JP4711645B2 - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4711645B2
JP4711645B2 JP2004188404A JP2004188404A JP4711645B2 JP 4711645 B2 JP4711645 B2 JP 4711645B2 JP 2004188404 A JP2004188404 A JP 2004188404A JP 2004188404 A JP2004188404 A JP 2004188404A JP 4711645 B2 JP4711645 B2 JP 4711645B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
solid
electrode
imaging device
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004188404A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006013146A (ja
JP2006013146A5 (ja
Inventor
洋介 中橋
浩昭 高尾
誠 雫石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2004188404A priority Critical patent/JP4711645B2/ja
Priority to US11/159,367 priority patent/US7233037B2/en
Publication of JP2006013146A publication Critical patent/JP2006013146A/ja
Publication of JP2006013146A5 publication Critical patent/JP2006013146A5/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4711645B2 publication Critical patent/JP4711645B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/148Charge coupled imagers
    • H01L27/14806Structural or functional details thereof
    • H01L27/14812Special geometry or disposition of pixel-elements, address lines or gate-electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462Coatings
    • H01L27/14623Optical shielding
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627Microlenses

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に電極間のリークの低減に関する。
エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。固体撮像素子の作りこまれた基板(シリコン基板)は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度(光電変換効率)面での大きな問題となる。
さらにまた、このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。一方光電変換部を構成するフォトダイオードの面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオード領域の面積は確保しなければならない。
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。
このような状況の中で配線の微細化により、高集積化を実現するためには表面の平坦性に加え、電荷転送部と配線層間の層間絶縁膜の耐圧の向上と薄肉化は重要な技術課題となる。
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。
ところで、従来の単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、電荷転送電極として多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を用い、第1層配線を形成した後に、この第1層配線のパターン表面を熱酸化し、酸化シリコン膜で被覆した後、第2層目の転送電極となる多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を堆積し、CMP(化学的機械研磨)法により研磨を行うあるいは、レジストを塗布し、レジストエッチバック法により全面エッチングを行うことにより電極の単層化を実施している。
例えば、従来の方法では、図6に示すように、n型シリコン基板1表面に、酸化シリコン膜2aと、窒化シリコン膜2bと、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。
続いて、このゲート酸化膜2上に、第1層ドープトポリシリコン膜3aを形成し、これをフォトリソグラフィによりパターニングした後、熱酸化により電極間絶縁膜となる酸化シリコン膜5を形成する。
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。
一方2層電極構造の場合には、図7に示すように、酸化シリコン膜5で被覆された第1層ドープトポリシリコン膜3aからなる第1の電極上にかかるように、第2層ドープトポリシリコン膜3bを形成し、フォトリソグラフィにより形成した所望のマスクを用いてパターニングして、第2の電極を形成する。
この構造では特に、この電極上縁部のエッジ近傍、突起Tの成長により短絡が生じ易いという問題がある。
特開平8−274302号公報
このように、従来の固体撮像素子では、熱酸化による第1層導電性膜のパターンの上縁近傍から突起Tが成長することに起因して、第1の電極と第2の電極との間即ち、隣接する2電極間の絶縁膜の膜質の低下、さらには電気的耐圧の低下という問題があった。さらには、ステップカバレッジの低下という問題があり、さらにはリークの発生確率が高くなってしまうという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、電荷転送電極における電極間絶縁膜の膜質の向上を図ることを目的とする。
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。
そこで本発明の固体撮像素子では、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側壁を覆うように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。
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。
そこで本発明の固体撮像素子では、前記酸化防止膜が、前記第1の電極上にCVD法により形成された酸化シリコン膜を介して形成されたものを含む。
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。
また本発明の固体撮像素子では、前記酸化防止膜が、窒化シリコン膜であるものを含む。
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。
また本発明の固体撮像素子では、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ものを含む。
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。
また本発明の固体撮像素子では、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ものを含む。
この構成によれば、特に第1の電極の上縁近傍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。
また本発明の固体撮像素子では、少なくとも前記第1および第2の電極の相対向する領域では、酸化防止膜は存在しないように構成されたものを含む。
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、電の集中を抑制し、信頼性の向上を図ることができる。
また本発明の固体撮像素子では、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ものを含む。
また本発明の固体撮像素子では、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ものを含む。
また本発明の固体撮像素子では、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ものを含む。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、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た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、第1の電極を構成する第1層導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第1の電極を構成する前記第1層導電性膜の上に酸化防止膜を形成する工程と、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する工程と、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工程とを含むことを特徴とする。
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。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記酸化防止膜を形成する工程が、減圧CVD工程であるものを含む。
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。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記酸化防止膜を形成する工程に先立ち、前記第1層導電性膜上に高温CVD法により酸化シリコン膜を形成する工程を含むものを含む。
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。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記高温CVD法により酸化シリコン膜を形成する工程およびこの上層に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ものを含む。
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。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、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ものを含む。
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。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、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ものを含む。
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、本発明の固体撮像素子の製造方法は、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ものを含む。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、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ものを含む。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、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ものを含む。
本発明の固体撮像素子およびその製造方法によれば、熱酸化に際して、ストレスによりシリコンの突起が成長し、これに起因するリークが発生するのを抑制することができ、高歩留まりで信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。
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。
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(第1の実施の形態)
この固体撮像素子は、図1および2にその断面概要図および平面概要図を示すと共に図3(a)乃至(d)にその電極形成工程を示すように、単層電極構造の電荷転送電極を備えた固体撮像素子において、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、図2に平面概要図を示すように、シリコン基板1には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。ここで図1は図2のA−A線に沿って切断して得られる断面である。
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル33は、図2では図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成される。
なお、図2においては、電極間絶縁膜5の内、フォトダイオード領域と電荷転送部40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
図1に示すように、シリコン基板1内には、フォトダイオード領域30、電荷転送チャネル33、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域34が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5と電荷転送電極(第1層ドープトポリシリコン膜3aからなる第1の電極、第2層ドープトポリシリコン膜3bからなる第2の電極)が形成される。
電荷転送部40は、上述したとおりであるが、図1に示すように、電荷転送部40の電荷転送電極上面には中間層70が形成される。71は遮光膜、72はBPSG(borophospho silicate glass)からなる絶縁膜、73はP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)、74は透明樹脂膜からなる平坦化層である。
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード領域30の光検知部分を除いて遮光膜71が設けられ、さらにカラーフィルタ50、マイクロレンズ60が設けられる。また、カラーフィルタ50とマイクロレンズ60との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層61が充填される。
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。
次にこの固体撮像素子の製造工程について図3(a)乃至図3(d)を参照しつつ詳細に説明する。
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。
続いて、このゲート酸化膜2上に、PHとNとを添加したSiHを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、第1層導電性膜として例えば膜厚0.25〜0.4μmのリンドープの第1層ドープトポリシリコン膜3aを形成する。このときの基板温度は500〜650℃とする。
この後、基板温度750℃で減圧CVD法により膜厚15nmの酸化シリコン膜4aを形成するとともに、減圧CVD法により酸化防止膜として例えば、膜厚50〜150nmの窒化シリコン膜4bとを形成する。
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ0.5〜1.4μmとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンを形成する。
この後、CHFとCとOとHeとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、酸化シリコン膜4aと、窒化シリコン膜4bとをエッチングし、第1層ドープトポリシリコン膜3aのパターニング用のマスクパターンを形成する。このマスクパターンは側壁酸化工程においてはそのまま、酸化防止膜として用いられる
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、HBrとOとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして第1層ドープトポリシリコン膜3aを選択的にエッチング除去し、第1の電極および周辺回路(図示せず)の配線を形成する(図3(a)))。ここではECR(電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
続いて、熱酸化法により第1の電極のパターンの側面を含む周りに膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5を形成する(図3(b))。ここでは熱酸化の温度は900℃程度とする。望ましくは850℃である。これにより拡散長の伸びを防ぐことができる。第1の電極の上面を窒化シリコン膜4bからなる酸化防止膜で被覆した状態で熱酸化しているため、ストレスが緩和され突起Tの成長は抑制される。
次に、SiHガスにPHとNとを添加した反応性ガスを用いた減圧CVD法により第2層導電性膜として、例えば、膜厚0.4〜0.7μmの第2層ドープトポリシリコン膜3bを形成する。このとき第2層ドープトポリシリコン膜3bの膜厚は第1層ドープトポリシリコン膜およびその上層の酸化シリコン膜4aおよび窒化シリコン膜4bの膜厚の合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。
そして、レジスト(図示せず)を塗布し、このレジストと第2層ドープトポリシリコン膜3bのエッチング速度がほぼ同一となる条件で、全面エッチングを行い、第2層ドープトポリシリコン膜3bの平坦化を行う。
この後、アクティブ領域および周辺回路形成のためのレジストパターン(図示せず)を形成する。ここでは、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レジストパターンを形成する。
そして、このレジストパターンをマスクとして、フォトダイオード領域30上の第2層ドープトポリシリコン膜3bをエッチング除去するとともに周辺回路の他のパターン(図示せず)を残留させる。
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))。
このようにして、第2層ドープトポリシリコン膜3bからなる第2の電極を形成し、熱酸化により第2の電極の周りに酸化シリコン膜6を形成し、単層電極構造の電荷転送電極3が形成される(図3(d))。
そしてこの上層に遮光膜のパターン71、膜厚700nmのBPSG膜72を形成し、850℃でリフローし平坦化する。そしてP−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)73、透明樹脂膜からなる平坦化層74を形成する。
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1および図2に示すような固体撮像素子を得る。
この方法によれば、高温CVD法で形成した高品質の酸化シリコン膜と減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜との2層膜を酸化防止膜として熱酸化を行い側壁に高品質の酸化シリコン膜を形成しているため、高耐圧で信頼性の高い電極間絶縁膜の形成が可能となる。またこの酸化シリコン膜および窒化シリコンは第1層導電性膜で構成された第1の電極のパターニングにマスクパターンとして用いるものであり、工数の増大なしに形成可能である。さらにまた、第1の電極の表面は高温CVDで構成された緻密な酸化シリコン膜4aと窒化シリコン膜との2層構造であるため上面の耐圧も良好であるためより薄膜化が可能となる。このようにして、微細でかつ高感度の固体撮像素子を形成することができる。
なお、この第1層導電性膜は、上層に酸化シリコン膜4aと窒化シリコン膜4bとからなるストッパで被覆されているため、エッチバック工程においても、エッチングされることなく、第1の電極は所望の膜厚を維持することができる。
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。
また、酸化防止膜としての窒化シリコンの膜厚は50〜150nm程度とするのが望ましい。ただ、酸化防止膜としての窒化シリコン膜は側壁絶縁膜としての酸化シリコン膜の形成後、除去してもよい。
(第2の実施の形態)
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
なお、平面概要図は図2に示した前記第1の実施の形態と同様であり、シリコン基板1には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。ここで図4は図2のA−A線に沿って切断して得られる断面である。
電荷転送電極以外の部分については前記第1の実施の形態と同様であるためここでは説明を省略する。
次にこの固体撮像素子の製造工程について図5(a)乃至図5(c)を参照しつつ詳細に説明する。
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。
続いて、このゲート酸化膜2上に、PHとNとを添加したSiHを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、第1層導電性膜として、例えば、膜厚0.3〜0.4μmのリンドープの第1層ドープトポリシリコン膜3aを形成する。
この後、基板温度750℃で減圧CVD法により膜厚15nmの酸化シリコン膜4aを形成するとともに、減圧CVD法により酸化防止膜として膜厚50〜150nmの窒化シリコン膜4bとを形成する。
続いて、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして酸化シリコン膜4aと、窒化シリコン膜4bとをエッチングし、第1層ドープトポリシリコン膜3aのパターニング用のマスクパターンを形成する。ここでもダミーのマスクパターンが、本来の第1の電極形成用マスクパターンの左手に形成されている。
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、HBrとOとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのマスクパターンをマスクとし、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして第1層ドープトポリシリコン膜3aを選択的にエッチング除去し、第1の電極および周辺回路(図示せず)の配線を形成する。
続いて、熱酸化法により第1の電極のパターンの側面を含む周りに膜厚80〜90nmの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜5を形成する。ここでは熱酸化の温度は900℃程度とする。望ましくは850℃である。これにより拡散長の伸びを防ぐことができる。第1の電極の上面を窒化シリコン膜4bからなる酸化防止膜で被覆した状態で熱酸化しているため、ストレスが緩和され突起Tの成長は抑制される。電極間絶縁膜形成後窒化シリコン4bをエッチング除去する(図5(a))
次に、第1の電極の周りに減圧CVD法により酸化シリコン膜(HTO)6を形成した後(図5(b))、SiHガスにPHとNとを添加した反応性ガスを用いた減圧CVD法により、第2層導電性膜として、例えば、膜厚0.3〜0.5μmの第2層ドープトポリシリコン膜3bを形成する。
そして、レジスト(図示せず)を塗布し、第2層ドープトポリシリコン膜3bのパターニングを行なう(図5(c))。このとき本実施の形態では、第2層ドープトポリシリコン膜3bが第1の電極の上層の一部に重畳するようにパターニングして第2の電極を形成する。
このようにして、2層電極構造の電荷転送電極が形成される。後は前記第1の実施の形態と同様にこの上層に遮光膜のパターン71、膜厚700nmのBPSG膜72P−SiNからなる絶縁膜(パッシベーション膜)73、透明樹脂膜からなる平坦化層74を形成する。
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。
この方法によれば、減圧CVD法で形成した高品質の酸化シリコン膜と減圧CVD法で形成した窒化シリコン膜との2層膜を酸化防止膜として熱酸化を行い側壁に高品質の酸化シリコン膜を形成しているため、高耐圧で信頼性の高い電極間絶縁膜の形成が可能となる。
なお本実施の形態の固体撮像素子において、少なくとも前記第1および第2の電極の相対向する領域では、酸化防止膜を除去することにより、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、電荷の集中を抑制し、信頼性の向上を図ることができる。
以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、熱酸化に際して、ストレスによりシリコンの突起が成長し、これに起因するリークが発生するのを抑制することができ、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ことから、微細でかつ高感度の固体撮像素子の形成に有効である。
本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子を示す要部説明図である。 本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子を示す断面図である。 本発明の第2の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
符号の説明
1 シリコン基板
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 請求項1乃至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。
  7. 請求項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。
  8. 請求項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。
  9. 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
    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。
  10. 請求項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。
  11. 請求項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。
  12. 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。
  13. 請求項乃至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。
  14. 請求項乃至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。
  15. 請求項乃至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。
  16. 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。
  17. 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。
JP2004188404A 2004-06-25 2004-06-25 固体撮像素子およびその製造方法 Expired - Fee Related JP4711645B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004188404A JP4711645B2 (ja) 2004-06-25 2004-06-25 固体撮像素子およびその製造方法
US11/159,367 US7233037B2 (en) 2004-06-25 2005-06-23 Solid state imaging device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004188404A JP4711645B2 (ja) 2004-06-25 2004-06-25 固体撮像素子およびその製造方法

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2006013146A JP2006013146A (ja) 2006-01-12
JP2006013146A5 JP2006013146A5 (ja) 2007-04-26
JP4711645B2 true JP4711645B2 (ja) 2011-06-29

Family

ID=35598553

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004188404A Expired - Fee Related JP4711645B2 (ja) 2004-06-25 2004-06-25 固体撮像素子およびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7233037B2 (ja)
JP (1) JP4711645B2 (ja)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006013460A (ja) * 2004-05-21 2006-01-12 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子
JP2007048894A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 Fujifilm Corp 固体撮像素子およびその製造方法
JP2007048893A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 Fujifilm Corp 固体撮像素子およびその製造方法
KR101319870B1 (ko) * 2006-01-05 2013-10-18 엘지전자 주식회사 이동 통신 시스템에서의 핸드오버 방법
WO2007078156A2 (en) 2006-01-05 2007-07-12 Lg Electronics Inc. Transmitting data in a mobile communication system
KR101265628B1 (ko) * 2006-01-05 2013-05-22 엘지전자 주식회사 이동 통신 시스템에서의 무선 자원 스케줄링 방법
US9456455B2 (en) * 2006-01-05 2016-09-27 Lg Electronics Inc. Method of transmitting feedback information in a wireless communication system
KR101203841B1 (ko) * 2006-01-05 2012-11-21 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서의 페이징 메시지 전송 및 수신 방법
JP4806030B2 (ja) 2006-01-05 2011-11-02 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド 移動通信システムで信号を転送する方法
KR101187076B1 (ko) 2006-01-05 2012-09-27 엘지전자 주식회사 이동 통신 시스템에 있어서 신호 전송 방법
JP2007194499A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Fujifilm Corp 固体撮像素子およびその製造方法
KR101387475B1 (ko) * 2006-03-22 2014-04-22 엘지전자 주식회사 복수의 네트워크 엔터티를 포함하는 이동 통신시스템에서의 데이터 처리 방법
EP2618517B1 (en) 2006-06-21 2023-08-02 LG Electronics Inc. Method of supporting data retransmission in a mobile communication system
US7973271B2 (en) * 2006-12-08 2011-07-05 Sony Corporation Solid-state image pickup device, method for manufacturing solid-state image pickup device, and camera
JP5136110B2 (ja) * 2008-02-19 2013-02-06 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP2010177599A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその製造方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003158256A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 Sony Corp 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004103616A (ja) * 2002-09-04 2004-04-02 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004119796A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004335801A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2005209714A (ja) * 2004-01-20 2005-08-04 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2508221B2 (ja) * 1987-11-17 1996-06-19 三菱電機株式会社 電荷転送素子の製造方法
JPH05343440A (ja) * 1992-06-09 1993-12-24 Mitsubishi Electric Corp 電荷転送素子およびその製造方法
JPH05343439A (ja) * 1992-06-09 1993-12-24 Mitsubishi Electric Corp 電荷転送素子およびその製造方法
JPH08274302A (ja) 1995-04-03 1996-10-18 Sharp Corp ラテラル型ホトサイリスタおよびその製造方法
US5817562A (en) * 1997-01-24 1998-10-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd Method for making improved polysilicon FET gate electrode structures and sidewall spacers for more reliable self-aligned contacts (SAC)
US6656840B2 (en) * 2002-04-29 2003-12-02 Applied Materials Inc. Method for forming silicon containing layers on a substrate
KR100719338B1 (ko) * 2004-06-15 2007-05-17 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 형성 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003158256A (ja) * 2001-11-22 2003-05-30 Sony Corp 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004103616A (ja) * 2002-09-04 2004-04-02 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004119796A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004335801A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2005209714A (ja) * 2004-01-20 2005-08-04 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006013146A (ja) 2006-01-12
US7233037B2 (en) 2007-06-19
US20060011953A1 (en) 2006-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7233037B2 (en) Solid state imaging device and method of manufacturing the same
US20090075417A1 (en) Solid-state imaging device and method for producing the same
JP2006049834A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
KR100804100B1 (ko) 고체 촬상 소자의 제조방법 및 고체 촬상 소자
JP2006351759A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4194295B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2007048894A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006351787A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006041484A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2005191480A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4406558B2 (ja) 固体撮像素子
JP2006351788A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4705791B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2004342912A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4500667B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4700928B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2008288504A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2009060026A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2007158178A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2005340801A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2005209714A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006237160A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2007194499A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2007142098A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2008252116A (ja) 固体撮像素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060424

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20060621

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20061124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070301

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070301

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071108

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071115

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071122

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110203

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110322

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees