JP2003332555A

JP2003332555A - 固体撮像素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2003332555A
Application number: JP2002133990A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Okamoto; 英一岡本
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】電荷転送電極間の電気的耐圧の高い固体撮像素
子を提供する。【解決手段】半導体基板１表面の絶縁膜２上に形成され
た複数の電荷転送電極を有しており、電荷転送電極は、
エッジ部になだらかな傾斜を有する多結晶シリコン膜４
ａ、４ｂとこの周りを被覆するチタンシリサイド膜５Ｓ
からなり、絶縁膜２上に所定の間隔で分離形成されてい
る。そして、電荷転送電極の上には、電荷転送電極間領
域を含めて絶縁膜６が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその製造方法に関し、特に単層電極構造の固体撮像素
子およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ固体
撮像素子は、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隣接して配置され、順
次駆動される。

【０００３】固体撮像素子は、撮像画素数の増加が進ん
でいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、す
なわち電荷転送電極の高速パルスによる駆動が必要とな
るため、電荷転送電極の低抵抗化が求められている。低
抵抗化の方法として、電荷転送電極を多結晶シリコンな
どのシリコン系導電性材料と金属シリサイドとの２層構
造とすることが提案されている。

【０００４】一方、撮影画素数の増加により光電変換部
領域が狭くなる傾向にあるが、狭い領域で多くの光を集
めるためには、光電変換部表面に対して電荷転送電極形
成部などの光電変換部周辺の高さをより低くすることが
重要である。そのため、電荷転送電極を互いに重なるこ
となく配置したいわゆる単層構造の電荷転送電極が提案
されている。電荷転送電極を単層構造とすると、転送電
極部上の遮光膜の被覆性が向上し、より効果的である。

【０００５】しかし、単層構造の電荷転送電極を高速パ
ルスで駆動する場合、隣接する電荷転送電極の電極間距
離（ギャップ）を狭く形成する（０．１μｍ以下）必要
がある。この程度のパターンサイズを得るためには平坦
な表面でＥＢ直描法を用いるなど、高価なステッパを使
用する必要があり、また、電極パターンを得ることがで
きたとしても、微細な電極間領域に絶縁膜を充填するの
は極めて困難であり、耐圧劣化の原因ともなり、実用上
は充分でなかった。

【０００６】さらに、電荷転送電極をシリコン系導電性
材料と金属シリサイドとの２層構造とした場合、タング
ステンやタングステンシリサイドなどの高融点金属ある
いは高融点金属化合物は酸化するのが困難であり、仮に
酸化できたとしても、得られた絶縁膜の電気的耐圧は充
分でないため、電極間に酸化によって実用な可能な絶縁
膜を形成することは無理である。

【０００７】単層構造の電荷転送電極をシリコン系導電
性材料と金属シリサイドとの２層構造としたものも提案
されている（特開２０００−１９６０６０参照）。しか
し、シリコン系導電性材料の表面にのみ金属シリサイド
が配置されているだけであり、低抵抗化が不充分であ
る。また、電荷転送電極の電極間距離は、０．２５〜
０．５０μｍ程度である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、単層構造の電荷転送電極間の電気
的耐圧が高く、低消費電力で高速駆動可能な固体撮像素
子を提供することを目的とする。また、製造が容易で信
頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、半導体基板表面の絶縁膜上に、複数の電荷転送電極
が形成されたものであって、前記電荷転送電極は、エッ
ジ部に傾斜を有するシリコン系導電性膜と、前記シリコ
ン系導電性膜を覆うように形成された金属シリサイド膜
とで構成され、隣接する前記電荷転送電極の前記エッジ
部は、前記絶縁膜上で離間しているものである。

【００１０】このような構成とすると、電荷転送電極の
側面も金属シリサイド膜で覆っているので、金属シリサ
イド層の面積を大きくすることができ、電荷転送電極の
一層の低抵抗化が実現できる。また、シリコン系導電性
膜のエッジ部に傾斜を有するので、金属シリサイド膜の
形成が簡単になる。さらに、隣接する前記電荷転送電極
間の領域に電極間絶縁膜を形成する場合でも、電荷転送
電極のエッジ部に傾斜を有するので、電極間の間隔を狭
くしても、絶縁体をボイド（空洞）を形成することなく
良好に充填することが可能となり、電気的耐圧の高い電
極間絶縁膜を得ることができる。

【００１１】本発明の固体撮像素子における隣接する前
記電荷転送電極間の間隔は、前記絶縁膜上で０．１μｍ
以下である。電荷転送電極間の間隔が０．１μｍ以下の
場合、通常、電極間に絶縁膜を充填するのは極めて困難
であるが、本発明の構造の場合、シリコン系導電膜から
なるエッジに傾斜を有する導電性膜を含んで電荷転送電
極を構成しているため、良好に絶縁膜を充填することが
でき、効率よく信頼性の高い固体撮像素子を提供するこ
とができる。したがって、電荷転送電極を高速パルスで
駆動することができる。

【００１２】本発明の固体撮像素子における前記シリコ
ン系導電性膜は、多結晶シリコン膜であり、また、前記
金属シリサイド膜は、チタンシリサイド膜である。この
ように構成すると、電荷転送電極の低抵抗化を図ること
が可能となる。

【００１３】また、シリコン系導電性膜は、非晶質シリ
コン膜であってもよい。このような構成とすると、例え
ば減圧ＣＶＤ法などにより、低温下で膜質の良好な膜を
形成することができ、かつチタンなどの金属層との密着
性も良好である。

【００１４】さらに、チタンシリサイドなどの金属シリ
サイドは、遮光効果が良好であり、従来必要であった遮
光膜が不要となる場合もあり、低コストで信頼性の高い
固体撮像素子を得ることが可能となる。

【００１５】本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導
体基板表面の絶縁膜上に、エッジ部に傾斜を有するシリ
コン系導電性膜のパターンを形成するシリコン系導電性
膜形成工程と、この上層に金属膜を形成する金属膜形成
工程と、少なくとも前記金属膜をシリサイド化し、金属
シリサイド膜を形成するシリサイド化工程と、前記シリ
サイド化工程において前記絶縁膜上に未反応金属として
残留する金属膜を除去する工程とを含むものである。

【００１６】このような方法によれば、シリサイド化に
よってシリコン系導電性膜のパターンの存在する領域に
のみ選択的に金属シリサイドが形成されるため、未反応
の金属膜をエッチング除去することにより、微細な電極
間領域を形成することができる。しかも電極間領域はな
だらかな傾斜面で囲まれているため、電極間絶縁膜の形
成が容易であり、膜質の良好な絶縁膜を空洞なしに形成
することができ、絶縁耐圧の向上を図ることが可能とな
る。

【００１７】また、本発明の固体撮像素子の製造方法に
おける前記シリコン系導電性膜形成工程は、第１層多結
晶シリコン膜を堆積する工程と、前記第１層多結晶シリ
コン膜をパターニングする工程と、この上層に第２層多
結晶シリコン膜を堆積する工程と、前記第２層多結晶シ
リコン膜を異方性エッチングすることにより前記第１層
多結晶シリコン膜パターンの側壁に第２層多結晶シリコ
ン膜からなるスペーサを形成する工程とを含むものであ
る。

【００１８】このような方法によれば、第２層多結晶シ
リコン膜を第１層多結晶シリコン膜パターン上に堆積し
側壁残しを行うことによりフォトリソグラフィ工程なし
に良好な傾斜面をもつパターンを形成することができ、
微細でかつ高精度のパターン形成を行うことが可能とな
る。

【００１９】望ましくは、前記導電性膜の多結晶シリコ
ン膜をＣＶＤ法により形成することにより段差被覆性の
良好な多結晶シリコン膜が生産性よく形成され、この多
結晶シリコン膜に対して異方性エッチングにより側壁絶
縁膜を形成しているため、効率よくスペーサを形成する
ことが可能となる。特に減圧ＣＶＤ法を用るのが有効で
ある。

【００２０】このように本発明の方法によれば、転送電
極間の間隔を微細な幅で形成できると共に、微細な幅の
電極間領域への絶縁材料の埋め込みを容易に行うことが
でき、その結果、電気的耐圧の低下を防止することがで
き、歩留まりの向上を図ることが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】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。

【００２２】（第1の実施の形態）この固体撮像素子
は、図１（ｇ）に、その電荷転送電極の概略断面を示す
ように、シリコン基板１表面の絶縁膜（以下、ゲート絶
縁膜と記述する。）２上に形成された複数の電荷転送電
極を有している。電荷転送電極は、エッジ部になだらか
な傾斜を有する多結晶シリコン膜４ａ、４ｂとこの周り
を被覆するチタンシリサイド膜５Ｓからなり、ゲート絶
縁膜２上に所定の間隔で分離形成されている。そして、
電荷転送電極の上には、電荷転送電極間領域を含めて絶
縁膜６が形成されている。

【００２３】電荷転送電極を構成する多結晶シリコン膜
４ａ、４ｂは、高濃度ドープされたものであり、パター
ニングされた多結晶シリコン膜４ａの側壁に、多結晶シ
リコンスペーサ４ｂを形成することにより、エッジ部に
傾斜をもたせている。また、隣接する電荷転送電極のエ
ッジ部は、デート絶縁膜２上では、離間している。

【００２４】次に、この固体撮像素子の製造工程につい
て、図１（ａ）ないし（ｇ）を用いて説明する。まず、
図１（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１表面
に、膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜と、膜厚５０ｎｍの
窒化シリコン膜と、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜を形
成し、３層構造のゲート絶縁膜２を形成する。続いてこ
のゲート絶縁膜２上に、チタンシリサイド（ＴｉＳｉ）
膜５Ｓより、膜厚０．４μｍの高濃度ドープの多結晶シ
リコン膜４ａを形成する。そして、この多結晶シリコン
膜４ａを反応性イオンエッチングを用いてパターニング
する。

【００２５】この後、図１（ｂ）に示すように、減圧Ｃ
ＶＤ法により６００〜６５０℃でＳｉＨ₄を熱分解する
ことにより、膜厚０．４μｍの高濃度ドープの多結晶シ
リコン膜４ｂを形成する。そして、異方性をもつように
条件設定のなされた反応性イオンエッチングにより図１
（ｃ）に示すように、側壁残しを行い多結晶シリコンス
ペーサ４ｂを形成する。多結晶シリコンスペーサ４ｂ
は、傾斜を有している。

【００２６】続いて、図１（ｄ）に示すように、スパッ
タ法によりチタン膜５を形成する。そして、熱処理によ
り、図１（ｅ）に示すように、多結晶シリコンパターン
の周りにチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）膜５Ｓを形成す
る。このときの基板温度は〜７００℃とする。このとき
多結晶シリコンパターンのない領域すなわちゲート絶縁
膜２上のチタン膜５は未反応のまま残っている。

【００２７】次に、図１（ｆ）に示すように、未反応の
チタン膜をエッチング除去し、電極間領域を形成する。
その後、さらに８５０℃程度の熱処理を行ってＴｉＳｉ
をＴｉＳｉ₂とし、チタンシリサイド膜５Ｓを低抵抗化
する。そして、最後にこの上層に、減圧ＣＶＤ法により
酸化シリコン膜からなる絶縁膜６を形成し、図１（ｇ）
に示すように、電極間を絶縁する。

【００２８】この方法によれば、なだらかなパターンエ
ッジを形成する際、異方性エッチングを用いた側壁残し
を行うことにより、容易に作業性よく高精度のパターン
を形成することができる。そして、この傾斜面を含む多
結晶シリコン膜上にチタンリサイドを形成するため、チ
タンシリサイドの表面積を大きくすることができ、さら
に低抵抗化を図ることができる。電極間を絶縁するため
の絶縁膜は、傾斜面で囲まれた電極間領域に形成するの
で、作業性よく緻密な膜とすることができ、絶縁耐圧の
向上を図ることが可能となる。

【００２９】また、シリサイド化によって電極間領域が
規定されるため、解像限界よりも小さな、微細な電極間
領域を有する固体撮像素子を形成することが可能とな
る。ｓらに、電荷転送電極を金属シリサイド膜で構成す
るので、遮光効果をもたせることができる。

【００３０】なお、金属膜としてはチタンのほか、タン
グステン、モリブデン、コバルト等を用いることが可能
である。

【００３１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について図２（ａ）ないし（ｅ）を用いて
説明する。第１の実施の形態では、多結晶シリコンのエ
ッジ部の傾斜を、多結晶シリコンスペーサ４ｂによって
形成したが、第２の実施の形態では、多結晶シリコン膜
のパターニングに際し、なだらかなエッジをもつように
等方性エッチングを行うことによって形成している。

【００３２】図２（ａ）ないし（ｅ）は、第２の実施の
形態の製造工程を示す図であり、図１のものと同一部位
には同一符号を付してある。この方法では、まずシリコ
ン基板１の表面に形成されたゲート絶縁膜２上に、減圧
ＣＶＤ法により６００〜６５０℃でＳｉＨ₄を熱分解す
ることにより、膜厚０．４μｍの高濃度ドープの多結晶
シリコン膜４を形成する。

【００３３】そして、等方性をもつように条件設定のな
された反応性イオンエッチングにより図２（ａ）に示す
ように、この多結晶シリコンパターンを形成する。この
後、図２（ｂ）に示すように、この上層に前記第１の実
施の形態と同様にして、スパッタ法によりチタン膜５を
形成する。

【００３４】続いて、熱処理により、図２（ｃ）に示す
ように、多結晶シリコンパターンの周りにチタンシリサ
イド（ＴｉＳｉ）膜５Ｓを形成する。このときの基板温
度は〜７００℃とする。このとき多結晶シリコンパター
ンのない領域すなわちゲート絶縁膜２上のチタン膜５は
未反応のまま残っている。そして、図２（ｄ）に示すよ
うに、未反応のチタン膜５をエッチング除去し、電極間
領域を形成する。その後、さらに８５０℃程度の熱処理
を行ってＴｉＳｉをＴｉＳｉ₂とし、チタンシリサイド
膜５Ｓを低抵抗化する。

【００３５】最後にこの上層に、減圧ＣＶＤ法により酸
化シリコン膜からなる絶縁膜６を形成し、図２（ｅ）に
示すように、電極間を絶縁する。なお、第２の実施の形
態においても、金属膜としてはタングステンのほか、タ
ンタル、チタン、モリブデン、コバルト等を用いること
が可能である。

【００３６】

【発明の効果】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、多結晶シリコン膜の表面全体をシリ
サイドで被覆しているため、より低抵抗の電荷転送電極
を得ることが可能である。その結果、高速転送が可能と
なるためスミアなどの光学特性を改善することができ、
高品質で信頼性の高いＣＣＤを得ることが可能となる。

【００３７】また本発明の方法によれば、金属のシリサ
イド化後未反応の金属を除去することにより電極間領域
を確実に形成することができ、しかもこの電極間領域を
傾斜面によって形成することができるため、ボイドなど
が形成されることなく膜質の良好な絶縁膜を形成するこ
とができ、耐圧の向上を図ることが可能となる。

【００３８】また本発明の固体撮像素子の製造方法によ
れば、側壁残し法により、傾斜面を有する電荷転送電極
を、容易に微細な精度よく形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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

【図２】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

【符号の説明】

１・・・シリコン基板２・・・絶縁膜（ゲート絶縁膜）４ａ・・・多結晶シリコン膜４ｂ・・・多結晶シリコンスペーサ５・・・チタン膜５Ｓ・・・チタンシリサイド膜６・・・絶縁膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板表面の絶縁膜上に、複数の電
荷転送電極が形成された固体撮像素子であって、前記電荷転送電極は、エッジ部に傾斜を有するシリコン
系導電性膜と、前記シリコン系導電性膜を覆うように形
成された金属シリサイド膜とで構成され、隣接する前記電荷転送電極の前記エッジ部は、前記絶縁
膜上で離間している固体撮像素子。
【請求項２】請求項１記載の固体撮像素子であって、隣接する前記電荷転送電極間の間隔は、前記絶縁膜上で
０．１μｍ以下である固体撮像素子。
【請求項３】請求項１または２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、多結晶シリコン膜である固
体撮像素子。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１項記載の
固体撮像素子であって、前記金属シリサイド膜は、チタンシリサイド膜である固
体撮像素子。
【請求項５】半導体基板表面の絶縁膜上に、エッジ部
に傾斜を有するシリコン系導電性膜のパターンを形成す
るシリコン系導電性膜形成工程と、この上層に金属膜を形成する金属膜形成工程と、少なくとも前記金属膜をシリサイド化し、金属シリサイ
ド膜を形成するシリサイド化工程と、前記シリサイド化工程において前記絶縁膜上に未反応金
属として残留する金属膜を除去する工程とを含む固体撮
像素子の製造方法。
【請求項６】請求項５記載の製造方法であって、前記シリコン系導電性膜形成工程は、第１層多結晶シリコン膜を堆積する工程と、前記第１層多結晶シリコン膜をパターニングする工程
と、この上層に第２層多結晶シリコン膜を堆積する工程と、前記第２層多結晶シリコン膜を異方性エッチングするこ
とにより前記第１層多結晶シリコン膜パターンの側壁に
第２層多結晶シリコン膜からなるスペーサを形成する工
程とを含む固体撮像素子の製造方法。