JP2003273345A - Solid-state image sensing element and its manufacturing method - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオカメラやデ
ジタルカメラに用いられるCCD(Charge Coupled Dev
ice )撮像素子などの固体撮像素子およびその製造方法
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD (Charge Coupled Dev) used in video cameras and digital cameras.
The present invention relates to a solid-state image sensor such as an image sensor and a method for manufacturing the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】CCD撮像素子の転送電極は、隣り合う
転送電極同士を重ね合わせた2層電極構造(複数電極)
のものが主流であったが、近年電極構造の簡素化、製造
工程の簡略化、および製造コストの低減化が要求されて
おり、隣り合う転送電極同士を重ね合わせない単層電極
構造(単電極)を形成するためのプロセス技術が開発さ
れている。2. Description of the Related Art Transfer electrodes of a CCD image pickup device have a two-layer electrode structure (a plurality of electrodes) in which adjacent transfer electrodes are superposed on each other.
However, in recent years, simplification of the electrode structure, simplification of the manufacturing process, and reduction of the manufacturing cost have been demanded, and a single-layer electrode structure (single electrode) in which adjacent transfer electrodes are not superposed on each other is required. ) Has been developed.
【0003】この単層電極構造の電極膜の材料として
は、アモルファスシリコン(a−Si)等のシリコン系
膜がある。しかし、このシリコン系膜のシート抵抗値は
数十Ωであるため、比較的イメージング領域の大きな、
例えば20〜30nm程度のサイズのCCD撮像素子に
用いると、垂直転送部に接続された配線部での駆動電圧
パルス信号の伝播遅延による転送不良が問題となってし
まう。これは、このようなCCD撮像素子では、イメー
ジング領域の横方向長さが長く、配線部の配線長が長く
なるため、シート抵抗値が数十Ωであるシリコン系膜等
では、駆動電圧パルス信号がバスラインに近い方の垂直
転送部に伝わるまでに要する時間およびバスラインから
遠い位置の垂直転送部に伝わるまでに要する時間のそれ
ぞれの間に有意な差が生じる傾向があるからである。As a material for the electrode film having the single-layer electrode structure, there is a silicon-based film such as amorphous silicon (a-Si). However, since the sheet resistance value of this silicon-based film is several tens of Ω, the imaging area is relatively large.
For example, when it is used in a CCD image pickup device having a size of about 20 to 30 nm, a transfer failure due to a propagation delay of a drive voltage pulse signal in a wiring section connected to a vertical transfer section becomes a problem. This is because, in such a CCD image pickup device, the lateral length of the imaging region is long and the wiring length of the wiring portion is long. Therefore, in a silicon-based film having a sheet resistance value of tens of Ω, a driving voltage pulse signal is generated. This is because there is a tendency that there is a significant difference between the time required to reach the vertical transfer section closer to the bus line and the time required to reach the vertical transfer section located far from the bus line.
【0004】このような背景から、単層電極構造の電極
膜の材料として、シート抵抗値が数Ωと従来の材質より
小さな高融点金属膜や、この高融点金属のシリサイド膜
を採用する製造プロセスが提案されている。具体的に
は、このシリサイド膜を構成する高融点金属としてタン
グステン(W)を用いると、例えばタングステンの膜厚
が100nmの場合はタングステン膜のシート抵抗が1
〜5Ωと小さくなる。なお、タングステン膜およびシリ
コン系膜を含む構造は、いわゆるポリメタルと呼ばれる
ものである。From such a background, as the material of the electrode film of the single-layer electrode structure, a high melting point metal film having a sheet resistance value of several Ω, which is smaller than that of the conventional material, or a manufacturing process employing the high melting point metal silicide film. Is proposed. Specifically, when tungsten (W) is used as the refractory metal forming the silicide film, the sheet resistance of the tungsten film is 1 when the film thickness of tungsten is 100 nm, for example.
It becomes as small as ~ 5Ω. The structure including the tungsten film and the silicon-based film is so-called polymetal.
【0005】このポリメタルを材料とした、隣り合う転
送電極同士の間に、幅0.10〜0.20μmの間隙部
を有する単層転送電極のモジュールの形成には図6に示
したようなプロセスがよく行われている。まず、P型の
シリコン(Si)からなる半導体基板111の上に、シ
リコン酸化膜(SiO2 )121、シリコン窒化膜(S
i3 N4 )122、および高温酸化膜(HTO)123
を順次成膜して、ゲート絶縁膜120を形成する。The process shown in FIG. 6 is used to form a module of a single-layer transfer electrode, which is made of this polymetal and has a gap of 0.10 to 0.20 μm in width between adjacent transfer electrodes. Is often done. First, a silicon oxide film (SiO 2 ) 121 and a silicon nitride film (S) are formed on a semiconductor substrate 111 made of P-type silicon (Si).
i 3 N 4 ) 122 and high temperature oxide film (HTO) 123
Are sequentially formed to form a gate insulating film 120.
【0006】次に、ゲート絶縁膜120の上に、例えば
リン(P)がドープされたアモルファスシリコン14
1、タングステン窒化膜(WN)142、およびタング
ステン膜143(W)を順次成膜して、ポリメタルから
なる転送電極140を形成する。Next, amorphous silicon 14 doped with, for example, phosphorus (P) is formed on the gate insulating film 120.
1, a tungsten nitride film (WN) 142, and a tungsten film 143 (W) are sequentially formed to form a transfer electrode 140 made of polymetal.
【0007】続いて、転送電極膜140の上に、後の工
程の熱処理などによるタングステン原子の拡散を防止す
るためのキャッピング膜として、シリコンガラス膜17
1を形成する。続けて、後の工程のドライエッチングの
ストッパ膜としてのシリコン窒化膜172を形成する。Subsequently, a silicon glass film 17 is formed on the transfer electrode film 140 as a capping film for preventing the diffusion of tungsten atoms due to heat treatment in a later step.
1 is formed. Subsequently, a silicon nitride film 172 is formed as a stopper film for dry etching in a later step.
【0008】次いで、リソグラフィ法によって形成され
たレジストパターン(図示せず)をマスクとしてドライ
エッチングを行った後、レジストアッシングや硫酸過酸
化水素洗浄などの後処理を施して、シリコンガラス膜1
71とシリコン窒化膜172に所定の幅を有する溝部を
形成する。次に、シリコンガラス膜171とシリコン窒
化膜172上に、高温酸化膜(図示せず)を形成した
後、異方性ドライエッチングによって、溝部の下方のタ
ングステン膜143が露出するまで全面にエッチバック
を施す。これによって、シリコンガラス膜171および
シリコン窒化膜172の側壁に高温酸化膜からなるサイ
ドウォール173が形成されて、ハードマスクの開口が
形成される。Next, after dry etching is performed using a resist pattern (not shown) formed by the lithography method as a mask, post-treatments such as resist ashing and washing with sulfuric acid / hydrogen peroxide are applied to the silicon glass film 1
A groove having a predetermined width is formed in 71 and the silicon nitride film 172. Next, after forming a high temperature oxide film (not shown) on the silicon glass film 171 and the silicon nitride film 172, anisotropic dry etching is performed on the entire surface until the tungsten film 143 below the groove is exposed. Give. As a result, sidewalls 173 made of a high temperature oxide film are formed on the sidewalls of the silicon glass film 171 and the silicon nitride film 172, and the openings of the hard mask are formed.
【0009】続いて、ハードマスクの開口をマスクにし
て、ゲート絶縁膜120のうちのシリコン窒化膜122
が露出するまでドライエッチングを行って、隣り合う転
送電極140, 140の間に間隙部150を形成する。
次いで、イオン注入法によって、半導体基板111に間
隙部150を介してボロンイオンを注入して、信号電荷
の転送を阻害するようなポテンシャルポケットの形成を
防止するためのP型の不純物領域116を形成する。次
いで、間隙部150を埋めるようにして、高温酸化膜1
81、シリコン窒化膜182を順次形成する。次いで、
高温酸化膜181が露出するまで、エッチバックを行う
と、転送電極140, 140の間に、高温酸化膜181
およびシリコン窒化膜182からなる電極間絶縁膜18
0が形成される。Then, using the opening of the hard mask as a mask, the silicon nitride film 122 of the gate insulating film 120 is formed.
Dry etching is performed until the exposed portions are exposed to form a gap 150 between adjacent transfer electrodes 140, 140.
Then, by ion implantation, boron ions are implanted into the semiconductor substrate 111 through the gap 150 to form a P-type impurity region 116 for preventing the formation of potential pockets that hinder the transfer of signal charges. To do. Then, the high temperature oxide film 1 is formed so as to fill the gap 150.
81 and a silicon nitride film 182 are sequentially formed. Then
When the etch back is performed until the high temperature oxide film 181 is exposed, the high temperature oxide film 181 is formed between the transfer electrodes 140 and 140.
And inter-electrode insulating film 18 made of silicon nitride film 182
0 is formed.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような製造プロセスによってポリメタルを有する単層転
送電極のモジュールを形成する場合、高温酸化膜181
を形成する工程では、酸素(O2 )雰囲気下において、
半導体基板111の温度を700〜800℃と高温にし
なければならないが、このような高温酸素雰囲気下では
間隙部150のタングステン膜143が露出している部
分から酸素が吸収されることに起因して、タングステン
膜143が異常膨張し、間隙部150の形状が著しく損
なわれるという問題があった。また、タングステン膜1
43上にシリコンガラス膜171を形成した後に、高温
の加熱処理を施すと、シリコンガラス膜171中の酸素
がタングステン膜143と反応することに起因して、タ
ングステン膜143の断面形状が変化したり、転送電極
140の抵抗率が増大するという問題があった。However, when the module of the single layer transfer electrode having polymetal is formed by the above manufacturing process, the high temperature oxide film 181 is formed.
In the step of forming, in an oxygen (O 2 ) atmosphere,
The temperature of the semiconductor substrate 111 must be as high as 700 to 800 ° C., but oxygen is absorbed from the exposed portion of the tungsten film 143 in the gap 150 in such a high temperature oxygen atmosphere. However, there is a problem that the tungsten film 143 expands abnormally and the shape of the gap 150 is significantly impaired. Also, the tungsten film 1
When the high temperature heat treatment is performed after the silicon glass film 171 is formed on 43, oxygen in the silicon glass film 171 reacts with the tungsten film 143, which causes a change in the cross-sectional shape of the tungsten film 143. However, there is a problem that the resistivity of the transfer electrode 140 increases.
【0011】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、高温酸素雰囲気下で間隙部に高温酸
化膜を形成すると、間隙部において露出したタングステ
ン膜が異常膨張し、間隙部の形状が著しく損なわれると
いう問題、および、高温の加熱処理を施すと、タングス
テン膜の断面形状が変化したり、転送電極の抵抗率が増
大するという問題を解消して、電気的特性の向上を図る
ことを可能とすると共に、製造工程の歩留まりを向上さ
せることができる固体撮像素子およびその製造方法を提
供することにある。The present invention has been made in view of the above problems. An object of the present invention is to form a high temperature oxide film in the gap portion in a high temperature oxygen atmosphere, and the tungsten film exposed in the gap portion expands abnormally. The problem that the shape of the film is significantly impaired, and the problem that the cross-sectional shape of the tungsten film changes and the resistivity of the transfer electrode increases when high-temperature heat treatment is performed are solved to improve the electrical characteristics. (EN) It is possible to provide a solid-state image sensor and a method for manufacturing the same, which can achieve the manufacturing yield and can be improved.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、ゲート絶縁膜の上に、隣り合う転送電極同士の間
に形成された凸部と、上層膜の上に少なくとも形成され
たタングステン窒化膜とを備えており、下層膜が、凸部
によって隆起部を有するように形成され、上層膜が、隆
起部によって離間されて、隣り合う下層膜の隆起部同士
の間の窪みに形成されたものである。A solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device, wherein a convex portion formed between transfer electrodes adjacent to each other on a gate insulating film and a tungsten nitride film formed at least on an upper layer film. A lower layer film is formed to have a raised portion by a convex portion, and an upper layer film is formed in a recess between the raised portions of adjacent lower layer films separated by the raised portion. It is a thing.
【0013】本発明による固体撮像素子の製造方法は、
ゲート絶縁膜の上に、隣り合う転送電極同士の間に凸部
を形成する工程と、凸部を覆うことによって、隆起部を
設けるように下層膜を形成する工程と、下層膜を形成し
た後、隆起部同士の間の窪みを埋めるようにして、上層
膜を形成する工程と、上層膜を形成した後、隆起部によ
って、隆起部同士の間の窪みに形成された上層膜が離間
されて、下層膜の隆起部の表面が露出するまで上層膜を
選択的に除去する工程と、上層膜の上に、タングステン
窒化膜を形成する工程とを含むものである。A method of manufacturing a solid-state image sensor according to the present invention is
A step of forming a convex portion between adjacent transfer electrodes on the gate insulating film, a step of forming a lower layer film so as to provide a raised portion by covering the convex portion, and a step of forming the lower layer film after forming the lower layer film. , A step of forming an upper layer film so as to fill the recess between the raised portions, and after forming the upper layer film, the raised portion separates the upper layer film formed in the recess between the raised portions. The step of selectively removing the upper layer film until the surface of the raised portion of the lower layer film is exposed, and the step of forming a tungsten nitride film on the upper layer film are included.
【0014】本発明による固体撮像素子およびその製造
方法では、隣り合う転送電極同士の間に形成された凸部
によって転送電極の下層膜に隆起部を設け、この隆起部
によって離間させて、隣り合う隆起部同士の間の窪みに
上層膜を形成するようにしたので、隣り合う転送電極同
士を隔てる間隙部では上層膜を露出させないようにする
ことができ、その結果、上層膜が酸素を吸収し酸化され
て異常膨張することに起因した間隙部の形状の損壊が防
止される。また、転送電極の上層膜の上にタングステン
窒化膜を形成するようにしたので、高温の加熱処理を施
しても、上層膜はタングステン窒化膜の上の保護膜中の
酸素との反応が防止されて、上層膜の断面形状が変化し
なくなると共に転送電極の抵抗率の増大が抑制される。In the solid-state image pickup device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the protrusions formed between the adjacent transfer electrodes are provided in the lower layer film of the transfer electrodes so that they are adjacent to each other. Since the upper layer film is formed in the depression between the raised portions, it is possible to prevent the upper layer film from being exposed in the gap portion that separates the adjacent transfer electrodes, and as a result, the upper layer film absorbs oxygen. It is possible to prevent the shape of the gap from being damaged due to the oxidation and abnormal expansion. Further, since the tungsten nitride film is formed on the upper film of the transfer electrode, the upper film is prevented from reacting with oxygen in the protective film on the tungsten nitride film even if high-temperature heat treatment is performed. As a result, the cross-sectional shape of the upper layer film does not change and the increase in the resistivity of the transfer electrode is suppressed.
【0015】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0016】図1および図2は本発明の一実施の形態に
係る固体撮像素子を表すものである。なお、図1におい
ては、図(A)は図2のA―A矢視方向の断面図、図
(B)は図2のB―B矢視方向の断面図をそれぞれ表す
もので、ここでは1つの画素の形成領域の断面構成を表
している。図2においては、電極間絶縁膜より上の構成
要素を省略している。また、以下の説明では、図示およ
び説明の繁雑化を避けるために、本発明の主要部である
単層転送電極のモジュールを中心として詳細に説明する
が、そのような本発明の主要部とは関係性の薄い部位に
ついては、その詳細な説明および図示は省略する。FIGS. 1 and 2 show a solid-state image pickup device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, FIG. 1A is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2, and FIG. 1B is a sectional view taken along the line BB of FIG. The cross-sectional structure of the formation region of one pixel is shown. In FIG. 2, constituent elements above the interelectrode insulating film are omitted. Further, in the following description, in order to avoid complication of illustration and description, a single layer transfer electrode module, which is a main part of the present invention, will be mainly described in detail, but such a main part of the present invention is Detailed explanations and illustrations of the parts having little relation are omitted.
【0017】この固体撮像素子は、P型のシリコンから
なる半導体基板11にP+ 型の表面層12およびN型の
電荷蓄積層13からなる光電変換部10Aが表面から順
に形成されている。この光電変換部10Aでは外部から
入射してくる光(撮像対象の光)に対して信号電荷が発
生する。この光電変換部10Aの隣りの一方の領域には
所定の間隔をおいて、光電変換部10Aで発生した電荷
が転送されるN- 型の電荷転送層14が形成され、光電
変換部10Aの隣りの他方の領域には、隣リ合う画素同
士を分離するP+ 型の画素分離層15が形成されてい
る。なお、N- 型の電荷転送層14のうちの、半導体基
板11上に形成された隣り合う転送電極の間に対応する
領域には、P型の不純物領域16が形成されている。こ
のP型の不純物領域16は、半導体基板11の、隣り合
う転送電極の間に対応する領域のポテンシャルを調整し
て、信号電荷の転送を阻害するようなポテンシャルポケ
ットの形成を防止するものである。In this solid-state imaging device, a photoelectric conversion portion 10A composed of a P + type surface layer 12 and an N type charge storage layer 13 is sequentially formed on a semiconductor substrate 11 made of P type silicon from the surface. In the photoelectric conversion unit 10A, signal charges are generated for light (light to be imaged) that is incident from the outside. An N − type charge transfer layer 14 to which the charges generated in the photoelectric conversion unit 10A are transferred is formed at a predetermined interval in one region adjacent to the photoelectric conversion unit 10A, and is adjacent to the photoelectric conversion unit 10A. In the other area, a P + type pixel separation layer 15 for separating adjacent pixels from each other is formed. In addition, in the N − type charge transfer layer 14, a P type impurity region 16 is formed in a region corresponding to between adjacent transfer electrodes formed on the semiconductor substrate 11. The P-type impurity region 16 adjusts the potential of a region of the semiconductor substrate 11 corresponding to the space between the adjacent transfer electrodes to prevent the formation of potential pockets that hinder the transfer of signal charges. .
【0018】半導体基板11の上にはゲート絶縁膜20
が形成されている。このゲート絶縁膜20は、例えば厚
さ30nm程度のシリコン酸化膜21、例えば厚さ30
nm程度のシリコン窒化膜22、および、例えば厚さ1
0nm程度の高温酸化膜23が順に積層されたものであ
る。このゲート絶縁膜20のうちの光電変換部10Aの
上方の領域には受光のための開口部90が形成されてい
る。A gate insulating film 20 is formed on the semiconductor substrate 11.
Are formed. The gate insulating film 20 is, for example, a silicon oxide film 21 having a thickness of about 30 nm, for example, a thickness of 30.
a silicon nitride film 22 having a thickness of about nm and a thickness of 1
A high temperature oxide film 23 having a thickness of about 0 nm is sequentially laminated. An opening 90 for receiving light is formed in a region of the gate insulating film 20 above the photoelectric conversion unit 10A.
【0019】ゲート絶縁膜20の上には、図2に示した
垂直方向に所定の間隔をあけて、例えばリン(P)をド
ープしたアモルファスシリコンからなる凸部30が形成
されている。この凸部30は、例えば厚さが100n
m、垂直方向の幅が0.2μm、水平方向の幅が転送電
極40の幅と略等しいものである。この凸部30を覆う
ようにして、ゲート絶縁膜20の上に、リン(P)がド
ープされた、例えば厚さ100nmのアモルファスシリ
コン膜41(下層膜)が形成されている。このアモルフ
ァスシリコン膜41には、凸部30によって隆起部41
Aが形成されている。この隆起部41Aは、図2の垂直
方向および水平方向それぞれの幅が、例えば凸部30の
幅よりも大きくなるように形成されている。このアモル
ファスシリコン41の上には、例えば厚さ5nmのタン
グステン窒化膜42が形成されている。このタングステ
ン窒化膜42の上には、隣り合う隆起部41A同士によ
って離間されて、例えば厚さ100nmのタングステン
膜43(上層膜)が形成されている。On the gate insulating film 20, convex portions 30 made of amorphous silicon doped with, for example, phosphorus (P) are formed at predetermined intervals in the vertical direction shown in FIG. This convex portion 30 has a thickness of 100 n, for example.
m, the vertical width is 0.2 μm, and the horizontal width is substantially equal to the width of the transfer electrode 40. A phosphorus (P) -doped amorphous silicon film 41 (lower layer film) having a thickness of 100 nm, for example, is formed on the gate insulating film 20 so as to cover the convex portions 30. On the amorphous silicon film 41, the raised portion 41 is formed by the convex portion 30.
A is formed. The raised portions 41A are formed such that the widths in the vertical direction and the horizontal direction in FIG. 2 are larger than the width of the convex portions 30, for example. A tungsten nitride film 42 having a thickness of 5 nm, for example, is formed on the amorphous silicon 41. On the tungsten nitride film 42, a tungsten film 43 (upper layer film) having a thickness of 100 nm, for example, is formed so as to be separated by adjacent raised portions 41A.
【0020】これらアモルファスシリコン膜41、タン
グステン窒化膜42およびタングステン膜43から転送
電極40が構成されており、この転送電極40によって
光電変換部10Aで発生した信号電荷が転送される。な
お、アモルファスシリコン膜41、タングステン窒化膜
42およびタングステン膜43が積層された構造はいわ
ゆるポリメタルと呼ばれるものである。A transfer electrode 40 is composed of the amorphous silicon film 41, the tungsten nitride film 42 and the tungsten film 43, and the transfer electrode 40 transfers the signal charge generated in the photoelectric conversion portion 10A. The structure in which the amorphous silicon film 41, the tungsten nitride film 42, and the tungsten film 43 are stacked is a so-called polymetal.
【0021】なお、N- 型の電荷転送層14と、ゲート
絶縁膜20を間にして形成された転送電極40とから垂
直転送部10Bが構成されている。この垂直転送部10
Bと垂直に接続される配線部40Aは、光電変換部10
Aの上方に設けられた隣り合う開口部同士の間に設けら
れ、垂直転送部10Bにゲート印加パルス信号としての
駆動電圧パルス信号を伝播する。このように垂直転送部
10Bは光電変換部10Aの列毎に設けられており、こ
の列毎に設けられた複数の垂直転送部には、これら複数
の垂直転送部と垂直に接続された水平転送部(図示せ
ず)が形成されている。The vertical transfer section 10B is composed of the N − type charge transfer layer 14 and the transfer electrode 40 formed with the gate insulating film 20 in between. This vertical transfer unit 10
The wiring portion 40A that is vertically connected to B is the photoelectric conversion portion 10
The drive voltage pulse signal as a gate application pulse signal is provided between the adjacent openings provided above A and propagates to the vertical transfer unit 10B. As described above, the vertical transfer unit 10B is provided for each column of the photoelectric conversion units 10A, and the plurality of vertical transfer units provided for each column are connected to the plurality of vertical transfer units in horizontal transfer vertically. A portion (not shown) is formed.
【0022】アモルファスシリコン膜41の隆起部41
Aに、隣り合う転送電極40同士を隔てると共に、ゲー
ト絶縁膜20のうちのシリコン窒化膜22と接続される
ように、間隙部50が形成されている。この間隙部50
の大きさは、図2に示した垂直方向において、隆起部4
1Aの上面の幅よりも小さな幅、例えば0.1μmとな
っている。以上のようにして、隣り合う転送電極40同
士を隔てる間隙部50ではタングステン膜43が露出す
ることがなくなる。Raised portion 41 of amorphous silicon film 41
In A, a gap portion 50 is formed so as to separate the adjacent transfer electrodes 40 from each other and to be connected to the silicon nitride film 22 of the gate insulating film 20. This gap 50
The size of the ridge 4 in the vertical direction shown in FIG.
The width is smaller than the width of the upper surface of 1A, for example, 0.1 μm. As described above, the tungsten film 43 is not exposed in the gap 50 that separates the transfer electrodes 40 adjacent to each other.
【0023】隣り合う間隙部50, 50の間には、タン
グステン膜43およびアモルファスシリコン膜41の隆
起部41Aの上面を覆うようにして、例えば厚さ5nm
のタングステン窒化膜60が形成されている。このタン
グステン窒化膜60の上には、例えば厚さ150nmの
シリコンガラス膜71および例えば厚さ20nmのシリ
コン窒化膜72が順に積層されている。このシリコンガ
ラス膜71およびシリコン窒化膜72の側壁には、高温
酸化膜であるサイドウォール73が形成されている。こ
の隣り合うサイドウォール73, 73の間には、図2に
示した垂直方向における幅が、例えば0.1〜0.2μ
mの開口が形成されている。このシリコン窒化膜72の
上には、間隙部50の周囲を覆うようにして、間隙部5
0の幅の1/3の厚さ、例えば30nmのTEOS膜
(Tetra Ethoxy Silane )81が形成されている。この
TEOS膜81が周囲に形成された間隙部50を埋める
ようにして、例えば厚さ50nmのシリコン窒化膜82
が形成されている。これらTEOS膜81およびシリコ
ン窒化膜82から、隣り合う転送電極40, 40を絶縁
する電極間絶縁膜80が構成されている。以上のよう
に、ポリメタルを有する単層転送電極のモジュールが構
成されている。Between the adjacent gaps 50, 50, the tungsten film 43 and the raised portion 41A of the amorphous silicon film 41 are covered with an upper surface, for example, a thickness of 5 nm.
The tungsten nitride film 60 is formed. A silicon glass film 71 having a thickness of 150 nm and a silicon nitride film 72 having a thickness of 20 nm, for example, are sequentially stacked on the tungsten nitride film 60. Sidewalls 73, which are high-temperature oxide films, are formed on the side walls of the silicon glass film 71 and the silicon nitride film 72. The width between the adjacent sidewalls 73, 73 in the vertical direction shown in FIG.
m openings are formed. On the silicon nitride film 72, the gap 5 is formed so as to cover the periphery of the gap 50.
A TEOS film (Tetra Ethoxy Silane) 81 having a thickness of 1/3 of the width of 0, for example, 30 nm is formed. The TEOS film 81 fills the gap 50 formed in the periphery so that the silicon nitride film 82 having a thickness of 50 nm, for example.
Are formed. The TEOS film 81 and the silicon nitride film 82 form an interelectrode insulating film 80 that insulates the transfer electrodes 40, 40 adjacent to each other. As described above, the module of the single-layer transfer electrode having polymetal is constructed.
【0024】TEOS膜81の上に、開口部90を覆う
ようにして、例えばシリコン窒化膜である絶縁膜(図示
せず)が形成されている。この絶縁膜の上には、光電変
換部10Aの上方の領域を回避して、例えばタングステ
ンよりなる遮光膜(図示せず)が形成されている。この
遮光膜の上には、光透過率が高い材料、例えばシリコン
酸化膜である光透過膜(図示せず)が形成され、この光
透過膜の側壁を覆うようにして、例えばアルミニウム
(Al)からなる光反射膜(図示せず)が形成されてい
る。この光反射膜を覆うようにして、例えばシリコン窒
化膜であるパッシベーション膜(図示せず)、例えばア
クリル樹脂からなる平坦化膜(図示せず)、カラーフィ
ルタ(図示せず)層、集光レンズ(図示せず)が順に形
成されている。An insulating film (not shown) such as a silicon nitride film is formed on the TEOS film 81 so as to cover the opening 90. A light shielding film (not shown) made of, for example, tungsten is formed on the insulating film while avoiding the region above the photoelectric conversion unit 10A. A material having a high light transmittance, for example, a light-transmitting film (not shown) which is a silicon oxide film is formed on the light-shielding film, and a side wall of the light-transmitting film is covered with, for example, aluminum (Al). A light reflection film (not shown) made of is formed. A passivation film (not shown) which is, for example, a silicon nitride film, a flattening film (not shown) made of acrylic resin, a color filter (not shown) layer, and a condenser lens so as to cover the light reflection film. (Not shown) are sequentially formed.
【0025】このように構成された固体撮像素子では、
集光レンズを通して光が光電変換部部10Aに入射する
と、信号電荷が発生する。この信号電荷が、読出しゲー
ト部10Cに電圧が印加されることにより、垂直転送部
10AのN- 型の電荷転送層14に読み出される。この
ようにN- 型の電荷転送層14に信号電荷が読み出され
ると、例えば2相駆動方式の場合、配線部40Aから伝
播された駆動電圧パルス信号がゲート印加パルス信号と
して各転送電極に対して印加される。これによって、読
み出された信号電荷が隣接する画素のN- 型の電荷転送
層を次々に通り、垂直転送部10Bと垂直に接続された
水平転送部(図示せず)に転送される。最後に、この水
平転送部に転送された信号電荷は、水平転送部に接続さ
れた出力端子(図示せず)まで運ばれて映像信号として
出力される。In the solid-state image pickup device constructed as described above,
When light enters the photoelectric conversion unit 10A through the condenser lens, signal charges are generated. The signal charges are read to the N − type charge transfer layer 14 of the vertical transfer unit 10A by applying a voltage to the read gate unit 10C. When the signal charges are read out to the N − type charge transfer layer 14 in this way, for example, in the case of the two-phase drive method, the drive voltage pulse signal propagated from the wiring section 40A is applied to each transfer electrode as a gate application pulse signal. Is applied. As a result, the read signal charges pass through the N − type charge transfer layers of adjacent pixels one after another and are transferred to a horizontal transfer unit (not shown) vertically connected to the vertical transfer unit 10B. Finally, the signal charges transferred to the horizontal transfer section are carried to an output terminal (not shown) connected to the horizontal transfer section and output as a video signal.
【0026】図3〜図5および図1、図2を参照して、
本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法に
ついて説明する。なお、図3〜図5においては、図2の
B−B矢視方向の断面図を表し、ここでは1つの画素の
形成領域の断面構成を表している。Referring to FIGS. 3 to 5 and FIGS. 1 and 2,
A method for manufacturing the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention will be described. 3 to 5, sectional views taken along the line BB of FIG. 2 are shown, and here, a sectional configuration of a formation region of one pixel is shown.
【0027】まず、イオン注入法によって、不純物イオ
ンを注入し、この不純物イオンを加熱して拡散させると
いう工程を、必要な場合はマスクを形成して、イオン注
入条件および加熱条件を変更しつつ繰り返し行うことに
よって、例えばP型のシリコンからなる半導体基板11
の所定の領域に、N- 型の電荷転送層14、P+ 型の画
素分離層15、N型の電荷蓄積層13およびP+ 型の表
面層12を形成する。なお、N型の電荷蓄積層13およ
びP型の表面層12から光電変換部10Aが構成されて
いる。First, the step of implanting impurity ions by the ion implantation method and heating and diffusing the impurity ions is repeated while changing the ion implantation conditions and the heating conditions by forming a mask if necessary. By doing so, for example, the semiconductor substrate 11 made of P-type silicon
An N − type charge transfer layer 14, a P + type pixel separation layer 15, an N type charge storage layer 13 and a P + type surface layer 12 are formed in a predetermined region of the above. The N-type charge storage layer 13 and the P-type surface layer 12 form a photoelectric conversion unit 10A.
【0028】次に、図3(A)に示したように、半導体
基板11の上に、例えば熱酸化法によって、厚さ30n
m程度のシリコン酸化膜21、例えば減圧CVD(Chem
icalVapor Deposition )法によって、30nm程度の
シリコン窒化膜22、例えば減圧CVD法によって、厚
さ10nm程度の高温酸化膜23を順次成膜して、ゲー
ト絶縁膜20を形成する。Next, as shown in FIG. 3A, a thickness of 30 n is formed on the semiconductor substrate 11 by, for example, a thermal oxidation method.
m silicon oxide film 21, for example, low pressure CVD (Chem
The gate insulating film 20 is formed by sequentially depositing a silicon nitride film 22 having a thickness of about 30 nm by a ical vapor deposition method, and a high temperature oxide film 23 having a thickness of about 10 nm by a low pressure CVD method, for example.
【0029】続いて、例えば減圧CVD法によって、ゲ
ート絶縁膜20の上に、リン(P)をドープしたアモル
ファスシリコンからなる、例えば厚さ100nmの導電
膜(図示せず)を形成する。次に、例えばリソグラフィ
法によってレジスト膜(図示せず)を形成し、このレジ
スト膜をマスクとして、例えば異方性の強いRIE(Re
active Ion Etching)法を用いて、ドライエッチングを
施すことによって、導電膜を選択的に除去して凸部30
を形成する。この凸部30のパターンは、図2の垂直方
向では例えば0.2μm程度、水平方向では例えば後の
工程で形成される転送電極の幅と略同等の大きさとす
る。次いで、レジスト膜をレジストアッシング、希フッ
化水素(HF)洗浄および硫酸過酸化水素洗浄などの方
法によって除去する。Subsequently, a conductive film (not shown) made of amorphous silicon doped with phosphorus (P) and having a thickness of 100 nm, for example, is formed on the gate insulating film 20 by, for example, a low pressure CVD method. Next, a resist film (not shown) is formed by, for example, a lithography method, and using this resist film as a mask, for example, RIE (Re
The conductive film is selectively removed by performing dry etching using an active ion etching method to remove the protrusions 30.
To form. The pattern of the convex portions 30 is, for example, about 0.2 μm in the vertical direction in FIG. 2, and has a size substantially equal to the width of a transfer electrode formed in a later step in the horizontal direction. Next, the resist film is removed by a method such as resist ashing, diluted hydrogen fluoride (HF) cleaning, and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning.
【0030】次に、図3(B)に示したように、例えば
減圧CVD法によって、凸部30を覆うようにして、凸
部30による隆起部41Aを設けるように、例えば厚さ
100nmの、リン(P)をドープしたアモルファスシ
リコン膜41を形成する。この隆起部41Aは、図2の
垂直方向および水平方向それぞれの幅が、例えば凸部3
0の幅よりも大きくなるように形成される。続いて、例
えばスパッタリング法によって、アモルファスシリコン
膜41の上に、厚さ5nmのタングステン窒化膜42を
形成する。例えばスパッタリング法によって、隆起部4
1A同士の間の窪みを埋めるようにして、厚さ100n
mのタングステン膜43を形成する。次いで、タングス
テン膜43の上に、例えば厚さ1.2μmのフォトレジ
スト膜44を塗布して平坦化する。なお、アモルファス
シリコン膜41、タングステン窒化膜42およびタング
ステン膜43からいわゆるポリメタルが構成されてい
る。Next, as shown in FIG. 3 (B), for example, a low pressure CVD method is used to cover the convex portion 30 and to provide a raised portion 41A by the convex portion 30 with a thickness of 100 nm, for example. An amorphous silicon film 41 doped with phosphorus (P) is formed. The width of the raised portion 41A in the vertical direction and the horizontal direction in FIG.
It is formed to be larger than the width of 0. Then, a 5 nm-thickness tungsten nitride film 42 is formed on the amorphous silicon film 41 by, for example, a sputtering method. The protrusion 4 is formed by, for example, a sputtering method.
100n thick so as to fill the recess between 1A
A tungsten film 43 of m is formed. Next, a photoresist film 44 having a thickness of 1.2 μm, for example, is applied on the tungsten film 43 and planarized. The amorphous silicon film 41, the tungsten nitride film 42, and the tungsten film 43 form a so-called polymetal.
【0031】続いて、図3(C)に示したように、例え
ば異方性ドライエッチング法によって、隣り合う隆起部
41A同士によってタングステン膜43が離間されて、
アモルファスシリコン膜41の隆起部41Aが露出する
まで、フォトレジスト膜44、タングステン膜43、お
よびタングステン窒化膜42にエッチバックを施す。こ
れによって、例えば、アモルファスシリコン膜41の隆
起部41Aとタングステン膜43それぞれの上面が、同
一面を構成するように平坦化される。この異方性ドライ
エッチングの原料ガスとして、六フッ化硫黄(SF6 )
および塩素(Cl2 )を用いて、フォトレジスト膜44
とタングステン膜43それぞれのドライエッチレートの
選択比が約1.0となる条件で行う。Then, as shown in FIG. 3C, the tungsten film 43 is separated by the adjacent raised portions 41A by, for example, anisotropic dry etching.
The photoresist film 44, the tungsten film 43, and the tungsten nitride film 42 are etched back until the raised portion 41A of the amorphous silicon film 41 is exposed. Thereby, for example, the upper surfaces of the raised portion 41A of the amorphous silicon film 41 and the tungsten film 43 are flattened so as to form the same surface. As a source gas for this anisotropic dry etching, sulfur hexafluoride (SF 6 ) is used.
And chlorine (Cl 2 ) are used to form the photoresist film 44.
And the tungsten film 43 are performed under the condition that the selection ratio of the dry etching rate is about 1.0.
【0032】次いで、図4(A)に示したように、例え
ばスパッタリング法によって、タングステン膜43およ
び隆起部41Aの上面の上に、厚さ5nmのタングステ
ン窒化膜60を形成する。続いて、図4(B)に示した
ように、タングステン窒化膜60の上に、例えばCVD
法によって厚さ150nmのシリコンガラス膜71、例
えばCVD法によって厚さ20nmのシリコン窒化膜7
2を順次形成する。このとき、シリコンガラス膜71を
形成する工程において高温に加熱しても、タングステン
窒化膜60が、シリコンガラス膜71とタングステン膜
43との間に形成されているので、シリコンガラス膜7
1の中の酸素がタングステン膜43と反応することが防
止されて、タングステン膜43の断面形状が変化しなく
なり、また、転送電極40の抵抗率の増大が抑制され
る。また、後の工程で高温の加熱処理を施すことがあっ
ても、同様な理由でタングステン膜43の断面形状が変
化しなくなり、また、転送電極40の抵抗率が増大が抑
制される。これによって、例えば配線部40Aにおける
駆動電圧パルス信号や垂直転送部10Aにおけるゲート
印加パルス信号の伝播遅延が生ずるといった問題が解消
される。Next, as shown in FIG. 4A, a tungsten nitride film 60 having a thickness of 5 nm is formed on the upper surfaces of the tungsten film 43 and the raised portion 41A by, for example, a sputtering method. Then, as shown in FIG. 4B, CVD is performed on the tungsten nitride film 60, for example.
150 nm thick silicon glass film 71 by the CVD method, for example, 20 nm thick silicon nitride film 7 by the CVD method.
2 are sequentially formed. At this time, even if the tungsten glass film 71 is heated to a high temperature in the step of forming the silicon glass film 71, the silicon nitride film 60 is formed between the silicon glass film 71 and the tungsten film 43.
Oxygen in 1 is prevented from reacting with the tungsten film 43, the cross-sectional shape of the tungsten film 43 does not change, and the increase in the resistivity of the transfer electrode 40 is suppressed. Further, even if a high-temperature heat treatment is performed in a later step, the cross-sectional shape of the tungsten film 43 does not change for the same reason, and the increase in the resistivity of the transfer electrode 40 is suppressed. This solves the problem that, for example, the drive voltage pulse signal in the wiring section 40A and the gate application pulse signal in the vertical transfer section 10A are delayed in propagation.
【0033】なお、シリコンガラス膜71は、後の工程
で加熱処理を施してもタングステン膜43のタングステ
ンが拡散しないようにするためのいわゆるキャッピング
膜である。また、シリコン窒化膜72は、後の工程でシ
リコンガラス膜71をドライエッチングする際に、スト
ッパとして機能する程度の膜厚であればよい。The silicon glass film 71 is a so-called capping film for preventing the tungsten of the tungsten film 43 from diffusing even if heat treatment is performed in a later step. Further, the silicon nitride film 72 may have a film thickness that functions as a stopper when the silicon glass film 71 is dry-etched in a later step.
【0034】次に、シリコン窒化膜72の上に、フォト
レジスト膜を塗布して、リソグラフィ法によってレジス
トパターン74を形成する。このレジストパターン74
のパターンの大きさを、図2に示した垂直方向では凸部
30の幅より若干大きい、例えば0.30μm、水平方
向では、転送電極40の幅より若干大きい、例えば1.
90μmとする。Next, a photoresist film is applied on the silicon nitride film 72, and a resist pattern 74 is formed by the lithography method. This resist pattern 74
2, the size of the pattern is slightly larger than the width of the protrusion 30 in the vertical direction shown in FIG. 2, for example, 0.30 μm, and slightly larger than the width of the transfer electrode 40 in the horizontal direction, for example, 1.
90 μm.
【0035】続いて、図4(C)に示したように、レジ
ストパターン74を用いて、異方性ドライエッチングに
よって、タングステン窒化膜60が露出する程度まで、
シリコンガラス膜71およびシリコン窒化膜72を選択
的にエッチング除去して溝部75を形成する。次いで、
レジストパターン74をレジストアッシング、希フッ化
水素洗浄および硫酸過酸化水素洗浄などの方法によって
除去する。Subsequently, as shown in FIG. 4C, anisotropic dry etching is performed using the resist pattern 74 until the tungsten nitride film 60 is exposed.
The silicon glass film 71 and the silicon nitride film 72 are selectively removed by etching to form a groove 75. Then
The resist pattern 74 is removed by a method such as resist ashing, diluted hydrogen fluoride cleaning, and sulfuric acid / hydrogen peroxide cleaning.
【0036】次いで、図5(A)に示したように、溝部
75を埋めるようにして、シリコン窒化膜72の上に、
例えばシラン(SiH4 )ガスを用いることによって、
高温酸化膜(図示せず)を形成する。次に、異方性ドラ
イエッチングおよび硫酸過酸化水素洗浄によって、アモ
ルファスシリコン膜41の隆起部41Aが露出するま
で、高温酸化膜をエッチバックして、シリコンガラス膜
71およびシリコン窒化膜72の側壁にサイドウォール
73を形成する。この隣り合うサイドウォール73, 7
3の間に、図2に示した垂直方向における幅が、例えば
0.1〜0.2μmの開口が形成されている。この異方
性ドライエッチングの原料ガスとして六フッ化硫黄(S
F6 )、塩素(Cl2 )および酸素を用いる。Then, as shown in FIG. 5A, the groove 75 is filled up on the silicon nitride film 72.
For example, by using silane (SiH 4 ) gas,
A high temperature oxide film (not shown) is formed. Next, the high temperature oxide film is etched back by anisotropic dry etching and washing with sulfuric acid / hydrogen peroxide until the raised portions 41A of the amorphous silicon film 41 are exposed, and the sidewalls of the silicon glass film 71 and the silicon nitride film 72 are removed. The sidewall 73 is formed. This adjacent sidewall 73, 7
3 has openings having a width in the vertical direction shown in FIG. 2 of, for example, 0.1 to 0.2 μm. As a source gas for this anisotropic dry etching, sulfur hexafluoride (S
F 6), chlorine (Cl 2) and oxygen is used.
【0037】次に、図5(B)に示したように、異方性
ドライエッチングによって、サイドウォール73をハー
ドマスクとして、隣り合う転送電極40同士を隔てるよ
うにして、隆起部41Aより下方領域を選択的にエッチ
ング除去して間隙部50を形成する。この間隙部50
は、ゲート絶縁膜20のうちのシリコン窒化膜22に接
続するように形成し、その大きさは例えば図2に示した
垂直方向においては、隆起部41Aの上面の幅よりも小
さな幅、例えば0.10μmとする。このとき、隆起部
41Aの上面の幅よりも小さな幅で隆起部41Aより下
方の領域を選択的に除去するようにしたので、間隙部5
0ではタングステン膜43が露出しない。続いて、イオ
ン注入法によって、間隙部50を介して、ボロン(B)
イオンを半導体基板11に注入して、P型の不純物領域
16を形成する。このP型の不純物領域16は、半導体
基板11の、隣り合う転送電極40, 40の間に対応す
る領域のポテンシャルを調整して、信号電荷の転送を阻
害するようなポテンシャルポケットの形成を防止するも
のである。なお、凸部30とアモルファスシリコン膜4
1との間には、製造プロセス上不可避的に形成される自
然酸化膜があるために、実効的に間隙部50の幅が大き
くなってしまうが、イオン注入条件を最適化することに
よって、信号電荷の転送上の問題が生じなくなる。Next, as shown in FIG. 5B, by anisotropic dry etching, the sidewall 73 is used as a hard mask so as to separate the adjacent transfer electrodes 40 from each other, and the region below the raised portion 41A is separated. Are selectively removed by etching to form the gap 50. This gap 50
Is formed so as to be connected to the silicon nitride film 22 of the gate insulating film 20, and its size is smaller than the width of the upper surface of the raised portion 41A, for example, 0 in the vertical direction shown in FIG. 10 μm. At this time, since the area below the raised portion 41A is selectively removed with a width smaller than the width of the upper surface of the raised portion 41A, the gap 5 is formed.
At 0, the tungsten film 43 is not exposed. Then, by the ion implantation method, boron (B) is passed through the gap 50.
Ions are implanted into the semiconductor substrate 11 to form the P-type impurity region 16. The P-type impurity region 16 adjusts the potential of the region of the semiconductor substrate 11 between the adjacent transfer electrodes 40, 40 to prevent the formation of potential pockets that hinder the transfer of signal charges. It is a thing. The convex portion 30 and the amorphous silicon film 4
1 has a natural oxide film formed inevitably in the manufacturing process, the width of the gap 50 is effectively increased. However, by optimizing the ion implantation conditions, the signal There is no problem in charge transfer.
【0038】次いで、図5(C)に示したように、例え
ば減圧CVD法によって、間隙部50の周囲を覆うよう
に、シリコン窒化膜72の上に、間隙部50の幅の1/
3程度の厚さ、例えば30nmのTEOS膜81を形成
する。続いて、例えば減圧CVD法によって、間隙部5
0を埋めるようにして、TEOS膜81の上に厚さ50
nmのシリコン窒化膜82を形成する。以上のようにし
て、TEOS膜81およびシリコン窒化膜82によって
電極間絶縁膜80が構成されている。Next, as shown in FIG. 5 (C), by the low pressure CVD method, for example, 1 / the width of the gap 50 is formed on the silicon nitride film 72 so as to cover the periphery of the gap 50.
A TEOS film 81 having a thickness of about 3, for example, 30 nm is formed. Then, the gap 5 is formed by, for example, a low pressure CVD method.
0 to fill the TEOS film 81 with a thickness of 50
A silicon nitride film 82 having a thickness of nm is formed. As described above, the TEOS film 81 and the silicon nitride film 82 form the interelectrode insulating film 80.
【0039】ここで、TEOS膜81を形成する際に、
基板温度を約900℃程度に高温とするが、このように
高温にしても、アモルファスシリコン膜41が隆起部4
1Aを有するように形成され、間隙部50が隣り合う転
送電極40同士を隔てるようにして隆起部41Aより下
方領域に形成されて、タングステン膜43が露出してい
ないので、タングステン膜43が酸素を吸収し異常膨張
して、間隙部50の形状が損壊することが防止される。
これによって、被覆性の良好なTEOS膜81を形成す
ることが可能となる。Here, when the TEOS film 81 is formed,
Although the substrate temperature is set to a high temperature of about 900 ° C., even if such a high temperature is used, the amorphous silicon film 41 causes the protrusion 4
1A, the gap 50 is formed in a region below the raised portion 41A so as to separate the adjacent transfer electrodes 40 from each other, and the tungsten film 43 is not exposed. It is prevented that the shape of the gap 50 is damaged due to absorption and abnormal expansion.
As a result, it becomes possible to form the TEOS film 81 having good coverage.
【0040】次に、異方性ドライエッチングによって、
シリコン窒化膜72上のTEOS膜81が露出するまで
エッチバックを行い、シリコン窒化膜82を選択的に除
去する。この異方性ドライエッチングの原料ガスとし
て、四フッ化炭素(CF4 )、三フッ化水素化炭素(C
HF3 )およびアルゴン(Ar)を用いる。Next, by anisotropic dry etching,
Etch back is performed until the TEOS film 81 on the silicon nitride film 72 is exposed, and the silicon nitride film 82 is selectively removed. As a raw material gas for this anisotropic dry etching, carbon tetrafluoride (CF 4 ) and carbon trifluoride (C) are used.
HF 3 ) and argon (Ar) are used.
【0041】次いで、TEOS膜81の上にフォトレジ
スト膜(図示せず)を塗布し、リソグラフィ法によって
レジストパターン(図示せず)を形成する。続いて、こ
のレジストパターンをマスクとして、異方性ドライエッ
チングを2回に分けて施すことによって、ゲート絶縁膜
20のうちの光電変換部10Aの上方の領域が露出する
ように、受光のための開口部90を形成する。次いで、
レジストパターンをレジストアッシング、希フッ化水素
洗浄および硫酸過酸化水素洗浄などの方法によって除去
する。以上のようにして、図1(A)、 (B)に示した
ような、ポリメタルを有する単層転送電極のモジュール
を形成することができる。このように形成された単層転
送電極のモジュールの配線部40Aでは、間隙部50付
近のように凸部30がなく、完全なポリメタル構造とな
っているので、特に、低抵抗となっており、駆動電圧パ
ルス信号の伝播遅延が生ずることが防止される。Next, a photoresist film (not shown) is applied on the TEOS film 81, and a resist pattern (not shown) is formed by a lithography method. Subsequently, anisotropic dry etching is performed twice using this resist pattern as a mask to expose the region of the gate insulating film 20 above the photoelectric conversion portion 10A so as to receive light. The opening 90 is formed. Then
The resist pattern is removed by a method such as resist ashing, cleaning with dilute hydrogen fluoride and cleaning with sulfuric acid / hydrogen peroxide. As described above, the module of the single-layer transfer electrode having polymetal as shown in FIGS. 1A and 1B can be formed. In the wiring portion 40A of the module of the single-layer transfer electrode thus formed, there is no convex portion 30 as in the vicinity of the gap portion 50 and it has a complete polymetal structure, so that the resistance is particularly low, The propagation delay of the drive voltage pulse signal is prevented from occurring.
【0042】なお、2回の異方性エッチングについて、
1回目の異方性エッチングでは、シリコンガラス膜7
1、シリコン窒化膜72, 82、およびTEOS膜81
を選択的に除去し、2回目の異方性エッチングでは、転
送電極40を選択的に除去する。Regarding the two anisotropic etchings,
In the first anisotropic etching, the silicon glass film 7
1, silicon nitride films 72 and 82, and TEOS film 81
Is selectively removed, and in the second anisotropic etching, the transfer electrode 40 is selectively removed.
【0043】次に、CVD法によって、単層転送電極の
モジュールを覆うようにして、ゲート絶縁膜20の上
に、シリコン窒化膜である絶縁膜(図示せず)を形成す
る。このとき、図1(A)に示したように、開口部90
が形成された領域においてはタングステン膜43の側壁
の一部が露出しているが、酸素雰囲気下ではない常温で
絶縁膜を形成するので、タングステン膜43の異常膨張
が生じることがない。Next, an insulating film (not shown) which is a silicon nitride film is formed on the gate insulating film 20 by the CVD method so as to cover the module of the single-layer transfer electrode. At this time, as shown in FIG.
Although a part of the side wall of the tungsten film 43 is exposed in the region where is formed, since the insulating film is formed at room temperature not under an oxygen atmosphere, the tungsten film 43 does not expand abnormally.
【0044】続いて、絶縁膜の上に、例えばタングステ
ンよりなる高融点金属膜を形成し、この高融点金属膜の
うちの光電変換部10Aの上方を除去して遮光膜(図示
せず)を形成する。次いで、遮光膜の上に、光透過率が
高い材料、例えばシリコン酸化膜である光透過膜(図示
せず)を形成し、この光透過膜および遮光膜の上には、
例えばアルミニウム(Al)からなる光反射膜(図示せ
ず)を形成する。Subsequently, a refractory metal film made of, for example, tungsten is formed on the insulating film, and a portion of the refractory metal film above the photoelectric conversion portion 10A is removed to form a light shielding film (not shown). Form. Next, a material having a high light transmittance, for example, a light transmitting film (not shown) that is a silicon oxide film is formed on the light shielding film, and on the light transmitting film and the light shielding film,
For example, a light reflection film (not shown) made of aluminum (Al) is formed.
【0045】次いで、光反射膜を覆うようにして、例え
ばシリコン窒化膜であるパッシベーション膜(図示せ
ず)、例えばアクリル樹脂からなる平坦化膜(図示せ
ず)、カラーフィルタ(図示せず)層、集光レンズ(図
示せず)を順に形成する。以上のようにして、固体撮像
素子が完成する。Next, a passivation film (not shown) which is, for example, a silicon nitride film, a flattening film (not shown) made of acrylic resin, and a color filter (not shown) layer so as to cover the light reflection film. Then, a condenser lens (not shown) is sequentially formed. The solid-state image sensor is completed as described above.
【0046】このように本実施の形態によれば、隣り合
う転送電極40同士の間に形成された凸部30によって
転送電極40のアモルファスシリコン膜41に隆起部4
1Aを設け、この隆起部41Aによって離間させて、隣
り合う隆起部41A同士の間の窪みにタングステン膜4
3を形成するようにしたので、隣り合う転送電極40同
士を隔てる間隙部50ではタングステン膜43を露出さ
せないようにすることができ、その結果、タングステン
膜43が酸素を吸収し酸化されて異常膨張することに起
因した間隙部50の形状の損壊を防止することができ
る。また、転送電極40のタングステン膜43の上にタ
ングステン窒化膜60を形成するようにしたので、高温
の加熱処理を施しても、タングステン膜43はタングス
テン窒化膜60の上のシリコンガラス膜71中の酸素と
の反応が防止されて、タングステン膜43の断面形状の
変化を防止することができると共に転送電極40の抵抗
率の増大を抑制することができる。従って、タングステ
ン膜43がタングステン窒化膜42, 60によって囲ま
れるように形成されて、転送電極40が良質に形成され
るので、例えば配線部40Aにおける駆動電圧パルス信
号や垂直転送部10Aにおけるゲート印加パルス信号の
伝播遅延が生ずるといった問題が解消されて、素子の電
気的特性の向上を図ることが可能となる。また、転送電
極40のタングステン膜43の形状が変化したり、間隙
部の形状が損壊するといった問題が解消されて、製造工
程の歩留まりを向上させることが可能となる。As described above, according to the present embodiment, the raised portion 4 is formed on the amorphous silicon film 41 of the transfer electrode 40 by the convex portion 30 formed between the adjacent transfer electrodes 40.
1A is provided and is separated by the raised portions 41A, and the tungsten film 4 is provided in the recess between the adjacent raised portions 41A.
3 is formed, it is possible to prevent the tungsten film 43 from being exposed in the gap 50 that separates the transfer electrodes 40 adjacent to each other, and as a result, the tungsten film 43 absorbs oxygen and is oxidized to be abnormally expanded. It is possible to prevent the shape of the gap 50 from being damaged due to the above. Further, since the tungsten nitride film 60 is formed on the tungsten film 43 of the transfer electrode 40, the tungsten film 43 remains in the silicon glass film 71 on the tungsten nitride film 60 even if high-temperature heat treatment is performed. The reaction with oxygen is prevented, the change in the cross-sectional shape of the tungsten film 43 can be prevented, and the increase in the resistivity of the transfer electrode 40 can be suppressed. Therefore, the tungsten film 43 is formed so as to be surrounded by the tungsten nitride films 42 and 60, and the transfer electrode 40 is formed with good quality. For example, the drive voltage pulse signal in the wiring portion 40A and the gate application pulse in the vertical transfer portion 10A are formed. The problem that signal propagation delay occurs is solved, and the electrical characteristics of the element can be improved. Further, the problem that the shape of the tungsten film 43 of the transfer electrode 40 is changed and the shape of the gap is damaged is solved, and the yield of the manufacturing process can be improved.
【0047】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形が可能である。例えば、凸部30の断面形
状を長方形にしたが、この凸部30を覆うようにして転
送電極40のうちの下層膜であるアモルファスシリコン
膜41を形成すると隆起部41Aが形成されるものであ
ればどんな断面形状のものでもよい。具体的には、台形
や、円形、半円形、テーパ形が可能である。Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made. For example, the cross-sectional shape of the convex portion 30 is rectangular, but if the amorphous silicon film 41 which is the lower layer film of the transfer electrode 40 is formed so as to cover the convex portion 30, the raised portion 41A may be formed. Any cross-sectional shape will do. Specifically, a trapezoidal shape, a circular shape, a semicircular shape, and a tapered shape are possible.
【0048】また、垂直転送部10Bの電荷転送方式を
二相駆動式としたが、四相駆動式としてもよい。Further, the charge transfer system of the vertical transfer unit 10B is a two-phase drive system, but it may be a four-phase drive system.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の固体撮像
素子およびその製造方法によれば、隣り合う転送電極同
士の間に形成された凸部によって転送電極の下層膜に隆
起部を設け、この隆起部によって離間させて、隣り合う
隆起部同士の間の窪みに上層膜を形成するようにしたの
で、隣り合う転送電極同士を隔てる間隙部では上層膜を
露出させないようにすることができ、その結果、上層膜
が酸素を吸収し酸化されて異常膨張することに起因した
間隙部の形状の損壊が防止される。また、転送電極の上
層膜の上にタングステン窒化膜を形成するようにしたの
で、高温の加熱処理を施しても、上層膜はタングステン
窒化膜の上の保護膜中の酸素との反応が防止されて、上
層膜の断面形状が変化しなくなると共に転送電極の抵抗
率の増大が抑制される。従って、転送電極が良質に形成
されるので、例えば転送電極での配線部における駆動電
圧パルス信号や垂直転送部におけるゲート印加パルス信
号の伝播遅延が生ずるといった問題が解消されて、素子
の電気的特性の向上を図ることが可能となる。また、転
送電極の上層膜の形状が変化したり、間隙部の形状が損
壊するといった問題が解消されて、製造工程の歩留まり
を向上させることが可能となる。As described above, according to the solid-state image pickup device and the method of manufacturing the same of the present invention, the raised portion is provided in the lower layer film of the transfer electrode by the convex portion formed between the adjacent transfer electrodes, Since the upper layer film is formed in the recess between the adjacent raised portions by being separated from each other by the raised portions, it is possible to prevent the upper layer film from being exposed in the gap portion separating the adjacent transfer electrodes. As a result, it is possible to prevent the shape of the gap portion from being damaged due to the upper layer film absorbing oxygen, being oxidized, and abnormally expanding. Further, since the tungsten nitride film is formed on the upper film of the transfer electrode, the upper film is prevented from reacting with oxygen in the protective film on the tungsten nitride film even if high-temperature heat treatment is performed. As a result, the cross-sectional shape of the upper layer film does not change and the increase in the resistivity of the transfer electrode is suppressed. Therefore, since the transfer electrode is formed with good quality, the problem that the propagation delay of the drive voltage pulse signal in the wiring part in the transfer electrode and the gate applied pulse signal in the vertical transfer part occurs is solved, and the electrical characteristics of the element are eliminated. Can be improved. Further, the problem that the shape of the upper layer film of the transfer electrode is changed and the shape of the gap is damaged is solved, and the yield of the manufacturing process can be improved.
【図1】本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の概
略断面構成図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional configuration diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の固体撮像素子の概略平面構成図である。FIG. 2 is a schematic plan configuration diagram of the solid-state image sensor of FIG.
【図3】図1に示した固体撮像素子の製造方法を説明す
るための工程図である。3A to 3D are process drawings for explaining a method of manufacturing the solid-state image sensor shown in FIG.
【図4】図3に続く工程を説明するための工程図であ
る。FIG. 4 is a process drawing for explaining the process following FIG.
【図5】図4に続く工程を説明するための工程図であ
る。FIG. 5 is a process drawing for explaining the process following FIG.
【図6】従来の固体撮像素子を説明するための概略断面
構成図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional configuration diagram for explaining a conventional solid-state imaging device.
10A・・・ 光電変換部、10B・・・ 垂直転送部、10C
・・・ 読出しゲート部、11・・・ 半導体基板、12・・・ 表
面層、13・・・ 電荷蓄積層、14・・・ 電荷転送層、15
・・・ 画素分離層、16・・・ 不純物領域、20・・・ ゲート
絶縁膜、21・・・ シリコン酸化膜、22, 72・・・ シリ
コン窒化膜、23・・・ 高温酸化膜、30・・・ 凸部、40
・・・ 転送電極、40A・・・ 、配線部、41・・・ アモルフ
ァスシリコン膜、41A・・・隆起部、42, 60・・・ タ
ングステン窒化膜、43・・・ タングステン膜、44・・・
フォトレジスト膜、50・・・ 間隙部、71・・・ シリコン
ガラス膜、73・・・ サイドウォール、74・・・ レジスト
パターン、75・・・ 溝部、80・・・ 電極間絶縁膜、81
・・・ TEOS膜、82・・・ シリコン窒化膜、90・・・ 開
口部10A ... Photoelectric conversion unit, 10B ... Vertical transfer unit, 10C
... Read-out gate part, 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Surface layer, 13 ... Charge storage layer, 14 ... Charge transfer layer, 15
... Pixel isolation layer, 16 ... Impurity region, 20 ... Gate insulating film, 21 ... Silicon oxide film, 22, 72 ... Silicon nitride film, 23 ... High temperature oxide film, 30 ... ..Convex part, 40
・ ・ ・ Transfer electrode, 40A ・ ・ ・, wiring part, 41 ・ ・ ・ Amorphous silicon film, 41A ・ ・ ・ Raised part, 42, 60 ・ ・ ・ Tungsten nitride film, 43 ・ ・ ・ Tungsten film, 44 ・ ・ ・
Photoresist film, 50 ... Gap, 71 ... Silicon glass film, 73 ... Sidewall, 74 ... Resist pattern, 75 ... Groove, 80 ... Inter-electrode insulating film, 81
・ ・ ・ TEOS film, 82 ・ ・ ・ Silicon nitride film, 90 ・ ・ ・ Opening
Claims (8)
前記半導体基板の上に形成されたゲート絶縁膜と、前記
ゲート絶縁膜の上に下層膜および上層膜が積層されて、
前記光電変換部で入射した光によって発生した信号電荷
を転送する複数の転送電極とを少なくとも備えた固体撮
像素子であって、 前記ゲート絶縁膜の上に、前記隣り合う転送電極同士の
間に形成された凸部と、前記上層膜の上に少なくとも形
成されたタングステン窒化膜とを備えており、 前記下層膜が、前記凸部によって隆起部を有するように
形成され、前記上層膜が、前記隆起部によって離間され
て、前記隣り合う下層膜の隆起部同士の間の窪みに形成
されていることを特徴とする固体撮像素子。1. A photoelectric conversion part formed on a semiconductor substrate,
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and a lower layer film and an upper layer film laminated on the gate insulating film,
A solid-state imaging device comprising at least a plurality of transfer electrodes for transferring signal charges generated by light incident on the photoelectric conversion unit, the solid-state imaging device being formed on the gate insulating film between the adjacent transfer electrodes. And a tungsten nitride film formed at least on the upper layer film, wherein the lower layer film is formed to have a protrusion by the protrusion, and the upper layer film has the protrusion. A solid-state image pickup device, wherein the solid-state image pickup device is formed in a recess between the raised portions of the adjacent lower layer films which are separated from each other.
れた、前記タングステン窒化膜とは異なる他のタングス
テン窒化膜を更に備えたことを特徴とする請求項1記載
の固体撮像素子。2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising another tungsten nitride film different from the tungsten nitride film formed between the lower layer film and the upper layer film.
に、前記ゲート絶縁膜と接続されるように、前記下層膜
の隆起部のうちの、前記隆起部の上面の幅よりも小さな
幅の領域に設けられた間隙部を更に備えたことを特徴と
する請求項1記載の固体撮像素子。3. A region having a width smaller than a width of an upper surface of the raised portion of the raised portion of the lower layer film so as to separate the adjacent transfer electrodes from each other and to be connected to the gate insulating film. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a gap portion provided.
膜の上に形成された保護膜と、 前記保護膜の上に、前記間隙部を埋めるようにして形成
された絶縁膜とを更に備えたことを特徴とする請求項3
記載の固体撮像素子。4. A protective film formed on the tungsten nitride film on the upper film, and an insulating film formed on the protective film so as to fill the gap. 4. The method according to claim 3, wherein
The solid-state image sensor according to claim 1.
前記半導体基板の上に形成されたゲート絶縁膜と、前記
ゲート絶縁膜の上に下層膜および上層膜が積層されて、
前記光電変換部で入射した光によって発生した信号電荷
を転送する複数の転送電極とを少なくとも備えた固体撮
像素子の製造方法であって、 前記ゲート絶縁膜の上に、前記隣り合う転送電極同士の
間に凸部を形成する工程と、 前記凸部を覆うことによって、隆起部を設けるように前
記下層膜を形成する工程と、 前記下層膜を形成した後、前記隆起部同士の間の窪みを
埋めるようにして、前記上層膜を形成する工程と、 前記上層膜を形成した後、前記隆起部によって、前記隆
起部同士の間の窪みに形成された上層膜が離間されて、
前記下層膜の隆起部の表面が露出するまで前記上層膜を
選択的に除去する工程と、 前記上層膜の上に、タングステン窒化膜を形成する工程
とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。5. A photoelectric conversion part formed on a semiconductor substrate,
A gate insulating film formed on the semiconductor substrate, and a lower layer film and an upper layer film laminated on the gate insulating film,
A method for manufacturing a solid-state imaging device comprising at least a plurality of transfer electrodes for transferring signal charges generated by light incident on the photoelectric conversion unit, wherein the transfer electrodes adjacent to each other are formed on the gate insulating film. A step of forming a convex portion between, a step of forming the lower layer film so as to provide a raised portion by covering the convex portion, and after forming the lower layer film, to form a depression between the raised portions. So as to fill, the step of forming the upper layer film, and after forming the upper layer film, the upper layer film formed in the recess between the raised portions is separated by the raised portion,
A solid-state imaging device comprising: a step of selectively removing the upper layer film until the surface of the raised portion of the lower layer film is exposed; and a step of forming a tungsten nitride film on the upper layer film. Production method.
タングステン窒化膜とは異なる他のタングステン窒化膜
を形成する工程を含むことを特徴とする請求項5記載の
固体撮像素子の製造方法。6. The solid-state imaging device according to claim 5, further comprising a step of forming another tungsten nitride film different from the tungsten nitride film between the lower layer film and the upper layer film. Method.
膜の上に保護膜を形成する工程と、 前記保護膜のうちの前記凸部の上方を選択的に除去する
工程と、 前記保護膜のうちの凸部の上方を除去した後、前記ゲー
ト絶縁膜と接続するように、前記下層膜の隆起部のうち
の、前記隆起部の上面の幅よりも小さな幅の領域を選択
的に除去することによって、前記隣り合う転送電極同士
を隔てる間隙部を形成する工程とを含むことを特徴とす
る請求項5記載の固体撮像素子の製造方法。7. A step of forming a protective film on the tungsten nitride film on the upper layer film, a step of selectively removing an upper part of the convex portion of the protective film, After removing the upper part of the convex part, a region of the ridge of the lower layer film having a width smaller than the width of the upper surface of the ridge is selectively removed so as to be connected to the gate insulating film. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, further comprising the step of forming a gap portion that separates the adjacent transfer electrodes from each other.
の、隣り合う転送電極同士の間の所定の領域に不純物原
子を注入して、前記光電変換部で発生した信号電荷の転
送を阻害するポテンシャルの形成を防止するための不純
物領域を形成する工程と、 前記不純物領域を形成した後、前記間隙部を埋めるよう
にして、前記保護膜の上に絶縁膜を形成する工程とを含
むことを特徴とする請求項7記載の固体撮像素子の製造
方法。8. Impurity atoms are injected into a predetermined region between adjacent transfer electrodes of the semiconductor substrate through the gap to prevent transfer of signal charges generated in the photoelectric conversion unit. A step of forming an impurity region for preventing the formation of a potential, and a step of forming an insulating film on the protective film so as to fill the gap after forming the impurity region. The method of manufacturing a solid-state image sensor according to claim 7.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100602127B1 (en) | 2004-12-15 | 2006-07-19 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | Method for forming intermetallic dielectric layer in CMOS image sensor |
US8836070B2 (en) | 2010-11-02 | 2014-09-16 | Samsung Display Co., Ltd. | Photo diode, method of manufacturing the photo-diode, and photo sensor including the photo diode |
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- 2002-03-19 JP JP2002076425A patent/JP2003273345A/en active Pending
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