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JP2016012641A - Solid-state imaging device manufacturing method and electronic information device - Google Patents

Solid-state imaging device manufacturing method and electronic information device Download PDF

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JP2016012641A
JP2016012641A JP2014133126A JP2014133126A JP2016012641A JP 2016012641 A JP2016012641 A JP 2016012641A JP 2014133126 A JP2014133126 A JP 2014133126A JP 2014133126 A JP2014133126 A JP 2014133126A JP 2016012641 A JP2016012641 A JP 2016012641A
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JP
Japan
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solid
state imaging
contact hole
plasma density
imaging device
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014133126A
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Japanese (ja)
Inventor
山内 博史
Hiroshi Yamauchi
博史 山内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent resistance abnormality from being caused as pattern destruction occurs to an electrically unstable place of a conductive layer from a contact hole owing to wafer electrification by plasma processing, and to actualize higher pixels with a predetermined chip size.SOLUTION: A plasma dry etching device (RIE type) which has a low plasma density of 1×1,010/cm3 to 1×1,011/cm3 is used to design and form contact holes as one or a plurality of connection holes of a contact plug 36 so as to have a total base area which is 1/855-1/7,500 of a total area of transfer electrodes 32, 33 which are connected to a drive wiring layer 35 and electrically in a floating state at the point of time of contact hole formation.

Description

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子の製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。   The present invention uses a manufacturing method of a solid-state imaging device composed of a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject to image and uses the solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method as an image input device in an imaging unit. For example, the present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television phone device, and a camera-equipped mobile phone device.

近年、固体撮像素子においては、高画素化、高感度化および高速転送化などが要求されており、CCD型固体撮像素子についても例外ではない。また、チップサイズにおいても、従来と同等のチップサイズでの製造が要求されており、固体撮像素子の製造においても微細加工技術が必要とされている。   In recent years, solid-state imaging devices are required to have higher pixels, higher sensitivity, higher speed transfer, and the like, and CCD solid-state imaging devices are no exception. In addition, the chip size is required to be manufactured with a chip size equivalent to the conventional one, and a fine processing technique is also required for manufacturing the solid-state imaging device.

即ち、固体撮像素子では高画素化はチップサイズの増大無しに達成する必要があるため、画素部分については加工ピッチの縮小による画素数増加、画素部分以外の回路については微細化による回路面積の縮小が要求されている。   In other words, in a solid-state imaging device, it is necessary to increase the number of pixels without increasing the chip size, so that the number of pixels is increased by reducing the processing pitch for the pixel portion, and the circuit area is reduced by miniaturization for circuits other than the pixel portion. Is required.

このような微細加工技術の要望に伴い、例えばドライエッチング工程においては高密度プラズマ源を用いたエッチング装置によるエッチング加工が増加しつつあるが、この微細加工プロセスにおいては、特許文献1にもあるようにレイアウトによる制約により不具合を改善する方法が提案されている。   With such a demand for microfabrication technology, for example, in the dry etching process, etching processing using an etching apparatus using a high-density plasma source is increasing. In addition, there has been proposed a method for improving the defect due to the restriction by the layout.

図10(a)〜図10(e)は、特許文献1に開示されている従来の半導体装置の製造方法を各工程毎に示す概略製造工程断面図である。   FIG. 10A to FIG. 10E are schematic manufacturing process cross-sectional views illustrating the conventional method of manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1 for each process.

図10(a)に示すように、半導体基板101上の素子分離膜102間にゲート電極103およびその両側のソース/ドレイン領域104を有するトランジスタ105が形成されている。その上に第1層間絶縁膜106が形成されている。   As shown in FIG. 10A, a transistor 105 having a gate electrode 103 and source / drain regions 104 on both sides thereof is formed between element isolation films 102 on a semiconductor substrate 101. A first interlayer insulating film 106 is formed thereon.

まず、図10(b)に示すように、各ソース/ドレイン領域104上の第1層間絶縁膜106にコンタクトホールをそれぞれ形成し、その上にコンタクトホール内を埋め込むようにタングステン膜107をスパッタリング等で形成する。   First, as shown in FIG. 10B, contact holes are formed in the first interlayer insulating film 106 on the source / drain regions 104, and the tungsten film 107 is sputtered so as to fill the contact holes thereon. Form with.

次に、図10(c)に示すように、タングステン膜107を第1層間絶縁膜106の表面が露出するまでエッチバックして平坦化する。これによって、各ソース/ドレイン領域104に接続するコンタクトプラグ108を形成する。コンタクトプラグ108が埋め込まれた第1層間絶縁膜106上に、アルミニウムからなる第2配線膜材料をスパッタリング等で形成する。フォトリソグラフィーおよびエッチング技術により、これを所定の配線形状にパターニングして第1配線膜109を形成する。この第1配線膜109の所定の配線形状の上に第2層間絶縁膜110としてシリコン酸化膜を形成する。   Next, as shown in FIG. 10C, the tungsten film 107 is planarized by etching back until the surface of the first interlayer insulating film 106 is exposed. As a result, contact plugs 108 connected to the source / drain regions 104 are formed. On the first interlayer insulating film 106 with the contact plugs 108 buried in, a second wiring film material made of aluminum is formed by sputtering or the like. The first wiring film 109 is formed by patterning this into a predetermined wiring shape by photolithography and etching techniques. A silicon oxide film is formed as the second interlayer insulating film 110 on the predetermined wiring shape of the first wiring film 109.

続いて、図10(d)に示すように、第2層間絶縁膜110上にパターニングされたレジストパターン111を形成する。これをマスクとして、第2層間絶縁膜110に直径0.36μm程度のスルーホール112を多数個形成する。このスルーホール112の形成は、誘導結合プラズマエッチャーを用い、そのエッチング条件は、ソースパワーが1900W、バイアスパワーが1400W、エッチング圧力が5mTorr、ガス種およびガス流量がC26:10sccm、C48:6sccmおよびAr:95sccmとする。sccmとは、cc/分(1分間に流れる体積cc)である。 Subsequently, as shown in FIG. 10D, a patterned resist pattern 111 is formed on the second interlayer insulating film 110. Using this as a mask, a large number of through holes 112 having a diameter of about 0.36 μm are formed in the second interlayer insulating film 110. The through hole 112 is formed by using an inductively coupled plasma etcher. The etching conditions include a source power of 1900 W, a bias power of 1400 W, an etching pressure of 5 mTorr, a gas type and a gas flow rate of C 2 F 6 : 10 sccm, C 4 F 8 : 6 sccm and Ar: 95 sccm. sccm is cc / min (volume cc flowing in 1 minute).

その後、図10(e)に示すように、第2層間絶縁膜110上のレジストパターン111を取り除き、その上にタングステン膜をスパッタリング等で形成する。さらに、これをエッチバックする。これにより、スルーホール112内にコンタクトプラグ113を形成する。さらに、コンタクトプラグ113が埋め込まれた第2層間絶縁膜110の上に、アルミニウム膜をスパッタリング等で形成し、所定の配線形状にパターニングして、第2配線膜114を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 10E, the resist pattern 111 on the second interlayer insulating film 110 is removed, and a tungsten film is formed thereon by sputtering or the like. Furthermore, this is etched back. As a result, the contact plug 113 is formed in the through hole 112. Further, an aluminum film is formed by sputtering or the like on the second interlayer insulating film 110 in which the contact plug 113 is embedded, and is patterned into a predetermined wiring shape to form a second wiring film 114.

この場合、コンタクトホール数と基板構造の間に配置ルールとして、コンタクトホール112(接続孔)の総底面積とこれに接続される第1配線膜109の上面積との比が1:300〜10000程度であり、コンタクトホール112のアスペクト比が4以下で、コンタクトホール112の底面積が0.1〜1.0μmである。 In this case, as a placement rule between the number of contact holes and the substrate structure, the ratio of the total bottom area of the contact holes 112 (connection holes) and the upper area of the first wiring film 109 connected thereto is 1: 300 to 10,000. The aspect ratio of the contact hole 112 is 4 or less, and the bottom area of the contact hole 112 is 0.1 to 1.0 μm 2 .

従来は、絶縁層に同一のエッチング条件で同時に複数個のコンタクトホールやビアホールを形成する場合、下地構造のメタル等がチャージングすると、下地構造の種類や大きさによって、絶縁膜のエッチング選択比が大きくなり、一部のホール内部に反応生成物を堆積させることになり、そのホールにおける導通不良やホール抵抗の高抵抗化をもたらすことになる。   Conventionally, when a plurality of contact holes and via holes are formed in the insulating layer at the same time under the same etching conditions, if the metal of the underlying structure is charged, the etching selectivity of the insulating film depends on the type and size of the underlying structure. As a result, the reaction product is deposited inside some of the holes, leading to poor conduction in the holes and high resistance of the holes.

これに対して、上記基板構造の配置ルール(コンタクトホール112の総底面積と第1配線膜109の上面積との比が1:300〜10000程度)によって、コンタクトホール112(接続孔)の形成の際に接続孔内への反応生成物等の堆積および蓄積を有効に防止することができ、この接続孔を介して導電材料が接続される場合に、コンタクト抵抗の増大や変動などを防止することができるとされている。   On the other hand, the contact hole 112 (connection hole) is formed according to the arrangement rule of the substrate structure (the ratio of the total bottom area of the contact hole 112 to the upper area of the first wiring film 109 is about 1: 300 to 10,000). In this case, it is possible to effectively prevent the accumulation and accumulation of reaction products and the like in the connection hole, and when the conductive material is connected through the connection hole, the increase or fluctuation of the contact resistance is prevented. It is supposed to be possible.

特開2001−308067号公報JP 2001-308067 A

従来は、コンタクトホールを介して下地構造のメタルがチャージングすると、絶縁膜のエッチング選択比が大きくなり、一部のホール内部に反応生成物を堆積させて導通不良やホール抵抗の高抵抗化をもたらしていたところ、特許文献1に開示されている上記従来の半導体装置の製造方法では、コンタクト(ビア)加工パターンとシリコン基板との関係について、プラズマ処理のチャージングによる導通不良やホール抵抗の高抵抗化およびビア加工不良を発生させないために、コンタクトホール数と基板構造の間に所定の配置ルールとして、レイアウトによる制約(コンタクトホール112の総底面積と第1配線膜109の上面積との比が1:300〜10000程度)を定めている。   Conventionally, when the metal in the underlying structure is charged through a contact hole, the etching selectivity of the insulating film increases, and a reaction product is deposited inside some of the holes to reduce conduction and increase the resistance of the hole. As a result, in the above-described conventional method for manufacturing a semiconductor device disclosed in Patent Document 1, regarding the relationship between the contact (via) processing pattern and the silicon substrate, conduction failure due to plasma processing charging and high hole resistance are achieved. In order to prevent the occurrence of resistance and via processing defects, a predetermined arrangement rule between the number of contact holes and the substrate structure is determined by layout restrictions (ratio of the total bottom area of the contact holes 112 and the top area of the first wiring film 109). Is about 1: 300 to 10,000).

ところが、固体撮像素子、特にCCD型固体撮像素子については、画郭寸法は仕様により定められ、CCDの動作原理上、コンタクトホールを介してゲート電極へ電圧を印加する配線層は画郭寸法とほぼ同等となり、単一コンタクトホールと同電位のゲート電極面積は、画素数、画素寸法でほぼ決定されて大きくなるために、レイアウトによる制約が困難である。   However, for a solid-state imaging device, particularly a CCD solid-state imaging device, the outline dimensions are determined by the specifications, and the wiring layer for applying a voltage to the gate electrode through the contact hole is almost the same as the outline dimensions due to the operating principle of the CCD. Since the gate electrode area which is the same and has the same potential as that of the single contact hole is substantially determined by the number of pixels and the pixel size and becomes large, it is difficult to restrict the layout.

しかも、CCD型固体撮像素子の製造においては、ゲート絶縁膜が厚く、微細加工プロセスで生じる症状とは異なる症状が発生し、更にチップサイズ、画素アレイ数は要求される特性に対してほぼ一義的に決定されることからも、レイアウトによる制約については非常に困難である。   Moreover, in the manufacture of a CCD type solid-state imaging device, the gate insulating film is thick, causing symptoms different from those caused by the microfabrication process, and the chip size and the number of pixel arrays are almost unambiguous with respect to the required characteristics. Therefore, it is very difficult to restrict the layout.

即ち、上記した微細加工プロセスで生じるホール内部に反応生成物が堆積して導通不良化するという症状とは異なるパターン破壊の症状が発生するという新たな課題を本発明者は見出した。   That is, the present inventor has found a new problem that a symptom of pattern destruction that is different from a symptom in which a reaction product accumulates in a hole generated by the above-described microfabrication process and poor conduction occurs.

ここで、ゲート電極の面積が圧倒的に広く、ゲート電極に帯電する電荷が多いことに起因して発生するCCD型固体撮像素子に特有なパターン破壊の症状について説明する。   Here, a description will be given of a pattern destruction symptom peculiar to a CCD type solid-state imaging device, which is generated due to an overwhelmingly large area of the gate electrode and a large amount of charge charged in the gate electrode.

まず、コンタクトホールのコンタクトエッチング時に、コンタクトホールから配線層を介したゲート電極は電気的に浮遊した状態で、コンタクトエッチング処理の途中の段階で絶縁膜のエッチングが完了し、ゲート電極に接続される配線層がコンタクトホールを通してプラズマに晒される。それ以降にオーバーエッチが掛る状態でプラズマより供給されるチャージが電気的に浮遊状態である配線層およびこれに接続されたゲート電極に蓄積される。浮遊状態である配線層およびゲート電極の帯電容量を超えるチャージが帯電され、コンタクトホールの底面積が小さいことでそこに電荷の集中が生じる。その結果、コンタクトホールと同電位で最も抵抗の高い配線層やゲート電極との接続箇所などの電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こす。   First, at the time of contact etching of the contact hole, the gate electrode through the wiring layer from the contact hole is in an electrically floating state, and the etching of the insulating film is completed in the middle of the contact etching process and connected to the gate electrode. The wiring layer is exposed to plasma through the contact hole. Thereafter, the charge supplied from the plasma in a state where overetching is applied is accumulated in the wiring layer which is in an electrically floating state and the gate electrode connected thereto. Charge exceeding the charging capacity of the wiring layer and the gate electrode in a floating state is charged, and the concentration of charges occurs there due to the small bottom area of the contact hole. As a result, pattern destruction occurs at electrically unstable locations such as the wiring layer having the highest resistance at the same potential as the contact hole and the location where it is connected to the gate electrode, and further causes resistance abnormality.

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる固体撮像素子の製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can prevent the occurrence of pattern breakdown due to wafer charging by plasma processing in an electrically unstable portion of the conductive layer from the contact hole and further causing resistance abnormality. A solid-state imaging device manufacturing method capable of realizing a high pixel size with a predetermined chip size, and an electronic device such as a camera-equipped mobile phone device using a solid-state imaging device manufactured by this manufacturing method as an image input device in an imaging unit The purpose is to provide information equipment.

本発明の固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換する光電変換部からの電荷を転送するための電荷転送電極に接続された配線層上の層間絶縁膜に、該電荷転送電極の総上面積に対する一または複数の接続孔の総面積の比を閾値と比較して、該接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択して、該配線層に至る該一または複数の接続孔を形成する接続孔形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a total of the charge transfer electrodes on an interlayer insulating film on a wiring layer connected to a charge transfer electrode for transferring charges from a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light. Compare the ratio of the total area of one or more connection holes to the upper area with a threshold value, and select either high plasma density or low plasma density plasma etching treatment to prevent pattern destruction of the connection holes And a connection hole forming step of forming the one or more connection holes reaching the wiring layer, thereby achieving the above object.

また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における低プラズマ密度は1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下であり、前記高プラズマ密度は1×1011/cm3を超える密度である。 Preferably, the low plasma density in the method for producing a solid-state imaging device of the present invention is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less, and the high plasma density is 1 × 10 11 / cm 3. Density exceeding.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における低プラズマ密度のプラズマエッチング処理は、ArガスとO2またはCOガスのうちの少なくとも一つのガスと、C46、C58、C48およびC26のうちの一または複数のガスとを用いる。 Further preferably, in the method of manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the low plasma density plasma etching treatment is preferably performed using at least one of Ar gas and O 2 or CO gas, and C 4 F 6 and C 5 F 8. , One or more gases of C 4 F 8 and C 2 F 6 are used.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送電極の総上面積Aに対する前記一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aが前記所定閾値面積比1/Cよりも大きいときは前記高プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行い、該電荷転送電極の総上面積Aに対する該一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aが該所定閾値面積比1/C〜1/7500の範囲内のときは前記低プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行う。   Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a ratio B / A of the total area B of the one or more connection holes to the total area A of the charge transfer electrode is the predetermined threshold area ratio 1 /. When it is larger than C, the high plasma density plasma etching process is performed, and the ratio B / A of the total area B of the one or more connection holes to the total area A of the charge transfer electrode is the predetermined threshold area ratio 1 When in the range of / C to 1/7500, the low plasma density plasma etching process is performed.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、基板上にゲート絶縁膜を介して前記電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程を前記接続孔形成工程の前に有する。   Further preferably, in the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, a charge transfer electrode forming step for forming the charge transfer electrode on a substrate via a gate insulating film is provided before the connection hole forming step.

さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法は、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマドライエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、コンタクトホール形成時点で、駆動配線層35に接続され電気的に浮遊状態である電荷転送電極の総面積に対して1/C(実施形態1では1/855)〜1 /7500の総底面積となるようにコンタクトプラグの一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成する接続孔形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。 Further preferably, the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention uses a low plasma density plasma dry etching apparatus (RIE type) having a plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. When the contact hole is formed, the total bottom of 1 / C (1/855 in the first embodiment) to 1/7500 with respect to the total area of the charge transfer electrodes connected to the drive wiring layer 35 and in an electrically floating state It has a connection hole forming step of forming a contact hole as one or a plurality of connection holes of the contact plug so as to have an area, whereby the above object is achieved.

本発明の固体撮像素子は、基板上に、該基板内の光電変換部に蓄積された電荷を転送するための転送電極を有し、プラズマドライエッチング処理時の電荷集中によるパターン破壊を防止するべく、該転送電極の上面積に対して所定閾値範囲の総面積となるように一または複数の接続孔が形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The solid-state imaging device of the present invention has a transfer electrode on the substrate for transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion unit in the substrate, and prevents pattern destruction due to charge concentration during the plasma dry etching process. One or a plurality of connection holes are formed so as to have a total area within a predetermined threshold range with respect to the upper area of the transfer electrode, whereby the above object is achieved.

本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。   The electronic information device of the present invention uses a solid-state image sensor manufactured by the method for manufacturing a solid-state image sensor of the present invention as an image input device in an image pickup unit, and thereby achieves the above object.

上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。   With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.

本発明においては、入射光を光電変換する光電変換部からの電荷を転送するための電荷転送電極に接続された配線層上の層間絶縁膜に、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aに応じて、接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択して、該配線層に至る該一または複数の接続孔を形成する接続孔形成工程を有している。   In the present invention, the interlayer insulating film on the wiring layer connected to the charge transfer electrode for transferring the charge from the photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the incident light is provided with one or more of the total area A of the charge transfer electrode. Depending on the ratio B / A of the total area B of the connection holes, either high plasma density or low plasma density plasma etching treatment is selected so as to prevent the pattern destruction of the connection holes, and the wiring layer is reached. A connection hole forming step of forming the one or more connection holes;

これによって、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aを閾値と比較して、接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択するので、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現することが可能となる。   Accordingly, the ratio B / A of the total area B of one or more connection holes to the total upper area A of the charge transfer electrodes is compared with a threshold value, so that the high plasma density and the low plasma are prevented so as to prevent the pattern destruction of the connection holes. Since one of the plasma etching processes of the density is selected, it is possible to prevent the wafer from being charged by the plasma process from causing the pattern breakdown at the electrically unstable portion of the conductive layer from the contact hole and further causing the resistance abnormality. Therefore, it is possible to realize a high pixel with a predetermined chip size.

以上により、本発明によれば、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aを閾値と比較して、接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択するため、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   As described above, according to the present invention, the ratio B / A of the total area B of one or a plurality of connection holes to the total upper area A of the charge transfer electrodes is compared with the threshold value to prevent pattern destruction of the connection holes. In order to select either high plasma density or low plasma density plasma etching process, the wafer charging by the plasma process causes the pattern breakdown at the electrically unstable part of the conductive layer from the contact hole, and further the resistance abnormality This can be prevented and high pixels can be realized with a predetermined chip size.

本発明の実施形態1におけるCCD型固体撮像素子の一部画素アレイにおける要部構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the example of a principal part structure in the partial pixel array of the CCD type solid-state image sensor in Embodiment 1 of this invention. 図1のCCD型固体撮像素子の一部画素アレイを模式的に示すA−A’線縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A ′ schematically showing a partial pixel array of the CCD solid-state imaging device of FIG. 高プラズマ密度と低プラズマ密度の各プラズマエッチング装置を用いた場合、転送電極の総面積に対するコンタクトホールの総底面積におけるコンタクト形成時の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result at the time of contact formation in the total bottom area of a contact hole with respect to the total area of a transfer electrode when each plasma etching apparatus of a high plasma density and a low plasma density is used. 本発明の実施形態2におけるCCD型固体撮像素子の一画素部を含む領域を模式的に示す図1のA−A’線縦断面図である。FIG. 6 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1 schematically showing a region including one pixel portion of a CCD type solid-state imaging device in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施形態3けるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の他の接続構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the pixel array area | region of the CCD type solid-state image sensor in Embodiment 3 of this invention, and the other connection structural example of the exterior. 本発明の実施形態4おけるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の接続構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the pixel array area | region of the CCD type solid-state image sensor in Embodiment 4 of this invention, and the example of a connection structure of the exterior. 本発明の実施形態4おけるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の他の接続構成例を模式的に示す平面図である。It is a top view which shows typically the pixel array area | region of the CCD type solid-state image sensor in Embodiment 4 of this invention, and the other connection structural example of the exterior. 本発明の実施形態5に係るCMOS固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows typically the example of a principal part structure of the CMOS solid-state image sensor which concerns on Embodiment 5 of this invention. 図9は、本明の実施形態7として、本発明の実施形態1〜6のCCD型固体撮像素子1、1A〜1DおよびCMOS型固体撮像素子1Eのいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。FIG. 9 shows, as Embodiment 7 of the present invention, an electronic information device using any one of the CCD type solid-state imaging devices 1 and 1A to 1D and the CMOS type solid-state imaging device 1E according to Embodiments 1 to 6 of the present invention as an imaging unit. It is a block diagram which shows the example of schematic structure. (a)〜(e)は、特許文献1に開示されている従来の半導体装置の製造方法を各工程毎に示す概略製造工程断面図である。(A)-(e) is a schematic manufacturing process sectional drawing which shows the manufacturing method of the conventional semiconductor device currently disclosed by patent document 1 for every process.

以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態1〜6および、これらの製造方法により製造された高品質の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態7について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。さらに、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態1〜6は、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。即ち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を更に組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらには、実施形態1〜6のうちの少なくとも二つを組み合わせることも可能である。   Embodiments 1 to 6 of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention, and a mobile phone with a camera using, for example, a high-quality solid-state imaging device manufactured by these manufacturing methods as an image input device for an imaging unit Embodiment 7 of an electronic information device such as an apparatus will be described in detail with reference to the drawings. In addition, each thickness, length, etc. of the structural member in each figure are not limited to the structure to illustrate from a viewpoint on drawing preparation. Furthermore, Embodiments 1 to 6 of the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be variously modified within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by further combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, it is possible to combine at least two of the first to sixth embodiments.

(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1におけるCCD型固体撮像素子の一部画素アレイにおける要部構成例を模式的に示す平面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view schematically showing a configuration example of a main part in a partial pixel array of a CCD solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、本実施形態1のCCD型固体撮像素子1は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部としての複数の光電変換部2(複数のフォトダイオード部;ここでは1個しか図示していない)が行列方向(縦横方向)に2次元でマトリクス状に配置されて撮像領域を構成している。列方向(縦方向)の複数の光電変換部2毎に対応してその信号電荷読出側(ここでは光電変換部2の左側)にそれぞれ形成されたCCD構造の垂直転送レジスタ3が垂直方向(縦方向)に配置されている。複数本の垂直転送レジスタ3から垂直方向(縦方向)に電荷転送された各信号電荷を、画素毎の撮像信号として出力される信号出力部側の水平方向(横方向)に電荷転送するためのCCD構造の1本の水平転送レジスタ(図示せず)が、複数本の垂直転送レジスタ3の終端部側に配置されている。   In FIG. 1, a CCD solid-state imaging device 1 according to the first embodiment includes a plurality of photoelectric conversion units 2 (a plurality of photodiode units; here) as a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject and image it. Only one is shown) is arranged in a two-dimensional matrix in the matrix direction (vertical and horizontal directions) to form an imaging region. A vertical transfer register 3 having a CCD structure formed on the signal charge reading side (here, the left side of the photoelectric conversion unit 2) corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion units 2 in the column direction (vertical direction) is arranged in the vertical direction (vertical direction). Direction). Each of the signal charges transferred in the vertical direction (vertical direction) from the plurality of vertical transfer registers 3 is transferred in the horizontal direction (horizontal direction) on the signal output unit side that is output as an imaging signal for each pixel. One horizontal transfer register (not shown) having a CCD structure is disposed on the terminal end side of the plurality of vertical transfer registers 3.

垂直転送レジスタ3は、半導体基板(図示せず)の表面部側に、平面視所定幅で配設され、各信号電荷を垂直方向に電荷転送するための垂直電荷転送部31(転送チャンネル)と、平面視所定幅の垂直電荷転送部31上にゲート酸化膜(図示せず)を介して駆動用の2つの電荷転送電極32、33(以下、単に転送電極という)が順次繰り返し垂直方向に並べられている。2つの転送電極32、33上を覆うように設けられた層間絶縁膜(図示せず)に、これらに接続する各コンタクトプラグ34および、各コンタクトプラグ34が縦横に接続されて転送電極32,33に電荷転送電圧を印加する為の駆動配線層35が形成されている。   The vertical transfer register 3 is arranged on the surface portion side of a semiconductor substrate (not shown) with a predetermined width in plan view, and a vertical charge transfer unit 31 (transfer channel) for transferring each signal charge in the vertical direction. Two charge transfer electrodes 32 and 33 for driving (hereinafter simply referred to as transfer electrodes) are sequentially and repeatedly arranged in the vertical direction via a gate oxide film (not shown) on the vertical charge transfer portion 31 having a predetermined width in plan view. It has been. The contact plugs 34 connected to the interlayer insulating film (not shown) provided so as to cover the two transfer electrodes 32 and 33 and the contact plugs 34 are connected to the transfer electrodes 32 and 33 in the vertical and horizontal directions. A drive wiring layer 35 for applying a charge transfer voltage is formed.

駆動配線層35は、光電変換部2の上方を開口するように、光電変換部2の平面視左右および上下の周囲に配置されている。この各コンタクトプラグ34が設けられた層間絶縁膜およびその上の駆動配線層35上には、別の層間絶縁膜(図示せず)が設けられ、この別の層間絶縁膜(図示せず)にも一または複数のコンタクトプラグ36(ここでは3個)が設けられている。一または複数のコンタクトプラグ36に接続されるように、その別の層間絶縁膜(図示せず)上に、駆動配線層35を介して、互いに隣接する2つの転送電極32、33毎に電荷転送電圧を印加するための駆動配線層(図示せず)が設けられている。   The drive wiring layer 35 is arranged on the left and right sides in the plan view of the photoelectric conversion unit 2 and around the top and bottom so as to open above the photoelectric conversion unit 2. Another interlayer insulating film (not shown) is provided on the interlayer insulating film provided with the contact plugs 34 and the drive wiring layer 35 thereon, and the other interlayer insulating film (not shown) is provided. Also, one or a plurality of contact plugs 36 (three in this case) are provided. Charge transfer is performed for each of the two transfer electrodes 32 and 33 adjacent to each other via the drive wiring layer 35 on another interlayer insulating film (not shown) so as to be connected to one or a plurality of contact plugs 36. A drive wiring layer (not shown) for applying a voltage is provided.

本実施形態1のCCD型固体撮像素子1の一画素部の領域は、光電変換部2と、その左側の2つの転送電極32、33とからなる平面視領域で構成されている。   The region of one pixel portion of the CCD solid-state image pickup device 1 of Embodiment 1 is configured by a planar view region including the photoelectric conversion unit 2 and the two transfer electrodes 32 and 33 on the left side thereof.

図2は、図1のCCD型固体撮像素子の一画素部を含む領域を模式的に示すA−A’線縦断面図である。   FIG. 2 is a vertical cross-sectional view taken along the line A-A ′ schematically showing a region including one pixel portion of the CCD type solid-state imaging device of FIG. 1.

図2において、本実施形態1のCCD型固体撮像素子1は、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードからなる複数の光電変換部2が所定間隔を空けてマトリクス状にシリコン基板などの基板4の表面側に設けられている。各光電変換部2に隣接して光電変換部2から、撮像した信号電荷を信号読出部5を通して電荷転送部31に読み出される。電荷転送部31に対して信号読出部5(読み出しゲート)とは反対側に、隣の光電変換部2との間に信号電荷が混ざらないようにチャネルストップ6が設けられている。   In FIG. 2, the CCD solid-state imaging device 1 according to the first embodiment has a plurality of photoelectric conversion units 2 made of photodiodes that photoelectrically convert incident light to generate signal charges as light receiving elements in a matrix with predetermined intervals. Are provided on the surface side of the substrate 4 such as a silicon substrate. An imaged signal charge is read from the photoelectric conversion unit 2 adjacent to each photoelectric conversion unit 2 to the charge transfer unit 31 through the signal reading unit 5. A channel stop 6 is provided on the side opposite to the signal reading unit 5 (reading gate) with respect to the charge transfer unit 31 so that signal charges are not mixed with the adjacent photoelectric conversion unit 2.

これらの光電変換部2、信号読出部5、電荷転送部31およびチャネルストップ6が形成された基板4の表面側全面にゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜7が形成されている。ゲート酸化膜7としては、シリコン酸化膜(熱酸化膜または低温酸化膜)でもよく、シリコン酸化膜に代えてシリコン窒化膜であってもよく、またはこれらの積層膜であってもよい。また、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜の単層膜に代えてBPSG膜であってもよい。その膜厚はここでは20nmとしている。   A gate oxide film 7 as a gate insulating film is formed on the entire surface side of the substrate 4 on which the photoelectric conversion unit 2, the signal reading unit 5, the charge transfer unit 31, and the channel stop 6 are formed. The gate oxide film 7 may be a silicon oxide film (thermal oxide film or low-temperature oxide film), a silicon nitride film instead of the silicon oxide film, or a laminated film thereof. Further, a BPSG film may be used instead of the single layer film of silicon oxide film or silicon nitride film. The film thickness is 20 nm here.

光電変換部2の中央上方のゲート酸化膜7上には、入射光を吸収するためのSiN膜やSiON膜などの反射防止膜8が設けられている。また、電荷転送部31および信号読出部5上のゲート酸化膜7上には、光電変換部2からの信号電荷を垂直方向に電荷転送制御するための電荷転送電極32、33が順次繰り返し並べられて配置されている。   An antireflection film 8 such as a SiN film or a SiON film for absorbing incident light is provided on the gate oxide film 7 above the center of the photoelectric conversion unit 2. Further, on the gate oxide film 7 on the charge transfer unit 31 and the signal readout unit 5, charge transfer electrodes 32 and 33 for controlling the charge transfer of the signal charges from the photoelectric conversion unit 2 in the vertical direction are sequentially and repeatedly arranged. Are arranged.

この転送電極32、33上に設けられた層間絶縁膜9にはコンタクトプラグ34が転送電極32、33にそれぞれ接続するように設けられている。層間絶縁膜9上には、転送電極32、33に駆動電圧を印加するための駆動配線層35がコンタクトプラグ34に接続されるように所定配線パターンに形成されている。駆動配線層35上に層間絶縁膜10が形成されている。   Contact plugs 34 are provided on the interlayer insulating film 9 provided on the transfer electrodes 32 and 33 so as to be connected to the transfer electrodes 32 and 33, respectively. On the interlayer insulating film 9, a drive wiring layer 35 for applying a drive voltage to the transfer electrodes 32 and 33 is formed in a predetermined wiring pattern so as to be connected to the contact plug 34. An interlayer insulating film 10 is formed on the drive wiring layer 35.

入射光がこれらの転送電極32、33および駆動配線層35により反射してノイズが発生するのを防ぐために、遮光膜11が、層間絶縁膜9、10上で、転送電極32、33、コンタクトプラグ34および駆動配線層35の上方および側方を覆うと共に、各光電変換部2上を開口するように形成されている。   In order to prevent incident light from being reflected by the transfer electrodes 32 and 33 and the drive wiring layer 35 to generate noise, the light shielding film 11 is formed on the interlayer insulating films 9 and 10 and the transfer electrodes 32 and 33 and contact plugs. 34 and the drive wiring layer 35 are formed so as to cover the top and sides of the drive wiring layer 35 and to open the photoelectric conversion units 2.

転送電極32、33は、P(リン)ドープのポリシリコン膜またはこれを含む積層膜で構成されており、その膜厚は、100nm〜200nmで一定の厚さを有している。層間絶縁膜9、10は、シリコン酸化膜、PSG(Phospho Silicate Glasses)膜、BSG膜およびBPSG膜のうちのいずれかで構成されており、それらの膜厚は300nm〜600nm程度である。さらに、コンタクトプラグ34、駆動配線層35およびコンタクトプラグ36は、タングステンやアルミニュウムなどで構成されている。コンタクトプラグ34、36を構成しているコンタクトホールの形成は、コンタクトホールのアスペクト比が4以下で、コンタクトホールの底面積が0.1〜0.5μm程度である。このコンタクトプラグ34を構成するコンタクトホールの底部には、その直下の転送電極32、33のPドープのポリシリコン膜との接触性の向上のためにTiN膜を形成してもよい。これらのコンタクトホールの平面視孔形状は円形状または正方形状などである。コンタクトホールの平面視孔形状が正方形状の方が、その内接円の円形状のものに比べて底面積をその角部分で稼ぐことができる。 The transfer electrodes 32 and 33 are composed of a P (phosphorus) -doped polysilicon film or a laminated film including the same, and the film thickness thereof is constant between 100 nm and 200 nm. The interlayer insulating films 9 and 10 are formed of any one of a silicon oxide film, a PSG (Phospho Silicate Glasses) film, a BSG film, and a BPSG film, and the film thickness thereof is about 300 nm to 600 nm. Furthermore, the contact plug 34, the drive wiring layer 35, and the contact plug 36 are made of tungsten, aluminum, or the like. The contact holes forming the contact plugs 34 and 36 are formed such that the contact hole has an aspect ratio of 4 or less and the contact hole has a bottom area of about 0.1 to 0.5 μm 2 . A TiN film may be formed at the bottom of the contact hole constituting the contact plug 34 in order to improve the contact property between the transfer electrodes 32 and 33 directly below the P-doped polysilicon film. The shape of these contact holes in a plan view is a circular shape or a square shape. When the shape of the contact hole in the plan view is square, the bottom area can be earned at the corner portion compared to the circular shape of the inscribed circle.

また、各光電変換部2上には、ゲート酸化膜7を介して反射防止膜8が形成され、反射防止膜8の上方には、遮光膜11の開口部から層間絶縁膜12さらに光導波路部材13を介して所定色配列のカラーフィルタ14さらに、光電変換部2に光を集光させるためのマイクロレンズ15が配置されている。これらのカラーフィルタ14およびマイクロレンズ15(集光レンズ)は共に、各光電変換部2の位置にそれぞれ対応するように位置決めされている。   Further, an antireflection film 8 is formed on each photoelectric conversion unit 2 via a gate oxide film 7. Above the antireflection film 8, an interlayer insulating film 12 and an optical waveguide member are formed from the opening of the light shielding film 11. A color filter 14 having a predetermined color array via 13 and a microlens 15 for condensing light on the photoelectric conversion unit 2 are disposed. Both the color filter 14 and the microlens 15 (condensing lens) are positioned so as to correspond to the positions of the respective photoelectric conversion units 2.

上記構成により、複数の画素部が2次元状でマトリクス状に配置された撮像領域に入射した光は、まず、マイクロレンズ15により集光された後に、カラーフィルタ14から光導波路部材13、さらに光反射防止膜8を通して光電変換部2に効率的に集光される。   With the above configuration, light incident on an imaging region in which a plurality of pixel portions are arranged in a two-dimensional matrix is first collected by the microlens 15, then from the color filter 14 to the optical waveguide member 13, and further to the light. The light is efficiently condensed on the photoelectric conversion unit 2 through the antireflection film 8.

次に、各光電変換部2に入射した光はそれぞれ、各光電変換部2でそれぞれ光電変換されて撮像画像を構成する各信号電荷となる。これらの各信号電荷は、転送電極33により各光電変換部2から各信号読出部5を通して各電荷転送部31に読み出される。   Next, the light incident on each photoelectric conversion unit 2 is photoelectrically converted by each photoelectric conversion unit 2 to become each signal charge constituting a captured image. These signal charges are read out from the photoelectric conversion units 2 to the charge transfer units 31 through the signal reading units 5 by the transfer electrodes 33.

続いて、各電荷転送部31に信号読出部5を通して読み出された各信号電荷はそれぞれ、複数本の垂直転送レジスタ3の終端部側の垂直方向に電荷転送された後に、1本の水平転送レジスタ(図示せず)により信号出力部側の水平方向(横方向)に順次電荷転送される。この信号出力部にて、画素毎の各撮像信号として順次出力される。これによって、被写体の撮像信号が信号処理部(図示せず)に出力されて所定の信号処理が施された後に画像信号となり、この画像信号が表示部に表示されたり、メモリ部に記憶されたりする。   Subsequently, each signal charge read to each charge transfer unit 31 through the signal reading unit 5 is transferred in the vertical direction on the terminal end side of the plurality of vertical transfer registers 3 and then transferred to one horizontal transfer. Charges are sequentially transferred in a horizontal direction (lateral direction) on the signal output unit side by a register (not shown). The signal output unit sequentially outputs each image signal for each pixel. As a result, the imaging signal of the subject is output to a signal processing unit (not shown) and subjected to predetermined signal processing to become an image signal. This image signal is displayed on the display unit or stored in the memory unit. To do.

ここで、本発明の特徴構成について詳細に説明する。   Here, the characteristic configuration of the present invention will be described in detail.

本実施形態1のCCD型固体撮像素子1において、駆動配線層35上の接続孔としてのコンタクトホールの形成をプラズマドライエッチングにて形成する際に、C46、C58、C48およびC26のうちの一または複数のガスと、Arガスと、O2またはCOガスとを用いて、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(平行平板RIEタイプ)により行う。これによって、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから駆動配線層35を介して転送電極32、33に至る経路の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、安定したコンタクト抵抗を得ると共に所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。 In the CCD type solid-state imaging device 1 according to the first embodiment, C 4 F 6 , C 5 F 8 , C 4 are formed when the contact hole as the connection hole on the drive wiring layer 35 is formed by plasma dry etching. The plasma density is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less using one or more gases of F 8 and C 2 F 6 , Ar gas, and O 2 or CO gas. The low plasma density plasma etching apparatus (parallel plate RIE type) is used. As a result, the wafer is charged by the plasma processing, causing pattern destruction at an electrically unstable portion of the path from the contact hole to the transfer electrodes 32 and 33 via the drive wiring layer 35 and further causing resistance abnormality. Therefore, stable contact resistance can be obtained, and high pixels can be realized with a predetermined chip size.

即ち、上記転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の上面積)に対して総底面積の比(ここでは分数表示)が1/855〜1/7500の総面積となる場合に、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(平行平板RIEタイプ)を用いて、層間絶縁膜10、12に、駆動配線層35上に接触するコンタクトプラグ36となる一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成する。 That is, when the ratio of the total bottom area to the total top area (the top area of the gate electrode) of the transfer electrodes 32 and 33 (here, fractional display) is 1/855 to 1/7500, Contact that makes contact with the interlayer insulating films 10 and 12 on the drive wiring layer 35 by using a plasma etching apparatus (parallel plate RIE type) having a low plasma density of × 10 10 / cm 3 to 1 × 10 11 / cm 3 Contact holes as one or a plurality of connection holes to be plugs 36 are formed.

一方、1×1011/cm3を超える高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ;誘導結合プラズマタイプ)は、より微細な微細加工に適すると共に、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置を用いる場合に比べて、コンタクトホールに加工時間(工数)がより短くできる。このように、1×1011/cm3を超える高プラズマ密度のプラズマエッチング装置を用いる方が工数および微細化に有利である。 On the other hand, a plasma etching apparatus (ICP type; inductively coupled plasma type) having a high plasma density exceeding 1 × 10 11 / cm 3 is suitable for finer microfabrication and 1 × 10 10 / cm 3 or more 1 × 10 11 Compared with the case of using a plasma etching apparatus with a low plasma density of / cm 3 or less, the processing time (man-hour) can be shortened in the contact hole. Thus, the use of a plasma etching apparatus having a high plasma density exceeding 1 × 10 11 / cm 3 is more advantageous for man-hours and miniaturization.

ところが、1×1011/cm3を超える高プラズマ密度のプラズマエッチング装置を用いた場合には、上記転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の総上面積)に対して総底面積が1/855付近のところで、パターン破壊が発生するため、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置を用いてパターン破壊を発生させることなく、上記転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の上面積)に対して総底面積が1/855〜1/7500の範囲内に、層間絶縁膜10、12に、コンタクトプラグ36に対応する一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成するように設計する。 However, when a plasma etching apparatus having a high plasma density exceeding 1 × 10 11 / cm 3 is used, the total bottom area is larger than the total top area of the transfer electrodes 32 and 33 (total top area of the gate electrode). Since pattern destruction occurs in the vicinity of 1/855, the above pattern destruction is not caused by using a plasma etching apparatus having a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. One corresponding to the contact plug 36 and the interlayer insulating films 10 and 12 within a total bottom area of 1/855 to 1/7500 with respect to the total top area of the transfer electrodes 32 and 33 (top area of the gate electrode). Alternatively, it is designed to form contact holes as a plurality of connection holes.

このことを踏まえて、本実施形態1のCCD型固体撮像素子1の製造方法について説明する。   Based on this, a manufacturing method of the CCD solid-state imaging device 1 of the first embodiment will be described.

本実施形態1のCCD型固体撮像素子1の製造方法は、基板4上にゲート酸化膜7を介して、光電変換部2に蓄積された信号電荷を、電荷転送部31に信号読出部5を通して読み出した後に、電荷転送部31内の電荷転送を制御するための転送電極32、33を一単位として電荷転送方向(垂直方向)に複数繰り返し形成する電荷転送電極形成工程と、ゲート酸化膜7上および転送電極32、33上に形成された層間絶縁層9に一または複数のコンタクトプラグ34を形成し、一または複数のコンタクトプラグ34に接続するように、層間絶縁層9上に駆動配線層35を形成する駆動配線層形成工程と、層間絶縁層9上および駆動配線層35上に形成された層間絶縁層10、12に、プラズマドライエッチング処理の電荷集中によるパターン破壊を防止するように、駆動配線層35に至る一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成する接続孔形成工程と、一または複数のコンタクトホールに導電材料(ここではタングステン)を埋め込んで、駆動配線層35およびコンタクトプラグ34を介して転送電極32、33に接続するためのコンタクトプラグ36を形成するコンタクトプラグ形成工程とを有している。   In the manufacturing method of the CCD type solid-state imaging device 1 of the first embodiment, the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit 2 is passed through the gate oxide film 7 on the substrate 4 and the signal readout unit 5 is passed through the charge transfer unit 31. After reading, a charge transfer electrode forming step of repeatedly forming a plurality of transfer electrodes 32 and 33 for controlling charge transfer in the charge transfer unit 31 in the charge transfer direction (vertical direction) as a unit, and on the gate oxide film 7 One or more contact plugs 34 are formed in the interlayer insulating layer 9 formed on the transfer electrodes 32 and 33, and the drive wiring layer 35 is formed on the interlayer insulating layer 9 so as to be connected to the one or more contact plugs 34. And a pattern formed by charge concentration in plasma dry etching processing on the interlayer insulating layers 10 and 12 formed on the interlayer insulating layer 9 and the driving wiring layer 35. In order to prevent breakage, a connection hole forming step of forming a contact hole as one or a plurality of connection holes reaching the drive wiring layer 35, and a conductive material (here, tungsten) is embedded in the one or more contact holes, A contact plug forming step for forming a contact plug 36 for connection to the transfer electrodes 32 and 33 via the drive wiring layer 35 and the contact plug 34.

本実施形態1のCCD型固体撮像素子1の製造方法について更に詳細に説明する。   The manufacturing method of the CCD type solid-state imaging device 1 of Embodiment 1 will be described in more detail.

図1および図2に示すように、光電変換部2に蓄積された電荷を読み出して転送する為に転送電極32,33へ電荷転送電圧を印加するためのコンタクトホール(後のコンタクトプラグ36)は、画素アレイ領域(撮像領域)外で駆動配線層35上に層間絶縁膜10,12を貫通して形成される。このときに、駆動配線層35と同電位である転送電極32,33の総面積は、要求される画素数とチップサイズにより、ほぼ一義的に決定されるため、駆動配線層35上のコンタクトホールの底部の総面積を転送電極32,33の総面積の1/855(所定閾値面積比)〜1 /7500となるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計する。   As shown in FIGS. 1 and 2, a contact hole (later contact plug 36) for applying a charge transfer voltage to the transfer electrodes 32 and 33 in order to read out and transfer the charge accumulated in the photoelectric conversion unit 2 is provided. The interlayer insulating films 10 and 12 are formed through the drive wiring layer 35 outside the pixel array region (imaging region). At this time, the total area of the transfer electrodes 32 and 33 having the same potential as that of the drive wiring layer 35 is determined almost uniquely by the required number of pixels and the chip size. Is designed by adjusting the size (diameter or one side) and the number of contact holes so that the total area of the bottom of the contact hole becomes 1/855 (predetermined threshold area ratio) to 1/7500 of the total area of the transfer electrodes 32 and 33. .

要するに、このコンタクトホールの形成はプラズマドライエッチング処理にて実施するが、コンタクトホールの底部総面積が転送電極32,33の総面積に対して1/855を超える場合(1 /855〜1 /7500の範囲外)には、ドライエッチング処理を行う際のプラズマ密度に依存せず良好なコンタクトホールの加工が可能であるが、CCD型固体撮像素子1に要求される高画素化やチップ面積の制約を満たせない。   In short, the contact hole is formed by plasma dry etching, but the total area of the bottom of the contact hole exceeds 1/855 with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 (1 / 855-1 / 7500). Outside of the range, it is possible to process a good contact hole without depending on the plasma density at the time of dry etching, but it is necessary to increase the number of pixels required for the CCD type solid-state imaging device 1 and to limit the chip area. Cannot be satisfied.

一方、コンタクトホールの底部総面積が転送電極32,33の総面積に対して所定閾値面積比が1/855以下の場合(1 /855〜1 /7500の範囲内)には、コンタクトホール(後のコンタクトプラグ36)のプラズマドライエッチング処理の際に、駆動配線層35上にエッチングが到達して、オーバーエッチングが施される際に電気的にフローティング状態である駆動配線層35から転送電極32,33上に電荷が蓄積するが、コンタクトホールの総面積が小さいことで電荷の集中が生じる。この結果、コンタクトホールと同電位で最も抵抗の高い駆動配線層35との接続箇所など電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こしてしまう。   On the other hand, when the total area of the bottom part of the contact hole is a predetermined threshold area ratio of 1/855 or less with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 (within a range of 1/855 to 1/7500), During the plasma dry etching process of the contact plug 36), the etching reaches the drive wiring layer 35, and when the over-etching is performed, the transfer wiring 32, Although charges are accumulated on 33, charge concentration occurs due to the small total area of the contact holes. As a result, pattern destruction occurs at an electrically unstable place such as a place connected to the drive wiring layer 35 having the same potential as the contact hole and the highest resistance, and further resistance abnormality is caused.

即ち、後にコンタクトプラグ36となるコンタクトホールのプラズマドライエッチング時には、CCD型固体撮像素子1において駆動配線層35から転送電極32、33は電気的に浮遊したフローティング状態で、コンタクトホールのプラズマドライエッチング処理の途中の段階で層間絶縁膜10,12のエッチングが完了し、駆動配線層35がコンタクトホールを通してプラズマに晒される。それ以降に、オーバーエッチングが掛る状態でプラズマより供給されるチャージが電気的に浮遊状態である駆動配線層35から転送電極32,33に蓄積される。浮遊状態である駆動配線層35から転送電極32,33の帯電容量を超えるチャージが帯電されることにより電気的に不安定な箇所(コンタクトプラグ36の底部)でパターン破壊が生じると考えられる。   That is, at the time of plasma dry etching of the contact hole to be the contact plug 36 later, the transfer electrodes 32 and 33 are electrically floating from the drive wiring layer 35 in the CCD type solid-state imaging device 1, and the plasma dry etching process of the contact hole is performed. In the middle of the etching, the etching of the interlayer insulating films 10 and 12 is completed, and the drive wiring layer 35 is exposed to plasma through the contact hole. Thereafter, the charge supplied from the plasma in a state where over-etching is applied is accumulated in the transfer electrodes 32 and 33 from the drive wiring layer 35 which is in an electrically floating state. It is considered that pattern destruction occurs at an electrically unstable portion (the bottom of the contact plug 36) by charging a charge exceeding the charging capacity of the transfer electrodes 32 and 33 from the drive wiring layer 35 in a floating state.

このため、コンタクトホールのプラズマドライエッチングを行う際には、プラズマ密度の低いプラズマ処理装置(平行平板RIEタイプ)で、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下であることが望ましく、例えば平行平板RIEタイプの設備でプラズマドライエッチング処理を行うことにより駆動配線層35への電荷の蓄積を大幅に抑制することができて、パターン破壊のない電気的に正常なCCD型固体撮像素子1を製造することができる。 Therefore, when plasma dry etching of contact holes is performed, the plasma density is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less with a plasma processing apparatus (parallel plate RIE type) having a low plasma density. It is desirable that, for example, by performing plasma dry etching with parallel plate RIE type equipment, it is possible to significantly suppress charge accumulation in the drive wiring layer 35, and an electrically normal CCD without pattern destruction. Type solid-state imaging device 1 can be manufactured.

このとき、例えば、層間絶縁膜10,12は既知のプラズマCVD法によって形成されるSiO膜(酸化シリコン膜)を用い、コンタクトエッチングでは駆動配線層35上の例えば膜厚が100nm〜500nmの層間絶縁膜10,12をエッチングする必要がある。このとき、コンタクトエッチングの条件は例えば平行平板型のRIE装置(プラズマ密度:1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下)を用いた場合にRFパワー900W〜1800W、圧力50mTorr〜80mTorr、ガス流量をC /Ar/Oをそれぞれ5/15/200sccmの流量比で処理を実施する。ドライエッチングに用いるエッチングガスはC4F8の例を示したが、他にプラズマ中で容易にCFx(x=1〜3)を生成することが知られているC、C、CにおいてもAr、COおよびOガスの流量等のエッチングパラメータを調整することにより同様のエッチングを行うことができる。 At this time, for example, the SiO 2 film (silicon oxide film) formed by the known plasma CVD method is used as the interlayer insulating films 10 and 12, and the interlayer on the drive wiring layer 35 is, for example, 100 nm to 500 nm in contact etching. It is necessary to etch the insulating films 10 and 12. At this time, the contact etching conditions are, for example, an RF power of 900 W to 1800 W and a pressure of 50 mTorr when a parallel plate type RIE apparatus (plasma density: 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less) is used. The treatment is performed at 80 mTorr and a gas flow rate of C 4 F 8 / Ar / O 2 at a flow rate ratio of 5/15/200 sccm, respectively. The etching gas used for dry etching is C4F8. However, it is known that CFx (x = 1 to 3) is easily generated in plasma. C 4 F 8 , C 4 F 6 , C it is possible to perform the same etching also Ar, by adjusting the etching parameters flow rate, etc. of the CO and O 2 gas at 2 F 6.

また、コンタクトホールの底面部の総面積が転送電極32,33の総面積の1/7500より小さくなる場合(1 /855〜1 /7500の範囲外)には、実際に、エッチング加工するコンタクトホールの寸法(直径)が小さく、プラズマ密度が1×1011/cm3以下ではエッチング加工が困難となるために、更なる対応が必要となる。 Further, when the total area of the bottom surface of the contact hole is smaller than 1/7500 of the total area of the transfer electrodes 32 and 33 (outside the range of 1/855 to 1/7500), the contact hole that is actually etched is processed. If the size (diameter) of the film is small and the plasma density is 1 × 10 11 / cm 3 or less, the etching process becomes difficult, and further measures are required.

コンタクトホールを形成した後は、コンタクトホール内に導電材料(ここではタングステン)を埋め込んでコンタクトプラグ36としてこれを駆動配線層35(画素アレイに無し)に電気的に接続した後に、駆動転送電圧を印加するための導電層(図示せず)を形成する。その後、マトリクス状に配置された複数の光電変換部2にそれぞれ対応するようにカラーフィルタ14さらにその上にマイクロレンズ15を形成して本実施形態1のCCD型固体撮像素子1を製造することができる。   After the contact hole is formed, a conductive material (tungsten in this case) is embedded in the contact hole, and the contact plug 36 is electrically connected to the drive wiring layer 35 (not included in the pixel array). A conductive layer (not shown) for application is formed. Thereafter, the color filter 14 and the microlens 15 are formed on the color filter 14 so as to correspond to the plurality of photoelectric conversion units 2 arranged in a matrix, thereby manufacturing the CCD solid-state imaging device 1 of the first embodiment. it can.

図3は、高プラズマ密度と低プラズマ密度の各プラズマエッチング装置を用いた場合、転送電極32,33の総面積に対するコンタクトホールの総底面積におけるコンタクト形成時の実験結果を示す図である。   FIG. 3 is a diagram showing an experimental result when a contact is formed in the total bottom area of the contact hole with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 when each plasma etching apparatus having a high plasma density and a low plasma density is used.

図3に示すように、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下のうちのプラズマ密度が1×1010/cm3の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、ゲート電極(転送電極32,33)の総面積に対するコンタクトホールの総底面積が1/854のとき、コンタクトホール形成およびパターン破壊を含む不良率が1パーセントで、この1パーセントはコンタクトホール形成不良であり、パターン破壊不良はなかった。また、プラズマ密度が1×1010/cm3の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、ゲート電極(転送電極32,33)の総面積に対するコンタクトホール(コンタクト孔)の総底面積が1/860のとき、コンタクトホール形成不良およびパターン破壊不良を含めて不良率が0パーセントであった。 As shown in FIG. 3, a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) having a plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 of 1 × 10 10 / cm 3 to 1 × 10 11 / cm 3. ), When the total bottom area of the contact hole with respect to the total area of the gate electrodes (transfer electrodes 32, 33) is 1/854, the defect rate including contact hole formation and pattern destruction is 1%. It was a contact hole formation failure and no pattern destruction failure. Also, using a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) with a plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 , the total bottom of the contact hole (contact hole) with respect to the total area of the gate electrode (transfer electrodes 32, 33) When the area was 1/860, the failure rate was 0% including contact hole formation failure and pattern destruction failure.

これに対して、プラズマ密度が1×1011/cm3を超える範囲のうちのプラズマ密度が1.6×1011/cm3の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いて、ゲート電極(転送電極32,33)の総面積に対するコンタクトホール(コンタクト孔)の総底面積が1/854のとき、コンタクトホール形成不良およびパターン破壊不良を含む不良率が65パーセントもあった。これにコンタクトホール形成不良が1パーセント含むとしても、それを差し引いてパターン破壊不良の不良率が64パーセントである。また、プラズマ密度が1.6×1011/cm3の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いて、ゲート電極(転送電極32,33)の総面積に対するコンタクトホール(コンタクト孔)の総底面積が1/386のとき、コンタクトホール形成およびパターン破壊を含む不良率が0パーセントであった。 In contrast, by using a plasma etching apparatus of a high plasma density of the plasma density is 1.6 × 10 11 / cm 3 of the range of plasma density exceeds 1 × 10 11 / cm 3 to (ICP type), the gate When the total bottom area of the contact hole (contact hole) with respect to the total area of the electrodes (transfer electrodes 32 and 33) was 1/854, the defect rate including contact hole formation failure and pattern destruction failure was 65%. Even if the contact hole formation failure includes 1%, the defect rate of the pattern destruction failure is 64% by subtracting it. Further, using a high plasma density plasma etching apparatus (ICP type) having a plasma density of 1.6 × 10 11 / cm 3 , contact holes (contact holes) with respect to the total area of the gate electrodes (transfer electrodes 32 and 33) are formed. When the total bottom area was 1/386, the defect rate including contact hole formation and pattern destruction was 0%.

したがって、上記実験結果においても、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマドライエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、コンタクトホール形成時点で、駆動配線層35に接続され電気的に浮遊状態である転送電極32、33の総面積に対して1/855〜1 /7500の総底面積となるようにコンタクトプラグ36の一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを設計しそれを形成すれば、プラズマ処理によるウエハ帯電によりコンタクトホールから駆動配線層35への電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止することができることを確認することができた。 Therefore, even in the above experimental results, when a contact hole is formed using a low plasma density plasma dry etching apparatus (RIE type) having a plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less, One or more connection holes of the contact plug 36 so as to have a total bottom area of 1/855 to 1/7500 with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 that are connected to the drive wiring layer 35 and are electrically floating. If the contact hole is designed and formed, it is possible to prevent the pattern breakdown at the electrically unstable portion from the contact hole to the drive wiring layer 35 due to the wafer charging by the plasma processing and further causing the resistance abnormality. I was able to confirm that I could do it.

以上のように、本実施形態1によれば、CCD型固体撮像素子1を製造する際に、高画素化が要望される中で、画素アレイの構造と画素アレイ内の転送電極32,33の総面積と同電位となるコンタクトホールの底総面積との比率を最適化して設計し、それに対応したコンタクトホールのプラズマドライエッチングにおけるプラズマ密度を高プラズマ密度と低プラズマ密度との間でコントロールすることによりチップ内に蓄積する電荷を抑制して、プラズマ処理によるウエハ帯電によりコンタクトホールから駆動配線層35への電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   As described above, according to the first embodiment, the structure of the pixel array and the transfer electrodes 32 and 33 in the pixel array are required in the manufacture of the CCD type solid-state imaging device 1 in the demand for higher pixels. Design by optimizing the ratio between the total area and the total bottom area of the contact hole with the same potential, and controlling the plasma density in plasma dry etching of the corresponding contact hole between the high plasma density and the low plasma density This suppresses the charge accumulated in the chip and prevents pattern breakdown at the electrically unstable portion from the contact hole to the drive wiring layer 35 due to wafer charging by plasma processing and further causing resistance abnormality. Thus, it is possible to increase the number of pixels with a predetermined chip size.

要するに、単位コンタクトホール面積当たりのゲート容量を制約するかまたは、そのゲート容量が閾値を超えた場合には低密度プラズマ設備によりコンタクトホールを形成するため、コンタクトホール加工をパターン破壊なく安定化させ、より高画素のCCD型固体撮像素子1を高品質で製造することができる。   In short, to limit the gate capacity per unit contact hole area, or to form a contact hole with low-density plasma equipment when the gate capacity exceeds the threshold, stabilize the contact hole processing without pattern destruction, The CCD type solid-state imaging device 1 having higher pixels can be manufactured with high quality.

(実施形態2)
上記実施形態1では、駆動配線層35上の層間絶縁層10、12に、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマドライエッチング処理における接続孔形成時点で、駆動配線層35に接続され電気的に浮遊状態である転送電極32、33の総面積に対して1/855〜1 /7500の総底面積となる一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成する接続孔形成工程について説明したが、これは、基板4上のゲート酸化膜7の膜厚が20nmにおける転送電極32、33のゲート容量の場合である。これに対して、本実施形態2では、基板4上のゲート酸化膜7の膜厚が20nmよりも30nmと厚くなったゲート容量の場合に、転送電極32、33に蓄積可能なゲート容量が少なくなって、低プラズマ密度のプラズマドライエッチング処理を行う範囲であって、転送電極32、33の総面積に対するコンタクトホールの総底面積の範囲のうち、所定閾値面積比1/855の値が小さくなって1 /855〜1 /7500の範囲を狭くする方向にシフトする。また、基板4上のゲート酸化膜7の膜厚が20nmよりも10nmと薄くなったゲート容量の場合に、転送電極32、33に蓄積可能なゲート容量が大幅に多くなって、低プラズマ密度のプラズマドライエッチング処理を行う範囲であって、転送電極32、33の総面積に対するコンタクトホールの総底面積の閾値範囲のうち、所定閾値面積比1/855の値が大きくなって1 /855〜1 /7500の範囲を1 /855の外側により広くする方向にシフトする。ここでは、ゲート酸化膜7の膜厚が10nmの薄い場合であってゲート容量が多くなる場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the interlayer insulating layers 10 and 12 on the drive wiring layer 35 are connected in the plasma dry etching process with a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. One or a plurality of connection holes having a total bottom area of 1/855 to 1/7500 with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 that are connected to the drive wiring layer 35 and are in an electrically floating state at the time of forming the holes. The connection hole forming step for forming the contact holes is described in the case of the gate capacitance of the transfer electrodes 32 and 33 when the thickness of the gate oxide film 7 on the substrate 4 is 20 nm. On the other hand, in the second embodiment, when the gate capacitance of the gate oxide film 7 on the substrate 4 is 30 nm thicker than 20 nm, the gate capacitance that can be stored in the transfer electrodes 32 and 33 is small. Thus, the value of the predetermined threshold area ratio 1/855 becomes smaller in the range of the total bottom area of the contact hole with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33, in which the plasma dry etching process with a low plasma density is performed. Shift in the direction of narrowing the range of 1/855 to 1/7500. Further, in the case of a gate capacitance in which the thickness of the gate oxide film 7 on the substrate 4 is 10 nm thinner than 20 nm, the gate capacitance that can be stored in the transfer electrodes 32 and 33 is greatly increased, and the low plasma density is reduced. A range in which the plasma dry etching process is performed, and of the threshold range of the total bottom area of the contact hole with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33, the value of the predetermined threshold area ratio 1/855 increases and becomes 1 / 855-1 The range of / 7500 is shifted in the direction of wider outside of 1/855. Here, a case where the gate oxide film 7 is as thin as 10 nm and the gate capacitance increases will be described.

図4は、本発明の実施形態2におけるCCD型固体撮像素子の一画素部を含む領域を模式的に示す図1のA−A’線縦断面図である。なお、図1および図2に記載した構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付してその説明を省略する。   4 is a vertical cross-sectional view taken along line A-A ′ of FIG. 1 schematically showing a region including one pixel portion of the CCD solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. Members having the same operational effects as the constituent members described in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図4において、本実施形態2のCCD型固体撮像素子1Aが、上記実施形態1のCCD型固体撮像素子1と異なるのは、ゲート酸化膜7Aの膜厚が10nmであり、上記実施形態1のゲート酸化膜7の膜厚の20nmに対して半分の膜厚である点である。これによって、基板4上に半分の薄いゲート酸化膜7Aを介して形成されたフローティング状態の転送電極32、33に蓄積可能なゲート容量は、基板4上に転送電極32、33が近づいた分だけ、距離の2乗に反比例するとして例えば4倍程度に増加する。このため、コンタクトプラグ36のコンタクトホール形成時に、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、コンタクトプラグ36から駆動配線層35およびコンタクトプラグ34を介して接続される転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の総面積)に対して底面積が「1/855〜1/7500」の所定閾値面積比「1/855」を超え、例えば単純計算で「1/213〜1/7500」の範囲にシフトした総面積となるように、コンタクトプラグ36となる一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成すればよい。この場合には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてもパターン破壊が起こらない範囲が狭くなり、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いてパターン破壊を防止する範囲が広くなる。 In FIG. 4, the CCD solid-state imaging device 1A of the second embodiment is different from the CCD solid-state imaging device 1 of the first embodiment in that the thickness of the gate oxide film 7A is 10 nm. The film thickness is half that of 20 nm of the thickness of the gate oxide film 7. As a result, the gate capacity that can be stored in the floating transfer electrodes 32 and 33 formed on the substrate 4 through the half thin gate oxide film 7A is as much as the transfer electrodes 32 and 33 approach the substrate 4. For example, it is increased by about 4 times as being inversely proportional to the square of the distance. For this reason, when the contact hole of the contact plug 36 is formed, the driving wiring is formed from the contact plug 36 using a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. A predetermined threshold area ratio “1” having a bottom area of “1/855 to 1/7500” with respect to a total upper area of the transfer electrodes 32 and 33 connected via the layer 35 and the contact plug 34 (total area of the gate electrode) If the contact hole as one or a plurality of connection holes to be the contact plug 36 is formed so as to have a total area exceeding / 855 ”, for example, by a simple calculation and shifted to a range of“ 1/213 to 1/7500 ”. Good. In this case, even if a plasma etching apparatus (ICP type) having a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used, the range in which pattern destruction does not occur becomes narrow, and 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 6 The range for preventing pattern destruction using a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 11 / cm 3 or less is widened.

したがって、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いて微細化加工および工数の短縮を行うかまたは、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いるかであるが、ゲート酸化膜7Aの膜厚に応じて所定閾値範囲(比)が変化する。転送電極32、33の合計上面積に対するホール底面積の比率に関する閾値が、ゲート酸化膜7の膜厚が20nmでは所定閾値面積比1/855であり、ゲート酸化膜7Aの膜厚が10nmでは所定閾値面積比1/855を超える値(例えば1/213)となる。 Therefore, the plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used for miniaturization and reduction of man-hours, or 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / Although a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) of cm 3 or less is used, the predetermined threshold range (ratio) varies depending on the thickness of the gate oxide film 7A. The threshold regarding the ratio of the hole bottom area to the total upper area of the transfer electrodes 32 and 33 is a predetermined threshold area ratio 1/855 when the thickness of the gate oxide film 7 is 20 nm, and is predetermined when the thickness of the gate oxide film 7A is 10 nm. The value exceeds the threshold area ratio 1/855 (for example, 1/213).

以上により、本実施形態2によれば、コンタクトプラグ36のコンタクトホール形成時に、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、コンタクトプラグ36から駆動配線層35およびコンタクトプラグ34を介して接続される転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の総面積)に対して底面積が所定閾値範囲(一方端の閾値が1/855を超える値)の総面積となるように、層間絶縁膜10、12に、コンタクトプラグ36となる一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成する。 As described above, according to the second embodiment, a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less is used when forming the contact hole of the contact plug 36. Thus, the bottom area has a predetermined threshold range (threshold at one end) with respect to the total upper area (total area of the gate electrode) of the transfer electrodes 32 and 33 connected from the contact plug 36 via the drive wiring layer 35 and the contact plug 34. Contact holes as one or a plurality of connection holes to be the contact plugs 36 are formed in the interlayer insulating films 10 and 12 so that the total area becomes a value exceeding 1/855.

これによって、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから駆動配線層35への電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   As a result, it is possible to prevent the pattern breakdown at the electrically unstable portion from the contact hole to the drive wiring layer 35 due to the wafer charging by the plasma processing, and further to cause the resistance abnormality, and at a predetermined chip size. High pixel count can be realized.

なお、本実施形態1、2では、駆動配線層35に接続され電気的に浮遊状態である転送電極32、33の総面積に対して所定閾値範囲の総底面積となるように一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成するが、この場合に、駆動配線層35に接続される転送電極32、33の総面積(上面積)に駆動配線層35の上面の総面積を加えないのは、転送電極32、33が基板4上にゲート酸化膜7を介して接近して配置されており、ゲート酸化膜7を介した基板4と転送電極32、33の間のゲート容量が、ゲート酸化膜7および層間絶縁膜9を介した基板4と駆動配線層35との間のゲート容量に対して、圧倒的に大きいので、ゲート酸化膜7および層間絶縁膜9を介した基板4と駆動配線層35との間のゲート容量を無視してもよいからである。   In the first and second embodiments, one or more of the transfer electrodes 32 and 33 that are connected to the drive wiring layer 35 and are in an electrically floating state have a total bottom area within a predetermined threshold range with respect to the total area. A contact hole is formed as a connection hole. In this case, the total area of the upper surface of the drive wiring layer 35 is not added to the total area (upper area) of the transfer electrodes 32 and 33 connected to the drive wiring layer 35. The transfer electrodes 32 and 33 are arranged close to each other on the substrate 4 via the gate oxide film 7, and the gate capacitance between the substrate 4 and the transfer electrodes 32 and 33 via the gate oxide film 7 is reduced by gate oxidation. Since the gate capacitance between the substrate 4 and the drive wiring layer 35 through the film 7 and the interlayer insulating film 9 is overwhelmingly large, the substrate 4 and the drive wiring through the gate oxide film 7 and the interlayer insulating film 9 Ignoring the gate capacitance between layers 35 It is good to.

なお、本実施形態2では、ゲート酸化膜7の膜厚が10nmの場合について説明したが、これに限らず、ゲート酸化膜7の膜厚が30nmの場合には、基板4上に1.5倍厚いゲート酸化膜を介して形成されたフローティング状態の転送電極32、33に蓄積可能なゲート容量は、基板4上に転送電極32、33が1.5倍遠ざかった分だけ、距離の2乗に反比例するとして例えば0.44倍程度に減少する。このため、コンタクトプラグ36のコンタクトホール形成時に、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、コンタクトプラグ36から駆動配線層35およびコンタクトプラグ34を介して接続される転送電極32、33の合計上面積(ゲート電極の総面積)に対して底面積が「1/1943〜1/7500」の範囲にシフトした総面積となるように、コンタクトプラグ36となる一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成すればよい。この場合には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度プラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてもパターン破壊が起こらない範囲が広くなって、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度プラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてより微細化加工および工数の短縮化を実現することができる。 In the second embodiment, the case where the thickness of the gate oxide film 7 is 10 nm has been described. However, the present invention is not limited to this, and when the thickness of the gate oxide film 7 is 30 nm, the thickness of 1.5 is formed on the substrate 4. The gate capacitance that can be stored in the transfer electrodes 32 and 33 in the floating state formed through the double-thick gate oxide film is the square of the distance by the distance that the transfer electrodes 32 and 33 are moved 1.5 times on the substrate 4. For example, it decreases to about 0.44 times. For this reason, when the contact hole of the contact plug 36 is formed, the driving wiring is formed from the contact plug 36 using a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. The total area where the bottom area is shifted to a range of “1/1943 to 1/7500” with respect to the total upper area (total area of the gate electrode) of the transfer electrodes 32 and 33 connected via the layer 35 and the contact plug 34 Thus, a contact hole as one or a plurality of connection holes to be the contact plug 36 may be formed. In this case, even if a high plasma density plasma etching apparatus (ICP type) of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used, the range in which pattern destruction does not occur becomes wide, and a high plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more is obtained. By using a density plasma etching apparatus (ICP type), it is possible to realize further miniaturization processing and shortening of man-hours.

(実施形態3)
本実施形態3では、コンタクトホールの底部の総面積を調整するために行毎の複数の画素部の両側から駆動配線層35をそれぞれ引き出してそれらの上にコンタクトプラグ36Bをそれぞれ形成する場合について説明する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a case will be described in which the drive wiring layer 35 is drawn out from both sides of a plurality of pixel portions for each row and the contact plug 36B is formed on each of them in order to adjust the total area of the bottom of the contact hole. To do.

図5は、本発明の実施形態3おけるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の要部接続構成例を模式的に示す平面図である。なお、図1、図2および図4に記載した構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of a connection configuration example of a pixel array region of the CCD solid-state imaging device and the outside thereof in Embodiment 3 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which show | plays the same effect as the structural member described in FIG.1, FIG2 and FIG.4.

図5において、本実施形態3のCCD型固体撮像素子1Bは、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部としての複数の光電変換部2が行列方向(縦横方向)に2次元でマトリクス状に配置されて画素アレイ領域20(撮像領域)を構成している。この光電変換部2と、その左側の2つの転送電極32、33とを有する平面視領域を画素部21として構成している。   In FIG. 5, the CCD solid-state imaging device 1 </ b> B according to the third embodiment includes a plurality of photoelectric conversion units 2 as a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject to image 2 in a matrix direction (vertical and horizontal directions). The pixel array region 20 (imaging region) is configured by being arranged in a matrix with dimensions. A planar view region having the photoelectric conversion unit 2 and the two transfer electrodes 32 and 33 on the left side is configured as a pixel unit 21.

コンタクトプラグ36Bとなるコンタクトホールの底部の総面積を最大限に増やすように調整可能とするために行毎の複数の画素部21の両側から駆動配線層35を外部にそれぞれ引き出してそれらの上にそれぞれコンタクトプラグ36Bをそれぞれ形成する。なお、ここでは、上から3行目までしかコンタクトプラグ36Bをそれぞれ記載していないが、全て行に対して両側から引き出された各駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Bがそれぞれ設けられている。また、画素アレイ領域20では、10行目12列までしか図示されていないが、通常の撮像部(画素アレイ領域20)ではそれ以上の多数の行列が存在する。   In order to make it possible to adjust so that the total area of the bottom of the contact hole to be the contact plug 36B is maximized, the drive wiring layer 35 is led out from both sides of the plurality of pixel portions 21 for each row and is placed on them. Contact plugs 36B are respectively formed. Here, the contact plugs 36B are described only for the third row from the top, but the contact plugs 36B are provided on the respective drive wiring layers 35 drawn from both sides with respect to all rows. In the pixel array region 20, only the 10th row and the 12th column are shown, but in the normal imaging unit (pixel array region 20), there are many more matrices.

光電変換部2に蓄積された信号電荷を転送する為に転送電極32,33へ電圧を印加するためのコンタクトプラグ36Bのコンタクトホールは、画素アレイ領域20の外部で駆動配線層35上に層間絶縁膜10,12を貫通して形成されている。このときに、駆動配線層35と同電位である転送電極32,33の総面積は、要求される画素数とチップサイズにより、ほぼ一義的に決定されるため、コンタクトホールの底部の面積を転送電極32,33の面積の閾値として例えば1/855を超えるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計した場合には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてもパターン破壊を起こすことなく、微細加工できて工数を短縮化することができる。また、コンタクトホールの底部の面積を転送電極32,33の面積の閾値範囲として例えば1/855〜1 /7500となるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計した場合には、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、プラズマエッチング装置(ICPタイプ)ではパターン破壊が起こるところ、パターン破壊を防止することができる。 A contact hole of the contact plug 36B for applying a voltage to the transfer electrodes 32 and 33 to transfer the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit 2 is formed on the drive wiring layer 35 on the drive wiring layer 35 outside the pixel array region 20. It is formed through the films 10 and 12. At this time, since the total area of the transfer electrodes 32 and 33 having the same potential as that of the drive wiring layer 35 is almost uniquely determined by the required number of pixels and the chip size, the area of the bottom of the contact hole is transferred. In the case of designing by adjusting the size (diameter or one side) and the number of contact holes so that the threshold value of the area of the electrodes 32 and 33 exceeds, for example, 1/855, high plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more. Even if a high-density plasma etching apparatus (ICP type) is used, fine processing can be performed and the number of processes can be shortened without causing pattern destruction. Also, the contact hole size (diameter or one side) and the number of contact holes are adjusted so that the area of the bottom of the contact hole is, for example, 1/855 to 1/7500 as the threshold range of the area of the transfer electrodes 32 and 33. In this case, pattern destruction occurs in the plasma etching apparatus (ICP type) using a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. Pattern destruction can be prevented.

以上により、本実施形態3によれば、行毎の複数の画素部の両側から駆動配線層35をそれぞれ引き出してそれらの上にコンタクトプラグ36Bをそれぞれ設けることにより、画素アレイ領域20(撮像領域)において、コンタクトプラグ36Bとなるコンタクトホールの底部の総面積を最大限に増やすことができる。ここでは、1行分の複数の画素部21における転送電極32,33の総面積に対して、1行分の複数の画素部21の両側から引き出される駆動配線層35上の複数のコンタクトホールの底部の総面積の比率を大幅に増やすことができて、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いても、パターン破壊を起こすことなく、微細化加工および工数の短縮を実現できる閾値範囲を広げることができる。CCD型固体撮像素子の場合など、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いると、パターン破壊を起こす閾値以下の閾値範囲内の場合には、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いてコンタクトホールの形成を行ってパターン破壊を防止することができる。 As described above, according to the third embodiment, the pixel array region 20 (imaging region) is obtained by pulling out the drive wiring layers 35 from both sides of the plurality of pixel units for each row and providing the contact plugs 36B on them. The total area of the bottom of the contact hole that becomes the contact plug 36B can be increased to the maximum. Here, with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 in the plurality of pixel portions 21 for one row, a plurality of contact holes on the drive wiring layer 35 drawn from both sides of the plurality of pixel portions 21 for one row are provided. The ratio of the total area of the bottom can be greatly increased, and even if a plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used, patterning does not occur and miniaturization is performed. And the threshold range which can implement | achieve shortening of a man-hour can be expanded. When a plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used, such as in the case of a CCD type solid-state imaging device, 1 × Pattern destruction can be prevented by forming contact holes using a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less.

(実施形態4)
上記実施形態3では、一または複数のコンタクトホールの底部の総面積を調整するために行毎の複数の画素部21の両側から駆動配線層35をそれぞれ引き出してそれらの上にコンタクトプラグ36Bをそれぞれ形成することにより、画素アレイ領域20(撮像領域)において転送電極32,33の総面積に対する一または複数のコンタクトホールの底部の総面積の比を最大限に増やす場合について説明したが、本実施形態4では、コンタクトホールの底部の総面積を調整するために、行の複数の画素部21の両側から駆動配線層35をそれぞれ引き出すと共に、それらを一つ置きにそれぞれ接続した隣接1対の駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Cをそれぞれ形成することにより、画素アレイ領域20(撮像領域)においてコンタクトホールの底部の総面積を最小限に減らす場合について説明する。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, in order to adjust the total area of the bottoms of one or a plurality of contact holes, the drive wiring layers 35 are drawn from both sides of the plurality of pixel portions 21 for each row, and the contact plugs 36B are respectively formed thereon. The case where the ratio of the total area of the bottom of one or more contact holes to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 in the pixel array region 20 (imaging region) is maximized has been described. 4, in order to adjust the total area of the bottoms of the contact holes, the drive wiring layers 35 are drawn out from both sides of the plurality of pixel parts 21 in the row, and a pair of adjacent drive wirings connected to each other. The contact plugs 36C are formed on the layer 35, so that contact is made in the pixel array region 20 (imaging region). It will be described to reduce to a minimum the total area of the bottom of the hole.

図6は、本発明の実施形態4おけるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の接続構成例を模式的に示す平面図である。なお、図1、図2および図4に記載した構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。   FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of a pixel array region of a CCD solid-state imaging device and an external connection configuration in Embodiment 4 of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected and demonstrated to the member which show | plays the same effect as the structural member described in FIG.1, FIG2 and FIG.4.

図6において、本実施形態3のCCD型固体撮像素子1Cは、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部としての複数の光電変換部2が行列方向(縦横方向)に2次元でマトリクス状に配置されて画素アレイ領域20(撮像領域)を構成している。この光電変換部2と、その左側の2つの転送電極32、33とを有する平面視領域を画素部21として構成している。   In FIG. 6, in the CCD solid-state imaging device 1 </ b> C according to the third embodiment, a plurality of photoelectric conversion units 2 serving as a plurality of light receiving units that photoelectrically convert image light from a subject to capture two in the matrix direction (vertical and horizontal directions). The pixel array region 20 (imaging region) is configured by being arranged in a matrix with dimensions. A planar view region having the photoelectric conversion unit 2 and the two transfer electrodes 32 and 33 on the left side is configured as a pixel unit 21.

コンタクトプラグ36Cとなるコンタクトホールの底部の総面積を最小限に減らすように調整可能とするために、行毎の複数の画素部21の両側から駆動配線層35を外部にそれぞれ引き出すと共に、それらを一つ置きにそれぞれ駆動配線層35Cで接続した隣接1対の駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Cをそれぞれ形成する。なお、画素アレイ領域20では、10行目12列までしか図示されていないが、通常の撮像領域(画素アレイ領域20)ではそれ以上の多数の行列が存在する。   In order to make the adjustment possible so as to reduce the total area of the bottom of the contact hole that becomes the contact plug 36C, the drive wiring layer 35 is drawn out from both sides of the plurality of pixel portions 21 for each row, Contact plugs 36C are respectively formed on a pair of adjacent drive wiring layers 35 connected to each other by the drive wiring layer 35C. In the pixel array region 20, only the 10th row and the 12th column are shown, but in the normal imaging region (pixel array region 20), there are many more matrices.

光電変換部2に蓄積された信号電荷を読み出して転送する為に転送電極32,33へ電圧を印加するためのコンタクトプラグ36Cのコンタクトホールは、画素アレイ領域20の外部で駆動配線層35上に層間絶縁膜10,12を貫通して形成されている。このときに、駆動配線層35と同電位である転送電極32,33の総面積は、要求される画素数とチップサイズにより、ほぼ一義的に決定されるため、コンタクトホールの底部の面積を転送電極32,33の面積の閾値として例えば1/855を超えるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計した場合には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてもパターン破壊を起こすことなく、微細加工できて工数を短縮化することができる。また、コンタクトホールの底部の面積を転送電極32,33の面積の閾値範囲として例えば1/855〜1 /7500となるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計した場合には、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、プラズマエッチング装置(ICPタイプ)ではパターン破壊が起こるところ、パターン破壊を防止することができる。 A contact hole of a contact plug 36C for applying a voltage to the transfer electrodes 32 and 33 for reading out and transferring the signal charge accumulated in the photoelectric conversion unit 2 is formed on the drive wiring layer 35 outside the pixel array region 20. It is formed through the interlayer insulating films 10 and 12. At this time, since the total area of the transfer electrodes 32 and 33 having the same potential as that of the drive wiring layer 35 is almost uniquely determined by the required number of pixels and the chip size, the area of the bottom of the contact hole is transferred. In the case of designing by adjusting the size (diameter or one side) and the number of contact holes so that the threshold value of the area of the electrodes 32 and 33 exceeds, for example, 1/855, high plasma of 1 × 10 11 / cm 3 or more. Even if a high-density plasma etching apparatus (ICP type) is used, fine processing can be performed and the number of processes can be shortened without causing pattern destruction. Also, the contact hole size (diameter or one side) and the number of contact holes are adjusted so that the area of the bottom of the contact hole is, for example, 1/855 to 1/7500 as the threshold range of the area of the transfer electrodes 32 and 33. In this case, pattern destruction occurs in the plasma etching apparatus (ICP type) using a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. Pattern destruction can be prevented.

以上により、本実施形態4によれば、行毎の複数の画素部の両側から駆動配線層35をそれぞれ引き出すと共に、それらを一つ置きにそれぞれ接続した隣接1対の駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Cをそれぞれ設けることにより、画素アレイ領域20(撮像領域)においてコンタクトプラグ36Cとなるコンタクトホールの底部の総面積を最小限に減少させることができる。ここでは、1行置きの複数の画素部21(画素アレイ領域20の全転送電極32,33の約半分)における転送電極32,33の総面積に対して、1行分の複数の画素部21の両側から引き出すと共に、それらを一つ置きにそれぞれ接続した隣接1対の駆動配線層35上の複数のコンタクトホールの底部の総面積の比率を大幅に減らすことができて、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いても、パターン破壊を起こすことなく、微細化加工および工数の短縮を実現できる閾値範囲を広げることができる。1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いると、パターン破壊を起こす閾値を超える閾値範囲内の場合には、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いてコンタクトホールの形成を行ってパターン破壊を防止することができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the drive wiring layer 35 is drawn out from both sides of the plurality of pixel units for each row, and contacts are made on the adjacent pair of drive wiring layers 35 respectively connected to every other one. By providing the plugs 36C, the total area of the bottoms of the contact holes that become the contact plugs 36C in the pixel array region 20 (imaging region) can be reduced to the minimum. Here, the plurality of pixel portions 21 for one row with respect to the total area of the transfer electrodes 32 and 33 in the plurality of pixel portions 21 in every other row (about half of all the transfer electrodes 32 and 33 in the pixel array region 20). along with pulling out from both sides, it is possible to reduce the ratio of the total area of the bottom of the plurality of contact holes on the drive wiring layers 35 of the adjacent pair connected respectively to every other them greatly, 1 × 10 11 / Even if a plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of cm 3 or more is used, the threshold range in which miniaturization and reduction of man-hours can be realized without causing pattern destruction. When a plasma etching apparatus (ICP type) having a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more is used, if it is within a threshold range exceeding the threshold value causing pattern destruction, 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 A contact hole can be formed using a plasma etching apparatus (RIE type) with a low plasma density of 11 / cm 3 or less to prevent pattern destruction.

なお、上記実施形態3では、画素アレイ領域20(撮像領域)においてコンタクトホールの底部の総面積を最大限に増やす場合について説明し、本実施形態4では、画素アレイ領域20(撮像領域)においてコンタクトホールの底部の総面積を最小限に減らす場合について説明したが、これに限らず、上記実施形態3のコンタクトホール底部の総面積が最大の場合と、本実施形態4のコンタクトホール底部の総面積が最小の場合との間のコンタクトホール底部の総面積をコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計することができる。その事例について図7を用いて説明する。   In the third embodiment, a case where the total area of the bottoms of the contact holes is maximized in the pixel array region 20 (imaging region) will be described. In the fourth embodiment, the contact in the pixel array region 20 (imaging region) is described. Although the case where the total area of the bottom of the hole is reduced to the minimum has been described, the present invention is not limited to this, and the total area of the bottom of the contact hole of the third embodiment and the total area of the bottom of the contact hole of the fourth embodiment are not limited thereto. The total area of the bottom of the contact hole between the minimum and the minimum can be designed by adjusting the size (diameter or one side) and the number of contact holes. The case will be described with reference to FIG.

図7は、本発明の実施形態4おけるCCD型固体撮像素子の画素アレイ領域およびその外部の他の接続構成例を模式的に示す平面図である。   FIG. 7 is a plan view schematically showing another connection configuration example of the pixel array region of the CCD type solid-state imaging device and the outside thereof in the fourth embodiment of the present invention.

図7において、コンタクトプラグ36Dとなるコンタクトホールの底部の総面積を調整するために、行毎の複数の画素部21の両側から駆動配線層35を外部にそれぞれ引き出すと共に、駆動配線層35とその一つ置きの駆動配線層35を駆動配線層35Dでそれぞれ接続したものと、その駆動配線層35に隣接した駆動配線層35とその一つ置きの駆動配線層35を駆動配線層35Dでそれぞれ接続したものとの隣接1対の駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Dをそれぞれ形成する。この4行を繰り返し形成して、4行毎の搬送用隣接1対の駆動配線層35上にコンタクトプラグ36Dをそれぞれ形成する。なお、ここでは、画素アレイ領域20では10行目12列までしか図示されていないが、通常の撮像領域(画素アレイ領域20)ではそれ以上の多数の行列が存在する。   In FIG. 7, in order to adjust the total area of the bottom of the contact hole that becomes the contact plug 36D, the drive wiring layer 35 is drawn out from both sides of the plurality of pixel portions 21 for each row, and the drive wiring layer 35 and its Every other driving wiring layer 35 is connected by a driving wiring layer 35D, and each driving wiring layer 35 adjacent to the driving wiring layer 35 and every other driving wiring layer 35 are connected by a driving wiring layer 35D. Contact plugs 36D are respectively formed on a pair of drive wiring layers 35 adjacent to the above. The four rows are repeatedly formed, and contact plugs 36D are formed on the pair of adjacent drive wiring layers 35 for conveyance for every four rows. Here, only the 10th row and the 12th column are shown in the pixel array region 20, but there are many more matrices in the normal imaging region (pixel array region 20).

(実施形態5)
上記実施形態1〜4では、パターン破壊を防止するために、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いてコンタクトホールを形成する特徴構成をCCD型固体撮像素子1および1A〜1Dのいずれかに適用した場合について説明したが、本実施形態5では、パターン破壊を防止するために、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いてコンタクトホールを形成する特徴構成をCMOS型固体撮像素子1Eに適用した場合について説明する。
(Embodiment 5)
In the first to fourth embodiments, in order to prevent pattern destruction, contact holes are formed using a plasma etching apparatus (RIE type) having a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. Although the case where the characteristic configuration to be formed is applied to any of the CCD type solid-state imaging devices 1 and 1A to 1D has been described, in the fifth embodiment, in order to prevent pattern destruction, 1 × 10 10 / cm 3 or more 1 A case will be described in which a characteristic configuration in which contact holes are formed using a plasma etching apparatus (RIE type) with a low plasma density of × 10 11 / cm 3 or less is applied to the CMOS solid-state imaging device 1E.

CMOS型固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)は、CCD型固体撮像素子1、1A〜1D(CCDイメージセンサ)のように、CCD構造の垂直転送レジスタ3により、入射光を光電変換する各光電変換部2からの信号電荷をそれぞれ垂直方向に電荷転送し、垂直転送レジスタ3からの各信号電荷をCCD構造の水平転送レジスタ(図示せず)により水平方向に電荷転送するCCD構造を使用せず、メモリデバイスのようにアルミニュウム(Al)配線などで構成される制御線によって、画素毎に光電変換部から信号電荷を読み出してそれを電圧変換し、その変換電圧に応じて信号を増幅した画素部毎の各撮像信号を、選択画素から順次読み出すようになっている。   The CMOS type solid-state imaging device (CMOS image sensor) is a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light by a vertical transfer register 3 having a CCD structure, like the CCD type solid-state imaging device 1 and 1A to 1D (CCD image sensor). The signal charge from 2 is transferred in the vertical direction, and each signal charge from the vertical transfer register 3 is transferred in the horizontal direction by a horizontal transfer register (not shown) of the CCD structure without using a CCD structure. A control line composed of aluminum (Al) wiring or the like like a device reads out a signal charge from a photoelectric conversion unit for each pixel, converts it into voltage, and amplifies the signal according to the conversion voltage for each pixel unit. Each imaging signal is sequentially read from the selected pixel.

CCD型固体撮像素子1、1A〜1Dの電荷転送用のCCD構造における転送電極32,33がフローティング状態であり、撮像領域に占める総面積が非常に広いだけではなく、ゲート酸化膜7または7Aを介して基板4と接近して対向していることから、転送電極32,33の帯電容量が非常に大きい。このために、CCD型固体撮像素子1、1A〜1Dの製造において、微細加工プロセスで生じる従来の症状(反応生成物がコンタクトホール底面にたまることで導通不良)とは異なる症状(パターン破壊)が発生する。このような新規な課題を解決するために、上記実施形態1では、コンタクトホールの底部の総面積を転送電極32,33の総面積の閾値として1/855を超えるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計できた場合には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてパターン破壊が起こすことなく、微細加工できて工数を短縮化することができる。また、コンタクトホールの底部の総面積を転送電極32,33の総面積の閾値範囲として1/855〜1 /7500となるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計できた場合には、1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、プラズマエッチング装置(ICPタイプ)ではパターン破壊が起こるところ、パターン破壊を防止することができる。このことは、図8に示すCMOS固体撮像素子1Eにも適用させることができる。 The transfer electrodes 32 and 33 in the CCD structure for charge transfer of the CCD type solid-state imaging device 1, 1 </ b> A to 1 </ b> D are in a floating state, and not only the total area occupied in the imaging region is very wide, but also the gate oxide film 7 or 7 </ b> A is provided. Therefore, the charging capacity of the transfer electrodes 32 and 33 is very large. For this reason, in the manufacture of the CCD type solid-state imaging device 1, 1A to 1D, there is a symptom (pattern destruction) that is different from the conventional symptom that occurs in the microfabrication process (conduction failure due to accumulation of reaction product on the bottom of the contact hole). Occur. In order to solve such a new problem, in the first embodiment, the size (diameter of the contact hole) is set so that the total area of the bottom of the contact hole exceeds 1/855 as a threshold of the total area of the transfer electrodes 32 and 33. If one side) and the number can be adjusted, the pattern can be finely processed without causing pattern destruction using a plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more. The man-hour can be shortened. Further, the size (diameter or one side) and the number of contact holes are adjusted so that the total area of the bottom of the contact hole is 1/855 to 1/7500 as the threshold range of the total area of the transfer electrodes 32 and 33. If possible, pattern destruction occurs in the plasma etching apparatus (ICP type) using a plasma etching apparatus (RIE type) with a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less. However, pattern destruction can be prevented. This can also be applied to the CMOS solid-state imaging device 1E shown in FIG.

以下、本実施形態5のCMOS固体撮像素子1Eの要部構成例について図8を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, a configuration example of a main part of the CMOS solid-state imaging device 1E according to the fifth embodiment will be described in detail with reference to FIG.

図8は、本発明の実施形態5に係るCMOS固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。   FIG. 8 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a CMOS solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.

図8において、本実施形態5のCMOS固体撮像素子1Eは、基板41上に複数の画素部42がマトリクス状に配置されている。各画素部42には、その半導体基板41の表面層として、画素部42毎に光電変換部43(受光部としてのフォトダイオード)が形成されている。この光電変換部43に隣接して、信号電荷がフローティングディヒュージョン部(電荷電圧変換部)FDに電荷転送するための電荷転送トランジスタの電荷転送部44が設けられている。この電荷転送部44上には、ゲート酸化膜45を介して引き出し電極である転送電極46が設けられている。さらに、この光電変換部43毎にフローティングディヒュージョン部FDに電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅トランジスタ(図示せず)で増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路を有している。   In FIG. 8, in the CMOS solid-state imaging device 1E according to the fifth embodiment, a plurality of pixel portions 42 are arranged on a substrate 41 in a matrix. In each pixel portion 42, a photoelectric conversion portion 43 (photodiode as a light receiving portion) is formed for each pixel portion 42 as a surface layer of the semiconductor substrate 41. Adjacent to the photoelectric conversion unit 43, a charge transfer unit 44 of a charge transfer transistor for transferring signal charges to a floating diffusion unit (charge voltage conversion unit) FD is provided. On the charge transfer portion 44, a transfer electrode 46 as an extraction electrode is provided via a gate oxide film 45. Further, the signal charge transferred to the floating diffusion unit FD is converted into a voltage for each photoelectric conversion unit 43, and is amplified by an amplification transistor (not shown) in accordance with the converted voltage to be used as an imaging signal for each pixel unit. A reading circuit for reading is provided.

この読出回路として、フローティングディヒュージョン部FDを所定電圧(例えば電源電圧)にリセットするためのリセットトランジスタおよび、リセット後にフローティングディヒュージョン部FDの電位に応じて信号を増幅して信号線に信号を出力する増幅トランジスタがロジックトランジスタ領域47に設けられる。このロジックトランジスタ領域47が画素部42毎に素子分離層STIを間に介して設けられている。   As the readout circuit, a reset transistor for resetting the floating diffusion portion FD to a predetermined voltage (for example, a power supply voltage), and a signal is amplified according to the potential of the floating diffusion portion FD after the reset and a signal is output to the signal line. An amplifying transistor is provided in the logic transistor region 47. The logic transistor region 47 is provided for each pixel portion 42 with an element isolation layer STI interposed therebetween.

これらの転送電極46、フローティングディヒュージョン部FDおよびロジックトランジスタ領域47の上方には、この読出回路の回路配線部や、転送電極46およびフローティングディヒュージョン部FDに接続される回路配線部が設けられている。ゲート酸化膜45および転送電極46上には層間絶縁膜48が形成され、その上に配線層49が形成され、その上に別の層間絶縁膜50が形成され、その上に別の配線層51が形成されることにより上記回路配線部が構成されている。   Above the transfer electrode 46, the floating diffusion portion FD, and the logic transistor region 47, a circuit wiring portion of the readout circuit and a circuit wiring portion connected to the transfer electrode 46 and the floating diffusion portion FD are provided. Yes. An interlayer insulating film 48 is formed on the gate oxide film 45 and the transfer electrode 46, a wiring layer 49 is formed thereon, another interlayer insulating film 50 is formed thereon, and another wiring layer 51 is formed thereon. The circuit wiring portion is configured by forming.

また、これらの配線層49と転送電極46間、配線層49とフローティングディヒュージョン部FD間、配線層49とロジックトランジスタ領域47のソース(S)/ドレイン(D)およびゲート(G)間にそれぞれ、導電性材料(例えばタングステン)からなるコンタクトプラグ52がそれぞれ形成され、また、各配線層49とその上の各配線層51間にそれぞれ各コンタクトプラグ53がそれぞれ形成されて、アルミニュウムや銅などからなる配線層49、51と転送電極46、フローティングディヒュージョン部FDおよびロジックトランジスタ領域47のソース(S)/ドレイン(D)およびゲート(G)との間が電気的にそれぞれ接続されている。   Also, between the wiring layer 49 and the transfer electrode 46, between the wiring layer 49 and the floating diffusion portion FD, and between the wiring layer 49 and the source (S) / drain (D) and gate (G) of the logic transistor region 47, respectively. In addition, contact plugs 52 made of a conductive material (for example, tungsten) are formed, and contact plugs 53 are formed between each wiring layer 49 and each wiring layer 51 thereon, and are made of aluminum, copper, or the like. The wiring layers 49 and 51 are electrically connected to the transfer electrode 46, the floating diffusion portion FD, and the source (S) / drain (D) and gate (G) of the logic transistor region 47, respectively.

この層間絶縁膜50上には、各光電変換部43に対応するように光電変換部43毎に配置されたR,G,Bの各色配列(例えばベイヤー配列)のカラーフィルタ54が形成され、さらに、その上に平坦化膜(図示せず)を介して、各光電変換部43に対応するように光電変換部43への集光用のマイクロレンズ55が形成されている。この場合、マイクロレンズ55がカラーフィルタ材料で形成されていてもよく、この場合には、上記カラーフィルタ54およびその平坦化膜は別途不要となる。   On the interlayer insulating film 50, color filters 54 of R, G, B color arrangement (for example, Bayer arrangement) arranged for each photoelectric conversion unit 43 so as to correspond to the photoelectric conversion units 43 are formed. A microlens 55 for condensing light to the photoelectric conversion unit 43 is formed on the photoelectric conversion unit 43 via a planarizing film (not shown). In this case, the microlens 55 may be formed of a color filter material. In this case, the color filter 54 and its planarization film are not required separately.

帯電容量の高いフローティング状態は、転送電極46と、ロジックトランジスタ領域47のゲート(G)があるが、ここでは、転送電極46について説明する。高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてコンタクトホールを形成するとパターン破壊を起こす閾値範囲(面積比範囲)で、低プラズマ密度のプラズマエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、転送電極46に接続されるコンタクトプラグ53になるコンタクトホールを形成することにより、コンタクトホールのパターン破壊を防止できる本発明をCMOS型固体撮像素子1Eの転送電極46に適用することができる。   The floating state with a high charging capacity includes the transfer electrode 46 and the gate (G) of the logic transistor region 47. Here, the transfer electrode 46 will be described. When a contact hole is formed using a high plasma density plasma etching apparatus (ICP type), a transfer electrode 46 is formed using a low plasma density plasma etching apparatus (RIE type) within a threshold range (area ratio range) that causes pattern destruction. By forming a contact hole that becomes the contact plug 53 connected to the contact hole 53, the present invention that can prevent the pattern destruction of the contact hole can be applied to the transfer electrode 46 of the CMOS type solid-state imaging device 1E.

例えばゲート酸化膜45の膜厚が20nmとすると、上記実施形態1の場合と同様に、コンタクトホール形成時点で、配線層49に接続され電気的に浮遊状態である転送電極46の総面積に対して1/855〜1 /7500のコンタクトホールの総底面積の閾値範囲内に設計できれば、プラズマ密度が1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下の低プラズマ密度のプラズマドライエッチング装置(RIEタイプ)を用いて、配線層49上の一または複数の接続孔としてのコンタクトホールを形成することにより、プラズマ処理によるウエハ帯電によりコンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止することができる。 For example, if the thickness of the gate oxide film 45 is 20 nm, the total area of the transfer electrode 46 that is connected to the wiring layer 49 and is in an electrically floating state at the time of contact hole formation is the same as in the first embodiment. Plasma dry etching with a low plasma density of 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less if it can be designed within the threshold range of the total bottom area of contact holes of 1/855 to 1/7500. By forming a contact hole as one or a plurality of connection holes on the wiring layer 49 using an apparatus (RIE type), the electrically conductive layer is electrically unstable from the contact hole due to wafer charging by plasma processing. It is possible to prevent pattern destruction and further causing resistance abnormality.

また、コンタクトプラグ53になるコンタクトホールの底部の総面積を一または複数の転送電極46の総面積の閾値として1/855を超えるようにコンタクトホールの寸法(直径または1辺)および個数を調整して設計できた場合(1 /855〜1 /7500の範囲外)には、1×1011/cm3以上の高プラズマ密度のプラズマエッチング装置(ICPタイプ)を用いてパターン破壊が起こすことなく、微細加工できて工数を短縮化することができる。 Further, the size (diameter or one side) and the number of contact holes are adjusted so that the total area of the bottom of the contact hole that becomes the contact plug 53 exceeds 1/855 as a threshold of the total area of one or a plurality of transfer electrodes 46. Can be designed (outside the range of 1/855 to 1/7500) using a plasma etching apparatus (ICP type) with a high plasma density of 1 × 10 11 / cm 3 or more without causing pattern destruction, Microfabrication can be performed and man-hours can be shortened.

以上のように、本実施形態5によれば、CMOS型固体撮像素子1Eを製造する際に、高画素化が要望される中で、画素アレイの構造と画素アレイ内の転送電極46の総面積と同電位となる配線層49上のコンタクトプラグ53(コンタクトホール)の底総面積とを最適化して設計し、その設計値に応じて、それに対応したコンタクトホールのプラズマドライエッチングにおけるプラズマ密度を高プラズマ密度と低プラズマ密度との間でコントロールすることによりチップ内に蓄積する電荷を抑制して、プラズマ処理によるウエハ帯電によりコンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   As described above, according to the fifth embodiment, the structure of the pixel array and the total area of the transfer electrode 46 in the pixel array are demanded in the demand for higher pixels when manufacturing the CMOS solid-state imaging device 1E. The total bottom area of the contact plug 53 (contact hole) on the wiring layer 49 having the same potential as that of the contact hole 53 is optimized and the plasma density in plasma dry etching of the corresponding contact hole is increased according to the design value. By controlling between the plasma density and the low plasma density, the charge accumulated in the chip is suppressed, and pattern destruction occurs in electrically unstable portions of the conductive layer from the contact hole due to wafer charging by plasma processing. Furthermore, it is possible to prevent abnormal resistance and to realize a high pixel with a predetermined chip size.

要するに、単位コンタクトホール面積当たりのゲート容量を制約するかまたは、そのゲート容量が閾値を超えた場合には低密度プラズマ設備によりコンタクトホールを形成するため、コンタクトホール加工をパターン破壊なく安定化させ、より高画素のCMOS型固体撮像素子1Eを製造することができる。   In short, to limit the gate capacity per unit contact hole area, or to form a contact hole with low-density plasma equipment when the gate capacity exceeds the threshold, stabilize the contact hole processing without pattern destruction, A CMOS-type solid-state imaging device 1E having higher pixels can be manufactured.

(実施形態6)
上記実施形態1〜5を踏まえて、本実施形態6では、固体撮像素子の製造方法として、基板上にゲート絶縁膜を介して、入射光を光電変換する光電変換部2からの電荷を転送するための転送電極を形成する電荷転送電極形成工程と、その転送電極に接続された配線層上の層間絶縁膜に、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数のコンタクトホール(接続孔)の総面積Bの比B/Aに応じて、コンタクトホール(接続孔)のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択して、配線層に至る一または複数のコンタクトホール(接続孔)を形成する接続孔形成工程とを有する場合である。
(Embodiment 6)
In light of the above Embodiments 1 to 5, in Embodiment 6, as a method for manufacturing a solid-state imaging device, charges from the photoelectric conversion unit 2 that photoelectrically converts incident light are transferred onto a substrate via a gate insulating film. A charge transfer electrode forming step for forming a transfer electrode for the electrode, and an interlayer insulating film on the wiring layer connected to the transfer electrode, with one or a plurality of contact holes (connection holes) for the total area A of the charge transfer electrode Depending on the ratio B / A of the total area B, either high plasma density or low plasma density plasma etching treatment is selected to prevent contact hole (connection hole) pattern destruction, and the wiring layer is reached. Alternatively, a connection hole forming step of forming a plurality of contact holes (connection holes) is included.

電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aを閾値(基準値)と比較して、接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択する。   The ratio B / A of the total area B of one or more connection holes to the total upper area A of the charge transfer electrode is compared with a threshold value (reference value), and a high plasma density and a low plasma density are prevented so as to prevent pattern destruction of the connection holes. Select one of the plasma etching processes of plasma density.

前述したように、低プラズマ密度(RIEタイプ)は1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下であり、高プラズマ密度(ICPタイプ)は1×1011/cm3を超える密度である。前述したように、低プラズマ密度のプラズマエッチング処理は、ArガスとO2またはCOガスのうちの少なくとも一つのガスと、C46、C58、C48およびC26のうちの一または複数のガスとを用いる。 As described above, the low plasma density (RIE type) is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less, and the high plasma density (ICP type) is a density exceeding 1 × 10 11 / cm 3. It is. As described above, the low plasma density plasma etching process includes Ar gas and at least one gas of O 2 or CO gas, C 4 F 6 , C 5 F 8 , C 4 F 8 and C 2 F 6. One or more of these gases are used.

また、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数のコンタクトホール(接続孔)の総面積Bの比B/Aが所定の閾値面積比1/C(実施形態1では、実験結果からICPタイプでもパターン破壊が生じない閾値1/855を超える値に調整)よりも大きいときは高プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行い、電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数のコンタクトホール(接続孔)の総面積Bの比B/Aが所定の閾値面積比1/C(実施形態1ではRIEタイプだけでは閾値1/855であるが、実験結果からICPタイプでもパターン破壊が生じない閾値1/855を超える値に調整)〜1/7500の範囲内のときは前記低プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行う。   Further, the ratio B / A of the total area B of one or a plurality of contact holes (connection holes) to the total upper area A of the charge transfer electrode is a predetermined threshold area ratio 1 / C (in the first embodiment, the ICP type from the experimental results) However, if the value is larger than the threshold value 1/855 at which pattern destruction does not occur, plasma etching treatment with high plasma density is performed, and one or more contact holes (connection holes) for the total area A of the charge transfer electrode The ratio B / A of the total area B is a predetermined threshold area ratio 1 / C (threshold 1/855 for the RIE type alone in the first embodiment, but from the experimental results, the threshold 1/855 at which pattern destruction does not occur even with the ICP type. If the value is within the range of 1/7500, the low plasma density plasma etching process is performed.

以上のように、本実施形態6によれば、転送電極の総面積Aと同電位となるコンタクトホールの底総面積Bとの比B/Aを最適化して設計し、それに対応したコンタクトホールのプラズマドライエッチングにおけるプラズマ密度を高プラズマ密度と低プラズマ密度との間でコントロールすることによりチップ内に蓄積する電荷を抑制して、プラズマ処理によるウエハ帯電によりコンタクトホールから配線層への電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   As described above, according to the sixth embodiment, the ratio B / A between the total area A of the transfer electrodes and the total bottom area B of the contact hole having the same potential is designed to be optimized, and the contact hole corresponding thereto is designed. By controlling the plasma density in plasma dry etching between a high plasma density and a low plasma density, the charge accumulated in the chip is suppressed, and the electrical charge from the contact hole to the wiring layer due to wafer charging by plasma processing is suppressed. It is possible to prevent pattern destruction at a stable location and further to cause resistance abnormality, and it is possible to increase the number of pixels with a predetermined chip size.

要するに、単位コンタクトホール面積当たりのゲート容量を制約するかまたは、そのゲート容量が閾値を超えた場合には低密度プラズマ設備(RIEタイプ)によりコンタクトホールを形成するため、コンタクトホール加工をパターン破壊なく安定化させ、より高画素の固体撮像素子を高品質で製造することができる。   In short, if the gate capacity per unit contact hole area is constrained or the gate capacity exceeds a threshold value, contact holes are formed by low density plasma equipment (RIE type), so that contact hole processing can be performed without pattern destruction. It is possible to stabilize and manufacture a solid-state imaging device having higher pixels with high quality.

(実施形態7)
図9は、本明の実施形態7として、本発明の実施形態1〜6のCCD型固体撮像素子1、1A〜1DおよびCMOS型固体撮像素子1Eのいずれかを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 7)
FIG. 9 shows, as Embodiment 7 of the present invention, an electronic information device using any one of the CCD type solid-state imaging devices 1 and 1A to 1D and the CMOS type solid-state imaging device 1E according to Embodiments 1 to 6 of the present invention as an imaging unit. It is a block diagram which shows the example of schematic structure.

図9において、本実施形態7の電子情報機器90は、本発明の実施形態1〜6のCCD型固体撮像素子1、1A〜1DおよびCMOS型固体撮像素子1Eのいずれかの撮像部91と、この撮像部からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この撮像部91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部93と、この撮像部91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部94と、この撮像部91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、撮像部91の他に、メモリ部92と、表示部93と、通信部94と、プリンタなどの画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。   In FIG. 9, an electronic information device 90 according to the seventh embodiment includes an imaging unit 91 that is one of the CCD solid-state imaging devices 1 and 1A to 1D and the CMOS solid-state imaging device 1E according to the first to sixth embodiments of the present invention, A memory unit 92 such as a recording medium that enables data recording after the color image signal from the image pickup unit is processed for a predetermined signal for recording, and the color image signal from the image pickup unit 91 is subjected to a predetermined signal process for display A display unit 93 such as a liquid crystal display device that can be displayed on a display screen such as a liquid crystal display screen later, and transmission / reception that enables communication processing after performing predetermined signal processing for color image signals from the imaging unit 91 for communication A communication unit 94 such as an apparatus, and an image output unit 95 such as a printer that can perform print processing after performing a predetermined print signal processing for color image signals from the imaging unit 91 for printing. That. The electronic information device 90 is not limited to this, but in addition to the imaging unit 91, at least one of a memory unit 92, a display unit 93, a communication unit 94, and an image output unit 95 such as a printer. You may have.

この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。   As described above, the electronic information device 90 includes, for example, a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an in-vehicle camera such as a surveillance camera, a door phone camera, and an in-vehicle rear surveillance camera, and a video phone camera. An electronic device having an image input device such as an image input camera, a scanner device, a facsimile device, a camera-equipped mobile phone device, and a portable terminal device (PDA) is conceivable.

したがって、本実施形態7によれば、コンタクトホール加工をパターン破壊なく安定化させることができて、より高画素の上記実施形態1〜6のCCD型固体撮像素子1、1A〜1DおよびCMOS型固体撮像素子1Eのいずれかを撮像部に用いた高品質な電子情報機器を得ることができる。   Therefore, according to the seventh embodiment, the contact hole processing can be stabilized without pattern destruction, and the CCD solid-state imaging devices 1 and 1A to 1D and the CMOS solid-state of the first to sixth embodiments having higher pixels. It is possible to obtain a high-quality electronic information device using any one of the imaging elements 1E for the imaging unit.

これによって、この撮像部91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。   As a result, based on the color image signal from the imaging unit 91, it can be displayed on the display screen, or it can be printed out (printed) by the image output unit 95 on the paper. The communication data can be satisfactorily communicated by wire or wirelessly, can be stored favorably by performing predetermined data compression processing in the memory unit 92, and various data processing can be satisfactorily performed.

なお、以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜7を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜7に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜7の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。   In addition, as mentioned above, although this invention was illustrated using preferable Embodiment 1-7 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-7. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments 1 to 7 of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.

本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この製造方法により作製された固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、プラズマ処理によるウエハ帯電により、コンタクトホールから導電層の電気的に不安定な箇所でパターン破壊を生じてさらには抵抗異常を引き起こすことを防止できて、所定のチップサイズでの高画素化を実現できる。   The present invention relates to a solid-state imaging device configured by a semiconductor element that photoelectrically converts image light from a subject to capture an image, a manufacturing method thereof, and a solid-state imaging device manufactured by the manufacturing method as an image input device for an imaging unit. Plasma processing in the field of electronic information devices such as digital cameras such as digital video cameras and digital still cameras, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras. Due to the wafer charging, it is possible to prevent the pattern breakdown from occurring in the electrically unstable portion of the conductive layer from the contact hole and further to cause the resistance abnormality, and it is possible to realize a high pixel with a predetermined chip size.

1、1A〜1D CCD型固体撮像素子
2 光電変換部
3 CCD構造の垂直転送レジスタ
31 垂直電荷転送部(転送チャンネル)
32、33 転送電極
34、36、36B〜36D コンタクトプラグ
35、35C、35D 駆動配線層
4 基板
5 信号読出部
6 チャネルストップ
7、7A ゲート酸化膜
8 反射防止膜
9、10、12 層間絶縁膜
11 遮光膜
13 光導波路部材
14 カラーフィルタ
15 マイクロレンズ
20 画素アレイ領域
21 画素部
1E CMOS固体撮像素子
41 基板
42 画素部
43 光電変換部
44 電荷転送部
45 ゲート酸化膜
46 転送ゲート(転送電極)
47 ロジックトランジスタ領域
48、50 層間絶縁膜
49、51 配線層
52、53 コンタクトプラグ
54 カラーフィルタ
55 マイクロレンズ
STI 素子分離層
FD フローティングディヒュージョン部
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示部
94 通信部
95 画像出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A-1D CCD type solid-state image sensor 2 Photoelectric conversion part 3 Vertical transfer register of CCD structure 31 Vertical charge transfer part (transfer channel)
32, 33 Transfer electrode 34, 36, 36B to 36D Contact plug 35, 35C, 35D Drive wiring layer 4 Substrate 5 Signal readout unit 6 Channel stop 7, 7A Gate oxide film 8 Antireflection film 9, 10, 12 Interlayer insulating film 11 Light shielding film 13 Optical waveguide member 14 Color filter 15 Micro lens 20 Pixel array region 21 Pixel unit 1E CMOS solid-state imaging device 41 Substrate 42 Pixel unit 43 Photoelectric conversion unit 44 Charge transfer unit 45 Gate oxide film 46 Transfer gate (transfer electrode)
47 Logic transistor region 48, 50 Interlayer insulating film 49, 51 Wiring layer 52, 53 Contact plug 54 Color filter 55 Micro lens STI Element isolation layer FD Floating diffusion part 90 Electronic information device 91 Solid-state imaging device 92 Memory part 93 Display part 94 Communication unit 95 Image output unit

Claims (6)

入射光を光電変換する光電変換部からの電荷を転送するための電荷転送電極に接続された配線層上の層間絶縁膜に、該電荷転送電極の総上面積Aに対する一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aを閾値と比較して、該接続孔のパターン破壊を防止するように高プラズマ密度と低プラズマ密度のいずれかのプラズマエッチング処理を選択して、該配線層に至る該一または複数の接続孔を形成する接続孔形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。   One or a plurality of connection holes for the total area A of the charge transfer electrode is formed on the interlayer insulating film on the wiring layer connected to the charge transfer electrode for transferring the charge from the photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light. The ratio B / A of the total area B is compared with a threshold value, and either high plasma density or low plasma density plasma etching treatment is selected so as to prevent pattern destruction of the connection hole, and the wiring layer is reached. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising a connection hole forming step for forming the one or more connection holes. 前記低プラズマ密度は1×1010/cm3以上1×1011/cm3以下であり、前記高プラズマ密度は1×1011/cm3を超える密度である請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the low plasma density is 1 × 10 10 / cm 3 or more and 1 × 10 11 / cm 3 or less, and the high plasma density is a density exceeding 1 × 10 11 / cm 3. Manufacturing method. 前記低プラズマ密度のプラズマエッチング処理は、ArガスとO2またはCOガスのうちの少なくとも一つのガスと、C46、C58、C48およびC26のうちの一または複数のガスとを用いる請求項2に記載の固体撮像素子の製造方法。 The low plasma density plasma etching process includes Ar gas and at least one of O 2 or CO gas and one of C 4 F 6 , C 5 F 8 , C 4 F 8 and C 2 F 6. Or the manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 2 using several gas. 前記電荷転送電極の総上面積Aに対する前記一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aが前記所定閾値面積比1/Cよりも大きいときは前記高プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行い、該電荷転送電極の総上面積Aに対する該一または複数の接続孔の総面積Bの比B/Aが該所定閾値面積比1/C〜1/7500の範囲内のときは前記低プラズマ密度のプラズマエッチング処理を行う請求項1または2に記載の固体撮像素子の製造方法。   When the ratio B / A of the total area B of the one or more connection holes to the total upper area A of the charge transfer electrode is larger than the predetermined threshold area ratio 1 / C, the plasma etching process with the high plasma density is performed. When the ratio B / A of the total area B of the one or more connection holes to the total area A of the charge transfer electrode is in the range of the predetermined threshold area ratio 1 / C to 1/7500, the low plasma density The manufacturing method of the solid-state image sensor of Claim 1 or 2 which performs plasma etching process of this. 基板上にゲート絶縁膜を介して前記電荷転送電極を形成する電荷転送電極形成工程を前記接続孔形成工程の前に有する請求項1に記載の固体撮像素子の製造方法。   The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a charge transfer electrode forming step of forming the charge transfer electrode on a substrate via a gate insulating film before the connection hole forming step. 請求項1〜5のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法により製造された固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。   An electronic information device using a solid-state imaging device manufactured by the method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 1 as an image input device for an imaging unit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108931203A (en) * 2017-05-26 2018-12-04 株式会社迪思科 Measure the device of the method for the curvature of chip and the curvature of measurement chip

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