JPH07106543A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

固体撮像装置の製造方法

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JPH07106543A
JPH07106543A JP5251255A JP25125593A JPH07106543A JP H07106543 A JPH07106543 A JP H07106543A JP 5251255 A JP5251255 A JP 5251255A JP 25125593 A JP25125593 A JP 25125593A JP H07106543 A JPH07106543 A JP H07106543A
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JP
Japan
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film
oxide film
forming
charge transfer
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JP5251255A
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Kazuma Minami
数馬 南
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】固体撮像装置の暗電流およびスミアを低減させ
る。 【構成】シリコン基板表面1に700℃以上のCVD法
で第1ゲート酸化膜6を形成し、その後、CVD法によ
り第1多結晶シリコン膜を設けパターニングして第1電
荷転送電極7を形成する。次にCVD法により第2ゲー
ト酸化膜9を形成した後、CVD法により薄膜の第2多
結晶シリコン膜からなる第2電荷転送電極10を形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の固体撮像装置の製造方法を図4
(a)〜(c)の断面図を用いて説明する。
【0003】まず図4(a)に示すように、n型シリコ
ン基板1上にp型ウェル層2を形成し、次でp型不純物
とn型不純物のイオン注入により垂直CCDのp型ウェ
ル層3とn型ウェル層4を形成する。次で900℃以上
の高温熱酸化法により第1ゲート酸化膜16の形成した
のちCVD法により多結晶シリコン膜を400nmの厚
さに成長しパターニングして第1電荷転送電極7Aを形
成する。
【0004】次に図4(b)に示すように、900℃以
上の高温で熱酸化し第1ゲート酸化膜16上に厚さ60
〜100nmの第2ゲート酸化膜19を形成する。この
時、第1電荷転送電極7Aの表面も熱酸化され酸化膜2
0が形成される。従って、この方式では、第2ゲート酸
化膜19を形成した時、第1電荷転送電極7Aの端部が
上部に持ち上げられる。
【0005】その後、図4(c)に示すように、多結晶
シリコンからなる第2電荷転送電極10Aのパターンを
形成すると、第1電荷転送電極7Aの端部でエッチング
残りが発生するため、第2電荷転送電極10Aのパター
ン間でショートが発生する。また、第1電荷転送電極7
Aが上部に持ち上げられるため段差が厳しくなり、後で
形成する遮光膜のカバーレッジが悪くなるという問題が
ある。
【0006】図5(a)〜(d)は、この問題点を解決
する従来の他の製造方法を説明するための半導体チップ
の断面図である。この方法は、ゲート絶縁膜を酸化膜と
窒化膜及び酸化膜の積層構造で形成するものである。
【0007】即ち、図5(a)に示すように、p型ウェ
ル層4上に900℃以上の高温酸化法により厚さ約50
nmの熱酸化膜16Aを形成し、その上に500℃以上
のCVD法により厚さ20nmの窒化膜16Bを形成す
る。次に、700℃以上のCVD法により厚さ約20n
mの酸化膜16Cを積層し第1ゲート絶縁膜を形成す
る。その後、CVD法により第1多結晶シリコン膜を4
00nm成長し所定の形状にパターニングして第1電荷
転送電極7Bを形成する。
【0008】次に、図5(b)に示すように、第1電荷
転送電極7BをマスクにCVD酸化膜16Cをウェット
エッチングにより除去する。その後、第1電荷転送電極
7Bを900℃以上の高温熱酸化法により約200nm
の膜厚を得るように酸化し、酸化膜20Aを形成する。
この時、第1電荷転送電極7B以外の領域は窒化膜16
Bによりマスクされほとんど酸化されない。
【0009】次に、図5(c)に示すように、700℃
以上のCVD法により厚さ約20nmの酸化膜19Aを
形成して熱酸化膜16Aと窒化膜16B及びCVD酸化
膜19Aからなる積層構造の第2ゲート絶縁膜を形成す
る。次にCVD法により第2多結晶シリコン膜を約40
0nm成長し所定の形状にパターニングして第2電荷転
送電極10Bを形成する。
【0010】次に、図5(d)に示すように、全面に層
間絶縁膜11AをCVD法により形成し、その後、金属
材料よりなる遮光膜12Aを所定の形状に形成する。こ
の従来の方法では、窒化膜16Bを設けることで不必要
な部分の酸化が防止できるため、図4で説明したような
第1電荷転送電極7Bの端部の持ち上がりが防止でき
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の固体撮像装置の製造方法では、第1及び第2のゲー
ト絶縁膜を熱酸化膜16Aと窒化膜16Bと、CVD酸
化膜16C又は19Aの積層構造により形成しているた
め、シリコンと酸化膜界面のシリコンのダングリングボ
ンド(Siの未結合手)を多く発生させ、界面準位密度
を過剰にして暗電流を増加させるという問題があった。
また、第1多結晶シリコン膜(第1の電荷転送電極)を
熱酸化して形成した酸化膜20Aは、通常のシリコン結
晶を酸化した膜に比べてシリコンのグレインサイズが大
きいためリーク電流が多く流れ、また、十分な耐圧がえ
られないという問題があった。この耐圧を向上させるた
めには、第1多結晶シリコン膜を熱酸化して厚い酸化膜
を形成することも一法ではあるが、そのためには第1多
結晶シリコン膜の膜厚を約400nmと厚くして熱酸化
に耐えるように形成する必要がある。この場合は、第1
電荷転送電極7Bとその上の酸化膜20A、19Aの膜
厚が厚く形成されることになり、その後に遮光膜12A
が形成されると、遮光膜端部から斜め方向に浸入する光
成分が多くなるためスミアが増加するという問題があっ
た。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置の
製造方法は、第1導電型の半導体基板に第2導電型ウェ
ル層を形成したのち光電変換部に第1導電型領域を電荷
転送部に第1導電型ウェル層をそれぞれ形成する工程
と、全面に第1ゲート絶縁膜を形成したのち第1多結晶
シリコン膜を形成しパターニングして第1電荷転送電極
を形成する工程と、露出した前記第1ゲート絶縁膜を除
去したのち少くともCVD法により全面に第2ゲート絶
縁膜を形成する工程と、この第2ゲート絶縁膜上に第2
多結晶シリコン膜を形成したのちパターニングし第2電
荷転送電極を形成する工程と、この第2電荷転送電極を
含む全面に層間絶縁膜を形成したのち前記光電変換部を
除く領域に遮光膜を形成する工程とを含むものである。
【0013】
【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1(a)〜(c)は、本発明の第1の実施例に
係わる固体撮像装置の一画素の構成を示す平面図、A−
A線断面図及びB−B線断面図であり、特に平面図は電
荷転送電極と遮光膜との位置関係を示している。図1
(a)〜(c)において、1はn型シリコン基板、2は
p型ウェル層で、3,4は垂直CCDのp型ウェル層と
n型ウェル層、5は光電変換部のn型領域、6は第1ゲ
ート酸化膜、7は第1電荷転送電極(多結晶シリコン
膜)、8は光電変換部のn型領域の表面を完全に空乏化
させて暗電流を低減するための浅いp型領域、9は第2
ゲート酸化膜、10は第2電荷転送電極、11は層間絶
縁膜、12は金属材料からなる遮光膜である。
【0014】次に、本発明の第1の実施例の製造方法に
ついて、図2(a)〜(d)の断面図を併用して説明す
る。
【0015】まず、図2(a)に示すように、n型シリ
コン基板1の表面にボロンをイオン注入し、その後、高
温熱処理をすることによりp型のウェル層2を形成す
る。次に、フォトレジストをマスクにp型不純物とn型
不純物のイオンを注入して信号電荷転送部の埋め込みチ
ャネルのp型ウェル層3とn型ウェル層4を形成する。
次で光電変換部のn型領域5をn型不純物のイオン注入
により形成する。尚、n型領域5はp型ウェル層3、n
型ウェル層4の前に形成してもよい。次に、CVD法で
SiH4 とH2 Oガスを反応させて厚さ約70nmの第
1ゲート酸化膜6を形成する。ゲート酸化膜の厚さは、
耐圧の低下を防止ぐ為に10nm以上に、そしてスミア
の増加を抑制する為に100nm以下がよい。次に、C
VD法により第1多結晶シリコン膜を約100〜250
nm成長し、その後、選択エッチングで所定の形状にパ
ターニングし第1電荷転送電極7を形成する。
【0016】次に、図2(b)に示すように、第1電荷
転送電極7をマスクに第1ゲート酸化膜をフッ酸液でウ
ェットエッチングし除去する。次に、CVD法で厚さ約
70nmの第2ゲート酸化膜9を形成する。
【0017】次に、図2(c)に示すように、CVD法
により第2多結晶シリコン膜を約100〜250nm成
長した後、選択エッチングで所定の形状にパターニング
し第2電荷転送電極10を形成する。第2ゲート酸化膜
9は第1と第2電荷転送電極間の層間絶縁膜を兼ねてい
る。ここで問題となるのがこの層間絶縁膜の絶縁耐圧で
ある。従来の製造方法では図4、図5で説明したよう
に、多結晶シリコン膜を酸化する場合、多結晶シリコン
膜の成長と不純物拡散時にグレインサイズが大きくなっ
ているため、長時間の熱処理が必要となり、絶縁耐圧の
面から酸化膜厚も約200nm以上と厚く形成しなけれ
ばならない。これに比べて第1の実施例のCVD酸化膜
は約70nmの膜厚で41Vの絶縁耐圧が得られ、従来
の多結晶シリコン膜酸化による酸化膜厚約200nmと
同等の結果が得られた。
【0018】次に、図2(d)に示すように、CVD法
により酸化膜等からなる層間絶縁膜11を約100nm
の厚さに形成した後、WやAl等の金属材料からなる遮
光膜12を、例えば、WF6 をソースガスに用いたスパ
ッタ法で約400nm成長し所定の形状にパターニング
する。この遮光膜12は図1(b)に示したように、光
電変換部5に入射した光を他の領域に入らないように遮
断するものである。
【0019】このように第1の実施例によれば、電荷転
送電極用の多結晶シリコン膜を薄くできるため、遮光膜
端部からの斜め方向に浸入する光成分を低減できる。す
なわち、多結晶シリコン膜厚が400nmの従来例では
スミアレベルが−110dBであったものが250nm
の本実施例では−120dBに減少した。
【0020】また第1の実施例においては、第2のゲー
ト酸化膜をCVD法により形成しているため窒化膜を用
いる従来例に比べてストレスが少くなり、シリコンのダ
ングリングボンドが少くなる。この為暗電流出力を従来
の3.4mVから1.1mVにまで改善することができ
た。
【0021】図3(a),(b)は、本発明の第2の実
施例を説明するための半導体チップの断面図である。ま
ず図3(a)に示うように、第1の実施例と同じ方法で
第1電荷転送電極を形成し第1ゲート酸化膜6の不要部
分を除去する。次に、図3(b)に示すように、第2ゲ
ート酸化膜を熱酸化法による厚さ5〜20nmの酸化膜
9Aとその後の700℃以上のCVD法での厚さ約60
nmの酸化膜9Bの積層膜で構成する。以下第2電荷転
送電極10等の形成は第1の実施例と同じである。この
第2の実施例では、熱酸化膜とCVD酸化膜の積層構造
で第2ゲート酸化膜を形成しているため、第1と第2電
荷転送電極間の絶縁耐圧が第1の実施例より約10%向
上する。
【0022】なお、上記実施例では第1ゲート絶縁膜と
してCVD法による酸化膜を用いた場合について説明し
たが、熱酸化法による酸化膜を用いても本発明の目的を
達成することができ、その選択は自由である。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、第2ゲー
ト絶縁膜を気相成長法により形成することにより、スト
レスを少なくしてシリコンと酸化膜界面のシリコンのダ
ングリングボンドを少なくして界面準位密度を低減でき
るため、暗電流を低減させることができるという効果を
有する。また、CVD酸化膜は、リンドープ多結晶シリ
コンを酸化した膜に比べて薄い膜でも第1と第2電荷転
送電極間の絶縁耐圧を十分確保できる。更に第1と第2
の多結晶シリコン膜を薄くできるため、遮光膜のカバー
レッジを良好にしてスミア特性を改善できるという効果
を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの平面図及び断面図。
【図2】本発明の第1の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するための半導体
チップの断面図。
【図4】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するため
の半導体チップの断面図。
【図5】従来の他の固体撮像装置の製造方法を説明する
ための半導体チップの断面図。
【符号の説明】
1 n型シリコン基板 2 p型ウェル層 3 p型ウェル層(垂直CCD) 4 n型ウェル層(垂直CCD) 5 n型領域(光電変換部) 6,16 第1ゲート酸化膜 7,7A,7B 第1電荷転送電極 8 p型領域 9,19 第2ゲート酸化膜 10,10A,10B 第2電荷転送電極 11,11A 層間絶縁膜 12,12A 遮光膜 9A,16A,20,20A 熱酸化膜 9B,16C,19A CVD酸化膜 16B 窒化膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1導電型の半導体基板に第2導電型ウ
    ェル層を形成したのち光電変換部に第1導電型領域を電
    荷転送部に第1導電型ウェル層をそれぞれ形成する工程
    と、全面に第1ゲート絶縁膜を形成したのち第1多結晶
    シリコン膜を形成しパターニングして第1電荷転送電極
    を形成する工程と、露出した前記第1ゲート絶縁膜を除
    去したのち少くともCVD法により全面に第2ゲート絶
    縁膜を形成する工程と、この第2ゲート絶縁膜上に第2
    多結晶シリコン膜を形成したのちパターニングし第2電
    荷転送電極を形成する工程と、この第2電荷転送電極を
    含む全面に層間絶縁膜を形成したのち前記光電変換部を
    除く領域に遮光膜を形成する工程とを含むことを特徴と
    する固体撮像装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 第2ゲート絶縁膜の形成工程が熱酸化法
    により酸化膜を形成する工程とCVD法により酸化膜を
    形成する工程とを含む請求項1記載の固体撮像装置の製
    造方法。
JP5251255A 1993-10-07 1993-10-07 固体撮像装置の製造方法 Pending JPH07106543A (ja)

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US08/319,101 US5492852A (en) 1993-10-07 1994-10-06 Method for fabricating a solid imaging device having improved smear and breakdown voltage characteristics
KR1019940025760A KR100218849B1 (ko) 1993-10-07 1994-10-07 고체촬상소자의제조방법

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