JP4711645B2 - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、電荷転送部および周辺回路の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオード領域の占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
例えば平坦性の向上のために、電荷転送部を単層電極構造とした構造が提案されている(例えば特許文献1)。この構造を実現するために、第1層導電性膜により第1の電極のパターンを形成した後熱酸化により電極間絶縁膜を形成し、この上層に第2層導電性膜を形成している。
そしてこの酸化シリコン膜5を電極間絶縁膜として、第2層ドープトポリシリコン膜等を形成し、CMPあるいはレジストエッチバックにより平坦化する方法がとられている。
しかしながらこの熱酸化工程において、角状の突起Tが形成されることがあった。これは熱酸化工程において加熱温度を低くするにつれて特に顕著な問題となっていることがわかった。
すなわち、従来は950℃程度の熱酸化が主流であったのに対し、微細化、高集積化に伴い、デザインルールも微細化しており、900℃程度、さらには850℃程度まで低下せしめられる傾向にあるが、低温下での熱酸化を行なう場合に、特にこの問題が顕著となっていることがわかった。
詳細な理由は不明であるが、第1の電極の上端部に応力と酸化による熱の影響で角状の突起が成長するものと考えられる。
単層電極構造の場合には、この上層に例えば第2層ドープトポリシリコン膜を形成し、CMPあるいはレジストエッチバックにより平坦化するとともに第2層ドープトポリシリコン膜を分離し、第1層ドープトポリシリコン層からなる第1の電極3aの間に第2層ドープトポリシリコン膜(図示せず)からなる第2の電極が形成される。
この場合、電極上縁部のエッジ近傍で突起Tの成長により短絡が生じ易いという問題がある。
この構造では特に、この電極上縁部のエッジ近傍で、突起Tの成長により短絡が生じ易いという問題がある。
また、本発明は、電荷転送電極における第1層導電性膜からなる第1の電極と第2層導電性膜からなる第2の電極との間の電極間絶縁膜におけるリークの抑制をはかり耐圧を向上することを目的とする。
この構成により、第1の電極は上面が減圧CVD法により形成された窒化シリコンなどの酸化防止膜で被覆された状態で側壁酸化がなされることにより、上面からのストレスが低減され、突起Tの成長は低減され、層間リークの発生を低減することができる。
この構成により、CVD酸化膜の存在により、これがバッファとなるものと考えられ、突起の成長を抑制することができる。
この構成により、酸化防止膜として有効に作用する窒化シリコンを用いることにより、信頼性の向上をはかることができる。さらにまた下地が酸化シリコン膜である場合には、上面では酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜となり、絶縁性が向上するため絶縁耐圧を高めつつ薄膜化が可能となる。加えてこの酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜はアモルファスシリコンあるいはポリシリコンのパターニング用のマスクとして有効であり、第1の電極のパターニングのためにマスクとして用いると共に、これをそのまま絶縁膜として用いることができるため、工数の低減を図ることができる。
この構成により、膜質の良好な電極間絶縁膜を用いているため単層構造の電荷転送電極においてリークの確実な低減を図ることができる。
この構成によれば、特に第1の電極の上縁近傍で膜質の良好な電極間絶縁膜を用いているため2層構造の電荷転送電極においてリークの確実な低減を図ることができる。
この構成により、電荷の授受が主として行なわれる第1の電極の上縁近傍で酸化防止膜は存在せず、側壁と同様の誘電率を有するため、当接領域全体にわたって均一な電極間絶縁膜が存在していることになり、電界の集中を抑制し、信頼性の向上を図ることができる。
この方法によれば、酸化防止膜の存在下で熱酸化を行なうことにより前記第1の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成しているため、緻密で膜質の良好な電極間絶縁膜を形成することができ、また第1の電極の上面での酸化膜の成長はほとんどないためストレスが低減し、低温形成においても突起Tの成長が低減され、信頼性の高い電極間絶縁膜を形成することができる。
この構成により、減圧CVD法により第1の電極にストレスを与えることなく酸化防止膜を形成することができ、より確実に突起の成長を抑制することができる。
この構成によれば、酸化防止膜の下地としてCVD法により酸化シリコン膜を形成することにより、よりストレスの低減を図ることができる。
この構成によれば、マスクパターンとして酸化防止膜および酸化シリコン膜を用いることにより、マスクとして有効に作用し、かつ熱酸化による側壁への絶縁膜形成にはストレス低減のための酸化防止膜として作用し、使用時には酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜として高度の絶縁耐圧を得ることができる。
この構成によれば、単層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。
この構成によれば、2層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。
またこの方法によれば、特に微細化にあたり、熱酸化などの熱処理温度を拡散長の伸びを生じない程度に低減しつつ信頼性の高い素子構造を提供することができる。
(第1の実施の形態)
また、図2では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
まず、不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚15〜35nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚5〜10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する。
そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第2層ドープトポリシリコン膜3bが形成される(図3(c))。
この後、カラーフィルタ50、平坦化層61、マイクロレンズ60などを形成して、図1および図2に示すような固体撮像素子を得る。
また、第1の電極表面に設けられたこの酸化シリコン膜4aと窒化シリコン膜4bからなる2層膜は表面の平坦化のためのエッチバック工程に代えてCMP工程を用いる場合に
もストッパとして作用するため膜減りが防止される。
前記第1の実施の形態では、単層電極構造をもつ電荷転送電極を用いた場合について説明したが、2層電極構造の電荷転送電極にも適用可能である。図4は本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の断面概要図である。また図5(a)乃至(c)にその電極形成工程を示す図である。本実施の形態では、単層電極構造に代えて2層電極構造の電荷転送電極を備えた固体撮像素子を形成した点が異なるのみで他は前記実施の形態1と同様である。すなわち、電極間絶縁膜となる側壁の酸化シリコン膜5を、HTO膜である酸化シリコン膜4aと減圧CVD法により形成した窒化シリコン膜4bとで上面を被覆した第1層導電性膜で構成された第1の電極のパターンで被覆した状態で熱酸化することにより形成したことを特徴とするものである。なお、2層電極構造の場合は第1の電極の上面の絶縁膜も電荷の授受に寄与するため第2の電極との相対向する領域の第1の電極は窒化シリコン膜4bが除去されている。ここでは第1の電極の上面全体にわたって窒化シリコン膜4bが除去されている。
まず、前記実施の形態1と同様にして第1の電極を形成する。すなわち不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚15〜35nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚5〜10nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する。
この後、カラーフィルタ50、平坦化層61、マイクロレンズ60などを形成して、図4に示すような固体撮像素子を得る。
2 ゲート酸化膜
3a 第1の電極(第1層ドープトポリシリコン膜)
3b 第2の電極(第2層ドープトポリシリコン膜)
3 電荷転送電極
4a 酸化シリコン膜
4b 窒化シリコン膜(酸化防止膜)
5 電極間絶縁膜
6 酸化シリコン膜
7 酸化シリコン膜
30 フォトダイオード領域
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 中間層
Claims (17)
- 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、
前記電荷転送部が、第1層導電性膜からなる第1の電極と、前記第1の電極に対して電極間絶縁膜を介して当接せしめられた、第2層導電性膜からなる第2の電極とを備えた電荷転送電極で構成される固体撮像素子において、
前記第1の電極は、上面がCVD法により形成された酸化シリコン膜を介して酸化防止膜で被覆され、前記酸化防止膜で被覆された状態で側壁酸化を行なうことによって形成された前記電極間絶縁膜としての酸化シリコン膜で被覆されたことを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
前記酸化シリコン膜は、前記第1の電極上にCVD法により形成されたことを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1または2に記載の固体撮像素子であって、
前記酸化防止膜は、窒化シリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記第1および第2の電極はいずれも半導体基板表面にゲート酸化膜を介して並置された単層構造の電荷転送電極を構成することを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記第2の電極は前記第1の電極の上層の一部に重畳するように形成された2層電極構造の電荷転送電極を構成することを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
前記第1層導電性膜または第2層導電性膜はシリコン系導電性膜であることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項6に記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子。 - 請求項6に記載の固体撮像素子であって、
前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子。 - 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、
前記電荷転送部が、第1層導電性膜からなる第1の電極と、前記第1の電極に対して電極間絶縁膜を介して当接せしめられた、第2層導電性膜からなる第2の電極とを備えた電荷転送電極で構成される固体撮像素子の製造方法において、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、前記第1層導電性膜を形成し、
前記第1層導電性膜の上面にCVD法により形成された酸化シリコン膜を介して酸化防止膜を形成した後、該第1層導電性膜をパターニングすることで前記第1の電極を形成し、
前記酸化防止膜の存在下で熱酸化を行なうことにより、前記第1の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成し、
前記第1の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第2の電極を構成する第2層導電性膜を形成する固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記酸化防止膜を形成する工程は、減圧CVD工程である固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記酸化シリコン膜は、前記第1層導電性膜上に高温CVD法により形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項11に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記高温CVD法により前記酸化シリコン膜を形成する工程およびこの上層に前記酸化防止膜を形成する工程は、前記第1層導電性膜のパターニングに先立ち、実行され、
前記第1層導電性膜は前記酸化シリコン膜および前記酸化防止膜のパターニングによって得られたマスクパターンを用いてパターニングされることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9乃至12のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第1の電極上に突出する前記第2層導電性膜の突出部を除去し、表面を平坦化する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9乃至12のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第2層導電性膜の形成工程に先立ち、前記酸化防止膜を除去する工程を含み、
前記第2層導電性膜の形成工程の後、前記第1の電極上に重畳する領域を残して前記第2層導電性膜をパターニングする工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項9乃至14のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第1層導電性膜または第2層導電性膜は、シリコン系導電性膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項15に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項15に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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