JP2006261414A - Solid photographing device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Mototaka Ochi
元隆 越智
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid photographing device excelling in its image characteristic and the manufacturing method thereof wherein the generation of its image defect can be suppressed enough even though forming at the same time on a single substrate by the application of a CMOS logic process the transistors included in its picture-element portion and its peripheral-circuit portion, and in addition to this, it can also deal with the fining of its picture element. <P>SOLUTION: In the solid photographing device, a picture-element portion 7 and a peripheral-circuit portion 19 disposed in the periphery of the picture-element portion 7 are formed on a single substrate. Each picture element includes first and second transistors, and the peripheral-circuit portion 19 includes a plurality of third transistors. At least residual stresses generated under a transfer gate electrode 23a constituting the first transistor and under a gate electrode 23b constituting the second transistor are made not larger than 37 MPa. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、より特定的には、増幅型MOSセンサを有する固体撮像装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device having an amplification MOS sensor and a manufacturing method thereof.

増幅型MOSセンサを有する固体撮像装置(以下、MOS型固体撮像装置と称す)は、画素毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度であるという特徴を有する。図8は、一般的なMOS型固体撮像装置の構成を示す回路図である。図8において、MOS型固体撮像装置は、複数の画素6がマトリクス状に配置された画素部7と、画素部7の周囲に配置された周辺回路部とを備える。画素部7を構成する各画素6は、受光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオード1、フォトダイオード1で発生した信号電荷を転送する転送トランジスタ2、信号電荷をリセットするリセットトランジスタ3、転送された信号電荷を増幅するとともに外部電源への接続部8を有する増幅トランジスタ4、および信号を読み出すラインを選択する選択トランジスタ5を含む。   A solid-state imaging device having an amplification type MOS sensor (hereinafter referred to as a MOS type solid-state imaging device) amplifies a signal detected by a photodiode for each pixel by a transistor, and has a feature of high sensitivity. FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a general MOS type solid-state imaging device. In FIG. 8, the MOS type solid-state imaging device includes a pixel unit 7 in which a plurality of pixels 6 are arranged in a matrix, and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit 7. Each pixel 6 constituting the pixel unit 7 is transferred with a photodiode 1 for accumulating charges according to the amount of received light, a transfer transistor 2 for transferring signal charges generated by the photodiode 1, and a reset transistor 3 for resetting signal charges. Amplifying transistor 4 that amplifies the signal charge and has a connection portion 8 to an external power supply, and a selection transistor 5 that selects a line for reading a signal.

周辺回路部は、行選択信号を供給する垂直選択部9、負荷トランジスタ群10、1行分の信号を取り込むためのスイッチトランジスタを含む行信号蓄積部11、および列選択信号を供給する水平選択部12を含む。垂直選択部9には、各画素6へ接続するための選択トランジスタ制御線13、リセットトランジスタ制御線14、および転送トランジスタ制御線15が配線されている。選択トランジスタ制御線13は、選択トランジスタ5のゲート電極に結線され、信号を読み出す行を決定する。リセットトランジスタ制御線14は、リセットトランジスタ3のゲート電極に結線され、転送トランジスタ制御線15は、転送トランジスタ2のゲート電極に接続される。負荷トランジスタ群10には、各画素6へ接続するための垂直信号線16の一端が配線されており、垂直信号線16の他端は、行信号蓄積部11に結合されている。また、垂直信号線16は、選択トランジスタ5のソース電極に結線される。また、行信号蓄積部11に蓄積された信号は、水平選択部12から供給される選択パルスにより順次出力される。   The peripheral circuit section includes a vertical selection section 9 that supplies a row selection signal, a load transistor group 10, a row signal storage section 11 that includes a switch transistor for capturing one row of signals, and a horizontal selection section that supplies a column selection signal 12 is included. A selection transistor control line 13, a reset transistor control line 14, and a transfer transistor control line 15 for connecting to each pixel 6 are wired in the vertical selection unit 9. The selection transistor control line 13 is connected to the gate electrode of the selection transistor 5 and determines a row from which a signal is read. The reset transistor control line 14 is connected to the gate electrode of the reset transistor 3, and the transfer transistor control line 15 is connected to the gate electrode of the transfer transistor 2. One end of a vertical signal line 16 for connection to each pixel 6 is wired in the load transistor group 10, and the other end of the vertical signal line 16 is coupled to the row signal storage unit 11. The vertical signal line 16 is connected to the source electrode of the selection transistor 5. Further, the signals accumulated in the row signal accumulation unit 11 are sequentially output by the selection pulse supplied from the horizontal selection unit 12.

上記のようにMOS型固体撮像装置は、同一基板上に画素部7と周辺回路部とが形成されている。このようなMOS型固体撮像装置において、近年では、周辺回路部の性能向上を目的として、周辺回路部にCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)構造のMOS型トランジスタを複数配置した構成が適用されている(例えば、特許文献1)。このようなMOS型固体撮像装置は、画素部7および周辺回路部に含まれる複数のMOS型トランジスタをオンチップ化構造としているため、CMOSロジックプロセスにフォトダイオードを形成するプロセスを追加することで、画素部7に含まれるトランジスタと周辺回路部に含まれるトランジスタとを同時に形成できる。したがって、開発期間の短縮、低コスト化、並びに低消費電力化が図れるという利点を有する。
特開2002−190586号公報
As described above, in the MOS type solid-state imaging device, the pixel portion 7 and the peripheral circuit portion are formed on the same substrate. In such a MOS type solid-state imaging device, in recent years, a configuration in which a plurality of MOS type transistors having a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) structure are arranged in the peripheral circuit unit has been applied for the purpose of improving the performance of the peripheral circuit unit. (For example, Patent Document 1). In such a MOS type solid-state imaging device, since a plurality of MOS type transistors included in the pixel unit 7 and the peripheral circuit unit have an on-chip structure, by adding a process of forming a photodiode to the CMOS logic process, A transistor included in the pixel portion 7 and a transistor included in the peripheral circuit portion can be formed at the same time. Therefore, there are advantages that the development period can be shortened, the cost can be reduced, and the power consumption can be reduced.
JP 2002-190586 A

しかしながら、CMOSロジックプロセスにフォトダイオードを形成するプロセスを追加した方法により製造したMOS型固体撮像装置は、白キズや暗時電流バラツキ(暗時ザラ)等による画像欠陥の抑制が十分になされていないという問題がある。   However, a MOS type solid-state imaging device manufactured by a method in which a process for forming a photodiode is added to a CMOS logic process does not sufficiently suppress image defects due to white scratches or dark current variations (dark roughness). There is a problem.

そこで、特許文献1では、各画素6に含まれるトランジスタのゲート電極を多結晶シリコンの単層構造とし、周辺回路部に含まれるCMOSFETのゲート電極を積層構造とする手法が提案されている。しかしながら、このような方法では、近年の画素6の微細化に伴って、リーク電流の抑制を目的として利用されつつあるシリサイド構造のゲート電極を各画素6に適用することができないという問題がある。シリサイド構造のゲート電極は、多結晶シリコン膜の上にタングステンシリサイド(WSi)膜等のシリサイド膜を形成した積層膜からなるものであり、多結晶シリコンの単層構造からなるゲート電極に較べて膜自体が有する残留応力が大きく、フォトダイオード1等に影響を与えて画像特性を劣化させるためである。   Therefore, Patent Document 1 proposes a technique in which a gate electrode of a transistor included in each pixel 6 has a single layer structure of polycrystalline silicon and a gate electrode of a CMOSFET included in a peripheral circuit portion has a stacked structure. However, in such a method, there is a problem that a gate electrode having a silicide structure, which is being used for the purpose of suppressing leakage current, cannot be applied to each pixel 6 with the recent miniaturization of the pixel 6. The gate electrode having a silicide structure is a laminated film in which a silicide film such as a tungsten silicide (WSi) film is formed on a polycrystalline silicon film, and is a film compared to a gate electrode having a single-layer structure of polycrystalline silicon. This is because the residual stress of itself is large and affects the photodiode 1 and the like to deteriorate the image characteristics.

また、上記した画素6の微細化に伴って、特に、0.25μm以下の微細構造を有するMOS型固体撮像装置には、STI(Shallow Trench Isolation)法により形成されたSTI構造の素子分離領域(以下、STIと称す)が適用されるとともに、各トランジスタを構成するゲート絶縁膜の膜厚が10nm以下と薄膜化されている。このようなSTIや薄膜化されたゲート絶縁膜は、ゲート電極の形成後に行われる熱処理、具体的には、周辺回路部における不純物拡散層の形成工程時に行われる熱処理によって、残留応力を発生しやすいという特徴を有するため、フォトダイオード1に対する残留応力が大きく、画像欠陥の抑制が困難であるという問題がある。   In addition, with the miniaturization of the pixel 6 described above, in particular, in a MOS type solid-state imaging device having a fine structure of 0.25 μm or less, an element isolation region (STI structure isolation region) formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method ( (Hereinafter referred to as STI), and the thickness of the gate insulating film constituting each transistor is reduced to 10 nm or less. Such an STI or a thinned gate insulating film is likely to generate residual stress due to a heat treatment performed after the formation of the gate electrode, specifically, a heat treatment performed in the step of forming the impurity diffusion layer in the peripheral circuit portion. Therefore, there is a problem that the residual stress on the photodiode 1 is large and it is difficult to suppress image defects.

そこで、フォトダイオード1に対する残留応力を軽減するために、前記した熱処理時の処理温度を制限する方法が用いられている。一般に、このような熱処理には、RTA(Rapid Thermal Annealing :急速熱処理法)と呼ばれる熱処理方法が適用されるが、このRTAにおいて900℃を超えない温度条件下で熱処理を施すことによって、熱処理の最適化が図られている。しかしながらこのような手法によっても、未だ十分な画像欠陥の抑制効果が得られているとは言えるものではない。   Therefore, in order to reduce the residual stress on the photodiode 1, a method of limiting the processing temperature during the heat treatment is used. Generally, a heat treatment method called RTA (Rapid Thermal Annealing) is applied to such a heat treatment, and the optimum heat treatment is performed by performing the heat treatment under a temperature condition not exceeding 900 ° C. in this RTA. It is planned. However, even with such a method, it cannot be said that a sufficient image defect suppression effect has been obtained.

それ故に、本発明は、CMOSロジックプロセスを適用して同一基板上に画素部および周辺回路部に含まれるトランジスタを同時に形成しても画像欠陥の発生を十分に抑制でき、しかも画素の微細化にも対応できる、画像特性に優れた固体撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can sufficiently suppress the occurrence of image defects even when the transistors included in the pixel portion and the peripheral circuit portion are simultaneously formed on the same substrate by applying the CMOS logic process, and the pixel can be miniaturized. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device excellent in image characteristics and a method for manufacturing the same.

上記課題を解決する発明は、複数の画素が二次元状に配置された画素部と、前記画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置に向けられている。この固体撮像装置において、各画素は、第1のトランジスタと第2のトランジスタとを備える。第1のトランジスタは、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、転送ゲート電極に隣接する半導体基板の主面に形成され、入射光量に応じた電荷を蓄積する第1の拡散層と、第1の拡散層とは反対側における転送ゲート電極に隣接する前記半導体基板の主面に形成された第2の拡散層とを有する。第2のトランジスタは、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、第1のゲート電極に隣接する半導体基板の主面に形成された第3および第4の拡散層とを有する。また、周辺回路部は、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極と、第2のゲート電極に隣接する半導体基板の主面に形成された第5および第6の拡散層とを有する第3のトランジスタを複数備える。そして、少なくとも転送ゲート電極下および第1のゲート電極下の残留応力は、37MPa以下である。このような構成とすることで、画素部における画像欠陥を抑制できる。ここで、第1の拡散層とは、具体的には、フォトダイオードを含むものである。   The invention that solves the above-described problems is directed to a solid-state imaging device in which a pixel portion in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and a peripheral circuit portion that is arranged around the pixel portion are formed on the same semiconductor substrate. It has been. In this solid-state imaging device, each pixel includes a first transistor and a second transistor. The first transistor is formed on a main surface of the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode and a transfer gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and accumulates electric charges according to the amount of incident light. A first diffusion layer; and a second diffusion layer formed on the main surface of the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode on the side opposite to the first diffusion layer. The second transistor includes a first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and third and fourth electrodes formed on the main surface of the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode. And a diffusion layer. The peripheral circuit portion includes a second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film, and fifth and fifth gate electrodes formed on the main surface of the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode. A plurality of third transistors having six diffusion layers. The residual stress at least under the transfer gate electrode and under the first gate electrode is 37 MPa or less. By setting it as such a structure, the image defect in a pixel part can be suppressed. Here, the first diffusion layer specifically includes a photodiode.

また、第1、第2および第3のトランジスタは、STI構造の素子分離領域によって各々が分離されており、各トランジスタを構成するゲート絶縁膜の膜厚は、10μm以下であっても良い。この構造は、特に、0.25μm以下の微細構造を有する固体撮像装置に適用されるものであるが、このような固体撮像装置であっても、画像欠陥を抑制して画像特性の向上を図ることができる。   The first, second, and third transistors may be isolated from each other by an element isolation region having an STI structure, and the thickness of the gate insulating film that constitutes each transistor may be 10 μm or less. This structure is particularly applied to a solid-state imaging device having a fine structure of 0.25 μm or less. Even in such a solid-state imaging device, image characteristics are suppressed and image characteristics are improved. be able to.

具体的には、転送ゲート電極および第1のゲート電極を、シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜にて形成し、シリコン膜に対する高融点金属シリサイド膜の膜厚比を0.7以下とすることでゲート電極下の残留応力を上記の値に規制できる。このような高融点金属シリサイド膜としては、タングステンシリサイドにて形成されたものが挙げられる。   Specifically, the transfer gate electrode and the first gate electrode are formed of a laminated film of a silicon film and a refractory metal silicide film, and the film thickness ratio of the refractory metal silicide film to the silicon film is 0.7 or less. Thus, the residual stress under the gate electrode can be regulated to the above value. Examples of such a refractory metal silicide film include those formed of tungsten silicide.

あるいは、転送ゲート電極および第1のゲート電極を、シリコン膜と、チタンシリサイドまたはコバルトシリサイドからなる高融点金属シリサイド膜との積層膜にて形成することによっても、ゲート電極下の残留応力を上記の値に規制できる。チタンシリサイドまたはコバルトシリサイドの残留応力は、上記したタングステンシリサイドに較べて比較的小さいため、積層膜は、上記した膜厚比に限定されることなく所望の残留応力を得ることができ、より一層の薄膜化を実現できる。   Alternatively, the residual stress under the gate electrode can be reduced by forming the transfer gate electrode and the first gate electrode with a laminated film of a silicon film and a refractory metal silicide film made of titanium silicide or cobalt silicide. The value can be regulated. Since the residual stress of titanium silicide or cobalt silicide is relatively small compared to the above-described tungsten silicide, the laminated film can obtain a desired residual stress without being limited to the above-described film thickness ratio, and further Thin film can be realized.

また、本発明においては、第2のゲート電極下の残留応力が37MPa以下であっても良い。このような構成とすることで、周辺回路部におけるリーク電流の発生を抑制できるため、より回路特性に優れた固体撮像装置が実現できる。また、第3のトランジスタは、CMOSトランジスタであっても良く、あるいはNチャンネルトランジスタのみで構成されていても良い。   In the present invention, the residual stress under the second gate electrode may be 37 MPa or less. With such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of leakage current in the peripheral circuit portion, and thus it is possible to realize a solid-state imaging device with more excellent circuit characteristics. Further, the third transistor may be a CMOS transistor or may be composed of only an N-channel transistor.

また、本発明は、複数の画素が二次元状に配置された画素部と、画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置を製造するための方法にも向けられている。このような固体撮像装置を製造するための方法として、次のようなものがある。まず、半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する。次に、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜上に、シリコン膜と高融点金属シリサイド膜とを順次形成することにより積層膜を形成する。次に、積層膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のトランジスタを形成する。次に、転送ゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して、第1のトランジスタを形成する。次に、第1のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する。さらに、第2のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタを形成する。ここで、積層膜を形成するときには、シリコン膜に対する高融点金属シリサイド膜の膜厚比が0.7以下となるように、シリコン膜および高融点金属シリサイド膜を形成する。積層膜を形成するときには、タングステンシリサイドからなる高融点金属シリサイド膜を形成することが好ましい。   In addition, the present invention provides a solid-state imaging device in which a pixel unit in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit are formed on the same semiconductor substrate. Also directed to the method. There are the following methods for manufacturing such a solid-state imaging device. First, a first diffusion layer for accumulating signal charges corresponding to the amount of incident light is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a gate insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a laminated film is formed by sequentially forming a silicon film and a refractory metal silicide film on the gate insulating film. Next, the transfer gate electrode and the first and second transistors are formed by selectively etching the laminated film. Next, a second diffusion layer is formed in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode to form a first transistor. Next, third and fourth diffusion layers are formed in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode to form a second transistor. Further, fifth and sixth diffusion layers are formed in the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode to form a third transistor. Here, when forming the laminated film, the silicon film and the refractory metal silicide film are formed so that the film thickness ratio of the refractory metal silicide film to the silicon film is 0.7 or less. When forming the laminated film, it is preferable to form a refractory metal silicide film made of tungsten silicide.

このような構成とすることで、画素部に含まれる転送ゲート電極下および第1のゲート電極下の残留応力を37MPa以下とすることができ、CMOSロジックプロセスを用いて画素部および周辺回路部に含まれるMOSトランジスタを同時に形成できるとともに、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。   With such a configuration, the residual stress under the transfer gate electrode and the first gate electrode included in the pixel portion can be 37 MPa or less, and the pixel portion and the peripheral circuit portion can be formed using a CMOS logic process. The included MOS transistor can be formed at the same time, and a solid-state imaging device having excellent image characteristics can be realized.

また、次のような方法によっても、画像特性に優れた本発明の固体撮像装置を実現できる。まず、半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する。次に、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜上にシリコン膜を形成する。次に、シリコン膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のゲート電極を形成する。次に、転送ゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して第1のトランジスタを形成する。次に、第1のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する。次に、第2のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタを形成する。次に、少なくとも転送ゲート電極および第1のゲート電極を覆うチタン膜またはコバルト膜を形成する。そして、チタン膜またはコバルト膜をシリサイド化する。   The solid-state imaging device of the present invention having excellent image characteristics can also be realized by the following method. First, a first diffusion layer for accumulating signal charges corresponding to the amount of incident light is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a gate insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a silicon film is formed over the gate insulating film. Next, the transfer gate electrode and the first and second gate electrodes are formed by selectively etching the silicon film. Next, a second diffusion layer is formed in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode to form a first transistor. Next, third and fourth diffusion layers are formed in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode to form a second transistor. Next, fifth and sixth diffusion layers are formed in the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode to form a third transistor. Next, a titanium film or a cobalt film that covers at least the transfer gate electrode and the first gate electrode is formed. Then, the titanium film or the cobalt film is silicided.

このような構成によっても、少なくとも画素部に含まれるゲート電極下の残留応力を37MPa以下とすることができ、CMOSロジックプロセスを用いて画素部および周辺回路部に含まれるMOSトランジスタを同時に形成できるとともに、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。   Even with such a configuration, the residual stress under the gate electrode included in the pixel portion can be set to 37 MPa or less, and the MOS transistors included in the pixel portion and the peripheral circuit portion can be simultaneously formed using the CMOS logic process. A solid-state imaging device having excellent image characteristics can be realized.

また、上記した各製造方法では、第1の拡散層を形成するための半導体基板への不純物注入後において、850℃以上900℃以下でかつ60分以内の条件下でファーネスアニールによる熱処理を行うようにしても良い。このようなファーネスアニール処理を行うことで、より一層、画素部における画像欠陥を抑制でき、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。   Further, in each of the manufacturing methods described above, after the impurity implantation into the semiconductor substrate for forming the first diffusion layer, heat treatment is performed by furnace annealing under the conditions of 850 ° C. to 900 ° C. and within 60 minutes. Anyway. By performing such a furnace annealing process, it is possible to further suppress image defects in the pixel portion and realize a solid-state imaging device having excellent image characteristics.

また、次のような方法によっても、画像特性に優れた本発明の固体撮像装置を実現できる。まず、半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する。次に、半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する。次に、ゲート絶縁膜上に、シリコン膜を形成する。次に、シリコン膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のゲート電極を形成する。次に、転送ゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して第1のトランジスタを形成する。次に、第1のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する。そして、850℃以上900℃以下でかつ60分以内の条件下でファーネスアニールによる熱処理を行って、第2のゲート電極に隣接した半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタを形成する。   The solid-state imaging device of the present invention having excellent image characteristics can also be realized by the following method. First, a first diffusion layer for accumulating signal charges corresponding to the amount of incident light is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a gate insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate. Next, a silicon film is formed over the gate insulating film. Next, the transfer gate electrode and the first and second gate electrodes are formed by selectively etching the silicon film. Next, a second diffusion layer is formed in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode to form a first transistor. Next, third and fourth diffusion layers are formed in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode to form a second transistor. Then, heat treatment is performed by furnace annealing under conditions of 850 ° C. or more and 900 ° C. or less and within 60 minutes to form fifth and sixth diffusion layers inside the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode. A third transistor is formed.

このような構成を有する固体撮像装置は、転送ゲート電極および第1のゲート電極が比較的残留応力の小さいシリコン膜によって形成されるとともに、フォトダイオードへの影響が小さいファーネスアニールによって第3のトランジスタを構成する拡散層が形成されるため、CMOSロジックプロセスを用いて画素部および周辺回路部に含まれるMOSトランジスタを同時に形成しても、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。   In the solid-state imaging device having such a configuration, the transfer gate electrode and the first gate electrode are formed of a silicon film having a relatively small residual stress, and the third transistor is formed by furnace annealing that has a small influence on the photodiode. Since the diffusion layer to be formed is formed, a solid-state imaging device having excellent image characteristics can be realized even if the MOS transistors included in the pixel portion and the peripheral circuit portion are simultaneously formed using a CMOS logic process.

また、上記した3つの製造方法においては、ゲート絶縁膜を形成する工程に先だって、半導体基板の主面にSTI構造の素子分離領域を形成するようにしてもよく、このとき、ゲート絶縁膜は、その膜厚を10nm以下とするようにしても良い。このような微細構造を有する固体撮像装置であっても、CMOSロジックプロセスを用いた製造方法により、画像特性に優れたものとすることが可能である。   In the above three manufacturing methods, an element isolation region having an STI structure may be formed on the main surface of the semiconductor substrate prior to the step of forming the gate insulating film. The film thickness may be 10 nm or less. Even a solid-state imaging device having such a fine structure can be made excellent in image characteristics by a manufacturing method using a CMOS logic process.

以上のように本発明によれば、画素部に含まれる転送ゲート電極下およびゲート電極下の残留応力を規制することで、CMOSロジックプロセスを適用して画素部に含まれるMOSトランジスタと周辺回路部に含まれるMOSトランジスタとを同一半導体基板上に同時に形成しても、画像欠陥の発生を抑制することができ、画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。また、画素部あるいは周辺回路部に含まれるMOSトランジスタの拡散層を形成する際に行う熱処理を、RTAに代えて、特定の温度および時間条件下で行うファーネスアニールとすることで、より一層、画素部に含まれる転送ゲート電極下およびゲート電極下の残留応力を緩和することができ、さらに画像特性に優れた固体撮像装置を実現できる。   As described above, according to the present invention, the MOS transistor included in the pixel portion and the peripheral circuit portion are applied by applying the CMOS logic process by regulating the residual stress under the transfer gate electrode and under the gate electrode included in the pixel portion. Even if the MOS transistors included in are simultaneously formed on the same semiconductor substrate, the occurrence of image defects can be suppressed, and a solid-state imaging device having excellent image characteristics can be realized. Further, the heat treatment performed when forming the diffusion layer of the MOS transistor included in the pixel portion or the peripheral circuit portion is furnace annealing performed under specific temperature and time conditions instead of RTA, thereby further increasing the pixel Residual stress under the transfer gate electrode and under the gate electrode included in the portion can be relaxed, and a solid-state imaging device with excellent image characteristics can be realized.

(第1の実施形態)
以下に、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置は、従来例において説明した図8に示す回路図と同様の構成を有するため、同一の構成をなすものについては同一の符号を付けて説明する。図1は、本実施形態に係る固体撮像装置の仕掛り状態を示す断面図である。図1において、固体撮像装置は、画素部7と周辺回路部19とを備え、画素部7に含まれるMOSトランジスタと周辺回路部19に含まれる複数のCMOSトランジスタとが同一のシリコン基板20上に形成された集積回路を有する。
(First embodiment)
The solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described below. Since the solid-state imaging device according to the present embodiment has the same configuration as the circuit diagram shown in FIG. 8 described in the conventional example, components having the same configuration are described with the same reference numerals. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the in-process state of the solid-state imaging device according to this embodiment. In FIG. 1, the solid-state imaging device includes a pixel unit 7 and a peripheral circuit unit 19, and a MOS transistor included in the pixel unit 7 and a plurality of CMOS transistors included in the peripheral circuit unit 19 are on the same silicon substrate 20. It has an integrated circuit formed.

画素部7は、複数の画素が2次元状、より具体的にはマトリクス状に配置されてなる。図1において、画素部7は、ある単一の画素の一部を図示しており、より具体的には、第1および第2のトランジスタの一部を示している。第1のトランジスタは転送トランジスタ2であり、転送ゲート電極23aと、転送ゲート電極23aに隣接するシリコン基板20の主面に形成された第1の拡散層としてのN型信号電荷蓄積領域25および第2の拡散層としてのN型ドレイン領域24aとを有する。N型信号電荷蓄積領域25は、センサ部としてのフォトダイオード1を含み、入射光量に応じてフォトダイオード1で発生させた電荷を蓄積する。N型ドレイン領域24aは、N型信号電荷蓄積領域25に蓄積された電荷を搬送する。転送ゲート電極23aは、蓄積された電荷をN型ドレイン領域24aに移動させるためのスイッチの役割を果たす。   The pixel unit 7 includes a plurality of pixels arranged two-dimensionally, more specifically in a matrix. In FIG. 1, the pixel portion 7 shows a part of a single pixel, and more specifically shows a part of the first and second transistors. The first transistor is the transfer transistor 2, and includes a transfer gate electrode 23a, an N-type signal charge storage region 25 as a first diffusion layer formed on the main surface of the silicon substrate 20 adjacent to the transfer gate electrode 23a, and the first transistor. 2 and an N-type drain region 24a as a diffusion layer. The N-type signal charge accumulation region 25 includes the photodiode 1 as a sensor unit, and accumulates charges generated by the photodiode 1 according to the amount of incident light. The N-type drain region 24 a carries the charge accumulated in the N-type signal charge accumulation region 25. The transfer gate electrode 23a serves as a switch for moving the accumulated charge to the N-type drain region 24a.

第2のトランジスタは、第1のゲート電極としてのゲート電極23bと、ゲート電極23bに隣接するシリコン基板20の主面に形成された第3の拡散層としてのソース拡散層(図示せず)と、第4の拡散層としてのドレイン拡散層(図示せず)とを有する。第2のトランジスタとは、具体的には、リセットトランジスタ3、増幅トランジスタ4、および選択トランジスタ5等を指すが、ここでは、リセットトランジスタ3および選択トランジスタ5を構成するゲート電極23bが、STI21上に延長されたゲート電極配線として図示されている。これは、便宜上のものであり、図示する部位によっては、ゲート電極23bは、転送ゲート電極23aと同様にゲート絶縁膜22上に形成される。   The second transistor includes a gate electrode 23b as a first gate electrode, and a source diffusion layer (not shown) as a third diffusion layer formed on the main surface of the silicon substrate 20 adjacent to the gate electrode 23b. And a drain diffusion layer (not shown) as a fourth diffusion layer. Specifically, the second transistor refers to the reset transistor 3, the amplification transistor 4, the selection transistor 5, and the like. Here, the gate electrode 23b constituting the reset transistor 3 and the selection transistor 5 is formed on the STI 21. It is shown as an extended gate electrode wiring. This is for convenience, and the gate electrode 23b is formed on the gate insulating film 22 in the same manner as the transfer gate electrode 23a depending on the portion illustrated.

周辺回路部19は、複数設けられた第3のトランジスタの一部を示している。ここでは、第3のトランジスタは、CMOSトランジスタであり、第2のゲート電極としてのゲート電極23cと、ゲート電極23cに隣接するシリコン基板20の主面に形成された第5の拡散層としてのN型拡散層(Nwell)26および第6の拡散層としてのP型拡散層(Pwell)27とを備える。N型拡散層(Nwell)26およびP型拡散層(Pwell)27の主面には、それぞれLDD(Lightly Doped Drain )層24bおよび24cが形成されている。   The peripheral circuit portion 19 shows a part of a plurality of third transistors provided. Here, the third transistor is a CMOS transistor, and a gate electrode 23c as a second gate electrode and N as a fifth diffusion layer formed on the main surface of the silicon substrate 20 adjacent to the gate electrode 23c. And a P-type diffusion layer (Pwell) 27 as a sixth diffusion layer. LDD (Lightly Doped Drain) layers 24b and 24c are formed on the main surfaces of the N-type diffusion layer (Nwell) 26 and the P-type diffusion layer (Pwell) 27, respectively.

第1、第2、および第3トランジスタを形成するためのベースとなるシリコン基板20は、P型半導体で構成されたシリコン基板である。シリコン基板20の主面には、各トランジスタを素子分離するためのSTI21が形成されている。ゲート絶縁膜22は、シリコン酸化膜からなり、シリコン基板20と上記した第1〜第3のトランジスタとを絶縁する。STI21は、主に0.25μm以下の微細構造に適用され、このような微細構造の固体撮像装置では、ゲート絶縁膜22の膜厚は10nm以下となる。   The silicon substrate 20 that serves as a base for forming the first, second, and third transistors is a silicon substrate that is formed of a P-type semiconductor. On the main surface of the silicon substrate 20, an STI 21 for isolating each transistor is formed. The gate insulating film 22 is made of a silicon oxide film, and insulates the silicon substrate 20 from the first to third transistors. The STI 21 is mainly applied to a fine structure of 0.25 μm or less, and in the solid-state imaging device having such a fine structure, the thickness of the gate insulating film 22 is 10 nm or less.

ここで、本実施形態の特徴部分である、画素部7に含まれる第1および第2のトランジスタについて説明する。本発明者は、固体撮像装置において、画素部7に含まれる転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力と画像欠陥数とに相関があることを見いだし、実際に、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力と画像欠陥数との関係を調べた。   Here, the first and second transistors included in the pixel unit 7, which is a characteristic part of the present embodiment, will be described. The present inventor has found that there is a correlation between the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b included in the pixel unit 7 and the number of image defects in the solid-state imaging device, and actually, under the transfer gate electrode 23a. The relationship between the residual stress under the gate electrode 23b and the number of image defects was examined.

図2は、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力(MPa)と、固体撮像装置で発生した画像欠陥数(個)との関係を示すグラフである。転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bは、WSi膜と多結晶シリコン膜とを積層したシリサイド構造を有するものであり、画像欠陥数は、結晶欠陥の数を目視にて測定したものである。図2に示すように、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力が増大すると画像欠陥が増大し、特に、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力が37MPaを越えると画像欠陥の増大が顕著になることが明らかである。なお、この傾向は、シリサイド構造の転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b以外にも、不純物ドープ多結晶シリコン膜(以下、DPS膜と称す)、コバルトシリサイド(CoSi2 )を用いたシリサイド膜等にて形成された転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bについても、同様であることが確認されている。 FIG. 2 is a graph showing the relationship between the residual stress (MPa) under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b and the number of image defects (pieces) generated in the solid-state imaging device. The transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b have a silicide structure in which a WSi film and a polycrystalline silicon film are stacked, and the number of image defects is obtained by visually measuring the number of crystal defects. As shown in FIG. 2, when the residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b increases, the image defect increases. In particular, when the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b exceeds 37 MPa, the image defect It is clear that the increase in is significant. In addition to the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b having a silicide structure, this tendency is caused by an impurity-doped polycrystalline silicon film (hereinafter referred to as a DPS film), a silicide film using cobalt silicide (CoSi 2 ), or the like. It is confirmed that the same applies to the formed transfer gate electrode 23a and gate electrode 23b.

そこで、本実施形態では、少なくとも画素部7に含まれる転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下として、画像欠陥を抑制する。この構成は、特に、微細化構造を有する固体撮像装置において有効である。微細化構造の固体撮像装置は、STI21によって各トランジスタが素子分離されるとともに、ゲート絶縁膜22の膜厚が10μm以下と薄くなっている。そのため、フォトダイオード1に対する残留応力が大きく、画像欠陥の抑制が困難であるという問題がある。しかしながら、このような微細構造を有する固体撮像装置において、本実施形態に係る構成を適用することで、フォトダイオード1に対する残留応力を緩和して画像欠陥の発生を抑制することができる。   Therefore, in the present embodiment, image defects are suppressed by setting the residual stress below at least the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b included in the pixel portion 7 to 37 MPa or less. This configuration is particularly effective in a solid-state imaging device having a miniaturized structure. In the miniaturized solid-state imaging device, each transistor is isolated by the STI 21 and the thickness of the gate insulating film 22 is as thin as 10 μm or less. Therefore, there is a problem that the residual stress on the photodiode 1 is large and it is difficult to suppress image defects. However, in the solid-state imaging device having such a fine structure, by applying the configuration according to the present embodiment, it is possible to reduce the residual stress on the photodiode 1 and suppress the occurrence of image defects.

転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力に影響を与える要因としては、第1〜第3のトランジスタにおける拡散層の形成時に行われる熱処理や、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを構成する材料等、各種要因が挙げられる。例えば、図2において、残留応力が約68MPaであるときと、残留応力が約45MPaであるときでは、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを構成する膜組成は同じであるが、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bの形成後に行われる熱処理が異なる。残留応力が約68MPaであるときの熱処理はRTAであり、残留応力が約45MPaであるときの熱処理は、ファーネス(電気炉)アニールである。このように熱処理を変えることでも転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を低減することができるが、それだけでは画像欠陥を十分に抑制できるだけの効果が得られるとは言えない。図2において、残留応力が38MPa以下のものについては、ファーネスアニールを適用するとともに、シリサイド膜の膜厚比を変化させたものである。   Factors that affect the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b are the heat treatment performed when the diffusion layers are formed in the first to third transistors, and the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b. There are various factors such as materials. For example, in FIG. 2, when the residual stress is about 68 MPa and when the residual stress is about 45 MPa, the film compositions constituting the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b are the same, but the transfer gate electrode 23a and The heat treatment performed after the formation of the gate electrode 23b is different. The heat treatment when the residual stress is about 68 MPa is RTA, and the heat treatment when the residual stress is about 45 MPa is furnace (electric furnace) annealing. Although the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b can also be reduced by changing the heat treatment in this way, it cannot be said that the effect sufficient to sufficiently suppress the image defect is obtained. In FIG. 2, when the residual stress is 38 MPa or less, furnace annealing is applied and the thickness ratio of the silicide film is changed.

したがって、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを構成する膜材料や、熱処理等を必要に応じて組み合わせることにより、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下とすることで、本実施形態に係る固体撮像装置を実現できる。転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力に影響を与える要因の詳細については、以下に示す各実施形態において具体的に説明する。   Therefore, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b is reduced to 37 MPa or less by combining the film materials constituting the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b, heat treatment, and the like as necessary. The solid-state imaging device according to the embodiment can be realized. Details of the factors that affect the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b will be specifically described in the following embodiments.

上記のように構成された固体撮像装置は、CMOSロジックプロセスを用いた製造方法により、画素部7および周辺回路部19に含まれる各種のMOS型トランジスタを、同一半導体基板上に同時に形成することができる。このような製造方法においては、第1〜第3のトランジスタにおける拡散層の形成時に行われる熱処理、具体的には、フォトダイオード1を形成するためのシリコン基板20へのイオン注入後、各トランジスタのソースおよびドレイン領域を形成するためのシリコン基板20へのイオン注入後、およびウェル等の電位固定用コンタクトへのイオン注入後のいずれかにおいて行われる活性化アニール処理において、850℃以上の高温のRTAが行われる。特に、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成後に行われるRTAは、上記したSTI21や薄膜構造のゲート絶縁膜22に残留応力を生じやすく、この残留応力による影響をフォトダイオード1が受けると画像欠陥を生じやすくなる。   In the solid-state imaging device configured as described above, various MOS transistors included in the pixel unit 7 and the peripheral circuit unit 19 can be simultaneously formed on the same semiconductor substrate by a manufacturing method using a CMOS logic process. it can. In such a manufacturing method, after the heat treatment performed at the time of forming the diffusion layer in the first to third transistors, specifically, ion implantation into the silicon substrate 20 for forming the photodiode 1, In an activation annealing process performed either after ion implantation into the silicon substrate 20 for forming source and drain regions or after ion implantation into a potential fixing contact such as a well, RTA having a high temperature of 850 ° C. or higher Is done. In particular, RTA performed after the formation of the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c is likely to generate residual stress in the STI 21 and the gate insulating film 22 having a thin film structure. When the photodiode 1 is affected by this residual stress. Image defects are likely to occur.

そこで、本実施形態では、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下と規制するために、第1〜第3のトランジスタにおける拡散層の形成時に行われる熱処理、特に、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成後に行われる熱処理を、RTAに代えてファーネス(電気炉)アニールを適用することが好ましい。ファーネスアニールは、RTAに較べて温度上昇が緩やかであるため、上述のように、STI21やゲート絶縁膜22への負荷を緩和して、フォトダイオード1へ与える残留応力を低減し、さらなる画像欠陥の抑制が図れる。   Therefore, in the present embodiment, in order to regulate the residual stress below the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b to 37 MPa or less, heat treatment performed at the time of forming the diffusion layer in the first to third transistors, in particular, the transfer gate It is preferable to apply furnace (electric furnace) annealing instead of RTA for the heat treatment performed after forming the electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c. Furnace annealing has a moderate temperature rise compared to RTA. Therefore, as described above, the load on the STI 21 and the gate insulating film 22 is alleviated, the residual stress applied to the photodiode 1 is reduced, and further image defects are reduced. Suppression can be achieved.

また、本実施形態においては、上記したCMOSロジックプロセスを用いて画素部7および周辺回路部19に含まれる転送ゲート電極23a、ゲート電極23b、およびゲート電極23cを同時に形成することで、周辺回路部19に含まれるゲート電極23c下の残留応力についても37MPa以下とすることができる。これにより、上記した画像欠陥の抑制効果だけでなく、周辺回路部19におけるリーク電流の発生を抑制する効果が得られ、周辺回路特性に優れた固体撮像装置が実現できる。   In the present embodiment, the transfer gate electrode 23a, the gate electrode 23b, and the gate electrode 23c included in the pixel unit 7 and the peripheral circuit unit 19 are simultaneously formed using the above-described CMOS logic process, so that the peripheral circuit unit is formed. The residual stress under the gate electrode 23c included in 19 can also be set to 37 MPa or less. As a result, not only the above-described image defect suppression effect but also the effect of suppressing the occurrence of leakage current in the peripheral circuit unit 19 can be obtained, and a solid-state imaging device having excellent peripheral circuit characteristics can be realized.

(第2の実施形態)
本実施形態では、画素部7に含まれる転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを、シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜(以下、ポリサイド膜と称す)にて形成した固体撮像装置について、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bの残留応力を緩和する方法について説明する。ここでは、シリコン膜として、CVD法で形成したDPS膜を例に挙げ、高融点金属シリサイド膜として、比較的残留応力の大ききいWSi膜を例に挙げて説明する。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a solid-state imaging device in which the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b included in the pixel unit 7 are formed of a laminated film of a silicon film and a refractory metal silicide film (hereinafter referred to as a polycide film). A method for reducing the residual stress of the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b will be described. Here, a DPS film formed by a CVD method is taken as an example of the silicon film, and a WSi film having a relatively large residual stress is taken as an example of the refractory metal silicide film.

図3は、ポリサイド膜を構成するDPS膜に対するWSi膜の膜厚比(WSi膜/DPS膜)と、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力(MPa)との関係を示すグラフである。上述のように、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力は、ファーネスアニールによっても大幅に低減できることから、ここでは、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bに、850℃以上900℃以下、60分以内の条件下でファーネスアニールを施したものについてのデータを示した。図3から明らかなように、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力は、WSi膜の膜厚が厚くなるに従って増大する。転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下における残留応力を37MPa以下とするためには、DPS膜に対するWSi膜の膜厚比(WSi/DPS)を0.7以下とすれば良い。このような構成を有するポリサイド膜にて転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを形成することで、第1の実施形態で説明したように、固体撮像装置で発生する画像欠陥の抑制が図れる。なお、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bに上記のようなファーネスアニールが施されていないときには、DPS膜に対するWSi膜の膜厚比(WSi/DPS)を0.7よりもさらに小さくすることで、所望の残留応力を得ることが可能である。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the film thickness ratio of the WSi film to the DPS film constituting the polycide film (WSi film / DPS film) and the residual stress (MPa) under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b. is there. As described above, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b can be greatly reduced by furnace annealing, and therefore, here, the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b Data for those subjected to furnace annealing under conditions within 60 minutes are shown. As apparent from FIG. 3, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b increases as the thickness of the WSi film increases. In order to set the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b to 37 MPa or less, the film thickness ratio of the WSi film to the DPS film (WSi / DPS) may be 0.7 or less. By forming the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b with the polycide film having such a configuration, as described in the first embodiment, image defects generated in the solid-state imaging device can be suppressed. In addition, when the above-described furnace annealing is not performed on the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b, the film thickness ratio (WSi / DPS) of the WSi film to the DPS film is further reduced by less than 0.7. It is possible to obtain a desired residual stress.

また、周辺回路部19に含まれる第3のトランジスタのゲート電極23cについても、上記のようにDPS膜に対するWSi膜の膜厚比を0.7以下としたポリサイド膜にて形成すると、周辺回路部19におけるリーク電流の発生を抑制でき、周辺回路部19の性能向上を図ることができる。   In addition, when the gate electrode 23c of the third transistor included in the peripheral circuit unit 19 is also formed of a polycide film in which the film thickness ratio of the WSi film to the DPS film is 0.7 or less as described above, the peripheral circuit unit It is possible to suppress the occurrence of a leak current at 19 and improve the performance of the peripheral circuit unit 19.

以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図4を用いて説明する。図4は、本実施形態に係る固体撮像装置を製造する過程における各段階での基板およびその上面の断面図である。図4(a)は、基板の表面に、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成するためのDPS膜17を形成した状態を示す。このような仕掛り状態の基板を得るためには、まず、P型のシリコン基板20の内部に、STI21を形成する。次に、STI21にシリコン酸化膜の埋め込み処理を行い、CMP処理による基板表面の平坦化処理を行う。次に、NチャンネルMOSトランジスタが形成される活性領域をリソグラフィ技術を用いてレジストで覆い、PチャンネルMOSトランジスタが形成される活性領域に向けてリン等のN型不純物をイオン注入法等により注入する。これにより、シリコン基板20の主面には、フォトダイオードを含むN型信号電荷蓄積領域25が形成される。同様にして、図示されていない第3および第4の拡散層を形成する。   Hereinafter, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of the substrate and its upper surface at each stage in the process of manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment. FIG. 4A shows a state in which the DPS film 17 for forming the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c is formed on the surface of the substrate. In order to obtain such a substrate in progress, first, the STI 21 is formed inside the P-type silicon substrate 20. Next, the STI 21 is filled with a silicon oxide film, and the substrate surface is planarized by CMP. Next, the active region where the N channel MOS transistor is to be formed is covered with a resist using a lithography technique, and N-type impurities such as phosphorus are implanted into the active region where the P channel MOS transistor is to be formed by ion implantation or the like. . As a result, an N-type signal charge accumulation region 25 including a photodiode is formed on the main surface of the silicon substrate 20. Similarly, third and fourth diffusion layers not shown are formed.

次に、周辺回路部19におけるPチャンネルMOSトランジスタ形成領域に、イオン注入法によりN型不純物を導入することにより、N型拡散層26を形成し、次いで、周辺回路部19におけるNチャンネルMOSトランジスタ形成領域に、イオン注入法によりP型不純物を導入することにより、P型拡散層27を形成する。上記のように構成されたシリコン基板20の全面を覆うように、熱酸化法やCVD法により、ゲート絶縁膜22としてのシリコン酸化膜を約10nmの厚みに形成する。次に、ゲート絶縁膜22の上に、CVD(Chemical Vapor Deposition )法等により、多結晶シリコン膜を形成する。そして、この多結晶シリコン膜に不純物をドープすることによりDPS膜17を形成する。   Next, an N-type diffusion layer 26 is formed by introducing N-type impurities into the P-channel MOS transistor formation region in the peripheral circuit portion 19 by ion implantation, and then the N-channel MOS transistor formation in the peripheral circuit portion 19 is performed. A P-type diffusion layer 27 is formed by introducing P-type impurities into the region by ion implantation. A silicon oxide film as the gate insulating film 22 is formed to a thickness of about 10 nm by a thermal oxidation method or a CVD method so as to cover the entire surface of the silicon substrate 20 configured as described above. Next, a polycrystalline silicon film is formed on the gate insulating film 22 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. Then, the DPS film 17 is formed by doping the polycrystalline silicon film with impurities.

図4(b)は、DPS膜17の上にWSi膜18を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、DPS膜17の上にCVD法等によりW膜(図示せず)を形成する。そして、W膜に熱処理を施すことにより、DPS膜17とW膜とが接触している部分でシリサイドが形成され、WSi膜18が形成される。WSi膜18は、高融点金属シリサイドの中でも比較的抵抗の高い物質であり、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを実用的なレベルに低抵抗化するためには、90nm以下とすることが好ましい。本実施形態においては、WSi膜18を、このような膜厚で形成するとともに、DPS膜17に対する膜厚比が0.7以下となるようにする。例えば、DPS膜17の膜厚が75nmであれば、WSi膜18の膜厚は53nm以下とする。これにより、ポリサイド膜からなる転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下にすることができ、N型信号電荷蓄積領域25への残留応力、すなわちフォトダイオード1への残留応力を緩和して、結晶欠陥等の画像欠陥を抑制できる。   FIG. 4B shows a state in which the WSi film 18 is formed on the DPS film 17. In order to obtain a substrate in such a state, first, a W film (not shown) is formed on the DPS film 17 by a CVD method or the like. Then, by performing heat treatment on the W film, silicide is formed at the portion where the DPS film 17 and the W film are in contact with each other, and the WSi film 18 is formed. The WSi film 18 is a substance having a relatively high resistance among refractory metal silicides, and in order to reduce the resistance of the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c to a practical level, the WSi film 18 may be 90 nm or less. preferable. In the present embodiment, the WSi film 18 is formed with such a film thickness, and the film thickness ratio with respect to the DPS film 17 is 0.7 or less. For example, if the thickness of the DPS film 17 is 75 nm, the thickness of the WSi film 18 is 53 nm or less. As a result, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b made of the polycide film can be reduced to 37 MPa or less, and the residual stress in the N-type signal charge storage region 25, that is, the residual stress in the photodiode 1 can be reduced. It is possible to relax and suppress image defects such as crystal defects.

図4(c)は、シリコン基板20の主面に転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成した状態を示す。上記のような膜厚比でDPS膜17およびWSi膜18が積層されたポリサイド膜を、光リソグラフィーとRIE(Reactive Ion Etching)技術とを用いて、所望の形状にパターンニングする。これにより、シリコン基板20の主面には、画素部7に含まれる転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b、並びに周辺回路部19に含まれるゲート電極23cが同時に形成される。得られた転送ゲート電極23a下、ゲート電極23b下、および23c下の残留応力は、いずれも37MPa以下となり、CMOSロジックプロセスを適用しても、画像欠陥が抑制された固体撮像装置を実現できる。   FIG. 4C shows a state in which the transfer gate electrode 23 a and the gate electrodes 23 b and 23 c are formed on the main surface of the silicon substrate 20. The polycide film in which the DPS film 17 and the WSi film 18 are laminated at the film thickness ratio as described above is patterned into a desired shape using photolithography and RIE (Reactive Ion Etching) technology. As a result, the transfer gate electrode 23 a and the gate electrode 23 b included in the pixel unit 7 and the gate electrode 23 c included in the peripheral circuit unit 19 are simultaneously formed on the main surface of the silicon substrate 20. Residual stresses under the transfer gate electrode 23a, the gate electrode 23b, and the bottom 23c thus obtained are all 37 MPa or less, and a solid-state imaging device in which image defects are suppressed can be realized even when a CMOS logic process is applied.

次いで、光リソグラフィーおよびイオン注入法を用いて、転送ゲート電極23aの隣接部にN型ドレイン領域24aを形成し、周辺回路部19におけるNチャンネルMOS型トランジスタのN型拡散層26にN型LDD領域24bを、PチャンネルMOS型トランジスタのP型拡散層27にP型LDD層24cをそれぞれ形成する。   Next, an N-type drain region 24a is formed adjacent to the transfer gate electrode 23a using photolithography and ion implantation, and an N-type LDD region is formed in the N-type diffusion layer 26 of the N-channel MOS transistor in the peripheral circuit portion 19. A P-type LDD layer 24c is formed on the P-type diffusion layer 27 of the P-channel MOS transistor.

上記のような構成だけでも、画像欠陥を抑制して画像特性の向上を図ることができるが、さらなる画像特性の向上を図るためには、第1〜第3のトランジスタにおける拡散層の形成時に行われる熱処理、より好ましくは、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cの形成後に行われる熱処理、さらに好ましくは、周辺回路部19におけるN型拡散層26およびP型拡散層27への活性化アニール処理を、RTAに代えて、所定の条件下でのファーネスアニールとすることが好ましい。これは、上述のように、RTAによる熱処理は急激な温度上昇を伴う熱処理であるため、画素部7に含まれるSTI21や転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bにも高い熱がかかり、大きな残留応力を生じさせるためである。   Even with the above configuration alone, it is possible to suppress image defects and improve the image characteristics. However, in order to further improve the image characteristics, it is necessary to perform the process when forming the diffusion layers in the first to third transistors. Heat treatment, more preferably heat treatment performed after formation of the transfer gate electrode 23a, gate electrodes 23b and 23c, and more preferably activation annealing treatment for the N-type diffusion layer 26 and the P-type diffusion layer 27 in the peripheral circuit portion 19 Is preferably furnace annealing under predetermined conditions instead of RTA. As described above, since the heat treatment by RTA is a heat treatment accompanied by a rapid temperature rise, high heat is also applied to the STI 21, the transfer gate electrode 23 a, and the gate electrode 23 b included in the pixel portion 7, resulting in a large residual stress. This is to cause it to occur.

本実施形態においてファーネスアニールを行う条件は、850℃以上900℃以下で、かつ60分以内の熱処理とすることが好ましい。このような条件下であると、画素部7に含まれる転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力をより低減でき、さらに画像欠陥が抑制された固体撮像装置を実現できる。   In this embodiment, the conditions for performing furnace annealing are preferably 850 ° C. or higher and 900 ° C. or lower and 60 minutes or less. Under such conditions, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b included in the pixel portion 7 can be further reduced, and a solid-state imaging device in which image defects are further suppressed can be realized.

以下に、その詳細について具体例を挙げて説明する。図5は、図4に示す処理工程後に行われる各処理工程を説明するための基板およびその上面の状態を示す図である。図5(a)は、図4に示す処理工程を経た基板の主面をシリコン窒化膜28で覆った状態を示す。シリコン窒化膜28は、常圧CVD法等により形成され、その膜厚は30nmである。   The details will be described below with specific examples. FIG. 5 is a diagram showing the substrate and the state of the upper surface for explaining each processing step performed after the processing step shown in FIG. FIG. 5A shows a state in which the main surface of the substrate that has undergone the processing steps shown in FIG. The silicon nitride film 28 is formed by an atmospheric pressure CVD method or the like, and its film thickness is 30 nm.

図5(b)は、シリコン窒化膜28の上にシリコン酸化膜29を形成し、これらの膜を所望の形状にパターニングするためのレジストパターン30を形成した状態を示す。シリコン酸化膜29は、シリコン窒化膜28の全面を覆うように、減圧CVD法等により厚み85nmに形成される。次に、シリコン酸化膜29の上にレジストを塗布してレジスト膜(図示せず)を形成する。得られたレジスト膜を光リソグラフィ法により選択的に除去することにより、N型信号電荷蓄積領域25の上方に所望の形状にパターニングされたレジストパターン30が形成される。   FIG. 5B shows a state in which a silicon oxide film 29 is formed on the silicon nitride film 28 and a resist pattern 30 for patterning these films into a desired shape is formed. The silicon oxide film 29 is formed to a thickness of 85 nm by a low pressure CVD method or the like so as to cover the entire surface of the silicon nitride film 28. Next, a resist is applied on the silicon oxide film 29 to form a resist film (not shown). By selectively removing the obtained resist film by photolithography, a resist pattern 30 patterned into a desired shape is formed above the N-type signal charge storage region 25.

図5(c)は、シリコン窒化膜28およびシリコン酸化膜29にエッチング処理を施した後の状態を示す。具体的には、レジストパターン30をマスクとして、RIE技術を用いて、シリコン窒化膜28およびシリコン酸化膜29にドライエッチング処理を施す。このエッチング処理により、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cの側壁にはサイドウォール32が形成され、N型信号電荷蓄積領域25の上には所望の形状にパターニングされたシリサイドブロック層31が形成される。エッチング処理後のレジストパターン30は除去される。   FIG. 5C shows a state after the silicon nitride film 28 and the silicon oxide film 29 are etched. Specifically, the silicon nitride film 28 and the silicon oxide film 29 are dry-etched using the resist pattern 30 as a mask and using the RIE technique. By this etching process, side walls 32 are formed on the side walls of the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c, and a silicide block layer 31 patterned in a desired shape is formed on the N-type signal charge storage region 25. Is done. The resist pattern 30 after the etching process is removed.

なお、この工程では、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを構成するWSiがドライエッチング処理により露出しないようにする必要がある。WSiが露出してしまうと、後の工程に対してWが汚染源になるだけでなく、WSi表面の異常酸化が生じるためである。   In this step, it is necessary to prevent the WSi constituting the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c from being exposed by the dry etching process. This is because if WSi is exposed, W not only becomes a contamination source for the subsequent process, but also abnormal oxidation of the WSi surface occurs.

図5(d)は、N型信号電荷蓄積領域25の主面にP+ 型の表面シールド領域33を形成し、周辺回路部19にソース・ドレイン領域34aおよび34bを形成した状態を示す。まず、表面シールド領域33は、画素部7において、光リソグラフィー法およびイオン注入法を用いることにより、N型信号電荷蓄積領域25の表面に形成される。表面シールド領域33が形成されることで、画素部7には、P+ NP型の埋め込みフォトダイオード1が形成される。ここで、表面シールド領域33は、フォトダイオード1の表面にあるSi/SiO2 界面をN型信号電荷蓄積領域25からシールドして、N型信号電荷蓄積領域25による空乏層がSi/SiO2 界面にまで広がることを防ぐ役割を果たす。従って、表面シールド領域33により、Si/SiO2 界面準位に起因するリーク電流の発生を抑えることができる。 FIG. 5D shows a state in which the P + -type surface shield region 33 is formed on the main surface of the N-type signal charge storage region 25 and the source / drain regions 34 a and 34 b are formed in the peripheral circuit portion 19. First, the surface shield region 33 is formed on the surface of the N-type signal charge storage region 25 in the pixel portion 7 by using a photolithography method and an ion implantation method. By forming the surface shield region 33, the P + NP type embedded photodiode 1 is formed in the pixel portion 7. Here, the surface shield region 33 shields the Si / SiO 2 interface on the surface of the photodiode 1 from the N-type signal charge storage region 25, and the depletion layer formed by the N-type signal charge storage region 25 is the Si / SiO 2 interface. It plays the role of preventing the spread to Therefore, the surface shield region 33 can suppress the occurrence of leakage current due to the Si / SiO 2 interface state.

一方、周辺回路部19においては、素子領域にソース・ドレイン領域34aおよび34bが形成される。ここで、NチャンネルMOS領域のソース・ドレイン領域34aの形成にはN型の高濃度イオン注入が行われ、PチャンネルMOS領域のソース・ドレイン領域34bの形成にはP型の高濃度イオン注入が行われる。なお、この高濃度イオン注入は、図示されていないが、N型拡散層26およびP型拡散層27の電位を取るために、それぞれのウェル上に形成されるべきN+ コンタクト領域およびP+ コンタクト領域に対する注入も含まれるものである。 On the other hand, in the peripheral circuit portion 19, source / drain regions 34a and 34b are formed in the element region. Here, N-type high concentration ion implantation is performed to form the source / drain region 34a in the N channel MOS region, and P type high concentration ion implantation is performed to form the source / drain region 34b in the P channel MOS region. Done. This high-concentration ion implantation is not shown, but in order to take the potentials of the N-type diffusion layer 26 and the P-type diffusion layer 27, an N + contact region and a P + contact to be formed on the respective wells. Implantation into the region is also included.

図5(e)は、周辺回路部19に含まれるソース・ドレイン領域34aおよび34bに金属シリサイド膜を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、ソース・ドレイン領域34aおよび34bにイオンを注入し、活性化アニール処理を行う。活性化アニール処理は、通常の微細CMOSロジックプロセスであれば、浅いPN接合を形成するためにRTAを用いる。しかしながら、RTAは、上述のように短時間で急激な温度上昇を行う処理であるため、この温度変化に伴う残留応力によりシリコン基板20に結晶欠陥を誘起しやすいこと、また、前記した温度変化によりSTI21、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cに生じる残留応力によってフォトダイオード1へ影響を与えやすいこと、さらに、P+ 型の表面シールド領域33は非常に高濃度のイオン注入層であることから、前記した温度変化により欠陥が多量に発生するだけでなく、不十分な活性化アニール処理を行うと、この欠陥が大きく成長して二次欠陥を生じること等の問題がある。 FIG. 5E shows a state in which a metal silicide film is formed in the source / drain regions 34 a and 34 b included in the peripheral circuit portion 19. In order to obtain a substrate in such a state, first, ions are implanted into the source / drain regions 34a and 34b, and an activation annealing process is performed. If the activation annealing process is a normal fine CMOS logic process, RTA is used to form a shallow PN junction. However, since RTA is a process in which the temperature rises rapidly in a short time as described above, it is easy to induce crystal defects in the silicon substrate 20 due to the residual stress accompanying this temperature change, and due to the temperature change described above. The residual stress generated in the STI 21, the transfer gate electrode 23a, the gate electrodes 23b and 23c is likely to affect the photodiode 1, and the P + type surface shield region 33 is a very high concentration ion implantation layer. In addition to the occurrence of a large amount of defects due to the temperature change described above, there is a problem that, when an insufficient activation annealing treatment is performed, the defects grow greatly to generate secondary defects.

そこで、本実施形態においては、上記した活性化アニール処理として、RTAに代えてファーネスアニールを行う。ファーネスアニールは、急激な温度上昇を引き起こすことはないため、例えば、850℃、45分の温度条件下でアニール処理を行えば、上記した各種の問題を引き起こすことなく、十分な熱処理を施すことが可能である。本実施形態においては、ファーネスアニールを、850℃以上900℃以下、かつ、60分以内の条件下で行うことが好ましい。   Therefore, in the present embodiment, furnace annealing is performed instead of RTA as the above-described activation annealing treatment. Furnace annealing does not cause a rapid increase in temperature. For example, if annealing is performed at 850 ° C. for 45 minutes, sufficient heat treatment can be performed without causing the above-described various problems. Is possible. In the present embodiment, the furnace annealing is preferably performed under conditions of 850 ° C. or higher and 900 ° C. or lower and within 60 minutes.

なお、P+ 型の表面シールド領域33に対する活性化アニールは、RTAを用いるときは表面シールド領域33の形成直後に行う必要がある。したがって、表面シールド領域33に対するRTAと、ソース・ドレイン領域34aおよび34bに対するイオン注入後のRTAとは、別々に行うことになる。しかしながら、本実施形態のように、ファーネスアニールを適用すれば、表面シールド領域33に対する欠陥を引き起こしにくいため、表面シールド領域33、ソース・ドレイン領域34aおよび34bに対する活性化アニールを一括して行うことが可能となる。ただし、ファーネスアニールは、表面シールド領域33の形成直後に行っても何らさしつかえない。 The activation annealing for the P + type surface shield region 33 needs to be performed immediately after the formation of the surface shield region 33 when using RTA. Therefore, RTA for the surface shield region 33 and RTA after ion implantation for the source / drain regions 34a and 34b are performed separately. However, if furnace annealing is applied as in the present embodiment, defects in the surface shield region 33 are unlikely to occur, and therefore activation annealing on the surface shield region 33 and the source / drain regions 34a and 34b can be performed collectively. It becomes possible. However, furnace annealing can be performed immediately after the surface shield region 33 is formed.

次に、後述する転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cに対する金属シリサイド化処理の前処理を行う。具体的には、少なくともN型信号電荷蓄積領域25およびN型ドレイン領域を除くシリコン基板20主面の所定の領域に対して、プリアモルファス化イオンの注入を行う。プリアモルファス化のイオン注入は、例えば、加速電圧20KeV、ドーズ量3.0E14/cm2 の条件下で、Asイオンを用いて行う。 Next, pre-processing of metal silicidation processing is performed on a transfer gate electrode 23a and gate electrodes 23b and 23c described later. Specifically, preamorphized ions are implanted into a predetermined region of the main surface of the silicon substrate 20 excluding at least the N-type signal charge storage region 25 and the N-type drain region. The pre-amorphization ion implantation is performed using As ions under the conditions of an acceleration voltage of 20 KeV and a dose of 3.0E14 / cm 2 , for example.

次に、シリコン基板20の全面に、スパッタリング法等によりシリサイド形成用の金属膜(図示せず)を形成する。金属膜としては、例えば、厚み40nmのW膜を形成する。次に、窒素雰囲気中において、例えば、675℃、30秒の条件下で、RTP(Rapid Thermal Processing)を行う。これにより、シリコン基板20の素子領域とシリサイド形成用金属膜とが直接接する領域において、シリコン基板20中に含まれるシリコンとシリサイド金属膜中のWとが反応し、金属がシリサイド化されることによりWSi膜(図示せず)が形成される。   Next, a metal film (not shown) for forming a silicide is formed on the entire surface of the silicon substrate 20 by sputtering or the like. As the metal film, for example, a W film having a thickness of 40 nm is formed. Next, RTP (Rapid Thermal Processing) is performed in a nitrogen atmosphere under conditions of, for example, 675 ° C. and 30 seconds. As a result, silicon contained in the silicon substrate 20 reacts with W in the silicide metal film in a region where the element region of the silicon substrate 20 and the silicide forming metal film are in direct contact, and the metal is silicided. A WSi film (not shown) is formed.

次に、H2SO4+H22溶液やHCl+H22溶液等を用いて、シリコン窒化膜28およびシリコン酸化膜からなるシリサイドブロック層31上において未反応となり残留した金属膜を選択的に剥離除去する。さらに、例えば、850℃、10秒の条件下でRTP熱処理を行う。このような処理により、シリサイドブロック層31等で覆われていないシリコン基板20の主面に、WSi膜35が形成される。 Next, an unreacted remaining metal film is selectively formed on the silicide block layer 31 made of the silicon nitride film 28 and the silicon oxide film by using an H 2 SO 4 + H 2 O 2 solution, an HCl + H 2 O 2 solution, or the like. Remove and remove. Further, for example, RTP heat treatment is performed under conditions of 850 ° C. and 10 seconds. By such processing, the WSi film 35 is formed on the main surface of the silicon substrate 20 that is not covered with the silicide block layer 31 or the like.

図5(f)は、平坦化処理が施された基板の表面にアルミニウム(Al)配線37を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、金属シリサイド膜が形成されたシリコン基板20の全面を覆うように、酸化/CVD法により、層間絶縁膜36としての酸化シリコン膜を堆積する。次いで、層間絶縁膜36の表面に、CMP(Chemical Mechanical Polish)処理等による平坦化処理を施す。次いで、平坦化処理が施された層間絶縁膜36の表面にスパッタ法等によりアルミニウム(Al)膜(図示せず)を堆積し、このAl膜を所望の形状にパターニングする。これにより、層間絶縁膜36の表面に、Al配線37が形成される。Al配線37は、画素部7内の信号線や接続配線、および周辺回路部19内の接続配線の役目を果たすものである。なお、固体撮像装置では、Al配線37の上層にさらに多層配線を有するが、これ以降の多層配線を形成する工程については、従来と同様の工程を経るので説明を省略する。   FIG. 5F shows a state in which aluminum (Al) wirings 37 are formed on the surface of the substrate that has been subjected to the planarization process. In order to obtain a substrate in such a state, first, a silicon oxide film as an interlayer insulating film 36 is deposited by an oxidation / CVD method so as to cover the entire surface of the silicon substrate 20 on which the metal silicide film is formed. Next, a planarization process such as a CMP (Chemical Mechanical Polish) process is performed on the surface of the interlayer insulating film 36. Next, an aluminum (Al) film (not shown) is deposited on the surface of the interlayer insulating film 36 subjected to the planarization process by sputtering or the like, and this Al film is patterned into a desired shape. As a result, an Al wiring 37 is formed on the surface of the interlayer insulating film 36. The Al wiring 37 serves as a signal line or connection wiring in the pixel unit 7 and a connection wiring in the peripheral circuit unit 19. In the solid-state imaging device, the multilayer wiring is further provided on the upper layer of the Al wiring 37, but the process for forming the subsequent multilayer wiring is the same as the conventional process, and the description thereof is omitted.

以上のように構成された固体撮像装置は、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを構成するシリサイド膜の膜厚比(WSi膜/DPS膜)を0.7以下とすることで、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下とすることができ、さらに、MOS型トランジスタのソース・ドレイン注入およびN型信号電荷蓄積領域25上部の表面シールド領域33を形成する際の活性化アニールにファーネスアニールを用いることで、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力をさらに減少させることができ、より一層、画像欠陥の発生を防止することができる。これにより、CMOSロジックテクノロジーを用いて作製した、0.25μm以下の微細MOS型固体撮像装置においても、白キズや暗時電流バラツキ(暗時ザラ)等の画像欠陥を抑制し、撮像特性不良の解消を図ることができる。   In the solid-state imaging device configured as described above, the transfer gate electrode 23a is formed by setting the film thickness ratio (WSi film / DPS film) of the silicide films constituting the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b to 0.7 or less. The residual stress under the gate electrode 23b and under the gate electrode 23b can be set to 37 MPa or less. Further, activation annealing is performed when the source / drain implantation of the MOS transistor and the surface shield region 33 on the N-type signal charge storage region 25 are formed. By using furnace annealing, residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b can be further reduced, and image defects can be further prevented from occurring. As a result, even in a fine MOS solid-state imaging device having a size of 0.25 μm or less manufactured using CMOS logic technology, image defects such as white scratches and dark current variations (dark roughness) are suppressed, and imaging characteristics are poor. It can be solved.

なお、上記説明では、シリコン膜としてDPS膜を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、不純物をドープしていない多結晶ポリシリコン膜等も適用可能である。また、高融点金属シリサイド膜としてWSi膜を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モリブデンシリサイド膜等も適用できる。   In the above description, the DPS film has been described as an example of the silicon film. However, the present invention is not limited to this, and a polycrystalline polysilicon film not doped with impurities is also applicable. Further, the WSi film has been described as an example of the refractory metal silicide film, but the present invention is not limited to this, and a molybdenum silicide film or the like can also be applied.

(第3の実施形態)
本実施形態では、第2の実施形態で説明した転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを構成する高融点金属シリサイドとして、WSi膜よりも残留応力の小さいチタンシリサイド(TiSi2 )またはCoSi2 を用いた固体撮像装置について説明する。TiSi2 またはCoSi2 を用いたDPS膜は、WSiを用いたDPS膜に較べて残留応力が小さいことから、第2の実施形態のようにシリサイド膜を構成する各膜の膜厚を規定することなく、ゲート電極下の残留応力を緩和できる。
(Third embodiment)
In the present embodiment, titanium silicide (TiSi 2 ) or CoSi 2 having a lower residual stress than the WSi film is used as the refractory metal silicide constituting the transfer gate electrode 23a, the gate electrodes 23b and 23c described in the second embodiment. The solid-state imaging device used will be described. Since the DPS film using TiSi 2 or CoSi 2 has a smaller residual stress than the DPS film using WSi, the film thickness of each film constituting the silicide film should be defined as in the second embodiment. The residual stress under the gate electrode can be relaxed.

以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、第1の実施形態で説明した図4および図5とほぼ同様であるので、両図を引用して説明する。まず、図4(a)に示す工程と同様にして、シリコン基板20の表面にDPS膜17を形成する。次に、図4(b)で説明した工程において、WSi膜18に代えて、TiSi2 膜またはCoSi2膜を形成する。TiSi2 膜またはCoSi2 膜を用いたポリサイド構造は、第2の実施形態で説明したWSi膜18を用いたポリサイド構造よりも残留応力が小さいため、薄膜化しても実用的なレベルで固体撮像装置としての特性を満足できるとともに、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bの低抵抗化が図れる。一般的には、TiSi2 膜またはCoSi2 膜を用いたポリサイド構造の転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力は、30〜40MPa程度である。したがって、上記のように積層されたポリサイド膜を図4(c)で説明した工程と同様にパターニングすれば、少なくとも転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力を、第2の実施形態に係る転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力よりも緩和することができる。 Below, the manufacturing method of the solid-state imaging device concerning this embodiment is explained. The manufacturing method of the solid-state imaging device according to the present embodiment is almost the same as that shown in FIGS. 4 and 5 described in the first embodiment, and will be described with reference to both drawings. First, the DPS film 17 is formed on the surface of the silicon substrate 20 in the same manner as the process shown in FIG. Next, in the process described with reference to FIG. 4B, a TiSi 2 film or a CoSi 2 film is formed instead of the WSi film 18. The polycide structure using the TiSi 2 film or the CoSi 2 film has a smaller residual stress than the polycide structure using the WSi film 18 described in the second embodiment. And the resistance of the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b can be reduced. Generally, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b having a polycide structure using a TiSi 2 film or a CoSi 2 film is about 30 to 40 MPa. Therefore, if the polycide film laminated as described above is patterned in the same manner as the process described with reference to FIG. 4C, at least the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b is related to the second embodiment. The residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b can be relaxed.

転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成した後には、図5(a)〜(f)に示す各工程を同様に順次行うことで、本実施形態に係る固体撮像装置が実現できる。なお、図5(e)に示す工程においては、Ti膜を形成する代わりにCo膜を形成して、CoSi2 膜を形成することも可能である。 After the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c are formed, the solid-state imaging device according to the present embodiment can be realized by sequentially performing the steps shown in FIGS. In the step shown in FIG. 5E, it is also possible to form a CoSi 2 film by forming a Co film instead of forming a Ti film.

上述のように、本実施形態に係る固体撮像装置では、TiSi2 膜またはCoSi2 膜を用いたポリサイド構造の転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを適用することで、第2の実施形態よりも転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力の緩和が図れる。そして、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力が37MPaを超えたときには、ポリサイド構造の膜厚比を調整する、あるいは、図5に示す工程にて行われるイオン活性化アニールにおいて、RTAに代えてファーネスアニールを適用する等の方法を行う等の方法を単独で用いるあるいは組み合わせて用いることにより、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23b下の残留応力を37MPa以下とすることができる。これにより、0.25μm以下の微細CMOSロジックテクノロジーを用いて作製したMOS型固体撮像装置であっても、白キズ等の画像欠陥を抑制した撮像特性の良い固体撮像装置を実現できる。 As described above, in the solid-state imaging device according to the present embodiment, the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b having a polycide structure using a TiSi 2 film or a CoSi 2 film are applied, so that transfer is performed more than in the second embodiment. The residual stress under the gate electrode 23a and the gate electrode 23b can be relaxed. When the residual stress below the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b exceeds 37 MPa, the film thickness ratio of the polycide structure is adjusted, or in the ion activation annealing performed in the process shown in FIG. Instead, the residual stress under the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b can be reduced to 37 MPa or less by using a method such as performing furnace annealing alone or in combination. Thereby, even if it is a MOS type solid-state imaging device manufactured using a fine CMOS logic technology of 0.25 μm or less, a solid-state imaging device with excellent imaging characteristics in which image defects such as white scratches are suppressed can be realized.

(第4の実施形態)
第2および第3の実施形態では、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bをポリサイド構造とした例を挙げて説明したが、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bの抵抗が比較的高くても固体撮像装置としての特性が許される場合には、シリコン膜のみで構成された転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを有する固体撮像装置としても良い。例えば、膜厚が0.2μmであって、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力が50MPaである固体撮像装置の場合には、シリサイド形成工程において上記したファーネスアニールを適用することで、転送ゲート電極23a下およびゲート電極23b下の残留応力を27MPa程度まで緩和することが可能である。
(Fourth embodiment)
In the second and third embodiments, an example in which the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b have a polycide structure has been described. However, even if the resistance of the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b is relatively high, the solid-state imaging device If the above characteristics are allowed, a solid-state imaging device having a transfer gate electrode 23a and a gate electrode 23b made of only a silicon film may be used. For example, in the case of a solid-state imaging device having a film thickness of 0.2 μm and a residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b of 50 MPa, the furnace annealing described above is applied in the silicide formation step. The residual stress under the transfer gate electrode 23a and under the gate electrode 23b can be reduced to about 27 MPa.

なお、転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bをシリコン膜のみにて形成する場合には、シリサイドブロック層31を形成する工程は不要となる。また、本実施形態に係る構成は、シリコン膜のみならずDPS膜のみにて構成された転送ゲート電極23aおよびゲート電極23bを有する固体撮像装置にも適用可能である。   In the case where the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b are formed using only a silicon film, the step of forming the silicide block layer 31 is not necessary. The configuration according to the present embodiment can also be applied to a solid-state imaging device having the transfer gate electrode 23a and the gate electrode 23b that are configured not only by the silicon film but also only by the DPS film.

(第5の実施形態)
上記各実施形態では、周辺回路部19をCMOSトランジスタで構成された固体撮像装置について説明したが、本実施形態では、周辺回路部19をNチャンネルMOSトランジスタのみで構成された固体撮像装置について説明する。図6および図7は、周辺回路部19がNチャンネルMOSトランジスタのみで構成され、不純物拡散層がP型拡散層27のみで構成された固体撮像装置を製造する過程における各段階での基板およびその上面の断面図である。
(Fifth embodiment)
In each of the above embodiments, the solid-state imaging device in which the peripheral circuit unit 19 is configured by a CMOS transistor has been described. In the present embodiment, a solid-state imaging device in which the peripheral circuit unit 19 is configured by only an N-channel MOS transistor will be described. . 6 and 7 show a substrate at each stage in the process of manufacturing a solid-state imaging device in which the peripheral circuit portion 19 is composed only of N-channel MOS transistors and the impurity diffusion layer is composed only of the P-type diffusion layer 27, and It is sectional drawing of an upper surface.

図6(a)は、基板の表面に、転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成するためのDPS膜17を形成した状態を示す。このような仕掛り状態の基板を得るためには、図4(a)に示す工程と同様にして、シリコン基板20の内部に、STI21N型信号電荷蓄積領域25、および図示されていない第3および第4の拡散層を形成する。次に、周辺回路部19におけるNチャンネルMOSトランジスタ形成領域に、イオン注入法によりP型不純物を導入することにより、P型拡散層27を形成する。そして、図4(a)に示す工程と同様に、ゲート絶縁膜22およびDPS膜17を形成する。   FIG. 6A shows a state in which the DPS film 17 for forming the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c is formed on the surface of the substrate. In order to obtain such an in-process substrate, the STI 21N type signal charge storage region 25 and the third and third unillustrated regions in the silicon substrate 20 are formed in the same manner as in the step shown in FIG. A fourth diffusion layer is formed. Next, a P-type diffusion layer 27 is formed by introducing P-type impurities into the N channel MOS transistor formation region in the peripheral circuit portion 19 by ion implantation. Then, the gate insulating film 22 and the DPS film 17 are formed as in the step shown in FIG.

図6(b)は、DPS膜17の上にWSi膜18を形成した状態を示す。WSi膜18は、図4(b)に示す工程と同様にして形成する。図6(c)は、基板の主面に転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cを形成した状態を示す。転送ゲート電極23a、ゲート電極23bおよび23cは、図4(c)に示す工程と同様にして形成する。そして、光リソグラフィーおよびイオン注入法を用いて、転送ゲート電極23aの隣接部にN型ドレイン領域24aを形成し、周辺回路部19におけるP型拡散層27にP型LDD層24cをそれぞれ形成する。   FIG. 6B shows a state in which the WSi film 18 is formed on the DPS film 17. The WSi film 18 is formed in the same manner as the step shown in FIG. FIG. 6C shows a state in which the transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c are formed on the main surface of the substrate. The transfer gate electrode 23a and the gate electrodes 23b and 23c are formed in the same manner as the step shown in FIG. Then, using photolithography and ion implantation, an N-type drain region 24a is formed in the adjacent portion of the transfer gate electrode 23a, and a P-type LDD layer 24c is formed in the P-type diffusion layer 27 in the peripheral circuit portion 19, respectively.

図7(a)は、図5(a)に示す工程と同様にして、図6に示す処理工程を経た基板の主面をシリコン窒化膜28で覆った状態を示す。図7(b)は、図5(b)に示す工程と同様にして、シリコン窒化膜28の上にシリコン酸化膜29を形成し、これらの膜を所望の形状にパターニングするためのレジストパターン30を形成した状態を示す。図7(c)は、図5(c)に示す工程と同様にして、シリコン窒化膜28およびシリコン酸化膜29にエッチング処理を施した後の状態を示す。   FIG. 7A shows a state in which the main surface of the substrate that has undergone the processing step shown in FIG. 6 is covered with the silicon nitride film 28 in the same manner as the step shown in FIG. 7B, in the same manner as the process shown in FIG. 5B, a silicon oxide film 29 is formed on the silicon nitride film 28, and a resist pattern 30 for patterning these films into a desired shape. The state which formed is shown. FIG. 7C shows a state after etching the silicon nitride film 28 and the silicon oxide film 29 in the same manner as the process shown in FIG.

図7(d)は、N型信号電荷蓄積領域25の主面にP+ 型の表面シールド領域33を形成し、周辺回路部19にソース・ドレイン領域34aおよび34bを形成した状態を示す。ここで、画素部7における処理は図5(d)に示す工程と同様であるが、周辺回路部19においては、P型拡散層27に向けてN型の高濃度イオン注入を行い、ゲート電極23cにおけるソース・ドレイン領域34aおよび34bを形成する。ここでの高濃度イオン注入は、図示されていないが、P型拡散層27の電位を取るために、P型拡散層27の主面に形成されるべきP+ コンタクト領域に対する注入も含まれる。 FIG. 7D shows a state in which a P + -type surface shield region 33 is formed on the main surface of the N-type signal charge storage region 25 and source / drain regions 34 a and 34 b are formed in the peripheral circuit portion 19. Here, the processing in the pixel portion 7 is the same as the process shown in FIG. 5D, but in the peripheral circuit portion 19, N-type high-concentration ion implantation is performed toward the P-type diffusion layer 27, and the gate electrode Source / drain regions 34a and 34b in 23c are formed. Although the high concentration ion implantation here is not shown, in order to take the potential of the P-type diffusion layer 27, the implantation into the P + contact region to be formed on the main surface of the P-type diffusion layer 27 is also included.

図7(e)は、周辺回路部19に含まれるソース・ドレイン領域34aおよび34bに金属シリサイド膜を形成した状態を示す。このような状態の基板を得るためには、まず、ソース・ドレイン領域34aおよび34bにイオンを注入し、活性化アニール処理を行う。ここでの活性化アニール処理においても、第2の実施形態と同様にファーネスアニールを行うことが好ましいが、本実施形態においては、周辺回路部19がNチャンネルMOS型トランジスタのみで構成されているため、第2の実施形態のように周辺回路部19がCMOSトランジスタで構成された固体撮像装置に較べてプロセスマージンを広くとることができる。これは、周辺回路部19が、NチャンネルMOS型トランジスタのみで構成されていることで、トランジスタ形成後のファーネスアニールによるPチャンネルMOS型トランジスタのゲート電極からゲート絶縁膜22へのボロンの染み出しによるしきい値電圧変動発生を考慮してアニール条件を決定する必要が無くなるためである。これにより、例えば、MOS型トランジスタのゲート形成工程以後の熱処理工程は、900℃を超えない温度で15分以上という高い温度領域のアニール工程を含むことができ、ソース・ドレイン領域34aおよび34bの活性化をより確実にできるようになる。   FIG. 7E shows a state in which a metal silicide film is formed in the source / drain regions 34 a and 34 b included in the peripheral circuit portion 19. In order to obtain a substrate in such a state, first, ions are implanted into the source / drain regions 34a and 34b, and an activation annealing process is performed. Also in this activation annealing treatment, it is preferable to perform furnace annealing as in the second embodiment. However, in this embodiment, the peripheral circuit portion 19 is composed only of N-channel MOS transistors. As in the second embodiment, the process margin can be widened as compared with the solid-state imaging device in which the peripheral circuit unit 19 is configured by a CMOS transistor. This is because the peripheral circuit portion 19 is composed only of an N-channel MOS transistor, and boron is oozed from the gate electrode of the P-channel MOS transistor to the gate insulating film 22 by furnace annealing after the transistor is formed. This is because it is not necessary to determine the annealing conditions in consideration of occurrence of threshold voltage fluctuations. Thereby, for example, the heat treatment step after the gate formation step of the MOS transistor can include an annealing step in a high temperature region of 15 minutes or more at a temperature not exceeding 900 ° C., and the activation of the source / drain regions 34a and 34b. It becomes possible to make it more reliable.

なお、本実施形態に係るNチャンネルMOS型トランジスタにおいて、第2の実施形態と同様のファーネスアニールを施すと、しきい値電圧、飽和電流およびサブスレッショールド特性等のトランジスタ特性が若干変動することもあるが、しきい値調整用イオン注入やソース・ドレイン注入で合わせこみを行うことで対応可能である。   In the N-channel MOS transistor according to the present embodiment, when furnace annealing similar to that of the second embodiment is performed, transistor characteristics such as threshold voltage, saturation current, and subthreshold characteristics slightly vary. However, this can be dealt with by performing threshold adjustment ion implantation or source / drain implantation.

次に、図5(e)に示す工程と同様にして、金属シリサイド化処理の前処理、金属膜の形成、金属膜のシリサイド化処理、シリサイドブロック層31の形成、およびTiSi2 膜35の形成を引き続き行う。 Next, in the same manner as in the step shown in FIG. 5 (e), pre-processing of metal silicidation processing, formation of metal film, silicidation processing of metal film, formation of silicide block layer 31, and formation of TiSi 2 film 35 Continue to do.

図7(f)は、図5(f)と同様にして、平坦化処理が施された基板の表面にアルミニウム(Al)配線37を形成した状態を示す。これにより、本実施形態に係る固体撮像装置が得られる。   FIG. 7F shows a state in which aluminum (Al) wirings 37 are formed on the surface of the substrate that has been subjected to the planarization process in the same manner as FIG. Thereby, the solid-state imaging device according to the present embodiment is obtained.

以上のように、本発明の実施の形態によれば、トランジスタのしきい値電圧の劣化を考慮することなく、フォトダイオード1にかかる様々な残留応力の緩和および結晶欠陥の発生を抑制することができ、CMOSロジックテクノロジーを用いて作製した、0.25μm以下の微細MOS型固体撮像装置においても、白キズや暗時電流バラツキ(暗時ザラ)という撮像特性不良を解決することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to suppress the relaxation of various residual stresses applied to the photodiode 1 and the generation of crystal defects without considering the deterioration of the threshold voltage of the transistor. In addition, even in a fine MOS solid-state imaging device of 0.25 μm or less manufactured using CMOS logic technology, it is possible to solve imaging characteristic defects such as white scratches and dark current variations (dark darkness).

なお、上記説明では、ファーネスアニールを周辺回路部19におけるソース・ドレイン領域34aおよび34bの活性化アニール処理において適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ファーネスアニールは、フォトダイオード形成用のイオン注入後、MOS型トランジスタのソース・ドレインを構成するイオン注入後、およびウェルなどの電位固定用コンタクトへのイオン注入後のいずれかにおいて少なくとも1回行うことができ、また複数行うことも可能である。   In the above description, an example in which furnace annealing is applied to activation annealing of the source / drain regions 34a and 34b in the peripheral circuit portion 19 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the furnace annealing is not limited thereto. The annealing can be performed at least once after ion implantation for forming the photodiode, after ion implantation that constitutes the source / drain of the MOS transistor, and after ion implantation to the potential fixing contact such as a well. It is also possible to perform more than one.

以上、各実施形態において説明したように、第1の実施形態に係る構成と、ゲート電極形成後のアニール処理においてファーネスアニールを併用することによって、より一層画像特性の向上が図れる。   As described above in each embodiment, the image characteristics can be further improved by using the structure according to the first embodiment and furnace annealing in the annealing process after forming the gate electrode.

なお、上記各実施形態では、各トランジスタの素子分離構造としてSTIを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、LOCOS法による素子分離構造も適用可能である。   In each of the above embodiments, the STI is described as an example of the element isolation structure of each transistor. However, the present invention is not limited to this, and an element isolation structure by the LOCOS method is also applicable.

本発明に係る固体撮像装置は、CMOSロジックプロセスを用いて画素部および周辺回路部に含まれるMOSトランジスタを同時に形成しても、画素部に含まれるMOSトランジスタのゲート電極下の残留応力を緩和して画像欠陥の抑制が図れるという特徴を有するので、特に、STI法による素子分離構造を適用した0.25μm以下の微細構造を有するMOS型固体撮像装置に好適に使用できる。具体的には、カメラ付き携帯電話、ビデオカメラおよびデジタルスチルカメラ等に使用される固体撮像装置や、プリンター等に使用されるラインセンサー、CCD等に好適に使用できる。   The solid-state imaging device according to the present invention relieves the residual stress under the gate electrode of the MOS transistor included in the pixel portion even if the MOS transistor included in the pixel portion and the peripheral circuit portion is simultaneously formed using the CMOS logic process. Therefore, it can be suitably used for a MOS solid-state imaging device having a fine structure of 0.25 μm or less to which an element isolation structure by the STI method is applied. Specifically, it can be suitably used for a solid-state imaging device used for a mobile phone with a camera, a video camera, a digital still camera, etc., a line sensor used for a printer, a CCD, and the like.

本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図Sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 画像欠陥のゲート電極下の残留応力依存性を示すグラフGraph showing the dependence of image defects on residual stress under the gate electrode 本発明の第2の実施形態に係るゲート電極下の残留応力と、DPS膜に対するWSi膜の厚比との関係を示すグラフThe graph which shows the relationship between the residual stress under the gate electrode which concerns on the 2nd Embodiment of this invention, and the thickness ratio of the WSi film with respect to a DPS film 同実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning the embodiment 同実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning the embodiment 本発明の第5の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning the 5th Embodiment of this invention. 同実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図Sectional drawing which shows the manufacturing process of the solid-state imaging device concerning the embodiment MOS型固体撮像装置の回路構成を示す平面図Plan view showing circuit configuration of MOS type solid-state imaging device

符号の説明Explanation of symbols

20 シリコン基板
21 STI
22 ゲート絶縁膜
23a 転送ゲート電極
23b、23c ゲート電極
24a N型ドレイン領域
24b、24c LDD層
25 N型信号電荷蓄積領域
26 N型拡散層
27 P型拡散層
28 シリコン窒化膜
29 シリコン酸化膜
30 レジストパターン
31 シリサイドブロック層
32 サイドウォール
33 表面シールド領域
34a、34b ソース・ドレイン領域
35 WSi膜
36 層間絶縁膜
37 Al配線

20 Silicon substrate 21 STI
22 Gate insulating film 23a Transfer gate electrode 23b, 23c Gate electrode 24a N-type drain region 24b, 24c LDD layer 25 N-type signal charge storage region 26 N-type diffusion layer 27 P-type diffusion layer 28 Silicon nitride film 29 Silicon oxide film 30 Resist Pattern 31 Silicide block layer 32 Side wall 33 Surface shield region 34a, 34b Source / drain region 35 WSi film 36 Interlayer insulating film 37 Al wiring

Claims (15)

複数の画素が二次元状に配置された画素部と、前記画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置であって、
各前記画素は、
前記半導体基板の主面にゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極と、
前記転送ゲート電極に隣接する前記半導体基板の主面に形成され、入射光量に応じた電荷を蓄積する第1の拡散層と、
前記第1の拡散層とは反対側における前記転送ゲート電極に隣接する前記半導体基板の主面に形成された第2の拡散層とを有する第1のトランジスタおよび、
前記半導体基板の主面に前記ゲート絶縁膜を介して形成された第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極に隣接する前記半導体基板の主面に形成された第3および第4の拡散層とを有する第2のトランジスタを備え、
前記周辺回路部は、
前記半導体基板の主面に前記ゲート絶縁膜を介して形成された第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極に隣接する前記半導体基板の主面に形成された第5および第6の拡散層とを有する第3のトランジスタを複数備え、
少なくとも前記転送ゲート電極下および前記第1のゲート電極下の残留応力は、37MPa以下であることを特徴とする、固体撮像装置。
A solid-state imaging device in which a pixel unit in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit are formed on the same semiconductor substrate,
Each said pixel is
A transfer gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film;
A first diffusion layer formed on the main surface of the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode and storing charges according to the amount of incident light;
A first transistor having a second diffusion layer formed on a main surface of the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode on the side opposite to the first diffusion layer; and
A first gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via the gate insulating film;
A second transistor having third and fourth diffusion layers formed on a main surface of the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode;
The peripheral circuit section is
A second gate electrode formed on the main surface of the semiconductor substrate via the gate insulating film;
A plurality of third transistors having fifth and sixth diffusion layers formed on the main surface of the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode;
A solid-state imaging device, wherein a residual stress at least under the transfer gate electrode and under the first gate electrode is 37 MPa or less.
前記第1の拡散層は、フォトダイオードを含むことを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first diffusion layer includes a photodiode. 前記第1、第2および第3のトランジスタは、STI構造の素子分離領域によって各々が素子分離されており、
各前記トランジスタを構成する前記ゲート絶縁膜の膜厚は、10μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。
The first, second, and third transistors are each isolated by an element isolation region having an STI structure,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a film thickness of the gate insulating film constituting each of the transistors is 10 μm or less.
前記転送ゲート電極および前記第1のゲート電極は、シリコン膜と高融点金属シリサイド膜との積層膜からなり、前記シリコン膜に対する前記高融点金属シリサイド膜の膜厚比は0.7以下であることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The transfer gate electrode and the first gate electrode are made of a laminated film of a silicon film and a refractory metal silicide film, and a film thickness ratio of the refractory metal silicide film to the silicon film is 0.7 or less. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein: 前記高融点金属シリサイド膜は、タングステンシリサイドにて形成されていることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the refractory metal silicide film is formed of tungsten silicide. 前記転送ゲート電極および前記第1のゲート電極は、シリコン膜とチタンシリサイドまたはコバルトシリサイドにて形成された高融点金属シリサイド膜との積層膜からなることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   2. The solid according to claim 1, wherein the transfer gate electrode and the first gate electrode are made of a laminated film of a silicon film and a refractory metal silicide film formed of titanium silicide or cobalt silicide. Imaging device. 前記第2のゲート電極下の残留応力は、37MPa以下であることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a residual stress under the second gate electrode is 37 MPa or less. 前記第3のトランジスタは、CMOSトランジスタであることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the third transistor is a CMOS transistor. 前記第3のトランジスタは、Nチャンネルトランジスタのみで構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の固体撮像装置。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the third transistor includes only an N-channel transistor. 複数の画素が二次元状に配置された画素部と、前記画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置を製造するための方法であって、
前記半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、シリコン膜と高融点金属シリサイド膜とを順次形成することにより積層膜を形成する工程と、
前記積層膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記転送ゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して第1のトランジスタを形成する工程と、
前記第1のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する工程と、
前記第2のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタを形成する工程とを備え、
前記積層膜を形成する工程は、前記シリコン膜に対する前記高融点金属シリサイド膜の膜厚比が0.7以下となるように当該シリコン膜および当該高融点金属シリサイド膜を形成することを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
A method for manufacturing a solid-state imaging device in which a pixel unit in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit are formed on the same semiconductor substrate,
Forming a first diffusion layer on the main surface of the semiconductor substrate for accumulating signal charges according to the amount of incident light;
Forming a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a laminated film by sequentially forming a silicon film and a refractory metal silicide film on the gate insulating film;
Forming a transfer gate electrode, first and second gate electrodes by selectively etching the laminated film;
Forming a first transistor by forming a second diffusion layer in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode;
Forming a second transistor by forming third and fourth diffusion layers in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode;
Forming a third transistor by forming fifth and sixth diffusion layers inside the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode,
The step of forming the stacked film is characterized in that the silicon film and the refractory metal silicide film are formed so that a film thickness ratio of the refractory metal silicide film to the silicon film is 0.7 or less. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記積層膜を形成する工程は、タングステンシリサイドからなる高融点金属シリサイド膜を形成することを特徴とする、請求項10に記載の固体撮像装置の製造方法。   11. The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein the step of forming the laminated film forms a refractory metal silicide film made of tungsten silicide. 複数の画素が二次元状に配置された画素部と、前記画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置を製造するための方法であって、
前記半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、シリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記転送ゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して第1のトランジスタを形成する工程と、
前記第1のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する工程と、
前記第2のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタを形成する工程と、
少なくとも前記転送ゲート電極および前記第1のゲート電極を覆うチタン膜またはコバルト膜を形成する工程と、
前記チタン膜またはコバルト膜をシリサイド化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。
A method for manufacturing a solid-state imaging device in which a pixel unit in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit are formed on the same semiconductor substrate,
Forming a first diffusion layer on the main surface of the semiconductor substrate for accumulating signal charges according to the amount of incident light;
Forming a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Forming a transfer gate electrode, first and second gate electrodes by selectively etching the silicon film;
Forming a first transistor by forming a second diffusion layer in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode;
Forming a second transistor by forming third and fourth diffusion layers in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode;
Forming fifth and sixth diffusion layers in the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode to form a third transistor;
Forming a titanium film or a cobalt film covering at least the transfer gate electrode and the first gate electrode;
And a step of silicidating the titanium film or the cobalt film.
前記第1の拡散層を形成するための前記半導体基板への不純物注入後において、850℃以上900℃以下でかつ60分以内の条件下でファーネスアニールによる熱処理を行う工程をさらに含むことを特徴とする、請求項10または請求項12に記載の固体撮像装置の製造方法。   The method further includes a step of performing heat treatment by furnace annealing under conditions of 850 ° C. to 900 ° C. and within 60 minutes after impurity implantation into the semiconductor substrate for forming the first diffusion layer. A method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10 or 12. 複数の画素が二次元状に配置された画素部と、前記画素部の周囲に配置された周辺回路部とが同一半導体基板上に形成された固体撮像装置を製造するための方法であって、
前記半導体基板の主面に、入射光量に応じた信号電荷を蓄積するための第1の拡散層を形成する工程と、
前記半導体基板の主面にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上に、シリコン膜を形成する工程と、
前記シリコン膜を選択的にエッチングすることにより転送ゲート電極、第1および第2のゲート電極を形成する工程と、
前記転送ゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第2の拡散層を形成して第1のトランジスタを形成する工程と、
前記第1のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第3および第4の拡散層を形成して第2のトランジスタを形成する工程と、
850℃以上900℃以下でかつ60分以内の条件下でファーネスアニールによる熱処理を行って、前記第2のゲート電極に隣接した前記半導体基板の内部に第5および第6の拡散層を形成して第3のトランジスタ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。
A method for manufacturing a solid-state imaging device in which a pixel unit in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged and a peripheral circuit unit arranged around the pixel unit are formed on the same semiconductor substrate,
Forming a first diffusion layer on the main surface of the semiconductor substrate for accumulating signal charges according to the amount of incident light;
Forming a gate insulating film on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a silicon film on the gate insulating film;
Forming a transfer gate electrode, first and second gate electrodes by selectively etching the silicon film;
Forming a first transistor by forming a second diffusion layer in the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate electrode;
Forming a second transistor by forming third and fourth diffusion layers in the semiconductor substrate adjacent to the first gate electrode;
A heat treatment is performed by furnace annealing under conditions of 850 ° C. to 900 ° C. and within 60 minutes to form fifth and sixth diffusion layers inside the semiconductor substrate adjacent to the second gate electrode. And a step of forming a third transistor. A method for manufacturing a solid-state imaging device.
前記ゲート絶縁膜を形成する工程に先だって、前記半導体基板の主面にSTI構造の素子分離領域を形成する工程をさらに含み、
前記ゲート絶縁膜の形成工程では、当該ゲート絶縁膜の膜厚を10nm以下とすることを特徴とする、請求項10、請求項12、および請求項14のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。

Prior to the step of forming the gate insulating film, the method further includes a step of forming an element isolation region having an STI structure on the main surface of the semiconductor substrate,
15. The manufacturing of the solid-state imaging device according to claim 10, wherein the gate insulating film is formed with a thickness of 10 nm or less in the step of forming the gate insulating film. Method.

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