JP2007048895A - Solid-state imaging apparatus and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に酸化膜単層ゲート絶縁膜を有する固体撮像装置及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 oxide film single-layer gate insulating film and a manufacturing method thereof.
図8は、第1の従来例による固体撮像装置200のゲート絶縁膜付近を拡大した概略断面図である。
FIG. 8 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the gate insulating film of the solid-
光電変換素子52の各列に対応して垂直転送チャネル54が形成され、各光電変換素子52に隣接して形成される読出しゲート用チャネル領域51cを介して読み出される信号電荷を垂直方向に転送する。また、垂直転送チャネル54の上方には、絶縁膜55をはさんで2層ポリシリコン転送電極56が形成される。なお、この部分の断面においては、第1層ポリシリコン電極又は第2層ポリシリコン電極のみが垂直転送チャネル54の上方に存在する。
A
読出しゲート用チャネル領域51c上に形成される読み出し用のゲート絶縁膜55gを含む絶縁膜55としては、酸化膜55a、窒化膜55b、酸化膜55cを積層して形成されるONO膜が使用されている。このようなONO膜構造では、読み出し時に高電界パルスがかかり、その時に発生するホットキャリアがONO膜にトラップされ、読み出しに必要なパルス電圧の経時変化が起きる。
As the insulating film 55 including the read
図9は、第2の従来例による固体撮像装置300のゲート絶縁膜付近を拡大した概略断面図である。
FIG. 9 is an enlarged schematic cross-sectional view of the vicinity of the gate insulating film of the solid-
第2の従来例では、上記のような読み出し時のパルス電圧の経時変化を回避するために、図に示すように、ONO膜構造を有する絶縁膜55のゲート絶縁膜55gのみを酸化膜単層化させている(例えば、特許文献1参照)。この読み出しゲート部51c上のゲート絶縁膜55gのみを酸化膜単層にする手法では、酸化膜単層にするに伴い酸化膜厚が薄くなっているため、読み出し特性を向上させるという利点も有している。しかし、ゲート部51c上のゲート絶縁膜55g以外の部分はONO膜構造であり、該ONO膜構造では、固体撮像装置の微細化に伴い、経時的転送劣化を引き起こし始めることがあり、また、ホットキャリアをトラップしやすい特性の問題が顕在化しつつある。
In the second conventional example, in order to avoid the change with time of the pulse voltage at the time of reading as described above, only the
上記のONO膜構造に係る問題を解決するためには、ONO膜の使用をやめてゲート絶縁膜を酸化膜単層で形成することが好ましいが、従来の2層ポリシリコン電極構造でこれを行った場合には、転送効率劣化等のCCDとしての致命的な特性不良を引き起こす可能性がある。これは、例えば、第1層ポリシリコン電極形成後の層間絶縁膜形成により第2相ポリシリコン電極下のゲート絶縁膜が厚くなることや、第1層ポリシリコン電極の下に第2層ポリシリコン電極が残ってしまうことなどにより引き起こされる。 In order to solve the above-mentioned problems related to the ONO film structure, it is preferable to stop using the ONO film and form the gate insulating film as a single oxide film, but this is done with the conventional two-layer polysilicon electrode structure. In this case, there is a possibility of causing a fatal characteristic failure as a CCD such as transfer efficiency deterioration. This is because, for example, the gate insulating film under the second phase polysilicon electrode becomes thick due to the formation of the interlayer insulating film after the formation of the first layer polysilicon electrode, or the second layer polysilicon under the first layer polysilicon electrode. It is caused by the electrode remaining.
そのため、電極構造は単層ポリ電極構造をとることが考えられる(例えば、特許文献2参照)。しかし、単に酸化膜単層ゲート絶縁膜と単層ポリシリコン電極構造を組み合わせただけでは、経時的転送劣化等の信頼性に関する問題は解決することが出来るものの、読み出し特性の向上という効果を得ることが出来ない。 Therefore, it can be considered that the electrode structure is a single-layer polyelectrode structure (see, for example, Patent Document 2). However, simply combining the oxide single-layer gate insulating film and the single-layer polysilicon electrode structure can solve the reliability-related problems such as transfer deterioration over time, but the effect of improving the read characteristics can be obtained. I can't.
本発明の目的は、経時劣化の問題を抑えつつ、読み出し特性の向上を図ることのできるCCD型固体撮像装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a CCD type solid-state imaging device capable of improving readout characteristics while suppressing the problem of deterioration over time.
また、本発明の目的は、経時劣化の問題を抑えつつ、読み出し特性の向上を図ることのできるCCD型固体撮像装置の製造方法を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a CCD solid-state imaging device capable of improving readout characteristics while suppressing the problem of deterioration with time.
本発明の一観点によれば、固体撮像装置は、2次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に配置される多数個の光電変換素子と、各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、前記垂直電荷転送装置を構成する転送電極を兼ねた読み出し電極を含み、前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、前記垂直電荷転送チャネルと前記転送電極間に酸化膜単層で形成され、前記読み出し部における膜厚が他の部分よりも薄く形成されるゲート酸化膜とを有する。 According to one aspect of the present invention, a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate that defines a two-dimensional surface, a large number of photoelectric conversion elements disposed in a light receiving region of the semiconductor substrate, and a row of photoelectric conversion elements. A vertical charge transfer device including a plurality of vertical charge transfer channels arranged in the vertical direction and a plurality of transfer electrodes formed above the vertical charge transfer channel and arranged in the horizontal direction, and transfer electrodes constituting the vertical charge transfer device A readout unit that also serves as a read-out electrode, corresponds to each of the plurality of photoelectric conversion elements, and reads out signal charges accumulated in the corresponding photoelectric conversion elements to the vertical charge transfer channel adjacent in the row direction; And a gate oxide film formed as a single oxide film layer between the vertical charge transfer channel and the transfer electrode, and having a thickness smaller than that of the other part in the readout portion.
本発明によれば、経時劣化の問題を抑えつつ、読み出し特性の向上を図ることの出来るCCD型固体撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a CCD type solid-state imaging device capable of improving the readout characteristics while suppressing the problem of deterioration with time.
また、本発明によれば、経時劣化の問題を抑えつつ、読み出し特性の向上を図ることのできるCCD型固体撮像装置の製造方法を提供することができる。 In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a CCD solid-state imaging device capable of improving readout characteristics while suppressing the problem of deterioration with time.
図1は、本発明の実施例によるCCD型固体撮像素子1の構成を表すブロック図である。半導体基板上の絶縁膜を一部剥がし、光電変換素子、VCCDを露出した状態を示す。図2は、固体撮像装置1の受光領域2の一部の概略平面図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a CCD type solid-
固体撮像素子1は、多数の光電変換素子12が配置された受光領域2を含む。受光領域2は、多数の光電変換素子12をいわゆる画素ずらし配置に配置して構成されている。ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、2次元テトラゴナル行列の第1格子と、その格子間位置に格子点を有する第2格子とを合わせた配置を指す。例えば、奇数列(行)中の各光電変換素子12に対し、偶数列(行)中の光電変換素子12の各々が、光電変換素子12の列(行)方向ピッチの約1/2、列(行)方向にずれ、光電変換素子列(行)の各々が奇数行(列)または偶数行(列)の光電変換素子12のみを含む。「画素ずらし配置」は、多数個の光電変換素子12を複数行、複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。
The solid-
なお、ピッチの「約1/2」とは、1/2を含む他に、製造誤差、設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差等の要因によって1/2から外れてはいるものの、得られる固体撮像装置1の性能およびその画像の画質からみて実質的に1/2と同等とみなすことができる値をも含むものとする。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子12のピッチの約1/2」についても同様である。
Note that the pitch “about ½” includes ½, but it is out of ½ due to factors such as manufacturing error and rounding error of pixel position that occurs in design or mask fabrication. Further, it includes values that can be regarded as substantially equivalent to ½ in view of the performance of the solid-
それぞれの光電変換素子12の列間には、光電変換素子12で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送するn型の転送チャネル領域(垂直転送チャネル)14が、光電変換素子12の間隙を垂直方向に蛇行するように設けられている。画素ずらし配置の画素間に形成された空隙部に蛇行する転送チャネルが配置され、隣接する転送チャネルは光電変換素子を介して離れたり、チャネルストップ領域13(図3)を挟んで近接したりする。光電変換素子、転送チャネルによって、受光部の半導体基板のほとんどの面積が有効利用されている。
An n-type transfer channel region (vertical transfer channel) 14 that reads out signal charges generated in the
垂直転送チャネル14上方には、後述する単層酸化膜15を挟んで、転送電極16が光電変換素子12の間隙を蛇行するように水平方向に複数行に渡って形成されている。各行の転送電極16は、垂直転送チャネル14とともに垂直電荷転送路(VCCD)を形成し、光電変換素子12で生じた信号電荷を4相駆動パルス(Φ1〜Φ4)で垂直方向に転送する。
Above the
異なる位相で駆動する転送電極16の各々の間(転送電極16の配列方向の間隔)には、電極間隙(電極間ギャップ)が設けられ、電極間ギャップには、例えば、SiO2からなる絶縁膜17が形成されている。転送電極16間の距離は、全ての部分で同じであり、転送チャネル14内の電荷の流れをスムーズにするために、約0.3μm以下とすることが好ましく、約0.1μm〜約0.2μmとすることが特に好ましい。なお、4本の転送電極16で一つの転送段を形成している。
An electrode gap (interelectrode gap) is provided between the
ここで、本明細書でいう単層電極(構造)とは、いわゆる従来の多層ポリシリコン電極(構造)に対するものであり、電極端部において、電極同士が重ならずに、複数の電極が同一平面上に狭いギャップを有して配置される構造である。したがって、本明細書では、単一金属材料(例えば、タングステン(W)等のみから形成される場合に限らず、タングステンシリサイド、ポリシリコンとタングステン等の金属の積層構造なども単層電極構造に含まれる。このように、転送電極16を同一平面上に形成される単層電極とすることにより、多層電極構造において層間に設けられる層間絶縁膜が不要となる。
Here, the single-layer electrode (structure) referred to in the present specification refers to a so-called conventional multilayer polysilicon electrode (structure), and a plurality of electrodes are the same without overlapping each other at the electrode end. It is a structure arranged with a narrow gap on a plane. Therefore, in the present specification, the single layer electrode structure includes not only a single metal material (for example, tungsten (W) etc.) but also a laminated structure of metals such as tungsten silicide and polysilicon and tungsten. Thus, by using the
転送電極16は、半導体製造プロセスあるいは固体デバイスで一般に使用される電極材料を用いて構成することができる。転送電極16を単層電極構造としたことにより、電極層間を絶縁する絶縁膜(シリコン酸化膜)は不要になり、電極材料の選択の幅が広くなる。また、電極幅、電極厚さ等の電極形状についても、電極材料に応じて設計の幅が広くなる。
The
図中、受光領域2の下側にはVCCDにより転送される電荷を1行ごとに周辺回路4に転送する水平電荷転送路(HCCD)3が形成される。
In the figure, a horizontal charge transfer path (HCCD) 3 for transferring charges transferred by the VCCD to the peripheral circuit 4 for each row is formed below the
また、受光領域2の外側には、例えば、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ回路等で構成される周辺回路4も形成されている。周辺回路4としては、例えば、フローティングディフュージョンアンプ(FDA)等が含まれる。
In addition, a peripheral circuit 4 constituted by, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor circuit or the like is also formed outside the
図3は、図2に示す固体撮像装置1をA−B間で切断した拡大断面図である。図4は、図3に示す固体撮像装置1のうち読出しゲート用チャネル領域11c及びゲート電極16g周辺の拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the solid-
以下の説明においては、同じ導電型を有する不純物添加領域間での不純物濃度の大小を区別するために、不純物濃度が相対的に低いものから順番に、p−型不純物添加領域、p型不純物添加領域、p+ 型不純物添加領域、あるいはn− 型不純物添加領域、n型不純物添加領域、n+型不純物添加領域と表記する。p− 型不純物添加領域11bをエピタキシャル成長法によって形成する場合以外、全ての不純物添加領域は、イオン注入とその後の熱処理とによって形成することが好ましい。
In the following description, in order to distinguish between large and small impurity concentrations between impurity doped regions having the same conductivity type, a p − type impurity doped region and a p type impurity doped region are ordered in descending order of impurity concentration. It is expressed as a region, a p + -type impurity added region, or an n − -type impurity added region, an n-type impurity added region, and an n + -type impurity added region. Except for the case where the p − -type impurity doped
半導体基板11は、例えばn−型シリコン基板11aと、その一表面に形成されたp−型不純物添加領域11bとを有する。p− 型不純物添加領域11bは、n−型シリコン基板11aの一表面にp型不純物をイオン注入した後に熱処理を施すことによって、あるいは、p型不純物を含有したシリコンをn型シリコン基板11aの一表面上にエピタキシャル成長させることによって形成される。
The
次いで、後に形成される1列の光電変換素子列に1本ずつ対応して、p−型不純物添加領域11bにn型不純物添加領域(垂直転送チャネル)14が形成される。個々の垂直転送チャネル14は、その全長に亘ってほぼ均一な不純物濃度を有し、対応する光電変換素子列に沿って延在する。
Next, an n-type impurity doped region (vertical transfer channel) 14 is formed in the p − -type impurity doped
次に、チャネルストップ領域13が、読出しゲート用チャネル領域11cの形成箇所を除いた後に形成される光電変換素子12および垂直電荷転送チャネル14の平面視上の周囲に形成される。チャネルストップ領域13は、例えばp+型不純物添加領域、或いは、トレンチアイソレーション又は局所酸化(LOCOS)によって構成される。このように、受光領域2の素子分離は同一の工程で行われる。
Next, the
後に形成される各光電変換素子12(n型不純物添加領域12a)の右側縁部に沿って、p型不純物添加領域11cが一部残される。p型不純物添加領域11cの列方向の長さは、対応する光電変換素子12の列方向の長さの例えば半分程度である。各p型不純物添加領域11cは、読出しゲート用チャネル領域11cとして利用される。
A part of the p-type
次に、酸化膜単層ゲート絶縁膜(SiO2膜)15を、半導体基板11の表面に形成する。酸化膜単層ゲート絶縁膜15の形成工程においては、まず、n型シリコン基板11aに形成されたp−型不純物添加領域11b内に、例えば、熱酸化により膜厚40nmの酸化シリコン膜(第1の酸化膜)15aを形成する。その後、フォトリソグラフィ等によりパターンニングを行い、ドライエッチング又はウェットエッチングにより、読出しゲート用チャネル領域11c上方の酸化シリコン膜15aをエッチングする。次に、読出しゲート用チャネル領域11c上方のシリコン基板11上における膜厚が25nmになるように、熱酸化により酸化シリコン膜15b(第2の酸化膜)を形成する。なお、第1の酸化膜15a及び第2の酸化膜15bの双方又はいずれか一方は、熱酸化により形成する代わりに、CVDによるHTO膜として形成しても良い。これにより、図に示すように、読出しゲート用チャネル領域11c上方(読み出し部ゲート絶縁膜15g)とその他の領域とで膜厚の異なる酸化膜単層ゲート絶縁膜15を形成することが出来る。なお、それぞれの領域の膜厚は、例えば、読出しゲート用チャネル領域11c上方(読み出し部ゲート絶縁膜15g)は25nmとなり、その他の領域では55nmとなる。このように、酸化膜単層ゲート絶縁膜15を形成することで、読出しゲート用チャネル領域11c上方(読み出し部ゲート絶縁膜15g)のゲート絶縁膜15gの膜厚をその他の領域のゲート絶縁膜15の膜厚の50%以下にすることができる。なお、酸化シリコン膜15aの膜厚及び酸化シリコン膜15bの膜厚をそれぞれ制御することにより、読み出し部ゲート絶縁膜15gとその他の領域の膜厚を変更することが出来る。
Next, an oxide film single-layer gate insulating film (SiO 2 film) 15 is formed on the surface of the
次に、電極形成工程を行う。この工程では、酸化膜15上に、転送電極16を形成する。本実施例では転送電極16を、狭いギャップを介して同一平面上に複数(例えば2つ)配置することにより単層電極構造としている。
Next, an electrode formation process is performed. In this step, the
転送電極16は、例えば、タングステン(W)や、低抵抗ポリシリコンとタングステンシリサイド(WSi)のポリサイド膜等で形成される。この他にも、例えば、モリブデン(Mo)、タングステンシリサイド(WSi)、モリブデンシリサイド(MoSi)、チタンシリサイド(TiSi)、タンタルシリサイド(TaSi)、及び銅シリサイド(CuSi)等を電極材料として用いることができる。また、これらの電極材料を層間絶縁膜を用いることなく積層することにより、転送電極16を形成しても良い。
The
転送電極16の配列方向に設けられる電極間ギャップ(狭いギャップ)は、転送チャネル14内の電荷の流れをスムーズにするために、約0.3μm以下とすることが好ましく、特に、約0.1μm〜約0.2μmとすることが好ましい。
The inter-electrode gap (narrow gap) provided in the arrangement direction of the
次に、p− 型不純物添加領域11bの所定箇所を、イオン注入によりn型不純物添加領域12aに転換する。なお、n型不純物添加領域12aは、電荷蓄積領域として機能する。転換したn型不純物添加領域12aの表層部をイオン注入によりp+型不純物添加領域12bに転換することによって、埋込み型のフォトダイオードである光電変換素子12を形成する。
Next, a predetermined portion of the p − type impurity doped
なお、上述の単層酸化膜形成工程及び電極形成工程、光電変換素子の形成工程の詳細については、図5〜図7を参照して後述する。 The details of the single-layer oxide film forming step, the electrode forming step, and the photoelectric conversion element forming step will be described later with reference to FIGS.
次に、遮光膜18を、タングステン、アルミニウム、クロム、チタン、モリブデン等の金属や、これらの金属の2種以上からなる合金等をPVDまたはCVDによって絶縁膜17上に堆積させることで形成する。この遮光膜18は、各転送電極16等を平面視上覆って、光電変換素子12以外の領域で無用の光電変換が行われるのを防止する。
Next, the
各光電変換素子12へ光が入射することができるように、遮光膜18は、個々の光電変換素子12の上方に開口部を1つずつ有する。光電変換素子12表面において上記の開口部内に平面視上位置する領域が、この光電変換素子12における光入射面となる。
The
その後、遮光膜18の上に、パッシベーション層、平坦化絶縁層を含む第1の平坦化層19を形成する。次ぎに、カラーフィルタ層20を、例えば、互いに異なる色に着色された3種または4種類の樹脂(カラーレジン)の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇所に順次形成することによって作製する。カラー撮影用の単板式撮像装置に使用する固体撮像素子では、原色系または補色系のカラーフィルタ層20が配置される。カラーフィルタ層20は、主に、カラー撮影用の単板式撮像装置に使用する固体撮像素子に配置される。白黒撮影用の固体撮像素子や、3板式の撮像機器に使用する固体撮像素子では、カラーフィルタ層20を省略することができる。
Thereafter, a
次ぎに、第2の平坦化膜21が、第1の平坦化膜19と同様に、例えばフォトレジスト等の有機材料によって形成される。第2の平坦化膜21上面に、それぞれの光電変換素子12に対応してマイクロレンズ22が形成される。マイクロレンズ22は、例えば、透明樹脂層を第2の平坦化膜21上に形成した後、この透明樹脂層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状にパターニングした後に、リフローさせることによって形成される。第2の平坦化膜21は、カラーフィルタ層20上に形成されて、マイクロレンズ22を形成するための平坦面を提供する。
Next, similarly to the
図5は、本実施例による酸化膜単層ゲート絶縁膜15の形成工程を説明するための図である。なお、図5に示す断面図は図4に示す断面図と同じ領域を示す。
FIG. 5 is a diagram for explaining a process for forming the oxide single-layer
まず図5(A)に示すように、n型シリコン基板11aに形成されたp−型不純物添加領域11b内に、例えば、900〜1000℃の熱酸化により酸化シリコン膜(第1の酸化膜)15aを膜厚40nmとなるように均一に形成する。
First, as shown in FIG. 5A, a silicon oxide film (first oxide film) is formed in the p − -type impurity doped
次に、酸化シリコン膜15aの全面を覆ってフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ等により、読出しゲート用チャネル領域11c上方以外の領域を覆うようなパターン34を形成する。その後、図5(B)に示すように、パターン34をマスクとし、例えば、ドライエッチング又はウェットエッチングにより、読出しゲート用チャネル領域11c上方の酸化シリコン膜15aエッチングして除去する。その後、パターン34を除去して、図5(C)に示す状態とする。
Next, a photoresist film is formed so as to cover the entire surface of the
次に、図5(D)に示すように、読出しゲート用チャネル領域11c上方(図中、破線で囲んだ領域15g)のシリコン基板11上における膜厚が25nmになるように、熱酸化により酸化シリコン膜(第2の酸化膜)15bを形成する。これにより、読み出し部ゲート絶縁膜(図中、破線で囲んだ領域)15gの膜厚は25nmとなり、その他の領域では55nmとなる。なお、第1の酸化膜15a及び第2の酸化膜15bの双方又はいずれか一方は、熱酸化により形成する代わりに、CVDによるHTO膜として形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 5D, oxidation is performed by thermal oxidation so that the film thickness on the
その後、ゲート電極(転送電極)16を形成するために、例えば、高濃度リンドープされた多結晶シリコン膜を約0.3μmの膜厚で堆積して、パターンニング等の処理を経て図5(E)に示すような状態とする。 Thereafter, in order to form the gate electrode (transfer electrode) 16, for example, a polycrystalline silicon film doped with high concentration phosphorus is deposited with a film thickness of about 0.3 μm, and after processing such as patterning, FIG. ).
図6は、本発明の実施例による電極形成工程を説明するための断面図である。なお、図6に示す断面図は、図2のC−Dに沿って固体撮像装置1を切断した場合のものである。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining an electrode forming process according to an embodiment of the present invention. Note that the cross-sectional view shown in FIG. 6 is obtained by cutting the solid-
まず、酸化膜単層ゲート絶縁膜15を形成した半導体基板11の全表面を覆うように約0.3μmの膜厚で濃度リンドープされた多結晶シリコン等の電極材16aをCVD(ChemicalVapor Deposition)法等により堆積することにより、図6(A)に示す状態とする。
First, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is applied to an
次ぎに、図6(B)に示すように、電極材16aの全面を覆ってフォトレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィ等により約0.1μm〜0.2μmのギャップ(電極間ギャップ)EGを有するパターン35を形成する。その後、図6(C)に示すように、ギャップEGを有するパターン35をマスクとし、電極材16aをエッチングして電極間ギャップEGを形成する。その後、電極間ギャップEGにn型不純物添加領域(垂直転送チャネル)14と逆導電型の不純物をイオン注入法により導入する。例えば、ボロン(B)等のp型不純物をドーズ量2.0×1011cm−2、加速電圧50KeVでイオン注入する。
Next, as shown in FIG. 6B, a photoresist film is formed to cover the entire surface of the
このように、電極間ギャップEGに転送チャンネル14とは逆導電型の不純物をイオン注入することにより、電極間ギャップに生じるポテンシャルポケットを解消することが出来る。よって、転送チャネル14内の電荷の流れをスムーズにすることができる。
In this manner, by implanting impurities having a conductivity type opposite to that of the
電極間ギャップEGへのイオン注入を行った直後に、図5(D)に示すように、フォトレジストパターン35を除去し、その後、図5(E)に示すように、絶縁膜17を形成する。絶縁膜17は、CVD法、例えば、プラズマCVD(PECVD)等により、膜厚約1500Åの酸化シリコン(SiO2)を堆積する(CVD−SiO2)ことにより形成される。なお、絶縁膜17は、窒化シリコン(SiN)膜又は炭化シリコン(SiC)膜をCVD等により堆積させることにより形成してもよいし、熱酸化により形成してもよい。なお、窒化シリコン(SiN)や炭化シリコン(SiC)等の酸化シリコン(SiO2)よりも誘電率の高い材料を用いて絶縁膜17を形成すると、電極間ギャップEGの実効長を短くすることができる。
Immediately after ion implantation into the interelectrode gap EG, the
このように、電極間ギャップEGへのイオン注入の後、速やかに絶縁膜17を形成して該電極間ギャップEGを埋めることで、電極間ギャップEGへの異物の混入、又は、その後の工程で使用されるフォトレジスト等の残留等を防止することが出来る。
In this way, after the ion implantation into the interelectrode gap EG, the insulating
次ぎに、図6(F)に示すように、膜厚が300Å程度の酸素遮蔽機能を有する窒化シリコン(SiN)膜をCVD等により堆積させることによりギャップ幅拡大防止膜16pを形成する。なお、窒化シリコン膜の代わりに、炭化シリコン(SiC)膜を用いてギャップ幅拡大防止膜16pを形成するようにしてもよい。ギャップ幅拡大防止膜16pは、その後の酸化性雰囲気中での酸化工程によって転送電極16が酸化して電極間ギャップEGが拡がるのを防ぐ役割を持つ。
Next, as shown in FIG. 6F, a gap
図7は、本発明の実施例による光電変換素子形成工程を説明するための断面図である。なお、図7に示す断面図は、図2のC−Dに沿って固体撮像装置1を切断した場合のものである。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a photoelectric conversion element forming step according to an embodiment of the present invention. Note that the cross-sectional view shown in FIG. 7 is obtained by cutting the solid-
図7(A)に示すように、転送電極16となるべき電極材16aの上方にフォトレジストマスク36を形成する。その後、図7(B)に示すように、フォトレジストマスク36をマスクとして光電変換素子部12p上方のギャップ幅拡大防止膜16p及び絶縁膜17をエッチングにより除去する。さらに、図7(C)に示すように、光電変換素子部12p上方の電極材16aをエッチングにより除去する。なお、電極材16a等のエッチングは、例えば、RIE(ReactiveIon Etching)法等により行われる。
As shown in FIG. 7A, a
その後、図7(D)に示すように、光電変換素子部12pの酸化膜単層ゲート絶縁膜15を希弗酸等をエッチャントとしてウェットエッチングすることにより除去する。この時同時に、転送電極16上のフォトレジスト膜36も除去される。その後、光電変換素子部12p上のシリコン基板11表面に再度、酸化膜(SiO2)15dを形成し、光電変換素子部12pに不純物イオン打ち込みを行い、光電変換素子12を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 7D, the oxide single-layer
以上、本発明の実施例によれば、ONO膜に代えて酸化膜単層ゲート絶縁膜15を形成するので、ONO膜構造による経時的転送劣化等の諸問題を回避することが出来る。その際に、転送電極16を2層ではなく単層電極構造とすることで、2層ポリシリコン電極と酸化膜単層ゲート絶縁膜を組み合わせた場合に起こる転送効率劣化等の問題を回避することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, since the oxide single-layer
また、本発明の実施例によれば、1回目の酸化膜15aの形成後、光電変換素子12から転送チャネル14への読み出し部11c上方の酸化膜15aを除去し、再度酸化膜15bを形成する。これにより、読み出し部11c上方の酸化膜15gのみを薄く形成することが出来る。従って、読み出し特性を向上させ、低電圧駆動又は高い飽和容量の確保が可能となる。
In addition, according to the embodiment of the present invention, after the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組合せ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1…固体撮像装置、2…受光領域、3…HCCD、4…周辺回路、11…半導体基板、12…光電変換素子、13…チャネルストップ、14、…垂直転送チャネル、15…酸化膜単層ゲート絶縁膜、16…転送電極、ゲート電極、17…絶縁膜、18…遮光膜、19、21…平坦化層、20…カラーフィルタ層、22…マイクロレンズ、34、35、36…フォトレジストマスク
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記半導体基板の受光領域に配置される多数個の光電変換素子と、
各光電変換素子の列間に垂直方向に配列された複数の垂直電荷転送チャネルと前記垂直電荷転送チャネル上方に形成され水平方向に配列された複数の転送電極を含む垂直電荷転送装置と、
前記垂直電荷転送装置を構成する転送電極を兼ねた読み出し電極を含み、前記複数個の光電変換素子のそれぞれに対応し、該対応する光電変換素子に蓄積される信号電荷を、行方向に隣接する前記垂直電荷転送チャネルに読み出す読み出し部と、
前記垂直電荷転送チャネルと前記転送電極間に酸化膜単層で形成され、前記読み出し部における膜厚が他の部分よりも薄く形成されるゲート酸化膜と
を有する固体撮像装置。 A semiconductor substrate defining a two-dimensional surface;
A large number of photoelectric conversion elements disposed in the light receiving region of the semiconductor substrate;
A vertical charge transfer device including a plurality of vertical charge transfer channels arranged in a vertical direction between columns of photoelectric conversion elements and a plurality of transfer electrodes formed above the vertical charge transfer channels and arranged in a horizontal direction;
A readout electrode that also serves as a transfer electrode that constitutes the vertical charge transfer device is included, corresponding to each of the plurality of photoelectric conversion elements, and signal charges accumulated in the corresponding photoelectric conversion elements are adjacent in the row direction. A readout section for reading to the vertical charge transfer channel;
A solid-state imaging device having a gate oxide film formed as a single oxide film layer between the vertical charge transfer channel and the transfer electrode and having a thickness smaller than that of the other part in the readout portion.
(b)光電変換素子及び垂直転送チャネルに対応する領域に不純物拡散を行う工程と、
(c)半導体基板上に第1の酸化膜を形成する工程と、
(d)光電変換素子から垂直転送チャネルへの信号電荷読み出し部上方に形成された前記第1の酸化膜を選択的に除去する工程と、
(e)前記第1の酸化膜及び前記半導体基板の信号電荷読み出し部上に、第2の酸化膜を形成する工程と、
(f)前記第2の酸化膜上に、転送電極を形成する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。 (A) providing a semiconductor substrate defining a two-dimensional surface;
(B) performing impurity diffusion in a region corresponding to the photoelectric conversion element and the vertical transfer channel;
(C) forming a first oxide film on the semiconductor substrate;
(D) selectively removing the first oxide film formed above the signal charge reading portion from the photoelectric conversion element to the vertical transfer channel;
(E) forming a second oxide film on the first oxide film and the signal charge readout portion of the semiconductor substrate;
(F) A method for manufacturing a solid-state imaging device, including a step of forming a transfer electrode on the second oxide film.
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JPH03125474A (en) * | 1989-10-11 | 1991-05-28 | Toshiba Corp | Solid state imaging device |
JP2002198508A (en) * | 2000-12-26 | 2002-07-12 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid-state image pickup element |
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2005
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