JP2006210583A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素が微細化された固体撮像装置の信号読み出し特性、暗電流特性及び白キズ特性を改善する。
【解決手段】 基板上１０１に、光電変換（ＰＤ）部１０６、フローティングディフュージョン（ＦＤ）部１０７、ゲート電極１０４及び埋め込み領域１０８を備える固体撮像装置の製造方法で、基板１０１上にゲート電極１０４を形成する工程と、基板１０１に不純物を導入してＰＤ部１０６を形成する工程と、ゲート電極１０４及びＰＤ部１０６を覆う絶縁膜１０９を形成する工程と、絶縁膜１０９をエッチングし、ＰＤ部１０６上にサリサイド化防止膜１０９ｂを残しながらゲート電極１０４の側面にサイドウォール１０９ａを形成する工程と、ＰＤ部１０６の表層部に、少なくともサイドウォール１０９ａをマスクとし且つサリサイド化防止膜１０９ｂを介してＰＤ部１０６と反対導電型の不純物を導入し、埋め込み領域１０８を形成する工程とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、製造方法のうち熱処理方法に関する。

ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）型の固体撮像装置は、各画素についてＭＯＳトランジスタを含む増幅回路が形成されており、該増幅回路を用いて各画素における信号を増幅し、読み出すようになっているイメージセンサである。このような固体撮像装置、特に、ＣＭＯＳ（Complementary ＭＯＳ）プロセスで製造されるいわゆるＣＭＯＳイメージセンサは、低電圧且つ低消費電力であると共に、イメージセンサ部を周辺回路とワン・チップ化ができるという長所を有する。このため、近年、パーソナルコンピュータ用小型カメラ及び携帯電話等に搭載される例が増加している。

図４は、固体撮像装置の平面構成の一例を示す図である。この固体撮像装置は、同一の半導体基板上に、複数の画素１１が２次元的に配列された撮像領域１２と、配列された複数の画素１１のうちから垂直方向の選択を行なう垂直シフトレジスタ１３と、配列された複数の画素１１のうちから水平方向の選択を行なう水平シフトレジスタ１４と、垂直シフトレジスタ１３及び水平シフトレジスタ１４対してパルスを供給するタイミング発生回路１５とを備えている。

また、撮像領域１２中に配列されている画素１１は、それぞれ、フォトダイオードからなる光電変換部３１と、光電変換部３１において発生する電荷を転送する転送トランジスタ３２と、光電変換部３１において発生する電荷を蓄積するフローティングディフュージョン（以下ＦＤと略す：Floating Diffusion）部３３と、ＦＤ部３３に蓄積された電荷を掃き出すリセットトランジスタ３４と、ＦＤ部３３に蓄積された電荷を検出し、信号を出力する増幅トランジスタ３５と、増幅トランジスタ３５が信号を出力するタイミングを制御する選択トランジスタ３６とを備えている。このように、一つの画素１１に対して４個のＭＯＳトランジスタが形成されている。

以上のような半導体集積回路として形成された固体撮像装置の構成の一例として、図５に、ＭＯＳ型固体撮像装置の断面図を示す。

図５に示すように、ＭＯＳ型固体撮像装置５０は、Ｐ型シリコン基板５１を用いて形成されており、光電変換セルを有する撮像領域Ａと、撮像領域Ａの制御等を行なう周辺回路領域Ｂとを有している。

シリコン基板５１は、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造である素子分離領域５２によって区画されている。また、シリコン基板５１の表面には、ゲート絶縁膜５３が形成されている。ここで、ゲート絶縁膜５３の膜厚は１０ｎｍ以下である。

まず、撮像領域Ａの構成を説明する。撮像領域Ａ中の素子分離領域５２によって区画された範囲において、シリコン基板５１上に、ゲート絶縁膜５３を介して読み出しゲート電極５４が選択的に形成されている。

また、シリコン基板５１上において、読み出しゲート電極５４の片側の領域にはＦＤ領域５５が形成されており、反対側の領域には光電変換部（以下、ＰＤ部と呼ぶ）５６が形成されている。ＦＤ領域５５及びＰＤ部５６は、いずれもＰ型シリコン基板５１にＮ型不純物を導入することによって形成されている。

更に、ＰＤ部５６上に、Ｐ型不純物の導入された、埋め込み部５７が形成されている。

これにより、ゲート電極５８に正の電位を印加することにより、ＰＤ部５６に蓄積される信号電荷をＦＤ領域５５に読み出すことができる。

また、撮像領域Ａにおける素子分離領域５２上に、ゲート電極５８が形成されている。これは、図５に示す断面とは異なる位置において、ゲート電極として機能している。

また、撮像領域Ａを覆うように、酸化膜５９が形成されている。

次に、周辺回路領域Ｂの構成を説明する。周辺回路領域Ｂにおいて、代表して一つずつ示しているように、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ及びＮ型ＭＯＳトランジスタが形成されている。これらを形成するためのウェル６０として、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを形成するためのＮウェル６０ａ及びＮ型ＭＯＳトランジスタを形成するためのＰウェル６０ｂが形成されている。

また、ウェル６０上に、それぞれゲート電極５８がゲート絶縁膜５３を介して形成されている。ゲート電極５８の側面には、それぞれサイドウォール６１が形成されている。

また、ウェル６０におけるゲート電極５８の両側の領域に、ＬＤＤ領域６２がそれぞれ形成されていると共に、ＬＤＤ領域６２の外側の領域に、ソース領域及びドレイン領域（以下、ソース・ドレイン領域と呼ぶ）６３が形成されている。

以上のような、光電変換を行なう撮像領域Ａと周辺回路領域Ｂとを同一の基板上に有する撮像装置は、ＣＭＯＳロジックプロセスを元として製造することができる。この際、Ｐ型シリコン基板５１に対して不純物を導入することによって形成されるウェル、ＬＤＤ領域、埋め込み部等については、活性化のための熱処理が施される。
特開２００１−３４５４３９

しかしながら、以上に説明したような従来の固体撮像装置及びその製造方法について、以下のような課題が存在する。

まず、従来の固体撮像装置は、ＣＭＯＳロジックプロセスを基本として、フォトダイオード等を含む撮像領域を形成するための工程を追加することによって製造されている。このため、撮像領域についてのリーク電流及び白キズの抑制が不十分である。

結果として、従来のように固体撮像装置をＣＭＯＳロジックプロセスを基本とした製造工程により形成していることは、リーク電流の増加、白キズ特性の悪化（白キズの増加）及び低電圧によって読み出す際の読み出し特性の悪化等の原因となっている。

具体的には、例えば、通常のＣＭＯＳプロセスの熱処理について、トランジスタ形成のための不純物導入の後には活性化加熱処理を行なうが、結晶欠陥の回復のためのアニール処理は十分には行なわれていない。このため、ＣＭＯＳプロセスを用いて固体撮像装置を製造する場合、リーク電流及び白キズの抑制が不十分である。

また、通常のＣＭＯＳプロセスにおいて、低抵抗化のためのサリサイド形成は、トランジスタ部分だけではなく光電変換部についても行なわれる。光電変換部上におけるサリサイド形成は、リーク電流及び白キズの増加の原因となる。

また、画素サイズ等を含む構造の微細化及び装置の高速化に伴い、ゲート電極を低抵抗化するためのサリサイド形成及びゲート電極の幅の縮小が求められる。これに対し、窒化膜又は酸化膜によって光電変換部を覆うことにより、光電変換部についてはサリサイド層を形成しないという方法などが提案されている。しかし、この方法によると、光電変換部を形成するための不純物の導入をリソグラフィ工程の後に行なうことになるため、各光電変換部によって埋め込み注入プロファイルが均一にならず、ばらつく結果となる。このことは、固体撮像装置によって撮像される画像の画質を低下させる原因となる。

また、不純物の導入を行なった後には、活性化のための熱処理を行なう。このとき、急速過熱を行うと、基板において結晶のひずみを誘発する。また、注入以前に発生した欠陥を減少することができない。そのため、結晶欠陥によりリーク電量および白キズ特性が悪化する。更に、ＣＭＯＳを用いているため、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ及びＮ型ＭＯＳトランジスタの両方について良好な性能を得ることのできる条件をもって熱処理を行なわなければならず、利用可能な熱処理の条件が限定されている。

以上に鑑みて、本発明は、微細な画素を有する固体撮像装置において、リーク電流の低減、読み出し特性の向上及び白キズ特性の向上を実現できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記の課題を達成するため、本発明の第１の固体撮像装置の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、光電変換部及びフローティングディフュージョン部の間に位置して光電変換部からフローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、光電変換部上に位置して光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域とを備える固体撮像装置の製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する工程と、基板上に、不純物を導入することにより光電変換部を形成する工程と、ゲート電極及び光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換部上にサリサイド化防止膜として絶縁膜を所定の膜厚以上に残しながら、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、光電変換部の表層部に、少なくともゲート電極及びサイドウォールをマスクとし且つサリサイド化防止膜を介して光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、埋め込み領域を形成する工程とを備える。

第１の固体撮像装置の製造方法によると、ゲート電極及びゲート電極の側面に形成されたサイドウォールをマスクとして不純物の導入を行なうことによって埋め込み領域を形成するため、ゲート電極から距離をおいた位置に、埋め込み領域をセルフアライン形成することができる。

これにより、埋め込み領域形成のためにマスク合わせを行なう必要を回避できるため、埋め込み領域について、不純物導入のばらつきを低減することができる。

これと共に、ゲート電極の幅が小さい場合又は読み出し電圧が小さい場合にも、光電変換部に蓄積された電荷をＦＤ部に完全に読み出すことができる。これは次の理由による。つまり、埋め込み領域がゲート電極と距離をおかずに形成されている場合、埋め込み領域における不純物が熱拡散によってゲート電極の下に入り込む場合があり、これは電荷が読み出しにくくなる原因となる。このようなことは、第１の固体撮像装置の製造方法のように埋め込み領域をゲート電極から距離をもって位置するように形成すると防止できるため、電荷を光電変換部からＦＤ部に完全に読み出すことができるようになる。

更に、光電変換部上に絶縁膜をサリサイド化防止膜として残していることにより、ゲート電極等についてのサリサイド形成を行なう場合にも、光電変換部上にサリサイド形成されるのを防止することができる。光電変換部上にサリサイド形成されていると、白キズ特性の劣化及び暗電流の増加の原因となる。このため、光電変換部上のサリサイド形成を防止することにより、白キズ特性の向上及び暗電流の低減を実現することができる。ここで、絶縁膜としては、例えば、酸化膜を用いても良い。

尚、所定の膜厚は、１０ｎｍであることが好ましい。

このようにすると、サリサイド化防止膜により、光電変換部上にサリサイド形成されるのを防止する効果が確実に実現できる。

また、基板上に、複数のＭＯＳトランジスタを形成する工程を更に備え、複数のＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることが好ましい。

このようにすると、ＭＯＳトランジスタとしてＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの両方を形成する場合に比べ、ＴＡＴ（Turn Around Time）を短くすることができる。ここで、ＴＡＴとは、ウエハの拡散に要する期間のことであり、短縮によってコストダウンも実現される。

更に、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタは存在しないのであるから、熱処理について、ＣＭＯＳの場合に比べてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタを処理するためにより適した条件を選ぶことができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第１の固体撮像装置は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、光電変換部及びフローティングディフュージョン部の間に位置して光電変換部からフローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、光電変換部上に位置して光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域とを備える固体撮像装置において、光電変換部上にサリサイド化防止膜を備える。

第１の固体撮像装置によると、光電変換部上にサリサイド化防止膜が備えられていることにより、光電変換部上においてはサリサイド形成が防止されている。光電変換部上においてサリサイド形成されていると白キズ及び暗電流が増加する原因となるため、これを回避することにより、白キズ及び暗電流の低減された固体撮像装置となっている。

尚、基板上に複数のＭＯＳトランジスタを更に備え、ＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることが好ましい。

このようにすると、ＭＯＳトランジスタとしてＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの両方を備える場合に比べ、短ＴＡＴ化することができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第２の固体撮像装置の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、光電変換部及びフローティングディフュージョン部の間に位置してディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、光電変換部上に位置して光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域とを備える固体撮像装置において、ゲート電極の少なくとも光電変換部側の側壁にサイドウォールを備える。

第２の固体撮像装置の製造方法によると、基板に対する不純物の導入を行なった後に、所定の熱処理を行なうことにより、不純物の活性化を行なうと共に基板に生じる結晶歪みを軽減することができる。

従来、不純物導入後に行なう熱処理は、急速加熱装置を用い、最高到達温度が９５０℃〜１０８０℃で且つ５秒〜１０秒の処理時間として行なっていた。しかし、このような従来の熱処理によると、冷却の際に基板に結晶歪みが発生していた。これに対し、第２の固体撮像装置の製造方法のように、最高到達温度が６００℃以上で且つ９３０℃以下である熱処理を行なうと、結晶歪みの発生を低減することができる。

結晶歪みは白キズ及び暗電流を増加させる原因であるから、結晶歪みを低減することにより、白キズ及び暗電流を低減することができる。

尚、熱処理を行なう工程において、１０秒以上で且つ３６００秒以下の時間、温度を一定に保持することが好ましい。

このようにすると、不純物の活性化及び結晶歪みの低減を確実に実現することができる。

また、基板上に複数備えられたＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタとして形成することが好ましい。

このようにすると、ＭＯＳトランジスタとしてＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの両方を形成する場合に比べ、短ＴＡＴ化することができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第３の固体撮像装置の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部及びＭＯＳトランジスタを備えた固体撮像装置の製造方法であって、基板に第１の不純物を導入することにより、光電変換部を形成する工程と、基板に第２の不純物を導入することにより、ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、第１及び第２の不純物を導入する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理を行なう工程の後に、炉装置を用いて第２の熱処理を行なう工程と、第２の熱処理を行なう工程の後に、ＭＯＳトランジスタと接続される配線を形成する工程とを備える。

第３の固体撮像装置の製造方法によると、第１の熱処理の後に基板を冷却する際に結晶歪みが発生する場合にも、第２の熱処理を行なうことによって該結晶歪みを低減することができる。このため、白キズ及び暗電流を低減することができる。

ここで、第３の固体撮像装置の製造方法の場合、第１の熱処理においてゲート電極部分のサリサイド化を容易に行なうことができ、その後、第２の熱処理において、結晶歪みを軽減することができる。但し、熱処理が二度行なわれることから、不純物導入プロファイルの制御が難しくなることが考えられる。

これに対し、先に説明した第２の固体撮像装置の製造方法の場合、熱処理は一度であるため、不純物導入プロファイルの制御は容易である。但し、ゲート電極部分のサリサイド化については、二度の熱処理を行なう場合に比べて難しくなることが考えられる。

このため、第２及び第３の固体撮像装置の製造方法は、必要に応じて使い分けるのが良い。

尚、第２の熱処理を行なう工程における最高到達温度は、６００℃以上で且つ９００℃以下であることが好ましい。

このようにすると、第１の熱処理後の冷却に際して生じた結晶歪みを確実に低減することができる。

また、第２の熱処理を行なう工程において、１５分以上で且つ１８０分以下の時間、温度を一定に保持することが好ましい。

このようにすると、第１の熱処理後の冷却に際して生じた結晶歪みを確実に低減することができると共に、固体撮像装置を形成するウエハ上の位置による温度ムラの発生を抑制し、均一な熱処理を行なうことができる。

また、複数備えられたＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることが好ましい。

このようにすると、ＭＯＳトランジスタとしてＰチャネル型ＭＯＳトランジスタ及びＮチャネル型ＭＯＳトランジスタの両方を形成する場合に比べ、短ＴＡＴ化することができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第４の固体撮像装置の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、光電変換部及びフローティングディフュージョン部の間に位置して光電変換部からフローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、光電変換部上に位置して光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域と、ＭＯＳトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する工程と、基板に第１の不純物を導入することにより、光電変換部を形成する工程と、基板に第２の不純物を導入することにより、ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、ゲート電極及び光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換部上にサリサイド化防止膜として所定の膜厚以上に残しながら、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、光電変換部の表層部に、少なくともゲート電極及びサイドウォールをマスクとし且つサリサイド化防止膜を介して光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、埋め込み領域を形成する工程と、埋め込み領域を形成する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて、最高到達温度が６００℃以上で且つ９３０℃以下である熱処理を行なう工程とを備える。

第４の固体撮像装置の製造方法によると、第１の固体撮像装置の製造方法と同様に、埋め込み領域について不純物の導入のばらつきを軽減し且つ光電変換部上のサリサイド形成を防止することによって白キズ特性の向上及び暗電流の低減を実現すると共に、第２の固体撮像装置の製造方法と同様に、基板における結晶歪みを低減することができる。

前記の目的を達成するため、本発明第５の固体撮像装置の製造方法は、基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、光電変換部及びフローティングディフュージョン部の間に位置して光電変換部からフローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、光電変換部上に位置して光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域と、ＭＯＳトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、基板上にゲート電極を形成する工程と、基板に第１の不純物を導入することにより、光電変換部を形成する工程と、基板に第２の不純物を導入することにより、ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、ゲート電極及び光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜をエッチングすることにより、光電変換部上にサリサイド化防止膜として所定の膜厚以上に残しながら、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、光電変換部の表層部に、少なくともゲート電極及びサイドウォールをマスクとし且つサリサイド化防止膜を介して光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、埋め込み領域を形成する工程と、埋め込み領域を形成する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理を行なう工程の後に、炉装置を用いて第２の熱処理を行なう工程と、第２の熱処理を行なう工程の後に、ＭＯＳトランジスタと接続される配線を形成する工程とを備える固体撮像装置の製造方法。

第５の固体撮像装置の製造方法によると、第１の固体撮像装置の製造方法と同様に、埋め込み領域について不純物の導入のばらつきを軽減し且つ光電変換部上のサリサイド形成を防止することによって白キズ特性の向上及び暗電流の低減を実現すると共に、第３の固体撮像装置の製造方法と同様に、基板における結晶歪みを低減することができる。

前記の目的を達成するため、本発明の第２の固体撮像装置は、本発明の第２、第３、第４及び第５の固体撮像装置の製造方法のいずれか一つを用いて製造される。

このようにすると、基板における結晶歪みが低減されていることにより、白キズ及び暗電流が低減された固体撮像装置となっている。

前記の目的を達成するため、本発明のカメラは、本発明の第１及び第２の固体撮像装置のいずれか一つを備えている。

このようにすると、白キズ及び暗電流が低減されている等により、高画質な画像を撮影できるカメラが実現する。

本発明の固体撮像装置及びその製造方法によると、光電変換部上におけるサリサイド形成を防ぐことにより、また、熱処理に伴って基板に発生する結晶歪みを低減することにより、白キズ及び暗電流を低減している。

また、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成して埋め込み領域をセルフアライン形成することにより、ゲート電極の幅が小さい場合及び読み出し電圧が小さい場合にも、完全に読み出すことができる。

以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照して説明する。ここでは、特に、０．３０μｍ以下の微細ＣＭＯＳプロセスを用いた固体撮像装置の場合を想定しているが、発明としてこれに限るものではない。

本実施形態の固体撮像装置１００は、図４に示した従来の固体撮像装置と同様の回路構成を有する。また、本実施形態の固体撮像装置の一構成例を、模式的な断面図として、図１に示す。

図１に示すように、固体撮像装置１００は、基板１０１上に形成され、光電変換部を有する光電変換セルがアレイ状に配列された撮像領域Ａと、撮像領域Ａの制御及び撮像領域において検出された信号の転送等を行なうためのトランジスタ回路及びコンデンサ等を有する周辺回路領域Ｂとを有している。ここで、基板１０１としては、例えばＰ型シリコン基板を用いる。

基板１０１は、ＳＴＩである素子分離１０２によって区画されている。また、基板１０１上には、ゲート絶縁膜１０３が例えば２．５〜１０ｎｍの範囲の膜厚に形成形成されている。ここで、ゲート絶縁膜１０３の膜厚は、印加される電圧の大きさに応じて決定される。

撮像領域Ａにおいて、基板１０１上の素子分離１０２に囲まれた領域に、ゲート絶縁膜１０３を介して転送ゲート電極１０４が形成されており、また、同様にゲート電極１０５が形成されている。ここで、素子分離１０２上にあるゲート電極１０５は、各ゲートにパルスを伝えるための配線として機能している。

また、基板１０１における転送ゲート電極１０４の一方に位置する領域に、光電変換部１０６（以下、ＰＤ部１０６と呼ぶ）が形成されている。更に、基板１０１における転送ゲート電極１０４の他方に位置する領域には、フローティングディフュージョン（ＦＤ）部１０７が形成されている。また、ＰＤ部１０６の一部の上に、転送ゲート電極１０４から離れて、埋め込み領域１０８が形成されている。

また、転送ゲート電極１０４の少なくともＰＤ部１０６が形成されている側の側面を覆うように、サイドウォール１０９ａが形成されていると共に、ＰＤ部１０６上にはサリサイド化防止膜１０９ｂが形成されている。

更に、図１には明示されていないが、撮像領域ＡにおいてもＭＯＳトランジスタが形成されている。

また、周辺回路領域Ｂにおいて、ここでは代表して一つずつ示しているように、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ及びＮ型ＭＯＳトランジスタが形成されている。これらを形成するためのウェル１２０として、Ｐ型ＭＯＳトランジスタを形成するためのＮウェル１２０ａ及びＮ型ＭＯＳトランジスタを形成するためのＰウェル１２０ｂが形成されている。更に、Ｎウェル１２０ａ及びＰウェル１２０ｂに対し、それぞれ閾値調整用の不純物が導入されている（図示略）。

また、ウェル１２０上に、それぞれＭＯＳゲート電極１２１がゲート絶縁膜１０３を介して形成されている。ＭＯＳゲート電極１２１の側面には、それぞれサイドウォール１２２が形成されている。

また、ウェル１２０におけるＭＯＳゲート電極１２１の両側の領域に、ＬＤＤ領域１２３がそれぞれ形成されていると共に、ＬＤＤ領域１２３の外側の領域に、ソース領域及びドレイン領域（以下、ソース・ドレイン領域と呼ぶ）１２４が形成されている。

以上のような構成を有する固体撮像装置１００は、以下のようにして製造される。

まず、基板１０１の表面を素子分離１０２によって区画すると共に、ゲート絶縁膜１０３を形成する。

続いて、周辺回路領域Ｂにおいて、基板１０１に不純物を導入することにより、ウェル１２０を形成する。この後、閾値調整用の不純物導入をそれぞれ行なう。

続いて、ウェル１２０上にＭＯＳゲート電極１２１を形成すると共に、撮像領域Ａにおいて、転送ゲート電極１０４及びゲート電極１０５を形成する。この後、転送ゲート電極１０４の片方の領域において基板１０１にＮ型不純物を導入することにより、ＰＤ部１０６を形成する。

但し、本実施形態においてはＰＤ部１０６は転送ゲート電極１０４、ゲート電極１０５及びＭＯＳゲート電極１２１を形成した後に行なっているが、これには限らない。つまり、ＰＤ部１０６を形成した後に、転送ゲート電極１０４等を形成しても良い。

続いて、撮像領域Ａ及び周辺回路領域ＢにおけるＭＯＳトランジスタについて、パンチスルーを防止するため、ＬＤＤ領域１２３を形成する。また、転送ゲート電極１０４の一方に不純物を導入することにより、ＦＤ部１０７の形成を行なう。

続いて、基板１０１上に酸化膜１０９を形成した後に異方性ドライエッチングを行なう等により、サイドウォール１０９ａ及びサイドウォール１２２を形成すると共に、ＰＤ部１０６上にサリサイド化防止膜１０９ｂを残す。ここで、サリサイド化防止膜１０９ｂの膜厚は、１０ｎｍ以上とする。

続いて、転送ゲート電極１０４の側面に形成されたサイドウォール１０９ａをマスクとして少なくとも用い、ＰＤ部１０６上にＰ型不純物を導入することにより、埋め込み領域１０８を形成する。これはセルフアラインの工程であるため、マスク合わせズレの問題を回避して不純物の導入を行なうことができ、この結果、各ＰＤ部１０６ごとに不純物の導入がばらつくのを回避することができる。また、サイドウォール１０９ａをマスクとすることにより、転送ゲート電極１０４から離れた位置に埋め込み領域１０８を形成することができる。

埋め込み領域１０８を形成するためのリソグラフィ工程の後に不純物の導入を行なう等の従来の方法によるＰＤ部においては、飽和電子数のばらつきは±３０％程度であった。これに対し、本実施形態のＰＤ部１０６においては、飽和電子数のばらつきは±１０％程度である。このことから、ＰＤ部ごとの感度のばらつきが低減され、画質の高い画像を撮像できる固体撮像装置が得られる。

また、転送ゲート電極１０４から離れて埋め込み領域１０８が形成されていることにより、ＰＤ部１０６からＦＤ部１０７への電荷の読み出しを低電圧でも確実に行なうことができる。これは、埋め込み領域１０８に導入されている不純物が熱拡散によって転送ゲート電極１０４の下の入り込むのが防止されているためである。具体例としては、従来は５Ｖの電圧をゲート電極１０４に印加して読み出しを行なっていたのに対し、本実施形態の固体撮像装置１００においては、２．５Ｖの電圧を印加することによって読み出しを行なうことができる。

埋め込み領域１０８を形成した後、撮像領域Ａ及び周辺回路領域Ｂにおける各ＭＯＳトランジスタにおいて、ＬＤＤ領域１２３の外側の領域に所定の不純物を導入することにより、ソース・ドレイン領域１２４を形成する。続いて、導入した不純物の活性化のため、熱処理を行なう。

ここで、従来は、到達保持温度が９５０℃〜１，０８０℃であり且つ処理時間が５〜１０秒程度である急速加熱処理を行なっていた。しかし、このようにすると、該熱処理の後に基板１０１を冷却する際、基板１０１の結晶に歪みが生じる。このような結晶の歪みは、ＰＤ部１０６における暗電流特性が悪化する原因となる。

これに対し、炉装置等を用いて到達保持温度が６００℃〜９３０℃であり且つ処理時間が３０秒〜３６００秒である加熱処理を行なうと、基板１０１の冷却時に結晶歪みが発生するのを抑制しながら活性化処理を行なうことができる。この結果、暗電流特性の悪化を抑制しながら活性化処理を行なうことができる。

このことを、図２に示す。図２には、処理時間が１０秒、６０秒及び３６００秒の場合について、５００℃〜１０００℃の範囲の到達保持温度をもって熱処理を行なった際の暗電流の値を示している。ここで、処理時間が１０秒であり且つ到達保持温度が９５０℃程度以上の場合、暗電流の値は規格値である１．００×１０^-3（Ａ）を越えている。これに対し、より低い到達保持温度をもって熱処理を行なうと、規格値を満たす暗電流となる。特に、６００℃〜９３０℃であり且つ処理時間が３０秒〜３６００秒である熱処理を行なった場合には、確実に規格値を満たす暗電流となっている。ここで、処理時間が３０秒よりも短い場合には活性化が不十分であるため、３０秒以上の熱処理を行なう必要がある。また、処理時間の上限を３６００秒としているのは装置上の制約である。更に、処理時間が長すぎると不純物導入プロファイルの制御が困難になる。

熱処理工程の後に、サリサイド形成を行う。このためには、基板１０１上にＣｏ等の金属膜を形成した後に、熱処理を行なう。これにより、転送ゲート電極１０４、ゲート電極１０５及びＭＯＳゲート電極１２１の上面等に対してサリサイド層（図示省略）が形成される。

しかし、ＰＤ部１０６上には、サリサイド化防止膜１０９ｂが残されているため、サリサイド形成は行なわれない。ＰＤ部上にサリサイド形成が行なわれると、白キズ特性が劣化する原因となるため、従来の固体撮像装置においては、ＰＤ部が３００万個の場合には１００００個程度の白キズが存在した。これに対し、本実施形態の固体撮像装置１００の場合には、サリサイド形成を防ぐことにより、３００万個のＰＤ部を備える固体撮像装置において、白キズは１００個以下となっている。

サリサイド形成の後には、各トランジスタに対して電圧印加のための配線が形成される。以上のような工程を含む製造工程により、本実施形態の固体撮像装置１００が製造される。

尚、本実施形態においては、ＣＭＯＳプロセスを用いた固体撮像装置の製造方法を説明した。しかし、ＭＯＳトランジスタとしてＮチャネル型ＭＯＳトランジスタのみを用いた固体撮像装置とすると、短ＴＡＴな固体撮像装置の形成を実現することができる。

また、本実施形態の固体撮像装置１００を用いてカメラを製造すると、白キズ特性及び暗電流特性が共に優れ、高画質な画像を撮像することのできるカメラを得ることができる。

次に、以上に説明した本実施形態に関する変形例を説明する。具体的には、既に説明した熱処理方法とは別の熱処理方法を説明する。

実施形態において、例えば到達保持温度が９５０℃〜１，０８０℃であり且つ処理時間が５〜１０秒程度である従来の熱処理方法に代えて、到達保持温度が６００℃〜９３０℃であり且つ処理時間が３０秒〜３６００秒である熱処理を行なう方法を説明した。これにより、基板１０１における結晶歪みを低減し、暗電流特性を向上させることができる。

これに対し、本変形例においては、前記の処理条件による従来の熱処理を第１の熱処理として行なった後に、第２の熱処理として、炉装置を用いた熱処理を行なう。第２の熱処理についての処理条件は、到達保持温度は６００℃〜９００℃で且つ保持時間１５分〜１８０分である。

このようにすると、第１の熱処理後に基板１０１を冷却する際に発生する結晶歪みを、第２の熱処理によるアニール効果によって減少させることができる。先に説明したように、基板１０１における結晶歪みは暗電流特性が悪化する原因となっているから、結晶歪みを減少させることによって暗電流特性は改善する。このことを図３に示した。つまり、到達保持温度に保持する時間（処理時間）が１０分、１５分、６０分及び１８０分である場合について、それぞれ保持温度に対する暗電流の値を示している。尚、暗電流が１．００×１０^-8（Ａ）以下であることが、暗電流について要求される規格である。

図３に示すように、到達保持温度が低い場合にはアニール効果が低い。このため、少なくとも５００℃よりも高い温度をもって処理することが好ましく、更には、６００℃以上の到達保持温度とするのがより効果的である。また、到達保持温度が高くなると基板１０１に導入されている不純物の導入プロファイル特性を制御するのが困難になり、暗電流特性が悪化することになる。このため、少なくとも１０００℃よりも低い温度をもって処理することが好ましく、更には、９００℃以下の到達保持温度とするのがより好ましい。

また、図３に示すように、処理時間が短い場合にも十分なアニール効果が得られない。また、処理時間が長いと、到達保持温度が高い場合と同様に不純物の導入プロファイル特性を制御するのが困難になる。このため、１５分以上で且つ１８０分以下の処理時間とするのが良い。

本発明の固体撮像装置及びその製造方法は、暗電流特性及び白キズ特性に優れ、イメージセンサデバイスとして有用である。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に表す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法における熱処理について、到達保持温度及び保持時間と暗電流の関係を示す図である。 図３は、本発明の一実施形態の変形例に係る固体撮像装置の製造方法における熱処理について、到達保持温度及び保持時間と暗電流の関係を示す図である。 図４は、従来の固体撮像装置における平面構成の一例を示す図である。 図５は、従来の固体撮像装置の構成を模式的に例示する断面図である。

符号の説明

１００ 固体撮像装置
１０１ 基板
１０２ 素子分離
１０３ ゲート絶縁膜
１０４ 転送ゲート電極
１０５ ゲート電極
１０６ 光電変換部（ＰＤ部）
１０７ フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）
１０８ 埋め込み領域
１０９ 酸化膜
１０９ａ サイドウォール
１０９ｂ サリサイド化防止膜
１２０ ウェル
１２１ ＭＯＳゲート電極
１２２ サイドウォール
１２３ ＬＤＤ領域
１２４ ソース・ドレイン領域

Claims (16)

1. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部及び前記フローティングディフュージョン部の間に位置して前記光電変換部から前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、前記光電変換部上に位置して前記光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域とを備える固体撮像装置の製造方法であって、
   前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、
   前記基板上に、不純物を導入することにより前記光電変換部を形成する工程と、
   前記ゲート電極及び前記光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換部上にサリサイド化防止膜として前記絶縁膜を所定の膜厚以上に残しながら、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
   前記光電変換部の表層部に、少なくとも前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとし且つ前記サリサイド化防止膜を介して前記光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、前記埋め込み領域を形成する工程とを備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記所定の膜厚は、１０ｎｍであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
3. 請求項１又は２において、
   前記基板上に、複数のＭＯＳトランジスタを形成する工程を更に備え、
   前記複数のＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
4. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部及び前記フローティングディフュージョン部の間に位置して前記光電変換部から前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、前記光電変換部上に位置して前記光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域とを備える固体撮像装置において、
   前記光電変換部上にサリサイド化防止膜を備えることを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項４において、
   前記基板上に複数のＭＯＳトランジスタを更に備え、
   前記複数のＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする固体撮像装置。
6. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部及びＭＯＳトランジスタを備えた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記基板に第１の不純物を導入することにより、前記光電変換部を形成する工程と、
   前記基板に第２の不純物を導入することにより、前記ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、
   前記第１及び第２の不純物を導入する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて、最高到達温度が６００℃以上で且つ９３０℃以下である熱処理を行なう工程とを備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
7. 請求項６において、
   前記熱処理を行なう工程において、１０秒以上で且つ３６００秒以下の時間、温度を一定に保持することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
8. 請求項６又は７において、
   複数備えられた前記ＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
9. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部及びＭＯＳトランジスタを備えた固体撮像装置の製造方法であって、
   前記基板に第１の不純物を導入することにより、前記光電変換部を形成する工程と、
   前記基板に第２の不純物を導入することにより、前記ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、
   前記第１及び第２の不純物を導入する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて第１の熱処理を行なう工程と、
   前記第１の熱処理を行なう工程の後に、炉装置を用いて第２の熱処理を行なう工程と、
   前記第２の熱処理を行なう工程の後に、前記ＭＯＳトランジスタと接続される配線を形成する工程とを備える固体撮像装置の製造方法。
10. 請求項９において、
    前記第２の熱処理を行なう工程における最高到達温度は、６００℃以上で且つ９００℃以下であることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
11. 請求項９又は１０において、
    前記第２の熱処理を行なう工程において、１５分以上で且つ１８０分以下の時間、温度を一定に保持することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか一つにおいて、
    複数備えられた前記ＭＯＳトランジスタは、全てＮチャネル型ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
13. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部及び前記フローティングディフュージョン部の間に位置して前記光電変換部から前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、前記光電変換部上に位置して前記光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域と、ＭＯＳトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、
    前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、
    前記基板に第１の不純物を導入することにより、前記光電変換部を形成する工程と、
    前記基板に第２の不純物を導入することにより、前記ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、
    前記ゲート電極及び前記光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換部上にサリサイド化防止膜として所定の膜厚以上に残しながら、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
    前記光電変換部の表層部に、少なくとも前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとし且つ前記サリサイド化防止膜を介して前記光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、前記埋め込み領域を形成する工程と、
    前記埋め込み領域を形成する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて、最高到達温度が６００℃以上で且つ９３０℃以下である熱処理を行なう工程とを備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
14. 基板上に、入射光を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部から電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部及び前記フローティングディフュージョン部の間に位置して前記光電変換部から前記フローティングディフュージョン部に電荷を転送するためのゲート電極と、前記光電変換部上に位置して前記光電変換部からのリーク電流を防ぐ埋め込み領域と、ＭＯＳトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、
    前記基板上に前記ゲート電極を形成する工程と、
    前記基板に第１の不純物を導入することにより、前記光電変換部を形成する工程と、
    前記基板に第２の不純物を導入することにより、前記ＭＯＳトランジスタを形成する工程と、
    前記ゲート電極及び前記光電変換部を覆う絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記光電変換部上にサリサイド化防止膜として所定の膜厚以上に残しながら、前記ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
    前記光電変換部の表層部に、少なくとも前記ゲート電極及び前記サイドウォールをマスクとし且つ前記サリサイド化防止膜を介して前記光電変換部と反対導電型の不純物を導入することにより、前記埋め込み領域を形成する工程と、
    前記埋め込み領域を形成する工程の後に、急速加熱処理装置を用いて第１の熱処理を行なう工程と、
    前記第１の熱処理を行なう工程の後に、炉装置を用いて第２の熱処理を行なう工程と、
    前記第２の熱処理を行なう工程の後に、前記ＭＯＳトランジスタと接続される配線を形成する工程とを備える固体撮像装置の製造方法。
15. 請求項６〜１４のいずれか一つの製造方法によって製造される固体撮像装置。
16. 請求項４、５及び１５のいずれか一つの固体撮像装置を備えるカメラ。

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