JP2006012999A - Method for manufacturing solid-state imaging device - Google Patents
Method for manufacturing solid-state imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006012999A JP2006012999A JP2004185442A JP2004185442A JP2006012999A JP 2006012999 A JP2006012999 A JP 2006012999A JP 2004185442 A JP2004185442 A JP 2004185442A JP 2004185442 A JP2004185442 A JP 2004185442A JP 2006012999 A JP2006012999 A JP 2006012999A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating film
- oxide film
- silicon oxide
- imaging device
- state imaging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
【課題】 簡易な工程でグローバル段差を低減でき、画素の微細化が図れるとともに、シェーディングを抑制して画像特性の良い固体撮像装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 MOSトランジスタが形成された半導体基板1の表面を、シリコン酸化膜3で覆う。シリコン酸化膜3の上に、レジストパターン11を形成する。シリコン酸化膜3を、その厚みの一部が残るようにエッチング処理する。レジストパターン11を除去して、残ったシリコン酸化膜3が完全に除去されるまで、シリコン酸化膜3の全面をエッチング処理することにより、レジストパターン11で覆われていたシリコン酸化膜3の厚みを薄くするとともにサイドウォールスペーサ7を形成する。そして、半導体基板1の全面を層間絶縁膜で覆った後、その表面を平坦化する。これにより、グローバル段差を低減できる。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a solid-state imaging device with good image characteristics by reducing global steps by simple steps, miniaturizing pixels and suppressing shading.
A surface of a semiconductor substrate on which a MOS transistor is formed is covered with a silicon oxide film. A resist pattern 11 is formed on the silicon oxide film 3. The silicon oxide film 3 is etched so that a part of its thickness remains. By removing the resist pattern 11 and etching the entire surface of the silicon oxide film 3 until the remaining silicon oxide film 3 is completely removed, the thickness of the silicon oxide film 3 covered with the resist pattern 11 is reduced. The sidewall spacer 7 is formed while reducing the thickness. Then, after covering the entire surface of the semiconductor substrate 1 with an interlayer insulating film, the surface thereof is flattened. Thereby, a global level | step difference can be reduced.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、より特定的には、層間絶縁膜で覆われた基板表面を平坦化できる固体撮像装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a solid-state imaging device, and more particularly to a method for manufacturing a solid-state imaging device that can flatten a substrate surface covered with an interlayer insulating film.
固体撮像装置では、MOSトランジスタに対してLDD(Lightly Doped Drain)構造が採用されている(例えば、特許文献1)。LDD構造は、チャンネル領域での熱拡散を抑えてリーク電流の増加や特性変動を抑制するためのものであり、例えば、ドレイン領域に高濃度不純物領域と低濃度不純物領域とを形成することで実現される。このような不純物領域を形成するためのマスクとして、ゲート電極の側壁には、サイドウォールスペーサが形成される。 In a solid-state imaging device, an LDD (Lightly Doped Drain) structure is employed for a MOS transistor (for example, Patent Document 1). The LDD structure is for suppressing thermal diffusion in the channel region to suppress increase in leakage current and fluctuation in characteristics. For example, the LDD structure is realized by forming a high concentration impurity region and a low concentration impurity region in the drain region. Is done. As a mask for forming such an impurity region, a side wall spacer is formed on the side wall of the gate electrode.
図5は、LDD構造のMOSトランジスタを製造する過程における、各段階での基板およびその上面の断面図である。以下、図5を用いて、LDD構造を有するMOSトランジスタの製造方法を説明する。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the substrate and its upper surface at each stage in the process of manufacturing an LDD structure MOS transistor. Hereinafter, a method of manufacturing a MOS transistor having an LDD structure will be described with reference to FIG.
図5(a)は、MOSトランジスタが形成された基板の表面を、酸化膜で覆った様子を示す。まず、半導体基板21の主面に、ゲート絶縁膜24aを形成する。そして、LOCOS(local oxidation of silicon)法により、分離酸化膜22aおよび22bを形成する。次に、分離酸化膜22aおよび22bの間における半導体基板21の主面に、ゲート絶縁膜24aを介してゲート電極24を形成する。
FIG. 5A shows a state where the surface of the substrate on which the MOS transistor is formed is covered with an oxide film. First, the
次に、分離酸化膜22aおよび22bとゲート電極24とをマスクとして、半導体基板21の主面に、半導体基板21と反対導電型の不純物をイオン注入法などにより注入する。これにより、半導体基板21の主面には、ソース領域25、ドレイン領域26、およびフォトダイオード(以下、PDと記載する)領域(図示せず)が形成される。ソース領域25は、PD領域で発生した信号電荷を信号電圧に変換するためのフローティングディフュージョン(以下、FDと記載する)領域を含む。
Next, using the
上記した各拡散層が形成されることで、半導体基板21の主面には、MOSトランジスタが形成される。この半導体基板21の主面を、シリコン酸化膜23で覆う。シリコン酸化膜23の一部は、後述のように、LDD構造を形成するためのサイドウォールスペーサとなる。
By forming each diffusion layer described above, a MOS transistor is formed on the main surface of the
図5(b)は、シリコン酸化膜23をパターニングするためのマスクパターンを、基板上に形成した様子を示す。まず、シリコン酸化膜23の上にレジストを塗布することにより、レジスト膜を形成する。このレジスト膜に露光および現像を行って、所望の形状にパターニングされたレジストパターン31を形成する。レジストパターン31は、後述のエッチング処理において、プラズマエッチング装置によるイオン照射ダメージから、PD領域およびソース領域25を保護するような形状にパターニングされる。
FIG. 5B shows a state in which a mask pattern for patterning the
図5(c)は、シリコン酸化膜23をエッチング(エッチバック)処理した後の様子を示す。レジストパターン31をマスクとして、シリコン酸化膜23をプラズマエッチング装置でエッチバックする。これにより、所望の形状にパターン形成されたシリコン酸化膜23aが得られる。また、ゲート電極24のドレイン領域26側の側壁には、サイドウォールスペーサ27が形成される。
FIG. 5C shows a state after the
図5(d)は、基板の主面にLDD構造のMOSトランジスタが形成された様子を示す。まず、サイドウォールスペーサ27をマスクとして、上記した不純物と同導電型であってかつ不純物濃度の高い不純物を、ドレイン領域26に向けて注入する。これにより、ドレイン領域26に高濃度不純物領域26aが形成され、LDD構造のMOSトランジスタが得られる。そして、レジストパターン31を、プラズマアッシング装置を用いたアッシング処理により除去する。
FIG. 5D shows a state where a MOS transistor having an LDD structure is formed on the main surface of the substrate. First, using the
上記のように構成された半導体基板21は、その表面を、層間絶縁膜で覆うことにより、基板表面の平坦化が図られる。図6(a)は、LDD構造のMOSトランジスタが形成された半導体基板21の表面を、層間絶縁膜32で覆った様子を示す。まず、基板の全面にBPSG(Boro−Phosho Silicate Glass)膜を成膜する。そして、このBPSG膜をアニール処理することによって、層間絶縁膜32を形成する。
The
層間絶縁膜32の表面には凹凸があり、表面段差が大きいことから、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)処理などによる表面平坦化処理を行う。図6(b)は、層間絶縁膜32にCMP処理を施した後の様子を示す。表面平坦化処理により層間絶縁膜32の表面は概ね平坦化されているが、ゲート電極24の上部付近では、層間絶縁膜32の盛り上りが大きくなっている。このため、基板の表面には、表面段差H2が生じている。これは、ゲート電極24上にあるシリコン酸化膜23aの膜厚d3が厚いために、基板表面とゲート電極24上のシリコン酸化膜23aの上面との段差が大きくなっているからである。表面段差H2は、画素セルのサイズやレイアウトによっても若干異なるが、約150nm以上ある。
Since the surface of the
上記のように表面平坦化処理が施された層間絶縁膜32の上に、配線パターンを形成するためのコンタクトホールの形成や、カラーフィルタや集光レンズなどの形成などを行うことで、固体撮像装置が得られる。
Solid-state imaging is performed by forming contact holes for forming wiring patterns, forming color filters, condenser lenses, and the like on the
ところで、固体撮像装置は、複数の画素がマトリクス状に配列された画素部と、この画素部の周囲に配置された周辺回路部とを備える。上記説明では、画素に含まれるMOSトランジスタを例に挙げて説明したが、MOSトランジスタは、周辺回路部にも含まれている。上述のように、各MOSトランジスタでは、特に、ゲート電極24上で層間絶縁膜32が盛り上がっているため、基板全体としてみると、その表面には凹凸が生じる。
By the way, the solid-state imaging device includes a pixel unit in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit. In the above description, the MOS transistor included in the pixel has been described as an example, but the MOS transistor is also included in the peripheral circuit portion. As described above, in each MOS transistor, since the
また、画素部のポリシリコン配線の配線率は、周辺回路部のポリシリコン配線の配線率よりも高いことから、層間絶縁膜32の盛り上がりは、基板の周辺部から画素部の中央付近に向けて大きくなっており、その結果、基板全体の表面段差が大きくなる。このような基板全体の表面段差は、グローバル段差と呼ばれている。
固体撮像装置では、チップサイズの拡大を抑えて多画素化する必要性から、特に、上層のアルミニウム配線の微細化が進んでいる。このような配線パターンを実現するために、例えば、解像度は高いが焦点深度が浅いフォトリソ用ステッパーでレジストにパターン形成がなされる。 In the solid-state imaging device, miniaturization of the upper-layer aluminum wiring is progressing in particular because of the necessity of increasing the number of pixels while suppressing the increase in chip size. In order to realize such a wiring pattern, for example, a pattern is formed on the resist with a photolithography stepper having a high resolution but a shallow focal depth.
しかし、グローバル段差が大きいと、微細な配線パターンの形成が困難であり、寸法精度の確保が十分でないため、固体撮像装置の信頼性の面で問題が生じる。また、グローバル段差は、配線不良の原因となるだけでなく、シェーディングの原因にもなることから、その低減が求められている。 However, if the global level difference is large, it is difficult to form a fine wiring pattern, and dimensional accuracy is not sufficiently ensured, which causes a problem in terms of reliability of the solid-state imaging device. Further, since the global level difference causes not only wiring failure but also shading, there is a demand for reduction thereof.
グローバル段差を低減するためには、層間絶縁膜32の盛り上がりが大きい画素部において、ゲート電極24上のシリコン酸化膜23aの厚みd3を薄くすることが最も有効である。しかし、シリコン酸化膜23aは、エッチングダメージを防止する役割だけでなく、LDD構造を形成するためのサイドウォールスペーサ27を形成する役割も有する。したがって、図6(b)において、シリコン酸化膜23の厚みd3は、サイドウォールスペーサ27の厚みd1よりも薄くすることはできない。
In order to reduce the global level difference, it is most effective to reduce the thickness d3 of the
なお、特許文献1には、基板の全面を薄い酸化膜で覆った後、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する技術が提案されているが、この方法は製造工程が煩雑である。また、ドレイン領域の付近で行われるエッチング処理の回数が増えるため、ドレイン領域にエッチングによるダメージを与えやすくなり、リーク電流による画像特性の劣化が生じやすくなる。 Patent Document 1 proposes a technique in which the entire surface of the substrate is covered with a thin oxide film, and then a sidewall spacer is formed on the side wall of the gate electrode. However, this method involves a complicated manufacturing process. Further, since the number of etching processes performed in the vicinity of the drain region is increased, the drain region is easily damaged by etching, and image characteristics are easily deteriorated due to a leak current.
それゆえに、本発明の目的は、簡易な工程でグローバル段差を低減でき、画素の微細化が図れ、しかもシェーディングを抑制して画像特性の良い固体撮像装置の製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that can reduce a global level difference with a simple process, reduce the size of pixels, suppress shading, and have good image characteristics.
上記課題を解決する発明は、基板の表面を層間絶縁膜で覆い、その表面を平坦化した固体撮像装置を製造するための方法に向けられている。この製造方法では、まず、半導体基板の主面にゲート電極を形成する。次に、半導体基板の主面に不純物を注入することにより、第1、第2および第3の拡散層を形成する。次に、半導体基板の表面を覆う第1の絶縁膜を形成する。次に、第1、第2、および第3の拡散層のうち、少なくとも第1の拡散層を被覆するマスク層パターンを形成する。次に、第1のエッチング処理として、マスク層パターンをマスクとして、第1の絶縁膜を、膜厚方向に対してその厚みの一部が残るようにエッチング処理する。次に、マスク層パターンを除去する。次に、第2のエッチング処理として、第1のエッチング処理により残った第1の絶縁膜が完全に除去されるまで、第1の絶縁膜の全面をエッチング処理する。これにより、マスク層パターンで覆われていた第1の絶縁膜の厚みを薄くするとともに、ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する。次に、半導体基板の全面を第2の絶縁膜で覆う。そして、第2の絶縁膜の表面を平坦化する。 The invention for solving the above problems is directed to a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a surface of a substrate is covered with an interlayer insulating film and the surface is flattened. In this manufacturing method, first, a gate electrode is formed on the main surface of a semiconductor substrate. Next, first, second, and third diffusion layers are formed by implanting impurities into the main surface of the semiconductor substrate. Next, a first insulating film that covers the surface of the semiconductor substrate is formed. Next, a mask layer pattern that covers at least the first diffusion layer among the first, second, and third diffusion layers is formed. Next, as the first etching process, the first insulating film is etched using the mask layer pattern as a mask so that a part of the thickness remains in the film thickness direction. Next, the mask layer pattern is removed. Next, as the second etching process, the entire surface of the first insulating film is etched until the first insulating film remaining by the first etching process is completely removed. As a result, the thickness of the first insulating film covered with the mask layer pattern is reduced, and a side wall spacer is formed on the side wall of the gate electrode. Next, the entire surface of the semiconductor substrate is covered with a second insulating film. Then, the surface of the second insulating film is planarized.
第1の拡散層とは、フォトダイオードであり、第2の拡散層は、フローティングディフュージョンである。また、第1のエッチング処理では、第1の絶縁膜を膜厚方向に対して10%〜90%までエッチバックすることが好ましい。 The first diffusion layer is a photodiode, and the second diffusion layer is a floating diffusion. In the first etching process, it is preferable to etch back the first insulating film to 10% to 90% with respect to the film thickness direction.
このように、第1のエッチング処理において、マスク層パターンで覆われていない第1の絶縁膜の厚みを薄くしておき、第2のエッチング処理において、厚みが薄くなった第1の絶縁膜を完全に除去してサイドウォールスペーサを形成することで、サイドウォールスペーサの厚みを変えることなく、基板表面とゲート電極上の第1の絶縁膜との段差を低減できる。これにより、ゲート電極上における第2の絶縁膜の盛り上がりを低減でき、ひいてはグローバル段差を低減できる。 As described above, in the first etching process, the thickness of the first insulating film not covered with the mask layer pattern is reduced, and in the second etching process, the first insulating film having a reduced thickness is formed. By completely removing and forming the sidewall spacer, the step between the substrate surface and the first insulating film on the gate electrode can be reduced without changing the thickness of the sidewall spacer. As a result, the rise of the second insulating film on the gate electrode can be reduced, and thus the global level difference can be reduced.
以上のように本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、MOSトランジスタを覆う第1の絶縁膜を、2回のエッチング処理にわけてパターン形成することで、LDD構造が採用されたMOSトランジスタを備える固体撮像装置であっても、サイドウォールスペーサの厚みを変えることなく、グローバル段差を低減できる。これにより、より平坦化された基板表面が得られることから、配線などを高精度にパターン形成することが可能となり、固体撮像装置の製造歩留まりを向上させることができる。 As described above, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the first insulating film covering the MOS transistor is patterned by performing the etching process twice, so that the MOS transistor adopting the LDD structure is adopted. Even in a solid-state imaging device including the above, it is possible to reduce the global level difference without changing the thickness of the sidewall spacer. As a result, a more flattened substrate surface can be obtained, so that wiring and the like can be patterned with high accuracy, and the manufacturing yield of the solid-state imaging device can be improved.
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、CMOS型の固体撮像装置であり、複数の画素がマトリクス状に配列された画素部と、その周囲に配置された周辺回路部とを備える。各画素および周辺回路部には、アンプやスイッチなどを構成する複数のMOSトランジスタが備えられている。 Below, the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning the embodiment of the present invention is explained. The solid-state imaging device according to the present embodiment is a CMOS-type solid-state imaging device, and includes a pixel unit in which a plurality of pixels are arranged in a matrix and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit. Each pixel and the peripheral circuit section are provided with a plurality of MOS transistors constituting amplifiers, switches and the like.
各画素は、PD領域が形成される第1の拡散層、FD領域およびソース領域を含む第2の拡散層、ドレイン領域が形成される第3の拡散層、並びにゲート電極を含む。PD領域は、受光した光を信号電荷に変換する。 Each pixel includes a first diffusion layer in which a PD region is formed, a second diffusion layer including an FD region and a source region, a third diffusion layer in which a drain region is formed, and a gate electrode. The PD region converts the received light into signal charges.
以下に、画素内に形成されたトランジスタであって、PD領域で生じた信号電荷を転送するための転送用MOSトランジスタを例に挙げて、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described by taking a transfer MOS transistor for transferring a signal charge generated in a PD region as a transistor formed in a pixel. This will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置を製造する過程における各段階での基板およびその上面の断面図である。図1(a)は、MOSトランジスタが形成された基板の表面を、第1の絶縁膜としての酸化膜で覆った様子を示す。まず、シリコンの半導体基板1の主面に、ゲート絶縁膜4aを形成する。そして、LOCOS法により、分離酸化膜2aおよび2bを形成する。次に、分離酸化膜2aおよび2bの間における半導体基板1の主面に、ゲート絶縁膜4aを介してゲート電極4を形成する。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a substrate and its upper surface at each stage in the process of manufacturing a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A shows a state where the surface of the substrate on which the MOS transistor is formed is covered with an oxide film as a first insulating film. First, the
次に、分離酸化膜2aおよび2bとゲート電極4とをマスクとして、半導体基板1の主面に、半導体基板1と反対導電型の不純物をイオン注入法などにより注入する。これにより、半導体基板1の主面には、第1、第2、および第3の拡散層が形成される。第1の拡散層は、PD領域(図示せず)を含む。PD領域は、受光した光を信号電荷に変換する。第2の拡散層は、FD領域(図示せず)およびソース領域5を含む。FD領域は、PD領域で生じた信号電荷を信号電圧に変換する。ソース領域5は、FD領域からの延長部である。FD領域とPD領域とは、ゲート電極を挟んで隣接する位置にある。第3の拡散層は、ドレイン領域6を含む。ドレイン領域6には、後述のようにLDDが形成される。
Next, using the
このようにしてMOSトランジスタが形成された半導体基板1の主面を、TEOS(tetraethoxy silane)などのシリコン酸化膜3で覆う。シリコン酸化膜3は、熱CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、例えば150nm〜200nmの膜厚で成膜される。このシリコン酸化膜3の一部は、後述のように、LDDを形成するためのサイドウォールスペーサとなる。
Thus, the main surface of the semiconductor substrate 1 on which the MOS transistor is formed is covered with a
図1(b)は、シリコン酸化膜3をパターニングするためのマスクパターンを、基板上に形成した様子を示す。まず、シリコン酸化膜3の上にレジストを塗布することにより、レジスト膜を形成する。このレジスト膜に露光・現像を行って、所望の形状にパターニングされたレジストパターン11を形成する。レジストパターン11は、後述のエッチバック時において、PD領域およびソース領域5を、プラズマエッチング装置によるイオン照射ダメージから保護するような形状にパターニングされる。
FIG. 1B shows a state in which a mask pattern for patterning the
ここで、PD領域およびソース領域5を、イオン照射ダメージから保護する理由について説明する。上述のように、PD領域は受光した光を信号電荷に変換して蓄積し、FD領域はPD領域で生じた信号電荷を転送する。したがって、PD領域や、FD領域を含むソース領域5にダメージが生じると、得られた信号電荷が、半導体基板1の表面に生じたエッチングダメージ層の欠陥を介してリーク電流として失われる。これにより、固体撮像装置の感度は低下し、画像特性が悪化するためである。
Here, the reason why the PD region and the
図1(c)は、シリコン酸化膜3に第1のエッチング処理を施した様子を示す。第1のエッチング処理では、レジストパターン11をマスクとして、シリコン酸化膜3を、プラズマエッチング装置を用いてドライエッチングする。ここで、本実施形態では、図5に示す従来の固体撮像装置の製造方法とは異なり、シリコン酸化膜3を、その膜厚方向に対してその厚みの一部が残るようにエッチバックする。これにより、レジストパターン11で覆われた以外の部分の膜厚が薄くなったシリコン酸化膜3aが得られる。
FIG. 1C shows a state in which the
第1のエッチング処理では、シリコン酸化膜3を、その膜厚方向に対して10〜90%の範囲でエッチング処理することが好ましい。例えば、従来と同様のプラズマエッチング装置を用いて同条件でドライエッチングするときには、エッチバック時間を従来の半分とすることで、シリコン酸化膜3を、膜厚方向に対して50%までエッチバックできる。
In the first etching process, it is preferable to etch the
また、プラズマエッチング処理は、異方性のエッチング条件であるために、シリコン酸化膜3の表面から基板方向に向かってエッチングが進行する。したがって、ゲート電極4の側壁に沿って形成されているシリコン酸化膜3の膜厚はほぼ変えることなく、レジストパターン11で覆われていないシリコン酸化膜3の膜厚を薄くすることができる。
In addition, since the plasma etching process is an anisotropic etching condition, the etching proceeds from the surface of the
図1(d)は、レジストパターン11を除去した様子を示す。レジストパターン11は、プラズマアッシング装置を用いたアッシング処理により除去する。本実施形態に係るアッシング処理とは、レジストパターン11を完全に除去することを意味しており、処理上可能であれば、例えば、レジストパターン11をアッシング処理した後、表面を清浄にするためにウエット洗浄を加えてもよい。
FIG. 1D shows a state where the resist
図1(e)は、シリコン酸化膜3に第2のエッチング処理を施した様子を示す。第2のエッチング処理では、第1のエッチング処理により膜厚が薄くなった部分が完全に除去されるまで、シリコン酸化膜3の全面をエッチング処理する。これにより、レジストパターン11で覆われていた部分の膜厚が薄くなったシリコン酸化膜3bが得られる。また、ゲート電極4の側壁にはサイドウォールスペーサ7が形成され、ドレイン領域6が基板の表面に露出する。
FIG. 1E shows a state in which the second etching process is performed on the
第2のエッチング処理は、従来公知の終点検出により処理を終了させてもよいが、例えば、従来と同様のプラズマエッチング装置を用いて同条件でドライエッチングするときには、従来の半分のエッチバック時間を終了の目安として行うことで実現できる。 The second etching process may be terminated by a conventionally known end point detection. For example, when dry etching is performed under the same conditions using a plasma etching apparatus similar to the conventional one, the etching back time that is half of the conventional one is reduced. This can be achieved by using it as a measure of termination.
図1(f)は、基板の主面にLDD構造のMOSトランジスタが形成された様子を示す。まず、サイドウォールスペーサ7をマスクとして、上記した不純物と同導電型でかつ濃度の高い不純物を、ドレイン領域6に向けて注入する。これにより、ドレイン領域6に高濃度不純物領域6aが形成され、LDD構造のMOSトランジスタが形成される。
FIG. 1F shows a state in which an LDD structure MOS transistor is formed on the main surface of the substrate. First, using the
上記のように構成された半導体基板1は、その表面を、層間絶縁膜で覆うことにより、基板表面の平坦化が図られる。図2(a)は、LDD構造のMOSトランジスタが形成された半導体基板1の表面を、層間絶縁膜12で覆った様子を示す。まず、基板の全面にBPSG膜を成膜する。そして、このBPSG膜にアニール処理を行って、層間絶縁膜12を形成する。層間絶縁膜12の表面の凹凸は、図6(a)に示す従来例よりも緩やかになっている。
The semiconductor substrate 1 configured as described above can be flattened by covering the surface with an interlayer insulating film. FIG. 2A shows a state in which the surface of the semiconductor substrate 1 on which the LDD structure MOS transistor is formed is covered with an
図2(b)は、層間絶縁膜12に、CMP処理などの表面平坦化処理を施した状態を示す。層間絶縁膜12の表面を、CMP装置を用いて研磨することにより平坦化する。基板の表面段差H1は、図6(b)に示す従来の基板の表面段差H2よりも小さくなっている。これは、シリコン酸化膜3を、第1のエッチング処理と第2のエッチング処理とに分けてエッチング処理することにより、ゲート電極4上のシリコン酸化膜3aの膜厚d2が上記した従来例よりも薄くなり、このシリコン酸化膜3aと基板表面との段差を低減できたことによる。
FIG. 2B shows a state in which the
なお、ゲート電極4の上部にあるシリコン酸化膜3bの厚みd2は従来のシリコン酸化膜23aの厚みd3よりも薄くなっているが、サイドウォールスペーサ7の厚みd1は従来のサイドウォールスペーサ27の厚みd1と変わっていないため、所望のLDDを実現できる。
The thickness d2 of the
以上のようにして得られた本実施形態に係る固体撮像装置では、ゲート電極4上の層間絶縁膜12の盛り上がりが低減されているので、基板全体の表面段差、すなわちグローバル段差も従来のグローバル段差よりも低減されている。
In the solid-state imaging device according to the present embodiment obtained as described above, the rise of the
また、シリコン酸化膜3は、第1および第2のエッチング処理が施されているが、エッチングダメージの生じやすいドレイン領域6の上部は、サイドウォールスペーサ7によって覆われているため、ドレイン領域6にエッチングダメージを与えることはない。
Although the
ここで、シリコン酸化膜に対するエッチング処理とグローバル段差との関係を説明する。以下の説明では、第1のエッチング処理に要する時間を「第1ドライエッチ時間」、第2のエッチング処理に要する時間を「第2ドライエッチ時間」と称す。図3は、第1および第2のドライエッチ時間を合わせたドライエッチ時間全体に対する第1ドライエッチ時間が占める割合(以下、第1ドライエッチ時間割合と称す)と、グローバル段差との関係を示すグラフである。 Here, the relationship between the etching process for the silicon oxide film and the global level difference will be described. In the following description, the time required for the first etching process is referred to as “first dry etch time”, and the time required for the second etching process is referred to as “second dry etch time”. FIG. 3 shows the relationship between the ratio of the first dry etch time to the total dry etch time including the first and second dry etch times (hereinafter referred to as the first dry etch time ratio) and the global level difference. It is a graph.
図3において、グローバル段差は、第1ドライエッチ時間割合が100%であるとき、すなわち、第2ドライエッチ時間が0であるときに最も大きくなっている。第1ドライエッチ時間割合が100%であるときは、図5に示す従来の製造方法に相当する。グローバル段差は、第1ドライエッチ時間割合が100%から低くなるに従って小さくなっており、第1ドライエッチ時間割合が0%であるときに最小となっている。第1ドライエッチ時間割合が0%であるときは、レジストパターン11を除去した後に、PD領域およびFD領域を含めてシリコン酸化膜3は全面的にエッチバックされる。したがって、ゲート電極4上のシリコン酸化膜3は完全に除去されており、グローバル段差は最小となる。
In FIG. 3, the global level difference is greatest when the first dry etch time ratio is 100%, that is, when the second dry etch time is zero. When the first dry etch time ratio is 100%, it corresponds to the conventional manufacturing method shown in FIG. The global level difference decreases as the first dry etch time ratio decreases from 100%, and is the minimum when the first dry etch time ratio is 0%. When the first dry etching time ratio is 0%, the
次に、シリコン酸化膜に対するエッチング処理と固体撮像装置の製造歩留まりとの関係について説明する。図4は、第1ドライエッチ時間割合と歩留まりとの関係を示すグラフである。ここで、固体撮像装置の歩留まり評価は、層間絶縁膜の表面にレジストを塗布してリソグラフィーにより配線構造を形成することを想定して、層間絶縁膜表面の凹凸よるパターン形成不良に基づいて行った。 Next, the relationship between the etching process for the silicon oxide film and the manufacturing yield of the solid-state imaging device will be described. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the first dry etch time ratio and the yield. Here, the yield evaluation of the solid-state imaging device was performed based on pattern formation defects due to unevenness on the surface of the interlayer insulating film, assuming that a resist is applied to the surface of the interlayer insulating film and a wiring structure is formed by lithography. .
具体的には、層間絶縁膜12で覆われた基板の表面をCMP処理し、この層間絶縁膜12の表面に、コンタクトホールを形成するための配線パターン(図示せず)を形成した。そして、得られたパターン形成の良否に基づき歩留まりを求めた。なお、配線パターンは、凹凸によるパターン形成不良が敏感に現れるため、不良品の確認が容易なことから、次のようにパターニングした。すなわち、形成するコンタクトホール径は、設計値0.20μmに対して10%減(0.18μm)の規格下限を狙って(露光量38mJ)パターニングした。
Specifically, the surface of the substrate covered with the
図4において、第1ドライエッチ時間割合が100%のときが、従来の歩留まりを表す。歩留まりは、第1ドライエッチ時間割合が50%のときに最も良くなっており、約40%以上100%未満の範囲で、従来よりも歩留まりが改善されている。これは、図3に示すように、グローバル段差が低減されたことで基板表面の平坦度が向上しているためであり、コンタクトホール径が管理パターンの規格下限の状態であっても、ウエハ全体におけるリソグラフィーのパターニング精度が向上したものと考えられる。 In FIG. 4, when the first dry etch time ratio is 100%, the conventional yield is shown. The yield is the best when the first dry etch time ratio is 50%, and the yield is improved over the conventional range in the range of about 40% to less than 100%. This is because the flatness of the substrate surface is improved by reducing the global level difference as shown in FIG. 3, and even if the contact hole diameter is at the lower limit of the standard of the management pattern, It is considered that the lithography patterning accuracy in the process is improved.
これに対し、第1ドライエッチ時間割合が0%のときには、基板表面の平坦度が良いにもかかわらず、歩留まりは悪くなる。これは、上述のように、PD領域およびFD領域を含めてシリコン酸化膜3が全面的にエッチングされるので、エッチバック時のイオン照射によってPD領域およびFD領域がダメージを受け、歩留まりが低下したものと考えられる。すなわち、第1ドライエッチ時間割合が少なすぎると、グローバル段差は低減できるものの製造歩留まりが低下し、第1ドライエッチ時間割合が高すぎると、十分なグローバル段差の低減効果が得られない。従って、第1ドライエッチング時間割合は、シリコン酸化膜23を完全にエッチバックする時間の50%±10%の範囲とすることが望ましい。
On the other hand, when the first dry etch time ratio is 0%, the yield deteriorates even though the flatness of the substrate surface is good. This is because, as described above, since the
図3および図4に示した結果から、第1ドライエッチ時間割合と、グローバル段差および歩留まりとの関係を考慮すると、第1ドライエッチ時間割合が10%〜90%の範囲であれば、グローバル段差を低減できるとともに、歩留まりを向上できることがわかる。 From the results shown in FIG. 3 and FIG. 4, considering the relationship between the first dry etch time ratio and the global step and yield, if the first dry etch time ratio is in the range of 10% to 90%, the global step It can be seen that the yield can be improved.
なお、上記実施形態では、固体撮像装置の構造の分離酸化膜にはLOCOS法を用いたがそれに限定する必要はなく、STI(Shallow Trench Isolation)法を用いた分離酸化膜の場合でもよい。 In the above-described embodiment, the LOCOS method is used for the isolation oxide film having the structure of the solid-state imaging device. However, the present invention is not limited to this, and an isolation oxide film using the STI (Shallow Trench Isolation) method may be used.
また、第1エッチング、アッシング、第2エッチングという各処理は、それぞれ異なる装置で処理をしてもよく、レジストアッシャー用の反応室付きのエッチング装置であれば、インラインによる連続処理をしてもよい。また、一つのエッチングチャンバーで、第1エッチング、アッシング、第2エッチングの各処理を連続して行ってもよい。 Further, the first etching, ashing, and second etching may be performed by different apparatuses, and if an etching apparatus with a reaction chamber for resist ashing is used, continuous processing in-line may be performed. . Further, the first etching, ashing, and second etching processes may be performed continuously in one etching chamber.
また、上記実施形態では、サイドウォールスペーサ7をゲート電極4のドレイン領域6側に形成した例を挙げて説明したが、サイドウォールスペーサ7は、ソース領域5の側に形成されていてもよく、その形成個所は特に限定されるものではない。すなわち、MOSトランジスタのLDD構造は、ゲート電極のソース領域側に形成してもよく、あるいは、ゲート電極の両側に形成しても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the example which formed the
また、上記実施形態では、画素内の転送用MOSトランジスタにおいてゲート電極上の酸化膜の厚みを薄くする例を挙げて説明したが、周辺回路に含まれるMOSトランジスタについても本発明の製造方法を適用することで、より一層グローバル段差を低減できる。これにより、周辺回路部の微細な配線パターンの形成が可能となる。 In the above embodiment, an example in which the thickness of the oxide film on the gate electrode is reduced in the transfer MOS transistor in the pixel has been described. However, the manufacturing method of the present invention is also applied to the MOS transistor included in the peripheral circuit. By doing so, the global level difference can be further reduced. Thereby, a fine wiring pattern in the peripheral circuit portion can be formed.
さらに、上記実施形態に係る固体撮像装置は、MOS型固体撮像装置を例にあげて説明したが、CCDなどに適用してもよい。 Furthermore, although the solid-state imaging device according to the above embodiment has been described by taking a MOS solid-state imaging device as an example, it may be applied to a CCD or the like.
本発明に係る固体撮像装置は、グローバル段差を低減でき、固体撮像装置の歩留まりを向上できるという特徴を有するので、MOS型固体撮像装置などに好適に使用できる。 The solid-state imaging device according to the present invention can reduce the global level difference and can improve the yield of the solid-state imaging device, and thus can be suitably used for a MOS type solid-state imaging device.
1,21 半導体基板
2a,2b,22a,22b 分離酸化膜
3,23 シリコン酸化膜
3a,3b,23a シリコン酸化膜
7,27 サイドウォールスペーサ
4,24 ゲート電極
5,25 ソース領域
6,26 ドレイン領域
6a,26a 高濃度不純物領域
11,31 レジストパターン
12,32 層間絶縁膜
1, 21
Claims (3)
半導体基板の主面にゲート電極を形成する工程と、
前記半導体基板の主面に不純物を注入することにより、第1、第2、および第3の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の表面を覆う第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1、第2、および第3の拡散層のうち、少なくとも前記第1の拡散層を被覆するマスク層パターンを形成する工程と、
前記マスク層パターンをマスクとして、前記第1の絶縁膜を、膜厚方向に対してその厚みの一部が残るようにエッチング処理する第1のエッチング工程と、
前記マスク層パターンを除去する工程と、
前記エッチング処理により残った前記第1の絶縁膜が完全に除去されるまで、前記第1の絶縁膜の全面をエッチング処理することにより、前記マスク層パターンで覆われていた前記第1の絶縁膜の厚みを薄くするとともに、前記ゲート電極の側壁にサイドウォールスペーサを形成する第2のエッチング工程と、
前記半導体基板の全面を第2の絶縁膜で覆う工程と、
前記第2の絶縁膜の表面を平坦化する工程とを備える、固体撮像装置の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device in which the surface of a substrate is covered with an interlayer insulating film and the surface is flattened,
Forming a gate electrode on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming first, second, and third diffusion layers by implanting impurities into the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a first insulating film covering the surface of the semiconductor substrate;
Forming a mask layer pattern covering at least the first diffusion layer among the first, second and third diffusion layers;
Using the mask layer pattern as a mask, a first etching step of etching the first insulating film so that a part of the thickness remains in the film thickness direction;
Removing the mask layer pattern;
The first insulating film covered with the mask layer pattern is etched by etching the entire surface of the first insulating film until the first insulating film remaining by the etching process is completely removed. And a second etching step of forming a sidewall spacer on the side wall of the gate electrode,
Covering the entire surface of the semiconductor substrate with a second insulating film;
And a step of planarizing the surface of the second insulating film.
前記第2の拡散層は、フローティングディフュージョンであ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。 The first diffusion layer is a photodiode;
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second diffusion layer is a floating diffusion.
2. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, wherein in the first etching step, the first insulating film is etched to 10% to 90% in a film thickness direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004185442A JP2006012999A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Method for manufacturing solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004185442A JP2006012999A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Method for manufacturing solid-state imaging device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006012999A true JP2006012999A (en) | 2006-01-12 |
Family
ID=35779890
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004185442A Pending JP2006012999A (en) | 2004-06-23 | 2004-06-23 | Method for manufacturing solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006012999A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098373A (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
-
2004
- 2004-06-23 JP JP2004185442A patent/JP2006012999A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008098373A (en) * | 2006-10-11 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7592655B2 (en) | MOS image sensor | |
| US7759222B2 (en) | Solid-state imaging device and method for fabricating the same | |
| US8723239B2 (en) | Solid-state imaging element | |
| US20050156213A1 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
| US20080213971A1 (en) | Semiconductor device having dual-STI and manufacturing method thereof | |
| WO2010122657A1 (en) | Solid-state imaging device and method for manufacturing the same | |
| JP2004080030A (en) | CMOS image sensor and method of manufacturing the same | |
| CN106169489B (en) | The manufacturing method and imaging system of solid-state imaging apparatus, solid-state imaging apparatus | |
| KR100641993B1 (en) | Manufacturing method of CMOS image sensor having high dielectric constant insulating film | |
| US7544530B2 (en) | CMOS image sensor and manufacturing method thereof | |
| JP6727897B2 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and imaging system | |
| US7649218B2 (en) | Lateral MOS transistor and method for manufacturing thereof | |
| CN107046044B (en) | Image sensor pixel unit and manufacturing method thereof | |
| US7425745B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
| US20060110873A1 (en) | Method for fabricating CMOS image sensor | |
| JP2006012999A (en) | Method for manufacturing solid-state imaging device | |
| KR100259075B1 (en) | Semiconductor device and its manufacturing method | |
| CN101330050A (en) | Compensating metal oxide semiconductor image sensor and manufacturing method thereof | |
| JP2005191480A (en) | Manufacturing method of solid-state imaging device | |
| US7179675B2 (en) | Method for fabricating image sensor | |
| KR100945870B1 (en) | Method for forming multilayer wiring of semiconductor device | |
| US7399669B2 (en) | Semiconductor devices and methods for fabricating the same including forming an amorphous region in an interface between a device isolation layer and a source/drain diffusion layer | |
| JP2007081347A (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| KR101271309B1 (en) | Method for manufacturing a semiconductor device | |
| KR20110070072A (en) | A semiconductor device having a butting contact structure and a method of forming a butt contact of the semiconductor device |