JP4670266B2 - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents
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Description
このCCD固体撮像素子は、光電変換を行うセンサ部2がマトリクス状に配置され、センサ部2の各列の左側にそれぞれ垂直転送レジスタ3が設けられて、撮像領域1が構成されている。
各垂直転送レジスタ3の一端側には、水平転送レジスタ4が接続されている。
さらに、水平転送レジスタ4の一端に出力部5が接続され、この出力部5で信号電荷が電圧に変換されて外部に出力される。
また、図6Bの断面図に示すように、半導体基体6の表面部に、センサ部2や垂直転送レジスタ3を構成する半導体領域7が形成されている。そして、半導体基体6上には、ゲート絶縁膜をも構成する熱酸化膜8を介して、ポリシリコンから成る垂直転送電極9が形成されている。垂直転送電極9上には、層間絶縁膜10を介して遮光膜11が形成されている。この遮光膜11はセンサ部2上に開口12を有している。
これは、画素数の増加や固体撮像素子の小型化が進むことにより、垂直転送電極及び水平転送電極も微細化せざるを得ないが、転送電極が微細化すると抵抗が大きくなり、従来転送電極に用いられているポリシリコン膜では無視できない電極抵抗が存在し、それが高速性の律速要因になるからである。
これは、ポリシリコン膜の表面上に例えばタングステンシリサイドWSi等の高融点金属シリサイド膜を積層したものであり、電極が金属を組成成分として有しており、ポリシリコンのみで電極を構成した場合に比較して、電極抵抗を顕著に小さくすることができる技術であり、その点では優れているといえる(例えば、特許文献1参照。)。
これにより、タングステンの半導体基体への拡散に起因する、半導体基体(半導体基板やエピタキシャル層)内での結晶欠陥発生・準位形成を防止して、白傷の発生を抑制することが可能になる。
これにより、白傷の発生が増えるおそれを伴うことなく、金属元素を含有させることにより転送電極の低抵抗化を図り、微細化しても高速性等の特性が低下しないようにすることができる。
従って、転送電極の低抵抗化によって高速に動作し、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することができると共に、微細化により固体撮像素子の小型化や多画素化を図ることが可能になる。
また、特性の良好な固体撮像素子を歩留まり良く製造することができる。
図1は、図6Bの断面図と同様に、垂直転送レジスタ及びセンサ部の断面図を示している。固体撮像素子の平面図は、図6Aの従来の構成の平面図と同様であるので、図示を省略している。
そして、半導体基体6の表面上に、ゲート絶縁膜をも構成する熱酸化膜8が形成されている。
なお、熱酸化膜8の代わりに、ゲート絶縁膜として、いわゆるONO構造と呼ばれる酸化膜・窒化膜・酸化膜のサンドイッチ構造をとる場合もある。
このタングステンポリサイド15から成る転送電極の上方には、層間絶縁膜10を介して、金属例えばタングステン等からなる遮光膜11が形成されている。遮光膜11は、センサ部2上に開口12を有している。
これにより、窒化珪素膜16が、金属飛散防止膜として作用し、転送電極のタングステンポリサイド15に含まれるタングステンの飛散を防止することができる。
まず、半導体基体6の表面に熱酸化膜8を形成した後、熱酸化膜(ゲート絶縁膜)8の表面に、多結晶シリコン層13を成膜する。
続いて、この多結晶シリコン層13の上にタングステンシリサイド層14を成膜する。これにより、タングステンポリサイド15が形成される。
その後、このタングステンポリサイド15を、選択的エッチングによりパターニングして、タングステンポリサイド15から成る転送電極を形成する(以上、図2A参照)。
その後は、層間絶縁膜10を介して遮光膜11を成膜し、遮光膜11をパターニングしてセンサ部2上に開口12を形成する。
さらに、必要に応じて、平坦化膜やカラーフィルタ、オンチップレンズを形成する。
このようにして、図1に示した本実施の形態の固体撮像素子を製造することができる。
例えば、拡散炉タイプの熱処理炉やランプアニール炉における窒化処理や、プラズマ窒化による窒化でも、表面に拡散防止層としての窒化珪素膜16を形成することができる。
また例えば、転送電極15のタングステンポリサイドの直接窒化により窒化珪素膜を形成することも可能である。例えば、強力な窒化力を有するプラズマ窒化装置を使用することにより、タングステンポリサイド15を直接窒化することが可能である。
この場合には、図2Cに示した不要な箇所の窒化珪素膜のエッチング除去工程が不要となることから、製造工程数を削減して製造に要する時間を短縮することができる。
これにより、この窒化珪素膜16によって、製造時に転送電極15からタングステン(タングステン単体やタングステン酸化物)の電極外部例えば半導体基体6への飛散・拡散を防止することができるため、タングステンの半導体基体6への拡散に起因する、半導体基体6の結晶欠陥の発生を防止することができる。
従って、半導体基体6内での結晶欠陥の発生や準位の形成を防止することにより、白傷の発生を抑制することが可能になる。
これにより、転送電極15を形成した後の酸化の条件が、タングステンの飛散防止のために制約されるおそれがなくなる。
これにより、その後の熱処理工程において転送電極15からタングステンが飛散・拡散して、電極外部例えば半導体基体6内に拡散するおそれがない。
これにより、白傷の発生が増えるおそれを伴うことなく、タングステンポリサイド15により転送電極の低抵抗化を図り、微細化しても高速性等の特性が低下しないようにすることができる。
従って、高速に動作し、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することができると共に、微細化により固体撮像素子の小型化や多画素化を図ることが可能になる。
また、特性の良好な固体撮像素子を、歩留まり良く製造することができる。
この構成とした場合の、垂直転送レジスタ3部の断面図を図3に示す。
図3に示すように、垂直転送レジスタ3の各転送電極が、いずれも第1層のタングステンポリサイド15のみにより形成されている。即ち、垂直転送レジスタ3の転送電極が、いわゆる単層電極構造となっている。
このように、垂直転送レジスタ3の転送電極15が単層電極構造であることにより、転送電極のタングステンポリサイドのオーバーラップ部がない。また、転送電極15の高さや、転送電極15の上方に形成される遮光膜11の高さが低くなるため、光電変換素子に広い角度範囲の光を入射させることができる。
そして、タングステンポリサイドから成る転送電極を採用した場合には、この比較的高温の熱処理により、転送電極方面の酸化反応が促進され、またタングステンやタングステン酸化物の電極外部例えば半導体基体への拡散が起こる。
従って、転送電極15の表面を覆う窒化珪素膜16により、電極15外部へのタングステンの拡散を防止すると共に、転送電極15表面の酸化反応の機会を低減して、より効果的に電極15外部へのタングステンの拡散を防止することができる。
本実施の形態の固体撮像素子は、特に、図4の断面図に示すように、垂直転送レジスタ3のタングステンポリサイドから成る転送電極15の表面(上面及び側面)を覆って、シリコン酸化膜(酸化珪素膜)17を介して窒化珪素膜16が形成されている。
その他の構成は、図1に示した先の実施の形態と同様であるので、同一符号を付して重複説明を省略する。
これに対して、本実施の形態のように、タングステンポリサイド15と、金属飛散防止膜である窒化珪素膜16との間に、シリコン酸化膜17を形成した構成とすることにより、多結晶シリコン層13及びタングステンシリサイド層14の表面粗度や結晶性に係わらず、均質で飛散防止性能の高い良質の窒化珪素膜16を形成することができる。
タングステンポリサイド15の表面に一定厚さ以上のシリコン酸化膜17を形成する方法としては、より低温で短時間での酸化処理方法が望ましい。例えば、450℃以下の常圧CVD装置や、プラズマCVD装置、ランプアニール炉やプラズマ酸化法を用いると良い。これは、高温で長時間の酸化処理を行うと、タングステンシリサイド層14の酸化が進行し、生成されたタングステン酸化物が飛散し、半導体基体6への拡散する恐れがあるためである。
まず、半導体基体6の表面に熱酸化膜(ゲート絶縁膜)8を形成した後、その表面に、多結晶ポリシリコン層13を成膜する。
続いて、この多結晶シリコン層13の上にタングステンシリサイド層14を成膜する。これにより、タングステンポリサイド15が形成される。
その後、このタングステンポリサイド15を、選択的エッチングによりパターニングして、タングステンポリサイド15から成る転送電極を形成する(以上、図5A参照)。
その後は、層間絶縁膜10を介して遮光膜11を成膜し、遮光膜11をパターニングしてセンサ部2上に開口12を形成する。
さらに、必要に応じて、平坦化膜やカラーフィルタ、オンチップレンズを形成する。
このようにして、図4に示した本実施の形態の固体撮像素子を製造することができる。
従って、半導体基体6内での結晶欠陥の発生や準位の形成を防止することにより、白傷の発生を抑制することが可能になる。
これにより、転送電極15を形成した後の酸化の条件が、タングステンの飛散防止のために制約されるおそれがなくなる。
これにより、その後の熱処理工程において転送電極15からタングステンが飛散・拡散して半導体基体6内に拡散するおそれがない。
これにより、白傷の発生が増えるおそれを伴うことなく、タングステンポリサイド15により転送電極の低抵抗化を図り、微細化しても高速性等の特性が低下しないようにすることができる。
従って、高速に動作し、良好な特性を有する固体撮像素子を実現することができると共に、微細化により固体撮像素子の小型化や多画素化を図ることが可能になる。
また、特性の良好な固体撮像素子を、歩留まり良く製造することができる。
例えば、MOS型固体撮像素子や増幅型固体撮像素子にも、本発明を適用することができる。その場合には、例えば、読み出しゲート電極や画素のトランジスタのゲート電極において、電極に金属元素を含有させると共に、電極の表面に窒化珪素膜を形成すればよい。
Claims (1)
- 半導体基体上に、多結晶シリコン層上にタングステンシリサイド層を積層した導電体層を成膜し、前記導電体層をパターニングして転送電極を形成する工程と、
プラズマ窒化装置を使用して前記転送電極を直接窒化することにより、前記転送電極の表面に窒化珪素膜を形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
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