(57)【要約】【課題】遮光膜にタングステンを用いた固体撮像装置において低スミア特性を実現する。【解決手段】半導体基板１上に遮光膜１４としてタングステンを成膜した後、透明保護膜１６としてシリコン酸化膜を成膜する。フォトダイオード２に光が入射する受光開口部を形成するため、フォトレジスト法によりレジストパターン１５を形成する（図１（ｂ）参照）。第１のエッチングとして、レジストパターン１５をマスクに半導体基板１上の透明保護膜１６と遮光膜１４を同時にエッチングする。レジストパターン１５を除去して、撮像領域に所望の受光開口部を形成する（図１（ｃ）参照）。第２のエッチング処理として、ウェットエッチングにより周辺領域に発生したタングステン残渣１７の除去を行う（図１（ｄ）参照）。遮光膜１４にタングステンを用いた固体撮像装置を製造する。【選択図】図１
2006210484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に複数のフォトダイオードを形成する工程と、
前記半導体基板上部において、前記フォトダイオード間に転送電極と、前記フォトダイオードと前記転送電極を形成した撮像領域の周囲にある周辺領域に駆動配線を形成する工程と、
前記フォトダイオード、前記転送電極、前記駆動配線の上部に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜の上部に高融点金属からなる遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜の上部に透明保護膜を形成する工程と、
前記撮像領域の前記透明保護膜上部にレジストパターンを形成する工程と、
第１のエッチング処理により前記レジストパターンをマスクとして前記フォトダイオード上の一部および前記駆動配線上の前記遮光膜と前記透明保護膜を除去する工程と、
第２のエッチング処理により前記周辺領域の前記遮光膜の残渣を除去する工程とを有し、
前記第２のエッチング処理を、前記撮像領域の前記遮光膜を前記透明保護膜により保護しながら行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記高融点金属はタングステンであり、前記透明保護膜は酸化膜であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２のエッチング処理はウェットエッチングであり、エッチング液に過酸化水素を用いることを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遮光膜にタングステンを用いながら低スミア特性を実現する固体撮像装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置の多画素化，高集積化に伴い、遮光膜にアルミニウムから高融点金属であるタングステンを用いるデバイス構造が提案されている。
【０００３】
以下、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、特許文献１に開示されているタングステンを遮光膜に用いた固体撮像装置の製造方法について説明する。
【０００４】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１には浅いｐ型および深いｎ型の組み合わせからなるフォトダイオード２が形成されている。また、フォトダイオード２の一方の側部にはｐ型の読み出し層４があり、また、他方の側部にはｐ型のバリア層５が形成されている。さらに、読み出し層４の側部には、ｎ型およびｐ型の組み合わせからなる電荷転送部６があり、フォトダイオード２に蓄積された電荷を読み出す。
【０００５】
また、この電荷を転送するのに必要な電圧を印加するため、電荷転送部６の上部にはゲート絶縁膜７を介して転送電極８が形成されている。ゲート絶縁膜７は、第１のシリコン酸化膜９，シリコン窒化膜１０，第２のシリコン酸化膜１１の３層からなるＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor）構造を用いている。
【０００６】
さらに、転送電極８、読み出し層４、フォトダイオード２、バリア層５の上部には、層間絶縁膜１２であるシリコン酸化膜が成膜されている。
【０００７】
次に、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１上に遮光膜１４を成膜した後、フォトダイオード２に光が入射する受光開口部を形成するため、フォトレジスト法によりレジストパターン１５が形成される。さらに、図２（ｃ）に示すように、レジストパターン１５をマスクとして、遮光膜１４のエッチングを行う。
【０００８】
エッチングを行う装置は、マイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチャーを用いる。また、エッチングガスはＳＦ６（六フッ化硫黄）：Ｃｌ２（塩素）：Ａｒ（アルゴン）：Ｎ２（窒素）＝２：２：１４：１の比率からなる混合ガスであり、エッチング圧力は２．０Ｐａ、マイクロ波励起パワーは１１００Ｗ、ＲＦ励起パワーは４５Ｗ、下部電極温度は０℃である。
【０００９】
以上の工程により、タングステンを遮光膜に用いた固体撮像装置を形成する。
【特許文献１】特開２００３−２３４４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このように形成した固体撮像装置におけるフォトダイオードおよび転送電極が形成された撮像領域の周囲には、入出力回路と転送電極の制御のために駆動配線が形成されている。この周辺領域は、遮光膜であるタングステンを一旦形成したのちにすべてを除去する。また、周辺領域上のタングステンを除去するには、長時間のエッチング処理が必要であり、この処理によりフォトダイオード上の層間絶縁膜もエッチングが行われる。
【００１１】
このために、層間絶縁膜は、駆動耐圧に必要な厚さと、エッチングによって除去される厚さとを加えた膜厚が必要である。しかし、層間絶縁膜の厚膜化は、層間絶縁膜から光が入射し易くなり、スミア特性が悪化するという課題を有している。
【００１２】
本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、遮光膜にタングステンを用いた固体撮像装置において低スミア特性を実現する固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に複数のフォトダイオードを形成する工程と、半導体基板上部において、フォトダイオード間に転送電極と、フォトダイオードと転送電極を形成した撮像領域の周囲にある周辺領域に駆動配線を形成する工程と、フォトダイオード、転送電極、駆動配線の上部に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜の上部に高融点金属からなる遮光膜を形成する工程と、遮光膜の上部に透明保護膜を形成する工程と、撮像領域の透明保護膜上部にレジストパターンを形成する工程と、第１のエッチング処理によりレジストパターンをマスクとしてフォトダイオード上の一部および駆動配線上の遮光膜と透明保護膜を除去する工程と、第２のエッチング処理により周辺領域の遮光膜の残渣を除去する工程とを有し、第２のエッチング処理を、撮像領域の遮光膜を透明保護膜により保護しながら行うことを特徴とする。
【００１４】
また、高融点金属はタングステンであり、透明保護膜は酸化膜であること、第２のエッチング処理はウェットエッチングであり、エッチング液に過酸化水素を用いることを特徴とする。
【００１５】
前記の製造方法によれば、第２のエッチング処理により、撮像領域の受光開口部の形状均一性を維持しながら周辺領域のタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化して、低スミア特性を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態における固体撮像装置の製造方法の工程を示したものである。ここで、前記従来例を示す図２（ａ）〜（ｃ）において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付して示す。
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について、図１（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１の撮像領域には、浅いｐ型および深いｎ型の組み合わせからなるフォトダイオード２を形成する。また、フォトダイオード２の一方の側部にはｐ型の読み出し層４を、また、他方の側部にはｐ型のバリア層５を形成する。さらに、読み出し層４の側部には、ｎ型およびｐ型の組み合わせからなる電荷転送部６を形成し、フォトダイオード２に蓄積された電荷を読み出す。
【００２０】
また、電荷を転送するのに必要な電圧を印加するため、電荷転送部６の上部にはゲート絶縁膜７を介して転送電極８を形成する。ゲート絶縁膜７は、第１のシリコン酸化膜９，シリコン窒化膜１０，第２のシリコン酸化膜１１の３層からなるＭＯＮＯＳ（Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor）構造を用いる。
【００２１】
さらに、転送電極８，読み出し層４，フォトダイオード２，バリア層５の上部には、層間絶縁膜１２であるシリコン酸化膜を３０ｎｍの厚さで成膜する。
【００２２】
なお、層間絶縁膜１２の膜厚は従来構造よりも薄膜であり、駆動電圧に対して耐圧が得られる膜厚まで薄膜化している。
【００２３】
一方、半導体基板１の周辺領域には、半導体基板１上に第２のシリコン酸化膜１１と、駆動配線である第１の多結晶シリコン１３ａおよび第２の多結晶シリコン１３ｂと、層間絶縁膜１２を形成する。
【００２４】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１上に遮光膜１４としてタングステンを約４０ｎｍの厚さで成膜した後、透明保護膜１６としてシリコン酸化膜を約２０ｎｍの厚さで成膜する。タングステンはアルミニウムと比較すると、遮光特性に優れるため薄膜で形成することができる。
【００２５】
その後、撮像領域のフォトダイオード２に光が入射する受光開口部を形成するため、フォトレジスト法によりレジストパターン１５を形成する。このとき周辺領域には、遮光膜１４と透明保護膜１６を成膜して、レジストパターン１５は形成しない。
【００２６】
次に、第１のエッチング処理として、レジストパターン１５をマスクに、透明保護膜１６と遮光膜１４をエッチングする。その後、レジストパターン１５を除去することにより撮像領域に所望の受光開口部を形成する。また、周辺領域においても透明保護膜１６と遮光膜１４をエッチングする。
【００２７】
エッチングはマイクロ波ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）エッチャーで行い、エッチングガスはＳＦ６：Ｃｌ２：Ａｒ：Ｎ２＝２：２：１４：１の比率からなる混合ガスを用いる。
【００２８】
また、具体的なエッチング条件として、エッチング圧力は２．０Ｐａ、マイクロ波励起パワーは１１００Ｗ、ＲＦ励起パワーは４５Ｗ、下部電極温度は０℃である。ただし、周辺領域の遮光膜１４を除去するためオーバーエッチングを増やすと、フォトダイオード２上部の層間絶縁膜１２にエッチングが行われて、フォトダイオード２にダメージを与える。したがって、オーバーエッチングはできる限り短いほうがよく、本実施の形態ではオーバーエッチングを行わない。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１のエッチング処理後に周辺領域に形成された遮光膜１４のタングステン残渣１７を除去するため、第２のエッチング処理としてウェットエッチングを行う。
【００３０】
具体的なエッチング条件として、エッチング液には過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を用い、エッチング液の温度は５０〜８０℃、処理時間は１０〜２０秒である。また、透明保護膜１６および層間絶縁膜１２へのエッチング速さは、タングステンのエッチング速度の１／１０以下であり、本実施の形態のウェットエッチングの場合、透明保護膜１６および層間絶縁膜１２はエッチングされない。これにより、タングステンへのサイドエッチングを防ぐことができ、受光開口部の均一性を維持することができる（図１（ｄ）参照）。
【００３１】
以上の工程から、本実施の形態に係る製造方法により固体撮像装置の製造を行う。
【００３２】
従来技術では遮光膜１４へのエッチングは、撮像領域における受光開口部の形成と、周辺領域におけるタングステン残渣１７の発生防止とを同時に行っている。このために、タングステン残渣１７の発生を防ぐには、エッチング時間として受光開口部を形成するためのメインエッチングに加え、長時間のオーバーエッチングを行う必要がある。
【００３３】
しかし、長時間のオーバーエッチングを行うと、フォトダイオード２上の層間絶縁膜１２にもエッチングが行われて、膜厚の薄膜化や表面あれが発生する。したがって、従来技術に用いる層間絶縁膜１２は駆動耐圧に必要な厚さとエッチングによって除去される厚さを加えた膜厚が必要である。また、フォトダイオード２上部に厚い層間絶縁膜１２が形成されるために、この層間絶縁膜１２から光が入射して、その迷光が電荷転送部６に届くことによるスミア特性が悪化するという課題が発生していた。
【００３４】
しかし、本実施の形態は、層間絶縁膜１２は駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化ができるので低スミア特性を得ることができる。
【００３５】
また、従来技術では、周辺領域の残渣除去を行うために、タングステンへのエッチング時にオーバーエッチングを行なっていた。このとき、撮像領域に形成したタングステン上はレジストパターンであり、このパターンは有機材料であるため形状変化は避けられない。
【００３６】
したがって、受光開口部を形成するタングステンにサイドエッチングが生じ、受光開口部の形状均一性が悪くなるという課題があった。
【００３７】
しかし、本実施の形態では、残渣の除去を行うための第２のエッチング処理において、撮像領域に形成したタングステン上は、層間絶縁膜１２と同質材料の透明保護膜１６であるため、この透明保護膜１６の形状変化は生じない。
【００３８】
したがって、撮像領域において透明保護膜１６が遮光膜１４の保護を行い、
タングステンへのサイドエッチングを防ぐため、受光開口部の均一性を維持することができる。
【００３９】
したがって、従来技術と比較すると、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣１７を抑え、かつ層間絶縁膜１２を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化することにより、低スミア特性を得ることができる。
【００４０】
本実施の形態によれば、層間絶縁膜１２は従来構造の約１／２の厚さになり、また従来構造に比べて−４ｄｂの低スミア特性を得ることができた。
【００４１】
なお、本実施の形態において、ウェットエッチング液は、遮光膜１４と、透明保護膜１６および層間絶縁膜１２との選択比が得られる他の溶液を用いてもよい。また、透明保護膜１６には光を透過して、ウェットエッチング液に対して選択比が得られる膜、例えばシリコン窒化膜を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光開口部の形状均一性を維持しながらタングステン残渣を抑えて、かつ層間絶縁膜を駆動耐圧が得られる最小膜厚まで薄膜化して低スミア特性を得ることができ、遮光膜にタングステンを用いた固体撮像装置の製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の実施の形態における固体撮像装置の製造方法の工程を示す部分断面図
【図２】（ａ）〜（ｃ）は従来の固体撮像装置の製造方法の工程を示す部分断面図
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体基板
２  フォトダイオード
４  読み出し層
５  バリア層
６  電荷転送部
７  ゲート絶縁膜
８  転送電極
９  第１のシリコン酸化膜
１０  シリコン窒化膜
１１  第２のシリコン酸化膜
１２  層間絶縁膜
１３ａ  第１の多結晶シリコン
１３ｂ  第２の多結晶シリコン
１４  遮光膜
１５  レジストパターン
１６  透明保護膜
１７  タングステン残渣
【図１】
2006210484.tif 000003
【図２】
2006210484.tif 000004