(57)【要約】【課題】より低コストで、平坦性に優れ、可能な限り積層構造全体を薄く形成することができる半導体装置の製造方法、および上記製造方法を用いた半導体装置を提供する。【解決手段】本製造方法においては、半導体基板ＳＵＢ内に光電変換素子ＰＤが配置される画素領域ＰＤＲと、画素領域ＰＤＲの周辺部に配置される周辺領域ＰＣＲとが形成される。半導体基板ＳＵＢの主表面上には最上層配線ＡＬ３と、最上層配線ＡＬ３上の第１の層間絶縁膜ＩＩ４とが形成される。第１の層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦが平坦化される。最上面ＩＳＦを平坦化する工程の後において、画素領域ＰＤＲにおける第１の層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦは平坦であり、周辺領域ＰＣＲにおける第１の層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦには段差ＨＰ２が形成されている。【選択図】図４
2012124208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面を有する半導体基板内に光電変換素子が配置される画素領域と、前記主表面に沿った方向に関する、前記画素領域の周辺部に配置される周辺領域とを形成する工程と、
前記半導体基板の前記主表面上に少なくとも１層の金属配線を形成する工程と、
前記金属配線のうち前記半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に第１の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の層間絶縁膜の最上面を平坦化する工程とを備えており、
前記周辺領域における前記最上層配線の前記主表面に沿う幅は、前記画素領域における前記最上層配線の前記幅よりも広く、
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程において、前記最上層配線と平面視において重ならない領域に形成される前記第１の層間絶縁膜の、前記主表面に交差する厚みＴは、前記画素領域に配置される前記最上層配線の交差部の対角線の距離をＷ、前記画素領域に配置される前記最上層配線の前記主表面に交差する高さをＨとすると、Ｔ≧Ｈ＋Ｗ／４であり、
前記平坦化する工程を行なった後において、前記画素領域における前記第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、前記周辺領域における前記第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の層間絶縁膜は、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記平坦化する工程においては、前記第１の層間絶縁膜の最上面から一定の厚み分の領域をエッチバックする、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化する工程においては、前記第１の層間絶縁膜の最上面から一定の厚み分の領域を化学機械研磨する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記平坦化する工程は、前記第１の層間絶縁膜の最上面に接するように、プラズマＣＶＤ法により形成されるＢＰＴＥＯＳからなる第２の層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第１および第２の層間絶縁膜を熱処理する工程とを含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記平坦化する工程においては、前記第１の層間絶縁膜の最上面の上方にＳＯＧが塗布される、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
主表面を有する半導体基板内に光電変換素子が配置される画素領域と、前記主表面に沿った方向に関する、前記画素領域の周辺部に配置される周辺領域とを形成する工程と、
前記半導体基板の前記主表面上に少なくとも１層の金属配線を形成する工程と、
前記金属配線のうち前記半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に第１の層間絶縁膜を形成する工程とを備えており、
前記周辺領域における前記最上層配線の前記主表面に沿う幅は、前記画素領域における前記最上層配線の前記幅よりも広く、
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程において、前記最上層配線と平面視において重ならない領域に形成される前記第１の層間絶縁膜の、前記主表面に交差する厚みＴは、前記画素領域に配置される前記最上層配線の交差部の対角線の距離をＷ、前記画素領域に配置される前記最上層配線の前記主表面に交差する高さをＨとすると、Ｔ≧Ｈ＋Ｗ／２であり、
前記第１の層間絶縁膜を形成する工程を行なった後において、前記画素領域における前記第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、前記周辺領域における前記第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている、半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の層間絶縁膜は、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される、請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
主表面を有する半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された光電変換素子が配置される画素領域と、
前記主表面に沿った方向に関する、前記画素領域の周辺部に配置される周辺領域とを備える半導体装置であって、
前記画素領域および前記周辺領域には、
前記半導体基板上に形成された少なくとも１層の金属配線と、
前記金属配線のうち前記半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に形成された第１の層間絶縁膜とを有しており、
前記画素領域の前記第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、前記周辺領域の前記第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている、半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の層間絶縁膜の、前記最上層配線と平面視において重ならない領域における、前記主表面に交差する厚みＴは、前記画素領域に配置される前記最上層配線の前記主表面に沿う交差部の対角線の距離をＷ、前記画素領域に配置される前記最上層配線の前記主表面に交差する高さをＨとすると、Ｔ≧Ｈ＋Ｗ／２である、請求項９に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関し、特に、フォトダイオードなどの光電変換素子を含む半導体装置の製造方法および、当該製造方法により形成される半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラの特にデジタル一眼レフに使われるイメージセンサでは、光電変換素子としてのフォトダイオードなどは、通常、その上部を層間絶縁膜などが積層された積層構造により覆われている。
【０００３】
この積層構造の最上層はより平坦に加工されることが好ましい。これは積層構造全体の厚みが変化すれば、イメージセンサの光の吸収量や干渉色が変化するためである。積層構造の最上層の上には撮像レンズが設置されるが、撮像レンズが設置される面がより平坦であれば、上記の光の吸収量や干渉色のばらつきが抑制され、イメージセンサの信頼性が向上する。たとえば特開平１０−２９４３１２号公報（以下「特許文献１」という）には、受光部やゲート電極からなる素子部分の上にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により形成された絶縁膜の最上面が平坦化された固体撮像素子が開示されている。
【０００４】
ここでアルミニウムなどの金属配線が形成された領域には、金属配線の厚みによる段差が形成される。このため金属配線上に層間絶縁膜などが積層された積層構造の最上面には段差が形成され、平坦度に劣ることが多い。たとえば特開平４−１８８７３３号公報（以下「特許文献２」という）においては、金属配線の左右方向の幅が広いと、当該金属配線上にＣＶＤ法により積層される絶縁膜の最上面には突起が発生し、当該最上面の平坦度が低下する旨が記載されている。また特開２００４−１７９５７１号公報（以下「特許文献３」という）においては、シリコン窒化膜のパターン上にＨＤＰ（High Density Plasma）−ＣＶＤ法により積層される絶縁膜が厚くなることにより、パターン上の絶縁膜の最上面における突起が小さくなり、絶縁膜の最上面がより平坦になる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２９４３１２号公報
【特許文献２】特開平４−１８８７３３号公報
【特許文献３】特開２００４−１７９５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３に示すように、積層構造の最上層をなす層間絶縁膜の最上面の平坦度は、当該層間絶縁膜が厚いほど向上する。しかし形成される積層構造が過度に厚くなると、これをイメージセンサとして用いる際に光が左右方向に発散してその特性を劣化する可能性がある。したがって形成される積層構造は極力薄いことが好ましい。積層構造を薄くしてかつ積層構造の最上面の平坦度を向上するために、たとえば金属配線上に極力厚い（たとえば金属配線の厚みの約３倍の厚みを有する）層間絶縁膜が形成された後、その層間絶縁膜の最上面から一定の厚み分がＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）と呼ばれる化学機械的研磨法により除去される。
【０００７】
上記の方法においては形成される層間絶縁膜が非常に厚く、かつ相当厚み分の層間絶縁膜がＣＭＰにより除去される。このため加工のコスト高を招く可能性がある。特許文献１〜特許文献３のいずれにおいても、上記のような加工コストと最上面の平坦度と、形成される積層構造全体の厚みとのすべてを考慮した構成について記載されていない。
【０００８】
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、より低コストで、平坦性に優れ、可能な限り積層構造全体を薄く形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。また上記製造方法を用いた半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例による半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。
まず主表面を有する半導体基板内に光電変換素子が配置される画素領域と、主表面に沿った方向に関する、画素領域の周辺部に配置される周辺領域とが形成される。上記半導体基板の主表面上に少なくとも１層の金属配線が形成される。上記金属配線のうち半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に第１の層間絶縁膜が形成される。上記第１の層間絶縁膜の最上面が平坦化される。上記周辺領域における最上層配線の主表面に沿う幅は、画素領域における最上層配線の幅よりも広い。上記第１の層間絶縁膜を形成する工程において、最上層配線と平面視において重ならない領域に形成される第１の層間絶縁膜の、主表面に交差する厚みＴは、画素領域に配置される最上層配線の交差部の対角線の距離をＷ、画素領域に配置される最上層配線の主表面に交差する高さをＨとすると、Ｔ≧Ｈ＋Ｗ／４である。上記平坦化する工程を行なった後において、画素領域における第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、周辺領域における第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている。
【００１０】
本発明の他の実施例による半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。
まず主表面を有する半導体基板内に光電変換素子が配置される画素領域と、主表面に沿った方向に関する、画素領域の周辺部に配置される周辺領域とが形成される。上記半導体基板の主表面上に少なくとも１層の金属配線が形成される。上記金属配線のうち半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に第１の層間絶縁膜が形成される。上記周辺領域における最上層配線の主表面に沿う幅は、画素領域における最上層配線の幅よりも広い。上記第１の層間絶縁膜を形成する工程において、最上層配線と平面視において重ならない領域に形成される第１の層間絶縁膜の、主表面に交差する厚みＴは、画素領域に配置される最上層配線の交差部の対角線の距離をＷ、画素領域に配置される最上層配線の主表面に交差する高さをＨとすると、Ｔ≧Ｈ＋Ｗ／２である。上記第１の層間絶縁膜を形成する工程を行なった後において、画素領域における第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、周辺領域における第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている。
【００１１】
本発明の他の実施例による半導体装置は以下の構成を備えている。
上記半導体装置は、主表面を有する半導体基板と、半導体基板内に形成された光電変換素子が配置される画素領域と、主表面に沿った方向に関する、画素領域の周辺部に配置される周辺領域とを備える。上記画素領域および周辺領域には、半導体基板上に形成された少なくとも１層の金属配線と、金属配線のうち半導体基板からもっとも離れた最上層配線上に形成された第１の層間絶縁膜とを有している。上記画素領域の第１の層間絶縁膜の最上面は平坦であり、周辺領域の第１の層間絶縁膜の最上面には段差が形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施例による製造方法によれば、最上層配線上にＨ＋Ｗ／４以上の厚みの第１の層間絶縁膜を形成することにより、その後の当該層間絶縁膜の平坦化処理により、少なくとも画素領域における当該層間絶縁膜の最上面を平坦にすることができる。このためより少ない加工量（コスト）で、高い機能の光電変換素子を有する半導体装置を提供することができる。
【００１３】
本発明の他の実施例による製造方法によれば、最上層配線上にＨ＋Ｗ／２以上の厚みの第１の層間絶縁膜を形成すれば、その後に当該層間絶縁膜の平坦化処理を施さなくても、少なくとも画素領域における当該層間絶縁膜の最上面を平坦にすることができる。このためより少ない加工量（コスト）で、高い機能の光電変換素子を有する半導体装置を提供することができる。
【００１４】
本発明の他の実施例によれば、少なくとも画素領域における第１の層間絶縁膜の最上面が平坦となる。このためたとえ周辺領域の第１の層間絶縁膜の最上面に段差を有していても、最低限の光電変換素子の高い機能が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態１に係る半導体装置であってウェハの状態を示す概略平面図である。
【図２】図１中の丸点線「ＩＩ」で囲まれた領域の概略拡大平面図である。
【図３】図２中の点線「ＩＩＩ」で囲まれた領域に対応したチップの状態を示す概略拡大平面図である。
【図４】本実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図５】最上層配線の構成を示す概略断面図である。
【図６】図４のフォトダイオードが複数配列された領域の概略平面図である。
【図７】金属配線同士を接続する導電層の構成を示す概略断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第８工程を示す概略断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第９工程を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１０工程を示す概略断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１１工程を示す概略断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１２工程を示す概略断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１３工程を示す概略断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１４工程を示す概略断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態１における半導体装置の製造方法の第１５工程を示す概略断面図である。
【図２３】実施の形態１における、金属配線の幅とその上の層間絶縁膜の形状との関係を示す概略断面図である。
【図２４】本発明の比較例に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図２５】図２４に示す比較例に係る半導体装置の製造方法の、図１８に相当する工程を示す概略断面図である。
【図２６】図２４に示す比較例に係る半導体装置の製造方法の、図２５に続く工程を示す概略断面図である。
【図２７】図２４に示す比較例に係る半導体装置の製造方法の、図２６に続く工程を示す概略断面図である。
【図２８】本実施の形態２に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図２９】本発明の実施の形態２における半導体装置の製造方法の、図１８に相当する工程を示す概略断面図である。
【図３０】実施の形態２における、金属配線の幅とその上の層間絶縁膜の形状との関係を示す概略断面図である。
【図３１】本発明の実施の形態３における半導体装置の製造方法の、図１８に続く工程を示す概略断面図である。
【図３２】本実施の形態３に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図３３】本発明の実施の形態４における半導体装置の製造方法の、図１８に続く工程を示す概略断面図である。
【図３４】本実施の形態４に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図３５】本発明の実施の形態５における半導体装置の製造方法の、図１８に続く工程を示す概略断面図である。
【図３６】本実施の形態５に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【図３７】本発明の実施の形態６における半導体装置の製造方法の、図１６に続く工程を示す概略断面図である。
【図３８】本実施の形態６に係る半導体装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、本実施の形態としてウェハ状態の半導体装置について説明する。
【００１７】
図１を参照して、半導体ウェハＳＷには、複数のイメージセンサ用のチップ領域ＩＭＣが形成されている。複数のチップ領域ＩＭＣの各々は矩形の平面形状を有し、行列状に配置されている。
【００１８】
図２を参照して、複数のチップ領域ＩＭＣの各々は、たとえばフォトダイオードが形成される画素領域ＰＤＲと、フォトダイオードを制御するための周辺回路が形成される周辺領域ＰＣＲとを有している。周辺領域ＰＣＲはたとえば画素領域ＰＤＲの周囲に形成されており、画素領域ＰＤＲに形成される光電変換素子に照射する光を遮る領域である。また周辺領域ＰＣＲと画素領域ＰＤＲとを含む領域のたとえば両側には、ボンディングパッド領域ＢＰＲを有している。ボンディングパッド領域ＢＰＲとは、たとえば画素領域ＰＤＲのフォトダイオードと外部回路との間で信号を入出力するためのボンディングパッドが互いに間隔をおいて複数並んだ領域である。また各チップ領域ＩＭＣの縁部（周辺領域ＰＣＲまたはボンディングパッド領域ＢＰＲ）には、半導体ウェハＳＷから各チップ領域ＩＭＣを切り取るためのダイシングライン領域が形成されていることが好ましい。
【００１９】
一例として、図２に示す個々のチップ領域ＩＭＣの縦方向の長さは２０ｍｍ、横方向の長さは３０ｍｍである。また、図２の左側の周辺領域ＰＣＲの幅は０．１ｍｍ、右側の周辺領域ＰＣＲの幅は１．５ｍｍ、上側の周辺領域ＰＣＲの幅は０．０５ｍｍ、下側の周辺領域ＰＣＲの幅は０．２ｍｍである。さらに左右両側のボンディングパッド領域ＢＰＲの幅は０．１ｍｍである。また図３を参照して、画素領域ＰＤＲには多数のフォトダイオードＰＤ（光電変換素子）が配列されている。
【００２０】
図４は図３の画素領域ＰＤＲのうち、もっとも周辺領域ＰＣＲに近い領域のフォトダイオードＰＤと周辺領域ＰＣＲの周辺回路とが並列するように図示したものである。図４を参照して、本実施の形態のイメージセンサは、フォトダイオード部（画素領域ＰＤＲ）には図４に示す構成のフォトダイオードＰＤが複数配列されている。また周辺回路部（周辺領域ＰＣＲ）には図４に示す構成の周辺回路ＣＴＲが複数配置されている。
【００２１】
具体的には、本イメージセンサは、たとえばシリコンからなる半導体基板ＳＵＢのｎ-領域ＮＴＲに形成されている。フォトダイオードＰＤ、周辺回路ＣＴＲのそれぞれは、半導体基板ＳＵＢの表面に形成されたフィールド酸化膜ＦＯにより互いに平面視において分離されている。
【００２２】
フォトダイオードＰＤは、ｐ型ウェル領域ＰＷＲ１とｎ型不純物領域ＮＰＲとにより構成されている。ｐ型ウェル領域ＰＷＲ１はフォトダイオード部ＰＤＲ内の半導体基板ＳＵＢの表面に形成されている。ｎ型不純物領域ＮＰＲはｐ型ウェル領域ＰＷＲ１内の半導体基板ＳＵＢの表面に形成されており、ｐ型ウェル領域ＰＷＲ１とｐｎ接合を構成している。図４においては平面視におけるフォトダイオードＰＤの位置を明確にするため、集光レンズＬＳ（撮像レンズ）の上方にフォトダイオードＰＤを表記しているが、フォトダイオードＰＤの主要機能を果たすｐｎ接合を構成しているのは上記のｐ型ウェル領域ＰＷＲ１とｎ型不純物領域ＮＰＲとが互いに接触している領域である。
【００２３】
フォトダイオード部には、転送用トランジスタＳＷＴＲなどのＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）トランジスタも形成されている。特に転送用トランジスタＳＷＴＲは、１対のソース／ドレイン領域ＮＰＲ、ＮＲ、ＮＤＲと、ゲート絶縁膜と、ゲート電極ＧＥとを有している。ここで転送用トランジスタＳＷＴＲのゲート絶縁膜は、たとえばフォトダイオードＰＤを覆うように形成されるシリコン酸化膜ＯＦが延長されたものである。１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＰＲとＮＲ、ＮＤＲとの各々は、ｐ型ウェル領域ＰＷＲ１内の半導体基板ＳＵＢの表面に互いに間隔をおいて配置されている。１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＰＲ、ＮＲ、ＮＤＲの一方の領域ＮＰＲは、フォトダイオードＰＤのｎ型不純物領域ＮＰＲと一体となっており、互いに電気的に接続されている。１対のソース／ドレイン領域ＮＰＲ、ＮＲ、ＮＤＲの他方の領域ＮＲ、ＮＤＲは、高濃度領域としてのｎ+不純物領域ＮＤＲとＬＤＤ（Lightly Doped Drain）としてのｎ型不純物領域ＮＲとを有している。１対のソース／ドレイン領域ＮＰＲとＮＲ、ＮＤＲとに挟まれる半導体基板ＳＵＢの表面の上にはゲート絶縁膜を挟んでゲート電極ＧＥが形成されている。
【００２４】
また、図４中のフォトダイオードＰＤの左側の領域においては、ｐ型ウェル領域ＰＷＲ１内の半導体基板ＳＵＢの表面は上層配線と接続されている。このためフォトダイオードＰＤに光が照射されたときに発生する正電荷が上層配線の方へ移動可能となっている。
【００２５】
フォトダイオードＰＤを覆うように半導体基板ＳＵＢの表面上には、シリコン酸化膜ＯＦとシリコン窒化膜ＮＦとの積層構造よりなる反射防止膜が形成されている。この反射防止膜ＯＦ、ＮＦの一方端はゲート電極ＧＥの一方上に乗り上げている。また反射防止膜ＯＦ、ＮＦの残渣としてゲート電極ＧＥの他方の側壁にはシリコン酸化膜ＯＦとシリコン窒化膜ＮＦとからなる側壁絶縁層が形成されている。
【００２６】
周辺回路部における、半導体基板ＳＵＢの表面には、たとえばｐ型ウェル領域ＰＷＲ２が形成されている。このｐ型ウェル領域ＰＷＲ２には、複数のフォトダイオードＰＤの動作を制御するための制御素子が形成されており、この制御素子はたとえばＭＩＳトランジスタＣＴＲを含んでいる。
【００２７】
このＭＩＳトランジスタＣＴＲは、１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＲ、ＮＤＲと、ゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜ＯＦと、ゲート電極ＧＥとを有している。１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＲ、ＮＤＲの各々は、互いに間隔をあけて半導体基板ＳＵＢの表面に形成されている。１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＲ、ＮＤＲの各々は、たとえば高濃度領域としてのｎ型不純物領域ＮＤＲとＬＤＤとしてのｎ型不純物領域ＮＲとを有している。
【００２８】
１対のｎ型ソース／ドレイン領域ＮＲ、ＮＤＲに挟まれる半導体基板ＳＵＢの表面の上にはゲート絶縁膜を挟んでゲート電極ＧＥが形成されている。ゲート電極ＧＥの側壁には、反射防止膜の残渣として、酸化膜ＯＦと窒化膜ＮＦとからなる側壁絶縁層が形成されている。
【００２９】
フォトダイオード部と周辺回路部との各ＭＩＳトランジスタのゲート電極ＧＥは、たとえば不純物がドープされた多結晶シリコンからなる多結晶層ＧＥ１の上に、たとえばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）からなる絶縁層ＧＥ２が積層された構成であることが好ましい。あるいはたとえば窒化チタン（ＴｉＮ）などの金属からなっていてもよい。
【００３０】
フォトダイオード部、周辺回路部（ダイシングライン領域）の各々において、半導体基板ＳＵＢの表面上には、上記の素子（フォトダイオードＰＤ、ＭＩＳトランジスタＳＷＴＲ、ＣＴＲ）上を覆うように層間絶縁膜ＩＩ１が形成されている。フォトダイオード部と周辺回路部とにおいては、層間絶縁膜ＩＩ１上に、パターニングされた１層目の金属配線ＡＬ１が形成されている。この１層目の金属配線ＡＬ１は、層間絶縁膜ＩＩ１のコンタクトホール内を埋め込む導電層Ｃ１を通じて、たとえばｐ+不純物領域ＰＤＲまたはｎ+不純物領域ＮＤＲに電気的に接続されている。
【００３１】
周辺回路部においては、層間絶縁膜ＩＩ１上にストッパ膜ＡＬ１が形成されている。このストッパ膜ＡＬ１は、たとえば通常の写真製版技術およびエッチング技術により金属配線ＡＬ１と同じ金属膜から分離して形成されたものである。
【００３２】
金属配線ＡＬ１上とストッパ膜ＡＬ１上とを覆うように層間絶縁膜ＩＩ１上には層間絶縁膜ＩＩ２が形成されている。フォトダイオード部と周辺回路部とにおいては、層間絶縁膜ＩＩ２上に、パターニングされた２層目の金属配線ＡＬ２が形成されている。この２層目の金属配線ＡＬ２は、層間絶縁膜ＩＩ２のスルーホール内を埋め込む導電層Ｔ１を通じて１層目の金属配線ＡＬ１と電気的に接続されている。
【００３３】
金属配線ＡＬ２上を覆うように層間絶縁膜ＩＩ２上には層間絶縁膜ＩＩ３が形成されている。フォトダイオード部と周辺回路部とにおいては、層間絶縁膜ＩＩ３上に、パターニングされた３層目の金属配線ＡＬ３が形成されている。この３層目の金属配線ＡＬ３は、層間絶縁膜ＩＩ３のスルーホール内を埋め込む導電層Ｔ２を通じて２層目の金属配線ＡＬ２と電気的に接続されている。
【００３４】
図４の半導体装置において、金属配線ＡＬ３は半導体基板からもっとも離れた最上層配線である。図５を参照して金属配線ＡＬ３は、たとえばバリア層ＢＲＬと金属層ＡＬ３ａと、反射防止膜ＡＲＦ１と反射防止膜ＡＲＦ２とが積層された構成を有することが好ましい。本実施の形態においては、バリア層ＢＲＬとしてはその一例として窒化チタンの薄膜が採用され、金属層ＡＬ３ａとしてはたとえばアルミニウム（Ａｌ）が採用される。また反射防止膜ＡＲＦ１としてはその一例として窒化チタンの薄膜が採用され、反射防止膜ＡＲＦ２としてはその一例としてチタンの薄膜が採用される。フォトダイオード部ＰＤＲの金属配線ＡＬ３も周辺回路部ＰＣＲの金属配線ＡＬ３も同様の構成であることが好ましい。また金属配線ＡＬ１、ＡＬ２についても金属配線ＡＬ３と同様の（反射防止膜が形成された）積層構造を有していてもよい。
【００３５】
金属配線ＡＬ３上を覆うように層間絶縁膜ＩＩ３上には層間絶縁膜ＩＩ４（第１の層間絶縁膜）が形成されている。この層間絶縁膜ＩＩ４上にはパッシベーション膜ＰＳが形成されている。このパッシベーション膜ＰＳ上であって、フォトダイオードＰＤの真上には集光レンズＬＳが配置されている。この集光レンズＬＳは光を集めてフォトダイオードＰＤに照射するためのものである。
【００３６】
図６を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲにおいては、平面視において互いに間隔をおいて配列される複数のフォトダイオードＰＤに挟まれた領域に、金属配線ＡＬ３が形成される。ここで、金属配線ＡＬ３の延在する方向に交差する幅ｗは、隣り合うフォトダイオードＰＤの間隔にほぼ等しくなる。また図６のすべての金属配線ＡＬ３の幅ｗがほぼ等しい場合、金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離Ｗはｗのおよそ√２倍となる。これは金属配線ＡＬ３の幅ｗがすべてほぼ等しいため、互いに交差（たとえば直交）する２本の金属配線ＡＬ３の交差部（重なる部分）は正方形をなすためである。つまりここで金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離Ｗとは、２本の金属配線ＡＬ３の交差部がなす四辺形（正方形）の対角線の長さ（図６の斜め方向）を指すものとする。
【００３７】
これに対して周辺回路部ＰＣＲにおいては、ほぼ全面を覆うように金属配線ＡＬ３が形成される。これらの金属配線ＡＬ３は、上方からの光を遮り、集光レンズＬＳ以外の箇所からの光が下部のフォトダイオードＰＤに達することを抑制するものである。周辺回路部ＰＣＲのほぼ全面が金属配線ＡＬ３で覆われることにより、上記の遮光効果をより高めることができる。したがって図４に示すように、周辺回路部ＰＣＲにおける金属配線ＡＬ３の、半導体基板ＳＵＢの主表面に沿う（図４の左右方向の）幅は、フォトダイオード部ＰＤＲにおける金属配線ＡＬ３の幅よりも広いことが好ましい。
【００３８】
図７を参照して、層間絶縁膜ＩＩ３を貫通し、金属配線ＡＬ３と金属配線ＡＬ２とを接続する導電層Ｔ２は、外壁部がたとえば窒化チタンの薄膜からなるバリア層ＢＲＬで覆われ、その内部がたとえばタングステンなどの金属材料ＴＧで充填された構成であることが好ましい。また導電層Ｔ１、Ｃ１についても導電層Ｔ２と同様の構成を有していてもよい。
【００３９】
上記において、層間絶縁膜ＩＩ１、ＩＩ２、ＩＩ３、ＩＩ４はたとえばシリコン酸化膜よりなっており、金属配線ＡＬ１、ＡＬ２、ＡＬ３とはエッチング選択比（たとえば導電層Ｔ１、Ｔ２の貫通穴を形成するための層間絶縁膜ＩＩ２、ＩＩ３のエッチング時におけるエッチング選択比）の異なる材料からなっている。層間絶縁膜ＩＩ１、ＩＩ２、ＩＩ３、ＩＩ４はそれぞれ、フォトダイオード部ＰＤＲと周辺回路部ＰＣＲとの間で互いに連続した一体である。そしてフォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦは平坦であり、周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦには段差が形成されている。
【００４０】
具体的には図４に示すように、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４は、金属配線ＡＬ３を覆う領域においても金属配線ＡＬ３を覆わない領域においても、その最上面ＩＳＦが同様に平坦となっており、フォトダイオード部ＰＤＲにおいては層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦには目立った段差が形成されていない。これに対して周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４は、その最上面ＩＳＦに段差が形成されている。つまり周辺回路部ＰＣＲの金属配線ＡＬ３上において、他の領域よりも絶縁膜表面ＩＳＦが図４の上側に配置されるように盛り上がった形状となり、絶縁膜段差ＨＰ２を形成している。
【００４１】
より具体的には、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦが平坦であるとは以下のような状態をいうものとする。すなわちフォトダイオード部ＰＤＲの絶縁膜表面ＩＳＦの、半導体基板ＳＵＢの主表面から厚み方向の距離の最大値と最小値との差が、金属配線ＡＬ３の幅Ｗ（交差部の対角線の距離）の２５％以下である状態である。逆にフォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦに段差が存在するとは、フォトダイオード部ＰＤＲの絶縁膜表面ＩＳＦの、上記最大値と最小値との差が、金属配線ＡＬ３の幅Ｗ（交差部の対角線の距離）の２５％を超える状態をいうものとする。上記の定義は、周辺回路部ＰＣＲの絶縁膜表面ＩＳＦについても同様である。なお上記の平坦度や段差の測定値は、触針段差計、ＡＦＭ（Atomic Force Microscope）段差測定器、断面ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）を用いてなされたものであることが好ましい。
【００４２】
本実施の形態においては、層間絶縁膜ＩＩ４の絶縁膜表面ＩＳＦは、フォトダイオード部ＰＤＲにおいては平坦となっているが、周辺回路部ＰＣＲにおいては平坦となっていない。フォトダイオードＰＤなどの光電変換素子はフォトダイオード部ＰＤＲに形成されるため、図４のようにフォトダイオード部ＰＤＲにおける層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦさえ平坦であれば、たとえ周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦの平坦度が低下していても、フォトダイオードＰＤの高い機能や品質を確保することができることを、本発明の発明者は鋭意研究の結果、見出した。
【００４３】
次に図４に示す、本実施の形態の半導体装置の製造方法について図８〜図２３を用いて説明する。なお層間絶縁膜ＩＩ２以下の構成については、シリコンやゲルマニウムなど、使用時に照射する光の波長に応じて異なる半導体材料からなる半導体基板ＳＵＢを用いて、従来公知の方法により形成される。このため、ここでは説明を省略する。
【００４４】
図８を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、導電層Ｔ１が形成された層間絶縁膜ＩＩ２上にたとえばアルミニウムからなる薄膜ＡＬ２が、たとえばスパッタリングにより形成される。ただし薄膜ＡＬ２は、上記の図５と同様に、バリア層ＢＲＬや反射防止膜ＡＲＦ１、ＡＲＦ２を含む構成であってもよい。
【００４５】
図９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、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばアルミニウムからなる金属配線ＡＬ２が形成される。ただし金属配線ＡＬ２は、上記の図５と同様に、バリア層ＢＲＬや反射防止膜ＡＲＦ１、ＡＲＦ２を含む構成であってもよい。また、フォトダイオード部ＰＤＲおよび周辺回路部ＰＣＲの金属配線ＡＬ２は、導電層Ｔ１を通じて金属配線ＡＬ１に電気的に接続されるように形成される。なお金属配線ＡＬ１は半導体基板ＳＵＢの表面のｎ型領域ＮＤＲなどに電気的に接続されている。
【００４６】
図１０を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ２や金属配線ＡＬ２上に層間絶縁膜ＩＩ３ａが、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される。このとき形成される層間絶縁膜ＩＩ３ａの断面形状は、特に金属配線ＡＬ２により段差となった領域の上においては、上方が尖った三角形状となる。
【００４７】
図１１を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ３ａ上に層間絶縁膜ＩＩ３ｂが、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００４８】
図１２を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばＣＭＰにより、層間絶縁膜ＩＩ３ｂの最上面から一定の厚み分の領域が研磨除去され、層間絶縁膜ＩＩ３ｂの最上面が平坦化される。層間絶縁膜ＩＩ３ａ、層間絶縁膜ＩＩ３ｂともにここではシリコン酸化膜であるため、これらを合わせてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜ＩＩ３が形成される。
【００４９】
図１３を形成して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、通常の写真製版技術およびエッチング技術により、特に金属配線ＡＬ２上の層間絶縁膜ＩＩ３の一部が、層間絶縁膜ＩＩ３の最上面から金属配線ＡＬ２に達するように除去され、スルーホールＴＨ１が形成される。
【００５０】
図１４を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、スルーホールＴＨ１の内部にたとえばスパッタリングによりタングステンＴＧが充填される。このときのスパッタリングにより、スルーホールＴＨ１の内部に加え、層間絶縁膜ＩＩ３上にもタングステンの薄膜が形成される。ここでタングステンを充填する前に、スルーホールＴＨ１の内壁面に、たとえばスパッタリングによりバリア層ＢＲＬ（図７参照）としての窒化チタンの薄膜が形成されてもよい。
【００５１】
図１５を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばＣＭＰにより、層間絶縁膜ＩＩ３上に形成されたタングステンの薄膜ＴＧが研磨され除去される。このときスルーホールＴＨ１の内部に充填されたタングステンＴＧにより、導電層Ｔ２が形成される。
【００５２】
図１６を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、導電層Ｔ２が形成された層間絶縁膜ＩＩ３上に薄膜ＡＬ３が、たとえばスパッタリングにより形成される。薄膜ＡＬ３は図５に示す積層構造を有するものである。薄膜ＡＬ３はたとえば窒化チタンからなる、（図１６の上下方向の）厚みが２３ｎｍのバリア層ＢＲＬ、アルミニウムからなる厚みが６００ｎｍの金属層ＡＬ３ａ、窒化チタンからなる厚みが２０ｎｍの反射防止膜ＡＲＦ１、チタンからなる厚みが１０ｎｍの反射防止膜ＡＲＦ２がこの順に積層された構成であり、合計の厚みは６５３ｎｍである。
【００５３】
図１７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、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、薄膜ＡＬ３がパターニングされて金属配線ＡＬ３が形成される。一例として、フォトダイオード部ＰＤＲにおける金属配線ＡＬ３の、左右方向の最大幅は１６６９ｎｍである。
【００５４】
図１８を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ３や金属配線ＡＬ３上に層間絶縁膜ＩＩ４が、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される。このとき形成される層間絶縁膜ＩＩ４の断面形状は、特にフォトダイオード部ＰＤＲの金属配線ＡＬ３により段差となった領域の上においては、上方が尖った三角形状ＨＰ１となる。また層間絶縁膜ＩＩ４の断面形状は、特に周辺回路部ＰＣＲの金属配線ＡＬ３により段差となった領域の上においては、絶縁膜段差ＨＰ１よりも上下方向に高く、かつ左右方向の幅が広い絶縁膜段差ＨＰ２となる。
【００５５】
ここで、フォトダイオード部ＰＤＲに形成される金属配線ＡＬ３のパターンの、図６に示す交差部の対角線の距離をＷ、図の上下方向の高さをＨとすると、層間絶縁膜ＩＩ４の、層間絶縁膜ＩＩ３の最上面からの（図の上下方向の）厚みＴがＴ≧Ｈ＋Ｗ／４となるように、層間絶縁膜ＩＩ４が形成されることが好ましい。ここでは特に、フォトダイオード部ＰＤＲにおける金属配線ＡＬ３が配置されない領域での層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴがＴ≧Ｈ＋Ｗ／４となるように、層間絶縁膜ＩＩ４が形成されることが好ましい。しかしたとえば周辺回路部ＰＣＲにおいても上記層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴがＴ≧Ｈ＋Ｗ／４の関係式を満たしていてもよい。一例として、上記の厚みを有する金属配線ＡＬ３のパターンの交差部が正方形をなして形成される場合、Ｔ≧１２４３ｎｍであることが好ましいが、本実施の形態ではＴ＝１３００ｎｍとなるように成膜される。なお、Ｔは５μｍ以下とすることが好ましい。
【００５６】
図１９を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばフッ酸（ＨＦ）を用いたウェットエッチングにより、層間絶縁膜ＩＩ４の最上面から一定の厚み分の領域が除去（エッチバック）される。一例として、上記条件の場合において、ウェットエッチングにより厚み４００ｎｍ分の層間絶縁膜ＩＩ４が除去される。
【００５７】
このとき厚みの小さい絶縁膜段差ＨＰ１は、上記ウェットエッチングにより除去される。このためフォトダイオード部ＰＤＲの、特に絶縁膜段差ＨＰ１が形成されていた領域における層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦは平坦になる。一方、厚みの大きい絶縁膜段差ＨＰ２は、上記ウェットエッチングにより段差が低くなるものの、ウェットエッチング後においても絶縁膜段差ＨＰ２が残存する。つまり上記ウェットエッチング後においても、周辺回路部ＰＣＲの絶縁膜表面ＩＳＦには段差が残存する。
【００５８】
図２０を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ４上に、たとえばＣＶＤ法によりシリコン窒化膜が堆積される。このシリコン窒化膜がパッシベーション膜ＰＳとなる。
【００５９】
図２１を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばシリコン窒化膜からなるレンズ層ＮＬＳが形成される。
【００６０】
図２２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、フォトダイオードＰＤのｐｎ接合の上のレンズ層ＮＬＳが残存するように、レンズ層ＮＬＳがパターニングされる。その後、レンズ層ＮＬＳの端部がエッチバックにより除去され、図４に示す集光レンズＬＳの断面形状となる。以上の工程により、図４に示すイメージセンサが形成される。
【００６１】
ここで上記の図１８に示す、層間絶縁膜ＩＩ４が形成される工程において、より詳細に説明する。図２３を参照して、左側の金属配線ＡＬ３はフォトダイオード部ＰＤＲに形成されており、高さがＨ１で、図６に示す金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離がＷ１であるとする。また右側の金属配線ＡＬ３は周辺回路部ＰＣＲに形成されており、高さがＨ１で金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離がＷ２（＞Ｗ１）であるとする。
【００６２】
図２３においては、金属配線ＡＬ３の最下部からの厚みＴがＴ＝Ｈ１＋Ｗ１／４である層間絶縁膜ＩＩ４が、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される。このとき、下層に対して段差となる金属配線ＡＬ３の上の層間絶縁膜ＩＩ４の最上面についても三角形状の段差ＨＰ１、ＨＰ２が形成される。ただし図２３の左側の金属配線ＡＬ３は金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離がＷ１と小さいため、絶縁膜段差ＨＰ１も比較的小さい。しかし図２３の右側の金属配線ＡＬ３は幅がＷ２と大きいため、絶縁膜段差ＨＰ２も大きい。仮に層間絶縁膜ＩＩ４の厚みがＨ１＋Ｗ２／４であれば、絶縁膜段差ＨＰ２の大きさは図２３に示す層間絶縁膜ＩＩ４の厚みがＨ１＋Ｗ１／４である場合の絶縁膜段差ＨＰ１の大きさと同等になる。しかし図２３の層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴはＴ＜Ｈ１＋Ｗ２／４である。このため絶縁膜段差ＨＰ２は絶縁膜段差ＨＰ１より大きくなる。したがって後工程のウェットエッチング（図１９参照）において、最上面を平坦にするために必要な除去量の少ない段差ＨＰ１は除去され、段差ＨＰ２は一部が残存する。
【００６３】
以上のように、高さがＨ１で金属配線ＡＬ３の交差部の対角線の距離がＷ１である金属配線上に、厚みＴ＝Ｈ１＋Ｗ１／４の層間絶縁膜が形成されれば、当該層間絶縁膜には少しのエッチングにより平坦になる程度の微小な段差を形成することができる。上記の数式より、金属配線の幅が大きくなるほど、その上の層間絶縁膜の段差を微小にするために必要な、当該層間絶縁膜の膜厚が大きくなることがわかる。
【００６４】
ここで、本実施の形態の比較例を参照しながら、本実施の形態の作用効果について説明する。まず上記比較例を示す図２４〜図２７について説明する。
【００６５】
図２４を参照して、たとえば従来公知のイメージセンサは、層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦの平坦度が、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともにほぼ同じである。つまり周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦも、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦと同様に平坦となっている。
【００６６】
図２５〜図２７において、層間絶縁膜ＩＩ２以下の構成については、実施の形態１と同様であるとする。図２５を参照して、実施の形態１の図１７に示す工程の後、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、図１８の層間絶縁膜ＩＩ４と同様の層間絶縁膜ＩＩ４ａが、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される。
【００６７】
図２６を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ４ａ上に、シリコン酸化膜（特にＴＥＯＳ）からなる層間絶縁膜ＩＩ４ｂが、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００６８】
図２７を参照して、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、たとえばＣＭＰにより、層間絶縁膜ＩＩ４ａ、ＩＩ４ｂの最上面から一定の厚み分の領域が除去される。ここではフォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに層間絶縁膜の最上面が平坦になるまで加工される。
【００６９】
以上の比較例においては、図２６にて層間絶縁膜が形成された段階で、その最上面がある程度平坦となるように加工されることが好ましい。平坦度に劣る平面に対してＣＭＰを行なうと、ＣＭＰ後の表面がたとえば擂り鉢のような凹凸形状を有する、均一性に劣る状態となる可能性がある。ところでＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される層間絶縁膜は、周辺回路部ＰＣＲの幅の広い段差上に形成されれば、大きな段差が形成される。またプラズマＣＶＤ法を用いると、隣り合う金属配線に挟まれた領域を充填するように層間絶縁膜を形成することが困難である。
【００７０】
以上の理論より、ＨＤＰ−ＣＶＤ法による成膜とプラズマＣＶＤ法による成膜とのいずれか一方のみを用いて成膜すれば、形成される層間絶縁膜に何らかの不具合が発生する。このため比較例においては上記のように、ＨＤＰ−ＣＶＤ法とプラズマＣＶＤ法とを併用することにより、層間絶縁膜ＩＩ４ａと層間絶縁膜ＩＩ４ｂとが形成される。
【００７１】
当該層間絶縁膜をより平坦にするためにはより厚く形成することが好ましいが、その場合形成されるイメージセンサの受光特性が劣化する。このため厚く形成された層間絶縁膜ＩＩ４ｂのうち、相当の厚み分が後工程にて研磨除去される。
【００７２】
以上のように比較例の方法においては、フォトダイオード部ＰＤＲおよび周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面を平坦にするために、相当厚みの成膜後、その大部分を研磨除去する。このため生産コストが高騰し、生産性に劣る。
【００７３】
これに対して、本実施の形態においては、最低限フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４のみ、最上面ＩＳＦが平坦となるように加工される。このため最低限形成すべき層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴをＨ＋Ｗ／４と比較例より少なくすることができ、かつ後工程においてウェットエッチングにより除去すべき層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦからの厚みを少なくすることができる。
【００７４】
またウェットエッチングにより絶縁膜段差ＨＰ１がエッチバックされれば、当該処理後の層間絶縁膜ＩＩ４をより薄くすることができる。たとえば上記の寸法の例においては、フォトダイオード部ＰＤＲの金属配線ＡＬ３上の層間絶縁膜ＩＩ４は２４７ｎｍとなる。このように層間絶縁膜ＩＩ４が薄くなれば、特にフォトダイオードＰＤの受光感度が向上し、光の拡散が抑制される。その結果、イメージセンサの性能がより高められる。
【００７５】
さらに本実施の形態においてはＣＭＰが省略されるため、層間絶縁膜ＩＩ４のＣＭＰに起因する、最上面ＩＳＦに対するディッシングなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００７６】
なお、仮に図１８のように層間絶縁膜ＩＩ４が形成された後に図１９のような平坦化処理がなされなかった場合、層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦは完全に平坦ではないが、少なくともフォトダイオードＰＤの機能上は問題がない。図１８における層間絶縁膜ＩＩ４の態様や寸法を示す図２３を再度参照して、図１８の工程後には、左側の金属配線ＡＬ３の上には厚みがおよそＷ１／２の層間絶縁膜ＩＩ４が形成される。これは当該金属配線ＡＬ３上の層間絶縁膜ＩＩ４を頂角がほぼ直角の二等辺三角形と仮定した場合に近似的に求められる。またフォトダイオード部ＰＤＲにおける金属配線ＡＬ３が配置されない領域での層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴがＨ１＋Ｗ１／４であるため、金属配線ＡＬ３以外の領域での層間絶縁膜ＩＩ４の最上面から見た段差ＨＰ１の高さはＷ１／４となる。上記のように、段差ＨＰ１の高さが金属配線ＡＬ３の幅（交差部の対角線の距離）の２５％以下であれば段差ＨＰ１を含む表面は平坦であると定義される。このため、図１８（図２３）の状態で図２０の工程に進んだとしても、特に図２１〜図２２に示すレンズ層ＮＬＳや集光レンズＬＳが形成不要である場合には、イメージセンサとしての実用上問題はない。
【００７７】
（実施の形態２）
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、層間絶縁膜ＩＩ４の形成方法において異なっている。以下、本実施の形態における半導体装置（イメージセンサ）の製造方法について、図２８〜図３０を参照しながら説明する。
【００７８】
図２８を参照して、本実施の形態のイメージセンサは、図４に示す実施の形態１のイメージセンサと大筋で同様の構成を備えている。しかし本実施の形態においては、層間絶縁膜ＩＩ４の厚みＴが実施の形態１よりも厚くなっている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。
【００７９】
具体的には、フォトダイオード部ＰＤＲに形成される金属配線ＡＬ３のパターンの交差部の対角線の距離をＷ、図の上下方向の高さをＨとすると、層間絶縁膜ＩＩ４の、層間絶縁膜ＩＩ３の最上面からの（図の上下方向の）厚みＴがＴ≧Ｈ＋Ｗ／２となっている。
【００８０】
以上の点においてのみ、実施の形態２の半導体装置は実施の形態１の半導体装置と異なっており、他の点については実施の形態１の半導体装置と同様である。
【００８１】
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図２９〜図３０を参照して説明する。
【００８２】
本実施の形態においても、上記の図８〜図１７に示す工程については、実施の形態１と同様である。図２９を参照して、図１７に示す工程の後、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、図１８と同様の、ＨＤＰ−ＣＶＤ法による層間絶縁膜ＩＩ４が形成される。ただし本実施の形態においては上記のようにＴ≧Ｈ＋Ｗ／２となるように層間絶縁膜ＩＩ４の膜厚が制御される。一例として、実施の形態１と同様の幅や厚みを有する金属配線ＡＬ３のパターンの交差部が正方形をなして形成される場合、Ｔ≧１８３３ｎｍであることが好ましい。なおここでも、Ｔは５μｍ以下とすることが好ましい。
【００８３】
図３０を参照して、たとえばフォトダイオード部ＰＤＲの金属配線ＡＬ３が交差部の対角線の距離Ｗ１を有する場合に、Ｔ≧Ｈ１＋Ｗ１／２となるように層間絶縁膜ＩＩ４が形成されれば、層間絶縁膜ＩＩ４の最上面に形成されるはずの段差ＨＰ１はほぼ確認されなくなる。これは金属配線ＡＬ３上に形成されるほぼ直角二等辺三角形状の層間絶縁膜ＩＩ４の、金属配線ＡＬ３に対する高さがほぼＷ１／２であるためである。つまりこの場合、層間絶縁膜ＩＩ４は、フォトダイオード領域ＰＤＲの金属配線ＡＬ３において平坦になる。これに対して、周辺回路部ＰＣＲにおいては、交差部の対角線の距離Ｗ１よりも広い交差部の対角線の距離Ｗ２を有する金属配線ＡＬ３が形成されている。このため当該金属配線ＡＬ３上に平坦な層間絶縁膜ＩＩ４を形成するためには、Ｈ１＋Ｗ２／２以上の厚みが必要となる。Ｈ１＋Ｗ１／２の厚みＴを有する層間絶縁膜ＩＩ４が形成される場合には、Ｔ＜Ｈ１＋Ｗ２／２となる。このため周辺回路部ＰＣＲの金属配線ＡＬ３上の層間絶縁膜ＩＩ４の最上面に段差ＨＰ２が形成される。
【００８４】
図２９に示す工程の後、上記の図２０〜図２２と同様の工程がなされ、図２８に示すイメージセンサが形成される。
【００８５】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
上記のように、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面が平坦であれば、フォトダイオードＰＤの機能を確保する観点上、特に問題はない。このため本発明のようにＨＤＰ−ＣＶＤ法を用いてＴ≧Ｈ＋Ｗ／２以上の厚みの層間絶縁膜ＩＩ４が形成され、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の最上面が実施の形態１よりもさらに完全に平坦になれば、たとえ周辺回路部ＰＣＲに段差が形成されていても、後工程としての当該段差を平坦にする処理が不要となる。すなわち本実施の形態では、後工程による平坦化処理を経なくても、集光レンズＬＳが形成される場合も含めてフォトダイオードＰＤの性能を確保することが可能な程度の非常に高い平坦度を得ることができる。このため層間絶縁膜ＩＩ４に関する工程を、実施の形態１よりもさらに削減することができる。すなわち当該半導体装置の生産コストをさらに削減することができる。
【００８６】
本実施の形態においては、実施の形態１に比べて層間絶縁膜ＩＩ４の形成される厚みが増加する。しかし当該厚み（Ｈ＋Ｗ／２以上）が実施の形態１の厚み（Ｈ＋Ｗ／４以上）より少し厚い程度であれば、イメージセンサの性能が低下するなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００８７】
さらに本実施の形態においてはＣＭＰが省略されるため、層間絶縁膜ＩＩ４のＣＭＰに起因する、最上面ＩＳＦに対するディッシングなどの不具合の発生を抑制することができるとともに、生産コストを削減することができる。
【００８８】
本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【００８９】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、層間絶縁膜ＩＩ４の形成方法において異なっている。以下、本実施の形態における半導体装置（イメージセンサ）の製造方法について、図３１〜図３２を参照しながら説明する。
【００９０】
本実施の形態においても、上記の図８〜図１８に示す工程については、実施の形態１と同様である。すなわち本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、上記のとおりＴ≧Ｈ＋Ｗ／４が成り立つ（たとえば層間絶縁膜ＩＩ３の最上面からの厚みが１３００ｎｍである）厚みＴを有する層間絶縁膜ＩＩ４が、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成され、段差ＨＰ１、ＨＰ２が形成される。
【００９１】
図３１を参照して、図１８に示す工程の後、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜（特にＢＰＴＥＯＳ）からなる層間絶縁膜ＩＩ４ｃ（第２の層間絶縁膜）が形成される。ここでは、層間絶縁膜ＩＩ４ａと層間絶縁膜ＩＩ４ｃとを合計した厚みがイメージセンサの受光感度を低下させない程度の厚みとなるように、層間絶縁膜ＩＩ４ｃが形成されることが好ましい。なお、図３１における層間絶縁膜ＩＩ４ａは、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される図１８の層間絶縁膜ＩＩ４に相当する。
【００９２】
その後、層間絶縁膜ＩＩ４ｃに対して熱処理を行なう。するとＢＰＴＥＯＳからなる層間絶縁膜ＩＩ４ｃは、軟化点が低いので流動して幾分平坦化する。このとき、上記の各実施の形態と同様に、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４ｃの最上面は平坦となるが、周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４ｃの最上面には段差が残存する。
【００９３】
上記の熱処理の後、上記の図２０〜図２２と同様の工程がなされ、図３２に示すイメージセンサが形成される。図３２においては、層間絶縁膜ＩＩ４ａと層間絶縁膜ＩＩ４ｃとを合わせたものを、最上層配線上の層間絶縁膜ＩＩ４と定義している。
【００９４】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
以上のように、本実施の形態においては、ＢＰＴＥＯＳが熱処理により流動して平坦化されやすい性質を利用して、層間絶縁膜ＩＩ４ｃの最上面に対して平坦化処理を施す。ここで、金属配線ＡＬ３の段差に起因する段差ＨＰ１は微小であるため、上記の平坦化処理によりフォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４ｃは平坦になる。これに対して段差ＨＰ２は大きいため、平坦化処理の後においても周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４ｃには段差が残存する。このことによる作用効果は、上記の各実施の形態と同様である。
【００９５】
また本実施の形態においては、層間絶縁膜ＩＩ４ｃの成膜厚みを制御することにより、イメージセンサ全体の厚みの過剰による、イメージセンサの機能の低下が抑制される。
【００９６】
さらに本実施の形態においてもＣＭＰが省略されるため、層間絶縁膜ＩＩ４のＣＭＰに起因する、最上面ＩＳＦに対するディッシングなどの不具合の発生を抑制することができるとともに、生産コストを削減することができる。
【００９７】
本発明の実施の形態３は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態３について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【００９８】
（実施の形態４）
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、層間絶縁膜ＩＩ４の形成方法において異なっている。以下、本実施の形態における半導体装置（イメージセンサ）の製造方法について、図３３〜図３４を参照しながら説明する。
【００９９】
本実施の形態においても、上記の図８〜図１８に示す工程については、実施の形態１と同様である。すなわち本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、上記のとおりＴ≧Ｈ＋Ｗ／４が成り立つ（たとえば層間絶縁膜ＩＩ３の最上面からの厚みが１３００ｎｍである）厚みＴを有する層間絶縁膜ＩＩ４が、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成され、段差ＨＰ１、ＨＰ２が形成される。
【０１００】
図３３を参照して、図１８に示す工程の後、フォトダイオード部ＰＤＲ、周辺回路部ＰＣＲともに、層間絶縁膜ＩＩ４ａ上に、たとえばＳＯＧ（Spin On Glass）などの流体ガラスＬＧが塗布される。ＳＯＧはシリコン酸化膜と同様の組成からなるシリカ（ＳｉＯ2）を溶剤中に溶かした液体である。たとえば層間絶縁膜ＩＩ４ａ上に流体ガラスＬＧが滴下された上で、半導体基板ＳＵＢ全体を主表面に沿う方向に回転する。このとき、滴下された流体ガラスＬＧは層間絶縁膜ＩＩ４ａ上を含むウェハ全体に均一に広がる。この流体ガラスＬＧの最上面が平坦となる。ここでは、層間絶縁膜ＩＩ４ａと平坦になった流体ガラスＬＧとを合計した厚みがイメージセンサの受光感度を低下させない程度の厚みとなるように、流体ガラスＬＧが塗布されることが好ましい。なお、図３３における層間絶縁膜ＩＩ４ａは、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成される図１８の層間絶縁膜ＩＩ４に相当する。
【０１０１】
このとき、上記の各実施の形態と同様に、フォトダイオード部ＰＤＲの流体ガラスＬＧの最上面は平坦となるが、周辺回路部ＰＣＲの流体ガラスＬＧの最上面には段差が残存する。
【０１０２】
上記の流体ガラスＬＧが塗布された後、上記の図２０〜図２２と同様の工程がなされ、図３４に示すイメージセンサが形成される。図３４においては、層間絶縁膜ＩＩ４ａと流体ガラスＬＧとを合わせたものを、最上層配線上の層間絶縁膜ＩＩ４と定義している。
【０１０３】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
以上のように、本実施の形態においては、ＳＯＧにより、積層構造の最上面が平坦化される性質を利用して、流体ガラスＬＧの最上面に対して平坦化処理を施す。ここで、金属配線ＡＬ３の段差に起因する、層間絶縁膜ＩＩ４ａの段差ＨＰ１は微小であるため、上記の平坦化処理によりフォトダイオード部ＰＤＲの流体ガラスＬＧは平坦になる。これに対して層間絶縁膜ＩＩ４ａの段差ＨＰ２は大きいため、平坦化処理の後においても周辺回路部ＰＣＲの流体ガラスＬＧには段差が残存する。このことによる作用効果は、上記の各実施の形態と同様である。
【０１０４】
また本実施の形態においては、流体ガラスＬＧの塗布される厚みを制御することにより、イメージセンサ全体の厚みの過剰による、イメージセンサの機能の低下が抑制される。
【０１０５】
さらに本実施の形態においてもＣＭＰが省略されるため、層間絶縁膜ＩＩ４のＣＭＰに起因する、最上面ＩＳＦに対するディッシングなどの不具合の発生を抑制することができるとともに、生産コストを削減することができる。
【０１０６】
本発明の実施の形態４は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態４について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【０１０７】
（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、層間絶縁膜ＩＩ４の形成方法において異なっている。以下、本実施の形態における半導体装置（イメージセンサ）の製造方法について、図３５〜図３６を参照しながら説明する。
【０１０８】
本実施の形態においても、上記の図８〜図１８に示す工程については、実施の形態１と同様である。すなわち本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、上記のとおりＴ≧Ｈ＋Ｗ／４が成り立つ（たとえば層間絶縁膜ＩＩ３の最上面からの厚みが１３００ｎｍである）厚みＴを有する層間絶縁膜ＩＩ４が、たとえばＨＤＰ−ＣＶＤ法により形成され、段差ＨＰ１、ＨＰ２が形成される。
【０１０９】
図３５を参照して、図１８に示す工程の後、ＣＭＰにより層間絶縁膜ＩＩ４の最上面ＩＳＦが平坦化される。つまり実施の形態１の図１９に示す、ウェットエッチングによる平坦化の代わりに、ＣＭＰにより層間絶縁膜ＩＩ４の最上面から一定の厚み分の領域が研磨除去され、最上面ＩＳＦの平坦化がなされる。
【０１１０】
この処理により、実施の形態１と同様に、フォトダイオード部ＰＤＲの層間絶縁膜ＩＩ４の段差ＨＰ１は除去され、フォトダイオード部ＰＤＲの最上面ＩＳＦが平坦になる。これに対して、周辺回路部ＰＣＲの層間絶縁膜ＩＩ４の段差ＨＰ２は残存する。このことによる作用効果は、上記の各実施の形態と同様である。
【０１１１】
上記のＣＭＰがなされた後、上記の図２０〜図２２と同様の工程がなされ、図３６に示すイメージセンサが形成される。
【０１１２】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、ＣＭＰにより絶縁膜段差ＨＰ１が研磨除去されれば、当該処理後の層間絶縁膜ＩＩ４をより薄くすることができる。たとえば上記の実施の形態１の寸法を有する金属配線ＡＬ３の例において、ＣＭＰにより最上面ＩＳＦから４００ｎｍの厚み分が除去されれば、フォトダイオード部ＰＤＲの金属配線ＡＬ３上の層間絶縁膜ＩＩ４は２４７ｎｍとなる。このように層間絶縁膜ＩＩ４が薄くなれば、特にフォトダイオードＰＤの受光感度が向上し、イメージセンサの性能がより高められる。
【０１１３】
さらに本実施の形態においては、たとえば図２４〜図２７の比較例の製造工程に比べて形成される層間絶縁膜ＩＩ４の厚みが薄い。このため本実施の形態においては、実施の形態１と同様に、比較例に比べて成膜厚みと研磨除去厚みとの両方を低減することができる。その結果、生産コストを削減することができる。
【０１１４】
本発明の実施の形態５は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態４について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【０１１５】
（実施の形態６）
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、金属配線ＡＬ３の構成において異なっている。以下、本実施の形態における半導体装置（イメージセンサ）の製造方法について、図３７〜図３８を参照しながら説明する。
【０１１６】
本実施の形態においても、上記の図８〜図１６に示す工程については、実施の形態１と同様である。すなわち最上層配線を形成するための薄膜ＡＬ３が形成される。
【０１１７】
図３７を参照して、図１７に相当する薄膜ＡＬ３がパターニングされる工程において、特にフォトダイオード部ＰＤＲには、図１７の金属配線ＡＬ３よりも幅（交差部の対角線の距離）が小さい金属配線ＡＬ３が形成される。金属配線ＡＬ３が形成された後、実施の形態１の図１８〜図１９と同様に層間絶縁膜ＩＩ４が形成される。
【０１１８】
図３７に示す工程がなされた後、上記の図２０〜図２２と同様の工程がなされ、図３８に示すイメージセンサが形成される。
【０１１９】
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
たとえば実施の形態２で述べたように、金属配線ＡＬ３上の層間絶縁膜ＩＩ４を平坦にするために必要な厚みは、金属配線ＡＬ３の高さと幅（交差部の対角線の距離）とにより定まる。このため、図３７に示すように金属配線ＡＬ３の幅を図１７の金属配線ＡＬ３の幅よりも小さくすれば、（金属配線ＡＬ３の高さは実施の形態１と同じである場合）その上に形成される層間絶縁膜ＩＩ４が実施の形態１の場合より薄くても、これを平坦にすることができる。
【０１２０】
このため、図３７のように幅の小さい金属配線ＡＬ３が形成されれば、たとえば実施の形態１においては少しの研磨またはエッチングにより層間絶縁膜ＩＩ４の最上面が平坦になる厚みである、１３００ｎｍ（Ｈ＋Ｗ／４）の層間絶縁膜ＩＩ４が形成される場合においても、実施の形態２のように後工程における層間絶縁膜ＩＩ４を平坦化するための処理が省略されうる。このため本実施の形態においては、さらに少ない工程で、より薄い積層構造を有するイメージセンサが形成される。
【０１２１】
なお本実施の形態６を、上記の実施の形態１〜実施の形態５のいずれかに示す工程と組み合わせて実施してもよい。
【０１２２】
本発明の実施の形態６は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態１について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。
【０１２３】
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、光電変換装置を有する半導体装置に、特に有利に利用されうる。
【符号の説明】
【０１２５】
ＡＬ１，ＡＬ２，ＡＬ３  金属配線、ＡＬ３ａ  金属層、ＡＲＦ１，ＡＲＦ２  反射防止膜、ＢＰＲ  ボンディングパッド領域、ＢＲＬ  バリア層、Ｃ１，Ｔ１，Ｔ２  導電層、ＣＴＲ  周辺回路、ＦＯ  フィールド酸化膜、ＧＥ  ゲート電極、ＧＥ１  多結晶層、ＧＥ２  絶縁層、ＨＰ１，ＨＰ２  絶縁膜段差、ＩＩ１，ＩＩ２，ＩＩ３，ＩＩ３ａ，ＩＩ３ｂ，ＩＩ４，ＩＩ４ａ，ＩＩ４ｂ，ＩＩ４ｃ  層間絶縁膜、ＩＭＣ  チップ領域、ＩＳＦ  絶縁膜表面、ＬＧ  流体ガラス、ＬＳ  集光レンズ、ＮＤＲ，ＮＲ  ｎ型領域、ＮＦ  シリコン窒化膜、ＮＬＳ  レンズ層、ＮＰＲ  ｎ型不純物領域、ＮＴＲ  ｎ-領域、ＯＦ  シリコン酸化膜、ＰＣＲ  周辺領域、ＰＤ  フォトダイオード、ＰＤＲ  画素領域、ＰＳ  パッシベーション膜、ＰＷＲ１  ｐ型ウェル領域、ＳＷ  半導体ウェハ、ＳＷＴＲ  転送用トランジスタ、ＴＨ１  スルーホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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