JP2007294540A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反射光を抑制することにより感度を向上できるとともに、反射防止膜としてシリコン窒化膜を採用した場合であっても、暗出力、白キズを十分に抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、受光部(13)上の反射防止膜(18a,19a)は、ゲート絶縁膜(11)と、シリコン酸化膜(18a)と、シリコン酸化膜(18a)の屈折率より大きくかつ半導体基板(10)の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜(19a)との積層膜からなり、シリコン酸化膜(18a)及びキャップ膜(19a)の膜厚は、受光部(13)に入射するエネルギー線のうち所定の波長成分を有するエネルギー線に対する受光部(13)からの反射が最小になるように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、フォトダイオード上に反射防止膜を備えたＭＯＳ型固体撮像装置及び製造方法に関する。

従来から、固体撮像装置として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置が提案されている。ＣＣＤ型固体撮像装置は、フォトダイオードで生成された信号電荷を、隣接する画素を介して順次転送し、画像信号を出力する構造の固体撮像装置である。本構造は、高速化には不向きであるが、ＣＣＤ型固体撮像装置の製造に最適化された専用プロセスが使用されるため、高感度かつ低暗出力（低暗電流）のフォトダイオードを形成することができる。このため、Ｓ／Ｎ比の高い画素を実現することができ、この特徴を生かしてカメラ等に広く用いられてきた。

近年、カメラの撮像能力の高速化が求められており、固体撮像装置においても高速化が要求されている。これに対応するのがＭＯＳ型固体撮像装置に代表される増幅型固体撮像装置である。増幅型固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置のように信号電荷を順次転送する必要がなく、個々の画素から直接に画像信号を取り出す構造であるため高速化に対応可能である。

しかし、ＭＯＳ型固体撮像装置を製造する際に、ＣＭＯＳロジックプロセスをそのまま使用すると、上述のＣＣＤプロセスのようにフォトダイオードの感度・撮像上の白キズ・暗出力（暗電流）に対する施策が施されていないため、画像信号のＳ／Ｎ比が低くなるという問題があった。このため、ＭＯＳ型固体撮像装置では、フォトダイオードの高感度化及び白キズ低減、低暗出力化が最も重要な課題となっている。

以下、従来のＭＯＳ型固体撮像装置の構造について図面を参照しながら説明する。図３はＭＯＳ型固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図である。

図３に示す画素は、フォトダイオード２３（以下、受光部２３という。）と、転送用トランジスタ３１、増幅用トランジスタ３２、及びリセット用トランジスタ３３の３個のトランジスタを備えている（以下、適宜、これらを能動素子という。）。ここで、転送用トランジスタ３１は、受光部２３からシリコン基板２０に形成された拡散層である検出部２４ａに信号電荷の転送を行うトランジスタであり、増幅トランジスタ３２は検出部２４ａの電位に応じた信号を出力するトランジスタである。また、リセット用トランジスタ３３は、信号電荷により変動した検出部２４ａの電位を初期電位にリセットするトランジスタである。

図３に示すように、転送用トランジスタ３１は、Ｐ型シリコン基板２０内に形成されたＮ型の不純物拡散領域である受光部２３と、当該受光部２３と所定の間隔をおいて形成されたＮ型の不純物拡散領域である検出部２４ａと、両不純物拡散領域の間のシリコン基板２０の表面にゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜２１を介して形成されたゲート電極２２（以下、転送ゲート電極２２という。）とで構成される。ここで、受光部２３は転送トランジスタ３１のソースを構成し、検出部２４ａは転送トランジスタ３１のドレインを構成している。

なお、図３の例では、転送トランジスタ３１は、高不純物濃度を有する検出部２４ａ端部での電界集中を緩和するためのＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を有している。すなわち、検出部２４ａの受光部２３側に当該検出部２４ａに比べて低い不純物濃度を有するＬＤＤ部２４ｂが設けられている。

このようなＬＤＤ構造２４ｂと検出部２４ａは、転送ゲート電極２２及び絶縁分離部２７をマスクとした第１のイオン注入と、サイドウォール３４、転送ゲート電極２２及び絶縁分離部２７をマスクとした第２のイオン注入とを行うことで形成される。ここで、第１のイオン注入は、ＬＤＤ部２４ｂの不純物濃度に応じたドーズ量で行われ、第２のイオン注入は、検出部２４ａの不純物濃度に応じたドーズ量で行われる。

なお、絶縁分離部２７は、各画素及び各能動素子を電気的に分離するために、ＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）等により設けられたフィールド酸化膜である。また、図３の例では、受光部２３は、シリコン基板２０の表面近傍に、高不純物濃度のＰ型不純物領域である表面Ｐ型層２５が設けられた埋め込みダイオード構造になっている。

さらに、図３において、便宜上、端子４１、４２、４３を示しているが、これらの端子は、実際の固体撮像装置では、各画素を連結する配線に接続されている。ここで、端子４１は、増幅用トランジスタ３２から信号が出力される出力端子である。また、端子４２は、増幅用トランジスタ３２及びリセット用トランジスタ３３に電源電位を供給する電源端子であり、端子４３は、検出部２４ａに蓄積された信号電荷を一定期間ごとに電源端子４２側に排出させる制御信号が入力される制御端子である。

従来のＭＯＳ型固体撮像装置では、転送用トランジスタ３１のゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜２１が、通常、シリコン基板２０の全面を酸化する熱酸化法により形成される。このため、シリコン酸化膜２１は、ゲート電極２２の直下のシリコン基板表面だけでなく受光部２３のシリコン基板表面にも形成される。シリコン酸化膜２１を受光部２３上に残す理由は、サイドウォール３４を形成する時、受光部２３表面に対する異方性エッチングダメージによる暗電流や白キズを防止するために、サイドウォールエッチング時にはレジストにて受光部２３を保護するためにシリコン酸化膜２１が残る。

このような構造を有する受光部２３では、シリコン基板２０の屈折率（ｎ_Si＝約３．５）とシリコン酸化膜２１の屈折率（ｎ_SiO2＝約１．４５）とが異なるため、受光部２３に入射しようとする光の一部は、シリコン基板２０とシリコン酸化膜２１との界面（シリコン基板２０の表面）でシリコン酸化膜２１側に反射され、固体撮像装置の外部に放出されてしまう。このため、受光部２３に到達する光量が減少し、画素の感度が低下するという問題があった。

この対策として、受光部２３上に反射防止膜を備える構造が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図４は、反射防止膜を備えた従来の固体撮像装置の画素を示す概略断面図である。

図４に示すように、反射防止膜２９ａは、上記シリコン酸化膜２１上に形成される。ここで、反射防止膜２９ａの端部は、受光部２３を確実に被覆するために、ゲート電極２２の上部と、受光部２３の外周に形成された絶縁分離部２７上に設けられ、転送用トランジスタ３１の検出側には反射防止膜からなる２９ｂとシリコン酸化膜２６ｂの積層構造からなるサイドウォールが形成される。なお、反射防止膜２９ａ、２９ｂを除く他の構造は、図４に示した固体撮像装置と同一である。

一般に、反射防止膜２９ａには、シリコン基板２０の屈折率より小さく、かつシリコン酸化膜２１の屈折率より大きい屈折率を有する材料が使用される。これらの材料としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、チタン酸化膜、タンタル酸化膜等がある。ここでは、反射防止膜２９ａとして、ＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition）により形成されたシリコン窒化膜（ｎ_SiNx＝２．０）が形成されている。

このように、シリコン窒化膜からなる反射防止膜２９ａをシリコン酸化膜２１上に設けたことにより、シリコン基板２０の表面で反射された光は、シリコン酸化膜２１とシリコン窒化膜２９ａとの界面でシリコン基板２０側に反射される。このため、シリコン基板２０の表面で反射された光が外部に放出される割合を減少させることができる。

なお、図３、図４のいずれの固体撮像装置においても、その上面にはシリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜が形成され、当該層間絶縁膜上には、受光部２３以外の領域に光が入射することを防止する遮光膜や、水分等の進入を防止するシリコン窒化膜等からなるパッシベーション膜等が形成される。
特開２０００−１２８２２号公報

近年のセル微細化に伴いトランジスタサイズも縮小化してシリコン酸化膜２１も薄膜化されているが、直接応力が強いシリコン窒化膜２９ａを表面Ｐ型層２５上に直接設けると、白キズや暗電流が発生する。シリコン窒化膜２９ａの応力が強いと、受光部２３や表面Ｐ型層２５部に結晶欠陥を生じる可能性があるため、固体撮像装置のＳ／Ｎ比が低下する。また、ゲート電極２２上に応力の強いシリコン窒化膜２９ａを被覆すると電極下部に結晶欠陥が生じ、白キズや暗電流が増大するという問題も懸念される。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、反射光を抑制することにより感度を向上できるとともに、反射防止膜としてシリコン窒化膜を採用した場合であっても、白キズや暗電流を十分に抑制するともに工程数低減によりウェハコスト下げることができる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。

本発明の固体撮像装置は、半導体基板内に形成された受光部及び拡散領域と、前記受光部と拡散領域との間の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記受光部を被覆する反射防止膜と、前記拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置であって、前記受光部上の反射防止膜は、
ａ．ゲート絶縁膜と、
ｂ．シリコン酸化膜と、
ｃ．前記シリコン酸化膜の上層に形成され、前記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜
との積層膜からなり、前記シリコン酸化膜及び前記キャップ膜の膜厚は、前記受光部に入射するエネルギー線のうち所定の波長成分を有するエネルギー線に対する前記受光部からの反射が最小になるように設定されていることを特徴とする。

本発明の別の固体撮像装置は、半導体基板内に形成された受光部及び拡散領域と、前記受光部と拡散領域との間の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記受光部を被覆する反射防止膜と、前記拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置であって、前記受光部上の反射防止膜は、
ａ．ゲート絶縁膜と、
ｂ．シリコン酸化膜と、
ｃ．前記シリコン酸化膜の上層に形成され、前記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜
との積層膜からなり、前記反射防止膜の端部は前記ゲート電極の近傍でかつオーバーラップしない位置に存在することを特徴とする。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、受光部上に反射防止膜を備えかつゲート電極上に反射防止膜を被覆しない固体撮像装置の製造方法において、半導体基板の表面部に受光部を形成する工程と、
前記半導体基板上、かつ、前記受光部に囲むように隣接する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、少なくとも前記受光部上のゲート絶縁膜上に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜上に、当該シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜を形成する工程と、前記キャップ膜上にＣＶＤ法によりサイドウォールを形成するためのシリコン酸化膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜とキャップ膜、サイドウォールを形成するシリコン酸化膜からなる積層膜上にリソフラフィーにより反射防止膜を形成するマスク部分をパターニングを形成する工程と、前記パターニング後に受光部上の反射防止膜とゲート電極にサイドウォールを一括して形成する工程と、前記サイドウォールを形成後、自己整合的にソースドレイン注入を含むことを特徴とする。

本発明は、前記受光部と拡散領域のゲート電極側面の片側のサイドウォールは、シリコン酸化膜とキャップ膜とサイドウォール形成時のシリコン酸化膜からなる構成である。本構成は、キャップ膜として、特にシリコン窒化膜を採用した場合に好適である。

上記受光部上に形成される反射防止膜の被覆領域は、受光部全面を被覆しており、受光部と拡散領域に跨って形成される転送ゲート電極上や拡散領域であって受光部を囲むように形成された増幅トランジスタやリセットトランジスタのゲート電極上には反射防止膜は被覆しないレイアウトであって、反射防止膜端は、受光部上に囲まれた上記トランジスタのゲート電極側面のサイドウォール部に形成されることが望ましい。

また、他の観点では、本発明は上記固体撮像装置の製造方法を提供する。すなわち、半導体基板の表面部に受光部を形成し、半導体基板上、かつ、前記受光部に囲むように隣接する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する。また、少なくとも前記受光部上のゲート絶縁膜上に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する。そして、前記シリコン酸化膜上に、シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜を形成する。更に、キャップ膜上にＣＶＤ法によりサイドウォールを形成するためのシリコン酸化膜を形成する。

上記固体撮像素子の製造方法においては、シリコン酸化膜とキャップ膜、サイドウォールを形成するシリコン酸化膜からなる積層膜上にリソグラフィーにより反射防止膜を形成するマスク部分をパターニングを形成する。そして、前記パターニング後に受光部上の反射防止膜とゲート電極にサイドウォールを一括して形成する工程を含む。このとき、一括して形成する手法はドライエッチング法にて行うことが望ましい。更に、サイドウォールを形成後、自己整合的にソースドレイン注入により製造される。また、上記キャップ膜としては、シリコン窒化膜を使用できる。

本発明によれば、受光部上のゲート絶縁膜と反射防止膜の間にシリコン酸化膜を形成し、かつ反射防止膜が被覆する領域は、受光部全面を被覆しており、受光部と拡散領域に跨って形成される転送ゲート電極上や拡散領域であって受光部を囲むように形成された増幅トランジスタやリセットトランジスタのゲート電極上には反射防止膜は被覆しないレイアウトであって、反射防止膜端は、受光部上に囲まれた上記トランジスタのゲート電極側面のサイドウォール部に形成することができる。このため、反射防止膜により感度を向上させることが可能であるとともに、白キズや暗電流を抑制することができるためＳ／Ｎが向上した固体撮像素子を提供できる。また、受光部上の反射防止膜とゲート電極側面のサイドウォールを一括して形成する工程を含むため、工程数を削減できウェハの製造コストを安くすることも実現できる。

以下、本発明に係る固体撮像装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図である。ここでは、上述の従来固体撮像装置と同様に、拡散領域にアクティブ型の読み出し回路を接続した構造を有する固体撮像装置に適用した例に基づいて本発明を説明する。

図１に示すように、本発明の固体撮像装置は、光電変換により受光部１３で生成された信号電荷を、受光部１３から拡散領域１４ａに転送し、当該拡散領域１４ａで生じる電位変化を出力する方式を採用した固体撮像装置である。

転送トランジスタ３１は、ソースである受光部１３と、ドレインである拡散領域１４ａと、受光部１３と拡散領域１４ａとの間の半導体基板１０の表面に絶縁膜１１を介して設けられたゲート電極１２（以下、転送ゲート１２という。）とから構成されている。

拡散領域１４ａは、増幅用トランジスタ３２のゲート及び、リセット用トランジスタ３３のソースと電気的に接続されており、フローティングディフュージョンを構成している。（以下、拡散領域１４ａを検出部１４ａという。）。また、増幅用トランジスタ３２のドレイン、及びリセット用トランジスタ３３のドレインは共通化され、電源電位が供給される電源端子４２に電気的に接続されている。なお、各トランジスタは、上記従来の固体撮像装置と同様の動作を行う。

また、図示していないが、増幅トランジスタ３２のソースは、負荷トランジスタ及び負荷抵抗を介して接地電位に選択的に接続される構成になっており、接地電位に接続された場合に、ソースフォロアが構成され、出力信号が出力端子４１から出力されるようになっている。

受光部１３及び検出部１４ａは、Ｐ型シリコン基板１０内にイオン注入等により形成されたＮ型不純物領域として構成される。受光部１３の不純物濃度は、光電変換が可能な濃度であればよいが、１０×１０¹⁵ｃｍ^-3〜１０×１０¹⁶ｃｍ^-3程度に調整されることが好ましい。また、受光部１３は、基板表面から０．５〜２．０μｍ程度の深さにわたって形成されていることが適当である。なお、図１では、従来の固体撮像装置と同様に、表面Ｐ型層１５を設けた埋め込み構造を採用しているが、本発明は、表面Ｐ型層１５を備えない固体撮像装置にも適用可能である。

一方、検出部１４ａの不純物濃度は、金属配線によるオーミック接続が可能な濃度であればよいが、１０×１０²⁰ｃｍ^-3以上であることが好ましい。また、検出部１４ａは、基板表面から０．２〜０．４μｍ程度の深さにわたって形成されていることが適当である。

さらに、検出部１４ａのゲート電極側端部にはシリコン酸化膜からなるサイドウォール５０を設けるとともに、サイドウォール５０の直下のシリコン基板１０に検出部１４ａよりも低不純物濃度のＮ型不純物拡散領域１４ｂ（以下、ＬＤＤ部１４ｂという。）が形成されていることが望ましい。当該ＬＤＤ部の不純物濃度は１０×１０¹⁸ｃｍ^-3〜１０×１０¹⁹ｃｍ^-3程度とすればよい。

本発明に係る固体撮像装置では、キャップ膜１９ａが、受光部１３上に絶縁膜１１介して形成されたシリコン酸化膜１８ａ上に形成される。ここで、キャップ膜１９ａは、少なくとも受光部１３を被覆するシリコン窒化膜からなり、当該キャップ膜１９ａの下層にＣＶＤ法により形成されたシリコン酸化膜１８ａとが積層された構造を有する。

シリコン酸化膜１８ａは、例えば、アルコキシ系化合物であるテトラエトキシシラン（tetraethoxysilane、Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄、以下、ＴＥＯＳという。）を有機ソース材料としたＣＶＤ法により、受光部１３を被覆する領域に成膜される。図１の例では、シリコン酸化膜１８ａを、転送ゲート１２のゲート絶縁膜と共通に形成された絶縁膜１１上に成膜している。特に、シリコン酸化膜１８ａは、TEOS膜に限らずHTO（High Temperateure Oxide）などのシリコン酸化膜でもかまわない。

当該シリコン酸化膜１８ａは、例えば、ホットウォール減圧ＣＶＤ法により成膜することができる。このとき、５００℃〜７００℃の成膜温度において、ＴＥＯＳに対して十分な酸素を供給することで、Ｓｉ(ＯＣ₂Ｈ₅)₄＋１２Ｏ₂→ＳｉＯ₂＋８ＣＯ₂＋１０Ｈ₂Ｏの反応機構により、シリコン酸化膜１８ａが成膜される。

また、キャップ膜１９ａであるシリコン窒化膜は、シリコン酸化膜１８ａ上に、例えば、ホットウォール減圧ＣＶＤ法により形成することができる。この場合、７００℃〜８００℃の成膜温度において、３ＳｉＨ₂Ｃｌ₂＋４ＮＨ₃→ＳｉＮ₃＋６ＨＣｌ＋６Ｈ₂ の反応機構により、シリコン窒化膜が成膜される。

上記膜構成にて反射防止膜の役割を果たす膜厚は、例えば、キャップ膜１９ａの膜厚を４０〜６０ｎｍとし、ゲート絶縁膜１１の膜厚を５〜１０ｎｍと反射防止膜のシリコン酸化膜１８ａの膜厚を２０〜２５ｎｍとしての合計膜厚を１０〜３０ｎｍ積層すると、反射光の強度を弱めることが可能となり、好ましい。

ところで、シリコン酸化膜１８ａ及びキャップ膜１９ａの膜厚は上記膜厚に限定されるものではなく、反射を防止する波長に応じて適宜設計すれることが可能である。例えば、可視光領域（３８０〜７８０ｎｍ）内で比較的平坦な分光特性の反射防止膜を得るには、中心波長の５５０ｎｍの光を最も反射抑制することが重要である。この場合、反射率を低減させる反射防止膜の光学距離換算膜厚は条件 ｍ＋λ／４（ｍ：自然数）を満足し、λ＝５５０ｎｍの場合は、ｍ＋１３７．５ｎｍになる。ここで、シリコン酸化膜の屈折率はｎ_SiO2＝１．４５であり、シリコン窒化膜の屈折率はｎ_SiNx＝２．０であるので、（ゲート絶縁膜１１の膜厚＋シリコン酸化膜１８ａの膜厚）×１．４５+シリコン窒化膜１９ａの膜厚×２．０＝ｍ＋１３７．５ｎｍの条件を満たす膜厚の組み合わせを選択すれば、５５０ｎｍの光を反射抑制することができる。

更に、キャップ膜１９ａ上にＣＶＤ法によりサイドウォールを形成するためのシリコン酸化膜１６ａを形成する。この時のシリコン酸化膜膜厚は、トランジスタのサイズにもよるが、厚み３０〜１２０ｎｍで成膜される。

以上のようにシリコン酸化膜１８ａとキャップ膜１９ａ、サイドウォールを形成するシリコン酸化膜１６ａからなる積層に成膜された上にリソグラフィーにより反射防止膜を形成するマスク部分をパターニングを形成する。そして、当該レジストパターンをエッチングマスクとして受光部１３上のキャップ膜１９ａとゲート電極１２にサイドウォール５０を一括してドライエッチング法にて選択的に除去する。このとき、マスク部分特にマスクエッジ部分は、ゲート電極を被覆せず露光装置の重ね合わせのばらつき精度を加味した余裕度分だけゲート電極端から離して形成され、ゲート電極部と反射防止膜端は５４のような構造になる。また、サイドウォール５０は、シリコン酸化膜１８ｂとキャップ膜１９ｂとシリコン酸化膜１６ｂからなる。更に、サイドウォール５０を形成後、自己整合的にソースドレイン注入により検出部１４ａが形成される。ゲート絶縁膜１１の膜厚を５〜１０ｎｍ、シリコン酸化膜１８ａの膜厚を２０〜２５ｎｍ、キャップ膜１９ａの膜厚を３５〜５５ｎｍ、サイドウォールを形成するシリコン酸化膜１６ａの膜厚を８０〜１００ｎｍとする。合計膜厚の好ましい範囲は１５０〜１８０ｎｍである。

また、図示を省略しているが、画素部の上層には、シリコン酸化膜等からなる層間絶縁膜等を介して、受光部１３以外の領域に光が入射することを防止する遮光膜が設けられる。当該遮光膜を構成する材料は、遮光性を有する物質であれば特に限定されないが、アルミニウム、タングステンシリサイド等が一般的である。遮光膜の好ましい膜厚は５５０〜６５０ｎｍである。

次に本発明に係る固体撮像装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。図２は、本発明の固体撮像装置の画素部のレイアウト図である。

図２に示すように一画素部を示す構成は５５からなり、まず活性化領域５２が形成され、絶縁分離部１７が形成されている。転送トランジスタ１２、増幅用トランジスタ３２、リセット用トランジスタ３３が形成されている。上記のトランジスタはコンタクト部５１を通じて配線部と接続され電源端子などに通じている。

反射防止膜形成領域は５３のようになり、受光部１３を被覆している。この時、反射防止膜形成領域５３を取り囲むように配置されているトランジスタ（１２、３２、３３）のゲート電極部と反射防止膜端部の構造は、５４のようシリコン酸化膜１８ａとキャップ膜１９ａとシリコン酸化膜１６ａの積層構造を形成し、上記トランジスタのゲート電極部上には、反射防止膜は被覆しない。

その他の反射防止膜形成領域５３を取り囲む以外のトランジスタ（１２、３２、３３）のゲート電極側壁部の構造は、５０に示すようなシリコン酸化膜１８ａとキャップ膜１９ａとシリコン酸化膜１６ａからなるサイドウォール構造を形成している。

以上のような、反射防止膜５３がゲート電極１２を被覆しない構造となっている固体撮像装置（図５Ａ）と、従来の、転送ゲート電極上に一部反射防止膜５３がオーバーラップして形成されている固体撮像装置（図５Ｂ）との感度、暗出力、白キズを測定した。

具体的な測定条件は次のとおりである。
（１）感度：テスターにて動作条件は、２チャンネル全画素読出しモード４．２ｆｐｓ、検査温度６０±１℃、光源は標準電球を用いて照度１．４２ｌｘにて検査を実施し、全画素部の有効エリアの平均出力値の電圧出力値をもとに判定を実施した。
（２）暗出力：テスターに動作条件は、２チャンネル全画素読出しモード４．２ｆｐｓ、検査温度６０±１℃、光源は標準電球を用いて照度０ｌｘにて検査を実施し、全画素部の有効エリアの平均出力値の電圧出力値をもとに判定を実施した。
（３）白キズ：テスターにて動作条件は、２チャンネル全画素読出しモード４．２ｆｐｓ、検査温度６０±１℃、照度０ｌｘにて検査を実施し、キズと判定される電圧値を設定した後全画素部の有効エリアの欠陥個数をもとに判定を実施した。

その結果、反射防止膜５３の被覆面積が大きい従来の固体撮像装置においては感度特性が、前者の固体撮像装置よりも若干上回ったが、暗出力特性及び白キズ特性は前者の場合よりも悪化していた。結果を表１に示す

この結果より、反射防止膜５３の受光部への被覆面積が大きい場合は、受光部の感度特性が向上するが、反射防止膜５３がゲート電極（１２，３２，３３）に被覆しない構造であれば、暗出力や白キズ特性が悪化することを防ぐことができるといえる。

以上説明したことから、本発明による固体撮像装置の構造がキャップ膜１９ａの下に形成されるシリコン酸化膜１８ａと受光部１３を被覆するが、ゲート電極（１２、３２、３３）を被覆しないキャップ膜１９ａとなっていることにより、反射防止膜の効果により感度を向上させることが可能であるとともに、暗出力や白キズを抑制することができる。また、本発明は、上述のように、キャップ膜１９ａとして、シリコン窒化膜のような膜を採用した場合に、特に、顕著な効果を得ることができる。また、受光部上の反射防止膜とゲート電極側面のサイドウォールを一括して形成する工程を含むため、工程数を削減できウェハの製造コストを安くすることも実現できる。

本発明に係る固体撮像素子によれば、シリコン酸化膜１８ａをキャップ膜１９ａとゲート絶縁膜１１に挿入することにより、シリコン基板１０からの反射を最小に抑制することができるため、感度特性を向上させることが可能である。また、ギャップ膜１９ａは、シリコン窒化膜のような膜を採用した場合には応力が強い膜のためにゲート絶縁膜１１上の直接成膜すると、ゲート絶縁膜１１が薄いため応力を緩和させるバッファー層の役割を果たせず、シリコン基板１０への応力が増大し、シリコン基板１０への結晶欠陥を誘発して暗出力、白キズ特性を悪化させるが、シリコン酸化膜１８ａを挿入することにより応力を緩和させるバーファー層の役割を果たし暗出力、白キズ特性の向上に効果がある。

さらに本発明に係る固体撮像素子によれば、ギャップ膜１９ａはゲート電極１２上を被覆しない構造であるために、キャップ膜１９ａの膜応力の副作用によるゲート電極１２下のシリコン基板１０に対して結晶欠陥が発生しないためにリーク電流が抑制され暗出力、白キズ特性の向上に効果がある。

さらに本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、反射防止膜として構成されるゲート絶縁膜１１、シリコン酸化膜１８ａ、キャップ膜１９ａとサイドウォール５０にて構成される積層膜をドライエッチングにて一括して形成するために、工程数を削減することができウェハの製造コストを下げる効果もある。

なお、上記説明では、画素が検出部を備え、当該検出部に接続された読み出し回路が増幅器を備えたアンプ回路であるアクティブ型である固体撮像装置を例示して説明したが、上記構成も本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明は、各画素が、受光部及び拡散領域と、当該受光部と拡散領域との間の半導体基板表面上に形成されたゲート電極と、受光部又は拡散領域と接続した読み出し回路とを備えた固体撮像装置であれば、各画素の回路形式については任意の構成を採用することができる。例えば、画素内の読み出し回路に増幅器を備えていないパッシブ型の固体撮像装置であっても適用可能であり、受光部に読み出し回路が直接接続された固体撮像装置であっても適用可能である。なお、受光部に読み出し回路が直接接続された固体撮像装置では、上記ゲート電極はリセットトランジスタのゲート電極として機能し、上記拡散領域が、リセットトランジスタのドレインとして機能する。

本発明によれば、高いＳ／Ｎ比を有する固体撮像装置を実現することができるという効果を有し、高速かつ高Ｓ／Ｎ比が要求される、高級一眼レフタイプディジタルスチルカメラを始め、民生用、プロ用ディジタルスチルカメラ用固体撮像装置、ハイビジョン動画撮像を主体とする放送用機器の固体撮像装置等として特に有用である。

本発明に係る一実施例の固体撮像装置の画素部の構造を示す概略断面図。 本発明に係る一実施例の固体撮像装置の画素部のレイアウト図。 従来の固体撮像装置の画素部を示す概略断面図。 従来の固体撮像装置の画素部を示す概略断面図。 図５Ａは本発明の一実施例における固体撮像装置の反射防止膜のバターンを示し、図５Ｂは従来の固体撮像装置の反射防止膜のパターンを示す概略平面図。

符号の説明

１０，２０ シリコン基板
１１，２１ ゲート絶縁膜
１２，２２ 転送ゲート電極
１３，２３ 受光部
１４ａ，２４ａ 検出部
１４ｂ，２４ｂ 検出部のＬＤＤ部
１５，２５ 表面Ｐ型層
１６ａ，１６ｂ，２６ａ，２６ｂ シリコン酸化膜
１７，２７ 絶縁分離部
１８ａ，１８ｂ シリコン酸化膜
１９ａ，１９ｂ，２９ａ，２９ｂ シリコン窒化膜（キャップ膜）
３１ 転送トランジスタ
３２ 増幅用トランジスタ
３３ リセット用トランジスタ
３４ 従来例のサイドウォール
４１，４２，４３ 端子
５０ サイドウォール
５１ コンタクト部
５２ 活性化領域
５３ 反射防止膜形成領域
５４ ゲート電極部と反射防止膜端部の構造
５５ １画素の構成

Claims (7)

1. 半導体基板内に形成された受光部及び拡散領域と、前記受光部と拡散領域との間の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記受光部を被覆する反射防止膜と、前記拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置であって、
   前記受光部上の反射防止膜は、
   ａ．ゲート絶縁膜と、
   ｂ．シリコン酸化膜と、
   ｃ．前記シリコン酸化膜の上層に形成され、前記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜
   との積層膜からなり、
   前記シリコン酸化膜及び前記キャップ膜の膜厚は、前記受光部に入射するエネルギー線のうち所定の波長成分を有するエネルギー線に対する前記受光部からの反射が最小になるように設定されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 半導体基板内に形成された受光部及び拡散領域と、前記受光部と拡散領域との間の半導体基板表面にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記受光部を被覆する反射防止膜と、前記拡散領域と電気的に接続された読み出し回路とを有する画素が複数配置された固体撮像装置であって、
   前記受光部上の反射防止膜は、
   ａ．ゲート絶縁膜と、
   ｂ．シリコン酸化膜と、
   ｃ．前記シリコン酸化膜の上層に形成され、前記シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜
   との積層膜からなり、
   前記反射防止膜の端部は前記ゲート電極の近傍でかつオーバーラップしない位置に存在することを特徴とする固体撮像装置。
3. 前記キャップ膜はシリコン窒化膜である請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記反射防止膜は前記ゲート電極の側壁に接している請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 受光部上に反射防止膜を備えかつゲート電極上に反射防止膜を被覆しない固体撮像装置の製造方法において、
   半導体基板の表面部に受光部を形成する工程と、
   前記半導体基板上、かつ、前記受光部に囲むように隣接する位置にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
   少なくとも前記受光部上のゲート絶縁膜上に、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記シリコン酸化膜上に、当該シリコン酸化膜の屈折率より大きく、かつ前記半導体基板の屈折率より小さい屈折率を有するキャップ膜を形成する工程と、
   前記キャップ膜上にＣＶＤ法によりサイドウォールを形成するためのシリコン酸化膜を形成する工程と、
   前記シリコン酸化膜とキャップ膜、サイドウォールを形成するシリコン酸化膜からなる積層膜上にリソフラフィーにより反射防止膜を形成するマスク部分をパターニングを形成する工程と、
   前記パターニング後に受光部上の反射防止膜とゲート電極にサイドウォールを一括して形成する工程と、
   前記サイドウォールを形成後、自己整合的にソースドレイン注入を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
6. 前記キャップ膜はシリコン窒化膜である請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記受光部上の反射防止膜とゲート電極にサイドウォールを一括して形成する工程は、ドライエッチング法で行う請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。

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