(57)【要約】【課題】  画像不良を抑制可能な固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】  フッ素を含むタングステン膜からなる遮光膜７上にＢＰＳＧ膜９のような第２の絶縁膜からの不純物拡散を防止する酸化膜８のような第１の絶縁膜を形成するに先立って、３５０℃以上望ましくは４００℃以上でタングステン膜からフッ素をほとんど離脱させることにより、後の高温熱処理において第１の絶縁膜にフッ素が蓄積されることがなくなり、シリコン酸化膜８界面にフッ素が蓄積することによる白シミ等の画像不良の発生を抑制することができる。【選択図】  図１
2006041062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に受光部となる層を形成する工程と、
前記半導体基板上にフッ素を含むガスを用いて少なくともタングステンを主成分とする遮光膜を形成する工程と、
前記受光部上の前記遮光膜を選択的に除去する工程と、
前記遮光膜を構成するタングステン膜表面を露出させたまま前記遮光膜からフッ素を脱離させる工程と、
前記フッ素を脱離させた後に前記遮光膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜を熱処理して平坦化する工程と
を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
半導体基板に受光部となる層を形成する工程と、
前記半導体基板上にフッ素を含むガスを用いて少なくともタングステンを主成分とする遮光膜を形成する工程と、
前記受光部上の前記遮光膜を選択的に除去する工程と、
前記遮光膜を構成するタングステン膜表面を露出させたまま３５０℃以上に昇温することにより前記遮光膜からフッ素を脱離させる工程と、
前記フッ素を脱離させた後に前記遮光膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜を熱処理して平坦化する工程と
を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記第２の絶縁膜は不純物を含む膜であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜はＢＰＳＧ膜であることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜を熱処理する工程は前記第２の絶縁膜をリフローする工程であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ窒化膜から成る層内レンズを備えた固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像素子および固体撮像素子を構成する画素などの寸法の微細化に伴い、画素への像に伴う入射光を効率良く半導体基板に形成された受光部に集光することができるプラズマ窒化膜から成る層内レンズを備えた固体撮像素子が提案されている。
【０００３】
以下、そのような固体撮像素子の従来の構成を図３を用いて簡単に説明する。
図３は層内レンズを持った固体撮像素子の撮像部断面図である。
図３において、１は固体撮像素子が形成されるｎ型半導体基板、２は基板に形成されたｐウェル層、３は受光部、４は入射光によって発生した電荷を転送する電荷転送部、５はシリコン酸化膜と窒化珪素膜（ＳｉＮ）の合体したＯＮＯ膜であり、転送用ゲートのゲート絶縁膜を構成する。６は転送ゲートのポリシリコン電極、７は、ポリシリコン電極６上の酸化膜を介して形成されたタングステン膜よりなる遮光膜であり、ポリシリコン電極６による段差上に形成されるので、段差被覆性に優れたＣＶＤ法で堆積される。８は酸化膜、９はＢＰＳＧ膜であり、この表面を平坦にするために高温熱処理によるリフローが行われるのが一般的である。
【０００４】
ＢＰＳＧ膜９を酸化膜８上に形成して高温によるリフローが行われるのは次の理由による。すなわち、固体撮像素子の層内レンズ１０の集光率を上げるためには、層内レンズの下地となるＢＰＳＧ膜９の表面平坦性が求められる。そしてそのためには、ＢＰＳＧ膜９のボロン濃度およびリン濃度は高濃度でなければならないが、ボロン濃度およびリン濃度が高濃度であると熱処理により下方へ向かってボロンやリンが拡散し、固体撮像素子の特性を損ねてしまう恐れがある。そのため、ＢＰＳＧ膜９を形成する前に、基板全体に酸化膜８を形成し、基板中へのボロンやリンの拡散を抑制している。
【０００５】
そして、上記層内レンズ１０は、例えば、プラズマ窒化膜上にレジストを塗布、熱処理を行い凸の形状にし、レジストエッチバックすることによりプラズマ窒化膜を凸の形状としている。この層内レンズによって、入射光を効率良く受光部３に集光させることができる。１１は半導体素子表面保護膜、１２は中間透明膜、１３はカラーフィルター層であり、１４は最上層のマイクロレンズである（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以上のような層内レンズを備えた構成およびこの構成に対応した製造プロセスにより、固体撮像素子は、画素の特に受光部面積が縮小され微細化が進んでもなお、受光部３に十分に集光して、高い感度が得られる。
【特許文献１】特開平１１−１１１９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、以上のような従来の製造方法で形成された固体撮像素子では、画像に白シミ状の画像不良が発生するという問題が起きることが発見された。
本発明は、上記問題点を解決し、画像不良を抑制可能な固体撮像素子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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明における請求項１記載の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に受光部となる層を形成する工程と、前記半導体基板上にフッ素を含むガスを用いて少なくともタングステンを主成分とする遮光膜を形成する工程と、前記受光部上の前記遮光膜を選択的に除去する工程と、前記遮光膜を構成するタングステン膜表面を露出させたまま前記遮光膜からフッ素を脱離させる工程と、前記フッ素を脱離させた後に前記遮光膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜を熱処理して平坦化する工程とを有することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に受光部となる層を形成する工程と、前記半導体基板上にフッ素を含むガスを用いて少なくともタングステンを主成分とする遮光膜を形成する工程と、前記受光部上の前記遮光膜を選択的に除去する工程と、前記遮光膜を構成するタングステン膜表面を露出させたまま３５０℃以上に昇温することにより前記遮光膜からフッ素を脱離させる工程と、前記フッ素を脱離させた後に前記遮光膜上に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜を熱処理して平坦化する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法において、前記第２の絶縁膜は不純物を含む膜であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項３記載の固体撮像素子の製造方法において、前記第２の絶縁膜はＢＰＳＧ膜であることを特徴とする。
請求項５記載の固体撮像素子の製造方法は、請求項１または請求項２または請求項３または請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法において、前記第２の絶縁膜を熱処理する工程は前記第２の絶縁膜をリフローする工程であることを特徴とする。
【００１２】
以上により、画像不良を抑制可能な固体撮像素子の製造方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように本発明に係る固体撮像素子の製造方法によると、フッ素を含むタングステン膜からなる遮光膜上にＢＰＳＧ膜のような第２の絶縁膜からの不純物拡散を防止する第１の絶縁膜を形成するに先立って、３５０℃以上望ましくは４００℃以上でタングステン膜からフッ素をほとんど離脱させることにより、後の高温熱処理において第１の絶縁膜にフッ素が蓄積されることがなくなり、シリコン酸化膜界面にフッ素が蓄積することによる白シミ等の画像不良の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明者らが以上の白シミ状の画像不良が起こる原因を解析した結果、次のような知見を得た。すなわち、画像不良が発生するデバイスではタングステン膜からなる遮光膜とその上のシリコン酸化膜との界面付近の前記シリコン酸化膜中にフッ素が蓄積しており、画像不良がないデバイスではフッ素がほとんど検出されなかった。図３における遮光膜７であるタングステン膜は、ポリシリコン電極の段差での被覆性を確保するためにＷＦ６のようなフッ素を含むガスを用いる減圧ＣＶＤ法で形成されるが、そうして形成された膜はフッ素成分を含んでいる。このことから、従来の製造方法ではタングステン膜を形成後、シリコン酸化膜８を形成し終えた時点ではタングステン膜中に大量のフッ素が残っており、例えばそのフッ素が後のＢＰＳＧ膜平坦化リフローを行うための９００℃程度の高温熱処理で、タングステン膜上のシリコン酸化膜中に蓄積し、これが画像不良をもたらしたと考えられたのである。本発明はこのように本発明者らが発見した知見に基づいている。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法について、図１，図２を参照しながら説明する。
図１は本発明における固体撮像素子の撮像部画素の製造工程を示す工程断面図である。図２は半導体基板の温度とタングステン膜中からのフッ素成分の脱離量の関係を示す図であり、離脱量は最初の膜中フッ素含有量に対する比率である。
【００１６】
図１において、まず、ｎ型半導体基板１に不純物注入によりＰ型不純物を注入し、ドライブイン炉を用いてｐウェル層２を形成し、さらに、その表層部に不純物注入法を用いて、Ｎ型のフトダイオードとなる受光部３を形成する。次に、Ｎ型電荷転送部４をやはりイオン注入を用いて形成する。次に、基板表面に、パイロ酸化による薄いＳｉＯ２膜、低圧ＣＶＤによる窒化珪素膜（ＳｉＮ）を順次形成し最後に窒化珪素膜表面を熱酸化してＯＮＯ膜５を形成する。次に、低圧ＣＶＤ法を用いて、ＯＮＯ膜５上に電荷転送用ゲート電極となるポリシリコン電極６を形成する。さらにその上にＴＥＯＳを原料とするＣＶＤ法で薄いＳｉＯ膜を形成する（図１（ａ））。
【００１７】
続いて、前記ＳｉＯ膜上に、電荷転送部４などに余分な光が入射しないように遮光膜７としてタングステンを１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で堆積させ、受光部３の上の部分のみエッチングで除去し露出させる。具体的には最初スパッタリングによるタングステン膜を堆積し、その後ＷＦ６ガス等のフッ素を含むガスの還元を用いるＣＶＤ法でＣＶＤタングステン膜を形成するものである。スパッタリングタングステン膜は下地ＳｉＯ膜との良好な密着性を確保し、ＣＶＤタングステン膜はすでに述べたようにポリシリコン電極６の段差を良好に被覆し、膜の連続性を確保する。本実施の形態では、スパッタ法およびＣＶＤ法を用いてタングステン膜を厚さ５０〜２００ｎｍに形成する（図１（ｂ））。
【００１８】
以上のＷＦ６を材料ガスとするＣＶＤタングステン膜中には、フッ素成分が含まれており、フッ素成分は半導体基板の温度を上げることでタングステン膜中から脱離する特徴をもっている。
【００１９】
図２に示すように、半導体基板の温度を４００℃以上に昇温させることで、タングステン膜中のフッ素成分を完全に脱離させることができ、３５０℃以上でもほとんどのフッ素を脱離できる（離脱量９８％）ことがわかる。望ましくは４００℃以上（フッ素離脱量１００％）とするのがよい。本実施の形態では、遮光膜７および受光部３表層に常圧ＣＶＤ法を用いて、その上に形成すべきＢＰＳＧ膜９からの不純物拡散を防止する酸化膜８を堆積させる前に、半導体基板の温度を３０℃／ｍｉｎの速度で４１０℃まで昇温させ、タングステン膜中のフッ素成分を完全に脱離させる。
【００２０】
この熱処理は、例えばシリコン酸化膜８を形成するＣＶＤ装置を用い、その成膜予備室あるいは予備領域で、大量の窒素を流しながら行うことができる。このようにすればタングステン膜の露出表面を酸化させずに熱処理できる。その後、この熱処理に連続して同一ＣＶＤ装置内で厚さ１００ｎｍの酸化膜８を形成する（図１（ｃ））。このシリコン酸化膜８形成前に、従来のように半導体基板の温度が４００℃より遙かに低い場合、タングステン膜中にフッ素成分が含まれた状態で酸化膜８が堆積されるので、後工程のＢＰＳＧ膜リフローなどでの熱処理の際にタングステン膜中から脱離したフッ素成分が酸化膜８の遮光膜７の界面側に蓄積し、画像不良が発生するという問題が起きる。しかしながら本発明では、フッ素を遮光膜７から完全に脱離させているのでこのようなことは起きなくなり、固体撮像素子における画像不良を抑制することができる。
【００２１】
次に、シリコン酸化膜８上にＢＰＳＧ膜９を堆積する。ＢＰＳＧ膜９のボロン濃度は４．４〜５．４［ｗｔ％］、リン濃度は４．６〜５．６［ｗｔ％］、堆積膜厚は４００〜１０００ｎｍの範囲で行う。例えば、常圧ＣＶＤ法を用いて、ボロン濃度４．６［ｗｔ％］、リン濃度４．９［ｗｔ％］、膜厚６００ｎｍに形成するのが代表的条件である（図１（ｄ））。この後、さらにフロー炉にて８００℃〜９００℃、Ｎ２雰囲気中で熱処理を行うことにより、ＢＰＳＧ膜９の平坦化処理を行うが、一例として９００℃で６０分間熱処理を行う（図１（ｅ））。
【００２２】
次に、ＢＰＳＧ膜９上にプラズマＣＶＤ法によりプラズマ窒化膜１０’を堆積し（図１（ｆ））、この上に図示はしていないがレジスト膜からなる層内レンズパターンを形成した後、１００℃〜１６０℃程度の温度で熱処理を行い流動させてレジストパターン断面形状を凸の形状にし、レジストパターンと共にプラズマ窒化膜１０’をレジストエッチバックしてプラズマ窒化膜１０’を凸の層内レンズ１０の形状に加工する（図１（ｇ））。さらに、ＢＰＳＧ膜９と層内レンズ１０上部全面に半導体素子表面保護膜１１として、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮおよびＳｉＮから選ばれる少なくとも一つの膜を形成する（図１（ｈ））。最後に、半導体素子表面保護膜１１上にはアクリル樹脂膜などの樹脂材料を塗布・平坦化し、中間透明膜１２を形成する。中間透明膜１２内部の受光部領域にカラーフィルター層１３を形成し、中間透明膜１２表面の受光部３と対向する領域にマイクロレンズ１４を形成する（図１（ｉ））。このようにして固体撮像素子を完成する。
【００２３】
以上のように本発明によると、ＢＰＳＧ膜９からの不純物拡散防止に必要不可欠なシリコン酸化膜８を形成する前に、半導体基板の温度をおよそ４００℃以上に昇温させることにより、その下地の遮光膜であるＣＶＤタングステン膜中に含まれているフッ素成分を脱離させておくことで、シリコン酸化膜８界面にフッ素が蓄積することによる白シミ等の画像不良の発生を抑制することができる。
【００２４】
以上の実施の形態においてはシリコン酸化膜８を用いたがＳｉＯＮなど他の絶縁膜でも同様に効果を発揮することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の固体撮像素子の製造工程は、画像不良の発生を抑制することができ、プラズマ窒化膜から成る層内レンズを備えた固体撮像素子の製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明における固体撮像素子の撮像部画素の製造工程を示す工程断面図
【図２】半導体基板の温度とタングステン膜中からのフッ素成分の脱離量の関係を示す図
【図３】層内レンズを持った固体撮像素子の撮像部断面図
【符号の説明】
【００２７】
１    ｎ型半導体基板
２    ｐウェル層
３    受光部
４    電荷転送部
５    ＯＮＯ膜
６    ポリシリコン電極
７    遮光膜
８    酸化膜
９    ＢＰＳＧ膜
１０    層内レンズ
１０’  プラズマ窒化膜
１１    半導体素子表面保護膜
１２    中間透明膜
１３    カラーフィルター層
１４    マイクロレンズ
【図１】
2006041062.tif 000003
【図２】
2006041062.tif 000004
【図３】
2006041062.tif 000005