JP2005333066A - Solid-state image pickup element and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に固体撮像素子の光電変換部の受光領域を規定する遮光膜の構造に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure of a light-shielding film that defines a light-receiving region of a photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device.
エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。 A solid-state imaging device using a CCD used for an area sensor or the like includes a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring a signal charge from the photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are sequentially driven.
近年、CCDの高画素化に伴い、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。特に固体撮像素子の横方向シュリンクが顕著となっている。
しかしながら、縦方向のシュリンクに対しては鈍化しており、縦横比(アスペクト比)は増加傾向にある。アスペクト比の増加は電荷転送電極を覆う遮光膜での反射光および散乱光を生じ易く、CCDにおける光入射角に対するマージンを減少させることになり、光路設計に困難が伴うことになる。
In recent years, with the increase in the number of pixels of a CCD, the demand for higher resolution and higher sensitivity is increasing in solid-state imaging devices, and the number of imaging pixels is increasing to more than gigapixels. In particular, the lateral shrinkage of the solid-state image sensor is prominent.
However, the vertical shrinkage has slowed down, and the aspect ratio tends to increase. Increasing the aspect ratio tends to generate reflected light and scattered light at the light shielding film covering the charge transfer electrode, reducing the margin with respect to the light incident angle in the CCD, resulting in difficulty in optical path design.
このように微細化が進むと、遮光膜をパターニングする際、下地の凹凸が大きいためハレーションでセンサ開口面積が変動し、感度やスミアに悪影響を及ぼすことがあった。
そこで、この問題を解決するため、表面の凹凸を低減するとともに斜め方向からの光の入射を防止すべく、種々の提案がなされている。
When miniaturization progresses in this way, when patterning the light-shielding film, the unevenness of the base is large, so that the sensor aperture area fluctuates due to halation, which may adversely affect sensitivity and smear.
In order to solve this problem, various proposals have been made to reduce the surface irregularities and prevent the incidence of light from an oblique direction.
その1つに、電荷転送電極を形成した後、層間絶縁膜を形成しこの層間絶縁膜に溝を設け、この溝に遮光膜を充填することにより、光電変換部を規定するようにした構造が提案されている(特許文献1)。 For example, after forming the charge transfer electrode, an interlayer insulating film is formed, a groove is formed in the interlayer insulating film, and a light shielding film is filled in the groove, thereby defining a photoelectric conversion unit. It has been proposed (Patent Document 1).
また、受光部を囲むように窓を有する第1の遮光膜で覆うとともに、受光部の周りを第2の遮光膜で被覆し、これら第1および第2の遮光膜によって受光部を規定し、斜め方向からの入射光によるスミア発生を低減する構造が提案されている(特許文献2)。 Further, the first light-shielding film having a window so as to surround the light-receiving part is covered, and the periphery of the light-receiving part is covered with a second light-shielding film, and the light-receiving part is defined by the first and second light-shielding films, A structure that reduces the occurrence of smear due to incident light from an oblique direction has been proposed (Patent Document 2).
なお、電荷転送電極とこの上層に形成されるアルミニウムなどの配線層との間の層間絶縁膜としては通常、BPSG(borophospho silicate glass)膜あるいはPSG(phospho silicate glass)膜が用いられこの熱流動性を利用し、光電変換部の真上に凹部を形成し、この凹部にCVD法によって窒化シリコン膜を埋め込み、層内レンズ構造を形成している。 In general, a BPSG (borophospho silicate glass) film or a PSG (phospho silicate glass) film is used as an interlayer insulating film between the charge transfer electrode and a wiring layer such as aluminum formed on the upper layer. A recess is formed right above the photoelectric conversion portion, and a silicon nitride film is buried in the recess by a CVD method to form an in-layer lens structure.
しかしながら、このような構造では、十分に薄型化することが出来ずまた、熱流動性を生ぜしめるための高温熱処理工程を必要とするため、この高温熱処理工程で表面に析出物が析出し易く、コンタクト部のメタル配線の断線を引き起こす虞があるという問題があった。 However, in such a structure, it cannot be sufficiently thinned, and requires a high-temperature heat treatment step for producing heat fluidity, and thus precipitates are likely to precipitate on the surface in this high-temperature heat treatment step, There has been a problem that there is a risk of disconnection of the metal wiring in the contact portion.
このように、従来の固体撮像素子では、微細化が進むにつれて、フォトリソグラフィ工程においては、下地の凹凸に起因するハレーションによって、受光部を規定する開口面積が変動し、感度やスミア特性に悪影響を及ぼすという問題があった。
また、遮光膜の形成後、受光部に充填するBPSG膜の平坦化のための高温熱処理工程を必要とすることにより、析出物によってコンタクト部のメタル配線に断線を引き起こすという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、受光部の面積を高精度に規定することを目的とする。
また、ボロンやリンの析出によるメタル配線の断線を防止することができ、長寿命で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional solid-state imaging device, as the miniaturization progresses, in the photolithography process, the aperture area that defines the light receiving portion fluctuates due to halation caused by the unevenness of the base, which adversely affects sensitivity and smear characteristics. There was a problem of affecting.
In addition, after forming the light shielding film, a high temperature heat treatment step for flattening the BPSG film to be filled in the light receiving portion is required, thereby causing a problem of disconnection of the metal wiring in the contact portion due to precipitates.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to define the area of a light receiving portion with high accuracy.
It is another object of the present invention to provide a solid-state imaging device that can prevent disconnection of metal wiring due to precipitation of boron or phosphorus, and has a long life and high reliability.
そこで本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、前記光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着層と、前記密着層の側壁を含む表面全体を覆うように形成された、遮光膜とを具備したことを特徴とすることを特徴とする。 Therefore, the present invention provides a solid-state imaging device including a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit has an opening. And an adhesion layer covering the charge transfer portion, and a light shielding film formed so as to cover the entire surface including the side wall of the adhesion layer.
上記構成によれば、遮光膜が、フォトリソグラフィ工程を必要とすることなく形成できるためハレーションによるをパターン精度の劣化を招くこともない。また光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着層の側壁を含む表面全体を覆うように形成されているため、斜め方向からの光の入射を阻止し、高感度で安定なスミア特性をもつ固体撮像素子を形成することが可能となる。 According to the above configuration, since the light shielding film can be formed without requiring a photolithography process, the pattern accuracy is not deteriorated due to halation. In addition, since the photoelectric conversion part has an opening and is formed so as to cover the entire surface including the side wall of the adhesion layer that covers the charge transfer part, it prevents the incidence of light from an oblique direction and is highly sensitive and stable. It is possible to form a solid-state imaging device having smear characteristics.
また本発明は、前記遮光膜は、選択成長によって前記密着層表面に成膜された導電性膜であるものを含む。 In the invention, it is preferable that the light shielding film is a conductive film formed on the surface of the adhesion layer by selective growth.
上記構成によれば、密着層表面に選択成長によって遮光膜が形成されるため、ハレーションによるパターン精度の変動もなく、高精度で信頼性の高い遮光層の形成が可能となる。 According to the above configuration, since the light shielding film is formed on the surface of the adhesion layer by selective growth, it is possible to form a highly accurate and highly reliable light shielding layer without variation in pattern accuracy due to halation.
また本発明は、前記密着層がアルミニウム薄膜を含むものを含む。 In the invention, the adhesion layer includes an aluminum thin film.
上記構成によれば、低抵抗で密着性の高い膜を得ることができる。従って、遮光膜として用いるとともに、必要箇所では低抵抗の配線層としての使用も可能となる。なお密着層としてはアルミニウムに限定されることはないがアルミニウム薄膜と同程度の比抵抗をもつ薄膜であるのが望ましい。 According to the above configuration, a film having low resistance and high adhesion can be obtained. Therefore, it can be used as a light-shielding film, and can also be used as a low-resistance wiring layer at a required location. The adhesion layer is not limited to aluminum, but is preferably a thin film having a specific resistance comparable to that of an aluminum thin film.
また本発明は、前記遮光膜がタングステン膜であるものを含む。 In the invention, the light shielding film includes a tungsten film.
上記構成によれば、アルミニウム薄膜パターン上に信頼性の高いタングステン膜を形成することが可能となる。 According to the above configuration, a highly reliable tungsten film can be formed on the aluminum thin film pattern.
また本発明は、前記光電変換部の表面から前記遮光膜の一部を覆うように形成され、表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填された平坦化膜とを具備し、前記平坦化膜は前記遮光膜の表面よりも高屈折率を有することを特徴とするものを含む。 Further, the present invention comprises a planarization film that is formed so as to cover a part of the light shielding film from the surface of the photoelectric conversion part, and is filled in the photoelectric conversion part so that the surface is substantially flat, The planarization film includes a film having a higher refractive index than the surface of the light shielding film.
上記構成によれば、固体撮像素子表面を覆うように形成していたBPSG膜などの層間絶縁膜を、平坦化膜として、凹部にのみ選択的に充填するとともに、この平坦化膜と接する電荷転送電極表面を遮光膜で覆うようにしているため、縦方向のシュリンクが容易となる上、この平坦化膜が層内レンズとして集光作用をもつため、許容光入射角が広がり、高感度の固体撮像素子を形成することが可能となる。 According to the above configuration, the interlayer insulating film such as the BPSG film formed so as to cover the surface of the solid-state imaging device is selectively filled only in the concave portion as the planarizing film, and the charge transfer is in contact with the planarizing film. Since the electrode surface is covered with a light-shielding film, shrinking in the vertical direction is facilitated, and the planarizing film has a condensing function as an in-layer lens. An imaging element can be formed.
また本発明は、前記平坦化膜が塗布膜であるものを含む。 Moreover, this invention contains what the said planarization film | membrane is a coating film.
上記構成によれば、リフロー工程が不要となり、平坦な膜を高温工程を経ることなく形成できるため、密着性層としてアルミニウムなどの低融点薄膜を用いた場合にも、配線抵抗が低く、長寿命で信頼性の高い固体撮像素子を得ることができる。 According to the above configuration, a reflow process is not required, and a flat film can be formed without going through a high temperature process. Therefore, even when a low melting point thin film such as aluminum is used as the adhesive layer, the wiring resistance is low and the service life is long. Thus, a highly reliable solid-state imaging device can be obtained.
また本発明は、前記平坦化膜がSOG膜であるものを含む。
上記構成によれば、低温形成が可能で平坦な絶縁膜を得ることが可能である。
In the invention, the planarization film is an SOG film.
According to the above configuration, a flat insulating film that can be formed at a low temperature can be obtained.
本発明は、前記平坦化膜がSOD膜であるものを含む。
上記構成によれば、低温形成が可能で平坦な絶縁膜を得ることが可能である。
The present invention includes one in which the planarizing film is an SOD film.
According to the above configuration, a flat insulating film that can be formed at a low temperature can be obtained.
本発明は、フィールド絶縁膜の表面は前記電荷転送電極の表面よりも下にあることを特徴とするものを含む。
この構成により、表面の平坦化を確実にすることができる。
The present invention includes the field insulating film characterized in that the surface of the field insulating film is below the surface of the charge transfer electrode.
With this configuration, the surface can be flattened.
本発明は、半導体基板表面に光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送するように、前記光電変換部に近接して配される電荷転送電極を含む電荷転送部を形成する工程と、前記光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着性層を形成する工程と、前記密着性層上に選択成長により遮光膜を成膜する工程と、この上層に平坦化膜を形成する工程とを含む。
この構成によれば、密着性層をパターニングした後、金属膜の選択成長により遮光膜を成膜することができ、高精度かつ高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。ここで平坦化膜としては低温下での成膜が可能であるものを選択することにより、密着性層としてアルミニウムなど、加工が容易でかつ選択成長の下地となる材料を用いることができる。
The present invention includes a step of forming a photoelectric conversion unit on the surface of a semiconductor substrate, and a charge including a charge transfer electrode disposed in the vicinity of the photoelectric conversion unit so as to transfer the charge generated in the photoelectric conversion unit A step of forming a transfer portion, a step of forming an adhesive layer having an opening in the photoelectric conversion portion and covering the charge transfer portion, and a step of forming a light shielding film on the adhesive layer by selective growth And a step of forming a planarizing film on the upper layer.
According to this configuration, after patterning the adhesive layer, the light-shielding film can be formed by selective growth of the metal film, and it is possible to provide a solid-state imaging device with high accuracy, high sensitivity, and high reliability. Become. Here, by selecting a flattening film that can be formed at a low temperature, a material that can be easily processed and used as a base for selective growth, such as aluminum, can be used for the adhesive layer.
本発明は、前記密着性層を形成する工程は、アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜を形成する工程と、これをフォトリソグラフィによりパターニングする工程とを含むものを含む。
この構成によれば、アルミニウムまたはアルミニウム合金をフォトリソグラフィにパターニングしているため、高精度のパターンを得ることができる。ここでアルミニウムまたはアルミニウム合金は低抵抗であり密着性層として極めて有効である。また本発明の方法によればこの密着性層は融点が500℃以下の低融点薄膜である場合にも、平坦化膜の形成工程に高温工程を経ることなく形成できるため有効である。
In the present invention, the step of forming the adhesive layer includes a step of forming an aluminum or aluminum alloy thin film and a step of patterning the thin film by photolithography.
According to this configuration, since aluminum or an aluminum alloy is patterned by photolithography, a highly accurate pattern can be obtained. Here, aluminum or an aluminum alloy has a low resistance and is extremely effective as an adhesive layer. Further, according to the method of the present invention, this adhesion layer is effective because it can be formed without passing through a high temperature step in the flattening film forming step even when it is a low melting point thin film having a melting point of 500 ° C. or less.
本発明は、前記遮光膜を成膜する工程が選択成長工程を含む。
この構成によれば、フォトリソグラフィを必要とすることなく、密着性層の側壁をも覆うように制御性よく成膜できる。
In the present invention, the step of forming the light shielding film includes a selective growth step.
According to this configuration, the film can be formed with good controllability so as to cover the side wall of the adhesive layer without requiring photolithography.
本発明は、前記平坦化膜を形成する工程は、塗布膜を形成する工程を含む。
アルミニウムは選択成長が可能であり、有効な材料である。しかしながら、アルミニウムなどの低融点薄膜を密着性層として用いた場合、高温工程を経ると劣化してしまうという問題があったのに対し、この構成によれば、塗布膜を用いることにより、低温下で信頼性の高い膜を形成することが可能となる。
In the present invention, the step of forming the planarizing film includes a step of forming a coating film.
Aluminum can be selectively grown and is an effective material. However, when a low melting point thin film such as aluminum is used as the adhesive layer, there is a problem that it deteriorates after a high temperature process. Thus, a highly reliable film can be formed.
本発明は、前記平坦化膜を形成する工程はSOG(Spin on Glass)膜を塗布する工程を含む。
この構成により、低温下で信頼性の高い平坦化膜を得ることができる。
In the present invention, the step of forming the planarizing film includes a step of applying an SOG (Spin on Glass) film.
With this configuration, a highly reliable planarizing film can be obtained at a low temperature.
本発明は、前記平坦化膜を形成する工程はSOD(Spin on Dielectric)膜を塗布する工程を含む。
この構成により、低温下で信頼性の高い平坦化膜を得ることができる。
In the present invention, the step of forming the planarizing film includes a step of applying an SOD (Spin on Dielectric) film.
With this configuration, a highly reliable planarizing film can be obtained at a low temperature.
なお、前記平坦化工程が、レジストエッチバック工程であるものを含む。 The planarization step includes a resist etch back step.
また、前記平坦化工程が、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により平坦化する工程であるものを含む。 Further, the planarization step includes a step of planarizing by chemical mechanical polishing (CMP).
また本発明は、前記平坦化膜を形成する工程は、BPSG膜を形成する工程であるものを含む。
常圧CVD法等を用いることにより、低温下で平坦性の高い膜を形成することが可能となる。
According to the present invention, the step of forming the planarizing film includes a step of forming a BPSG film.
By using an atmospheric pressure CVD method or the like, a film with high flatness can be formed at a low temperature.
また、前記平坦化膜を形成する工程は、HDPプラズマCVD法によりTEOS(酸化シリコン膜)膜を形成する工程であるものを含む。
この方法によれば、成膜後CMPなどで平坦化することができ、350℃から400℃で平坦性よく絶縁性膜を形成することができるため、素子領域の劣化を招くことなく信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
Further, the step of forming the planarizing film includes a step of forming a TEOS (silicon oxide film) film by HDP plasma CVD.
According to this method, the film can be flattened by CMP or the like after film formation, and the insulating film can be formed with good flatness at 350 to 400 ° C. Therefore, the reliability of the element region is not deteriorated. A high solid-state image sensor can be obtained.
さらにまた、素子間絶縁膜(フィールド絶縁膜)を電極表面よりも低レベルとなるように形成するのが望ましい。
フィールド絶縁膜の高さが突出することにより、平坦性が崩れてしまうが、上記構成によれば平坦性の高い固体接像素子表面を得ることができる。
Furthermore, it is desirable to form the inter-element insulating film (field insulating film) so as to be at a lower level than the electrode surface.
When the height of the field insulating film protrudes, the flatness is lost. However, according to the above structure, a solid image-receiving element surface with high flatness can be obtained.
本発明の固体撮像素子によれば、光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着層の側壁を含む表面全体を覆うように形成されているため、斜め方向からの光の入射を阻止し、高感度で安定なスミア特性をもつ固体撮像素子を形成することが可能となる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、微細化に際しても遮光膜が、フォトリソグラフィ工程を必要とすることなく形成できるためハレーションによるパターン精度の劣化を招くこともなく、信頼性の向上をはかることができる。
According to the solid-state imaging device of the present invention, since the photoelectric conversion unit has an opening and is formed so as to cover the entire surface including the side wall of the adhesion layer that covers the charge transfer unit, incident light from an oblique direction Therefore, it is possible to form a solid-state imaging device having high sensitivity and stable smear characteristics.
In addition, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the light-shielding film can be formed without the need for a photolithography process even when miniaturization is performed, and thus the reliability of the pattern is improved without causing deterioration in pattern accuracy due to halation. Can be measured.
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(第1の実施の形態)
この固体撮像素子は、図1および図2に示すように、光電変換部30と、前記光電変換部30で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部40とを具備し、この光電変換部の開口を有するアルミニウム薄膜からなる密着性層(密着層)71とこの密着性層の側壁から上層をも覆うように選択成長により形成されたタングステン薄膜からなる遮光層72であるタングステンと、前記遮光層72の上層に形成され、前記光電変換部の表面から前記遮光層の一部を覆うように形成され、表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填された平坦化膜73としてのSOG膜とを具備し、さらにこの平坦化膜上にポリイミド樹脂からなる保護膜74を介して、フィルタ50およびレンズ60を形成してなることを特徴とするものである。
この平坦化膜73は前記遮光膜72の表面よりも高屈折率を有し、集光性を高めるように作用する。
これにより、良好に表面の平坦化をはかることができ、大幅に薄型化をはかることができる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the solid-state imaging device includes a
The flattening
As a result, the surface can be satisfactorily flattened, and the thickness can be greatly reduced.
なおこのゲート酸化膜2は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との3層構造膜で構成される。
The
なお、図1は断面概要図、図2は平面概要図である。図1は図2のA−A断面図である。シリコン基板1には、複数のフォトダイオード領域(光電変換部)30が形成され、フォトダイオード領域30で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。なお、シリコン基板1内に形成される素子領域については省略した。
1 is a schematic cross-sectional view, and FIG. 2 is a schematic plan view. 1 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. A plurality of photodiode regions (photoelectric conversion units) 30 are formed on the
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図2では図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成される。
Although not shown in FIG. 2, the charge transfer channel through which the signal charge transferred by the charge transfer electrode moves is formed in a direction crossing the direction in which the
なお、図2においては、電極間絶縁膜の内、フォトダイオード領域30と電荷転送部40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
In FIG. 2, the description of the interelectrode insulating film formed near the boundary between the
また図1に示すように、シリコン基板1内には、フォトダイオード領域30、電荷転送チャネル、チャネルストップ領域(図示せず)、電荷読み出し領域(図示せず)が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜4と電荷転送電極3(第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aからなる第1の電極、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bからなる第2の電極)が形成され、複数電極構造を構成している。
As shown in FIG. 1, a
電荷転送部40は、上述したとおりであるが、図1に示すように、電荷転送部40の電荷転送電極上面には中間層70が形成される。そしてフォトダイオード領域30を除いてアルミニウム薄膜からなる密着性層、タングステン膜からなる遮光膜72が設けられ、凹部にSOG膜からなる平坦化膜73が形成される。そしてこの上層に透明樹脂膜からなるパッシベーション膜74が設けられる。パッシベーション膜としてはプラズマCVD法により形成された窒化シリコン膜をであってもよい。
Although the
そしてこの中間層70の上方には、さらにカラーフィルタ50、マイクロレンズ60が設けられる。また、カラーフィルタ50とマイクロレンズ60との間には、必要に応じて絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層が充填されていてもよい。
また、この例では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
A
In this example, a so-called honeycomb-structured solid-state imaging device is shown, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a square lattice type solid-state imaging device.
次にこの固体撮像素子の製造工程について図3および図4を参照しつつ詳細に説明する。
まず、通常の方法で複数電極(2層電極)構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚15nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
Next, the manufacturing process of this solid-state imaging device will be described in detail with reference to FIGS.
First, a charge transfer electrode having a multi-electrode (two-layer electrode) structure is formed by a normal method. That is, a 15 nm-thickness silicon oxide film, a 50 nm-thickness silicon nitride film, and a 10 nm-thickness silicon oxide film are formed on the surface of an n-
続いて、このゲート酸化膜2上に、PH3とN2とを添加したSiH4を反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.4μmのリンドープの第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は500〜600℃とする。
Subsequently, a phosphorus-doped first layer doped amorphous silicon film having a thickness of 0.4 μm is formed on the
この後、フォトリソグラフィにより第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aをパターニングし、下層側に位置する第1の電極を形成し、この第1の電極表面を熱酸化することにより膜厚15nmの酸化シリコン膜4を形成する。このパターニングに際してはHBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第1の電極および周辺回路の配線を形成する。ここではECR (電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
Thereafter, the first layer doped
そしてこの上層に同様にしてPH3とN2とを添加したSiH4を反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.4μmのリンドープの第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bを形成し、フォトリソグラフィによりパターニングし第2の電極を形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後HTO膜を形成し膜厚50nmの酸化シリコン膜5を形成する(図3(a))。
Similarly, a 0.4 μm-thick phosphorus-doped second-layer doped
そしてこの上層にトリメチルアルミ(有機アルミニウム)を用いたCVD法により密着性層71として例えば、アルミニウム薄膜を形成する(図3(b))。なおPVD法あるいはスパッタ法を用いてもよい。ここでは、低融点を有する材料を含む薄膜(低融点薄膜)として、アルミニウム薄膜を用いた。
Then, for example, an aluminum thin film is formed as the
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ0.5〜1.4μmとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンR1を形成する(図3(c))。 Subsequently, a positive resist is applied to the upper layer so as to have a thickness of 0.5 to 1.4 μm, exposed by photolithography using a desired mask, developed, and washed with water to form a resist pattern R1. (FIG. 3C).
そしてこのレジストパターンR1をマスクとして、密着性層71としてのアルミニウム薄膜をパターニングする(図3(d))。
Then, using this resist pattern R1 as a mask, the aluminum thin film as the
次に、アッシングによりレジストパターンR1を除去し(図4(a))、六フッ化タングステン(WF6)とシラン(SiH4)とを用いた選択CVD法により、密着性層71の表面に膜厚100〜300nmのタングステン薄膜を形成する(図4(b))。
Next, the resist pattern R1 is removed by ashing (FIG. 4A), and a film is formed on the surface of the
そして、図4(c)に示すように、平坦化膜73としてのSOG膜を塗布し、表面の平坦化を行う。
Then, as shown in FIG. 4C, an SOG film as the
さらにこの上層に透明樹脂膜からなる平坦化層74を形成する(図4(d))。
この後、カラーフィルタ50、マイクロレンズ60などを形成して、図1および図2に示したような固体撮像素子を得る。
Further, a
Thereafter, a
この方法によれば、遮光膜72の形成が、アルミニウム薄膜からなる密着性層71のパターンに対してタングステンを選択成長させることによりなされているため、ハレーションによるパターン精度の劣化もなく、光電変換部を囲むように遮光膜がパターン精度よく形成され、スミア特性に悪影響を及ぼすことなく、高感度で信頼性の高い固体撮像素子を実現することができる。
According to this method, the
また、高温工程を経ることなく塗布により平坦化膜を形成することができるため、BPSG膜を用いた場合のような不純物の析出によるメタル配線の劣化を招くこともない。
さらにまた、BPSG膜を用いた場合リフローによる平坦化を行なうが、SOG膜を塗布法により形成しているためリフロー工程が不要となる。従ってアルミニウムの劣化もない。
また遮光層がタングステンからなる遮光膜とアルミニウムからなる密着性層の2層構造をなしているため、配線の必要な領域では低抵抗で信頼性の高い配線パターンとして用いられる。
なお前記実施の形態では、平坦化膜としてSOG膜を用いたが、SOD膜を用いてもよい。
また密着性層としては、アルミニウムのほかチタンナイトライド、チタンなども適用可能であるが、これらの膜の融点は高い。
Further, since the planarization film can be formed by coating without passing through a high temperature process, the metal wiring is not deteriorated due to the precipitation of impurities as in the case of using the BPSG film.
Furthermore, when a BPSG film is used, planarization is performed by reflow. However, since the SOG film is formed by a coating method, a reflow process is not necessary. Therefore, there is no deterioration of aluminum.
Further, since the light shielding layer has a two-layer structure of a light shielding film made of tungsten and an adhesive layer made of aluminum, it is used as a wiring pattern having low resistance and high reliability in a region where wiring is necessary.
In the above embodiment, the SOG film is used as the planarizing film, but an SOD film may be used.
In addition to aluminum, titanium nitride, titanium, and the like can be applied as the adhesive layer, but these films have a high melting point.
(第2の実施の形態)
前記第1の実施の形態では平坦化膜としてSOGを用いたが、本発明の第2の実施の形態としては、図5に示すように、平坦化膜73SとしてBPSG膜を用い、これをリフローすることによって平坦化したものを用いる。
またこのとき密着性層71Sは窒化チタンとチタンとの2層膜で構成する。
その他については前記第1の実施の形態と同様に構成する。
この構成によっても薄型でより集光効率の高い固体撮像素子を得ることができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, SOG is used as the planarizing film. However, as the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, a BPSG film is used as the
At this time, the
The other configurations are the same as those in the first embodiment.
With this configuration, it is possible to obtain a thin solid-state imaging device that is thin and has higher light collection efficiency.
(第3の実施の形態)
前記第1および第2の実施の形態では、複数電極構造の電荷転送電極をもつ固体撮像素子について説明したが、本実施の形態では単層電極構造の電荷転送電極をもつ固体撮像素子についても適用可能である。
図6に単層電極構造の電荷転送電極をもつ固体撮像素子を示す。
本実施の形態では、第2層シリコン系導電性膜をCMPにより平坦化して単層電極構造の電荷転送電極を形成すればよい。また、本実施の形態では、素子分離のためのフィールド絶縁膜80を埋め込み構造とし、光電変換部表面とフィールド絶縁膜80の表面レベルがほぼ同一とした。他の部分については前記第1および第2の実施の形態と同様である。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, the solid-state imaging device having a charge transfer electrode having a multi-electrode structure has been described. However, the present embodiment also applies to a solid-state imaging device having a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure. Is possible.
FIG. 6 shows a solid-state imaging device having a charge transfer electrode having a single-layer electrode structure.
In this embodiment, the second layer silicon conductive film may be planarized by CMP to form a charge transfer electrode having a single layer electrode structure. In the present embodiment, the
この構造によれば、フィールド絶縁膜80の存在により表面に突出することがないため、より薄型で集光効率の高い固体撮像素子を得ることができる。
According to this structure, there is no protrusion to the surface due to the presence of the
以上説明してきたように、本発明では表面の平坦化および薄型化が可能となるため、小型かつ高精度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となり、小型カメラへの適用に有効である。 As described above, in the present invention, since the surface can be flattened and thinned, it is possible to form a small-sized, high-accuracy and highly reliable solid-state imaging device, which is effective for application to a small camera. .
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1の電極(第1層ドープトアモルファスシリコン膜)
3b 第2の電極(第2層ドープトアモルファスシリコン膜)
3 電荷転送電極
4 酸化シリコン膜
5 窒化シリコン膜
30 フォトダイオード領域
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 中間層
71 密着性層
72 遮光膜
73 平坦化膜
74 パッシベーション膜
DESCRIPTION OF
3b Second electrode (second layer doped amorphous silicon film)
3
Claims (15)
前記光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着層と、
前記密着層の側壁を含む表面全体を覆うように形成された、遮光膜とを具備したことを特徴とする固体撮像素子。 In a solid-state imaging device including a photoelectric conversion unit, and a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit,
An adhesion layer having an opening in the photoelectric conversion unit and covering the charge transfer unit;
A solid-state imaging device, comprising: a light-shielding film formed so as to cover the entire surface including the side wall of the adhesion layer.
前記遮光膜は、選択成長によって前記密着層表面に成膜された導電性膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the light shielding film is a conductive film formed on the surface of the adhesion layer by selective growth.
前記密着層はアルミニウム薄膜を含む固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1 or 2,
The adhesion layer is a solid-state imaging device including an aluminum thin film.
前記遮光膜はタングステン膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3,
The solid-state imaging device, wherein the light shielding film is a tungsten film.
前記光電変換部の表面から前記遮光膜の一部を覆うように形成され、表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填された平坦化膜とを具備し、
前記平坦化膜は前記遮光膜の表面よりも高屈折率を有することを特徴とする固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
A flattening film that is formed so as to cover a part of the light-shielding film from the surface of the photoelectric conversion unit and is filled in the photoelectric conversion unit so that the surface is substantially flat;
The solid-state imaging device, wherein the planarizing film has a higher refractive index than the surface of the light shielding film.
前記平坦化膜は塗布膜である固体撮像素子。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5,
The solid-state imaging device, wherein the planarizing film is a coating film.
前記平坦化膜はSOG膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 6,
The solid-state imaging device, wherein the planarizing film is an SOG film.
前記平坦化膜はSOD膜である固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 6,
The solid-state imaging device, wherein the planarizing film is an SOD film.
フィールド絶縁膜の表面は前記電荷転送電極の表面よりも下にあることを特徴とする固体撮像素子。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 8,
A solid-state imaging device, wherein the surface of the field insulating film is below the surface of the charge transfer electrode.
前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送するように、前記光電変換部に近接して配される電荷転送電極を含む電荷転送部を形成する工程と、
前記光電変換部に開口を有し、前記電荷転送部を覆う密着性層を形成する工程と、
前記密着性層上に選択成長により遮光膜を成膜する工程と、
この上層に平坦化膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の形成方法。 Forming a photoelectric conversion part on a semiconductor substrate surface;
Forming a charge transfer unit including a charge transfer electrode disposed in proximity to the photoelectric conversion unit so as to transfer the charge generated in the photoelectric conversion unit;
Forming an adhesive layer having an opening in the photoelectric conversion unit and covering the charge transfer unit;
Forming a light-shielding film by selective growth on the adhesive layer;
And a step of forming a planarizing film on the upper layer.
前記密着性層を形成する工程は、アルミニウムまたはアルミニウム合金薄膜を形成する工程と、これをフォトリソグラフィによりパターニングする工程とを含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 10,
The step of forming the adhesive layer includes a step of forming an aluminum or aluminum alloy thin film and a step of patterning the thin film by photolithography.
前記遮光膜を成膜する工程は選択成長工程である固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 11,
The method of manufacturing a solid-state imaging device, wherein the step of forming the light shielding film is a selective growth step.
前記平坦化膜を形成する工程は、塗布膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 A method for producing a solid-state imaging device according to any one of claims 10 to 12,
The step of forming the planarizing film includes a step of forming a coating film.
前記平坦化膜を形成する工程はSOG膜を塗布する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 13,
The step of forming the planarizing film includes a step of applying an SOG film.
前記平坦化膜を形成する工程はSOD膜を塗布する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 13,
The step of forming the planarizing film includes a step of applying a SOD film.
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