(57)【要約】【課題】ゲート絶縁膜のシリコン酸化膜単層化を、酸化量の増大を招くことなく行うことができ、これにより、ＯＮＯ膜に代わる、読み出し電圧の経時劣化を低減したゲート絶縁膜を、イオン注入条件の製造パラメータの大幅な見直しなしで形成することができる固体撮像装置の製造方法を得る。【解決手段】固体撮像装置の製造方法において、第１のゲート電極８を形成した後に第２の絶縁膜を形成する際に、第１のゲート電極８の表面およびシリコン基板１の表面に酸化シリコンの堆積によりＣＶＤ酸化膜９を形成し、その後該ＣＶＤ酸化膜９に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して、上記酸化膜単層構造の第２の絶縁膜１０、１２を生成する。【選択図】図１
2010192626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のゲート電極を有する半導体装置を製造する方法であって、
半導体基板上に第１の絶縁膜を第１のゲート絶縁膜として形成する工程と、
該第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を形成する工程と、
該第１のゲート絶縁膜の、該第１のゲート電極が配置されている部分以外の部分を除去した後、全面に第２の絶縁膜を、該半導体基板上では第２のゲート絶縁膜として、該第１のゲート電極の表面にはゲート層間絶縁膜として形成する工程とを含み、
該第２の絶縁膜を形成する工程は、
酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、
該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第２の絶縁膜を生成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程は、
酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、
該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第１の絶縁膜を生成する工程とを含む半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積、並びに、前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積は、ＣＶＤ法あるいはＬＰＣＶＤ法により行われる半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、
前記ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜は、該シリコン酸化膜の熱酸化処理後に得られるゲート絶縁膜の１／２以上の膜厚に形成され、前記熱酸化処理は酸素雰囲気中で、熱ＣＶＤよりも高温で行われる半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜は３０ｎｍの厚さを有し、
該ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜の熱酸化処理により得られるゲート絶縁膜は、４０ｎｍの厚さを有する半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記熱酸化処理は８５０℃〜９５０℃の範囲の温度で行われる半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のゲート電極を形成する工程は、
前記半導体基板上に前記第１のゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極材料を形成する工程と、
該第１のゲート電極材料を選択的にエッチングして該第１のゲート電極を形成する工程とを含み、
該第１の電極材料の選択的なエッチングでは、ドライエッチングにより、該第１のゲート電極材料の下地膜としての第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜が１０ｎｍ以下になるよう行い、その後、ウエットエッチングにより、該第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のゲート電極材料を選択的にエッチングして該第１のゲート電極を形成した後、全面に形成した前記第２の絶縁膜を介して第２のゲート電極材料を形成し、該第２のゲート電極材料を選択的にエッチングして第２のゲート電極を形成する半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第２の電極材料膜の選択的なエッチングでは、ドライエッチングにより、該第２のゲート電極材料の下地膜としての第２のゲート絶縁膜のエッチング残膜が１０ｎｍ以下になるよう行い、その後、ウエットエッチングにより、該第２のゲート絶縁膜のエッチング残膜を除去する半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積、並びに、前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積は、ＬＰＣＶＤ法により、ＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏを用いて行われる半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
複数のゲート電極を有する固体撮像装置を製造する方法であって、
半導体基板上に第１の絶縁膜を第１のゲート絶縁膜として形成する工程と、
該第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を形成する工程と、
該第１のゲート絶縁膜の、該第１のゲート電極が配置されている部分以外の部分を除去した後、全面に第２の絶縁膜を、該半導体基板上では第２のゲート絶縁膜として、該第１のゲート電極の表面にはゲート層間絶縁膜として形成する工程とを含み、
該第２の絶縁膜を形成する工程は、
酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、
該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第２の絶縁膜を生成する工程とを含む固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
該固体撮像装置は、マトリクス状に配列され、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、該受光画素列に沿って配置され、該受光画素で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有するＣＣＤ型固体撮像装置であり、
前記第１のゲート電極は、第１層目のゲート電極材料をパターニングしてなるものであり、
前記第２のゲート電極は、第２層目のゲート電極材料をパターニングしてなるものである固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法において、
該固体撮像装置はＣＭＯＳ型固体撮像装置である固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部として、請求項１２または１３に記載の固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を用いたものである電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、固体撮像装置の製造方法、および電子情報機器に関し、隣接するゲート電極を有する半導体装置、例えば２層ゲート電極構造を有する固体撮像装置の製造方法において、ゲート絶縁膜とゲート層間絶縁膜とをこれらが酸化膜単層からなる構造となるよう形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像装置では、その電荷転送部を構成するゲート電極下のゲート絶縁膜には、従来から、シリコン基板上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、およびシリコン酸化膜を積層してなる積層構造の絶縁膜（ＯＮＯ膜）が使用されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このようにゲート絶縁膜にＯＮＯ膜を用いているのは、第１に、ＯＮＯ膜に含まれる窒化膜により、ゲート電極から基板側へのリークが防止されるためである。
【０００４】
また、第２に、ゲート絶縁膜上に形成した第１層ゲート電極材料をパターニングする際に、第１層ゲート電極材料を、ＯＮＯ膜に含まれる窒化膜が露出するまでエッチングし、その後、１層目ゲート電極と２層目ゲート電極とを絶縁する層間酸化膜を形成するが、このとき、１層目ゲート電極の側部に残っているＯＮＯ膜の窒化膜が、１層目ゲート電極の端部下側の基板部分に対する酸化防止膜として働くためであり、このようなＯＮＯ膜を１層目ゲート絶縁膜として用いることで、２層目ゲート絶縁膜の膜厚を制御しやすくなるというメリットがあった。
【０００５】
ところで、このＯＮＯ構造を有するゲート絶縁膜では、フォトダイオードからの信号電荷の読み出し時に、一部の電子がシリコン窒化膜の準位や欠陥にトラップされて、読み出しを繰り返すことでシリコン窒化膜にトラップされた電子が増加し、ゲート電極下にかかる電界が変化する。その結果、読み出しマージンが不足する読み出し電圧の経時劣化が生じている。
【０００６】
このような読み出し電圧の経時劣化は、ゲート絶縁膜をシリコン酸化膜の単層構造にすることで回避することができる。
【０００７】
ところが、図１３に示すように、２層ゲート電極構造を有する固体撮像装置におけるゲート絶縁膜のシリコン酸化膜単層化は、１層目ゲート電極の形成後にゲート層間絶縁膜を形成した時に、ゲート電極１０５の端部１０９でゲート絶縁膜が厚くなり、ゲート電極端部がめくれあがる現象（ゲートバーズビークまたはスマイリングと呼ばれている現象）を招くとととなる（特許文献１）。なお、図１３に示すゲート電極構造では、１層目ゲート電極１０５はポリシリコンからなり、半導体領域１０３上にゲート絶縁膜１０４を介して形成されており、該ゲート電極１０５の表面およびその周辺の半導体領域１０３の表面には、ゲート層化絶縁膜１０７が形成されている。
【０００８】
このようにゲート電極１０５の端部１０９がめくれあがるバーズビークが発生すると、ゲート電極直下の半導体領域１０３にかかる電位分布の拡がりが変化することから、転送効率の劣化といったＣＣＤイメージセンサとしての致命的な特性不良を引き起こすという問題がある。
【０００９】
そこで、この特許文献１では、ゲート電極は、ゲート絶縁膜上では単層ゲート電極構造にして、隣接するゲート電極を絶縁するゲート層間絶縁膜は、ＣＶＤ（ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、隣接するゲート電極間に絶縁材料を埋め込むことで形成している。しかしながら、約０．１μｍのゲート電極間の狭いギャップに絶縁材料を埋め込むことは非常に難しく、また、このような絶縁材料の埋め込みにより形成される絶縁膜は、基板や電極材料を酸化して形成したものではないので、絶縁耐圧の悪い層間絶縁膜となってしまい、生産性が良くないという問題がある。
【００１０】
また、ゲートバーズビークを抑制する方法としては、電荷転送素子に関する特許文献２に開示されているように、半導体層上に１層目ゲート絶縁膜を介して１層目転送ゲート電極を形成した後に、この転送ゲート電極の側面にシリコン酸化膜からなるサイドウオールを形成し、その後、２層目ゲート絶縁膜をする方法が提案されている。
【００１１】
この特許文献２に開示の従来の電荷転送素子の製造方法を簡単に説明する。
【００１２】
図１０〜図１２は、この電荷転送素子の製造方法を工程順に説明する図であり、図１０は第１層ゲート電極の形成工程を示し、図１１はサイドウォールの形成工程を示し、図１２は第２のゲート絶縁膜の形成工程を示している。
【００１３】
まず、ｎ型半導体基板１０１上に低濃度ｐ型ウェル１０２を形成し、さらに、該ｐ型ウェル１０２に、ｎ型不純物が注入された垂直ＣＣＤ転送部（つまり垂直転送チャンネル領域）１０３を形成し、その後、全面に熱酸化により第１のゲート絶縁膜１０４を形成する。さらに、全面に第１のゲート電極１０５の構成材料としてリンドープポリシリコン層を形成し、該リンドープポリシリコン層を、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングなどによりパターニングして第１のゲート電極１０５を形成する（図１０参照）。
【００１４】
次に、全面にＣＶＤ法によりシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成し、全面エッチバックによりゲート電極側面にサイドウォールとして絶縁膜（シリコン酸化膜）１０６を形成する（図１１参照）。
【００１５】
その後、露出したゲート電極の表面および該ゲート電極周辺のシリコン表面に対して熱酸化処理を施して、ゲート電極の表面にはシリコン酸化膜からなるゲート層間絶縁膜１０８を形成し、該ゲート電極周辺のシリコン表面にはシリコン酸化膜からなる第２のゲート絶縁膜１０７を形成する（図１２参照）。
【００１６】
この熱酸化処理の際には、ゲート電極１０５の側面は、サイドウォールであるシリコン酸化膜１０６が形成されているので、ゲート電極１０５の側面から内側へ向かう酸化が抑えられて、ゲート電極１０５の端部下部でゲートバーズビークが生じにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００７−４８８９５号公報
【特許文献２】特開平５−３４３４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、特許文献２に開示の電荷転送素子の製造方法における、ゲート電極側面に絶縁膜をサイドウォールを形成した後に、ゲート電極の表面およびその周辺のシリコン表面を熱酸化する方法を、２層ゲート電極構造に適用すると、２層目のゲート絶縁膜の形成時には、１層目のゲート電極が露出していることとなるため、２層目のゲート絶縁膜を厚く、例えば４０ｎｍの厚さに形成する際に、１層目のゲート電極を構成するポリシリコン層上には、シリコン表面上での約３倍の厚さ（１２０ｎｍ）に、つまり非常に厚く酸化膜が形成されてしまう。つまり、ゲート層間絶縁膜と第２ゲート絶縁膜とで膜厚が適正なものとなるよう、両者の適正膜厚を両立させた形成ができない。
【００１９】
また、８５０℃の比較的低温でゲート電極の表面を酸化させると、ゲート電極材料のポリシリコン中のリンの偏析による局所的な異常酸化が発生し、ポリシリコンゲート電極の抵抗上昇を引き起こして転送効率の劣化といった問題が発生する。
【００２０】
さらに上記特許文献２では、いずれもゲート絶縁膜は、熱酸化により一度に形成しているが、このように全体を熱酸化により形成したゲート絶縁膜では、従来のＯＮＯ構造のゲート絶縁膜に比べて、シリコン面に接する酸化膜が厚くなるため、シリコン表面の酸化量が増え、このため、読み出しチャネル領域のボロンが該領域上の酸化膜側に拡散するボロンのパイルアップが生じ、シリコン表面付近の不純物（ボロン）濃度が下がるといった増速拡散現象が発生し、特に読み出し電圧やチャネルストップ特性が変化する。これによって、イオン注入条件の大幅な見直しが必要になるが、新たな条件設定は多大な労力を伴うものである。
【００２１】
以上のように、ＣＣＤ固体撮像素子におけるゲート絶縁膜のシリコン酸化膜単層化は、プロセス構築が非常に難しいといった問題があった。
【００２２】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、ゲート絶縁膜のシリコン酸化膜単層化を、ゲート絶縁膜の下地となる基板やゲート電極の酸化量の増大を招くことなく行うことができ、これにより、ＯＮＯ膜に代わる、読み出し電圧の経時劣化を低減した酸化膜単層構造のゲート絶縁膜を、イオン注入条件などの製造パラメータの大幅な見直しを招くことなく形成することができる半導体装置の製造方法、固体撮像装置の製造方法、および該固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を備えた電子情報機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、複数のゲート電極を有する半導体装置を製造する方法であって、半導体基板上に第１の絶縁膜を第１のゲート絶縁膜として形成する工程と、該第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を形成する工程と、該第１のゲート絶縁膜の、該第１のゲート電極が配置されている部分以外の部分を除去した後、全面に第２の絶縁膜を、該半導体基板上では第２のゲート絶縁膜として、該第１のゲート電極の表面にはゲート層間絶縁膜として形成する工程とを含み、該第２の絶縁膜を形成する工程は、酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第２の絶縁膜を生成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程は、酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第１の絶縁膜を生成する工程とを含むことが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積、並びに、前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積は、ＣＶＤ法あるいはＬＰＣＶＤ法により行われることが好ましい。
【００２６】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記ゲート絶縁膜を形成する工程では、前記ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜は、該シリコン酸化膜の熱酸化処理後に得られるゲート絶縁膜の１／２以上の膜厚に形成され、前記熱酸化処理は酸素雰囲気中で、熱ＣＶＤよりも高温で行われることが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜は３０ｎｍの厚さを有し、該ＣＶＤ法により形成されるシリコン酸化膜の熱酸化処理により得られるゲート絶縁膜は、４０ｎｍの厚さを有することが好ましい。
【００２８】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記熱酸化処理は８５０℃〜９５０℃の範囲の温度で行われることが好ましい。
【００２９】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のゲート電極を形成する工程は、前記半導体基板上に前記第１のゲート絶縁膜を介して第１のゲート電極材料を形成する工程と、該第１のゲート電極材料を選択的にエッチングして該第１のゲート電極を形成する工程とを含み、該第１のゲート電極材料の選択的なエッチングでは、ドライエッチングにより、該第１のゲート電極材料の下地膜としての第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜が１０ｎｍ以下になるよう行い、その後、ウエットエッチングにより、該第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜を除去することが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のゲート電極材料を選択的にエッチングして該第１のゲート電極を形成した後、全面に形成した前記第２の絶縁膜を介して第２のゲート電極材料を形成し、該第２のゲート電極材料を選択的にエッチングして第２のゲート電極を形成することが好ましい。
【００３１】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第２の電極材料膜の選択的なエッチングでは、ドライエッチングにより、該第２のゲート電極材料の下地膜としての第２のゲート絶縁膜のエッチング残膜が１０ｎｍ以下になるよう行い、その後、ウエットエッチングにより、該第２のゲート絶縁膜のエッチング残膜を除去することが好ましい。
【００３２】
本発明は、上記半導体装置の製造方法において、前記第１のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積、並びに、前記第２のゲート絶縁膜を形成する工程における酸化シリコンの堆積は、ＬＰＣＶＤ法により、ＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏを用いて行われることが好ましい。
【００３３】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、複数のゲート電極を有する固体撮像装置を製造する方法であって、半導体基板上に第１の絶縁膜を第１のゲート絶縁膜として形成する工程と、該第１のゲート絶縁膜上に第１のゲート電極を形成する工程と、該第１のゲート絶縁膜の、該第１のゲート電極が配置されている部分以外の部分を除去した後、全面に第２の絶縁膜を、該半導体基板上では第２のゲート絶縁膜として、該第１のゲート電極の表面にはゲート層間絶縁膜として形成する工程とを含み、該第２の絶縁膜を形成する工程は、酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成する工程と、該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して該第２の絶縁膜を生成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３４】
本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、該固体撮像装置は、マトリクス状に配列され、入射光の光電変換により信号電荷を生成する複数の受光画素と、該受光画素列に沿って配置され、該受光画素で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有するＣＣＤ型固体撮像装置であり、前記第１のゲート電極は、第１層目のゲート電極材料をパターニングしてなるものであり、前記第２のゲート電極は、第２層目のゲート電極材料をパターニングしてなるものであることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記固体撮像装置の製造方法において、該固体撮像装置はＣＭＯＳ型固体撮像装置であることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る電子情報機器は、撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部として、上述した本発明に係る固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３８】
本発明においては、半導体基板上にゲート絶縁膜としての第１の絶縁膜を介して第１のゲート電極を形成した後、第１のゲート電極の表面および該第１のゲート電極周辺の基板表面上に酸化膜単層構造の第２の絶縁膜を形成する工程では、酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成し、その後該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して、上記酸化膜単層構造の第２の絶縁膜を生成するので、熱酸化処理の際に、第１のゲート電極の表面および基板表面は、酸化シリコンの堆積により形成された下地シリコン酸化膜により覆われており、このため、第１のゲート電極の表面での異常酸化が抑制され、また、第１のゲート電極の側面から内側へ向かう酸化が抑えられて、第１のゲート電極の端部下部でゲートバーズビークが生じにくくなる。また、ゲート絶縁膜は酸化膜単層構造となっているので、窒化膜を含むＯＮＯ膜のようにゲート絶縁膜の経時劣化による読み出し電圧の経時変化を伴うことがない。
【００３９】
また、この発明においては、上記第１のゲート電極下側の第１のゲート絶縁膜として酸化膜単層構造の第１の絶縁膜を形成する工程でも、酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成し、その後該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して、上記酸化膜単層構造の第１の絶縁膜を生成するので、シリコン面に接する酸化膜の酸化量を抑えることができ、このため、読み出しチャネル領域のボロンが該領域上の酸化膜側に拡散するボロンのパイルアップが生じ、シリコン表面付近の不純物（ボロン）濃度が下がるといった増速拡散現象を抑制することができる。これにより、増速拡散現象に起因して読み出し電圧やチャネルストップ特性が変化するのを回避でき、このような絶縁膜の酸化膜単層化では、多大な労力を伴う、イオン注入条件などのプロセス条件設定が必要となることはない。
【００４０】
また、この発明においては、第１の電極材料の選択的なエッチングにより第１のゲート電極を形成する工程では、ドライエッチングにより、該第１のゲート電極材料の下地膜としての第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜が１０ｎｍ以下になるよう行い、その後、ウエットエッチングにより、該第１のゲート絶縁膜のエッチング残膜を除去するので、ウエットエッチに要する時間を短くでき、第１のゲート電極下部でウエットエッチングがゲート電極の内側に進むのが抑制され、結果的にゲートバーズビークが抑えられる。
【発明の効果】
【００４１】
このように本発明によれば、ゲート絶縁膜はシリコン酸化膜単層で構成されるので、読み出し電圧の経時変化が無いという効果がある。
【００４２】
また、第１のゲート電極を形成した後に第２の絶縁膜を形成する際には、第１のゲート電極の表面および基板表面に酸化シリコンの堆積により下地シリコン酸化膜を形成し、その後該下地シリコン酸化膜に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して、上記酸化膜単層構造の第２の絶縁膜を生成するので、熱酸化処理を行う時点では、第１のゲート電極は、ＣＶＤなどの酸化シリコンの堆積処理により得られたシリコン酸化膜で覆われており、このため、ゲート電極としてのポリシリコン表面の局所的な異常酸化や、ゲートバーズビークが抑制されるという効果がある。
【００４３】
さらに、半導体基板上に第１のゲート絶縁膜を介して形成された第１のゲート電極材料をドライエッチングによりパターニングする際、第１のゲート電極の周辺のゲート絶縁膜のエッチング残膜を薄くすることで、その後、第２のゲート絶縁膜およびゲート層間絶縁膜を形成する前にシリコン基板表面を露出するためのウエットエッチングを最小限にすることができ、これにより、第１のゲート電極下へのウエットエッチングの横入りが抑制され、結果的にゲートバーズビークが抑えられるという効果がある。
【００４４】
また、第１および第２のゲート絶縁膜を形成する工程では、酸化シリコンの堆積により下地酸化膜としてシリコン酸化膜を形成し、その後、該シリコン酸化膜の熱酸化により第１および第２の絶縁膜を形成するので、いずれのゲート酸化膜を形成する際にも、シリコン基板表面の、これらのゲート酸化膜と接する部分での酸化量を、従来のＯＮＯ構造を有するゲート酸化膜と同等にすることができ、不純物濃度プロファイルの変動を防止できるという効果がある。
【００４５】
このように、本発明によれば、信号電荷の転送劣化、さらにはゲート絶縁膜のＯＮＯ構造から酸化膜単層構造への変更に伴う特性変動のない固体撮像装置などの半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は本発明の実施形態１による半導体装置である固体撮像装置（ＣＣＤ撮像装置）を説明する図であり、図１は、上記ＣＣＤ撮像装置を示す平面図である。
【図２】図２は本発明の実施形態１によるＣＣＤ撮像装置を説明する図であり、図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ’線断面の構造、図２（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ’断面の構造を示している。
【図３】図３は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する図であり、半導体基板に種々の拡散領域を形成した後にゲート絶縁膜などを形成した段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図４】図４は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、第１のゲート電極をパターニングした段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図５】図５は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、第２のゲート絶縁膜の一部をＣＶＤ法により形成した段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図６】図６は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、第２のゲート絶縁膜を形成した段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図７】図７は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、第２のゲート電極を形成した段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図８】図８は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、第２のゲート層間絶縁膜を形成した段階での図１のＡ−Ａ’線断面（図（ａ））およびＢ−Ｂ’線断面（図（ｂ））の構造を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態２として、上記実施形態１のＣＣＤ撮像装置の製造方法により得られたＣＣＤ撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、特許文献２に開示の電荷転送素子の製造方法を工程順に説明する図であり、第１層ゲート電極の形成工程を示している。
【図１１】図１１は、特許文献２に開示の電荷転送素子の製造方法を工程順に説明する図であり、サイドウォールの形成工程を示している。
【図１２】図１２は、特許文献２に開示の電荷転送素子の製造方法を工程順に説明する図であり、第２のゲート絶縁膜の形成工程を示している。
【図１３】図１３は、従来技術における問題点を説明する図であり、基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたポリシリコンゲートの側部下端にバーズビークが形成された状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
（実施形態１）
図１および図２は本発明の実施形態１による半導体装置である固体撮像装置（ＣＣＤ撮像装置）を説明する図であり、図１は、このＣＣＤ撮像装置を構成する１画素部の構造を示す平面図、図２は、このＣＣＤ撮像装置の断面構造を説明する図であり、図２（ａ）は、図１におけるＡ−Ａ’線断面の構造、図２（ｂ）は、図１におけるＢ−Ｂ’線断面の構造を示している。
【００４９】
この実施形態１のＣＣＤ撮像装置１０ａは、マトリクス状の配列された複数の画素部５と、該画素部の列に沿って配置され、該画素部で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部（垂直ＣＣＤ転送部）とを有している。
【００５０】
すなわち、上記ＣＣＤ撮像装置１０ａを構成するｎ型半導体基板（シリコン基板）１上には低濃度ｐ型ウェル２が形成され、さらに、該ｐ型ウェル２には、上記画素部を構成するフォトダイオードの拡散層（ＰＤ拡散層）５、および垂直ＣＣＤ転送部を構成するｎ型不純物拡散領域（以下、単にＣＣＤ拡散領域ともいう。）３が形成されている。
【００５１】
また、このｎ型拡散領域３上には、シリコン酸化膜単層構造を有する第１のゲート絶縁膜（シリコン酸化膜）を介して第１のゲート電極８が、画素部の配列ピッチに合わせて所定の間隔で配置され、また隣接する第１のゲート電極８の間には、シリコン酸化膜単層構造を有する第２のゲート絶縁膜１０を介して第２のゲート電極１２が配置されている。ここで、第１のゲート電極８および第２のゲート電極１２は、該第１のゲート電極８の表面に形成されたゲート層間絶縁膜１１により電気的に分離されており、このゲート層間絶縁膜１１は、第２のゲート絶縁膜１０と同一の単層構造のシリコン酸化膜から構成されている。
【００５２】
以下、図２（ａ）に示す断面構造について捕捉説明をする。
【００５３】
上記シリコン基板１の表面領域（ｐ型ウエル）には、第１のゲート絶縁膜７を介して、第１のゲート電極８が形成され、さらに、上記第２のゲート電極１２は、第１のゲート電極８にオーバーラップするように、第１のゲート電極８上の第１のゲート層間絶縁膜１１およびシリコン基板上の第２のゲート絶縁膜１０を介して形成されている。
【００５４】
この第２のゲート電極１２の上面には、例えば熱酸化膜などの第２のゲート層間絶縁膜１４を介して、例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１５が設けられている。
【００５５】
次に、図２（ｂ）に示す断面構造について捕捉説明をする。
【００５６】
ｎ型半導体基板１上に形成された低濃度ｐ型ウェル２内には、ＰＤ拡散層５とＣＣＤ拡散領域３との間には、これらの間を電気的に分離するチャネルストップ領域４が形成されており、さらに、このチャネルストップ領域４は、隣接するＰＤ拡散層５を電気的に分離するよう、隣接するＰＤ拡散層５の間にも位置している。また、ＰＤ拡散層５とＣＣＤ拡散領域３との間の一部の領域には、フォトダイオード部５で発生した信号電荷を垂直ＣＣＤ転送部に読出すための電荷読出し領域６が形成されている。
【００５７】
更に、シリコン基板１上のｐ型ウエル２上には、上記ＣＣＤ拡散領域３からＰＤ拡散層５上に跨るよう、第２のゲート絶縁膜１０を介して第２のゲート電極１２が形成されている。この第２のゲート電極１２の上面および側壁には、例えば熱酸化膜などの第２のゲート層間絶縁膜１４を介して、例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１５が設けられている。この遮光膜１５には、遮光膜開口１５ａが上記フォトダイオードとしてのＰＤ拡散層５上に位置するよう形成されている。
【００５８】
次に製造方法について説明する。
【００５９】
図３〜図８は、本実施形態１によるＣＣＤ撮像装置の製造方法を説明する断面図であり、ＣＣＤ撮像装置の製造工程順にその断面構造を示している。
【００６０】
まず、例えばｎ型シリコンからなる半導体基板１に低濃度ｐ型ウェル２を形成し、その後、該低濃度ｐ型ウェル２にｎ型不純物を選択的に導入して、フォトダイオード部としてのＰＤ拡散層５、および垂直ＣＣＤ転送部を構成するＣＣＤ拡散層３を形成する。また、上記低濃度ｐ型ウエル領域２に選択的にｐ型不純物を導入してチャネルストップ領域４および電荷読出し領域６を形成する。さらに、半導体基板１の表面に、例えば膜厚４０ｎｍのシリコン酸化膜からなる第１のゲート絶縁膜７を形成し、さらに、該ゲート絶縁膜７上に、例えば膜厚２００ｎｍのリンドープポリシリコンからなる第１のゲート電極材料８を形成する（図３（ａ）および（ｂ）参照）。
【００６１】
ここで、上記第１のゲート絶縁膜７の膜厚は、通常、比誘電率から従来のＯＮＯ膜の酸化膜の容量と合せるように設定されるが、このように設定した膜厚は、従来のＯＮＯ構造におけるシリコン窒化膜を形成する前の熱酸化膜（ＯＮＯ膜の下側の酸化膜）の膜厚より厚くなることから、この第１のゲート絶縁膜７を熱酸化により一度に形成してしまうと、シリコン表面の酸化量が増えてしまう。
【００６２】
そこで、これを回避するために、図３では図示していないが、ゲート絶縁膜７の形成工程では、まず、ＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏを用いて、例えば８００℃の温度で膜厚が３０ｎｍの第１のシリコン酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）をシリコン基板上に形成し、その後、例えば、８５０℃の温度で該ＣＶＤ酸化膜を熱酸化し、膜厚４０ｎｍのゲート絶縁膜７を形成する。
【００６３】
このように、ＣＶＤによる第１のシリコン酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）は、これを熱酸化処理した後に形成されるゲート絶縁膜の１／２以上の膜厚で形成することで、シリコン表面の酸化を抑制でき、また、熱酸化処理は、酸素雰囲気中で、かつ熱ＣＶＤよりも高温（８５０℃〜９５０℃）で行うことでシリコン酸化膜が緻密化されるように改質され、熱酸化膜と同等の膜質となる。ここで、熱ＣＶＤは、熱エネルギーによる原料ガスの分解生成物や化学反応を利用して薄膜を形成する化学気相成長（ＣＶＤ）の一種である。
【００６４】
その次に、フォトレジスト（図示せず）をマスクに、第１のゲート電極材料８ａおよび第１のゲート絶縁膜７を、第１のゲート絶縁膜７の残膜が例えば１０ｎｍになるように選択的にドライエッチングして第１のゲート電極８を形成する（図４（ａ）および（ｂ））。
【００６５】
続いて、第１のゲート電極８以外の領域の第１のゲート絶縁膜７を、フッ酸によるウエットエッチングにより除去した後、シリコン基板１および第１のゲート電極８全面に、ＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏを用いて、例えば８００℃の温度で膜厚が３０ｎｍの第１のシリコン酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）９を形成する（図５（ａ）および（ｂ））。
【００６６】
ここでは、第１のゲート絶縁膜７のドライエッチング後の残膜の膜厚を１０ｎｍ以下に薄くすることにより、その後に行う、ゲート電極周辺のゲート絶縁膜７の除去のためのウエットエッチングを極力少なくすることができるので、第１のゲート電極８の端部下側の第１のゲート絶縁膜７に対するウエットエッチングの横入りが少なくなり、これによりその後の熱酸化処理によるゲートバーズビークを小さくすることができる。
【００６７】
次に、例えば、８５０℃の温度で第１のシリコン酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）９を熱酸化して、シリコン基板１上には膜厚４０ｎｍの第２のゲート絶縁膜１０を形成し、第１のゲート電極８上には、膜厚６０ｎｍの第１のゲート層間絶縁膜１１を形成する（図６（ａ）および（ｂ））。第１のゲート電極８は、ＬＰＣＶＤ法により形成した第１のシリコン酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）９で覆われているので、第１のゲート電極８の端部下側で生ずるゲートバーズビークは抑制され、また該第１のゲート電極８は、その表面での局所異常酸化もなく平坦な形状となる。
【００６８】
次に、第２のゲート絶縁膜１０および第１のゲート層間絶縁膜１１上に第２のゲート電極１２の材料となるリンドープポリシリコンを２００ｎｍの厚さに堆積し、転送ゲート用のフォトレジスト（図示しない）をマスクとして、該リンドープポリシリコンを、第２のゲート絶縁膜１０の残膜が例えば１０ｎｍになるように、ドライエッチングして第２のゲート電極１２を形成する（図７（ａ）および（ｂ））。
【００６９】
次に、第２のゲート電極１２の下側以外に残っている、シリコン基板の表面領域上の第２のゲート絶縁膜１０をフッ酸によるウエットエッチングにより除去し、シリコン基板１および第２のゲート電極１２の全面に対する例えば熱酸化処理により、シリコン基板１上に膜厚２０ｎｍの第２のシリコン酸化膜１３を形成し、また、第２のゲート電極１２上に膜厚６０ｎｍの第２のゲート層間絶縁膜１４を形成する。
【００７０】
なお、図示しないが、第２のシリコン酸化膜１３および第２のゲート層間絶縁膜１４の形成は、第１のゲート絶縁膜の形成と同様に、ＣＶＤによる酸化物の堆積と熱酸化とにより行っても良い。つまり、ＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ４ガスとＮ２Ｏを用いて、例えば８００℃の温度で、膜厚１０ｎｍのシリコン酸化膜を全面に形成し、その次に、例えば８５０℃の温度でこのシリコン酸化膜を熱酸化して、シリコン基板１上に膜厚２０ｎｍの第２のシリコン酸化膜１３を形成し、また、第２のゲート電極８上に厚さ５０ｎｍの第２のゲート層間絶縁膜１４を形成してもよい。
【００７１】
以上の工程によって、第１および第２のゲート電極のゲート絶縁膜とともに、第１のゲート電極８と第２のゲート電極１２との間に耐圧劣化のない層間絶縁膜を、ゲートバーズビークを抑制して形成することができる。
【００７２】
その後、例えば、ＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１５を基板全面に形成し、フォトダイオード５に対応する箇所に遮光膜開口１５ａを形成して、図２に示したＣＣＤ撮像装置の構造を得る。
【００７３】
その後、図示しないがプラズマＣＶＤ法などでシリコンナイトライドなどのパッシベーション膜を形成し、カラーフィルタ、オンチップレンズ等を形成して、ＣＣＤイメージセンサである固体撮像装置を得る。
【００７４】
このようにして製造された固体撮像装置では、第１および第２のゲート絶縁膜７，１０は、シリコン酸化膜単層で構成されており、また、ゲート電極の表面の局所的な異常酸化による凹凸やゲート電極端部下部のゲートバーズビークが軽減されている。
【００７５】
このように本実施形態１によれば、ゲート絶縁膜７，１０はシリコン酸化膜単層で構成されるので、読み出し電圧の経時変化がないという効果がある。
【００７６】
また、第１のゲート電極８を形成した後に第２の絶縁膜を形成する際には、第１のゲート電極の表面および基板表面に酸化シリコンの堆積によりＣＶＤ酸化膜９を形成し、その後該ＣＶＤ酸化膜９に対して、その酸化膜厚が増大するよう熱酸化処理を施して、上記酸化膜単層構造の第２の絶縁膜１０、１２を生成するので、熱酸化処理を行う時点では、第１のゲート電極８は、ＣＶＤなどの酸化シリコンの堆積処理により得られたシリコン酸化膜９で覆われており、このため、ゲート電極としてのポリシリコン表面の局所的な異常酸化や、ゲートバーズビークが抑制されるという効果がある。
【００７７】
さらに、半導体基板上に第１のゲート絶縁膜７を介して形成された第１のゲート電極材料８ａをドライエッチングによりパターニングする際、第１のゲート電極８の周辺のゲート絶縁膜７のエッチング残膜を薄くすることで、その後、第２のゲート絶縁膜１０およびゲート層間絶縁膜１１を形成する前にシリコン基板表面を露出するためのウエットエッチングを最小限にすることができ、これにより、第１のゲート電極８下へのウエットエッチングの横入りが抑制され、結果的にゲートバーズビークが抑えられるという効果がある。
【００７８】
また、第１および第２のゲート絶縁膜７、１０を形成する工程では、酸化シリコンの堆積により下地酸化膜（ＣＶＤ酸化膜）としてシリコン酸化膜を形成し、その後、該ＣＶＤ酸化膜の熱酸化により第１および第２の絶縁膜７，１０を形成するので、いずれのゲート酸化膜を形成する際にも、シリコン基板１表面の、これらのゲート酸化膜７、１０と接する部分での酸化量を、従来のＯＮＯ構造を有するゲート酸化膜と同等にすることができ、不純物濃度プロファイルの変動を防止できるという効果がある。
【００７９】
このように、本実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法では、信号電荷の転送劣化、さらにはゲート絶縁膜のＯＮＯ構造から酸化膜単層構造への変更に伴う特性変動のない固体撮像装置などの半導体装置を得ることができる。
【００８０】
なお、上記実施形態１では、本発明の実施形態による半導体装置として、固体撮像装置の一例であるＣＣＤイメージセンサ（ＣＣＤ撮像装置）を示したが、本発明の実施形態による半導体装置は、ＣＣＤ撮像装置に限定されるものではなく、ＣＭＯＳ撮像装置やその他の半導体装置にも適用可能である。つまり、本発明は、隣接するゲート電極を有し、これらのゲート電極が層間絶縁膜により電気的に分離されている半導体装置であれば、どのようなものであっても適用可能できる。
【００８１】
さらに、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１による固体撮像装置の製造方法により得られた固体撮像装置を撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００８２】
図９に示す本実施形態２の電子情報機器９０は、本発明の実施形態１による固体撮像装置を、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、さらに、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００８３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、半導体装置の製造方法、固体撮像装置の製造方法、および電子情報機器の分野において、特に、２層ゲート電極構造を有する固体撮像素子の製造方法において、ゲート絶縁膜のシリコン酸化膜単層化を、基板表面やゲート電極表面での酸化量の増大を招くことなく行うことができ、これにより、ＯＮＯ膜に代わる、読み出し電圧の経時劣化を低減したゲート絶縁膜を、イオン注入条件の製造パラメータの大幅な見直しなしで形成することができるものであり、隣接するよう配置された複数のゲート電極を備えた固体撮像装置などの半導体装置に有用なものである。
【符号の説明】
【００８５】
１  ｎ型半導体基板（シリコン基板）
２  ｐ型ウェル
３  ｎ型拡散領域（ＣＣＤ拡散層）
５  フォトダイオードの拡散層（ＰＤ拡散層）
７  第１のゲート絶縁膜
８  第１のゲート電極
１０  第２のゲート絶縁膜
１０ａ  ＣＣＤ撮像装置
１１  層間絶縁膜
１２  第２のゲート電極
１４  第２のゲート層間絶縁膜
１５  遮光膜
１５ａ  遮光膜開口
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
【図１】
2010192626.tif 000003
【図２】
2010192626.tif 000004
【図３】
2010192626.tif 000005
【図４】
2010192626.tif 000006
【図５】
2010192626.tif 000007
【図６】
2010192626.tif 000008
【図７】
2010192626.tif 000009
【図８】
2010192626.tif 000010
【図９】
2010192626.tif 000011
【図１０】
2010192626.tif 000012
【図１１】
2010192626.tif 000013
【図１２】
2010192626.tif 000014
【図１３】
2010192626.tif 000015