JP2009259877A - Solid-state image pickup apparatus and method for manufacturing solid-state image pickup apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子としてCCDなどの固体撮像素子を用いた固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device using a solid-state imaging device such as a CCD as an imaging device and a method for manufacturing the same.
CCD型固体撮像装置に代表される固体撮像装置は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の撮像素子として広く利用されており、その需要は益々増加している。また、近年、テレビのハイビジョン化の進行に伴う、撮像装置におけるハイビジョン動画対応等の要求から、固体撮像装置においては、転送周波数の高速化が求められている。 A solid-state image pickup device represented by a CCD type solid-state image pickup device is widely used as an image pickup device of an image pickup device such as a digital still camera or a digital video camera, and the demand thereof is increasing. In recent years, with the progress of high-definition televisions, the demand for high-definition moving image support in imaging devices and the like has led to demands for faster transfer frequencies in solid-state imaging devices.
転送周波数の高速化、即ち、高速転送を可能にする技術として、シャント配線技術が知られている。ここで、従来の固体撮像装置の構成について、図17,図18を用いて説明する。 A shunt wiring technique is known as a technique that enables high-speed transfer, that is, high-speed transfer. Here, the configuration of a conventional solid-state imaging device will be described with reference to FIGS. 17 and 18.
図17は従来の固体撮像装置の構造を示す断面図であり、シャント配線を備えた固体撮像装置の画素部における概略構成を示す断面図である。図18は従来の固体撮像装置における転送電極の概要平面図であって、307、308がそれぞれシャント配線、318、317がそれぞれシャント配線と転送ゲート電極のコンタクト、301が第1相転送ゲート電極、306が第2相転送ゲート電極、305が第3相転送ゲート電極を示す。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structure of a conventional solid-state imaging device, and is a cross-sectional view showing a schematic configuration in a pixel portion of a solid-state imaging device provided with a shunt wiring. FIG. 18 is a schematic plan view of a transfer electrode in a conventional solid-state imaging device, in which 307 and 308 are shunt wirings, 318 and 317 are shunt wiring and transfer gate electrode contacts, 301 is a first phase transfer gate electrode,
図17に示すように、固体撮像装置は、半導体基板101としてn型のシリコン基板を備えている。半導体基板101上には、絶縁膜108を介して、多結晶シリコン膜による転送電極109が形成されている。転送電極109は、p型ウェル中に形成されたn型ウェルからなる転送チャネル103と共に垂直電荷転送部114を構成している。p型ウェル中には、光を電荷に変換すると共に、電荷を蓄積する受光部であるn型フォトダイオード105を有する。フォトダイオード105に蓄積された電荷は、読み出しチャネル107上の転送電極109に読み出し電圧を印加することによって、転送チャネル103に読み出される。一方、転送チャネル103の読み出しチャネル107と反対側には高濃度のp型領域104を設けて、転送電極109に読み出し電圧が印加されても、反対側のフォトダイオードに蓄積された電荷が転送チャネル103に流入することを防止している。また、転送電極109は、層間絶縁膜110によって被覆されている。層間絶縁膜110の上には、金属製の遮光膜111が、垂直方向に配列された画素の列(画素列)に沿ってストライプ状に形成されている。遮光膜111は、層間絶縁膜110を貫通するコンタクト113によって転送電極109に電気的に接続されているため、転送電極が低抵抗化され、高速転送が可能となる(例えば、特許文献1参照)。
上記従来の固体撮像装置において、遮光膜111(転送電極109)には、少なくとも3種類の電圧が印加される。具体的には、垂直電荷転送部114に電荷の読み出しを行わせるための電圧VH(10〜20V程度)と、垂直電荷転送部に電荷を蓄積させるための電圧VM(約0V)と、垂直電荷転送部にバリアを形成させるための電圧VL(−5V〜−10V)とである。転送電極109に電圧VH(10〜20V程度)を印加して、フォトダイオード105に蓄積された電荷を転送チャネル103に読み出したあと、電圧VLと電圧VMが転送電極に印加されて、転送チャネル内の電荷を転送する。
In the conventional solid-state imaging device, at least three kinds of voltages are applied to the light shielding film 111 (transfer electrode 109). Specifically, the voltage VH (about 10 to 20 V) for causing the vertical
しかしながら、複数個の遮光膜111全てに、同時に同レベルの電圧が印加されるわけではなく、隣接する遮光膜111間において、印加されている電圧のレベルは異なっている。また、遮光膜111は、垂直方向における画素列毎に設けられていることから、遮光膜111から半導体基板101の表層側の界面までの間に印加されている電圧のレベルは、隣接する画素列間において異なっている。
However, the same level of voltage is not applied to all the plurality of
例えば、図18の遮光膜307に信号電荷を読み出すための電圧VH(10〜20V程度)を印加するとする。その際、転送電極301にはコンタクト318を介して読み出し電圧VH(10〜20V程度)が供給される。しかし、隣接する転送電極306には、遮光膜308よりコンタクト317を介して電圧VL(約−5V〜−10V)が供給されている状態である場合には、電圧VL(約−5V〜−10V)が供給されている転送電極306の上部の遮光膜は、電圧VH(10〜20V程度)状態となるときがあり、表面チャネル領域の実効的な面積が変わって、出力ムラの原因となり、結果、出力画像の画質が劣化するという問題が生じてしまう。
For example, it is assumed that a voltage VH (about 10 to 20 V) for reading signal charges is applied to the
すなわち、図17において、読み出しを意図しない転送電極109bが電圧VLの時に、遮光膜111bに読み出し電圧VHが供給されると、遮光膜111b端部(領域X)の表面チャネル領域において、遮光膜111bがゲート電極の役割を果たして読み出しチャネル107や高濃度p型領域104の表面に正孔を誘起し、実効的に転送チャネル103bの面積が変わるため、局所的に転送不良が生じて、出力画像のムラとなって画質の低下をもたらす。
That is, in FIG. 17, when the read voltage VH is supplied to the
本発明は、上記問題を解消し、出力画像のムラの発生による画質の低下を抑制することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems and suppress deterioration in image quality due to occurrence of unevenness in an output image.
前記の目的を達成するために、本発明における固体撮像装置は、受光領域および転送領域が形成される半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第1の絶縁膜と、前記半導体基板の前記転送領域上に前記第1の絶縁膜を介して形成される転送電極と、前記転送電極の側面に形成されるサイドウォール遮光膜と、前記転送電極および前記サイドウォール遮光膜上を含む全面に形成される第2の絶縁膜と、前記転送電極と電気的に接続されて前記転送電極および前記サイドウォール遮光膜上に前記第2の絶縁膜を介して形成される金属遮光膜とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate in which a light receiving region and a transfer region are formed, a first insulating film formed on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate. A transfer electrode formed on the transfer region via the first insulating film, a sidewall light-shielding film formed on a side surface of the transfer electrode, and formed on the entire surface including the transfer electrode and the sidewall light-shielding film A second light-insulating film, and a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode and formed on the transfer electrode and the side-wall light-shielding film via the second insulating film. Features.
また、前記サイドウォール遮光膜がタングステンを含有することを特徴とする。
また、前記サイドウォール遮光膜がタングステンシリサイド膜であることを特徴とする。
The sidewall light-shielding film contains tungsten.
The sidewall light shielding film is a tungsten silicide film.
また、受光領域および転送領域が形成される半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第1の絶縁膜と、前記半導体基板の前記転送領域上に前記第1の絶縁膜を介して形成される多結晶シリコン膜と、前記多結晶シリコン膜上部および側面に形成される金属シリサイド膜と、前記金属シリサイド膜上を含む全面に形成される第2の絶縁膜と、前記金属シリサイド膜と電気的に接続されて前記金属シリサイド膜上に前記第2の絶縁膜を介して形成される金属遮光膜とを備え、前記多結晶シリコン膜および前記金属シリサイド膜で転送電極を形成することを特徴とする。 Further, the semiconductor substrate on which the light receiving region and the transfer region are formed, a first insulating film formed on the semiconductor substrate, and the first insulating film is formed on the transfer region of the semiconductor substrate via the first insulating film. A polycrystalline silicon film, a metal silicide film formed on and over the polycrystalline silicon film, a second insulating film formed on the entire surface including the metal silicide film, and the metal silicide film electrically And a metal light shielding film formed on the metal silicide film via the second insulating film, and a transfer electrode is formed by the polycrystalline silicon film and the metal silicide film. .
また、前記金属遮光膜がタングステンを含有することを特徴とする。
また、前記第1の絶縁膜がシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の積層膜であることを特徴とする。
Further, the metal light shielding film contains tungsten.
The first insulating film is a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
さらに、固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に受光領域および転送領域が形成される固体撮像装置の製造方法であって、転送電極および遮光膜を形成するに際し、前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にスリットを有するストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記スリット内部を含む全面にシリコン酸化膜を堆積する工程と、前記受光領域上の前記多結晶シリコン膜を選択的に除去して前記多結晶シリコン膜からなる転送電極を形成する工程と、全面にタングステン膜を形成する工程と、前記タングステン膜をエッチングして前記転送電極の側面に前記タングステン膜からなるサイドウォール遮光膜を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。 Furthermore, the method for manufacturing a solid-state imaging device is a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate. When forming a transfer electrode and a light shielding film, a first insulation is formed on the substrate. A step of forming a film, a step of forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape having a slit on the first insulating film, a step of depositing a silicon oxide film on the entire surface including the inside of the slit, and the light receiving region Selectively removing the polycrystalline silicon film above to form a transfer electrode made of the polycrystalline silicon film; forming a tungsten film over the entire surface; etching the tungsten film to form the transfer electrode; Forming a sidewall light-shielding film made of the tungsten film on a side surface; forming an interlayer insulating film on the entire surface; and forming an interlayer insulating film on the transfer electrode Forming a contact hole, characterized in that it comprises a step of forming a metal light-shielding film connected through the interlayer insulating film on the transfer electrode with said transfer electrode and electrically.
また、半導体基板に受光領域および転送領域が形成される固体撮像装置の製造方法であって、転送電極および遮光膜を形成するに際し、前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上にスリットを有するストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記スリット内部を含む全面にシリコン酸化膜を堆積する工程と、前記受光領域上の前記多結晶シリコン膜を選択的に除去して前記多結晶シリコン膜からなる転送電極を形成する工程と、全面にタングステン膜を形成する工程と、熱処理することにより少なくとも前記転送電極側面の前記タングステン膜をシリサイド化する工程と、残留する前記タングステン膜を除去して前記転送電極側面のサイドウォール遮光膜を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。 Further, a method of manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate, and forming a first insulating film on the substrate when forming a transfer electrode and a light shielding film, A step of forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape having a slit on the first insulating film; a step of depositing a silicon oxide film on the entire surface including the inside of the slit; and the polycrystalline silicon film on the light receiving region. A step of selectively removing and forming a transfer electrode made of the polycrystalline silicon film; a step of forming a tungsten film on the entire surface; and a step of siliciding at least the tungsten film on the side surface of the transfer electrode by heat treatment. Removing the remaining tungsten film to form a sidewall light-shielding film on the side surface of the transfer electrode, and a process for forming an interlayer insulating film on the entire surface. And forming a contact hole in the interlayer insulating film on the transfer electrode; and forming a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode through the interlayer insulating film on the transfer electrode. It is characterized by providing.
また、半導体基板に受光領域および転送領域が形成される固体撮像装置の製造方法であって、転送電極および遮光膜を形成するに際し、前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上に前記受光領域上を開口しながらストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、前記開口内部を含む全面にタングステン膜を堆積する工程と、熱処理することにより前記多結晶シリコン膜表面の前記タングステン膜をシリサイド化する工程と、残留する前記タングステン膜を除去して前記多結晶シリコン膜および前記シリサイド化されたタングステン膜からなる転送電極を形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成する工程と、前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。 Further, a method of manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate, and forming a first insulating film on the substrate when forming a transfer electrode and a light shielding film, Forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape while opening the light-receiving region on the first insulating film; depositing a tungsten film on the entire surface including the inside of the opening; and heat-treating the polycrystalline film A step of siliciding the tungsten film on the surface of the silicon film, a step of removing the remaining tungsten film to form a transfer electrode comprising the polycrystalline silicon film and the silicided tungsten film, and interlayer insulation over the entire surface Forming a film; forming a contact hole in the interlayer insulating film on the transfer electrode; and interlayer insulating on the transfer electrode Through, characterized in that it comprises a step of forming the transfer electrodes electrically connected to the metal light-shielding film.
以上により、出力画像のムラの発生による画質の低下を抑制することができる。 As described above, it is possible to suppress deterioration in image quality due to occurrence of unevenness in the output image.
以上のように、遮光膜を、転送電極上部に形成されるシャント配線を兼ねる金属遮光膜と、少なくとも転送電極側部に形成される遮光膜とに絶縁分割して形成することにより、高速転送を維持しながら、シャント配線を兼ねる金属遮光膜が転送チャネル領域と距離を保つことができるため、金属遮光膜によるチャネルの形成を抑制でき、出力画像のムラの発生による画質の低下を抑制することができる。 As described above, the light-shielding film is divided into a metal light-shielding film also serving as a shunt wiring formed on the transfer electrode and at least a light-shielding film formed on the side of the transfer electrode, so that high-speed transfer is achieved. Since the metal light-shielding film that also serves as the shunt wiring can maintain a distance from the transfer channel region while maintaining, the formation of the channel by the metal light-shielding film can be suppressed, and the deterioration of the image quality due to the occurrence of unevenness in the output image can be suppressed. it can.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の構造を、図1,図2を使用して説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, the structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は第1の実施形態における固体撮像装置の構造を示す断面図、図2は第1の実施形態における固体撮像装置の遮光膜の構成を示す概略平面図である。
図1に示すように、固体撮像装置は、半導体基板201としてn型のシリコン基板を備えている。半導体基板201上には、例えば厚さ25nmのシリコン酸化膜と厚さ25nmのシリコン窒化膜からなる絶縁膜208を介して、厚さ200nmの多結晶シリコン膜からなる転送電極209が形成されている。転送電極209は、転送チャネル203と共に垂直電荷転送部214を構成している。また、転送電極209の側壁には例えばタングステン(以下、Wと称す)等の高融点金属からなる幅120nmの第1の金属製の遮光膜215がエッチバック法等により直接形成されている。転送電極209および遮光膜215は厚さ150nm程度のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜210によって被覆され、その上には、厚さ150nmのタングステン等の高融点金属からなる第2の金属製の遮光膜211が、垂直方向に配列された画素の列(画素列)に沿ってストライプ状に形成されている。遮光膜211は、層間絶縁膜210を貫通するコンタクト213によって転送電極209に電気的に接続され、シャント配線を兼ねている。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the structure of the solid-state imaging device according to the first embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the configuration of the light shielding film of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device includes an n-type silicon substrate as a
従来の構成によれば、遮光膜(シャント配線)と転送チャネル領域表面との距離は転送チャネル領域表面の絶縁膜と同等(50nm程度)であったのに対して、本実施形態によれば、遮光膜を2つの遮光膜で構成し、遮光膜215を転送電極209の側壁に形成し、遮光膜211をシャント配線として遮光性を確保すると共に、第2の金属遮光膜211は転送チャネル領域表面から少なくとも転送電極209の厚さである200nmとその上面に形成される層間絶縁膜210の厚さの和に相当する350nm以上離れているので、第2の金属遮光膜211に読み出し電圧が印加されても、読み出しを意図しない画素の転送チャネル領域表面に及ぼす影響が実効的になくなる。したがって、出力画像のムラがなくなり、高画質の画像を得ることができる。
According to the present embodiment, the distance between the light-shielding film (shunt wiring) and the transfer channel region surface is the same as that of the insulating film on the transfer channel region surface (about 50 nm). The light shielding film is composed of two light shielding films, the
図2は本発明の変形例であって、W遮光膜がフォトダイオードの垂直分離領域まで覆う構造となる例を示す。本構造は、遮光膜211がフォトダイオードの垂直分離領域まで覆う構造であり、遮光膜211がシャント配線を兼ね、隣り合うシャント配線を電気的に絶縁するため、隣り合うシャント配線間にてリーク電流が流れることが無く、耐圧を確保するために必要な隙間を設ける必要がある。従って、スリット部をシャント配線で完全に覆うことができないので、この間隙を透過する光によってスミアが発生する場合がある。そこで、フォトダイオードの垂直分離領域上に、漏れ光によるスミアへの影響が最も小さくなる幅のギャップ400を設ける必要がある。このギャップの幅は、小さい方がスミアの発生を抑制可能であるが、両側のシャント配線間に印加される電位差によって、リーク電流や静電破壊が発生しない幅に設定する必要がある。電位差が15V程度である場合、300nm程度の幅があれば耐圧が問題となることはなく、スミアも実用的なレベルに抑制することができる。
(第1の製造方法)
次に、本実施形態に示した固体撮像装置の第1の製造方法について、図3〜図10を参照して、簡単に説明する。図3〜図10は第1の実施形態における固体撮像装置の製造方法を示す概略図であり、シリコン基板中の拡散層の形成工程は省略し、電荷転送電極の形成工程について示している。ここで、図3(a),図5(a),図6(a),図10は概略平面図、図3(b),図4,図5(b),図6(b),図7,図8(a),図9(a)は垂直CCDの形成方向である垂直方向の概略断面図、図6(c),図8(b),図9(b)は垂直方向に直交する水平方向の概略断面図である。
FIG. 2 shows a modification of the present invention in which the W light-shielding film has a structure that covers the vertical isolation region of the photodiode. This structure is a structure in which the
(First manufacturing method)
Next, a first manufacturing method of the solid-state imaging device shown in the present embodiment will be briefly described with reference to FIGS. 3 to 10 are schematic views showing the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment, in which the step of forming the diffusion layer in the silicon substrate is omitted and the step of forming the charge transfer electrode is shown. Here, FIGS. 3 (a), 5 (a), 6 (a), and 10 are schematic plan views, and FIGS. 3 (b), 4, 5 (b), 6 (b), and FIG. 7, FIG. 8 (a), and FIG. 9 (a) are schematic cross-sectional views in the vertical direction, which is the formation direction of the vertical CCD, and FIG. 6 (c), FIG. 8 (b), and FIG. It is a schematic sectional drawing of the horizontal direction to do.
<工程1>図3はN型シリコン基板である半導体基板201(図1参照)のP型ウェル領域202(図1参照)上にシリコン酸化膜1101とシリコン窒化膜1102を形成し、さらに、多結晶シリコン膜1103を積層して絶縁膜208(図1参照)を形成し、撮像領域に、転送電極209(図1参照)となる多結晶シリコン1103のストライプ状のパターンを形成した状態の平面図(a)と断面図(b)である。例えば、シリコン酸化膜1101の厚さは25nm、シリコン窒化膜1102の厚さは25nm、多結晶シリコン膜の厚さは200nmとする。ここでは多結晶シリコン1103間のギャップ400(図2参照)となるスリット1104の幅は110nmとする。
<
<工程2>次に、半導体基板201(図1参照)表面に100nmのCVD法によってシリコン酸化膜1105を堆積して上記スリット1104を完全に埋める(図4)。
<工程3>その後、上記スリット1104内部以外の上記シリコン酸化膜1105をエッチバック法やCMP法により除去し、フォトリソグラフィ技術により、レジストを用いてフォトダイオード205上部に開口1106を形成する(図5)。
<Step 2> Next, a
<Step 3> Thereafter, the
<工程4>上記開口1106内部の多結晶シリコン膜1103をドライエッチングにより選択的に除去する。このとき、例えばHBrと酸素(O2)混合ガスを用いて公知の異方性プラズマエッチング技術によってエッチングすれば、多結晶シリコン膜1103とシリコン酸化膜1105のエッチング速度比が大きくなるので、スリット1104内部のシリコン酸化膜1105を温存することができる(図6)。図6(c)は開口部の水平方向断面図であって、特に開口1106周囲では酸化膜1105の高さの減少量を小さくすることが可能である。
<Step 4> The
<工程5>この後、第1の遮光膜215(図1参照)となる厚さ100nmのW膜1108をスパッタ法やCVD法により形成する(図7)。
<工程6>次いで、上記W膜1108を異方性エッチングによりエッチングして多結晶シリコン1103上のW膜1108を除去すると、開口部1106の周囲にサイドウォール状のW膜1109を形成できる(図8)。このとき、開口部1106において、端部ではシリコン酸化膜1105が残っているので、その両側の多結晶シリコン電極膜1103はサイドウォール状のW膜1109によって短絡することはない。また、開口部1106の中央付近ではシリコン酸化膜1105の高さが減少しているので、端部からの緩やかな斜面上のW膜1109と共に開口部内中央付近のW膜1108は除去され、実質的な開口部の面積減少は無視することができる。
<Step 5> Thereafter, a
<Step 6> Next, when the
また、この工程では、フォトダイオード開口部1106内のW膜1108を除去することが目的であって、フォトダイオード開口部1106内のW膜1108を除去できれば、多結晶シリコン1103上にW膜が残留しても問題はない。
In this step, the purpose is to remove the
<工程7>次に、半導体基板201(図1参照)の表面に層間絶縁膜1110を形成する(図9)。
<工程8>その後、層間絶縁膜1110の所定の領域に転送電極209(図1参照)となる多結晶シリコン電極膜1103とこの後堆積されるシャント配線を兼ねる第2の遮光膜211(図1参照)との接続口の形成、シャント配線を兼ねる第2の遮光膜211(図1参照)となるW膜の堆積、第2の遮光膜211(図1参照)となるWの選択エッチング工程を経て、本発明の固体撮像装置の要部が形成される(図10)。
<Step 7> Next, an
<Step 8> After that, a second light-shielding film 211 (also shown in FIG. 1) serving as a transfer electrode 209 (see FIG. 1) in a predetermined region of the
工程6において、開口部1106内に残留するシリコン酸化膜1105やW膜1108を完全に除去する必要のある場合には、別途フォトリソグラフィ技術を使用して、開口1106内のW膜1108残渣を過酸化水素水やドライエッチングによって除去する工程や、シリコン酸化膜1105を弗化水素酸やドライエッチングによって除去する工程を追加することにより、下地が窒化膜であることから容易に実現することができる。この時、シリコン窒化膜1102は、その上に残留する酸化膜やWを選択的に除去する際に、酸化膜との選択比を大きくすることが可能であるため、容易に開口1106内の残留酸化膜を除去することができる。
In Step 6, when it is necessary to completely remove the
さらにこの後、シリコン窒化膜1102をエッチング除去してから、フォトダイオード表面に反射防止膜を形成することにより、感度を向上することが可能である。
(第2の製造方法)
第2の製造方法について説明する。第2の製造方法は、上記第1の製造方法における図7に示した第1の遮光膜215(図1参照)となる厚さ100nmのW膜1108を形成する工程までは同じである。
Further, after this, the
(Second manufacturing method)
The second manufacturing method will be described. The second manufacturing method is the same up to the step of forming the
<工程9>W膜1108が形成された状態でシリサイド化反応が起こる800℃程度の温度での熱処理を施す。熱処理によって多結晶シリコン1103の表面にタングステンシリサイド膜が形成される。この後、過酸化水素水等によりシリサイド化されないWを除去すれば、多結晶シリコン1103の周囲のみシリサイド膜を遮光膜215(図1参照)として形成することができる。
<Step 9> Heat treatment is performed at a temperature of about 800 ° C. in which silicidation occurs in the state where the
ここでは、多結晶シリコン1103の側面にシリサイド膜がサイドウォール状に形成される他、表面(上面)にもシリサイド膜が形成される。但し、多結晶シリコン膜1103を堆積した後、フォトリソグラフィによってスリット1104のパターンを形成する前の時点や、スリット1104に絶縁膜を埋め込んで表面を平坦化した後、フォトダイオードの開口を形成するフォトリソグラフィ工程の前の段階で、多結晶シリコン1103の上面を熱酸化法やCVD法などによって酸化膜を形成しておけば、多結晶シリコン1103の上面のシリサイド化反応を抑制できるので、上面にシリサイド膜が形成されることはなく、側面だけにシリサイド膜が形成される。
Here, a silicide film is formed on the side surface of the
本方法によれば開口部中央にはシリコン酸化膜1105が残存するが、図5に示す開口1106形成時のエッチング条件として多結晶シリコンとシリコン酸化膜の選択比を小さくすれば、残存量はきわめて少なく実質的に撮像素子としての特性を損なう心配はない。この後、層間絶縁膜1110を形成する以降の工程は、第1の製造方法と同様である。
According to this method, the
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の構造を、図11を使用して説明する。図11は第2の実施形態における固体撮像装置の構造を示す概略断面図であり、電荷転送電極以外の部分は第1の実施形態と同様であるため図面から省略しており、フォトダイオード105の位置だけを示している。
(Second Embodiment)
Next, the structure of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device according to the second embodiment. Since portions other than the charge transfer electrode are the same as those in the first embodiment, they are omitted from the drawing. Only the position is shown.
図11に示すように、半導体基板201上には、例えば厚さ25nmのシリコン酸化膜と厚さ25nmのシリコン窒化膜からなる絶縁膜208を介して、厚さ200nmの多結晶シリコン膜からなる転送電極209が形成されている。第1の実施形態では、転送電極209の側壁には例えばタングステン等の高融点金属からなる幅120nmの第1の金属製の遮光膜がエッチバック法により直接形成されることにより、転送電極209の低抵抗化を実現していたが、ここでは、転送電極209として、多結晶シリコン209Cの周囲を金属シリサイド209Sによって覆われた構造とすると共に、転送電極209上面は遮光膜211を備える構成である。転送電極209は厚さ150nm程度のシリコン酸化膜やシリコン窒化膜からなる層間絶縁膜210によって被覆され、その上には、厚さ150nmのタングステン等の高融点金属からなる第2の金属製の遮光膜211が、垂直方向に配列された画素の列(画素列)に沿ってストライプ状に形成されている。遮光膜211は、層間絶縁膜210を貫通するコンタクト213によって転送電極209に電気的に接続され、シャント配線を兼ねている。
As shown in FIG. 11, on a
本実施形態の固体撮像装置の構造は、転送電極の構成が、第1の実施形態においては、多結晶シリコンの側面にW膜を有しているのに対して、多結晶シリコンの表面がシリサイド膜に覆われている点で異なる。 The structure of the solid-state imaging device of the present embodiment is that the transfer electrode has a W film on the side surface of the polycrystalline silicon in the first embodiment, whereas the surface of the polycrystalline silicon is silicided. It differs in that it is covered with a film.
転送電極209として使用する金属シリサイドは、コバルトシリサイド、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド等の高融点金属シリサイドであれば、既存の技術を使用して容易に製造することが可能である。
If the metal silicide used as the
以上のように、転送電極を金属シリサイドで覆うことにより、転送電極を低抵抗化できると共に、シャント配線を兼ねる遮光膜211が転送チャネル領域表面と十分な距離をとって形成されるので、第2の金属遮光膜211に読み出し電圧が印加されても、読み出しを意図しない画素の転送チャネル領域表面に及ぼす影響が実効的になくなり、出力画像のムラがなくなり、高画質の画像を得ることができる。
As described above, by covering the transfer electrode with the metal silicide, the resistance of the transfer electrode can be reduced, and the
(第3の製造方法)
以下、第2の実施形態における固体撮像装置の製造方法について、図12〜図16を参照して説明する。
(Third production method)
Hereinafter, a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
図12〜図16は第2の実施形態における固体撮像装置の製造方法を示す概略図である。
まず、図12に示すように、N型シリコン基板である半導体基板201(図11参照)上に形成されたシリコン酸化膜1101とシリコン窒化膜1102上に多結晶シリコン膜1103を積層して絶縁膜208(図11参照)を形成し、撮像領域に、転送電極209(図11参照)となる多結晶シリコン1103のストライプ状のパターンおよびフォトダイオード部の開口を形成する(図12(a)平面図と図12(b)断面図)。
12 to 16 are schematic views illustrating a method of manufacturing the solid-state imaging device according to the second embodiment.
First, as shown in FIG. 12, a
次に、スパッタ法やCVD法によって、例えば、厚さ30nmのW膜1201を半導体基板全面に形成して、800℃の熱処理を施すと、多結晶シリコン表面にタングステンシリサイド膜が形成される(図13(a)遮光膜形成領域断面図、図13(b)遮光膜開口領域断面図)。この後、例えば過酸化水素水を半導体基板表面に供給することによって、フォトダイオード開口部内やスリット内部に残留するシリサイド化されていないWが除去され、多結晶シリコンの表面に形成されたタングステンシリサイド膜が残って、転送電極209が形成される(図14(a)遮光膜形成領域断面図、図14(b)遮光膜開口領域断面図)。
Next, for example, when a
この後、転送電極209表面にCVD法によりシリコン酸化膜1206等の絶縁膜を形成して、転送電極209の所定の位置にシャント配線とのコンタクトとなる開口を形成する(図15(a)遮光膜形成領域断面図、図15(b)遮光膜開口領域断面図)。その後の、シャント配線1207を兼ねる遮光膜となるW膜を形成する工程は、第1の実施形態の製造方法と同様である(図16(a)遮光膜形成領域断面図、図16(b)遮光膜開口領域断面図)。
Thereafter, an insulating film such as a
第3の製造方法によれば、スリット部の幅は例えばKrFエキシマレーザーを用いた露光技術の改造限界に当る110nm程度の幅であっても、シリサイド化時に多結晶シリコンが体積膨張して60nm程度とすることも可能で、スリット幅を狭くすることができるため、電荷転送効率を容易に向上することもできる。 According to the third manufacturing method, even if the width of the slit portion is about 110 nm, which corresponds to the modification limit of the exposure technique using a KrF excimer laser, for example, the polycrystalline silicon undergoes volume expansion during silicidation and is about 60 nm. Since the slit width can be narrowed, the charge transfer efficiency can be easily improved.
本発明は、出力画像のムラの発生による画質の低下を抑制することができ、撮像素子としてCCDなどの固体撮像素子を用いた固体撮像装置およびその製造方法等に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can suppress deterioration in image quality due to occurrence of unevenness in an output image, and is useful for a solid-state imaging device using a solid-state imaging device such as a CCD as an imaging device, a manufacturing method thereof, and the like.
101 201 半導体基板
202 P型ウェル領域
103 103b 203 転送チャネル
104 p型領域
105 205 フォトダイオード
107 読み出しチャネル
108 208 絶縁膜
109 109b 209 転送電極
110 210 層間絶縁膜
111 111b 211 遮光膜
113 213 コンタクト
114 214 垂直電荷転送部
215 第2の遮光膜
209C 多結晶シリコン
209S 金属シリサイド
301 転送電極
306 転送電極
307 遮光膜
308 遮光膜
317 コンタクト
318 コンタクト
400 ギャップ
1101 シリコン酸化膜
1102 シリコン窒化膜
1103 多結晶シリコン
1104 スリット
1105 シリコン酸化膜
1106 開口
1108 W膜
1109 W膜
1110 層間絶縁膜
1201 W膜
1206 シリコン酸化膜
1207 シャント配線
101 201 Semiconductor substrate 202 P
Claims (9)
前記半導体基板上に形成される第1の絶縁膜と、
前記半導体基板の前記転送領域上に前記第1の絶縁膜を介して形成される転送電極と、
前記転送電極の側面に形成されるサイドウォール遮光膜と、
前記転送電極および前記サイドウォール遮光膜上を含む全面に形成される第2の絶縁膜と、
前記転送電極と電気的に接続されて前記転送電極および前記サイドウォール遮光膜上に前記第2の絶縁膜を介して形成される金属遮光膜と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate on which a light receiving region and a transfer region are formed;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A transfer electrode formed on the transfer region of the semiconductor substrate via the first insulating film;
A sidewall light-shielding film formed on a side surface of the transfer electrode;
A second insulating film formed on the entire surface including the transfer electrode and the sidewall light-shielding film;
A solid-state imaging device comprising: a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode and formed on the transfer electrode and the sidewall light-shielding film via the second insulating film.
前記半導体基板上に形成される第1の絶縁膜と、
前記半導体基板の前記転送領域上に前記第1の絶縁膜を介して形成される多結晶シリコン膜と、
前記多結晶シリコン膜上部および側面に形成される金属シリサイド膜と、
前記金属シリサイド膜上を含む全面に形成される第2の絶縁膜と、
前記金属シリサイド膜と電気的に接続されて前記金属シリサイド膜上に前記第2の絶縁膜を介して形成される金属遮光膜と
を備え、前記多結晶シリコン膜および前記金属シリサイド膜で転送電極を形成することを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate on which a light receiving region and a transfer region are formed;
A first insulating film formed on the semiconductor substrate;
A polycrystalline silicon film formed on the transfer region of the semiconductor substrate via the first insulating film;
A metal silicide film formed on the upper and side surfaces of the polycrystalline silicon film;
A second insulating film formed on the entire surface including the metal silicide film;
A metal light-shielding film electrically connected to the metal silicide film and formed on the metal silicide film via the second insulating film, and a transfer electrode formed of the polycrystalline silicon film and the metal silicide film A solid-state imaging device formed.
転送電極および遮光膜を形成するに際し、
前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にスリットを有するストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記スリット内部を含む全面にシリコン酸化膜を堆積する工程と、
前記受光領域上の前記多結晶シリコン膜を選択的に除去して前記多結晶シリコン膜からなる転送電極を形成する工程と、
全面にタングステン膜を形成する工程と、
前記タングステン膜をエッチングして前記転送電極の側面に前記タングステン膜からなるサイドウォール遮光膜を形成する工程と、
全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程と
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 of manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate,
When forming the transfer electrode and the light shielding film,
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape having slits on the first insulating film;
Depositing a silicon oxide film on the entire surface including the inside of the slit;
Selectively removing the polycrystalline silicon film on the light receiving region to form a transfer electrode made of the polycrystalline silicon film;
Forming a tungsten film on the entire surface;
Etching the tungsten film to form a sidewall light-shielding film made of the tungsten film on a side surface of the transfer electrode;
Forming an interlayer insulating film on the entire surface;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film on the transfer electrode;
Forming a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode via the interlayer insulating film on the transfer electrode.
転送電極および遮光膜を形成するに際し、
前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上にスリットを有するストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記スリット内部を含む全面にシリコン酸化膜を堆積する工程と、
前記受光領域上の前記多結晶シリコン膜を選択的に除去して前記多結晶シリコン膜からなる転送電極を形成する工程と、
全面にタングステン膜を形成する工程と、
熱処理することにより少なくとも前記転送電極側面の前記タングステン膜をシリサイド化する工程と、
残留する前記タングステン膜を除去して前記転送電極側面のサイドウォール遮光膜を形成する工程と、
全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程と
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 of manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate,
When forming the transfer electrode and the light shielding film,
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape having slits on the first insulating film;
Depositing a silicon oxide film on the entire surface including the inside of the slit;
Selectively removing the polycrystalline silicon film on the light receiving region to form a transfer electrode made of the polycrystalline silicon film;
Forming a tungsten film on the entire surface;
Siliciding at least the tungsten film on the side surface of the transfer electrode by heat treatment;
Removing the remaining tungsten film to form a sidewall light-shielding film on the side surface of the transfer electrode;
Forming an interlayer insulating film on the entire surface;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film on the transfer electrode;
Forming a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode via the interlayer insulating film on the transfer electrode.
転送電極および遮光膜を形成するに際し、
前記基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜上に前記受光領域上を開口しながらストライプ状に多結晶シリコン膜を形成する工程と、
前記開口内部を含む全面にタングステン膜を堆積する工程と、
熱処理することにより前記多結晶シリコン膜表面の前記タングステン膜をシリサイド化する工程と、
残留する前記タングステン膜を除去して前記多結晶シリコン膜および前記シリサイド化されたタングステン膜からなる転送電極を形成する工程と、
全面に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記転送電極上の前記層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する工程と、
前記転送電極上に前記層間絶縁膜を介して前記転送電極と電気的に接続する金属遮光膜を形成する工程と
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 of manufacturing a solid-state imaging device in which a light receiving region and a transfer region are formed on a semiconductor substrate,
When forming the transfer electrode and the light shielding film,
Forming a first insulating film on the substrate;
Forming a polycrystalline silicon film in a stripe shape while opening the light receiving region on the first insulating film;
Depositing a tungsten film on the entire surface including the inside of the opening;
Siliciding the tungsten film on the surface of the polycrystalline silicon film by heat treatment;
Removing the remaining tungsten film to form a transfer electrode comprising the polycrystalline silicon film and the silicided tungsten film;
Forming an interlayer insulating film on the entire surface;
Forming a contact hole in the interlayer insulating film on the transfer electrode;
Forming a metal light-shielding film electrically connected to the transfer electrode via the interlayer insulating film on the transfer electrode.
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