JP2011049249A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for improving working accuracy at a time when a first conductivity type first polycrystalline silicon film and a second conductivity type second polycrystalline silicon film are etched and worked simultaneously. <P>SOLUTION: The manufacturing method includes a process forming the first polycrystalline silicon film 103-1 containing first conductivity type impurities and the second polycrystalline silicon film 103-2 containing second conductivity type impurities. The manufacturing process further includes a patterning process forming a first pattern by etching the first polycrystalline silicon film while forming a second pattern by etching the second polycrystalline silicon film. The patterning process includes a first etching process etching each side face of the first pattern and the second pattern so as to expose the side faces and an oxidation process forming oxide films on the side faces by oxidizing the exposed side faces. The patterning process further includes a second etching process completing the patternings of the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film by an etching in the state where the side faces are being protected by the oxide films. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.

MOSトランジスタのゲート電極の材料としては、CVD法で容易に作成でき、SiOや単結晶Si、Alなどと密着性や親和性に優れ、ドーピングによって比抵抗の制御が可能であるなどのメリットから、多結晶シリコンが広く用いられている。撮像素子、メモリ、ロジック等の半導体装置において、その動作速度の高速化を図ることなどを目的に、同一基板上に不純物種が異なる領域を有するデュアルゲート構造を採用することがある。このデュアルゲート構造におけるゲート電極は、n型多結晶シリコン膜とp型多結晶シリコン膜とを同時にエッチングすることにより形成することがある。この場合、n型多結晶シリコンとp型多結晶シリコンとの間でエッチングレート差に応じて、エッチングを開始してから多結晶シリコンが完全に除去されるまでのエッチング時間が異なる。それに起因してデュアルゲート構造におけるゲート電極の形状が設計したものからずれる傾向にある。 As a material for the gate electrode of the MOS transistor, it can be easily produced by CVD, has excellent adhesion and affinity with SiO 2 , single crystal Si, Al, etc., and can control the specific resistance by doping. Polycrystalline silicon is widely used. In a semiconductor device such as an image sensor, a memory, and a logic, a dual gate structure having regions with different impurity species on the same substrate may be employed for the purpose of increasing the operation speed. The gate electrode in this dual gate structure may be formed by simultaneously etching an n-type polycrystalline silicon film and a p-type polycrystalline silicon film. In this case, the etching time from the start of etching until the polycrystalline silicon is completely removed differs depending on the etching rate difference between the n-type polycrystalline silicon and the p-type polycrystalline silicon. As a result, the shape of the gate electrode in the dual gate structure tends to deviate from the designed one.

特許文献1には、半導体基板上にN型多結晶シリコン膜10とP型多結晶シリコン膜11とを形成した後に、N型多結晶シリコン膜10を高融点金属合金膜13で選択的に覆うことが記載されている(特許文献1の図6、図7、図12参照)。そして、N型多結晶シリコン膜10とP型多結晶シリコン膜11とのそれぞれの上に、ゲート電極配線の形成領域に残るようにパターニングされたホトレジスト6のエッチングマスクを形成する(特許文献1の図13参照)。そして、異方性エッチングを行う(特許文献1の図14参照)。これにより、特許文献1によれば、高融点金属合金膜のエッチング速度がN型多結晶シリコン膜及びP型多結晶シリコン膜より遅いので、N型多結晶シリコン膜の見かけ上のエッチング速度(エッチング時間)をP型多結晶シリコン膜と同程度にできるとされている。   In Patent Document 1, after an N-type polycrystalline silicon film 10 and a P-type polycrystalline silicon film 11 are formed on a semiconductor substrate, the N-type polycrystalline silicon film 10 is selectively covered with a refractory metal alloy film 13. (See FIGS. 6, 7, and 12 of Patent Document 1). Then, an etching mask of the photoresist 6 patterned so as to remain in the gate electrode wiring formation region is formed on each of the N-type polycrystalline silicon film 10 and the P-type polycrystalline silicon film 11 (see Patent Document 1). (See FIG. 13). Then, anisotropic etching is performed (see FIG. 14 of Patent Document 1). Thus, according to Patent Document 1, since the etching rate of the refractory metal alloy film is slower than that of the N-type polycrystalline silicon film and the P-type polycrystalline silicon film, the apparent etching rate of the N-type polycrystalline silicon film (etching) It is said that the time can be set to the same level as that of the P-type polycrystalline silicon film.

特許文献2には、半導体基板上にN型ポリシリコン4とP型ポリシリコン6とを形成した後に、N型ポリシリコン4のみの上にP型ポリシリコンとのエッチング時間差に相当する酸化膜5を形成することが記載されている(特許文献2の図1〜図3参照)。そして、フォトリソグラフィ及びエッチングによりゲート電極のパターニングを行う(特許文献2の図4参照)。これにより、特許文献2によれば、N型ポリシリコン4とP型ポリシリコン6とのエッチング時間をほぼ同一とすることができるとされている。   In Patent Document 2, after an N-type polysilicon 4 and a P-type polysilicon 6 are formed on a semiconductor substrate, an oxide film 5 corresponding to an etching time difference with respect to the P-type polysilicon is formed only on the N-type polysilicon 4. (Refer to FIGS. 1 to 3 of Patent Document 2). Then, the gate electrode is patterned by photolithography and etching (see FIG. 4 of Patent Document 2). Thus, according to Patent Document 2, it is said that the etching times of the N-type polysilicon 4 and the P-type polysilicon 6 can be made substantially the same.

特許文献3には、半導体基板上にポリシリコンのn型領域204aとp型領域204bとを形成し、それぞれの上にマスクパターンを形成した後、メインエッチングとそれに続くオーバーエッチングとを行うことが記載されている(特許文献3の図2参照)。具体的には、エッチング装置100(特許文献3の図1参照)において、処理室104内の圧力を20mTorr以下にするとともに、下部電極105に高バイアス(0.15W/cm以上)を印加して、HBrガスとOガスとを処理ガスとして供給する。これにより、スパッタ現象によるエッチングが進行し化学反応によるエッチングがあまり進行しない条件で、ゲート絶縁膜202が露出するまでメインエッチングを行う(特許文献3の図2(b)参照)。続いて、エッチング装置100において、さらにNガスを加えた処理ガスとして供給するとともに、NガスのHBrガスに対する流量比を0.125以上0.3以下とする。この条件で、エッチング残りが除去されるまでオーバーエッチングを行う(特許文献3の図2(c)参照)。これにより、特許文献3によれば、Nガスによりゲート電極の側壁が保護され化学反応によるエッチングの進行が抑えられるので、オーバーエッチングの段階でもゲート電極のサイドエッチングを抑えることができるとされている。 In Patent Document 3, a polysilicon n-type region 204a and a p-type region 204b are formed on a semiconductor substrate, a mask pattern is formed thereon, and then main etching and subsequent overetching are performed. (See FIG. 2 of Patent Document 3). Specifically, in the etching apparatus 100 (see FIG. 1 of Patent Document 3), the pressure in the processing chamber 104 is set to 20 mTorr or less, and a high bias (0.15 W / cm 2 or more) is applied to the lower electrode 105. Then, HBr gas and O 2 gas are supplied as process gases. Thus, the main etching is performed until the gate insulating film 202 is exposed under the condition that the etching by the sputtering phenomenon proceeds and the etching by the chemical reaction does not proceed so much (see FIG. 2B of Patent Document 3). Subsequently, in the etching apparatus 100, the gas is supplied as a processing gas to which N 2 gas is further added, and the flow rate ratio of N 2 gas to HBr gas is set to 0.125 or more and 0.3 or less. Under this condition, over-etching is performed until the etching residue is removed (see FIG. 2C of Patent Document 3). Thus, according to Patent Document 3, the sidewall of the gate electrode is protected by the N 2 gas and the progress of the etching due to the chemical reaction is suppressed, so that the side etching of the gate electrode can be suppressed even at the overetching stage. Yes.

特開平07−283323号公報JP 07-283323 A 特開2000−100970号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-100100 特開2003−303817号公報JP 2003-303817 A

特許文献1及び特許文献2には、多結晶シリコン膜(ポリシリコン)のゲート電極の側壁におけるエッチングをどのように抑制するのかについて記載がない。多結晶シリコン膜(ポリシリコン)のエッチング工程において、多結晶シリコン膜(ポリシリコン)のゲート電極の側壁がエッチングされると、N型のゲート電極とP型のゲート電極との加工形状(線幅)を揃えることが困難になる。一方、特許文献3に記載された技術では、処理室の圧力、処理ガスの種類、及び流量比などを特定の条件に調整する必要があるので、エッチング条件の自由度が低くなっている。   Patent Document 1 and Patent Document 2 do not describe how etching on the side wall of the gate electrode of the polycrystalline silicon film (polysilicon) is suppressed. When the sidewall of the gate electrode of the polycrystalline silicon film (polysilicon) is etched in the etching process of the polycrystalline silicon film (polysilicon), the processed shape (line width) of the N-type gate electrode and the P-type gate electrode ) Is difficult to align. On the other hand, in the technique described in Patent Document 3, it is necessary to adjust the pressure in the processing chamber, the type of processing gas, the flow rate ratio, and the like to specific conditions, so that the degree of freedom in etching conditions is low.

本発明の目的は、第1の導電型の第1の多結晶シリコン膜と第2の導電型の第2の多結晶シリコン膜とを同時にエッチング加工する際の加工精度を向上するための半導体装置の新規な製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device for improving processing accuracy when simultaneously etching a first polycrystalline silicon film of a first conductivity type and a second polycrystalline silicon film of a second conductivity type. It is to provide a novel manufacturing method.

本発明の1つの側面に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に、第1の導電型の不純物を含む第1の多結晶シリコン膜と、第2の導電型の不純物を含む第2の多結晶シリコン膜とを形成する形成工程と、前記第1の多結晶シリコン膜をエッチングによりパターニングして第1のパターンを形成するとともに、前記第2の多結晶シリコン膜をエッチングによりパターニングして第2のパターンを形成するパターニング工程とを備え、前記パターニング工程は、前記第1のパターン及び前記第2のパターンのそれぞれの側面を露出させるようにエッチングを行う第1のエッチング工程と、前記露出した側面を酸化して前記側面に酸化膜を形成する酸化工程と、前記側面が前記酸化膜で保護された状態でエッチングを行い、前記第1の多結晶シリコン膜及び前記第2の多結晶シリコン膜のパターニングを完了させる第2のエッチング工程とを含むことを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a first polycrystalline silicon film containing a first conductivity type impurity and a second conductivity type impurity on a semiconductor substrate. Forming the first polycrystalline silicon film, patterning the first polycrystalline silicon film by etching to form a first pattern, and patterning the second polycrystalline silicon film by etching. A patterning step for forming a second pattern, wherein the patterning step includes a first etching step for performing etching so as to expose respective side surfaces of the first pattern and the second pattern, and the exposure. Oxidizing the formed side surface to form an oxide film on the side surface, and performing etching in a state where the side surface is protected by the oxide film, Characterized in that it comprises a silicon film and a second etching step to complete the patterning of the second polysilicon film.

本発明によれば、第1の導電型の第1の多結晶シリコン膜と第2の導電型の第2の多結晶シリコン膜とを同時にエッチング加工する際の加工精度を向上するための半導体装置の新規な製造方法を提供することができる。   According to the present invention, a semiconductor device for improving processing accuracy when simultaneously etching a first conductive type first polycrystalline silicon film and a second conductive type second polycrystalline silicon film is provided. The novel manufacturing method can be provided.

第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。FIG. 6 is a view showing the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。The figure which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 撮像センサを説明するための回路図。The circuit diagram for explaining an image sensor.

本発明の第1実施形態に係る半導体装置100の製造方法を、図1を用いて説明する。半導体装置100は、図1に示すように、領域R1と領域R2とを有する。領域R1は、第1のパターンPT1(例えば、n型のゲート電極)を形成すべき領域を含む領域であり、領域R2は、第2のパターンPT2(例えば、p型のゲート電極)を形成すべき領域を含む領域である。   A method of manufacturing the semiconductor device 100 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 has a region R1 and a region R2. The region R1 is a region including a region where the first pattern PT1 (for example, n-type gate electrode) is to be formed, and the region R2 forms the second pattern PT2 (for example, p-type gate electrode). This is a region that includes a power region.

図1(A)の工程では、半導体基板SBの表面を酸化することにより、半導体基板SBの表面にゲート酸化膜102を形成する。すなわち、半導体基板SBの表面近傍の部分をゲート酸化膜102とする。半導体基板SBにおける酸化されなかった部分は下地領域101となる。すなわち、ゲート酸化膜102は、半導体基板SBにおける表面近傍の部分である。なお、ゲート酸化膜102は、下地基板の表面の上にCVD法などを用いて酸化膜を堆積することにより形成しても良い。この場合でも、ゲート酸化膜102は、半導体基板SBにおける表面近傍の部分とみなし、下地基板の部分を下地領域101とみなすことにする。   In the step of FIG. 1A, a gate oxide film 102 is formed on the surface of the semiconductor substrate SB by oxidizing the surface of the semiconductor substrate SB. That is, the portion near the surface of the semiconductor substrate SB is used as the gate oxide film 102. The portion of the semiconductor substrate SB that has not been oxidized becomes the base region 101. That is, the gate oxide film 102 is a portion near the surface of the semiconductor substrate SB. Note that the gate oxide film 102 may be formed by depositing an oxide film on the surface of the base substrate using a CVD method or the like. Even in this case, the gate oxide film 102 is regarded as a portion near the surface of the semiconductor substrate SB, and the portion of the base substrate is regarded as the base region 101.

次に(形成工程)、ゲート酸化膜102の上に、第1の多結晶シリコン膜103−1と第2の多結晶シリコン膜103−2とを形成する。具体的には、ゲート酸化膜102の上に、多結晶シリコン膜を堆積する。そして、第1のマスクパターン(図示せず)を介して、多結晶シリコン膜における領域R1にn型の不純物イオンを選択的に注入(ドーピング)する。これにより、多結晶シリコン膜における領域R1の部分を第1の多結晶シリコン膜103−1とする。第1の多結晶シリコン膜103−1は、n型(第1の導電型)の不純物を含む。また、第2のマスクパターン(図示せず)を介して、多結晶シリコン膜における領域R2にp型(第2の導電型)の不純物イオンを選択的に注入(ドーピング)する。p型(第2の導電型)は、n型(第1の導電型)と反対導電型である。これにより、多結晶シリコン膜における領域R2の部分を第2の多結晶シリコン膜103−2とする。第2の多結晶シリコン膜103−2は、p型の不純物を含む。   Next (forming step), a first polycrystalline silicon film 103-1 and a second polycrystalline silicon film 103-2 are formed on the gate oxide film 102. Specifically, a polycrystalline silicon film is deposited on the gate oxide film 102. Then, n-type impurity ions are selectively implanted (doped) into the region R1 in the polycrystalline silicon film through a first mask pattern (not shown). Thereby, the region R1 in the polycrystalline silicon film is defined as the first polycrystalline silicon film 103-1. The first polycrystalline silicon film 103-1 includes an n-type (first conductivity type) impurity. In addition, p-type (second conductivity type) impurity ions are selectively implanted (doped) into the region R2 in the polycrystalline silicon film through a second mask pattern (not shown). The p-type (second conductivity type) is the opposite conductivity type to the n-type (first conductivity type). Thereby, the region R2 in the polycrystalline silicon film is defined as the second polycrystalline silicon film 103-2. Second polycrystalline silicon film 103-2 contains a p-type impurity.

次に(パターニング工程)、第1の多結晶シリコン膜103−1をエッチングによりパターニングして第1のパターンを形成するとともに、第2の多結晶シリコン膜103−2をエッチングによりパターニングして第2のパターンを形成する。図1(A)に示すように、第1の多結晶シリコン膜103−1は、第1のパターンPT1(図1(D)参照)となるべき第1の領域103−1aと、除去すべき第2の領域103−1bとを含む。第2の多結晶シリコン膜103−2は、第2のパターンPT2(図1(D)参照)となるべき第3の領域103−2aと、除去すべき第4の領域103−2bとを含む。以下、図1(A)〜図1(D)を用いて、パターニング工程について具体的に説明する。   Next (patterning step), the first polycrystalline silicon film 103-1 is patterned by etching to form a first pattern, and the second polycrystalline silicon film 103-2 is patterned by etching to form a second pattern. The pattern is formed. As shown in FIG. 1A, the first polycrystalline silicon film 103-1 and the first region 103-1a that should be the first pattern PT1 (see FIG. 1D) should be removed. Second region 103-1b. The second polycrystalline silicon film 103-2 includes a third region 103-2a to be the second pattern PT2 (see FIG. 1D) and a fourth region 103-2b to be removed. . Hereinafter, the patterning process will be described in detail with reference to FIGS.

図1(A)の工程(マスク形成工程)では、第1の多結晶シリコン膜103−1における第1の領域103−1aを選択的に覆うハードマスク104−1のパターンを形成する。第2の多結晶シリコン膜103−2における第3の領域103−2aを選択的に覆うハードマスク104−2のパターンを形成する。ハードマスク104−1及びハードマスク104−2のそれぞれは、例えば、TEOS膜で形成する。   In the step of FIG. 1A (mask formation step), a pattern of the hard mask 104-1 that selectively covers the first region 103-1a in the first polycrystalline silicon film 103-1 is formed. A pattern of a hard mask 104-2 that selectively covers the third region 103-2a in the second polycrystalline silicon film 103-2 is formed. Each of the hard mask 104-1 and the hard mask 104-2 is formed of, for example, a TEOS film.

図1(B)の工程(第1のエッチング工程)では、第1のパターンPT1及び第2のパターンPT2のそれぞれの側面を露出させるようにエッチングを行う。すなわち、第2の領域103−1bを表面から第1の深さED1までエッチングするとともに、第4の領域103−2bを表面から第2の深さED2までエッチングする。   In the step of FIG. 1B (first etching step), etching is performed so as to expose the side surfaces of the first pattern PT1 and the second pattern PT2. That is, the second region 103-1b is etched from the surface to the first depth ED1, and the fourth region 103-2b is etched from the surface to the second depth ED2.

具体的には、HBrガス、Clガス、Oガスを含む反応ガスを用いたプラズマエッチング処理により、ハードマスク104−1をマスクとして第1の多結晶シリコン膜103−1をエッチングする。すなわち、第1の多結晶シリコン膜103−1におけるハードマスク104−1で覆われていない第2の領域103−1bを表面から第1の深さED1までエッチングする。これにより、第1のパターンPT1の露出した側面、すなわち第1のパターンPT1となるべき第1の領域103−1aの露出した側面SF1が形成される。それとともに、ハードマスク104−2をマスクとして第2の多結晶シリコン膜103−2をエッチングする。すなわち、第2の多結晶シリコン膜103−2におけるハードマスク104−2で覆われていない第4の領域103−2bを表面から第2の深さED2までエッチングする。これにより、第2のパターンPT2の露出した側面、すなわち第2のパターンPT2となるべき第3の領域103−2aの露出した側面SF2が形成される。第1の多結晶シリコン膜103−1における第2の領域103−1b1は、厚さが減少した状態で残されており、例えば、d1の厚さを有する。第2の多結晶シリコン膜103−2における第4の領域103−2bは、厚さが減少した状態で残されており、例えば、d2の厚さを有する。 Specifically, the first polycrystalline silicon film 103-1 is etched using the hard mask 104-1 as a mask by plasma etching using a reactive gas containing HBr gas, Cl 2 gas, and O 2 gas. That is, the second region 103-1b not covered with the hard mask 104-1 in the first polycrystalline silicon film 103-1 is etched from the surface to the first depth ED1. Thereby, the exposed side surface of the first pattern PT1, that is, the exposed side surface SF1 of the first region 103-1a to be the first pattern PT1 is formed. At the same time, the second polycrystalline silicon film 103-2 is etched using the hard mask 104-2 as a mask. That is, the fourth region 103-2b not covered with the hard mask 104-2 in the second polycrystalline silicon film 103-2 is etched from the surface to the second depth ED2. Thereby, the exposed side surface of the second pattern PT2, that is, the exposed side surface SF2 of the third region 103-2a to be the second pattern PT2 is formed. The second region 103-1b1 in the first polycrystalline silicon film 103-1 is left in a state where the thickness is reduced, and has a thickness of d1, for example. The fourth region 103-2b in the second polycrystalline silicon film 103-2 is left in a state where the thickness is reduced, and has a thickness of d2, for example.

ここで、第1の多結晶シリコン膜103−1及び第2の多結晶シリコン膜103−2を同時にエッチングすると、第1の多結晶シリコン膜103−1の方が第2の多結晶シリコン膜103−2よりもエッチング速度が大きくなる。このメカニズムの詳細は明らかになっていないが、導電体中の電子あるいはリン原子がエッチングの反応に寄与するためであると考えられる。そのため、n型の第1の多結晶シリコン膜103−1の方がp型の第2の多結晶シリコン膜103−2よりもエッチング速度が大きくなり、図1(B)に示すように、ED1>ED2となるので、d1<d2となっている。なお、ED1+d1≒ED2+d2である。   Here, when the first polycrystalline silicon film 103-1 and the second polycrystalline silicon film 103-2 are etched simultaneously, the first polycrystalline silicon film 103-1 is more likely to be the second polycrystalline silicon film 103. Etching rate is greater than -2. Although the details of this mechanism have not been clarified, it is considered that electrons or phosphorus atoms in the conductor contribute to the etching reaction. Therefore, the n-type first polycrystalline silicon film 103-1 has a higher etching rate than the p-type second polycrystalline silicon film 103-2, and as shown in FIG. Since> ED2, d1 <d2. Note that ED1 + d1≈ED2 + d2.

図1(C)の工程(酸化工程)では、図1(B)の工程で露出した側面SF1,SF2を酸化して、その側面SF1,SF2に第1の酸化膜を形成する。また、図1(B)の工程で残された第2の領域103−1b1及び第4の領域103−2b1のそれぞれの上面UF1,UF2を酸化して上面UF1,UF2に第2の酸化膜を形成する。第1、第2の酸化膜が形成された内部、つまり酸化されなかった部分を多結晶シリコン部分として残す。図1(C)の工程では、酸素を含んだガスを用いて酸化を行う。   In the step (oxidation step) of FIG. 1C, the side surfaces SF1 and SF2 exposed in the step of FIG. 1B are oxidized, and a first oxide film is formed on the side surfaces SF1 and SF2. Further, the upper surfaces UF1 and UF2 of the second region 103-1b1 and the fourth region 103-2b1 left in the step of FIG. 1B are oxidized to form a second oxide film on the upper surfaces UF1 and UF2. Form. The inside where the first and second oxide films are formed, that is, the portion not oxidized is left as a polycrystalline silicon portion. In the step of FIG. 1C, oxidation is performed using a gas containing oxygen.

具体的には、OガスにArやKrのような不活性ガスを添付した反応ガスを用いて、酸化処理としてプラズマ処理を実施する。そして、第1の多結晶シリコン膜103−1における第1の領域103−1aの側面SF1と第2の領域103−1bの上面UF1とを酸化する。これにより、第1の領域103−1aにおける酸化された部分が酸化膜105−1aとなり、第1の領域103−1aにおける酸化されなかった部分が多結晶シリコン部分103−1a2として残る。また、第2の領域103−1bにおける上面近傍の酸化された部分が酸化膜(第2の酸化膜)105−1bとなり、第2の領域103−1bにおける酸化されなかった部分が多結晶シリコン部分103−1b2として残る。すなわち、第1の多結晶シリコン膜103−1の露出した部分が、酸化膜105−1aと酸化膜105−1bとを含む酸化膜105−1となる。それとともに、第2の多結晶シリコン膜103−2における第3の領域103−2aの側面SF2と第4の領域103−2bの上面UF2とを酸化する。これにより、第3の領域103−2aにおける側面近傍の酸化された部分が酸化膜105−2aとなり、第3の領域103−2aにおける酸化されなかった部分が多結晶シリコン部分103−2a2として残る。また、第4の領域103−2bにおける上面近傍の酸化された部分が酸化膜(第2の酸化膜)105−2bとなり、第4の領域103−2bにおける酸化されなかった部分が多結晶シリコン部分103−2b2として残る。すなわち、第2の多結晶シリコン膜103−2の露出した部分が、酸化膜105−2aと酸化膜105−2bとを含む酸化膜105−2となる。図1(C)の工程で形成された酸化膜105−1a、105−1bは、例えば、それぞれ、t1、t1’の厚さを有する。図1(C)の工程で形成された酸化膜105−2a、105−2bは、例えば、それぞれ、t2、t2’の厚さを有する。 Specifically, plasma treatment is performed as an oxidation treatment using a reaction gas in which an inert gas such as Ar or Kr is attached to O 2 gas. Then, the side surface SF1 of the first region 103-1a and the upper surface UF1 of the second region 103-1b in the first polycrystalline silicon film 103-1 are oxidized. As a result, the oxidized portion in the first region 103-1a becomes the oxide film 105-1a, and the unoxidized portion in the first region 103-1a remains as the polycrystalline silicon portion 103-1a2. Further, the oxidized portion in the vicinity of the upper surface in the second region 103-1b becomes an oxide film (second oxide film) 105-1b, and the non-oxidized portion in the second region 103-1b is a polycrystalline silicon portion. It remains as 103-1b2. That is, the exposed portion of the first polycrystalline silicon film 103-1 becomes the oxide film 105-1 including the oxide film 105-1a and the oxide film 105-1b. At the same time, the side surface SF2 of the third region 103-2a and the upper surface UF2 of the fourth region 103-2b in the second polycrystalline silicon film 103-2 are oxidized. Thereby, the oxidized portion near the side surface in the third region 103-2a becomes the oxide film 105-2a, and the non-oxidized portion in the third region 103-2a remains as the polycrystalline silicon portion 103-2a2. The oxidized portion in the vicinity of the upper surface in the fourth region 103-2b becomes an oxide film (second oxide film) 105-2b, and the non-oxidized portion in the fourth region 103-2b is a polycrystalline silicon portion. It remains as 103-2b2. That is, the exposed portion of the second polycrystalline silicon film 103-2 becomes the oxide film 105-2 including the oxide film 105-2a and the oxide film 105-2b. The oxide films 105-1a and 105-1b formed in the step of FIG. 1C have, for example, thicknesses t1 and t1 ′, respectively. The oxide films 105-2a and 105-2b formed in the process of FIG. 1C have, for example, thicknesses t2 and t2 ′, respectively.

ここで、第1の多結晶シリコン膜103−1及び第2の多結晶シリコン膜103−2を同時に酸化すると、第1の多結晶シリコン膜103−1の方が第2の多結晶シリコン膜103−2よりも酸化膜形成速度が大きくなる。このメカニズムの詳細は明らかになっていないが、多結晶シリコンの表面に吸着した酸素分子への電子を供与することが酸化を促進するためであると考えられる。そのため、n型の第1の多結晶シリコン膜103−1の方がp型の第2の多結晶シリコン膜103−2よりも酸化膜形成速度が大きくなり、図1(B)に示すように、t1>t2となっており、t1’>t2’となっている。   Here, when the first polycrystalline silicon film 103-1 and the second polycrystalline silicon film 103-2 are oxidized at the same time, the first polycrystalline silicon film 103-1 is more likely to be the second polycrystalline silicon film 103. The oxide film formation rate becomes larger than -2. Although details of this mechanism have not been clarified, it is thought that donating electrons to oxygen molecules adsorbed on the surface of polycrystalline silicon promotes oxidation. Therefore, the n-type first polycrystalline silicon film 103-1 has a higher oxide film formation rate than the p-type second polycrystalline silicon film 103-2, and as shown in FIG. T1> t2 and t1 ′> t2 ′.

なお、図1(C)の工程では、酸素を含んだガスを用いて酸化を行う代わりに、水蒸気を含んだガスを用いて酸化を行ってもよい。多結晶シリコン膜を酸化する際には、多結晶シリコン膜の表面に酸素原子を供給する必要があるが、酸化シリコン中の拡散係数は、酸素イオンよりも水酸化イオンの方が大きい。このため、水蒸気を含んだガスを用いて酸化を行うことにより、酸素を含んだガスを用いて酸化を行う場合に比べて、酸化処理に要する時間を短縮することができる。   Note that in the step of FIG. 1C, oxidation may be performed using a gas containing water vapor instead of performing oxidation using a gas containing oxygen. When oxidizing a polycrystalline silicon film, it is necessary to supply oxygen atoms to the surface of the polycrystalline silicon film, but the diffusion coefficient in silicon oxide is larger for hydroxide ions than for oxygen ions. For this reason, by performing the oxidation using the gas containing water vapor, the time required for the oxidation treatment can be shortened as compared with the case of performing the oxidation using the gas containing oxygen.

図1(D)の工程(第2のエッチング工程)では、側面SF1,SF2が酸化膜105−2a,105−2bで保護された状態でエッチングを行い、第1の多結晶シリコン膜103−1及び第2の多結晶シリコン膜103−2のパターニングを完了させる。具体的には、HBrガス、Clガス、Oガスを含む反応ガスを用いた異方性プラズマエッチング処理により、ハードマスク104−1をマスクとして第1の多結晶シリコン膜103−1をエッチングする。これにより、第2の領域103−1bにおける多結晶シリコン部分103−1b2が露出するまで酸化膜105−1bをエッチングする(第1の工程)。その後、半導体基板SBの表面が露出するまで第2の領域103−1bにおける多結晶シリコン部分103−1b2をエッチングする(第2の工程)。すなわち、酸化膜105−1bと多結晶シリコン部分103−1b2とを含む第2の領域103−1bをエッチングして除去し、第1の領域103−1aに隣接した半導体基板SBの表面SB1を露出させる。それとともに、ハードマスク104−2をマスクとして第2の多結晶シリコン膜103−2をエッチングする。これにより、第4の領域103−2bにおける多結晶シリコン部分103−2b2が露出するまで第4の領域103−2bにおける酸化膜105−2bをエッチングする(第1の工程)。その後、半導体基板SBの表面が露出するまで第4の領域103−2bにおける多結晶シリコン部分103−2b2をエッチングする(第2の工程)。すなわち、酸化膜105−2bと多結晶シリコン部分103−2b2とを含む第4の領域103−2bをエッチングして除去し、第3の領域103−2aに隣接した半導体基板SBの表面SB2を露出させる。 In the step of FIG. 1D (second etching step), etching is performed with the side surfaces SF1, SF2 protected by the oxide films 105-2a, 105-2b, and the first polycrystalline silicon film 103-1. Then, the patterning of the second polycrystalline silicon film 103-2 is completed. Specifically, the first polycrystalline silicon film 103-1 is etched using the hard mask 104-1 as a mask by an anisotropic plasma etching process using a reaction gas containing HBr gas, Cl 2 gas, and O 2 gas. To do. Thus, the oxide film 105-1b is etched until the polycrystalline silicon portion 103-1b2 in the second region 103-1b is exposed (first step). Thereafter, the polycrystalline silicon portion 103-1b2 in the second region 103-1b is etched until the surface of the semiconductor substrate SB is exposed (second step). That is, the second region 103-1b including the oxide film 105-1b and the polycrystalline silicon portion 103-1b2 is removed by etching, and the surface SB1 of the semiconductor substrate SB adjacent to the first region 103-1a is exposed. Let At the same time, the second polycrystalline silicon film 103-2 is etched using the hard mask 104-2 as a mask. Accordingly, the oxide film 105-2b in the fourth region 103-2b is etched until the polycrystalline silicon portion 103-2b2 in the fourth region 103-2b is exposed (first step). Thereafter, the polycrystalline silicon portion 103-2b2 in the fourth region 103-2b is etched until the surface of the semiconductor substrate SB is exposed (second step). That is, the fourth region 103-2b including the oxide film 105-2b and the polycrystalline silicon portion 103-2b2 is removed by etching, and the surface SB2 of the semiconductor substrate SB adjacent to the third region 103-2a is exposed. Let

ここで、第1の領域103−1a、103−2aにそれぞれ含まれる酸化膜105−1a、105−2aは、図1(D)の工程におけるエッチング処理が異方性の高い条件で行われるので、実質的に除去されずに残る。このため、酸化膜105−1a、105−2aは、それぞれ、第1の領域103−1a、103−2aにおける多結晶シリコン部分103−1a2、103−2a2に対する側壁保護膜として機能する。この結果、多結晶シリコン部分103−1a2、103−2a2の側壁がエッチング雰囲気に曝露されることが抑制され、その側壁における横方向のエッチングの進行を抑制できる。この結果、第1の多結晶シリコン膜と第2の多結晶シリコン膜とのエッチングレートの差に起因する加工形状(線幅)の差異の発生も抑制することができる。すなわち、n型の第1の多結晶シリコン膜とp型の第2の多結晶シリコン膜とを同時にエッチング加工する際の加工精度を向上することができる。   Here, in the oxide films 105-1a and 105-2a included in the first regions 103-1a and 103-2a, the etching process in the step of FIG. , Remain substantially unremoved. Therefore, the oxide films 105-1a and 105-2a function as side wall protective films for the polycrystalline silicon portions 103-1a2 and 103-2a2 in the first regions 103-1a and 103-2a, respectively. As a result, the side walls of the polycrystalline silicon portions 103-1a2 and 103-2a2 are suppressed from being exposed to the etching atmosphere, and the progress of lateral etching on the side walls can be suppressed. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a difference in processing shape (line width) due to a difference in etching rate between the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film. That is, it is possible to improve processing accuracy when simultaneously etching the n-type first polycrystalline silicon film and the p-type second polycrystalline silicon film.

さらに、図1(D)の工程が完了した後においても、第1の領域103−1aにおける多結晶シリコン部分をn型のゲート電極とし、酸化膜105−1aの部分をサイドウォールの一部として機能させることができる。同様に、第3の領域103−2aにおける多結晶シリコン部分をp型のゲート電極とし、酸化膜105−2aの部分をサイドウォールの一部として機能させることができる。   Further, even after the step of FIG. 1D is completed, the polycrystalline silicon portion in the first region 103-1a is used as an n-type gate electrode, and the oxide film 105-1a portion is used as part of the sidewall. Can function. Similarly, the polycrystalline silicon portion in the third region 103-2a can function as a p-type gate electrode, and the oxide film 105-2a portion can function as a part of a sidewall.

なお、図1(B)の工程(第1のエッチング工程)から図1(C)の工程(酸化工程)に移行するタイミングは特に制限されるものではないが、エッチング速度が大きいn型のゲート電極に隣接したゲート酸化膜の露出が始まる直前とすることができる。酸化させる工程に移行する手段としては、予め確認された多結晶シリコン膜のエッチングレートに基づいて予め決められた時間で図1(B)の工程を実施する方法でも良いし、プラズマ発光強度をモニタすることにより移行するタイミングを決定する方法でもよい。対象となる試料のレイアウトパターンや、半導体装置が撮像センサを含む場合であれば撮像センサにおける各画素の開口率に応じて、より適切な方法を選んで実施する。   Note that the timing of shifting from the step of FIG. 1B (first etching step) to the step of FIG. 1C (oxidation step) is not particularly limited, but an n-type gate having a high etching rate. It can be immediately before the exposure of the gate oxide film adjacent to the electrode begins. As a means for shifting to the oxidation step, a method of performing the step of FIG. 1B for a predetermined time based on a previously confirmed etching rate of the polycrystalline silicon film may be used, or the plasma emission intensity may be monitored. It is also possible to use a method for determining the timing of transition by doing so. A more appropriate method is selected and implemented according to the layout pattern of the target sample and, if the semiconductor device includes an image sensor, the aperture ratio of each pixel in the image sensor.

また、上述のように、第2の領域103−1bにおける酸化膜105−1bの方が、第4の領域103−2bにおける酸化膜105−2bよりも厚くなっている。このため、酸化膜105−2bの除去が酸化膜105−1bの除去より早く完了するので、第4の領域103−2bにおける多結晶シリコン部分のエッチングは、第2の領域103−1bにおける多結晶シリコン部分のエッチングより早く開始する。これにより、第1の多結晶シリコン膜と第2の多結晶シリコン膜との間のエッチングレートの差が相殺される。この結果、第2の領域103−1bと第4の領域103−2bとで、エッチングが開始されてから多結晶シリコンが除去されるまでのエッチング時間の差が、酸化処理を実施しない場合と比べて小さくなる。すなわち、第2の領域103−1bと第4の領域103−2bとのエッチングの完了が同時になるように設定することが容易である。したがって、半導体基板SBの表面近傍の部分であるゲート酸化膜の過剰なエッチングが抑制され、ゲート酸化膜の膜減りを抑制することが可能になる。   Further, as described above, the oxide film 105-1b in the second region 103-1b is thicker than the oxide film 105-2b in the fourth region 103-2b. Therefore, since the removal of the oxide film 105-2b is completed earlier than the removal of the oxide film 105-1b, the etching of the polycrystalline silicon portion in the fourth region 103-2b is performed in the polycrystalline region in the second region 103-1b. Start faster than etching the silicon part. Thereby, the difference in etching rate between the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film is offset. As a result, in the second region 103-1b and the fourth region 103-2b, the difference in etching time from the start of etching until the polycrystalline silicon is removed is compared with the case where the oxidation treatment is not performed. Become smaller. That is, it is easy to set so that the etching of the second region 103-1b and the fourth region 103-2b is completed simultaneously. Therefore, excessive etching of the gate oxide film, which is a portion in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate SB, is suppressed, and it is possible to suppress the film loss of the gate oxide film.

本実施形態は、n型の第1の多結晶シリコン膜とp型の第2の多結晶シリコン膜とを同時にエッチングする場合を例に説明を行ったが、本発明の効果は、導電体中の電子の量の違いにより発現するものである。したがって、第1の多結晶シリコン膜がn型の不純物を高い濃度で含むn+型(第1の導電型)ものとし、第2の多結晶シリコン膜がn型の不純物を低い濃度で含むn−型(第2の導電型)ものとした場合にも、本実施形態と同様の効果を奏することができる。n+型におけるn型の不純物濃度は、n−型におけるn型の不純物濃度より高い。   In the present embodiment, the case where the n-type first polycrystalline silicon film and the p-type second polycrystalline silicon film are etched at the same time has been described as an example. It is expressed by the difference in the amount of electrons. Therefore, the first polycrystalline silicon film is n + type (first conductivity type) containing n-type impurities at a high concentration, and the second polycrystalline silicon film is n− containing n-type impurities at a low concentration. Even in the case of a mold (second conductivity type), the same effects as in the present embodiment can be obtained. The n type impurity concentration in the n + type is higher than the n type impurity concentration in the n− type.

次に、本発明の第2実施形態に係る半導体装置100iの製造方法を、図2を用いて説明する。以下では、第1実施形態と異なる部分を中心に説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100i according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Below, it demonstrates centering on a different part from 1st Embodiment.

図2(B)の工程(第1のエッチング工程)では、第2の領域を除去して半導体基板SBの表面SB1を露出させるまで第2の領域をエッチングする。具体的には、ハードマスク104−1をマスクとして第1の多結晶シリコン膜103−1iをエッチングする。すなわち、第1の多結晶シリコン膜103−1iにおけるハードマスク104−1で覆われていない第2の領域を除去するまで第2の領域をエッチングする。これにより、第1のパターンPT1iの露出した側面、すなわち第1のパターンPT1iとなるべき第1の領域103−1aiの露出した側面SF1iが形成されるとともに、第1の領域103−1aiに隣接した半導体基板SBの表面SB1が露出する。ここで、露出した側面SF1iは、第1のパターンPT1iの側面のほぼ全面に対応したものとなっている。   In the step of FIG. 2B (first etching step), the second region is etched until the second region is removed and the surface SB1 of the semiconductor substrate SB is exposed. Specifically, the first polycrystalline silicon film 103-1i is etched using the hard mask 104-1 as a mask. That is, the second region is etched until the second region not covered with the hard mask 104-1 in the first polycrystalline silicon film 103-1i is removed. Thereby, the exposed side surface of the first pattern PT1i, that is, the exposed side surface SF1i of the first region 103-1ai to be the first pattern PT1i is formed and adjacent to the first region 103-1ai. The surface SB1 of the semiconductor substrate SB is exposed. Here, the exposed side surface SF1i corresponds to substantially the entire side surface of the first pattern PT1i.

図2(C)の工程(酸化工程)では、第1の多結晶シリコン膜103−1iにおける第1の領域103−1aiの側面SF1iと図2(B)の工程で露出させた半導体基板SBの表面SB1とを酸化する。これにより、第1の領域103−1aiにおける側面近傍の酸化された部分が酸化膜105−1aiとなり、第1の領域103−1aiにおける酸化されなかった部分が多結晶シリコン部分103−1a2iとして残る。また、第1の領域103−1aiに隣接したゲート酸化膜102iの厚さが増加する。   In the step (oxidation step) of FIG. 2C, the side surface SF1i of the first region 103-1ai in the first polycrystalline silicon film 103-1i and the semiconductor substrate SB exposed in the step of FIG. The surface SB1 is oxidized. Thereby, the oxidized portion near the side surface in the first region 103-1ai becomes the oxide film 105-1ai, and the non-oxidized portion in the first region 103-1ai remains as the polycrystalline silicon portion 103-1a2i. In addition, the thickness of the gate oxide film 102i adjacent to the first region 103-1ai increases.

ここで、図2(C)の工程を行わないと、下地領域におけるエッチング速度の大きな第1の多結晶シリコン膜に隣接した領域105−5が、第2の多結晶シリコン膜に隣接した領域に比べて、薄いゲート酸化膜を通してプラズマに曝される時間が長くなり、プラズマによるダメージが入りやすくなる。そこで、本実施形態では、第1の領域103−1aiに隣接したゲート酸化膜102iの厚さを増加させる。このとき、第1の多結晶シリコン膜に隣接した領域105−5をも酸化させることができる。これにより、領域105−5の欠陥(ダメージ)を低減させる効果がある。この効果は、ゲート酸化膜の薄膜化が進むとより大きなものになる。   Here, if the step of FIG. 2C is not performed, the region 105-5 adjacent to the first polycrystalline silicon film having a high etching rate in the base region becomes the region adjacent to the second polycrystalline silicon film. In comparison, it takes a longer time to be exposed to the plasma through the thin gate oxide film, and the plasma is more easily damaged. Therefore, in the present embodiment, the thickness of the gate oxide film 102i adjacent to the first region 103-1ai is increased. At this time, the region 105-5 adjacent to the first polycrystalline silicon film can also be oxidized. This has the effect of reducing defects (damage) in the region 105-5. This effect becomes greater as the gate oxide film becomes thinner.

次に、本発明の半導体装置に含まれる撮像センサ(MOS型センサ)の一例を図3に示す。図3に示す撮像センサ30は、画素アレイ領域100、定電流源領域200、列アンプ領域300、保持容量領域400、出力アンプ領域450、垂直走査回路500、及び水平走査回路600を含む。   Next, an example of an imaging sensor (MOS type sensor) included in the semiconductor device of the present invention is shown in FIG. The imaging sensor 30 shown in FIG. 3 includes a pixel array region 100, a constant current source region 200, a column amplifier region 300, a storage capacitor region 400, an output amplifier region 450, a vertical scanning circuit 500, and a horizontal scanning circuit 600.

画素アレイ領域100では、複数の画素6がXY方向にマトリックス状に配列されている。各画素6は、光電変換部1、転送部2、電荷電圧変換部FD、リセット部3、出力部4、及び選択部5を含む。光電変換部1は、光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換部1は、例えば、フォトダイオードである。転送部2は、光電変換部1で発生した電荷を電荷電圧変換部FDへ転送する。転送部2は、例えば、転送トランジスタであり、垂直走査回路500からアクティブレベルの転送制御信号をゲートに受けた際にオンすることにより、光電変換部1で発生した電荷を電荷電圧変換部FDへ転送する。電荷電圧変換部FDは、転送された電荷を電圧に変換する。電荷電圧変換部FDは、例えば、フローティングディフュージョンである。リセット部3は、電荷電圧変換部FDをリセットする。リセット部3は、例えば、リセットトランジスタであり、垂直走査回路500からアクティブレベルのリセット制御信号をゲートに受けた際にオンすることにより、電荷電圧変換部FDをリセットする。出力部4は、電荷電圧変換部FDの電圧に応じた信号を列信号線PVへ出力する。出力部4は、例えば、増幅トランジスタであり、列信号線PVに接続された定電流源7とともにソースフォロワ動作を行うことにより、電荷電圧変換部FDの電圧に応じた信号を列信号線PVへ出力する。すなわち、出力部4は、リセット部3により電荷電圧変換部FDがリセットされた状態で電荷電圧変換部FDの電圧に応じたノイズ信号を列信号線PVへ出力する。出力部4は、転送部2により光電変換部1の電荷が電荷電圧変換部FDへ転送された状態で電荷電圧変換部FDの電圧に応じた光信号を列信号線PVへ出力する。選択部5は、画素6を選択状態/非選択状態にする。選択部5は、例えば、選択トランジスタであり、垂直走査回路500からアクティブレベルの選択制御信号をゲートに受けた際にオンすることにより、画素6を選択状態にする。選択部5は、垂直走査回路500からノンアクティブレベルの選択制御信号をゲートに受けた際にオフすることにより、画素6を非選択状態にする。   In the pixel array region 100, a plurality of pixels 6 are arranged in a matrix in the XY direction. Each pixel 6 includes a photoelectric conversion unit 1, a transfer unit 2, a charge / voltage conversion unit FD, a reset unit 3, an output unit 4, and a selection unit 5. The photoelectric conversion unit 1 generates and accumulates charges corresponding to light. The photoelectric conversion unit 1 is, for example, a photodiode. The transfer unit 2 transfers the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 to the charge voltage conversion unit FD. The transfer unit 2 is, for example, a transfer transistor, and is turned on when an active level transfer control signal is received by the gate from the vertical scanning circuit 500, whereby the charge generated in the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the charge-voltage conversion unit FD. Forward. The charge-voltage converter FD converts the transferred charge into a voltage. The charge-voltage conversion unit FD is, for example, a floating diffusion. The reset unit 3 resets the charge-voltage conversion unit FD. The reset unit 3 is, for example, a reset transistor, and resets the charge-voltage conversion unit FD by turning on when receiving an active level reset control signal from the vertical scanning circuit 500 at the gate. The output unit 4 outputs a signal corresponding to the voltage of the charge-voltage conversion unit FD to the column signal line PV. The output unit 4 is, for example, an amplification transistor, and performs a source follower operation together with the constant current source 7 connected to the column signal line PV, so that a signal corresponding to the voltage of the charge voltage conversion unit FD is sent to the column signal line PV. Output. That is, the output unit 4 outputs a noise signal corresponding to the voltage of the charge voltage conversion unit FD to the column signal line PV in a state where the charge voltage conversion unit FD is reset by the reset unit 3. The output unit 4 outputs an optical signal corresponding to the voltage of the charge voltage conversion unit FD to the column signal line PV in a state where the charge of the photoelectric conversion unit 1 is transferred to the charge voltage conversion unit FD by the transfer unit 2. The selection unit 5 puts the pixel 6 into a selected state / non-selected state. The selection unit 5 is, for example, a selection transistor, and is turned on when an active level selection control signal is received by the gate from the vertical scanning circuit 500 to place the pixel 6 in a selected state. When the selection unit 5 receives a non-active level selection control signal from the vertical scanning circuit 500 at the gate, the selection unit 5 turns off the pixel 6.

垂直走査回路500は、画素アレイ領域100を垂直方向(Y方向)に走査することにより、画素アレイ領域100における信号を読み出すべき読み出し行を選択し、読み出し行の画素から複数の列信号線PVへ信号が出力されるようにする。例えば、垂直走査回路500は、上記のように、画素アレイ領域100の読み出し行の画素におけるトランジスタを駆動する。垂直走査回路500は、例えば、シフトレジスタやデコーダーを含む。   The vertical scanning circuit 500 scans the pixel array region 100 in the vertical direction (Y direction) to select a readout row from which a signal in the pixel array region 100 is to be read, and from the pixels in the readout row to the plurality of column signal lines PV. A signal is output. For example, the vertical scanning circuit 500 drives the transistors in the pixels in the readout row of the pixel array region 100 as described above. The vertical scanning circuit 500 includes, for example, a shift register and a decoder.

定電流源領域200は、複数の列信号線PVにそれぞれ接続された複数の定電流源7がX方向に配列されて構成された領域である。列アンプ領域300は、複数の列アンプ部11がX方向に配列された領域である。各列アンプ部11は、例えば、差動増幅器8、クランプ容量9、帰還容量10、クランプ制御スイッチCSを含んで構成されうる。各列アンプ部11は、光信号とノイズ信号との差分信号を出力する差分回路(クランプCDS回路)となりうる。保持容量領域400は、複数の保持容量部18がX方向に配列された領域である。各保持容量部18は、ノイズ信号書込トランジスタ12、光信号書込トランジスタ13、ノイズ信号保持容量14、光信号保持容量15、ノイズ信号転送トランジスタ16、光信号転送トランジスタ17を含んで構成されうる。出力アンプ領域450は、出力アンプ19を含む。   The constant current source region 200 is a region in which a plurality of constant current sources 7 respectively connected to a plurality of column signal lines PV are arranged in the X direction. The column amplifier region 300 is a region where a plurality of column amplifier units 11 are arranged in the X direction. Each column amplifier unit 11 may be configured to include, for example, a differential amplifier 8, a clamp capacitor 9, a feedback capacitor 10, and a clamp control switch CS. Each column amplifier unit 11 can be a difference circuit (clamp CDS circuit) that outputs a difference signal between an optical signal and a noise signal. The storage capacitor region 400 is a region in which a plurality of storage capacitor units 18 are arranged in the X direction. Each holding capacitor unit 18 can include a noise signal writing transistor 12, an optical signal writing transistor 13, a noise signal holding capacitor 14, an optical signal holding capacitor 15, a noise signal transfer transistor 16, and an optical signal transfer transistor 17. . The output amplifier area 450 includes the output amplifier 19.

水平走査回路600は、各保持容量領域400のリセットレベル転送トランジスタ16、光信号レベル転送トランジスタ17を駆動するための走査回路である。水平走査回路600は、例えば、シフトレジスタやデコーダーを含む。   The horizontal scanning circuit 600 is a scanning circuit for driving the reset level transfer transistor 16 and the optical signal level transfer transistor 17 in each storage capacitor region 400. The horizontal scanning circuit 600 includes, for example, a shift register and a decoder.

図3のようなMOS型センサでは、画素アレイ領域100において1種類の導電型のトランジスタを用いることが多い。一方、列アンプ領域300の差動増幅器8や走査回路500、600には、異なる種類の導電型のトランジスタを用いることが多く、列アンプ領域300には、異なる導電型のトランジスタが不均一な分布で存在している。異なる導電型のトランジスタが、不均一な分布で存在しているMOS型センサにおいては、エッチングガスの、多結晶シリコン表面への寄与の仕方が場所により異なる。その結果、第1の多結晶シリコン膜と第2の多結晶シリコン膜とを同時にエッチングする場合の、エッチング速度の差異がより拡大される。そこで、本発明のエッチング方法をMOS型センサに適用することにより、MOS型センサ内の多結晶シリコンの加工形状(幅)の差異を小さくする効果が、顕著なものとなる。   In the MOS type sensor as shown in FIG. 3, one type of conductive transistor is often used in the pixel array region 100. On the other hand, different types of conductive transistors are often used for the differential amplifier 8 and the scanning circuits 500 and 600 in the column amplifier region 300. In the column amplifier region 300, transistors of different conductive types are unevenly distributed. Exists. In a MOS type sensor in which transistors of different conductivity types are present in a non-uniform distribution, the manner in which the etching gas contributes to the surface of the polycrystalline silicon differs depending on the location. As a result, the difference in etching rate when the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film are simultaneously etched is further expanded. Therefore, by applying the etching method of the present invention to the MOS type sensor, the effect of reducing the difference in the processing shape (width) of the polycrystalline silicon in the MOS type sensor becomes remarkable.

Claims (7)

半導体基板の上に、第1の導電型の不純物を含む第1の多結晶シリコン膜と、第2の導電型の不純物を含む第2の多結晶シリコン膜とを形成する形成工程と、
前記第1の多結晶シリコン膜をエッチングによりパターニングして第1のパターンを形成するとともに、前記第2の多結晶シリコン膜をエッチングによりパターニングして第2のパターンを形成するパターニング工程と、
を備え、
前記パターニング工程は、
前記第1のパターン及び前記第2のパターンのそれぞれの側面を露出させるようにエッチングを行う第1のエッチング工程と、
前記露出した側面を酸化して前記側面に酸化膜を形成する酸化工程と、
前記側面が前記酸化膜で保護された状態でエッチングを行い、前記第1の多結晶シリコン膜及び前記第2の多結晶シリコン膜のパターニングを完了させる第2のエッチング工程と、
を含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first polycrystalline silicon film containing a first conductivity type impurity and a second polycrystalline silicon film containing a second conductivity type impurity on a semiconductor substrate;
Patterning the first polycrystalline silicon film by etching to form a first pattern, and patterning the second polycrystalline silicon film by etching to form a second pattern; and
With
The patterning step includes
A first etching step of performing etching so as to expose each side surface of the first pattern and the second pattern;
An oxidation step of oxidizing the exposed side surface to form an oxide film on the side surface;
Etching in a state where the side surface is protected by the oxide film, and completing a patterning of the first polycrystalline silicon film and the second polycrystalline silicon film;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の多結晶シリコン膜は、
前記第1のパターンとなるべき第1の領域と、
除去すべき第2の領域と、
を含み、
前記第2の多結晶シリコン膜は、
前記第2のパターンとなるべき第3の領域と、
除去すべき第4の領域と、
を含み、
前記第1のエッチング工程では、前記第2の領域を表面から第1の深さまでエッチングするとともに、前記第4の領域を表面から第2の深さまでエッチングし、
前記酸化工程では、前記第1のエッチング工程で残された第2の領域及び第4の領域のそれぞれの上面を酸化して前記上面に第2の酸化膜を形成し酸化されなかった部分を多結晶シリコン部分として残し、
前記第2のエッチング工程は、
前記多結晶シリコン部分が露出するまで前記第2の酸化膜をエッチングする第1の工程と、
前記半導体基板の表面が露出するまで前記多結晶シリコン部分をエッチングする第2の工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The first polycrystalline silicon film is
A first region to be the first pattern;
A second region to be removed;
Including
The second polycrystalline silicon film is
A third region to be the second pattern;
A fourth region to be removed;
Including
In the first etching step, the second region is etched from the surface to the first depth, and the fourth region is etched from the surface to the second depth.
In the oxidation step, the upper surface of each of the second region and the fourth region left in the first etching step is oxidized to form a second oxide film on the upper surface, and a portion that has not been oxidized is removed. Leave as crystalline silicon part,
The second etching step includes
A first step of etching the second oxide film until the polycrystalline silicon portion is exposed;
A second step of etching the polycrystalline silicon portion until a surface of the semiconductor substrate is exposed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記第1の導電型におけるn型の不純物濃度は、前記第2の導電型におけるn型の不純物濃度より高く、
前記第1の深さは、前記第2の深さより大きく、
前記第2の領域における前記第2の酸化膜は、前記第4の領域における前記第2の酸化膜より厚い
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
The n-type impurity concentration in the first conductivity type is higher than the n-type impurity concentration in the second conductivity type,
The first depth is greater than the second depth;
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the second oxide film in the second region is thicker than the second oxide film in the fourth region.
前記第1の導電型におけるn型の不純物濃度は、前記第2の導電型におけるn型の不純物濃度より高く、
前記第1の多結晶シリコン膜は、
前記第1のパターンとなるべき第1の領域と、
除去すべき第2の領域と、
を含み、
前記第2の多結晶シリコン膜は、
前記第2のパターンとなるべき第3の領域と、
除去すべき第4の領域と、
を含み、
前記第1のエッチング工程では、前記第2の領域を除去して前記半導体基板の表面を露出させるまで前記第2の領域をエッチングするとともに、前記第4の領域を表面から第2の深さまでエッチングし、
前記酸化工程では、前記第1のエッチング工程で露出させた前記半導体基板の表面を酸化するとともに、前記第1のエッチング工程で残された第4の領域の上面を酸化して前記上面に第2の酸化膜を形成し酸化されなかった部分を多結晶シリコン部分として残し、
前記第2のエッチング工程は、
前記多結晶シリコン部分が露出するまで前記第2の酸化膜をエッチングする第1の工程と、
前記半導体基板の表面が露出するまで前記多結晶シリコン部分をエッチングする第2の工程と、
を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The n-type impurity concentration in the first conductivity type is higher than the n-type impurity concentration in the second conductivity type,
The first polycrystalline silicon film is
A first region to be the first pattern;
A second region to be removed;
Including
The second polycrystalline silicon film is
A third region to be the second pattern;
A fourth region to be removed;
Including
In the first etching step, the second region is etched until the surface of the semiconductor substrate is exposed by removing the second region, and the fourth region is etched from the surface to the second depth. And
In the oxidation step, the surface of the semiconductor substrate exposed in the first etching step is oxidized, and the upper surface of the fourth region left in the first etching step is oxidized to form a second surface on the upper surface. The portion that was not oxidized by forming the oxide film was left as a polycrystalline silicon portion,
The second etching step includes
A first step of etching the second oxide film until the polycrystalline silicon portion is exposed;
A second step of etching the polycrystalline silicon portion until a surface of the semiconductor substrate is exposed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, comprising:
前記酸化工程では、酸素を含んだガスを用いて酸化を行う
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the oxidation step, oxidation is performed using a gas containing oxygen. 6.
前記酸化工程では、水蒸気を含んだガスを用いて酸化を行う
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the oxidation step, oxidation is performed using a gas containing water vapor. 6.
前記半導体装置は、撮像センサを含む
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device includes an imaging sensor.
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