JP6570233B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
最初に、図2に示した基板101に形成されているフォトダイオード102と、素子分離領域103と、転送トランジスタのゲート電極105を覆うように、第1の絶縁膜としての層間膜106を形成する。層間膜106は、光反射部材107の形状および位置を決定するために用いられる層となる。
次に、層間膜106の上にフォトレジスト膜を形成する。フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜をパターニングしてフォトレジストパターンを形成する。このフォトレジストパターンをマスクとして異方性ドライエッチングプロセスを用いて、層間膜106の一部をエッチングによって除去する。このようにして、フォトダイオード102の上部に開口部を形成する。
次に、光反射膜を層間膜106の上に成膜する。
次に、光反射部材107が開口部の側壁に残存するように、光反射膜の一部をエッチングによって除去する。
(204)=(201)−(202)+(203)・・・式(1)
次に、光反射部材107の形成後、第2の絶縁膜としての層間膜108を形成する。層間膜108は層間膜106のエッチングによって形成された段差を十分に埋めることが可能な膜厚とする。また、表面の平坦化のために層間膜108に化学的機械研磨を実施する。
次に、層間膜106と層間膜108を貫通し、転送トランジスタのゲート電極に接触するようなコンタクトプラグ115Aを形成する。また、同一工程によって、転送トランジスタのドレイン領域を構成するフローティングディフュージョンに接触するコンタクトプラグ115Bを形成する。すなわち、コンタクトプラグ115Aおよび115Bを形成する工程は、光反射部材107を形成する工程と別工程となっている。
以下、図4から図6の固体撮像装置の模式断面図を用いて、本実施形態の製造プロセスフローをより具体的に説明する。
半導体基板401上にエピタキシャル層402が形成された半導体基板を用意する。エピタキシャル層402に素子分離領域403を形成する。素子分離領域403はエピタキシャル層をフォトリソグラフィと異方性ドライエッチングを用いてパターニングし、パターニングによって形成された溝にシリコン酸化膜を埋め込んで形成する。シリコン酸化膜の埋め込み後は基板表面の平坦化を行う。また、素子分離領域403は半導体基板の熱酸化によって形成してもよい。熱酸化を用いる場合、異方性ドライエッチング、シリコン酸化膜の埋め込み、平坦化は行わなくてもよい。さらに、素子分離領域403を形成するために、不純物をエピタキシャル層に注入したPN接合分離を用いてもよい。
続いて、第1の絶縁膜となる層間膜410を成膜する。層間膜410としてはCVD法などにより形成されたシリコン酸化膜が用いられる。層間膜410の厚さはゲート電極409を十分に被覆し、ゲート電極409により生じる凹凸を充分低減するだけの膜厚が必要となり、その厚さは400〜900ナノメートル程度である。
層間膜410のパターニング後、光反射膜411Aを形成する。光反射膜411Aは、開口部の側壁470および底部471、ならびに、開口部が形成されていない層間膜410の上に形成される。光反射膜411Aとしては、金属を用いることができる。たとえば、タングステンを用いる場合、膜厚は100〜300ナノメートル程度である。また、光反射膜の材料としては、チタンやアルミニウムを用いることもできる。光反射膜411Aの成膜条件は種々の条件を取り得るが、層間膜410に形成された開口部による段差が残るような膜厚で光反射膜411Aを形成するのがよい。この開口部による段差をすべて埋めるような条件で光反射膜411Aを成膜すると、後のパターニングの工程で所望の形状の光反射部材を得ることが困難となるため好ましくない。
フォトレジストパターン475をマスクとして、エッチングを用いて光反射膜411Aをパターニングすることで、層間膜410の開口部の側壁470に光反射部材411を形成することができる。この際のエッチングはドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。光反射膜411Aをパターニングする際には、フォトダイオード404の上の層間膜410の少なくとも一部が露出するように光反射膜411Aの一部を除去する。これにより、フォトダイオード404に導かれる光の損失を低減できる。本図では光反射膜411Aをパターニングする際に、開口部が形成されていない層間膜410の上面部472に配された光反射膜411Aの一部を除去している。しかし、層間膜410の上面部472にも光反射部材411が配されるように、エッチングマスクであるフォトレジストパターンを形成してもよい。
層間膜410の開口部460による段差を十分に埋めるように、第2の絶縁膜となる層間膜412を形成する。層間膜412の膜厚は450〜950ナノメートル程度で、材料としてはCVD法を用いて形成されたシリコン酸化膜が用いられる。層間膜412の上部には配線層を形成するため、層間膜412に対して表面平坦化の工程を行う。平坦化後の半導体基板401から層間膜412の上面までの高さは550から850ナノメートル程度である。ゲート電極409のすべてを覆わないように層間膜410を形成した場合には、ゲート電極409と層間膜410との段差を十分埋めるように、これらの上に層間膜412を形成する。
図6(A)に、3層の配線層を形成した後の固体撮像装置の構造を示す。金属配線としては、アルミ配線の他に、ダマシン法を用いて形成された銅配線を用いてもよい。
層間膜421の上にパッシベーション膜422を形成する。パッシベーション膜422の材料はたとえばシリコン窒化膜である。入射光の反射率を低減するため、パッシベーション膜422として、シリコン窒化膜とシリコン酸窒化膜との積層構造を用いてもよい。
本実施形態では、実施形態1とは異なる光反射部材の製造方法について説明する。同じ符号で示す部材は、実施形態1と同じ部材を意味するため、説明を省略する。
本実施形態では、実施形態1および2とは異なる光反射部材の製造方法について説明する。同じ符号で示す部材は、実施形態1および2と同じ部材を意味するため、説明を省略する。
411 光反射部材
412 層間膜
Claims (15)
- 光電変換部と画素トランジスタを有する基板の上部に、前記光電変換部および前記画素トランジスタのゲート電極を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記光電変換部の上部に形成されている前記第1の絶縁膜を除去して開口部を形成する工程と、
少なくとも前記開口部の側壁に光反射部材を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜と前記光反射部材の上部に第2の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜を貫通し、前記画素トランジスタのゲート電極と接触するコンタクトプラグを形成する工程と、
前記コンタクトプラグに接触し、前記基板の表面に最も近い配線層を形成する工程と、
を有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記光反射部材を形成する工程は、前記開口部の側壁および底部ならびに該開口部が形成されていない該第1の絶縁膜の上部に光反射膜を形成する工程と、前記光電変換部の上部に位置する該光反射膜を除去する工程とを有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記光反射部材を形成する工程は、前記開口部の側壁および底部ならびに該開口部が形成されていない該第1の絶縁膜の上部に光反射膜を形成する工程と、前記光電変換部の上部および前記開口部が設けられていない前記第1の絶縁膜の上部に形成されている該光反射膜を除去する工程とを有することを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記光反射部材を形成する工程は、前記開口部の側壁および底部ならびに該開口部が形成されていない該第1の絶縁膜の上部に光反射膜を形成し、該光反射膜をエッチバックする工程を有することを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記コンタクトプラグを形成する工程の後に、入射された光を前記光電変換部に導くための光導波路構造を形成する工程を有することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記基板は、前記光電変換部から転送される信号電荷を蓄積する電荷保持部を有し、前記光反射部材を形成する工程は、前記電荷保持部の上部の該光反射膜を残存させることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記光反射部材は金属により構成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記光反射部材はタングステンにより構成されていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記コンタクトプラグの上面から前記基板の表面までの距離は、前記光導波路構造の上面から前記基板の表面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項5に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記コンタクトプラグの上面は配線層と接しており、
前記配線層の上面から前記基板の表面までの距離は、前記光導波路構造の上面から前記基板の表面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項5又は9に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記光反射部材の下面から前記基板の表面までの距離は、前記光導波路構造の下面から前記基板の表面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項5、9又は10のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 光電変換部と画素トランジスタを有する基板と、
前記光電変換部および前記画素トランジスタのゲート電極を覆うように前記基板の上部に形成され、前記光電変換部の上部に開口部が形成された第1の絶縁膜と、
少なくとも前記開口部の側壁に形成された光反射部材と、
前記第1の絶縁膜および前記光反射部材の上部に形成された第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上部に設けられた複数の配線層と、
前記画素トランジスタのゲート電極および前記複数の配線層のうちの前記基板の表面に最も近い配線層に接触し、前記画素トランジスタのゲート電極と前記基板の表面に最も近い配線層との間において前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜を貫通するように形成されたコンタクトプラグと、を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 平面視で前記光電変換部と重なるように配された光導波路構造を備え、
前記コンタクトプラグの上面から前記基板の表面までの距離は、前記光導波路構造の上面から前記基板の表面までの距離よりも短く、
前記光反射部材の下面から前記基板の表面までの距離は、前記光導波路構造の下面から前記基板の表面までの距離よりも短いことを特徴とする請求項12に記載の固体撮像装置。 - 前記光反射部材は、前記開口部の側壁から前記開口部が設けられていない前記第1の絶縁膜の上部の一部まで設けられていることを特徴とする請求項12又は13に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜の開口部に配置されることを特徴とする請求項12から14のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
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