be performed for light of any wavelength of R, G, and B, and sufficient antireflection effect cannot be obtained for light of other wavelengths. There's a problem.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a solid-state imaging device that can cope with miniaturization, has few restrictions on an antireflection film, and can optimize the antireflection effect for each pixel, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
  • a manufacturing method of a solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion units that form a plurality of pixels, an insulated gate field effect transistor unit, and each formed on each of the plurality of photoelectric conversion units.
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device including the plurality of first films which includes the following steps.
  • a laminated film made of a plurality of insulating films is formed so as to cover the plurality of photoelectric conversion portions and the gate electrode layer of the insulated gate field effect transistor portion.
  • the laminated film is left on each of the plurality of photoelectric conversion portions to form a lower layer film, and the laminated film is left on the side wall of the gate electrode layer.
  • a sidewall insulating film is formed. Impurities are introduced into regions not covered with the gate electrode layer and the sidewall insulating film, thereby forming source / drain regions of the insulated gate field effect transistor.
  • an upper layer film is formed at least on the lower layer film. At least one of the upper layer film and the lower layer film is etched so that the thicknesses of the first films on at least two of the plurality of photoelectric conversion units are different from each other.
  • the width of the sidewall insulating film and the thickness of the first film can be controlled independently, it is easy to cope with miniaturization.
  • the first film and the side wall insulating film are more first than the case where they are formed in the same process. There are fewer restrictions on the film.
  • the upper layer film is formed, and at least one of the lower layer film and the upper layer film is removed, so that the antireflection effect is optimized for each pixel. Can do.
  • FIG. 1 It is a top view which shows roughly the structure of the solid-state imaging device in Embodiment 1 of this invention.
  • FIG. 1 It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • FIG. 1 It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the solid-state imaging device in Embodiment 1 of this invention.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment has a plurality of pixels PX.
  • the plurality of pixels PX include pixels that pick up light of different colors. For example, a pixel that picks up red light (R pixel), a pixel that picks up green light (G pixel), and a pixel that picks up blue light (G pixel) ( B pixels).
  • Each of the plurality of pixels PX includes, for example, a photodiode PD as a photoelectric conversion unit, a transfer transistor TTR, a reset transistor RTR, an amplification transistor ATR, and a selection transistor STR.
  • the photodiode PD has a p-type region and an n-type region that form a pn junction with each other.
  • An antireflection film (not shown) is formed on the light incident side of the photodiode PD.
  • This antireflection film preferably has a different structure (film thickness, film quality, etc.) depending on the color of light to be imaged.
  • Each of the transfer transistor TTR, the reset transistor RTR, the amplification transistor ATR, and the selection transistor STR is an insulated gate field effect transistor, and is composed of, for example, an n-channel MOS transistor.
  • Each of these transistors has a pair of n-type source / drain regions formed on the surface of the semiconductor substrate and a gate insulating film (gate oxide film) on the region of the semiconductor substrate sandwiched between the pair of source / drain regions. And a gate electrode layer formed with a gap therebetween. Side walls (side wall insulating films: not shown) are formed so as to cover the side walls of each gate electrode layer.
  • the p-type region of the photodiode PD is connected to a ground potential, for example.
  • the n-type region of the photodiode PD and the n-type source region of the transfer transistor TTR are electrically connected, and are formed by, for example, a common n-type region.
  • the gate electrode layer of the transfer transistor TTR is electrically connected to the transfer signal line TS.
  • the n-type drain region of the transfer transistor TTR and the n-type source region of the reset transistor RTR are electrically connected.
  • the gate electrode layer of the reset transistor RTR is electrically connected to the reset signal line RS.
  • the n-type drain region of the resetting transistor RTR and the n-type source region of the amplifying transistor ATR are electrically connected, and are formed by, for example, a common n-type region.
  • a power supply line PWS is electrically connected to the n-type drain region of the resetting transistor RTR and the n-type source region of the amplifying transistor ATR.
  • the gate electrode layer of the amplifying transistor ATR is electrically connected to the n-type drain region of the transfer transistor TTR and the n-type source region of the reset transistor RTR.
  • the n-type drain region of the amplification transistor ATR and the n-type source region of the selection transistor STR are electrically connected, and are formed by, for example, a common n-type region.
  • the gate electrode layer of the selection transistor STR is electrically connected to the selection signal line SS.
  • the n-type drain region of the selection transistor STR is electrically connected to the vertical signal line PS.
  • peripheral circuits for performing operations are formed. These peripheral circuits also include transistors, and these transistors are also formed of insulated gate field effect transistors.
  • one reset transistor RTR, an amplification transistor ATR, and a selection transistor STR are provided for one set of diode portions each including one photodiode PD and transfer transistor TTR.
  • a configuration in which one set of transistor groups is provided has been described, a configuration in which one set of the transistor groups is provided for a plurality of sets of the diode portions may be employed.
  • one set of the transistor group may be shared by a plurality of sets of the diode portions connected in parallel.
  • Each pixel 1 shown in FIG. 3A to FIG. 11A corresponds to a cross section taken along the line IIIA-IIIA in FIG. 1, for example, and each pixel 2 shown in FIG. 3B to FIG. Corresponds to the cross section taken along the line IIIB-IIIB.
  • Each of the MOS transistors shown in (C) of FIGS. 3 to 11 corresponds to, for example, a cross section taken along line IIIC-IIIC of FIG.
  • an element isolation structure (not shown) and a p-type well region PW are formed on the surface of an n-type semiconductor substrate SUB made of, for example, silicon. Thereafter, by oxidizing the surface of the semiconductor substrate SUB, for example, a silicon oxide film GI is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB. On the silicon oxide film GI, for example, a polycrystalline silicon film GE and a silicon oxide film CI are sequentially stacked.
  • the silicon oxide film CI, the polycrystalline silicon film GE, and the silicon oxide film GI are patterned by a normal photolithography technique and etching technique.
  • a stacked pattern composed of a gate insulating film GI made of, for example, a silicon oxide film, a gate electrode layer GE made of, for example, a polycrystalline silicon film, and a cap insulating film CI made of, for example, a silicon oxide film is formed into the pixels 1, 2 and It is formed in each MOS transistor.
  • a photoresist pattern PR1 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR1 is formed so as to open on the portions where the photodiodes of the pixels 1 and 2 are formed and to cover the MOS transistors.
  • ions such as arsenic (As) and phosphorus (P) are implanted into the surface of the semiconductor substrate SUB.
  • an n-type region NR1 is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB, and a photodiode PD is formed in a portion indicated by the region S by the n-type region NR1 and the p-type well region PW. Thereafter, photoresist pattern PR1 is removed by, for example, ashing.
  • a photoresist pattern PR1A is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR1A is formed so as to open on the photodiode PD of the pixel 1 and the pixel 2 and to cover the MOS transistor.
  • ions such as boron (B) are implanted into the surface of semiconductor substrate SUB.
  • a p + region PR is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB.
  • This p + region PR is formed in order to prevent electrons from being trapped by the trap potential existing on the surface of the semiconductor substrate SUB and to reduce noise.
  • the formation of the p + region PR is not essential and may be omitted.
  • photoresist pattern PR1A is removed by, for example, ashing.
  • a photoresist pattern PR2 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR2 is formed so as to open on the region to be the source / drain of the MOS transistor and to cover the photodiode PD of the pixel 1 and the pixel 2.
  • ions such as As and P are implanted into the surface of the semiconductor substrate SUB using a technique such as oblique implantation or rotational implantation.
  • an n-type LDD (Lightly Doped Drain) region NR2 is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB.
  • the LDD region NR2 may be formed in both the source region and the drain region, but may be formed only at least on the drain region side. Thereafter, photoresist pattern PR2 is removed by, for example, ashing.
  • the laminated film SL is formed on the entire surface of the semiconductor substrate SUB.
  • This laminated film SL is a film that serves as both a lower film (lower antireflection film) and a side wall of the antireflection film by patterning in a later step.
  • This laminated film SL has a structure in which a lower insulating film SL1 made of, for example, a silicon nitride film and an upper insulating film SL2 made of, for example, a silicon oxide film are laminated.
  • the total thickness of the laminated film SL is set to a thickness corresponding to the width W (FIG. 11) of the sidewall formed in a later step.
  • the thickness of the lower insulating film SL1 is set to 50 to 100 nm and the thickness of the upper insulating film SL2 is set to 100 to 200 nm, for example.
  • a photoresist pattern PR3 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR3 is formed so as to cover the photodiode PD of the pixel 1 and the pixel 2 and to open the MOS transistor.
  • anisotropic etching is performed on the laminated film SL. This etching is performed until at least the surface of the semiconductor substrate SUB and the surface of the cap insulating film CI are exposed.
  • the laminated film SL is left so as to cover the side wall of the gate electrode layer GE to become the side wall SW. Further, the laminated film SL left on the photodiode PD of the pixel 1 and the pixel 2 becomes a lower antireflection film. That is, the sidewall SW and the lower antireflection film SL are simultaneously formed by the same manufacturing process by etching the laminated film SL. Thereafter, photoresist pattern PR3 is removed by, for example, ashing.
  • a photoresist pattern PR4 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR4 is formed so as to cover the photodiode PD of the pixel 1 and the pixel 2 and to open the MOS transistor.
  • gate electrode layer GE, sidewall SW, etc. as a mask, ions such as As and P are implanted into the surface of the semiconductor substrate SUB.
  • an insulating film OX made of, for example, a silicon oxide film is formed on the exposed surface of the semiconductor substrate SUB.
  • an n-type region NR3 to be a source / drain region is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB.
  • a MOS transistor having the LDD region NR2, the source / drain region NR3, and the gate electrode layer GE is formed.
  • photoresist pattern PR4 is removed by, for example, ashing.
  • a photoresist pattern PR5 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR5 is formed so as to cover the photodiode PD and the MOS transistor of the pixel 1 and to open the photodiode PD of the pixel 2.
  • anisotropic etching is applied to the lower antireflection film SL of the pixel 2.
  • the thickness of the lower antireflection film SL of the pixel 2 is controlled to be smaller than the thickness of the lower antireflection film SL of the pixel 1.
  • the above etching is performed so as to remove only a part of the thickness of the upper insulating film SL2, for example. However, this etching may be performed so as to remove all the thickness of the upper insulating film SL2, and after removing all the thickness of the upper insulating film SL2, only a part of the thickness of the lower insulating film SL1 is removed. It may be done as follows. Thereafter, photoresist pattern PR5 is removed by, for example, ashing.
  • an insulating film AL constituting the upper layer film (upper antireflection film) of the antireflection film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate SUB.
  • This insulating film AL is formed of a silicon nitride film having a thickness of 30 nm, for example.
  • An antireflection film (first film) AR is formed on the photodiode PD of each of the pixels 1 and 2 by the lower layer antireflection film SL and the insulating film (upper layer antireflection film) AL.
  • portions unnecessary for the operation of the transistor such as the contact portion of the source / drain region NR3 and the contact portion of the gate electrode layer GE, are removed by a normal photolithography technique and an etching technique.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment is formed.
  • the configuration of the antireflection film AR, the sidewall SW, and the like in the solid-state imaging device of the present embodiment formed by the above manufacturing method will be described.
  • the colors of light captured by each of pixel 1 and pixel 2 are different from each other.
  • the pn junction between the n-type region NR1 and the p-type well region PW in the region S in the semiconductor substrate SUB is a portion that functions as the photodiode PD.
  • An antireflection film AR is formed on each of the photodiodes PD.
  • the antireflection film AR has a three-layer structure in which a lower insulating film SL1, an upper insulating film SL2, and an upper antireflection film AL are stacked.
  • the antireflection film AR of the pixel 1 and the antireflection film AR of the pixel 2 have different structures (film thickness, film quality, etc.).
  • the thickness T1 of the antireflection film AR of the pixel 1 is thicker than the thickness T2 of the antireflection film AR of the pixel 2.
  • the lower insulating films SL1 of the pixels 1 and 2 have the same thickness
  • the upper antireflection films AL of the pixels 1 and 2 have the same thickness.
  • the upper insulating film SL2 of the pixel 1 is thicker than the upper insulating film SL2 of the pixel 2.
  • the antireflection film AR of the pixel 1 and the antireflection film AR of the pixel 2 are not limited to the above structure as long as they have different structures (film thickness, film quality, etc.).
  • the thickness of the antireflection film AR in at least one pixel is larger than the width of the sidewall SW.
  • the thickness T1 of the antireflection film AR of the pixel 1 is larger than the width W of the sidewall SW of the MOS transistor.
  • the thickness T2 of the antireflection film AR of the pixel 2 may be thicker or thinner than the width W of the sidewall SW of the MOS transistor.
  • the lower antireflection film SL is formed simultaneously with the sidewall SW by anisotropically etching the laminated films SL1 and SL2, the lower layer antireflection film SL has an end face ARE having a pattern generated by the anisotropic etching. Since the upper antireflection film AL is formed on the lower antireflection film SL after the anisotropic etching, the upper antireflection film AL is formed so as to cover the end surface ARE of the lower antireflection film SL.
  • the MOS transistor includes a pair of source / drain regions NR3 formed on the surface of the semiconductor substrate SUB and spaced apart from each other, and an LDD region NR2 formed around each of the pair of source / drain regions NR3. And a gate electrode layer GE formed through a gate insulating film GI on a region sandwiched between the pair of source / drain regions NR3.
  • a side wall SW is formed so as to cover the side wall of the gate electrode layer GE.
  • the sidewall SW has a configuration in which two layers of a lower insulating film SL1 and an upper insulating film SL2 are stacked.
  • the lower insulating film SL1 has an L shape in the cross-sectional view of FIG. 11, and the upper insulating film SL2 is formed on the lower insulating film SL1.
  • the insulating film AL is formed so as to cover at least the side wall of the sidewall SW.
  • the thickness W of the sidewall SW is determined by the thickness of the laminated film SL, and the thicknesses T1 and T2 of the antireflection film AR are determined by the thicknesses of the lower antireflection film SL and the upper antireflection film AL. It is determined. For this reason, the width W of the sidewall SW and the thicknesses T1 and T2 of the antireflection film AR can be controlled independently. Thereby, even if the width W of the sidewall SW becomes smaller according to the scaling law, the thickness T1 of the antireflection film AR can be made equal to or larger than the width W of the sidewall SW, and it is easy to cope with miniaturization.
  • the upper antireflection film AL is formed on the lower antireflection film SL. For this reason, there are fewer restrictions on the antireflection film AR than when the antireflection film AR and the sidewall SW are formed in the same process.
  • the upper antireflection film AL is formed, and at least one of the lower antireflection film SL and the upper antireflection film AL is removed. Is done. Therefore, it is possible to make the antireflection film AR with different thicknesses in each of the plurality of pixels PX without affecting the width W of the sidewall SW. Therefore, the antireflection effect can be optimized for each pixel PX.
  • the manufacturing method of both the pixel 1 and the pixel 2 first undergoes the same steps as those of the pixels 1 and 2 shown in FIGS. 3 (B) to 11 (B).
  • the manufacturing method of the MOS transistor of this embodiment first, the same steps as those of the MOS transistor shown in FIGS. 3C to 11C are performed.
  • a photoresist pattern PR6 is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR6 is formed so as to cover the photodiode PD of the pixel 1 and to open the photodiode PD and the MOS transistor of the pixel 2.
  • the upper antireflection film AL of the pixel 2 is subjected to anisotropic etching. Thereby, the thickness of the antireflection film AR of the pixel 2 is controlled to be thinner than the thickness of the antireflection film AR of the pixel 1. Note that the pixel 1 in FIG.
  • FIG. 12A shows a case where the end of the photoresist pattern PR6 is on the gate electrode GE, but in this case, the gate is effectively increased.
  • the contact interlayer film is thin in order to prevent vignetting, and therefore, it is preferable that the gate is also low. May be.
  • the pixel 2 in FIG. 12B is also the same. In this case, the photoresist pattern PR6 may not be provided.
  • the above etching is performed, for example, so as to remove the entire thickness of the upper antireflection film AL.
  • the etching may be performed so as to remove only a part of the thickness of the upper antireflection film AL, or after removing all the thickness of the upper antireflection film AL, It may be performed so as to remove only the part.
  • the upper antireflection film AL remains only on the side wall of the sidewall SW except for the portion covered with the photoresist pattern PR6.
  • photoresist pattern PR6 is removed by, for example, ashing.
  • an interlayer insulating film II is formed on the entire surface of the semiconductor substrate SUB so as to cover the photodiode PD and the MOS transistor.
  • the interlayer insulating film II is formed of, for example, a silicon oxide film using TEOS as a raw material, and has a flat upper surface by performing a planarization process such as CMP (Chemical-Mechanical-Polishing).
  • contact hole CH that reaches source / drain region NR3 through interlayer insulating film II and insulating film OX is formed in interlayer insulating film II by a normal photolithography technique and etching technique. .
  • a contact plug PL made of, for example, tungsten is formed so as to fill the contact hole CH.
  • a wiring layer IL made of, for example, aluminum or copper is formed on interlayer insulating film II so as to be electrically connected to source / drain region NR3 through contact plug PL.
  • interlayer insulating film II2 is formed on interlayer insulating film II so as to cover wiring layer IL.
  • a high refractive index film HRL for lenses is formed on the interlayer insulating film II2.
  • the high refractive index film HRL is processed.
  • the lens LE is formed from the high refractive index film HRL by processing the high refractive index film HRL. Thereby, the solid-state imaging device of the present embodiment is manufactured.
  • the thickness of antireflection film AR of pixel 1 is thicker than the thickness of antireflection film AR of pixel 2.
  • the antireflection film AR of the pixel 1 has a three-layer structure in which a lower insulating film SL1, an upper insulating film SL2, and an upper antireflection film AL are stacked.
  • the antireflection film AR of the pixel 2 has a two-layer structure in which a lower insulating film SL1 and an upper insulating film SL2 are stacked.
  • the antireflection film AR of the pixel 2 may have a single layer structure of the lower insulating film SL1, or three layers in which the lower insulating film SL1, the upper insulating film SL2, and the upper antireflection film AL are stacked.
  • the upper antireflection film AL may be thinner than the upper antireflection film AL of the pixel 1.
  • the thickness of the antireflection film AR in at least one pixel is larger than the width of the sidewall SW.
  • the antireflection film AR of the pixel 1 is thicker than the width W of the sidewall SW of the MOS transistor.
  • the thickness T2 of the antireflection film AR of the pixel 2 may be thicker or thinner than the width W of the sidewall SW of the MOS transistor.
  • an interlayer insulating film II made of, for example, a silicon oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate SUB so as to cover the photodiode PD and the MOS transistor.
  • a contact hole CH reaching the source / drain region NR3 is formed in the interlayer insulating film II and the insulating film OX.
  • a contact plug PL made of, for example, tungsten is formed so as to fill the contact hole CH.
  • a wiring layer IL made of, for example, aluminum or copper is formed so as to be electrically connected to the source / drain region NR3 through the contact plug PL.
  • An interlayer insulating film II2 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film II so as to cover the wiring layer IL.
  • a lens LE made of a high refractive index film HRL is formed on the interlayer insulating film II. The lens LE is for condensing light and irradiating the photodiode PD.
  • the configuration of the first embodiment shown in FIG. 11 is the same as the configuration of the present embodiment shown in FIG. 19.
  • the additional upper antireflection film AL is formed after the sidewalls are formed in a plurality of pixels, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • the thickness of the lower antireflection film SL since not only the thickness of the lower antireflection film SL but also the thickness of the upper antireflection film AL can be controlled in the pixel 2, it is further easier to optimize the antireflection effect for each pixel. .
  • a solid-state imaging device having an R pixel (first pixel), a G pixel (second pixel), and a B pixel (third pixel) as a plurality of pixels and having a MOS transistor will be described.
  • a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described mainly with reference to FIGS.
  • Each of the R pixels shown in (A) of FIGS. 20 to 23 corresponds to a cross section taken along the line IIIA-IIIA of FIG. 1, for example, and each of the G pixels shown in (B) of FIGS. Corresponds to the cross section taken along the line IIIB-IIIB. 20 to 23 corresponds to the cross section taken along the line XXC-XXC in FIG. 1, for example, and the MOS transistor shown in each of FIGS. 20 to 23 in FIG. 1 corresponds to a cross section taken along line IIIC-IIIC.
  • the manufacturing method of the R pixel in this embodiment first, the same process as that of the pixel 1 shown in FIGS. 3 (A) to 10 (A) is performed. Further, the manufacturing method of both the G pixel and the B pixel goes through the same steps as those of the pixel 2 shown in FIGS. 3 (B) to 10 (B). The manufacturing method of the MOS transistor according to the present embodiment undergoes the same steps as those of the MOS transistor shown in FIGS. 3 (C) to 10 (C).
  • FIG. 20 shows a state after the steps so far.
  • Table 1 below shows the thickness of the lower insulating film SL1 and the thickness of the upper insulating film SL2 formed in each of the R pixel, the G pixel, and the B pixel in the process of FIG.
  • the lower insulating film SL1 is marked as “lower SiN”, for example, as a silicon nitride film
  • the upper insulating film SL2 is a silicon oxide film formed, for example, using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as a raw material.
  • TEOS Tetra Ethyl Ortho Silicate
  • the sum of the film thicknesses of the lower layer SiN and the middle layer TEOS shown in Table 1 is set to be the same as the width of the sidewall SW.
  • the thickness of the “upper layer SiN” is shown in Table 2 below.
  • an insulating film AL constituting an upper antireflection film is formed on the entire surface of semiconductor substrate SUB.
  • This insulating film AL is formed of, for example, a silicon nitride film having a thickness of 0 to 100 nm. Table 3 below shows the thicknesses of “lower layer SiN”, “middle layer TEOS”, and “upper layer SiN” formed in each of the R pixel, G pixel, and B pixel in this state.
  • a photoresist pattern PR6 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR6 is formed so as to cover the photodiode PD of the R pixel and the G pixel and to open the photodiode PD and the MOS transistor of the B pixel.
  • the upper antireflection film AL of the B pixel is subjected to anisotropic etching. As a result, the upper antireflection film AL is removed and the thickness is reduced in the B pixel.
  • This etching may be performed so that a part of the film thickness of the upper antireflection film AL in the B pixel remains, and after the upper antireflection film AL is completely removed, the thickness of the lower antireflection film SL is reduced. May be performed as described.
  • the end of the photoresist pattern PR6 is on the gate electrode GE, but in this case, the gate is effectively increased.
  • the contact interlayer film is thin in order to prevent vignetting, and therefore, it is preferable that the gate is also low. May be. The same applies to the B pixel in FIG. 22C. In this case, the photoresist pattern PR6 may be omitted.
  • Table 4 below shows the thicknesses of “lower layer SiN”, “middle layer TEOS”, and “upper layer SiN” formed in each of the R pixel, G pixel, and B pixel in this state.
  • the photoresist pattern PR6 (FIG. 22) is removed by, for example, ashing to obtain the structure shown in FIG.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment is formed through substantially the same steps as those of the second embodiment shown in FIGS.
  • the additional upper antireflection film AL is formed after the sidewall SW is formed in the plurality of pixels PX, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, the sidewall SW common to all the MOS transistors can be formed, and the antireflection film AR optimized for each of the R pixel, the G pixel, and the B pixel can be realized by a relatively simple process.
  • the thickness of the antireflection film formed on each of the R pixel, G pixel, and B pixel is optimal. It is conceivable that the value also has a relationship of red light> green light> blue light.
  • an antireflection film is formed so as to satisfy the above film thickness relationship.
  • Each of the R pixels shown in (A) of FIGS. 24 to 28 corresponds to, for example, a cross section taken along the line IIIA-IIIA of FIG. 1, and each of the G pixels shown in (B) of FIGS. Corresponds to the cross section taken along the line IIIB-IIIB.
  • Each of the B pixels shown in (C) of FIGS. 24 to 28 corresponds to, for example, a cross section taken along line XXC-XXC of FIG. 1, and each of the MOS transistors shown in (D) of FIGS. 1 corresponds to a cross section taken along line IIIC-IIIC.
  • the manufacturing method of the R pixel, the G pixel, the B pixel, and the MOS transistor in the present embodiment first undergoes the same steps as those shown in FIGS. A state after the steps up to here is shown in FIG.
  • Table 5 below shows the thickness of the lower insulating film SL1 and the thickness of the upper insulating film SL2 formed in each of the R pixel, the G pixel, and the B pixel in the process of FIG.
  • the title of “lower layer SiN” in Table 5 is the same as the title of “lower layer SiN” in Tables 1 to 4.
  • the thickness of “middle layer TEOS” in Table 5 means the total thickness of the upper insulating film SL2 of the lower antireflection film SL and the lower insulating film AL1 of the upper antireflection film AL.
  • the thickness of “upper layer SiN” in Table 5 means the thickness of the upper insulating film AL2 of the upper antireflection film AL.
  • the thickness of the “middle layer TEOS” in Table 5 is only the thickness of the upper insulating film SL2 of the lower antireflection film SL.
  • photoresist pattern PR5 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photoengraving technique.
  • the photoresist pattern PR5 is formed so as to cover the photodiode PD of the R pixel and the MOS transistor and to open the photodiode PD of the G pixel and the B pixel.
  • anisotropic etching is performed on the lower antireflection film SL of the G pixel and the B pixel. Thereby, a part of the thickness of the lower antireflection film SL is removed in the G pixel and the B pixel, and the thickness is reduced.
  • photoresist pattern PR5 is removed by, for example, ashing.
  • an insulating film AL constituting the upper antireflection film is formed on the entire surface of the semiconductor substrate SUB.
  • This insulating film AL is formed of a laminated film of a lower insulating film AL1 and an upper insulating film AL2.
  • Lower insulating film AL1 is a silicon oxide film having a thickness of 0 to 200 nm, for example
  • upper insulating film AL2 is a silicon nitride film having a thickness of 0 to 100 nm, for example.
  • Table 7 below shows the thicknesses of the “lower layer SiN”, “middle layer TEOS”, and “upper layer SiN” formed in each of the R pixel, the G pixel, and the B pixel in this state.
  • a photoresist pattern PR6 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR6 is formed so as to cover the photodiode PD of the R pixel and the G pixel and to open the photodiode PD and the MOS transistor of the B pixel.
  • the upper antireflection film AL of the B pixel is subjected to anisotropic etching.
  • the upper insulating film AL2 is removed and the thickness is reduced in the B pixel.
  • This etching may be performed so that a part of the thickness of the upper insulating film AL2 in the B pixel remains, and the thickness of the lower insulating film AL1 is reduced after the upper insulating film AL2 is completely removed. It may be done.
  • the end of the photoresist pattern PR6 is on the gate electrode GE.
  • the gate is effectively increased.
  • the contact interlayer film is thin in order to prevent vignetting, and therefore, it is preferable that the gate is also low. May be.
  • the photoresist pattern PR6 may be omitted.
  • Table 8 below shows the thicknesses of the “lower layer SiN”, “middle layer TEOS”, and “upper layer SiN” formed in each of the R pixel, G pixel, and B pixel in this state.
  • the photoresist pattern PR6 (FIG. 27) is removed by, for example, ashing to obtain the structure shown in FIG.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment is formed through substantially the same steps as those of the second embodiment shown in FIGS.
  • the additional upper antireflection film AL is formed after the sidewall SW is formed in the plurality of pixels PX, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, the sidewall SW common to all the MOS transistors can be formed, and the antireflection film AR optimized for each of the R pixel, the G pixel, and the B pixel can be realized by a relatively simple process.
  • the method for forming the borderless active layer contact according to the present embodiment undergoes the steps shown in FIGS. 3 to 11, for example. Thereafter, referring to FIG. 29, a photoresist pattern PR6 is formed on the surface of semiconductor substrate SUB by a normal photolithography technique.
  • the photoresist pattern PR6 is formed so as to cover the photodiode PD and the MOS transistor of the pixel 1 and to open the photodiode PD of the pixel 2.
  • the upper antireflection film AL of the pixel 2 is subjected to anisotropic etching.
  • the thickness of the antireflection film AR of the pixel 2 is controlled to be thinner than the thickness of the antireflection film AR of the pixel 1.
  • the insulating film AL for example, silicon nitride film
  • photoresist pattern PR6 is removed by, for example, ashing.
  • an interlayer insulating film II is formed so as to cover the photodiode PD and the MOS transistor.
  • the interlayer insulating film II is formed of, for example, a silicon oxide film using TEOS as a raw material, and has a flat upper surface by performing a flattening process such as CMP.
  • anisotropic etching is performed on interlayer insulating film II until the surface of insulating film AL is exposed by a normal photolithography technique and etching technique.
  • etching conditions are selected such that the insulating film AL is not removed as much as possible by etching.
  • a contact hole CH exposing the surface of the insulating film AL is formed in the interlayer insulating film II.
  • the insulating film AL exposed from the contact hole CH is etched, and the underlying insulating film OX is exposed.
  • the etching performed on the insulating film AL is performed under etching conditions different from the etching for removing the interlayer insulating film.
  • the exposed insulating film OX is further removed by etching, so that the source / drain region NR3 is exposed from the contact hole CH.
  • a contact hole CH that reaches the source / drain region NR3 through the interlayer insulating film II, the insulating film AL, and the insulating film OX is formed.
  • the contact hole CH is opened in the interlayer insulating film II with the insulating film AL left so as to cover the upper and side portions of the sidewall SW.
  • This stopper insulating film AL is made of, for example, a silicon nitride film, and the etching selectivity can be set high with respect to the interlayer insulating film II made of a silicon oxide film. Therefore, at the time of etching for forming the contact hole CH, the stopper insulating film AL functions as an etching stopper film.
  • the thickness of the insulating film AL is smaller than the thickness of the interlayer insulating film II, it is possible to suppress the side walls SW and the like under the insulating film AL from being scraped. Can do.
  • the contact hole CH reaching the source / drain region NR3 can be formed while suppressing the side wall SW from being scraped.
  • the stopper insulating film AL as an etching stopper, it is possible to suppress the side wall SW from being scraped, and it becomes easy to cope with miniaturization.
  • the laminated film SL may have a three-layer structure as in the present embodiment shown in FIG.
  • the laminated film SL has a configuration in which a lower insulating film SL1, an intermediate insulating film SL2, and an upper insulating film SL3 are laminated.
  • Lower insulating film SL1 is, for example, a silicon nitride film
  • middle insulating film SL2 is, for example, a silicon oxide film formed using TEOS as a raw material
  • upper insulating film SL3 is, for example, a silicon nitride film.
  • the laminated film SL may have a laminated structure of four or more layers.
  • the insulating film AL constituting the upper antireflection film has a single layer structure.
  • the insulating film AL to be formed may have a two-layer structure.
  • This insulating film AL has a lower insulating film AL1 and an upper insulating film AL2.
  • Lower insulating film AL1 is, for example, a silicon oxide film
  • upper insulating film AL2 is, for example, a silicon nitride film.
  • the insulating film AL in the first to fifth embodiments may have a laminated structure of three or more layers.
  • Insulating film AL constituting the upper antireflection film in the above first to fifth embodiments may be formed so as not to be deposited on semiconductor substrate SUB and gate electrode layer GE by selective growth as shown in FIG. Good. According to this method, since the etching process of the upper antireflection film can be omitted, damage to the MOS transistor by the etching process can be reduced.
  • this transistor may be a MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor whose gate insulating film is made of an insulating film other than a silicon oxide film. Any type field effect transistor may be used. Although the n-channel MOS transistor has been described, the transistor may be a p-channel MOS transistor.
  • the conductivity type between the semiconductor substrate SUB and the well is arbitrary.
  • the photodiode PD has been described, the present invention can be applied to any device capable of photoelectric conversion.
  • AL insulating film (upper antireflection film), AL1 lower insulating film, AL2 upper insulating film, AR antireflection film, ARS1, ARS2 end face, ATR amplifying transistor, CH contact hole, CI cap insulating film, GE gate electrode layer, GI Gate insulating film, HRL high refractive index film HRL, II, II2 interlayer insulating film, IL wiring layer, LE lens, NR1, NR3 n-type region, NR2 n-type LDD region, PD photodiode, PL contact plug, PR p + region PR1, PR1A, PR2, PR3, PR4, PR5, PR6 Photoresist pattern, PS vertical signal line, PW p-type well region, PWS power supply line, PX pixel, RTR reset transistor, SL laminated film (lower antireflection film) , SL1 Lower insulation film, SL2 Upper insulation film (intermediate insulation film), SL3 Upper insulation film Edge film, SS selection signal line, STR

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

 複数のフォトダイオード(PD)上とMOSトランジスタのゲート電極層(GE)上とを覆うように形成された積層膜(SL)に選択的に異方性エッチングを施すことにより、複数のフォトダイオード(PD)の各々の上に積層膜(SL)が残されて下層反射防止膜(SL)が形成されるとともに、ゲート電極層(GE)の側壁に積層膜(SL)が残されてサイドウォール(SW)が形成される。ゲート電極層(GE)およびサイドウォール(SW)をマスクとして、MOSトランジスタのソース/ドレイン領域を形成するために不純物が導入される。不純物の導入後に少なくとも下層反射防止膜(SL)の上に上層反射防止膜(AL)が形成される。2つのフォトダイオード(PD)上のそれぞれの反射防止膜(AR)の厚みが互いに異なるように、上層反射防止膜(AL)および下層反射防止膜(SL)の少なくともいずれかがエッチングされる。これにより、微細化に対応でき、反射防止膜(AR)の制約が少なく、画素ごとに反射防止効果を最適化できる固体撮像装置の製造方法を得ることができる。

Description

固体撮像装置およびその製造方法
 本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に、光電変換部と絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部とを有する固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
 入射光の光電変換部となる複数のフォトダイオードと、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部となるMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタとを有する固体撮像装置は、たとえば特開2004-228425号公報、特開2008-041958号公報などに開示されている。
 上記の特開2004-228425号公報には、工程数削減と工程簡略化のため、フォトダイオードの反射防止膜とMOSトランジスタのゲート側方のサイドウォールとを同時に形成することが記載されている。
 しかし、特開2004-228425号公報の製造方法では反射防止膜の厚みとサイドウォールの厚みとを独立して制御することができない旨が特開2008-041958号公報に記載されている。
 この特開2008-041958号公報では、下層、中層および上層の3層の絶縁膜から反射防止膜とサイドウォールとが同一工程で形成される。反射防止膜の屈折率および厚みが下層および中層絶縁膜の2層により制御され、またサイドウォールの厚みが下層、中層および上層の3層により制御されることで、反射防止膜とサイドウォールとの各厚みを独立して制御することが可能になると上記公報には記載されている。
特開2004-228425号公報 特開2008-041958号公報
 一般にサイドウォールの幅はスケーリング則に従うが、反射防止膜の厚みは入射光の波長で最適構造が決まるためスケーリング則に従わない。しかし、特開2008-041958号公報では必ず反射防止膜の厚みがサイドウォールの幅と同じか、もしくは薄くなる。よって、サイドウォールの幅がスケーリング則に従って小さくなった場合、反射防止膜の厚みもそれにしたがって薄くする必要があるため、トランジスタの微細化が進むにつれこの技術の適用が困難になるという問題がある。
 また特開2008-041958号公報には、反射防止膜の屈折率および厚みが下層および中層絶縁膜の2層により最適に制御されるとの記載がある。しかし、下層および中層絶縁膜だけで反射防止膜の屈折率を制御するためには、上層絶縁膜の屈折率を反射防止膜上の層間絶縁膜の屈折率と同じにする必要がある。なぜなら、層間絶縁膜と上層絶縁膜との屈折率が互いに異なる場合には、両者の界面で起きる反射が無視できないためである。したがって、反射防止膜を3層(またはそれ以上)とし、かつ上層絶縁膜を層間絶縁膜とは異なる屈折率にしたい場合には、特開2008-041958号公報の技術は原理的に適用できず、反射防止膜の制約が多いという問題がある。
 また入射する光の波長によって最適な反射防止膜の構造は異なる。このため、一般的な撮像素子のように、R(Red)、G(Green)、B(Blue)の3原色ごとに受光画素が異なる場合、それぞれの画素に対して反射防止膜を最適化することが望ましい。しかし特開2008-041958号公報では、反射防止膜とサイドウォールとが同一工程で形成されているため、サイドウォールの制約により反射防止膜がR、G、Bのすべての画素に対して同一の厚みとなる。このため、反射防止膜の最適化はR、G、Bのいずれかの波長の光に対して行わざるを得ず、そのほかの波長の光に対しては十分な反射防止効果が得られないという問題がある。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、微細化に対応でき、反射防止膜の制約が少なく、画素ごとに反射防止効果を最適化できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することである。
 本発明の一実施例による固体撮像装置の製造方法は、複数の画素を構成する複数の光電変換部と、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、それぞれが複数の光電変換部の各々の上に形成された複数の第1の膜とを含む固体撮像装置の製造方法であって、以下の工程を備えている。
 複数の光電変換部上と絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部のゲート電極層上とを覆うように、複数の絶縁膜よりなる積層膜が形成される。積層膜に選択的に異方性エッチングを施すことにより、複数の光電変換部の各々の上に積層膜が残されて下層膜が形成されるとともに、ゲート電極層の側壁に積層膜が残されて側壁絶縁膜が形成される。ゲート電極層および側壁絶縁膜に覆われていない領域に不純物が導入されて、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース/ドレイン領域が形成される。不純物の導入後に少なくとも下層膜の上に上層膜が形成される。複数の光電変換部のうち少なくとも2つの光電変換部上のそれぞれの第1の膜の厚みが互いに異なる厚みとなるように、上層膜および下層膜の少なくともいずれかがエッチングされる。
 この実施例によれば、側壁絶縁膜の幅と第1の膜の厚みとを独立して制御することができるため、微細化に対応することが容易である。
 また側壁絶縁膜と下層膜とが積層膜から形成された後に、下層膜上に上層膜が形成されるため、第1の膜と側壁絶縁膜とが同一工程で形成される場合よりも第1の膜の制約が少なくなる。
 また側壁絶縁膜と下層膜とが積層膜から形成された後に、上層膜が形成され、また下層膜および上層膜の少なくともいずれかが除去されるため、画素ごとに反射防止効果を最適化することができる。
本発明の実施の形態1における固体撮像装置の構成を概略的に示す平面図である。 図1に示した固体撮像装置の回路構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態1における固体撮像装置の製造方法の第9工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第6工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第7工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態2における固体撮像装置の製造方法の第8工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態3における固体撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態4における固体撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態4における固体撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態4における固体撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態4における固体撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態4における固体撮像装置の製造方法の第5工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態5における固体撮像装置の製造方法の第1工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態5における固体撮像装置の製造方法の第2工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態5における固体撮像装置の製造方法の第3工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態5における固体撮像装置の製造方法の第4工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態6における固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態7における固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態8における固体撮像装置の製造方法を示す概略断面図である。
 以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
 (実施の形態1)
 まず本実施の形態における固体撮像装置の構成について説明する。
 図1および図2を参照して、本実施の形態の固体撮像装置は複数の画素PXを有している。複数の画素PXは、互いに異なる色の光を撮像する画素を含んでおり、たとえば赤色光を撮像する画素(R画素)、緑色光を撮像する画素(G画素)および青色光を撮像する画素(B画素)を有している。
 この複数の画素PXの各々は、たとえば光電変換部としてのフォトダイオードPDと、転送用トランジスタTTRと、リセット用トランジスタRTRと、増幅用トランジスタATRと、選択用トランジスタSTRとを有している。
 フォトダイオードPDは互いにpn接合を構成するp型領域とn型領域とを有している。このフォトダイオードPDの光の入射側には反射防止膜(図示せず)が形成されている。この反射防止膜は、撮像する光の色によって異なる構造(膜厚、膜質など)を有していることが好ましい。
 転送用トランジスタTTR、リセット用トランジスタRTR、増幅用トランジスタATRおよび選択用トランジスタSTRの各々は絶縁ゲート型電界効果トランジスタであり、たとえばnチャネルMOSトランジスタよりなっている。これらの各トランジスタは、半導体基板の表面に形成された1対のn型ソース/ドレイン領域と、その1対のソース/ドレイン領域に挟まれる半導体基板の領域上にゲート絶縁膜(ゲート酸化膜)を介在して形成されたゲート電極層とを有している。また各ゲート電極層の側壁を覆うようにサイドウォール(側壁絶縁膜:図示せず)が形成されている。
 フォトダイオードPDのp型領域は、たとえば接地電位に接続されている。フォトダイオードPDのn型領域と転送用トランジスタTTRのn型ソース領域とは電気的に接続されており、たとえば共通のn型領域により形成されている。転送用トランジスタTTRのゲート電極層は転送信号線TSに電気的に接続されている。
 転送用トランジスタTTRのn型ドレイン領域とリセット用トランジスタRTRのn型ソース領域とは電気的に接続されている。リセット用トランジスタRTRのゲート電極層はリセット信号線RSに電気的に接続されている。
 リセット用トランジスタRTRのn型ドレイン領域と増幅用トランジスタATRのn型ソース領域とは電気的に接続されており、たとえば共通のn型領域により形成されている。リセット用トランジスタRTRのn型ドレイン領域および増幅用トランジスタATRのn型ソース領域には電源線PWSが電気的に接続されている。増幅用トランジスタATRのゲート電極層は転送用トランジスタTTRのn型ドレイン領域およびリセット用トランジスタRTRのn型ソース領域に電気的に接続されている。
 増幅用トランジスタATRのn型ドレイン領域と選択用トランジスタSTRのn型ソース領域とは電気的に接続されており、たとえば共通のn型領域により形成されている。選択用トランジスタSTRのゲート電極層は選択信号線SSに電気的に接続されている。選択用トランジスタSTRのn型ドレイン領域は垂直信号線PSに電気的に接続されている。
 また画素部分以外には、演算を行う周辺回路が形成されており、これらの周辺回路もトランジスタを含んでおり、これらのトランジスタも絶縁ゲート型電界効果トランジスタよりなっている。
 また図1および図2においては、それぞれ1つのフォトダイオードPDおよび転送用トランジスタTTRよりなる1組のダイオード部に対して、それぞれ1つのリセット用トランジスタRTR、増幅用トランジスタATRおよび選択用トランジスタSTRよりなる1組のトランジスタ群が設けられた構成について説明したが、複数組の上記ダイオード部に対して1組の上記トランジスタ群が設けられた構成が採用されてもよい。たとえば並列接続された複数組の上記ダイオード部に対して1組の上記トランジスタ群が共用されてもよい。
 次に、互いに異なる色の光を撮像する画素1および画素2と、MOSトランジスタとを有する本実施の形態の固体撮像装置の製造方法について図3~図11を用いて説明する。
 図3~図11の各々の(A)に示す画素1はたとえば図1のIIIA-IIIA線に沿う断面に対応し、図3~図11の各々の(B)に示す画素2はたとえば図1のIIIB-IIIB線に沿う断面に対応している。また図3~図11の各々の(C)に示すMOSトランジスタはたとえば図1のIIIC-IIIC線に沿う断面に対応している。
 図3を参照して、たとえばシリコンよりなるn型半導体基板SUBの表面に素子分離構造(図示せず)やp型ウエル領域PWが形成される。この後、半導体基板SUBの表面を酸化することにより、半導体基板SUBの表面にたとえばシリコン酸化膜GIが形成される。このシリコン酸化膜GI上に、たとえば多結晶シリコン膜GEとシリコン酸化膜CIとが順に積層して形成される。
 この後、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、シリコン酸化膜CI、多結晶シリコン膜GEおよびシリコン酸化膜GIがパターニングされる。これにより、たとえばシリコン酸化膜よりなるゲート絶縁膜GIと、たとえば多結晶シリコン膜よりなるゲート電極層GEと、たとえばシリコン酸化膜よりなるキャップ絶縁膜CIとからなる積層パターンが画素1、画素2およびMOSトランジスタの各々に形成される。
 図4を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR1が形成される。このフォトレジストパターンPR1は、画素1および画素2のフォトダイオードを形成する部分上を開口し、かつMOSトランジスタ上を覆うように形成される。このフォトレジストパターンPR1をマスクとして、半導体基板SUBの表面にたとえば砒素(As)、リン(P)などのイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの表面にn型領域NR1が形成され、このn型領域NR1とp型ウエル領域PWとにより領域Sに示す部分にフォトダイオードPDが形成される。この後、フォトレジストパターンPR1がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図5を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR1Aが形成される。このフォトレジストパターンPR1Aは、画素1および画素2のフォトダイオードPD上を開口し、かつMOSトランジスタ上を覆うように形成される。フォトレジストパターンPR1Aをマスクとして、半導体基板SUBの表面にたとえばボロン(B)などのイオンが注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの表面にp+領域PRが形成される。このp+領域PRは、半導体基板SUBの表面に存在するトラップ電位による電子の捕獲を阻止し、ノイズを低減するために形成される。このp+領域PRの形成は必須ではなく省略されてもよい。この後、フォトレジストパターンPR1Aがたとえばアッシングなどにより除去される。
 図6を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR2が形成される。このフォトレジストパターンPR2は、MOSトランジスタのソース/ドレインとなる領域上を開口し、かつ画素1および画素2のフォトダイオードPD上を覆うように形成される。このフォトレジストパターンPR2をマスクとして、半導体基板SUBの表面にたとえばAs、Pなどのイオンが斜め注入、回転注入などの手法を用いて注入される。このイオン注入により、半導体基板SUBの表面にn型のLDD(Lightly Doped Drain)領域NR2が形成される。
 このLDD領域NR2は、ソース領域およびドレイン領域の双方に形成されてもよいが、少なくともドレイン領域側にのみ形成されればよい。この後、フォトレジストパターンPR2がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図7を参照して、積層膜SLが半導体基板SUBの表面全面に形成される。この積層膜SLは、後工程でパターニングされることにより反射防止膜の下層膜(下層反射防止膜)とサイドウォールとを兼用する膜である。この積層膜SLは、たとえばシリコン窒化膜よりなる下層絶縁膜SL1とたとえばシリコン酸化膜よりなる上層絶縁膜SL2とが積層された構成を有する。この積層膜SLの全体の厚みは後工程で形成されるサイドウォールの幅W(図11)に対応する厚みとされる。このため、サイドウォールの幅Wをたとえば150~300nmとするときには、下層絶縁膜SL1の厚みがたとえば50~100nm、上層絶縁膜SL2の厚みがたとえば100~200nmとされる。
 図8を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR3が形成される。このフォトレジストパターンPR3は、画素1および画素2のフォトダイオードPD上を覆い、かつMOSトランジスタ上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR3をマスクとして、積層膜SLに異方性エッチングが施される。このエッチングは、少なくとも半導体基板SUBの表面およびキャップ絶縁膜CIの表面が露出するまで行われる。
 このエッチングにより、積層膜SLはゲート電極層GEの側壁を覆うように残されてサイドウォールSWとなる。また画素1および画素2のフォトダイオードPD上に残された積層膜SLは下層反射防止膜となる。つまり、積層膜SLのエッチングにより、サイドウォールSWと下層反射防止膜SLとが同一の製造工程により同時に形成される。この後、フォトレジストパターンPR3がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図9を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR4が形成される。このフォトレジストパターンPR4は、画素1および画素2のフォトダイオードPD上を覆い、かつMOSトランジスタ上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR4、ゲート電極層GE、サイドウォールSWなどをマスクとして、半導体基板SUBの表面にたとえばAs、Pなどのイオンが注入される。なお、このイオン注入前には半導体基板SUBの露出した表面にたとえばシリコン酸化膜よりなる絶縁膜OXが形成される。
 このイオン注入により、半導体基板SUBの表面に、ソース/ドレイン領域となるn型領域NR3が形成される。これにより、LDD領域NR2とソース/ドレイン領域NR3とゲート電極層GEとを有するMOSトランジスタが形成される。この後、フォトレジストパターンPR4がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図10を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR5が形成される。このフォトレジストパターンPR5は、画素1のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を覆い、かつ画素2のフォトダイオードPD上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR5をマスクとして、画素2の下層反射防止膜SLに異方性エッチングが施される。これにより、画素2の下層反射防止膜SLの厚みが画素1の下層反射防止膜SLの厚みよりも薄く制御される。
 上記のエッチングは、たとえば上層絶縁膜SL2の厚みの一部のみを除去するように行われる。ただし、このエッチングは、上層絶縁膜SL2の厚みの全てを除去するように行なわれてもよく、また上層絶縁膜SL2の厚みの全てを除去した後に下層絶縁膜SL1の厚みの一部のみを除去するように行われてもよい。この後、フォトレジストパターンPR5がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図11を参照して、反射防止膜の上層膜(上層反射防止膜)を構成する絶縁膜ALが半導体基板SUBの表面全面に形成される。この絶縁膜ALは、たとえば厚み30nmのシリコン窒化膜により形成される。画素1および画素2のそれぞれのフォトダイオードPD上には下層反射防止膜SLと絶縁膜(上層反射防止膜)ALとにより反射防止膜(第1の膜)ARが形成される。
 上記の絶縁膜ALのうち、ソース/ドレイン領域NR3のコンタクト部、ゲート電極層GEのコンタクト部などのトランジスタの動作に不要な部分は通常の写真製版技術およびエッチング技術によって除去される。
 上記の工程により、本実施の形態の固体撮像装置が形成される。
 次に、上記の製造方法により形成される本実施の形態の固体撮像装置における反射防止膜AR、サイドウォールSWなどの構成について説明する。
 図11を参照して、本実施の形態の固体撮像装置において、画素1および画素2の各々が撮像する光の色は互いに異なっている。その画素1および画素2の双方において、半導体基板SUB内の領域Sにおけるn型領域NR1とp型ウエル領域PWとのpn接合部がフォトダイオードPDとして機能する部分である。これらのフォトダイオードPDの各々の上には反射防止膜ARが形成されている。
 画素1および画素2の各々において、反射防止膜ARは、下層絶縁膜SL1と、上層絶縁膜SL2と、上層反射防止膜ALとが積層された3層構造よりなっている。画素1の反射防止膜ARと画素2の反射防止膜ARとは互いに異なる構造(膜厚、膜質など)を有している。
 本実施の形態においては画素1の反射防止膜ARの厚みT1は画素2の反射防止膜ARの厚みT2よりも厚くなっている。詳細には、画素1と画素2との各下層絶縁膜SL1は互いに同じ厚みを有しており、また画素1と画素2との各上層反射防止膜ALも互いに同じ厚みを有しているが、画素1の上層絶縁膜SL2が画素2の上層絶縁膜SL2よりも厚くなっている。
 ただし、画素1の反射防止膜ARと画素2の反射防止膜ARとは互いに異なる構造(膜厚、膜質など)を有していれば、上記の構造に限定されるものではない。
 また、少なくとも1つの画素における反射防止膜ARの厚みがサイドウォールSWの幅よりも厚くなっている。本実施の形態において、画素1の反射防止膜ARの厚みT1はMOSトランジスタのサイドウォールSWの幅Wよりも厚くなっている。また画素2の反射防止膜ARの厚みT2はMOSトランジスタのサイドウォールSWの幅Wより厚くてもよく、また薄くてもよい。
 また下層反射防止膜SLは、積層膜SL1、SL2を異方性エッチングすることによってサイドウォールSWと同時に形成されるため、その異方性エッチングで生じたパターンの端面AREを有している。上層反射防止膜ALは、その異方性エッチングの後に下層反射防止膜SL上に形成されるため、下層反射防止膜SLの端面AREを覆うように形成されている。
 またMOSトランジスタは、半導体基板SUBの表面に互いに間隔を空けて形成された1対のソース/ドレイン領域NR3と、その1対のソース/ドレイン領域NR3の各々の周囲に形成されたLDD領域NR2と、その1対のソース/ドレイン領域NR3に挟まれる領域上にゲート絶縁膜GIを介して形成されたゲート電極層GEとを有している。
 ゲート電極層GEの側壁を覆うように、サイドウォールSWが形成されている。このサイドウォールSWは、下層絶縁膜SL1と上層絶縁膜SL2との2層が積層された構成を有している。下層絶縁膜SL1は図11の断面図においてL字形状を有しており、上層絶縁膜SL2はその下層絶縁膜SL1の上に形成されている。絶縁膜ALは少なくともサイドウォールSWの側壁を覆うように形成されている。
 次に本実施の形態の固体撮像装置の作用効果について説明する。
 本実施の形態によれば、積層膜SLの厚さでサイドウォールSWの幅Wが決定され、下層反射防止膜SLと上層反射防止膜ALとの厚みで反射防止膜ARの厚みT1、T2が決定される。このため、サイドウォールSWの幅Wと反射防止膜ARの厚みT1、T2とを独立して制御することができる。これにより、サイドウォールSWの幅Wがスケーリング則に従って小さくなっても、反射防止膜ARの厚みT1をサイドウォールSWの幅W以上にすることができ、微細化に対応することが容易である。
 またサイドウォールSWと下層反射防止膜SLとが積層膜SL1、SL2から形成された後に、下層反射防止膜SL上に上層反射防止膜ALが形成される。このため、反射防止膜ARとサイドウォールSWとが同一工程で形成される場合よりも反射防止膜ARの制約が少なくなる。
 またサイドウォールSWと下層反射防止膜SLとが積層膜SL1、SL2から形成された後に、上層反射防止膜ALが形成され、また下層反射防止膜SLおよび上層反射防止膜ALの少なくともいずれかが除去される。このため、サイドウォールSWの幅Wに影響を与えることなく、複数の画素PXのそれぞれにおいて反射防止膜ARを異なる厚みで作り分けることが可能となる。よって、画素PXごとに反射防止効果を最適化することができる。
 (実施の形態2)
 上記の実施の形態1においては、画素1および画素2の各々の反射防止膜ARの厚みを変えるために、下層反射防止膜SLをエッチングする方法について説明したが、上層反射防止膜ALをエッチングすることにより画素1および画素2の各々の反射防止膜ARの厚みが変えられてもよい。
 以下、上層反射防止膜をエッチングすることにより画素1および画素2の各々の反射防止膜ARの厚みを変える方法を本実施の形態として主に図12~図19を用いて説明する。
 本実施の形態において画素1および画素2の双方の製造方法は、まず図3(B)~図11(B)に示した画素1、2と同様の工程を経る。また本実施の形態のMOSトランジスタの製造方法は、まず図3(C)~図11(C)に示したMOSトランジスタと同様の工程を経る。
 この後、図12を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR6が形成される。このフォトレジストパターンPR6は、画素1のフォトダイオードPD上を覆い、かつ画素2のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR6をマスクとして、画素2の上層反射防止膜ALに異方性エッチングが施される。これにより、画素2の反射防止膜ARの厚みが画素1の反射防止膜ARの厚みよりも薄く制御される。なお図12(A)の画素1ではフォトレジストパターンPR6の端がゲート電極GE上になる場合を示しているが、この場合、実効的にゲートが高くなる。一般に撮像素子においてはケラレを防ぐためにコンタクト層間膜は薄いほうがよく、したがってゲートも低いほうが好ましいので、フォトレジストパターンPR6の端がゲートにかからないようにし、ゲート上の反射防止膜がエッチングされるようにしてもよい。また図12(B)の画素2も同様で、この場合は、フォトレジストパターンPR6はなくてもよい。
 上記のエッチングは、たとえば上層反射防止膜ALの厚みの全てを除去するように行われる。ただし上記エッチングは、上層反射防止膜ALの厚みの一部のみを除去するように行われてもよく、また上層反射防止膜ALの厚みの全てを除去した後に下層反射防止膜SLの厚みの一部のみを除去するように行われてもよい。
 このエッチングにより上層反射防止膜ALの厚みの全てが除去された場合には、上層反射防止膜ALは、フォトレジストパターンPR6で覆われた部分を除いて、サイドウォールSWの側壁にのみ残存する。
 図13を参照して、この後、フォトレジストパターンPR6がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図14を参照して、フォトダイオードPD上やMOSトランジスタ上を覆うように半導体基板SUBの表面全面に層間絶縁膜IIが形成される。この層間絶縁膜IIは、たとえばTEOSを原料とするシリコン酸化膜により形成され、たとえばCMP(Chemical Mechanical Polishing)などの平坦化処理が施されることにより平坦な上面を有している。
 図15を参照して、層間絶縁膜IIに、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、層間絶縁膜IIと絶縁膜OXとを貫通してソース/ドレイン領域NR3に達するコンタクトホールCHが形成される。
 図16を参照して、このコンタクトホールCH内を埋め込むように、たとえばタングステンなどよりなるコンタクトプラグPLが形成される。
 図17を参照して、層間絶縁膜II上に、たとえばアルミニウム、銅などよりなる配線層ILがコンタクトプラグPLを介在してソース/ドレイン領域NR3に電気的に接続するように形成される。
 図18を参照して、配線層ILを覆うように層間絶縁膜II上に、層間絶縁膜II2が形成される。この層間絶縁膜II2上に、レンズ用の高屈折率膜HRLが形成される。この後、高屈折率膜HRLが加工される。
 図19を参照して、上記の高屈折率膜HRLの加工によって、高屈折率膜HRLからレンズLEが形成される。これにより、本実施の形態の固体撮像装置が製造される。
 次に、上記の製造方法により形成される本実施の形態の固体撮像装置における反射防止膜、サイドウォールなどの構成について説明する。
 図19を参照して、本実施の形態においては画素1の反射防止膜ARの厚みは画素2の反射防止膜ARの厚みよりも厚くなっている。詳細には、画素1の反射防止膜ARは、下層絶縁膜SL1と、上層絶縁膜SL2と、上層反射防止膜ALとが積層された3層構造よりなっている。一方、画素2の反射防止膜ARは、下層絶縁膜SL1と、上層絶縁膜SL2とが積層された2層構造よりなっている。
 ただし画素2の反射防止膜ARは、下層絶縁膜SL1の単層構造よりなっていてもよく、また下層絶縁膜SL1と、上層絶縁膜SL2と、上層反射防止膜ALとが積層された3層構造で上層反射防止膜ALが画素1の上層反射防止膜ALよりも薄い構造を有していてもよい。
 また、少なくとも1つの画素における反射防止膜ARの厚みがサイドウォールSWの幅よりも厚くなっている。本実施の形態において、画素1の反射防止膜ARの厚みはMOSトランジスタのサイドウォールSWの幅Wよりも厚くなっている。また画素2の反射防止膜ARの厚みT2はMOSトランジスタのサイドウォールSWの幅Wより厚くてもよく、また薄くてもよい。
 またフォトダイオードPDおよびMOSトランジスタを覆うように半導体基板SUBの表面上に、たとえばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜IIが形成されている。この層間絶縁膜IIと絶縁膜OXとには、ソース/ドレイン領域NR3に達するコンタクトホールCHが形成されている。このコンタクトホールCH内を埋め込むように、たとえばタングステンなどよりなるコンタクトプラグPLが形成されている。
 層間絶縁膜II上に、たとえばアルミニウム、銅などよりなる配線層ILがコンタクトプラグPLを介在してソース/ドレイン領域NR3に電気的に接続するように形成されている。配線層ILを覆うように層間絶縁膜II上に、たとえばシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜II2が形成されている。この層間絶縁膜II2上に、高屈折率膜HRLよりなるレンズLEが形成されている。このレンズLEは、光を集光してフォトダイオードPDに照射するためのものである。
 なお、これ以外の構成は、図11に示す実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
 また図11に示す実施の形態1の構成も、図19に示す本実施の形態の構成と同様、層間絶縁膜II、II2と、コンタクトホールCHと、コンタクトプラグPLと、配線層ILと、レンズLEとを有している。
 本実施の形態によれば、複数の画素においてサイドウォール形成後に追加の上層反射防止膜ALが形成されるため、実施の形態1と同様の作用効果が得られる。
 また本実施の形態によれば、画素2において下層反射防止膜SLの厚みだけでなく上層反射防止膜ALの厚みも制御できるため、画素ごとに反射防止効果を最適化することがさらに容易となる。
 (実施の形態3)
 本実施の形態においては、複数の画素としてR画素(第1画素)、G画素(第2画素)およびB画素(第3画素)を有し、かつMOSトランジスタを有する固体撮像装置について説明する。まず本実施の形態の固体撮像装置の製造方法について主に図20~図23を用いて説明する。
 図20~図23の各々の(A)に示すR画素はたとえば図1のIIIA-IIIA線に沿う断面に対応し、図20~図23の各々の(B)に示すG画素はたとえば図1のIIIB-IIIB線に沿う断面に対応している。また図20~図23の各々の(C)に示すB画素はたとえば図1のXXC-XXC線に沿う断面に対応し、図20~図23の各々の(D)に示すMOSトランジスタはたとえば図1のIIIC-IIIC線に沿う断面に対応している。
 本実施の形態におけるR画素の製造方法は、まず図3(A)~図10(A)に示した画素1と同様の工程を経る。またG画素およびB画素の双方の製造方法は、図3(B)~図10(B)に示した画素2と同様の工程を経る。また本実施の形態のMOSトランジスタの製造方法は図3(C)~図10(C)に示したMOSトランジスタと同様の工程を経る。ここまでの工程を経た状態を図20に示す。
 上記の図7の工程において、R画素、G画素およびB画素の各々に形成される下層絶縁膜SL1の厚みと、上層絶縁膜SL2の厚みとを以下の表1に示す。なお表1においては、下層絶縁膜SL1は、たとえばシリコン窒化膜として「下層SiN」と標記されており、上層絶縁膜SL2は、たとえばTEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料として形成されるシリコン酸化膜として「中層TEOS」と標記されている。また表1における「上層SiN」はたとえばシリコン窒化膜よりなる上層反射防止膜ALのことであるが、図7の工程においてはまだ成膜されていないため、その厚みは0nmである。
 図7の工程においては表1に示す下層SiNおよび中層TEOSの膜厚の和はサイドウォールSWの幅と同じになるように設定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 また上記の図10の工程においてG画素およびB画素の下層反射防止膜SLがエッチングされた後のR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 図21を参照して、フォトレジストパターンPR5(図20)がたとえばアッシングなどにより除去された後、上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALが半導体基板SUBの表面全面に形成される。この絶縁膜ALは、たとえば厚み0~100nmのシリコン窒化膜により形成される。この状態におけるR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 図22を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR6が形成される。このフォトレジストパターンPR6は、R画素およびG画素のフォトダイオードPD上を覆い、かつB画素のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR6をマスクとして、B画素の上層反射防止膜ALに異方性エッチングが施される。これにより、B画素において上層反射防止膜ALが除去されて厚みが減ぜられる。このエッチングは、B画素における上層反射防止膜ALの膜厚の一部が残るように行われてもよく、また上層反射防止膜ALを完全に除去した後に下層反射防止膜SLの厚みが減ぜられるように行われてもよい。
 なお図22(A)~(B)のR画素・G画素ではフォトレジストパターンPR6の端がゲート電極GE上になる場合を示しているが、この場合、実効的にゲートが高くなる。一般に撮像素子においてはケラレを防ぐためにコンタクト層間膜は薄いほうがよく、したがってゲートも低いほうが好ましいので、フォトレジストパターンPR6の端がゲートにかからないようにし、ゲート上の反射防止膜がエッチングされるようにしてもよい。また図22(C)のB画素も同様で、この場合は、フォトレジストパターンPR6はなくてもよい。
 この状態におけるR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 この後、フォトレジストパターンPR6(図22)がたとえばアッシングなどにより除去されることにより、図23に示す構成が得られる。この後、図14~図19に示す実施の形態2とほぼ同じ工程を経ることにより本実施の形態の固体撮像装置が形成される。
 本実施の形態によれば、複数の画素PXにおいてサイドウォールSW形成後に追加の上層反射防止膜ALが形成されるため、実施の形態1と同様の作用効果が得られる。また全MOSトランジスタ共通のサイドウォールSWを形成できるとともに、R画素、G画素およびB画素ごとに最適化された反射防止膜ARを比較的簡単なプロセスで実現することができる。
 なお赤色光、緑色光、青色光の各々の波長は、赤色光>緑色光>青色光の関係にあるため、R画素、G画素およびB画素の各々に形成される反射防止膜の厚みの最適値も赤色光>緑色光>青色光の関係となることが考えられる。本実施の形態とその後の実施の形態4とについては、上記の膜厚の関係となるように反射防止膜が形成される。
 ただし、干渉の効果などによって上記と異なる各画素の反射防止膜の膜厚の関係が好ましい場合には、その関係を満たす反射防止膜が形成される。
 (実施の形態4)
 本実施の形態においては、実施の形態3と同様、複数の画素としてR画素(第1画素)、G画素(第2画素)およびB画素(第3画素)を有し、かつMOSトランジスタを有する固体撮像装置について説明する。まず本実施の形態の固体撮像装置の製造方法について主に図24~図28を用いて説明する。
 図24~図28の各々の(A)に示すR画素はたとえば図1のIIIA-IIIA線に沿う断面に対応し、図24~図28の各々の(B)に示すG画素はたとえば図1のIIIB-IIIB線に沿う断面に対応している。また図24~図28の各々の(C)に示すB画素はたとえば図1のXXC-XXC線に沿う断面に対応し、図24~図28の各々の(D)に示すMOSトランジスタはたとえば図1のIIIC-IIIC線に沿う断面に対応している。
 本実施の形態におけるR画素、G画素、B画素およびMOSトランジスタの製造方法は、まず図3~図9に示した工程と同様の工程を経る。ここまでの工程を経た状態を図24に示す。
 上記の図7の工程において、R画素、G画素およびB画素の各々に形成される下層絶縁膜SL1の厚みと、上層絶縁膜SL2の厚みとを以下の表5に示す。なお表5における「下層SiN」の標記は表1~4における「下層SiN」の標記と同様である。表5における「中層TEOS」の厚みは下層反射防止膜SLの上層絶縁膜SL2と上層反射防止膜ALの下層絶縁膜AL1との厚みの合計を意味している。また表5における「上層SiN」の厚みは上層反射防止膜ALの上層絶縁膜AL2の厚みを意味している。
 また図7の工程においてはまだ上層反射防止膜ALが成膜されていないため、表5における「中層TEOS」の厚みは下層反射防止膜SLの上層絶縁膜SL2の厚みのみであり、「上層SiN」の厚みは0nmである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 図25を参照して、フォトレジストパターンPR4(図24)がたとえばアッシングなどにより除去された後、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR5が形成される。このフォトレジストパターンPR5は、R画素のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を覆い、かつG画素およびB画素のフォトダイオードPD上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR5をマスクとして、G画素およびB画素の下層反射防止膜SLに異方性エッチングが施される。これにより、G画素およびB画素において下層反射防止膜SLの厚みの一部が除去され、その厚みが減ぜられる。この後、フォトレジストパターンPR5がたとえばアッシングなどにより除去される。
 この状態におけるR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 図26を参照して、上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALが半導体基板SUBの表面全面に形成される。この絶縁膜ALは、下層絶縁膜AL1と上層絶縁膜AL2との積層膜により形成される。下層絶縁膜AL1はたとえば厚み0~200nmのシリコン酸化膜であり、上層絶縁膜AL2はたとえば厚み0~100nmのシリコン窒化膜である。この状態におけるR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表7に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 図27を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR6が形成される。このフォトレジストパターンPR6は、R画素およびG画素のフォトダイオードPD上を覆い、かつB画素のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR6をマスクとして、B画素の上層反射防止膜ALに異方性エッチングが施される。これにより、B画素において上層絶縁膜AL2が除去されて厚みが減ぜられる。このエッチングは、B画素における上層絶縁膜AL2の膜厚の一部が残るように行われてもよく、また上層絶縁膜AL2を完全に除去した後に下層絶縁膜AL1の厚みが減ぜられるように行われてもよい。
 なお図27(A)~(B)のR画素・G画素ではフォトレジストパターンPR6の端がゲート電極GE上になる場合を示しているが、この場合、実効的にゲートが高くなる。一般に撮像素子においてはケラレを防ぐためにコンタクト層間膜は薄いほうがよく、したがってゲートも低いほうが好ましいので、フォトレジストパターンPR6の端がゲートにかからないようにし、ゲート上の反射防止膜がエッチングされるようにしてもよい。また図27(C)のB画素も同様で、この場合は、フォトレジストパターンPR6はなくてもよい。
 この状態におけるR画素、G画素およびB画素の各々に形成される「下層SiN」、「中層TEOS」および「上層SiN」の厚みを以下の表8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 この後、フォトレジストパターンPR6(図27)がたとえばアッシングなどにより除去されることにより、図28に示す構成が得られる。この後、図14~図19に示す実施の形態2とほぼ同じ工程を経ることにより本実施の形態の固体撮像装置が形成される。
 本実施の形態によれば、複数の画素PXにおいてサイドウォールSW形成後に追加の上層反射防止膜ALが形成されるため、実施の形態1と同様の作用効果が得られる。また全MOSトランジスタ共通のサイドウォールSWを形成できるとともに、R画素、G画素およびB画素ごとに最適化された反射防止膜ARを比較的簡単なプロセスで実現することができる。
 (実施の形態5)
 本実施の形態においては、上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALをエッチングストッパ膜として使用してボーダレス活性層コンタクトを形成する方法について主に図29~図32を用いて説明する。
 本実施の形態のボーダレス活性層コンタクトの形成方法は、たとえば図3~図11に示す工程を経る。この後、図29を参照して、通常の写真製版技術により、半導体基板SUBの表面上にフォトレジストパターンPR6が形成される。このフォトレジストパターンPR6は、画素1のフォトダイオードPD上およびMOSトランジスタ上を覆い、かつ画素2のフォトダイオードPD上を開口するように形成される。このフォトレジストパターンPR6をマスクとして、画素2の上層反射防止膜ALに異方性エッチングが施される。これにより、画素2の反射防止膜ARの厚みが画素1の反射防止膜ARの厚みよりも薄く制御される。このとき、MOSトランジスタ上の絶縁膜AL(たとえばシリコン窒化膜)は残存される。この後、フォトレジストパターンPR6がたとえばアッシングなどにより除去される。
 図30を参照して、フォトダイオードPD上やMOSトランジスタ上を覆うように層間絶縁膜IIが形成される。この層間絶縁膜IIは、たとえばTEOSを原料とするシリコン酸化膜により形成され、たとえばCMPなどの平坦化処理が施されることにより平坦な上面を有している。
 図31を参照して、通常の写真製版技術およびエッチング技術により絶縁膜ALの表面が露出するまで層間絶縁膜IIに異方性エッチングが施される。この層間絶縁膜IIのエッチングの際には、絶縁膜ALがエッチングにより極力除去されないようなエッチング条件が選ばれる。上記のエッチングにより層間絶縁膜IIに絶縁膜ALの表面を露出するコンタクトホールCHが形成される。
 図32を参照して、コンタクトホールCHから露出する絶縁膜ALにエッチングが施され、その下の絶縁膜OXが露出する。この絶縁膜ALに施すエッチングは上記の層間絶縁膜を除去するエッチングとは異なるエッチング条件で行われる。この後、露出した絶縁膜OXをさらにエッチングにより除去することで、ソース/ドレイン領域NR3がコンタクトホールCHから露出する。これにより、層間絶縁膜II、絶縁膜ALおよび絶縁膜OXを貫通してソース/ドレイン領域NR3に達するコンタクトホールCHが形成される。
 本実施の形態においては、サイドウォールSWの上部および側部を覆うように絶縁膜ALを残した状態で層間絶縁膜IIにコンタクトホールCHが開口される。このストッパ用絶縁膜ALはたとえばシリコン窒化膜よりなり、シリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜IIとの間でエッチング選択比を高く設定することが可能である。このため、コンタクトホールCH形成のためのエッチング時において、このストッパ用絶縁膜ALがエッチングストッパ膜として機能する。
 またコンタクトホールCHから露出した絶縁膜ALを除去する際には、絶縁膜ALの厚みが層間絶縁膜IIの厚みに比べて薄いため、絶縁膜AL下のサイドウォールSWなどの削れを抑制することができる。
 これにより、コンタクトホールCHの開口位置がマスクの重ね合わせずれなどによりずれたとしても、サイドウォールSWの削れを抑制しつつソース/ドレイン領域NR3に達するコンタクトホールCHを形成することができる。
 本実施の形態によれば、ストッパ用絶縁膜ALをエッチングストッパとすることでサイドウォールSWの削れを抑制することができ、微細化への対応が容易となる。
 (実施の形態6)
 上記の実施の形態1~5においては積層膜SLが2層構造の場合について説明したが、図33に示す本実施の形態のように積層膜SLは3層構造であってもよい。この積層膜SLは、下層絶縁膜SL1と、中層絶縁膜SL2と、上層絶縁膜SL3とが積層された構成を有している。下層絶縁膜SL1はたとえばシリコン窒化膜であり、中層絶縁膜SL2はたとえばTEOSを原料として形成されたシリコン酸化膜であり、上層絶縁膜SL3はたとえばシリコン窒化膜である。また積層膜SLは4層以上の積層構造であってもよい。
 (実施の形態7)
 上記の実施の形態1~3および5においては上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALが単層構造の場合について説明したが、図34に示す本実施の形態のように上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALは2層構造であってもよい。この絶縁膜ALは、下層絶縁膜AL1と上層絶縁膜AL2とを有している。下層絶縁膜AL1はたとえばシリコン酸化膜であり、上層絶縁膜AL2はたとえばシリコン窒化膜である。また実施の形態1~5の絶縁膜ALは3層以上の積層構造であってもよい。
 (実施の形態8)
上記の実施の形態1~5における上層反射防止膜を構成する絶縁膜ALは、図35に示すように選択成長により、半導体基板SUB上およびゲート電極層GE上に堆積しないように形成されてもよい。この方法によれば、上層反射防止膜のエッチング工程を省略することができるため、エッチング工程がMOSトランジスタに与えるダメージを軽減することができる。
 なお上記の実施の形態1~8においてはMOSトランジスタについて説明したが、このトランジスタは、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜以外の絶縁膜よりなるMIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタであってもよく、絶縁ゲート型電界効果トランジスタであればよい。またnチャネルMOSトランジスタについて説明したがトランジスタはpチャネルMOSトランジスタであってもよい。
 また半導体基板SUBとウエルとの導電型は任意である。またフォトダイオードPDについて説明したが、光電変換可能なデバイスであれば本発明を適用することができる。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 AL 絶縁膜(上層反射防止膜)、AL1 下層絶縁膜、AL2 上層絶縁膜、AR 反射防止膜、ARS1,ARS2 端面、ATR 増幅用トランジスタ、CH コンタクトホール、CI キャップ絶縁膜、GE ゲート電極層、GI ゲート絶縁膜、HRL 高屈折率膜HRL、II,II2 層間絶縁膜、IL 配線層、LE レンズ、NR1,NR3 n型領域、NR2 n型LDD領域、PD フォトダイオード、PL コンタクトプラグ、PR p+領域、PR1,PR1A,PR2,PR3,PR4,PR5,PR6 フォトレジストパターン、PS 垂直信号線、PW p型ウエル領域、PWS 電源線、PX 画素、RTR リセット用トランジスタ、SL 積層膜(下層反射防止膜)、SL1 下層絶縁膜、SL2 上層絶縁膜(中層絶縁膜)、SL3 上層絶縁膜、SS 選択信号線、STR 選択用トランジスタ、SUB 半導体基板、SW サイドウォール、TS 転送信号線、TTR 転送用トランジスタ。

Claims (14)

  1.  複数の画素(PX)を構成する複数の光電変換部(PD)と、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、それぞれが複数の前記光電変換部の各々の上に形成された複数の第1の膜(AR)とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
     複数の前記光電変換部上と前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部のゲート電極層(GE)上とを覆うように、複数の絶縁膜よりなる積層膜(SL)を形成する工程と、
     前記積層膜に選択的に異方性エッチングを施すことにより、複数の前記光電変換部の各々の上に前記積層膜を残して下層膜(SL)を形成するとともに、前記ゲート電極層の側壁に前記積層膜を残して側壁絶縁膜(SW)を形成する工程と、
     前記ゲート電極層および前記側壁絶縁膜に覆われていない領域に不純物を導入して、前記絶縁ゲート型電界効果トランジスタのソース/ドレイン領域(NR3)を形成する工程と、
     前記不純物の導入後に少なくとも前記下層膜の上に上層膜(AL)を形成する工程と、
     複数の前記光電変換部のうち少なくとも2つの光電変換部上のそれぞれの前記第1の膜の厚みが互いに異なる厚みとなるように、前記上層膜および前記下層膜の少なくともいずれかをエッチングする工程とを備えた、固体撮像装置の製造方法。
  2.  前記上層膜(AL)および前記下層膜(SL)の少なくともいずれかをエッチングする前記工程は、前記側壁絶縁膜(SW)の形成後であって前記上層膜の形成前に前記下層膜をエッチングする工程を含む、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  3.  前記上層膜(AL)および前記下層膜(SL)の少なくともいずれかをエッチングする前記工程は、前記上層膜の形成後に少なくとも前記上層膜をエッチングする工程を含む、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  4.  前記上層膜(AL)および前記下層膜(SL)の少なくともいずれかをエッチングする前記工程は、前記上層膜をエッチングして前記下層膜を露出させた後に、露出した前記下層膜をエッチングする工程を含む、請求の範囲第3項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  5.  前記複数の画素(PX)は、互いに異なる色の光を撮像する第1画素、第2画素および第3画素を含み、
     前記上層膜(AL)および前記下層膜(SL)の少なくともいずれかをエッチングする前記工程は、
     前記第1画素の前記光電変換部(PD)上の前記下層膜を残しつつ、前記第2画素および前記第3画素の双方の前記光電変換部上の前記下層膜を前記側壁絶縁膜の形成後であって前記上層膜の形成前にエッチングする工程と、
     前記第3画素の前記光電変換部上の前記上層膜を前記上層膜の形成後にエッチングする工程とを含む、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  6.  前記上層膜(AL)および前記下層膜(SL)の少なくともいずれかをエッチングする前記工程は、前記第3画素の前記上層膜をエッチングして前記下層膜を露出させた後に、露出した前記下層反射防止膜をエッチングする工程を含む、請求の範囲第5項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  7.  前記積層膜(SL)は3層以上の絶縁膜より形成される、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  8.  前記上層膜(AL)はシリコン窒化膜単層により形成される、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  9.  前記上層膜(AL)は2層以上の膜により形成される、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  10.  前記上層膜(AL)はシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが積層されて形成される、請求の範囲第9項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  11.  前記上層膜(AL)は選択成長により形成される、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  12.  前記上層膜(AL)を形成する前記工程は、前記上層膜を前記ゲート電極層(GE)上および前記側壁絶縁膜(SW)上を覆うように形成する工程を含み、
     前記第1の膜(AR)の形成後に、前記上層膜とは異なる材質よりなる層間絶縁膜(II)を前記ソース/ドレイン領域(NR3)上および前記第1の絶縁膜上を覆うように形成する工程と、
     前記層間絶縁膜を第1の条件でエッチングすることにより、前記層間絶縁膜に前記上層膜の一部を露出するコンタクトホールを形成する工程と、
     前記第1の条件とは異なる第2の条件で前記上層膜をエッチングすることにより、前記コンタクトホールから露出する前記上層膜を除去する工程とをさらに備えた、請求の範囲第1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
  13.  互いに異なる色の光を撮像するための第1画素(PX)および第2画素(PX)を有する固体撮像装置であって、
     前記第1画素に対応する第1の光電変換部(PD)と、
     前記第2画素に対応する第2の光電変換部(PD)と、
     ゲート電極層(GE)を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ部と、
     それぞれが前記第1および第2の光電変換部の各々の上に形成された2つの第1の膜(AR)と、
     前記ゲート電極層の側壁に形成された側壁絶縁膜(SW)とを備え、
     前記第1の光電変換部上に形成された前記第1の膜と前記第2の光電変換部上に形成された前記第1の膜は、互いに異なる構造を有し、
     前記第1の光電変換部上に形成された前記第1の膜は、下層膜(SL)と、前記下層膜上に位置しかつ前記下層膜のパターンの端面(ARE)を覆う上層膜(AL)とを含み、
     前記側壁絶縁膜は前記下層膜から成る、固体撮像装置。
  14.  前記第1の光電変換部上に形成された前記第1の膜の厚みは、前記側壁絶縁膜の幅よりも厚い、請求の範囲第13項記載の固体撮像装置。
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