JP2006253479A - Solid-state image element and its manufacturing method - Google Patents

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Noriaki Suzuki
鈴木  教章
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin, high-breakdown-voltage, solid-state imaging element which is stable and reliable even if the element, especially the width of an electrode is miniaturized, and can facilitate its manufacturing and has high reliability. <P>SOLUTION: A solid-state imaging element comprises a photoelectric converter formed on a semiconductor substrate and a charge transfer part for transferring electric charge generated by the photoelectric converter. A charge transfer electrode in the charge transfer part has a laminated layer structure; a first layer electrode made of a first layer conductive film, and a second layer electrode made of a second layer conductive film formed on the upper layer of the first layer electrode. A first gate oxide film formed under the first layer electrode has a stacked layer structure including a bottom oxide film made of an silicon oxide film formed on the semiconductor substrate, a silicon nitride film formed on the bottom oxide film, and a top oxide film made of a silicon oxide film formed on the silicon nitride film. A second gate oxide film formed under the second layer electrode is made of a silicon oxide film. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関し、特にゲート酸化膜に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a gate oxide film.

近年、固体撮像素子においては、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでおり、電極幅の微細化も高まる一方である。このような状況の中で、電荷転送電極下に形成されるゲート酸化膜のパターニングに際しては、マージンが小さくなり、高精度化への要求が極めて高くなる傾向にある。   In recent years, in solid-state imaging devices, the number of imaging pixels has increased to more than gigapixels, and miniaturization of electrode widths is also increasing. Under such circumstances, when patterning the gate oxide film formed under the charge transfer electrode, the margin tends to be small, and the demand for high accuracy tends to be extremely high.

従来の固体撮像素子は、図9に断面構造の一例を示すように、半導体基板1表面に形成されたpウェル12内に、フォトダイオード部と、電荷転送素子(CCD)からなる電荷転送部とを形成してなるもので、フォトダイオード部で生成された電荷を、電荷転送部の電荷転送電極に電圧を印加することにより、n型不純物領域からなる転送チャネル14に導き、順次読み出すように構成されている。すなわち電荷転送部では、フォトダイオード部で生成された電荷を、転送チャネル14に導き、この上層に酸化シリコン膜(SiO)2a、窒化シリコン膜(SiN)2b、酸化シリコン膜2cとの3層構造のゲート酸化膜2を介して形成される、電荷転送電極兼読み出し電極(以下読み出し電極)としてのゲート電極(電荷転送電極)3に電圧を印加することによって、順次転送する構造となっている。このように、フォトダイオード部に光が入射すると、n型不純物領域にて光電変換されて信号電荷が発生し、電荷転送電極兼読み出し電極であるゲート電極3に読み出しパルスが印加されると転送チャネル14に移動する。構造の詳細については後述するが、この構造では、基板表面近傍で発生した信号電荷は読み出しパルスによる電界にて加速され、読み出される。   As shown in an example of a cross-sectional structure in FIG. 9, the conventional solid-state imaging device includes a photodiode portion, a charge transfer portion including a charge transfer device (CCD), and a charge transfer portion in a p-well 12 formed on the surface of the semiconductor substrate 1. The charge generated in the photodiode portion is guided to the transfer channel 14 formed of the n-type impurity region by applying a voltage to the charge transfer electrode of the charge transfer portion, and sequentially read out. Has been. That is, in the charge transfer unit, the charge generated in the photodiode unit is guided to the transfer channel 14, and a three-layer structure including a silicon oxide film (SiO) 2a, a silicon nitride film (SiN) 2b, and a silicon oxide film 2c is formed on the upper layer. In this structure, voltage is sequentially applied by applying a voltage to a gate electrode (charge transfer electrode) 3 serving as a charge transfer electrode and readout electrode (hereinafter referred to as readout electrode) formed through the gate oxide film 2. As described above, when light is incident on the photodiode portion, photoelectric conversion is performed in the n-type impurity region to generate a signal charge. When a read pulse is applied to the gate electrode 3 serving as a charge transfer electrode and a read electrode, the transfer channel is generated. Move to 14. Although details of the structure will be described later, in this structure, signal charges generated in the vicinity of the substrate surface are accelerated and read by an electric field generated by a read pulse.

従来は、このように、固体撮像素子のゲート酸化膜は、高耐圧ゲートである窒化シリコン膜を酸化シリコン膜で挟む、いわゆるONO構造をとっている。昨今の微細化が進んだ固体撮像素子においては薄くかつ高耐圧のゲート酸化膜が必須であり、ONO構造をもつこの構造のゲート酸化膜(以下ONO膜)の採用は、ゲート薄膜化のために必須の構造となっている。   Conventionally, as described above, the gate oxide film of the solid-state imaging device has a so-called ONO structure in which a silicon nitride film that is a high breakdown voltage gate is sandwiched between silicon oxide films. In recent solid-state imaging devices that have been miniaturized, a gate oxide film having a thin and high withstand voltage is indispensable. The use of a gate oxide film having an ONO structure (hereinafter referred to as ONO film) It is an essential structure.

ところで、初期特性の向上をはかるべく、フォトダイオード部における暗電流を抑制し、特性の安定化をはかるために、水素を十分に供給しながら、熱処理を行ういわゆる水素アニールは素子の初期特性の安定化に極めて重要な部分である(特許文献1)。そこでフォトダイオード上ではONO膜の上2層すなわち窒化シリコン膜までを除去し単層膜とし、水素の通路を形成している。そして水素処理後、フォトダイオード上には反射防止膜として窒化シリコンなどを形成しなおすという方法がとられている。   By the way, in order to improve the initial characteristics, in order to suppress the dark current in the photodiode portion and to stabilize the characteristics, so-called hydrogen annealing, in which heat treatment is performed while supplying hydrogen sufficiently, stabilizes the initial characteristics of the device. This is an extremely important part for conversion (Patent Document 1). Therefore, on the photodiode, the upper two layers of the ONO film, that is, the silicon nitride film, are removed to form a single layer film to form a hydrogen passage. Then, after hydrogen treatment, a method of re-forming silicon nitride or the like as an antireflection film on the photodiode is employed.

一方、基板表面近傍で発生した信号電荷は読み出しパルスによる電界にて加速され、読み出される際、一部がホットキャリアとなり、窒化シリコン膜中にトラップされ、読み出しゲート電圧の経時変化を引き起こすことになる。   On the other hand, signal charges generated in the vicinity of the substrate surface are accelerated by an electric field generated by a read pulse, and when read, some become hot carriers and trapped in the silicon nitride film, causing a change in read gate voltage with time. .

特に、素子の微細化が進むにつれ、ゲート長が短くなるため、電子の衝突回数が減ってホットキャリアの発生頻度は上昇する傾向にあり、読み出しゲートにかかる電圧の経時変化は深刻な問題となりつつある。   In particular, as device miniaturization progresses, the gate length becomes shorter, so the number of electron collisions tends to decrease and the frequency of hot carrier generation tends to increase, and the time-dependent change in the voltage applied to the read gate is becoming a serious problem. is there.

特開2003-332556号公報JP 2003-332556 A

このように、従来の固体撮像素子においては、高耐圧で薄型化の可能なゲート構造と、初期特性の向上のための水素アニールを実現するために必要であったゲート酸化膜の形成しなおしが不要で、ホットキャリアによる経時変化が発生しないゲート構造であることなど、2つを同時に満たすことはできず、これは深刻な問題となっている。
また、第1層電極と第2層電極との間に形成される電極間絶縁膜4は、熱酸化膜で形成される。この場合、熱酸化によって十分な耐圧を得ようとすると69nm程度の膜厚が必要である。しかしながら、このように厚い熱酸化膜を形成しようとすると、成膜時にかかる熱による拡散長の伸びが、素子の微細化を阻む深刻な問題となっている。
また、素子の微細化に伴い熱処理により電極の結晶界面に亀裂が入り竹の節状の結晶が成長するいわゆるバンブー現象による、ゲート破壊も問題となることがある。
As described above, in the conventional solid-state imaging device, the gate structure that can be thinned with high withstand voltage and the gate oxide film necessary for realizing the hydrogen annealing for improving the initial characteristics are re-formed. The two cannot be satisfied at the same time, such as a gate structure that is unnecessary and does not change with time due to hot carriers, which is a serious problem.
The interelectrode insulating film 4 formed between the first layer electrode and the second layer electrode is formed of a thermal oxide film. In this case, a film thickness of about 69 nm is required to obtain a sufficient breakdown voltage by thermal oxidation. However, when an attempt is made to form such a thick thermal oxide film, the extension of the diffusion length due to the heat applied during the film formation is a serious problem that prevents miniaturization of the element.
In addition, gate breakdown due to a so-called bamboo phenomenon in which a crack is formed at the crystal interface of the electrode due to heat treatment as a device is miniaturized and a bamboo-like crystal grows may be a problem.

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、素子の微細化特に、電極幅の微細化に際しても、安定で、信頼性の高い薄型の高耐圧固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a thin, high-voltage solid-state imaging device that is stable and reliable even when the device is miniaturized, in particular, the electrode width.

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。   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.

本発明の固体撮像素子は、 半導体基板上に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを具えた固体撮像素子であって、前記電荷転送部の電荷転送電極が、第1層導電性膜で構成された第1層電極と、前記第1層電極の上層に形成された第2層導電性膜で構成された第2層電極とで構成され、前記第1層電極下に形成される第1のゲート酸化膜は、前記半導体基板表面に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるボトム酸化膜と、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン(SiN)膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるトップ酸化膜とを含む積層構造(ONO)膜で構成され、前記第2層電極下に形成される第2のゲート酸化膜は酸化シリコン膜で構成されることを特徴とする。   The solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device comprising a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit, the charge transfer unit The charge transfer electrode is composed of a first layer electrode composed of a first layer conductive film and a second layer electrode composed of a second layer conductive film formed on the first layer electrode. The first gate oxide film formed under the first layer electrode is formed on the bottom oxide film made of a silicon oxide (SiO) film formed on the semiconductor substrate surface and on the bottom oxide film. A laminated structure (ONO) film including a silicon nitride (SiN) film and a top oxide film made of a silicon oxide (SiO) film formed on the silicon nitride film is formed under the second layer electrode. The second gate oxide film is a silicon oxide film Characterized in that it is made.

この構成により、第2層電極下のゲート酸化膜および、第1層電極と第2層電極との間に形成される電極間絶縁膜をCVD酸化膜で形成しているため、熱酸化に比べて低温形成が可能で、微細化で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。特に、HTO膜と呼ばれる高温CVD法で形成した酸化シリコン膜を用いることにより緻密で高耐圧の酸化シリコン膜を形成することができる。また、電荷の読み出しを第2層電極から行う構造の場合、第1層電極には高電圧がかからないため、ゲート酸化膜がONO膜で構成されていてもホットキャリアの問題は少ない。従って第2層電極から電荷の読み出しを行う構造とするのが望ましい。   With this configuration, the gate oxide film under the second layer electrode and the interelectrode insulating film formed between the first layer electrode and the second layer electrode are formed of a CVD oxide film, which is compared with thermal oxidation. Therefore, it is possible to provide a solid-state imaging device that can be formed at a low temperature and is highly miniaturized and highly reliable. In particular, by using a silicon oxide film formed by a high temperature CVD method called an HTO film, a dense silicon oxide film having a high withstand voltage can be formed. In the case where the charge is read out from the second layer electrode, no high voltage is applied to the first layer electrode. Therefore, there are few hot carrier problems even if the gate oxide film is composed of an ONO film. Therefore, it is desirable to have a structure in which charge is read from the second layer electrode.

また本発明の固体撮像素子は、前記酸化シリコン膜はCVD膜であるものを含む。
この構成により、上述したように、熱酸化膜に比べて低温形成が可能である。
In the solid-state imaging device of the present invention, the silicon oxide film is a CVD film.
With this configuration, as described above, it can be formed at a lower temperature than the thermal oxide film.

また本発明の固体撮像素子は、前記酸化シリコン膜は熱酸化膜とCVD膜との積層膜であるものを含む。
この構成により、緻密な熱酸化膜と、熱酸化法による場合に比べ、低温形成が可能なCVD膜との積層膜とすることにより、素子に対する熱的影響を低減しつつ、高性能の絶縁膜を形成することができる。
In the solid-state imaging device of the invention, the silicon oxide film is a laminated film of a thermal oxide film and a CVD film.
With this configuration, a dense thermal oxide film and a CVD film that can be formed at a lower temperature than the case of using the thermal oxidation method are used to reduce the thermal influence on the element while reducing the thermal effect on the device. Can be formed.

また本発明の固体撮像素子は、前記第2層電極下の基板表面に、電位調整用の不純物イオン注入領域を含むものを含む。
この構成により、第1層電極下と第2層電極下のゲート酸化膜の膜質および膜厚の差による、表面電位の差を、半導体基板表面の不純物濃度を調整することにより、補償することができ、特性の揃った固体撮像素子を提供することができる。
In addition, the solid-state imaging device of the present invention includes a solid-state imaging device including an impurity ion implantation region for potential adjustment on the surface of the substrate under the second layer electrode.
With this configuration, the difference in surface potential due to the difference in film quality and film thickness between the gate oxide film under the first layer electrode and the second layer electrode can be compensated by adjusting the impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate. And a solid-state imaging device with uniform characteristics can be provided.

また本発明の固体撮像素子は、前記第2層電極下のゲート酸化膜が、周辺回路部のゲート酸化膜と同一工程で形成されたものを含む。
この構成によれば、特に工程を付加することなくマスクパターンの変更のみで、周辺回路のトランジスタのゲート酸化膜を酸化シリコン膜で構成することができ、ホットキャリアによる影響を防ぐことができる。
The solid-state imaging device of the present invention includes one in which the gate oxide film under the second layer electrode is formed in the same process as the gate oxide film in the peripheral circuit portion.
According to this configuration, the gate oxide film of the transistor in the peripheral circuit can be formed of the silicon oxide film only by changing the mask pattern without adding a process, and the influence of hot carriers can be prevented.

また本発明の固体撮像素子は、前記第1層電極と前記第2層電極とが、電極間絶縁膜を介して並置された単層電極構造を構成するものを含む。
この構成によれば、ゲート酸化膜の差を表面電位の調整により補償することができるため、単層電極構造であっても、優れた特性を得ることができる。
The solid-state imaging device of the present invention includes a solid-state imaging device that constitutes a single-layer electrode structure in which the first layer electrode and the second layer electrode are juxtaposed via an interelectrode insulating film.
According to this configuration, since the difference in the gate oxide film can be compensated by adjusting the surface potential, excellent characteristics can be obtained even with a single-layer electrode structure.

また本発明の固体撮像素子は、前記第2層電極は、電極間絶縁膜を介して前記第2層電極上に乗り上げるように形成され2層電極構造を構成するものを含む。
この構成によれば、第1層電極と第2層電極との間の電極間絶縁膜についても膜質の優れたCVD膜で形成することにより、さらなる信頼性の向上を図ることができる。
In the solid-state imaging device of the present invention, the second layer electrode is formed so as to run on the second layer electrode via an interelectrode insulating film and constitutes a two-layer electrode structure.
According to this configuration, the interelectrode insulating film between the first layer electrode and the second layer electrode is also formed of a CVD film having excellent film quality, thereby further improving the reliability.

本発明の方法は、半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを形成する固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送部の形成工程が、半導体基板表面に酸化シリコン(SiO)膜からなるボトム酸化膜と、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン(SiN)膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるトップ酸化膜とを含む積層構造(ONO)膜を形成する工程と、第1層導電性膜を形成する工程と、前記第1層導電性膜をパターニングし第1層電極を形成する工程と、前記第1層電極をマスクとして、前記窒化シリコン膜まで除去し、前記第1層電極下にのみ残留するように第1のゲート酸化膜をパターニングする工程と、第2のゲート酸化膜として、CVD法により酸化シリコン膜を形成する工程と、前記酸化シリコン上に第2層導電性膜からなる第2層電極を形成する工程とを含むことを特徴とする。   The method of the present invention is a method of manufacturing a solid-state imaging device in which a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit are formed on a semiconductor substrate. A bottom oxide film made of a silicon oxide (SiO) film on a semiconductor substrate surface; a silicon nitride (SiN) film formed on the bottom oxide film; and a silicon oxide (SiO) film formed on the silicon nitride film Forming a laminated structure (ONO) film including a top oxide film comprising: forming a first layer conductive film; and patterning the first layer conductive film to form a first layer electrode Removing the silicon nitride film using the first layer electrode as a mask and patterning the first gate oxide film so as to remain only under the first layer electrode; and a second gate oxide film. Characterized in that it comprises a step of forming a step of forming a silicon oxide film by the CVD method, the second layer electrode consisting of a second layer conductive film over the silicon oxide.

この構成によれば、第1層電極をマスクとしてゲート酸化膜を窒化シリコン膜まで除去し、第1層電極の周りにCVD酸化膜を形成し、電極間絶縁膜および第2層電極のゲート酸化膜を構成しているため、工数を増大することなく、高精度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。ここで第1のゲート酸化膜の窒化シリコンのパターニングには異方性エッチングを用いのが望ましい。これにより、エッジが半導体基板表面に垂直になるように構成することができる。   According to this configuration, the gate oxide film is removed up to the silicon nitride film using the first layer electrode as a mask, the CVD oxide film is formed around the first layer electrode, and the gate oxide of the interelectrode insulating film and the second layer electrode is formed. Since the film is formed, a highly accurate and reliable solid-state imaging device can be formed without increasing the number of steps. Here, it is desirable to use anisotropic etching for patterning the silicon nitride of the first gate oxide film. Thereby, it can comprise so that an edge may become perpendicular | vertical to the semiconductor substrate surface.

また、本発明の方法は、CVD法により前記酸化シリコン膜を形成する工程に先立ち、前記第1層電極表面を熱酸化することにより熱酸化膜を形成する工程を含むものを含む。
この構成により、熱酸化膜とCVD酸化膜との積層膜で構成することにより、成膜に要する時間の短縮をはかりつつも、高耐圧で信頼性の高い膜質を得ることができる。
In addition, the method of the present invention includes a step of forming a thermal oxide film by thermally oxidizing the surface of the first layer electrode prior to the step of forming the silicon oxide film by a CVD method.
With this configuration, by forming the stacked film of the thermal oxide film and the CVD oxide film, it is possible to obtain a highly reliable and highly reliable film quality while shortening the time required for the film formation.

本発明の方法は、第1層電極を形成した後、前記第2層電極下に相当する領域に不純物を導入することにより、前記第1のゲート酸化膜下の前記半導体基板表面と前記第2のゲート酸化膜下の前記半導体基板表面の表面電位が等しくなるように、前記半導体基板表面の不純物濃度を調整する不純物導入工程を含むものを含む。   In the method of the present invention, after the first layer electrode is formed, impurities are introduced into a region corresponding to the region below the second layer electrode, whereby the surface of the semiconductor substrate under the first gate oxide film and the second layer electrode are formed. Including an impurity introducing step of adjusting the impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate so that the surface potential of the surface of the semiconductor substrate under the gate oxide film becomes equal.

この構成によれば、イオン注入などの不純物導入工程により、容易にゲート酸化膜の差による特性のばらつきを抑制することができる。   According to this configuration, it is possible to easily suppress variation in characteristics due to the difference in the gate oxide film by an impurity introduction process such as ion implantation.

本発明の方法は、第2層電極を形成する工程は、第2層導電性膜を形成した後、前記第2層導電性膜を平坦化し、第1層電極と並ぶようにする平坦化工程と含むものを含む。   In the method of the present invention, in the step of forming the second layer electrode, after the second layer conductive film is formed, the second layer conductive film is flattened and aligned with the first layer electrode. And including.

本発明の方法は、第2層電極を形成する工程は、第2層導電性膜を形成した後、これをパターニングする工程を含むものを含む。   In the method of the present invention, the step of forming the second layer electrode includes a step of forming a second layer conductive film and then patterning the second layer conductive film.

本発明の方法は、周辺回路を構成するトランジスタのゲート電極は第2層導電性膜で構成されるものを含む。   The method of the present invention includes one in which the gate electrode of the transistor constituting the peripheral circuit is composed of the second layer conductive film.

この構成によれば、ゲート酸化膜を第2層電極下の酸化シリコンと同一工程で形成できることになり、ホットキャリアの蓄積を抑制することができる。   According to this configuration, the gate oxide film can be formed in the same process as the silicon oxide under the second layer electrode, and hot carrier accumulation can be suppressed.

またこの方法は、水素アニール時の水素の通り道を形成するための窒化シリコンへの開口の形成が不要となる。   This method also eliminates the need to form an opening in silicon nitride for forming a hydrogen passage during hydrogen annealing.

以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、第1層電極下のゲート酸化膜はONO膜とし、第2層電極下のゲート酸化膜は、CVD法による酸化シリコン膜で構成することにより、ホットキャリアの影響を低減しつつも、熱工程を低減し、微細化に際しても特性の優れた固体撮像素子を形成することができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、第1層電極をマスクとしてゲート酸化膜を窒化シリコン膜まで除去し、第1層電極の周りにCVD酸化膜を形成し、電極間絶縁膜および第2層電極のゲート酸化膜を構成しているため、工数を増大することなく、高精度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。
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the gate oxide film under the first layer electrode is an ONO film, and the gate oxide film under the second layer electrode is a silicon oxide film formed by a CVD method. By doing so, it is possible to form a solid-state imaging device having excellent characteristics even when miniaturization is achieved while reducing the thermal process while reducing the influence of hot carriers.
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device of the present invention, the gate oxide film is removed up to the silicon nitride film using the first layer electrode as a mask, a CVD oxide film is formed around the first layer electrode, and an interelectrode insulating film is formed. In addition, since the gate oxide film of the second layer electrode is configured, it is possible to form a highly accurate and reliable solid-state imaging device without increasing the number of steps.

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。
(実施の形態1)
図1は固体撮像素子の要部を示す断面図、図2は平面図、図3は撮像領域の要部平面図である。図1は図3のA−A断面、図2のB−B断面を示す図である。図3は図2の撮像領域100の拡大図である。この固体撮像素子は、図1に示すように、シリコン基板1に形成された前記電荷転送部の電荷転送電極が、第1層電極3aと第2層電極3bとで構成され、第1層電極3a下に形成される第1のゲート酸化膜2は、前記半導体基板表面に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるボトム酸化膜2aと、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン(SiN)膜2bと、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるトップ酸化膜2cとを含む積層構造(ONO)膜で構成され、第2層電極3b下に形成される第2のゲート酸化膜4は酸化シリコン膜で構成されることを特徴とする。なお電荷の読み出しを第2層電極3bから行う構造をとる。ここでボトム酸化膜2aは膜厚25nm、窒化シリコン膜2bは膜厚50nm、トップ酸化膜2cは膜厚8nmである。また第2のゲート酸化膜4は膜厚20nmの熱酸化膜と膜厚30nmの高温CVD法で形成した酸化シリコン膜で構成される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a solid-state imaging device, FIG. 2 is a plan view, and FIG. 3 is a main part plan view of an imaging region. 1 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 3 and a cross section taken along line BB in FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the imaging region 100 of FIG. As shown in FIG. 1, in this solid-state imaging device, the charge transfer electrode of the charge transfer portion formed on the silicon substrate 1 is composed of a first layer electrode 3a and a second layer electrode 3b. The first gate oxide film 2 formed below 3a includes a bottom oxide film 2a made of a silicon oxide (SiO) film formed on the surface of the semiconductor substrate, and a silicon nitride (SiN) formed on the bottom oxide film. ) Film 2b and a laminated structure (ONO) film including a top oxide film 2c made of a silicon oxide (SiO) film formed on the silicon nitride film, and formed under the second layer electrode 3b. The second gate oxide film 4 is composed of a silicon oxide film. In addition, the structure which reads out an electric charge from the 2nd layer electrode 3b is taken. Here, the bottom oxide film 2a has a thickness of 25 nm, the silicon nitride film 2b has a thickness of 50 nm, and the top oxide film 2c has a thickness of 8 nm. The second gate oxide film 4 is composed of a thermal oxide film having a thickness of 20 nm and a silicon oxide film formed by a high temperature CVD method having a thickness of 30 nm.

この固体撮像素子チップは、図2に概略平面図を示すように、半導体基板上にフォトダイオードと電荷転送部とで構成された撮像領域100と、この周辺に形成されたアンプなどの周辺回路部200とを備え、周縁部に外部接続端子としてのパッド部300を構成してなるものである。図3のA―A断面である。図を示すように、素子分離領域11で分離されたpウェル12に、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部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。電荷転送部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14は、図3では図示していないが、電荷転送部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。   As shown in the schematic plan view of FIG. 2, the solid-state imaging device chip includes an imaging region 100 composed of a photodiode and a charge transfer unit on a semiconductor substrate, and a peripheral circuit unit such as an amplifier formed around the imaging region 100. 200, and a pad portion 300 as an external connection terminal is formed on the peripheral portion. It is an AA cross section of FIG. As shown in the figure, a plurality of photodiodes 30 are formed in the p-well 12 separated in the element isolation region 11, and a charge transfer unit 40 for transferring signal charges detected by the photodiodes is provided in the photodiode 30. It is formed so as to exhibit a meandering shape in between. Although not shown in FIG. 3, the charge transfer channel 14 through which the signal charge transferred by the charge transfer unit 40 moves has a meandering shape in a direction crossing the direction in which the charge transfer unit 40 extends. It is formed.

またpウェル12の下方には高濃度のp型半導体層からなるオーバードレインバッファ層13が形成されており、電圧を印加することにより、電荷の引き出しができるようになっている。電荷転送部40表面には、ゲート酸化膜2を介して第1層電極3aと第2層電極3bとが酸化シリコン膜4aとHTO膜4bとからなる電極間絶縁膜4を介して配列されている。そしてフォトダイオード30は、pウェル12とpn接合を形成するn型不純物領域31と、このn型不純物領域31表面に形成された表面電位調整層32としての高濃度のp型不純物領域とで形成されている。   Further, an overdrain buffer layer 13 made of a high-concentration p-type semiconductor layer is formed below the p-well 12 so that charges can be drawn out by applying a voltage. On the surface of the charge transfer portion 40, a first layer electrode 3a and a second layer electrode 3b are arranged via a gate oxide film 2 via an interelectrode insulating film 4 composed of a silicon oxide film 4a and an HTO film 4b. Yes. The photodiode 30 is formed of an n-type impurity region 31 that forms a pn junction with the p-well 12 and a high-concentration p-type impurity region as a surface potential adjustment layer 32 formed on the surface of the n-type impurity region 31. Has been.

そしてこの第1層電極3aおよび第2層電極3bの上層には酸化シリコン膜5を介して膜厚30nmの窒化シリコン膜からなる反射防止膜6が形成されている。そしてこの上層はスパッタリング法により形成された膜厚50nmのチタンナイトライド層(図示せず)を介して遮光層7としての、フォトダイオード30の受光領域に開口を有する膜厚200nmのタングステン薄膜が形成されている。さらにこの上層は、酸化シリコン膜9とBPSG膜からなる透光性膜の平坦化膜10で覆われている。   An antireflection film 6 made of a silicon nitride film having a thickness of 30 nm is formed on the first layer electrode 3a and the second layer electrode 3b with a silicon oxide film 5 interposed therebetween. The upper layer is a tungsten thin film having a thickness of 200 nm having an opening in the light receiving region of the photodiode 30 as a light shielding layer 7 through a titanium nitride layer (not shown) having a thickness of 50 nm formed by sputtering. Has been. Further, this upper layer is covered with a planarizing film 10 of a translucent film made of a silicon oxide film 9 and a BPSG film.

このように固体撮像素子の上方には、フォトダイオード30に相当する領域に開口を形成した遮光膜7が設けられており、BPSG膜からなる平坦化膜10を介して、カラーフィルタ50、平坦化膜70、マイクロレンズ60が順次積層して設けられる。   As described above, the light shielding film 7 having an opening formed in a region corresponding to the photodiode 30 is provided above the solid-state imaging device, and the color filter 50 and the planarization are performed via the planarization film 10 made of a BPSG film. A film 70 and a microlens 60 are sequentially stacked.

次に、この固体撮像素子の製造工程における電荷転送電極の形成工程について、図4(a)乃至(c)乃至図5(a)乃至(c)を用いて説明する。この例ではフォトダイオード領域形成のためのn型不純物領域31、表面電位調整層32としてのp型不純物拡散領域、転送チャネル14としてのn型不純物領域を形成すべく、イオン注入を行った後、ゲート酸化膜およびゲート電極を形成する。このとき後続工程における加熱により拡散長が伸びるのを想定し、拡散時間を設定する必要がある。以下の工程では簡略化のために半導体基板内に形成されるフォトダイオード領域および転送チャネルを省略する。   Next, the charge transfer electrode forming process in the manufacturing process of the solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. 4 (a) to 4 (c) to 5 (a) to 5 (c). In this example, after ion implantation is performed to form an n-type impurity region 31 for forming a photodiode region, a p-type impurity diffusion region as a surface potential adjustment layer 32, and an n-type impurity region as a transfer channel 14, A gate oxide film and a gate electrode are formed. At this time, it is necessary to set the diffusion time on the assumption that the diffusion length is extended by heating in the subsequent process. In the following steps, the photodiode region and the transfer channel formed in the semiconductor substrate are omitted for simplification.

まず、n型のシリコン基板1表面に形成されたpウェル12内に、熱酸化により膜厚25nmの酸化シリコン膜2aを形成する。ここではHCl/O=1slm/10slm雰囲気で950℃に加熱することによって酸化を行った。 First, a 25 nm-thickness silicon oxide film 2a is formed by thermal oxidation in a p-well 12 formed on the surface of an n-type silicon substrate 1. Here, oxidation was performed by heating to 950 ° C. in an HCl / O 2 = 1 slm / 10 slm atmosphere.

この後、CVD法により、このボトム酸化膜2a上に膜厚50nmの窒化シリコン膜2bを形成する。ここでは堆積条件はSiHCl/NH=0.09slm/0.9slm(0.5Torr)雰囲気で780℃とした。 Thereafter, a silicon nitride film 2b having a thickness of 50 nm is formed on the bottom oxide film 2a by CVD. Here, the deposition conditions were set to 780 ° C. in an atmosphere of SiH 2 Cl 2 / NH 3 = 0.09 slm / 0.9 slm (0.5 Torr).

さらに、CVD法により、この窒化シリコン膜2b上にトップ酸化膜2cとして膜厚8nmの酸化シリコン膜を形成し、3層構造のゲート酸化膜を形成する(図4(a))。ここでCVD条件はSiH/HO=0.05slm/2.5slm(1.2Torr)雰囲気で800℃とした。 Further, a silicon oxide film having a thickness of 8 nm is formed as a top oxide film 2c on the silicon nitride film 2b by a CVD method to form a gate oxide film having a three-layer structure (FIG. 4A). Here, the CVD conditions were set to 800 ° C. in a SiH 4 / H 2 O = 0.05 slm / 2.5 slm (1.2 Torr) atmosphere.

続いて、このゲート酸化膜2上に、第1層電極3aを形成するためのドープトアモルファスシリコン層を形成する。(図4(b))。
すなわち、このゲート酸化膜2上に、PHとNとを添加したSiHを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.3〜0.25μmのリンドープの第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は600〜700℃とする。
Subsequently, a doped amorphous silicon layer for forming the first layer electrode 3 a is formed on the gate oxide film 2. (FIG. 4B).
That is, a phosphorus-doped first layer doped film having a thickness of 0.3 to 0.25 μm is formed on the gate oxide film 2 by a low pressure CVD method using SiH 4 added with PH 3 and N 2 as a reactive gas. An amorphous silicon film 3a is formed. The substrate temperature at this time shall be 600-700 degreeC.

続いて、レジストR1を塗布し、第1層電極を形成するためのレジストパターンを形成する(図4(c))。   Subsequently, a resist R1 is applied to form a resist pattern for forming the first layer electrode (FIG. 4C).

そしてこのレジストパターンR1をマスクとして、第1層ドープトアモルファスシリコン膜をエッチングし第1層電極3aを形成する(図5(a))。このとき、HBrとOとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして第1層ドープトアモルファスシリコン膜3aを選択的にエッチング除去し、さらに、窒化シリコン膜2bを除去して、第1の電極および周辺回路の配線を形成する。ここではECR(電子サイクロトロン共鳴:Electron Cyclotron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。なお、周辺回路の配線は第2層ドープトアモルファスシリコン膜で形成してもよい。ここで窒化シリコン膜2bのパターニングに際してはパターンエッジが垂直となるように異方性エッチングを用いるのが望ましい。 Then, using the resist pattern R1 as a mask, the first layer doped amorphous silicon film is etched to form the first layer electrode 3a (FIG. 5A). At this time, the first layer doped amorphous silicon film 3a is selected by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2 with the mask pattern as a mask and the silicon nitride film 2b of the gate oxide film 2 as an etching stopper. Then, the silicon nitride film 2b is removed by etching and the first electrode and peripheral circuit wiring are formed. Here, it is desirable to use an etching apparatus such as an ECR (Electron Cyclotron Resonance) system or an ICP (Inductively Coupled Plasma) system. The peripheral circuit wiring may be formed of a second layer doped amorphous silicon film. Here, when patterning the silicon nitride film 2b, it is desirable to use anisotropic etching so that the pattern edges are vertical.

そして、この第1層電極3a上を含む基板表面全体に熱酸化法により酸化シリコン膜4aとHTO膜4bとから構成され、第2のゲート酸化膜とをかねる電極間絶縁膜4を形成する(図5(b))。このとき酸化シリコン膜は850℃の酸素雰囲気中で30分間成膜し、HTO膜は基板温度850℃でCVD法により成膜する。   Then, an interelectrode insulating film 4 composed of a silicon oxide film 4a and an HTO film 4b and serving as a second gate oxide film is formed on the entire surface of the substrate including on the first layer electrode 3a by thermal oxidation. FIG. 5B). At this time, the silicon oxide film is formed in an oxygen atmosphere at 850 ° C. for 30 minutes, and the HTO film is formed by a CVD method at a substrate temperature of 850 ° C.

そして、この電極間絶縁膜4上に、PHとNとを添加したSiHを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.3〜0.25μmのリンドープの第2層ドープトアモルファスシリコン膜bを形成する。このときの基板温度は600〜700℃とする。
続いて、この上層にフォトリソグラフィにより、第2層ドープトアモルファスシリコン膜3bをパターニングし第2層電極3bを形成する(図5(c))。
Then, a phosphorus-doped second layer dope having a film thickness of 0.3 to 0.25 μm is formed on the interelectrode insulating film 4 by a low pressure CVD method using SiH 4 added with PH 3 and N 2 as a reactive gas. A triamorphous silicon film b is formed. The substrate temperature at this time shall be 600-700 degreeC.
Subsequently, the second layer doped amorphous silicon film 3b is patterned on the upper layer by photolithography to form a second layer electrode 3b (FIG. 5C).

そしてこの上層に絶縁膜5を形成した後、反射防止膜6として窒化シリコン膜を形成し、フォトダイオード領域を覆うようにパターニングする。そしてさらにTEOS膜6Sを形成し、密着性層としてのTiN(図示せず)を介して遮光膜7としてのタングステン膜を形成し、レジストパターンをマスクとして遮光膜7のパターンをパターニングする。   Then, after forming the insulating film 5 on the upper layer, a silicon nitride film is formed as the antireflection film 6 and patterned so as to cover the photodiode region. Further, a TEOS film 6S is formed, a tungsten film as a light shielding film 7 is formed through TiN (not shown) as an adhesive layer, and the pattern of the light shielding film 7 is patterned using a resist pattern as a mask.

このようにして形成された遮光膜7上に酸化シリコン膜9を介して、膜厚700nmのBPSG膜を形成し、850℃でリフローし平坦化して平坦化膜10を形成する。   A 700 nm-thick BPSG film is formed on the light-shielding film 7 thus formed via the silicon oxide film 9, and then reflowed and planarized at 850 ° C. to form the planarizing film 10.

そして最後に、フィルタ層50、平坦化層70、レンズ60を形成し図1に示した固体撮像素子が形成される。   Finally, the filter layer 50, the planarization layer 70, and the lens 60 are formed to form the solid-state imaging device shown in FIG.

このようにして形成された固体撮像素子によれば、第2層電極3b下のゲート酸化膜4および、第1層電極3aと第2層電極3bとの間に形成される電極間絶縁膜4を熱酸化膜とCVD酸化膜との2層膜で形成しているため、熱酸化のみで形成する場合に比べて低温形成(高温プロセスが短時間ですむ)が可能で、熱工程を経ることによる拡散長の伸びも低減され、微細化で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。特に、HTO膜と呼ばれる高温CVD法で形成した酸化シリコン膜を用いることにより緻密で高耐圧の酸化シリコン膜を形成することができる。また、電荷の読み出しを第2層電極3bから行うようにしており、この構造の場合、第1層電極aには高電界がかからないため、ゲート酸化膜がONO膜で構成されていてもホットキャリアの問題は少ない。   According to the solid-state imaging device thus formed, the gate oxide film 4 below the second layer electrode 3b and the interelectrode insulating film 4 formed between the first layer electrode 3a and the second layer electrode 3b. Is formed with a two-layer film of thermal oxide film and CVD oxide film, so it can be formed at a lower temperature (high temperature process can be completed in a short time) compared to the case where it is formed only by thermal oxidation. The extension of the diffusion length due to the above is also reduced, and it is possible to provide a solid-state imaging device with high reliability by miniaturization. In particular, by using a silicon oxide film formed by a high temperature CVD method called an HTO film, a dense silicon oxide film having a high withstand voltage can be formed. Further, the charge is read from the second layer electrode 3b. In this structure, since the first layer electrode a is not subjected to a high electric field, even if the gate oxide film is composed of an ONO film, hot carriers are used. There are few problems.

また、周辺回路、例えばアンプは図6に要部断面を示すように、アンプを構成するMOSFETのゲート酸化膜は第2のゲート酸化膜4で構成され、ゲート電極は第2の導電性層からなる第2層電極と同一工程で形成される。このため周辺回路の微細化に対しても、ゲート酸化膜がONO膜でなく窒化シリコン層を含まないで構成されているため、ホットキャリアの影響を防止し、信頼性の高い固体撮像素子を得ることができる。   Further, in the peripheral circuit, for example, the amplifier, as shown in the cross section of the main part in FIG. 6, the gate oxide film of the MOSFET constituting the amplifier is constituted by the second gate oxide film 4, and the gate electrode is formed from the second conductive layer. The second layer electrode is formed in the same process. For this reason, even when the peripheral circuit is miniaturized, the gate oxide film is not an ONO film and does not include a silicon nitride layer. Therefore, the influence of hot carriers is prevented, and a highly reliable solid-state imaging device is obtained. be able to.

またONO膜のパターニングに際しては、窒化シリコンについては異方性エッチングを用いてパターニングするのが望ましい。これにより基板表面に垂直なパターンエッジを得ることができ、高精度で信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。   In the patterning of the ONO film, it is desirable to pattern silicon nitride using anisotropic etching. As a result, a pattern edge perpendicular to the substrate surface can be obtained, and a highly accurate and reliable solid-state imaging device can be obtained.

また、窒化シリコンで覆われていない領域があるため、水素アニールに際しての水素の通路も確保されている。また、形成に際しても、特別の工程を経ることなく形成可能である。   In addition, since there is a region that is not covered with silicon nitride, a hydrogen passage for hydrogen annealing is also secured. In addition, it can be formed without any special process.

さらに、第1層電極表面を熱酸化することなく形成されるため、第1層電極から伸張するひげ状の再結晶化領域いわゆるゲートバーズビークの発生あるいは第2層電極のパターニングで問題となるストリンガーの生成も抑制され、耐圧劣化を防止することができ、歩留まりが向上する。   Further, since the surface of the first layer electrode is formed without being thermally oxidized, a stringer that causes a problem in the generation of a whisker-like recrystallization region so-called gate bird's beak extending from the first layer electrode or patterning of the second layer electrode Is also suppressed, deterioration of the breakdown voltage can be prevented, and the yield is improved.

また、この工程ではフォトダイオード領域のONO膜の窒化シリコンもエッチング除去されているため、電荷転送電極形成後にフォトダイオード領域のONO膜の窒化シリコンをパターニングする必要がない。このため、第2層電極上に窒化シリコンのパターニング工程でストッパとして用いるための酸化シリコンが不要となる。   In this step, since the silicon nitride of the ONO film in the photodiode region is also removed by etching, it is not necessary to pattern the silicon nitride of the ONO film in the photodiode region after forming the charge transfer electrode. This eliminates the need for silicon oxide for use as a stopper in the silicon nitride patterning step on the second layer electrode.

また、プラズマCVDあるいはプラズマエッチングなど、種々のプラズマ工程を用いる場合にも、ONO膜の窒化シリコンが除去されているため、プラズマチャージング効果が抑制でき、信頼性の向上をはかることができる。   Even when various plasma processes such as plasma CVD or plasma etching are used, since the silicon nitride of the ONO film is removed, the plasma charging effect can be suppressed and the reliability can be improved.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、第1層電極3aと第2層電極3b下の基板表面は同様に構成したが、図7(a)乃至(c)に示すように、イオン注入工程を付加し、ゲート酸化膜の差による表面電位の差を補償すべく、第2層電極3b下となる領域に選択的にイオン注入を行い、表面電位を調整し、特性を揃えるようにしてもよい。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the substrate surfaces under the first layer electrode 3a and the second layer electrode 3b are configured in the same manner. However, as shown in FIGS. 7A to 7C, an ion implantation step is added, In order to compensate for the difference in surface potential due to the difference in the gate oxide film, ions may be selectively implanted into the region below the second layer electrode 3b to adjust the surface potential and make the characteristics uniform.

製造に際しては、実施の形態1と同様に形成されるが、第1層電極3aのパターニング後、イオン注入により、ゲート酸化膜の差による表面電位の差を補償し、第1層電極3aと第2層電極3b下とで表面電位が等しくなるように、第2層電極3b下に、イオン注入領域dを形成する。   In manufacturing, it is formed in the same manner as in the first embodiment, but after patterning the first layer electrode 3a, the surface potential difference due to the difference in the gate oxide film is compensated by ion implantation, and the first layer electrode 3a and the first layer electrode 3a are formed. An ion implantation region d is formed under the second layer electrode 3b so that the surface potential is equal under the two layer electrode 3b.

このようにして形成された固体撮像素子によれば、特性の揃った電荷転送部を提供することができる。微細化に際しても高精度のパターンを得ることができ、電荷転送電極の信頼性の向上をはかることができる。   According to the solid-state imaging device formed in this way, it is possible to provide a charge transfer unit with uniform characteristics. A highly accurate pattern can be obtained even when miniaturized, and the reliability of the charge transfer electrode can be improved.

前記実施の形態1では2層電極構造の電荷転送電極を用いた場合について説明したが、2層構造の導電性膜を形成して平坦化処理により単層電極構造の電荷転送電極を形成した場合にも適用可能であることはいうまでもない。   In the first embodiment, the case where the charge transfer electrode having the two-layer electrode structure is used is described. However, when the charge transfer electrode having the single-layer electrode structure is formed by the planarization process after forming the conductive film having the two-layer structure. Needless to say, this is also applicable.

(実施の形態3)
前記実施の形態1では、図5(a)乃至(b)に示すように、第2層電極を構成する第2層導電性膜をフォトリソグラフィにより形成したが、本実施の形態によれば、図8(a)乃至(d)に示すように、第2層電極を形成するための第2層導電性膜を十分に厚く堆積しておき、CMPにより平坦化し第1層電極3aと第2層電極3bとが電極間絶縁膜4を介して並置された単層電極構造となるようにしてもよい。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, as shown in FIGS. 5A to 5B, the second layer conductive film constituting the second layer electrode is formed by photolithography, but according to the present embodiment, As shown in FIGS. 8A to 8D, a second-layer conductive film for forming the second-layer electrode is deposited sufficiently thick, and is flattened by CMP to form the first-layer electrode 3a and the second-layer electrode. The layer electrode 3b may have a single layer electrode structure in which the layer electrode 3b is juxtaposed via the interelectrode insulating film 4.

ここでも、第1層電極3aのパターニング後、イオン注入により、ゲート酸化膜の差による表面電位の差を補償し、第1層電極3aと第2層電極3b下とで表面電位が等しくなるように、第2層電極3b下に、イオン注入領域dを形成する。
このようにして、特性の揃った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。
Again, after patterning the first layer electrode 3a, the surface potential difference due to the difference in the gate oxide film is compensated by ion implantation so that the surface potential becomes equal between the first layer electrode 3a and the second layer electrode 3b. In addition, an ion implantation region d is formed under the second layer electrode 3b.
In this way, it is possible to provide a solid-state imaging device having charge transfer electrodes with uniform characteristics.

以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、窒化シリコン膜のパターンエッジを高精度にパターニングすることができ、微細で信頼性の高い電極を形成することができることから、微細な電荷転送電極を持つ固体撮像素子に有効であり高画素化が期待できる。   As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the pattern edge of the silicon nitride film can be patterned with high accuracy, and a fine and highly reliable electrode can be formed. It is effective for a solid-state imaging device having a charge transfer electrode, and an increase in the number of pixels can be expected.

本発明の実施の形態1の固体撮像素子を示す断面図Sectional drawing which shows the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の固体撮像素子を示す平面図The top view which shows the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1の固体撮像素子を示す要部平面図1 is a main part plan view showing a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention; 本発明の実施の形態1の固体撮像素子の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の固体撮像素子の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1の固体撮像素子の周辺回路部を示す図The figure which shows the peripheral circuit part of the solid-state image sensor of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2の固体撮像素子の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3の固体撮像素子の製造工程を示す図The figure which shows the manufacturing process of the solid-state image sensor of Embodiment 3 of this invention. 従来例の固体撮像素子を示す図The figure which shows the solid-state image sensor of a prior art example

符号の説明Explanation of symbols

1 シリコン基板
2a ボトム酸化膜
2b 窒化シリコン膜
2c トップ酸化膜
3 ゲート電極
4 電極間絶縁膜
5 絶縁膜
6 反射防止膜
7 遮光膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate 2a Bottom oxide film 2b Silicon nitride film 2c Top oxide film 3 Gate electrode 4 Interelectrode insulating film 5 Insulating film 6 Antireflection film 7 Light shielding film

Claims (13)

半導体基板上に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを具えた固体撮像素子であって、
前記電荷転送部の電荷転送電極が、第1層導電性膜で構成された第1層電極と、前記第1層電極の上層に形成された第2層導電性膜で構成された第2層電極とで構成され、
前記第1層電極下に形成される第1のゲート酸化膜は、
前記半導体基板表面に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるボトム酸化膜と、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン(SiN)膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるトップ酸化膜とを含む積層構造(ONO)膜で構成され、
前記第2層電極下に形成される第2のゲート酸化膜は酸化シリコン膜で構成された固体撮像素子。
A solid-state imaging device comprising a photoelectric conversion unit formed on a semiconductor substrate and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit,
The charge transfer electrode of the charge transfer portion is a first layer electrode formed of a first layer conductive film and a second layer formed of a second layer conductive film formed on the first layer electrode. Composed of electrodes,
The first gate oxide film formed under the first layer electrode is:
A bottom oxide film made of a silicon oxide (SiO) film formed on the surface of the semiconductor substrate, a silicon nitride (SiN) film formed on the bottom oxide film, and a silicon oxide (SiN) formed on the silicon nitride film ( A layered structure (ONO) film including a top oxide film made of (SiO) film,
A solid-state imaging device in which the second gate oxide film formed under the second layer electrode is composed of a silicon oxide film.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記酸化シリコン膜はCVD膜である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the silicon oxide film is a CVD film.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記酸化シリコン膜は熱酸化膜とCVD膜との積層膜である固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the silicon oxide film is a laminated film of a thermal oxide film and a CVD film.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記第2層電極下の基板表面には電位調整用の不純物イオン注入領域を含む固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
A solid-state imaging device including an impurity ion implantation region for potential adjustment on a substrate surface under the second layer electrode.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記第2層電極下のゲート酸化膜は、周辺回路部のゲート酸化膜と同一工程で形成されたものである固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The solid-state imaging device, wherein the gate oxide film under the second layer electrode is formed in the same process as the gate oxide film in the peripheral circuit portion.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記第1層電極と前記第2層電極とは、電極間絶縁膜を介して並置された単層電極構造を構成する固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The first layer electrode and the second layer electrode are solid-state imaging devices that constitute a single-layer electrode structure in which the first layer electrode and the second layer electrode are juxtaposed via an interelectrode insulating film.
請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記第2層電極は、電極間絶縁膜を介して前記第2層電極上に乗り上げるように形成され2層電極構造を構成する固体撮像素子。
The solid-state imaging device according to claim 1,
The second-layer electrode is a solid-state imaging device that is formed so as to run on the second-layer electrode via an inter-electrode insulating film and constitutes a two-layer electrode structure.
半導体基板上に、光電変換部と前記光電変換部で生成された電荷を転送する電荷転送部とを形成する固体撮像素子の製造方法において、
前記電荷転送部の形成工程が、
半導体基板表面に酸化シリコン(SiO)膜からなるボトム酸化膜と、前記ボトム酸化膜上に形成される窒化シリコン(SiN)膜と、前記窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン(SiO)膜からなるトップ酸化膜とを含む積層構造(ONO)膜を形成する工程と、
第1層導電性膜を形成する工程と、
前記第1層導電性膜をパターニングし第1層電極を形成する工程と、
前記第1層電極をマスクとして、前記窒化シリコン膜まで除去し、前記第1層電極下にのみ残留するように第1のゲート酸化膜をパターニングする工程と、
第2のゲート酸化膜として、CVD法により酸化シリコン膜を形成する工程と、
前記酸化シリコン上に第2層導電性膜からなる第2層電極を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
In a method for manufacturing a solid-state imaging device, on a semiconductor substrate, a photoelectric conversion unit and a charge transfer unit that transfers charges generated by the photoelectric conversion unit are formed.
The step of forming the charge transfer part comprises:
A bottom oxide film made of a silicon oxide (SiO) film on the surface of the semiconductor substrate, a silicon nitride (SiN) film formed on the bottom oxide film, and a silicon oxide (SiO) film formed on the silicon nitride film Forming a laminated structure (ONO) film including a top oxide film,
Forming a first layer conductive film;
Patterning the first layer conductive film to form a first layer electrode;
Removing the silicon nitride film using the first layer electrode as a mask and patterning the first gate oxide film so as to remain only under the first layer electrode;
Forming a silicon oxide film by a CVD method as a second gate oxide film;
Forming a second layer electrode made of a second layer conductive film on the silicon oxide.
請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
CVD法により前記酸化シリコン膜を形成する工程に先立ち、前記第1層電極表面を熱酸化することにより熱酸化膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
Prior to the step of forming the silicon oxide film by a CVD method, a method for manufacturing a solid-state imaging device including a step of forming a thermal oxide film by thermally oxidizing the surface of the first layer electrode.
請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
第1層電極を形成した後、前記第2層電極下に相当する領域に不純物を導入することにより、前記第1のゲート酸化膜下の前記半導体基板表面と前記第2のゲート酸化膜下の前記半導体基板表面の表面電位が等しくなるように、前記半導体基板表面の不純物濃度を調整する不純物導入工程を含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
After forming the first layer electrode, impurities are introduced into a region corresponding to the region below the second layer electrode, so that the surface of the semiconductor substrate under the first gate oxide film and the region under the second gate oxide film are formed. A method for manufacturing a solid-state imaging device, comprising an impurity introduction step of adjusting an impurity concentration on the surface of the semiconductor substrate so that the surface potentials on the surface of the semiconductor substrate are equal.
請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
第2層電極を形成する工程は、第2層導電性膜を形成した後、前記第2層導電性膜を平坦化し、第1層電極と並ぶようにする平坦化工程と含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 10,
The step of forming the second layer electrode includes a planarization step of planarizing the second layer conductive film after forming the second layer conductive film and aligning the second layer conductive film with the first layer electrode. Production method.
請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
第2層電極を形成する工程は、第2層導電性膜を形成した後、これをパターニングする工程と含む固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
The step of forming the second layer electrode includes a step of patterning the second layer conductive film after forming the second layer conductive film.
請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
周辺回路を構成するトランジスタのゲート電極は第2層導電性膜で構成される固体撮像素子の製造方法。
It is a manufacturing method of the solid-state image sensing device according to claim 8,
A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a gate electrode of a transistor constituting a peripheral circuit is formed of a second layer conductive film.
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