JP2004103616A - Solid-state imaging device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に電荷転送電極のシリサイド化に関する。
【0002】
【従来の技術】
エリアセンサ等に用いられるCCD固体撮像素子は、光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
【0003】
固体撮像素子においては、撮像画素数の増加が進んでいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、すなわち電荷転送電極の高速パルスによる駆動が必要となるため、電荷転送電極の低抵抗化が求められている。低抵抗化の方法として、電荷転送電極を多結晶シリコンなどのシリコン系導電性材料と金属シリサイドとの2層構造とすることが提案されている。
【0004】
しかし、多結晶シリコン電極と異なり、金属電極の加工は技術的に難しい。例えば電極用金属材料の表面は多結晶シリコンに比べ表面反射率が高くパターニングする際にハレーションの問題が生じたり、金属材料を加工するため新たに技術や装置が必要となる。
そこでロジックなどで実用化している、選択的、自己整合的にソースドレインや電極加工を行うプロセスであるサリサイドプロセスが注目されている。この技術を用いることにより、最初に多結晶シリコンだけで電極加工を行うため表面反射によるハレーションの問題もなくまた、新たに金属加工するための技術や装置を必要としない。
しかしながら、電荷転送素子の場合電極間距離が狭いことから、シリサイド化に際していわゆる“せりあがり”現象により、電極間のショートや耐圧不良が問題となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、シリサイド化プロセスにおいて“せりあがり”現象がおきても、狭い電極の間で耐圧不良や電極間のショートが起こることのない電荷転送素子を提供することを目的とする。
【0006】
また、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、固体撮像素子の電荷転送電極が、半導体基板表面に、起立するように形成された壁状の電極間絶縁膜で囲まれた領域に、前記電極間絶縁膜の上端よりも上端が下方に位置するように形成されたシリコン系導電性膜と、前記シリコン系導電性膜上に形成された金属シリサイド層とから構成されることを特徴とする。
【0008】
かかる構成によれば、せり上がり現象の影響を受けないようにするため、シリコン系導電性を落とし込み電極間絶縁膜を上方に突出せしめているため、シリサイド化工程においてもせりあがりによる耐圧不良や短絡が防止され、低抵抗で信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。
【0009】
また本発明の方法では、電極間絶縁膜で囲まれ、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、前記電極間絶縁膜の上端よりも下方に上端が位置するように絶縁分離されるシリコン系導電性膜を形成する工程と、前記シリコン系導電性膜上に金属膜を形成する工程と、前記金属膜を加熱し、シリサイド化を行う工程と、シリサイド化されずに残った金属膜を選択的に除去する工程とを含み、前記電極間絶縁膜の上端が突出するように金属シリサイド層を形成するようにしたことを特徴とする。
【0010】
かかる構成によれば、自己整合的に低抵抗電極を形成することができるため、フォトリソ工程での合わせずれやメタル材料特有の表面での反射によるハレーションの影響を受けることなく電極の低抵抗化をはかることが可能となる。
また、シリコン系導電性膜はその上端が、前記電極間絶縁膜の上端よりも一定高さ分だけ下方に位置するように形成し、その上に金属膜を形成しているため、シリサイド化に際してせり上がりが生じても短絡を生じることなく自己整合的にシリサイド膜の形成を行なうことが可能となる。上記一定高さ分とは、金属シリサイド膜の形成によってせり上がりが生じても短絡を生じない程度の高さである。またせりあがりとは、Siが 金属膜中に拡散してシリサイドが形成される場合、Siが露出した領域が全てシリサイド化したあと、その周辺の金属中までSiが拡散しシリサイド化が進行し、いわゆる横方向成長がおこり、これが電極間絶縁膜側壁に沿って伸長するものをいう。
また、金属層などの低抵抗層の形成に必要なフォトリソ工程やエッチング工程が不要となり、工程数削減による歩留まりの向上が可能となる。
【0011】
前記電荷転送電極が単層構造である場合は同一の工程で形成でき、電極パターンの形成については1回のフォトリソグラフィプロセスでシリコン系導電性膜のパターンを形成し、このパターン上に金属シリサイドを形成することにより自己整合的に、金属シリサイド膜を含む低抵抗の電荷転送電極を形成することが可能となる。
【0012】
電荷転送電極が2層構造である場合は、前記シリコン系導電性膜を形成する工程は、第1層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第1層シリコン系導電性膜のパターンの側壁に突出するように電極間絶縁膜を形成し、これら第1層シリコン系導電性膜のパターンの間から絶縁膜を介して前記第1層シリコン系導電性膜のパターン上にのりあげるように形成された第2層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程とにより形成することができる。
【0013】
またシリサイド化に際しては、さらに、第1層シリコン系導電性膜および第2層シリコン系導電性膜のパターン及び電極間絶縁膜を形成後、金属膜を形成し、加熱して、この金属膜と第1層シリコン系導電性膜および第2層シリコン系導電性膜との界面反応により金属シリサイド層を形成することにより、1回の加熱工程で2層のシリサイドを形成することができ、熱処理を低減することが可能となる。
【0014】
また、さらにシリコン系導電性膜あるいは、第1層シリコン系導電性膜および第2層シリコン系導電性膜の表面をエッチングし、凹部を形成するようにすれば、せり上がりが生じても短絡を招くおそれもない。
【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つ説明する。
(第1の実施の形態)
図1に、本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図1(a)は、その光電変換部から電荷転送電極までを示す概略平面図であり、図1(b)は、A−A断面図である。
この固体撮像素子は、図1(b)に要部断面図を示すように、所望の素子領域の形成されたシリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される多結晶シリコン膜とチタンシリサイドとの2層構造膜からなる複数の電荷転送電極40が、多結晶シリコン膜の上端よりも高い位置まで起立する壁状のパターンをなす酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜3で囲まれており、耐圧不良や短絡のない固体撮像素子を形成したことを特徴とする。ここで壁状のパターンは、幅0.1μm程度となるように形成されている。
【0016】
この固体撮像素子は、図1(b)に、電荷転送部の要部断面図を示すように、所望の素子領域の形成されたシリコン基板1表面に、ゲート酸化膜2を介して配列形成される2層構造の電荷転送電極40が、前記電極間絶縁膜の上端よりも下方に上端が位置するように形成された多結晶シリコン膜4a、4b上にチタン膜4Sを形成し、シリサイド化を行い、シリサイド化されずに残ったチタン膜を選択的に除去することにより、自己整合的に、電極間絶縁膜の上端が突出するように金属シリサイド層を形成される。
【0017】
またこの電極間絶縁膜3は、第1層電極である第1層多結晶シリコン膜のパターン上に形成した酸化シリコン膜を異方性エッチングによって側壁にのみ残したいわゆる側壁酸化膜で構成されており、リソグラフィ工程を経ることなく微細パターンを得るようにしたものである。
【0018】
またこの第1層電極を構成する第1層多結晶シリコン膜4aの間から第2層多結晶シリコン膜4bが前記第1層多結晶シリコン膜4a上に絶縁膜6を介して乗り上げるように形成されている。
【0019】
なお図1に示すように、シリコン基板1には、複数のフォトダイオード30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送電極40が、フォトダイオード30の間に蛇行形状を呈するように形成される。
電荷転送電極40によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル31は、図1(a)では図示していないが、電荷転送電極40が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。なお、図1(a)においては、電極間絶縁膜3の内、フォトダイオード領域と電荷転送電極40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
【0020】
図1(b)に示すように、シリコン基板1内には、フォトダイオード30、電荷転送チャネル31、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域33が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜3と電荷転送電極40が形成される。
【0021】
電荷転送電極40は、上述したとおりであるが、電荷転送電極40の上面には層間絶縁膜としての、酸化シリコン膜(図示せず)が形成される。
【0022】
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード30部分を除いて遮光膜50が設けられ、さらにカラーフィルタ60、マイクロレンズ70が設けられる。また、電荷転送電極40と遮光膜50との間、および遮光膜50とカラーフィルタ60との間は、絶縁性の透明樹脂等が充填される。電荷転送電極40および電極間絶縁膜3を除いて通例のものと同様であるので説明を省略する。また、図1では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、インターライン型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【0023】
次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
まず、n型のシリコン基板1表面に、膜厚15nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート絶縁膜2を形成する。
【0024】
続いて、図2(a)に示すように、このゲート絶縁膜2上に、Heで希釈したSiH4を反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.4μmの第1層多結晶シリコン膜4aを形成する。このときの基板温度は600〜700℃とする。この後POCl3とN2とO2との混合ガス雰囲気中で900℃の熱処理を行い第1層多結晶シリコン膜4aをドーピングする(リン酸処理)。
【0025】
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ0.5〜1.4μmとなるように塗布する。
【0026】
そして、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、図2(b)に示すように、パターン幅0.3から数μmのレジストパターンRを形成する。
【0027】
この後、図2(c)に示すように、HBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりレジストパターンRをマスクとし、ゲート絶縁膜2をエッチングストッパとして第1層多結晶シリコン膜4aを選択的にエッチング除去したのち、レジストパターンRを剥離除去する。ここではECRあるいはICPなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【0028】
続いて、図3(d)に示すように、熱酸化により第1層多結晶シリコン膜4aの表面に膜厚80nmの酸化シリコン膜からなる第2の絶縁膜3、6を形成する。ここでは第1層多結晶シリコン膜4の上面の酸化シリコン膜(上部絶縁膜)を6とする。
【0029】
このようにして、第1層多結晶シリコン膜4の側壁絶縁膜である電極間絶縁膜3及び上部絶縁膜6を形成する。
【0030】
次に、図3(e)に示すように、SiH4ガスを用いた減圧CVD法により膜厚0.4〜0.7μmの第2層多結晶シリコン膜4bを形成し、第1層多結晶シリコン膜4aの場合と同様にフォトリソグラフィによりパターニングする。ここでも第1層多結晶シリコン膜と同様にリン酸処理を行う。
【0031】
そして、図3(f)に示すように、この上層に熱酸化による酸化シリコン膜7を形成する。
【0032】
この後、図4(g)に示すように、減圧CVD法により酸化シリコン膜8を形成する。
【0033】
さらに、図4(h)に示すように、厚いレジストRを塗布し、フォトダイオード形成領域などを被覆するようにパターニングする。
【0034】
そしてさらに、図4(i)に示すように、厚いレジストRで周辺部を被覆した状態で、異方性エッチングにより、第1層及び第2層の多結晶シリコン膜を露出させ、また第1層及び第2層多結晶シリコン膜4a、4bの側壁に酸化シリコン膜7,8を残留せしめる。これが第2層多結晶シリコン膜からなる第2層電極の電極間絶縁膜となる。
【0035】
この後、図5(j)に示すように、レジストRを除去し、図5(k)に示すように、HBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、第1層多結晶シリコン膜4a、第2層多結晶シリコン膜4bの表面をエッチング除去する。この工程で第1層多結晶シリコン膜4aの表面は電極間絶縁膜3の上端面よりも低く、第2層多結晶シリコン膜4bの表面は酸化シリコン膜7,8の上端面よりも低くなっている。
【0036】
そして、図5(l)に示すように、多結晶シリコン膜4a、4bの上層に、スパッタリング法などにより、膜厚50〜300nmのチタン膜9を形成する。
【0037】
続いて、図6(m)に示すように、800℃90秒のRTA(急速熱処理)を行い、第1及び第2層多結晶シリコン膜4a、4bとチタン膜9との界面に同時にチタンシリサイド4Sを形成する。
【0038】
この後、図6(n)に示すように、SC−1処理を行い、未反応のチタン膜を除去し、多結晶シリコン膜とチタンシリサイドとの2層構造の電荷転送電極が形成される。
そしてこの上層に絶縁膜、遮光膜などを形成して、図1に示したような固体撮像素子を得る。
【0039】
この方法によれば、第1層及び第2層多結晶シリコン膜の表面をエッチングして、電極間絶縁膜3および第2層の電極間絶縁膜としての酸化シリコン膜7,8の上端よりも低くなるようにしているため、シリサイド化に際して、せり上がり現象が生じても、耐圧不良や短絡が生じることはない。従って信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
【0040】
また、表面反射率が高く、ハレーションなどにより加工が難しい金属膜のパターニングが不要となる。すなわち、表面反射の影響により精度が低下したりすることなく、多結晶シリコン膜のパターンを形成し、このパターン上でのみシリサイド化を生ぜしめ、金属シリサイド膜を選択的に形成することにより、2層構造の電荷転送電極を自己整合的に形成することができる。また2層構造の電荷転送電極を1回のシリサイド化工程でシリサイド化しているため、高温工程の回数を少なくすることができる。従って、マスクずれもなく高精度で信頼性の高い電荷転送電極を持つ固体撮像素子を形成することが可能となる。
【0041】
さらに、フォトダイオード形成時に、シリコン面が露出した際に金属が触れると汚染の原因となるが、この例では、金属膜の形成もシリサイド化のための熱処理も1回ですむ上RTAを用いるため短時間ですむ。従って、フォトダイオード形成後に電極形成を行うようにしても、拡散長の伸びによる接合面のずれも少なく高品質の固体撮像素子を形成することができる。従って金属イオンによるフォトダイオードの汚染を防止することができ、信頼性の向上をはかることができる。
【0042】
また、前記実施の形態ではシリサイド化のための熱処理温度を800℃とし一挙にC54構造のチタンシリサイド膜を形成したが、せり上がりによる短絡もなく高信頼性を維持することができた。熱処理温度を高くするとせり上がりが生じ易いが、本実施の形態の場合は、耐圧不良も短絡もなかった。これは第1層及び第2層多結晶シリコン膜の表面をエッチングして、電極間絶縁膜3および第2層の電極間絶縁膜としての酸化シリコン膜7,8の上端よりも低くなるようにしているためと考えられる。
なお、前記実施の形態では、シリサイド化のための熱処理温度を800℃とし一挙にC54構造のチタンシリサイド膜を形成したが、一旦700℃90秒程度のRTAによりC49構造にし、SC−1処理を行い、不要部のチタン膜を除去した後、800℃90秒程度の熱処理を行いC54構造にして低抵抗化するというプロセスを用いてもよい。
【0043】
なおここで用いる金属膜としては、チタンシリサイドのほか、また、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、白金のシリサイドなどが適用可能である。
【0044】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、第2層目が第1層目の上に乗り上げるように形成した2層構造の電荷転送電極について説明したが、単層構造の電荷転送電極について説明する。
【0045】
図7に、本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す。
図7では電荷転送電極部分のみを示しているが、他部については、前記第1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【0046】
この例では、シリコン基板1の表面に形成されたゲート酸化膜2上に電極間絶縁膜3が形成され、この電極間絶縁膜3で囲まれた領域内に多結晶シリコン膜4aとチタンシリサイド膜4Sとからなる電荷転送電極が形成される。そして、シリサイド化前の多結晶シリコン膜上面に対し、電極間絶縁膜の上端が十分に高く突出するように形成されており、シリサイド化によりせり上がり現象が生じても、十分に電極間絶縁膜がシリサイド膜よりも高くなるように構成されている。
【0047】
図7(a)乃至(d)にその工程図を示す。
まず、n型のシリコン基板1表面に、膜厚15nmの酸化シリコン膜と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。続いてこのゲート酸化膜2上に、SiH4ガスを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.4〜0.7μmの多結晶シリコン膜4aを形成し、これを、HBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、パターニングし図7(a)に示すように、電極パターンを形成する。ここで多結晶シリコン膜は前記第1の実施の形態の場合と同様にパターニング前または後にPOCl3とN2とO2との混合ガス雰囲気中で900℃の熱処理が施され、ドーピングされる(リン酸処理)。
【0048】
そして図7(b)に示すように熱酸化により多結晶シリコン膜の周りを酸化し、上面をエッチングして側壁にのみ酸化シリコン膜を残留せしめ電極間絶縁膜3を形成する。なおここで熱酸化に代えてCVD法により絶縁膜を形成するようにしてもよい。
この後、図7(c)に示すようにこの多結晶シリコン膜の表面をHBrとO2との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりエッチング除去する。この工程で多結晶シリコン膜4aの表面は電極間絶縁膜3の上端面よりも一定高さ分だけ低くなっている。
【0049】
そして、多結晶シリコン膜4aの上層に、スパッタリング法などにより、膜厚50〜200nmのチタン膜を形成し、700℃2分のRTA(急速熱処理:第1アニール)を行い、多結晶シリコン膜4aとチタン膜との界面にチタンシリサイド4Sを形成する。ここではC49構造となっている。
【0050】
この後、SC−1処理を行い、未反応のチタン膜を除去し、最後に750〜850℃の温度範囲、30〜120秒間の熱処理(第2アニール)を行いチタンシリサイド膜をC54構造にすることにより、図7(d)に示すように、多結晶シリコン膜とチタンシリサイドとの2層構造の電荷転送電極が形成される。
そしてこの上層に絶縁膜、遮光膜などを形成して、固体撮像素子を得る。
【0051】
この方法によっても前記第1の実施の形態と同様に耐圧不良のない電荷転送電極を形成することが可能となる。
【0052】
この方法によれば、電極間絶縁膜としての絶縁膜のパターンを形成する際に
ダミーパターンの側壁に形成した絶縁膜を異方性エッチングによる側壁残しにより、行っており、微細でかつ信頼性の高い電極間絶縁膜が容易に形成される。
【0053】
なお、前記実施の形態ではシリサイド化のための第1アニール工程としてのRTAを700℃90秒としたが、650〜750℃の範囲、30〜120秒の範囲であればよい。ここではチタンシリサイド膜はC49構造となっている。
そして、最終的には、第2アニール工程として、750〜850℃の温度範囲、30〜120秒間の熱処理を行い、チタンシリサイド膜をC54構造にすることにより、低抵抗化をはかることができる。
【0054】
また、第2の実施の形態においても、1回のアニール工程(750〜850℃の温度範囲、30〜120秒間)で一挙に熱処理を行い、チタンシリサイド膜をC54構造にすることも可能である。この場合せり上がりはより生じ易いが、多結晶シリコン膜の上端を電極間絶縁膜の上端よりも十分に低く形成しているため、耐圧不良や短絡が発生することはない。
【0055】
また前記実施の形態では多結晶シリコン膜と金属膜との界面反応によりシリサイドを形成したが、多結晶シリコン膜に限定されることなく、アモルファスシリコン、マイクロクリスタルシリコンなどシリコン系導電膜であればよい。
【0056】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、自己整合的に低抵抗層を形成することができるため、フォトリソ工程での合わせずれやメタル材料特有の表面反射によるハレーションなどの影響を受けることなく電極の低抵抗化をはかることができる。
またフォトリソ工程やエッチング工程が不要となり工程数の削減による歩留まり、製造期間の短縮および製造コストの低減の向上をはかることが可能となる。
また本発明によれば、低抵抗で信頼性の高い電荷転送電極をもつ固体撮像素子を提供することが可能となる。
また、配線配線抵抗が小さく、高速転送の可能な低消費電力の固体撮像素子を提供することが可能となる。
また電荷転送電極の低抵抗化により電極の高さをさらに低くすることができ、かつ表面の平坦化をはかることができるため、感度の向上やけられの低減をはかることができる。
また、高速転送が可能となるためスミアなどの光学特性を改善することが出来、高品質で信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
加えて、本発明によれば、平坦な表面を得ることができ感度低下のない単層電極構造の固体撮像素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程の一部を示す図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程の一部を示す図である。
【図7】本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程の一部を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 電極間絶縁膜
4a (第1層)多結晶シリコン膜
4b 第2層多結晶シリコン膜
4S チタンシリサイド膜
5 酸化シリコン膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to silicidation of a charge transfer electrode.
[0002]
[Prior art]
A CCD solid-state imaging device used for an area sensor or the like has a charge transfer electrode for transferring a signal charge from a photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are sequentially driven.
[0003]
In the solid-state imaging device, the number of imaging pixels is increasing, but with the increase in the number of pixels, high-speed transfer of signal charges, that is, driving with a high-speed pulse of the charge transfer electrode is required. Is required. As a method for reducing the resistance, it has been proposed that the charge transfer electrode has a two-layer structure of a silicon-based conductive material such as polycrystalline silicon and a metal silicide.
[0004]
However, unlike a polycrystalline silicon electrode, it is technically difficult to process a metal electrode. For example, the surface of the electrode metal material has a higher surface reflectance than that of polycrystalline silicon, causing halation problems when patterning, and a new technique and apparatus are required to process the metal material.
Therefore, a salicide process, which is a process for processing sources and drains and electrodes in a selective and self-alignment manner, which has been put into practical use in logic, etc., has attracted attention. By using this technique, electrode processing is first performed using only polycrystalline silicon, so there is no problem of halation due to surface reflection, and no new technique or apparatus for metal processing is required.
However, in the case of a charge transfer element, the distance between the electrodes is narrow, so that a short circuit between the electrodes and a defective withstand voltage become a problem due to the so-called “rising” phenomenon during silicidation.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a charge transfer element that does not cause a breakdown voltage failure or a short-circuit between electrodes even if a “swelling” phenomenon occurs in a silicidation process. For the purpose.
[0006]
It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device that is easy to manufacture and highly reliable.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, the charge transfer electrode of the solid-state imaging device has an upper end higher than the upper end of the interelectrode insulating film in a region surrounded by a wall-like interelectrode insulating film formed to stand on the surface of the semiconductor substrate. Is formed of a silicon-based conductive film formed so as to be positioned below and a metal silicide layer formed on the silicon-based conductive film.
[0008]
According to such a configuration, in order not to be affected by the rising phenomenon, the silicon-based conductivity is lowered and the inter-electrode insulating film is protruded upward. Therefore, it is possible to form a solid-state imaging device with low resistance and high reliability.
[0009]
Further, in the method of the present invention, a silicon-based material is insulated and separated so that the upper end is located below the upper end of the interelectrode insulating film on the surface of the semiconductor substrate surrounded by the interelectrode insulating film and formed with the gate oxide film. A step of forming a conductive film, a step of forming a metal film on the silicon-based conductive film, a step of heating the metal film to perform silicidation, and a metal film remaining without silicidation are selected. A metal silicide layer is formed so that the upper end of the interelectrode insulating film protrudes.
[0010]
According to such a configuration, the low resistance electrode can be formed in a self-aligned manner, so that the resistance of the electrode can be reduced without being affected by misalignment in the photolithography process or halation due to reflection on the surface specific to the metal material. It is possible to measure.
In addition, the silicon-based conductive film is formed so that the upper end thereof is positioned below the upper end of the interelectrode insulating film by a certain height, and a metal film is formed thereon. Even if the rising occurs, the silicide film can be formed in a self-aligned manner without causing a short circuit. The fixed height is a height that does not cause a short circuit even if a rise occurs due to the formation of the metal silicide film. In addition, when the silicon is diffused into the metal film and silicide is formed, the region where Si is exposed is silicided, and then Si diffuses into the surrounding metal and silicidation proceeds. The so-called lateral growth occurs, which extends along the interelectrode insulating film side wall.
In addition, a photolithography process and an etching process necessary for forming a low resistance layer such as a metal layer are not required, and the yield can be improved by reducing the number of processes.
[0011]
When the charge transfer electrode has a single layer structure, it can be formed by the same process. For the formation of the electrode pattern, a silicon conductive film pattern is formed by a single photolithography process, and a metal silicide is formed on the pattern. By forming, a low-resistance charge transfer electrode including a metal silicide film can be formed in a self-aligning manner.
[0012]
When the charge transfer electrode has a two-layer structure, the step of forming the silicon-based conductive film includes a step of forming a pattern of the first-layer silicon-based conductive film, and a step of forming the first-layer silicon-based conductive film. An interelectrode insulating film is formed so as to protrude from the side wall of the pattern, and is lifted on the pattern of the first-layer silicon-based conductive film through the insulating film from between the patterns of the first-layer silicon-based conductive film The step of forming the pattern of the second-layer silicon-based conductive film formed as described above can be used.
[0013]
In silicidation, the first layer silicon-based conductive film and the second layer silicon-based conductive film and the interelectrode insulating film are formed, and then a metal film is formed and heated. By forming a metal silicide layer by an interfacial reaction between the first layer silicon-based conductive film and the second layer silicon-based conductive film, two layers of silicide can be formed in one heating step, and heat treatment is performed. It becomes possible to reduce.
[0014]
Furthermore, if the surface of the silicon-based conductive film or the first-layer silicon-based conductive film and the second-layer silicon-based conductive film is etched to form a recess, a short circuit can be generated even if a rise occurs. There is no risk of inviting.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. Fig.1 (a) is a schematic plan view which shows from the photoelectric conversion part to a charge transfer electrode, and FIG.1 (b) is AA sectional drawing.
This solid-state imaging device has a polycrystalline silicon film arrayed on a surface of a
[0016]
This solid-state imaging device is formed in an array on the surface of a
[0017]
The interelectrode
[0018]
Further, a second-layer
[0019]
As shown in FIG. 1, a plurality of
Although not shown in FIG. 1A, the
[0020]
As shown in FIG. 1B, a
[0021]
Although the
[0022]
Above the solid-state imaging device, a
[0023]
Next, the manufacturing process of this solid-state image sensor will be described.
First, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm, and a silicon oxide film having a thickness of 10 nm are formed on the surface of the n-
[0024]
Subsequently, as shown in FIG. 2A, a first layer polycrystal having a thickness of 0.4 μm is formed on the
[0025]
Subsequently, a positive resist is applied to the upper layer so as to have a thickness of 0.5 to 1.4 μm.
[0026]
Then, exposure is performed using a desired mask by photolithography, development and water washing are performed to form a resist pattern R having a pattern width of 0.3 to several μm as shown in FIG.
[0027]
Thereafter, as shown in FIG. 2C, the first-layer polycrystalline silicon is formed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2 using the resist pattern R as a mask and the
[0028]
Subsequently, as shown in FIG. 3D, second insulating
[0029]
In this way, the interelectrode
[0030]
Next, as shown in FIG. 3E, a second-layer
[0031]
Then, as shown in FIG. 3F, a
[0032]
Thereafter, as shown in FIG. 4G, a
[0033]
Further, as shown in FIG. 4H, a thick resist R is applied and patterned so as to cover the photodiode formation region and the like.
[0034]
Further, as shown in FIG. 4 (i), the first and second polycrystalline silicon films are exposed by anisotropic etching while the peripheral portion is covered with a thick resist R, and the first The
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 5 (j), the resist R is removed, and as shown in FIG. 5 (k), the first layer is formed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2. The surfaces of the
[0036]
Then, as shown in FIG. 5L, a
[0037]
Subsequently, as shown in FIG. 6 (m), RTA (rapid heat treatment) at 800 ° C. for 90 seconds is performed, and titanium silicide is simultaneously formed on the interface between the first and second
[0038]
Thereafter, as shown in FIG. 6 (n), SC-1 treatment is performed to remove the unreacted titanium film, and a charge transfer electrode having a two-layer structure of a polycrystalline silicon film and titanium silicide is formed.
Then, an insulating film, a light shielding film, and the like are formed on this upper layer to obtain a solid-state imaging device as shown in FIG.
[0039]
According to this method, the surfaces of the first layer and the second layer polycrystalline silicon films are etched to be higher than the upper ends of the interelectrode
[0040]
Further, it is not necessary to pattern a metal film that has a high surface reflectance and is difficult to process due to halation or the like. That is, the pattern of the polycrystalline silicon film is formed without lowering the accuracy due to the influence of the surface reflection, silicidation is caused only on this pattern, and the metal silicide film is selectively formed, so that 2 A charge transfer electrode having a layer structure can be formed in a self-aligning manner. In addition, since the charge transfer electrode having a two-layer structure is silicided in one silicidation process, the number of high-temperature processes can be reduced. Therefore, it is possible to form a solid-state imaging device having a highly accurate and reliable charge transfer electrode without mask displacement.
[0041]
Further, when the photodiode is formed, if the metal surface is exposed when the silicon surface is exposed, contamination may be caused. In this example, the metal film is formed and the heat treatment for silicidation is performed only once, and RTA is used. It takes a short time. Therefore, even when the electrodes are formed after the formation of the photodiode, a high-quality solid-state imaging device can be formed with little displacement of the joint surface due to the extension of the diffusion length. Therefore, contamination of the photodiode by metal ions can be prevented, and reliability can be improved.
[0042]
In the above embodiment, the heat treatment temperature for silicidation was set to 800 ° C. and a titanium silicide film having a C54 structure was formed at once. However, high reliability could be maintained without a short circuit due to rising. When the heat treatment temperature is raised, the rise tends to occur, but in the case of the present embodiment, there is neither a breakdown voltage failure nor a short circuit. This is because the surfaces of the first layer and second layer polycrystalline silicon films are etched so that they are lower than the upper ends of the interelectrode
In the above embodiment, the heat treatment temperature for silicidation is set to 800 ° C., and a titanium silicide film having a C54 structure is formed at once. After removing the unnecessary titanium film, a heat treatment at 800 ° C. for about 90 seconds may be performed to reduce the resistance to a C54 structure.
[0043]
As the metal film used here, in addition to titanium silicide, silicide of tantalum, tungsten, molybdenum, nickel, cobalt, platinum, or the like can be applied.
[0044]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, the charge transfer electrode having a two-layer structure formed so that the second layer runs on the first layer has been described. However, the charge transfer electrode having a single layer structure will be described.
[0045]
FIG. 7 shows a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
Although only the charge transfer electrode portion is shown in FIG. 7, the other portions are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
[0046]
In this example, an interelectrode
[0047]
FIGS. 7A to 7D are process diagrams.
First, a silicon oxide film having a thickness of 15 nm, a silicon nitride film having a thickness of 50 nm, and a silicon oxide film having a thickness of 10 nm are formed on the surface of the n-
[0048]
Then, as shown in FIG. 7B, the periphery of the polycrystalline silicon film is oxidized by thermal oxidation, and the upper surface is etched to leave the silicon oxide film only on the sidewalls, thereby forming the interelectrode
Thereafter, as shown in FIG. 7C, the surface of the polycrystalline silicon film is removed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2 . In this step, the surface of the
[0049]
Then, a titanium film having a film thickness of 50 to 200 nm is formed on the
[0050]
Thereafter, SC-1 treatment is performed to remove the unreacted titanium film, and finally a heat treatment (second annealing) is performed for 30 to 120 seconds in a temperature range of 750 to 850 ° C. so that the titanium silicide film has a C54 structure. As a result, as shown in FIG. 7D, a charge transfer electrode having a two-layer structure of a polycrystalline silicon film and titanium silicide is formed.
Then, an insulating film, a light shielding film, and the like are formed on this upper layer to obtain a solid-state imaging device.
[0051]
Also by this method, it is possible to form a charge transfer electrode free of breakdown voltage as in the first embodiment.
[0052]
According to this method, the insulating film formed on the side wall of the dummy pattern is formed by leaving the side wall by anisotropic etching when forming the insulating film pattern as the inter-electrode insulating film, and is fine and reliable. A high interelectrode insulating film is easily formed.
[0053]
In the above-described embodiment, RTA as the first annealing step for silicidation is set to 700 ° C. for 90 seconds, but may be in the range of 650 to 750 ° C. and in the range of 30 to 120 seconds. Here, the titanium silicide film has a C49 structure.
And finally, as a 2nd annealing process, the temperature range of 750-850 degreeC and the heat processing for 30 to 120 second are performed, and low resistance can be achieved by making a titanium silicide film into a C54 structure.
[0054]
Also in the second embodiment, the titanium silicide film can be made into a C54 structure by performing heat treatment at a time in one annealing step (temperature range of 750 to 850 ° C., 30 to 120 seconds). . In this case, the rising is more likely to occur. However, since the upper end of the polycrystalline silicon film is formed sufficiently lower than the upper end of the interelectrode insulating film, a breakdown voltage failure or a short circuit does not occur.
[0055]
In the above embodiment, the silicide is formed by the interface reaction between the polycrystalline silicon film and the metal film. However, the silicide is not limited to the polycrystalline silicon film, and any silicon-based conductive film such as amorphous silicon or microcrystal silicon may be used. .
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a low-resistance layer can be formed in a self-aligned manner, so that it is not affected by misalignment in the photolithography process or halation due to surface reflection unique to the metal material. The resistance of the electrode can be reduced.
In addition, the photolithography process and the etching process are not required, and it is possible to improve the yield by reducing the number of processes, the manufacturing period, and the manufacturing cost.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device having a charge transfer electrode with low resistance and high reliability.
In addition, it is possible to provide a low power consumption solid-state imaging device with low wiring resistance and capable of high-speed transfer.
In addition, the resistance of the charge transfer electrode can be reduced, and the height of the electrode can be further reduced and the surface can be flattened. Therefore, the sensitivity can be improved and the amount of damage can be reduced.
In addition, since high-speed transfer is possible, optical characteristics such as smear can be improved, and a high-quality and highly reliable solid-state imaging device can be obtained.
In addition, according to the present invention, it is possible to provide a solid-state imaging device having a single-layer electrode structure that can obtain a flat surface and does not have a sensitivity reduction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a diagram illustrating a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a part of the manufacturing process of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (6)
半導体基板表面に、起立するように形成された壁状の電極間絶縁膜で囲まれた領域に、前記電極間絶縁膜の上端よりも上端が下方に位置するように形成されたシリコン系導電性膜と、前記シリコン系導電性膜上に形成された金属シリサイド層とから構成されることを特徴とする固体撮像素子。The charge transfer electrode of the solid-state image sensor
Silicon-based conductivity formed in a region surrounded by a wall-like interelectrode insulating film formed to stand on the surface of the semiconductor substrate so that the upper end is located below the upper end of the interelectrode insulating film A solid-state imaging device comprising a film and a metal silicide layer formed on the silicon-based conductive film.
前記シリコン系導電性膜上に金属膜を形成する工程と、
前記金属膜を加熱し、シリサイド化を行う工程と、
シリサイド化されずに残った金属膜を選択的に除去する工程とを含み、シリコン系導電性膜と金属シリサイド層とからなる電荷転送電極を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。Forming a silicon-based conductive film on the surface of the semiconductor substrate surrounded by an interelectrode insulating film and having a gate oxide film formed so that the upper end is positioned below the upper end of the interelectrode insulating film;
Forming a metal film on the silicon-based conductive film;
Heating the metal film to perform silicidation;
And a step of selectively removing a metal film remaining without being silicided, and forming a charge transfer electrode comprising a silicon-based conductive film and a metal silicide layer.
金属膜を形成し、加熱して、第1層シリコン系導電性膜および第2層シリコン系導電性膜上に金属シリサイド層を形成することを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。Further, after forming the pattern of the first layer silicon-based conductive film and the second layer silicon-based conductive film and the interelectrode insulating film,
5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein a metal film is formed and heated to form a metal silicide layer on the first layer silicon-based conductive film and the second layer silicon-based conductive film. Production method.
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