(57)【要約】      （修正有）【課題】固体撮像装置の出力を劣化させず、かつ信頼性上の問題を起こさない固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板の所定領域に分離領域３４を形成する工程と、前記基板上に第１のシリコン酸化膜３６とシリコン窒化膜３７と第２のシリコン酸化膜５０とを形成する工程と、電荷転送部になる第１の領域に第１の転送電極３８を形成する工程と、第１の転送電極の表面に絶縁膜３９を形成する工程と、第１の領域と第１の転送電極の領域を除く第２の領域のシリコン窒化膜をプラズマエッチングで除去する工程と、第２の領域の第１のシリコン酸化膜をウェットエッチングで除去する工程と、第３のシリコン酸化膜を形成する工程と、電荷転送部となる第１の領域に第２の転送電極を形成すると同時に第３のシリコン酸化膜を介して周辺回路部のゲート電極を形成する工程と、第２の転送電極と周辺回路部のゲート電極の表面に絶縁膜を形成する工程とを含む。【選択図】図１
2006173380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に、電荷転送部が形成される第１の領域と、ＬＯＣＯＳ（LOCal Oxidization of Silicon）分離部に囲まれたＭＯＳトランジスタが形成される第２の領域とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記ＬＯＣＯＳ分離部を選択的に形成する工程と、
前記第１の領域および前記第２の領域の上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に第２のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１の領域に前記電荷転送部を形成する工程と、
前記第１の領域の前記第２のシリコン酸化膜の上に第１の転送電極を形成する工程と、
前記第１の転送電極の表面に絶縁膜を形成する工程と、
少なくとも前記第１の領域および前記第１の転送電極を含む領域にレジストをパターンニングする工程と、
前記レジストをマスクとして前記第２の領域の前記第２のシリコン酸化膜および前記シリコン窒化膜をプラズマエッチングにより除去する工程と、
前記第２の領域の全面の前記第１のシリコン酸化膜をウェットエッチングで除去する工程と、
前記レジストを除去する工程と、
前記半導体基板上に第３のシリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１の領域に第２の転送電極を形成するとともに前記第３のシリコン酸化膜を介して前記周辺回路部のゲート電極を形成する工程と、
前記第２の転送電極と前記周辺回路部のゲート電極の表面に絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極のゲート幅方向の両端を前記ＬＯＣＯＳ分離部上に乗り上げるように形成し、少なくともその分離領域上に乗り上げたゲート電極の端部の前記シリコン窒化膜と前記第１のシリコン酸化膜を除去せずに残すことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電荷転送部にシリコン酸化膜，シリコン窒化膜，シリコン酸化膜の３層構造（一般に、ＯＮＯ膜と呼ばれる）のゲート絶縁膜を用いた固体撮像装置に係り、酸化膜ゲート絶縁膜を用いた周辺回路のトランジスタの界面準位を低減させる固体撮像装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置の電荷転送部は、２層もしくは３層のポリシリコンゲートを用いて、埋め込み型のｎ型の転送チャンネルを用いて構成されている。連続したチャンネル中を効率よく転送するために、ゲート絶縁膜にＯＮＯ膜が多く用いられている。これは、同一膜厚のゲート絶縁膜を用いることにより転送経路中のポテンシャルの変動を抑え、また２層目以上のゲートを形成する際の下段ゲート端部の下部に形成される厚いシリコン酸化膜（いわゆるゲートバーズビーク）の発生を抑制している。また、絶縁耐圧も単なるシリコン酸化膜に比べて向上する。
【０００３】
ＯＮＯ膜を用いた固体撮像装置の従来例としては、特許文献１に開示されたものがある。
【０００４】
特許文献１に開示される固体撮像装置とその製造方法について、図３の固体撮像装置の断面図を参照しながら説明する。
【０００５】
図３において、１は電荷転送部、２は周辺回路部、３は半導体基板、４は電荷転送部１と周辺回路部２とを電気的に分離する分離領域、５は電荷転送部１のゲート絶縁膜であるシリコン酸化膜、６は同じくシリコン窒化膜、７は同じくシリコン酸化膜、８はシリコン酸化膜５とシリコン窒化膜６とシリコン酸化膜７とで構成される積層絶縁膜、９は第１の転送電極、１０はシリコン酸化膜、１１は第２の転送電極、１２は周辺回路部２のゲート絶縁膜、１３はソース・ドレイン、１４はゲート電極、１６は表面保護膜である。
【０００６】
このように、図３に示す従来の固体撮像装置は、電荷転送部１の転送電極９，１１下のゲート絶縁膜として積層絶縁膜８が形成されているのに対して、周辺回路部２のゲート絶縁膜１２が単層の絶縁膜で構成されている。このような構成では、周辺回路部２のゲート電極が単層の絶縁膜で形成されていることから、所望のしきい値電圧を得ることが容易であり、また電荷転送部１の各転送電極９，１１が積層絶縁膜８上に形成されているため、ピンホール現象が生じるおそれがない。
【０００７】
図４（ａ）〜（ｅ）は図３の固体撮像装置の製造方法を説明する工程順断面図である。図４において図３にて説明した部材に対応する部材には同一符号を付す。
【０００８】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板３に分離領域４を形成する。次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板３上に熱酸化によりシリコン酸化膜５を形成する。つづいて、シリコン酸化膜５上にＣＶＤ法によってシリコン窒化膜６を形成する。さらに、シリコン窒化膜６上にシリコン酸化膜７を形成する。以上で積層絶縁膜８が形成得られる。
【０００９】
次に、図４（ｃ）に示すように、第１層目の転送電極９をＣＶＤ法と選択エッチングとによって形成する。さらに、層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１０を形成する。つぎに、図４（ｄ）に示すように、電荷転送部１上をレジスト１５で覆う。そして、このレジスト１５をマスクにしてエッチングすることにより周辺回路部２に形成された積層絶縁膜８を除去する。
【００１０】
次に、図４（ｅ）に示すように、半導体基板３の表面を熱酸化して周辺回路部２にゲート絶縁膜１２を形成する。次に、第２層目の多結晶シリコンで転送電極１１とゲート電極１４を形成する。最後に、周辺回路部２にソース・ドレイン１３を形成する。
【００１１】
また、他の従来例としては、特許文献２に開示されたものがある。
【００１２】
次に、上記公報に開示された固体撮像装置について図５の平面図を参照しながら説明する。図５は周辺回路部のＭＩＳ(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタのシリコン窒化膜が除去された領域を説明する１つのトランジスタの平面図である。
【００１３】
図５において、斜線２５の領域がシリコン窒化膜の除去された領域である。シリコン基板のｎ型拡散層表面に、ＭＩＳトランジスタが形成されている。ＭＩＳトランジスタは、周辺の素子と電気的に分離するように、ＬＯＣＯＳ（LOCal Oxidization of Silicon）と呼ばれる分離領域２６が設けられている。分離領域２６は長方形の周辺に設けられている。斜線２５の領域は、分離領域２６よりやや小さな領域をしている。斜線２５の領域もまた分離領域２６と同じように長方形の形状になっている。
【００１４】
分離領域２６内の略中央部にゲート電極２７が形成されている。ゲート電極２７の長辺の左右のｎ型拡散層には、ＭＩＳトランジスタのソース・ドレインとなる拡散層が形成されている。ソース・ドレインのコンタクトホール２８は、ＭＩＳトランジスタの上層に設けられた保護膜の所定位置をエッチングして形成されている。このコンタクトホール２８を通してソース・ドレインの拡散層と接続される配線２９が形成されている。
【００１５】
このように、前記従来の固体撮像装置において、周辺回路部のシリコン窒化膜を除去した領域は、界面準位の影響を少なくするために、所定の位置に形成されている。その位置は、分離領域２６に形成されたＬＯＣＯＳ形成時に発生する応力が悪影響を与えないような平坦部分に形成される。このような平坦部分は、分離領域２６の端部から、分離領域２６の膜厚と、シリコン窒化膜のエッチングによって一部除去されるシリコン酸化膜の膜厚とを足し合わせた厚さに相当する距離以上離れている。応力の影響が及ぶ領域に周辺回路部を形成すると、界面準位が増大してしきい値電圧Ｖthが劣下するなどの信頼性上の問題を生じることになる。
【特許文献１】特開平２−２２０４５０号公報
【特許文献２】特開平５−３２１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図３〜図５に示す従来の固体撮像装置の構成では、周辺回路部のシリコン窒化膜を除去した領域２５は、界面準位の影響を少なくするために、ＬＯＣＯＳ形成時に発生する応力が悪影響を与えないような分離領域２６の端部から、分離領域２６の膜厚と、シリコン窒化膜のエッチングによって一部除去されるシリコン酸化膜の膜厚とを足し合わせた厚さに相当する距離以上離れた平坦部分に形成されるため、分離領域２６内の面積を大きく確保できない配置のトランジスタにおいて、積層絶縁膜８をレジスト１５をマスクにしてエッチングする領域が小さくなり、周辺回路部２のシリコン酸化膜５をウェットエッチングで除去する際にウェットエッチング液がレジスト１５に馴染まず、レジスト表面で弾かれた状態となり、エッチングする領域にウェットエッチング液が浸入しなくなる。
【００１７】
その結果、周辺回路部２のシリコン酸化膜５が除去できずに残り、所望のゲート絶縁膜１２の膜厚が得られず、所望のしきい値電圧を得ることができないといった問題がある。しかもエッチングする領域がウェットエッチング液の浸入を困難にする程度の面積であれば、周辺回路部２のシリコン酸化膜５が除去できずにある程度残り、ゲート絶縁膜１２の膜厚が安定せず、しきい値電圧が不安定となる。
【００１８】
また、シリコン酸化膜５をプラズマエッチングで除去する場合には、シリコン基板３の表面でエッチングを止めることができず、シリコン基板３をエッチングしてしまうか、あるいはシリコン酸化膜５がエッチングできずに残る。
【００１９】
前者のシリコン基板３をエッチングしてしまう場合には、エッチングダメージによる界面準位の増大が生じ、しきい値電圧が劣化するなどの信頼性上の問題を生じることとなり、後者のシリコン酸化膜５が残ってしまう場合には、所望のゲート絶縁膜１２の膜厚が得られず、所望のしきい値電圧を得ることができず、しかも、しきい値電圧が不安定となる。
【００２０】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、周辺回路部の単層のゲート絶縁膜を形成する際に、シリコン基板をエッチングすることなく、シリコン酸化膜を完全に除去できる方法として、ダメージレスで、かつ周辺回路部のゲート絶縁膜の膜厚を常に均一にし、しきい値電圧の劣化および不安定化させないことにより、固体撮像装置の出力を劣化させず、かつ安定させ、出力画像の画質が良好で、かつ信頼性上の問題を起こさない固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に、電荷転送部が形成される第１の領域と、ＬＯＣＯＳ分離部に囲まれたＭＯＳトランジスタが形成される第２の領域とを有し、第２の領域にＬＯＣＯＳ分離部を選択的に形成する工程と、第１の領域および第２の領域の上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成する工程と、シリコン窒化膜上に第２のシリコン酸化膜を形成する工程と、第１の領域に電荷転送部を形成する工程と、第１の領域の第２のシリコン酸化膜の上に第１の転送電極を形成する工程と、第１の転送電極の表面に絶縁膜を形成する工程と、少なくとも第１の領域および第１の転送電極を含む領域にレジストをパターンニングする工程と、レジストをマスクとして第２の領域の第２のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜をプラズマエッチングにより除去する工程と、第２の領域の全面の第１のシリコン酸化膜をウェットエッチングで除去する工程と、レジストを除去する工程と、半導体基板上に第３のシリコン酸化膜を形成する工程と、前記第１の領域に第２の転送電極を形成するとともに第３のシリコン酸化膜を介して周辺回路部のゲート電極を形成する工程と、第２の転送電極と周辺回路部のゲート電極の表面に絶縁膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、前記ＭＯＳトランジスタのゲート電極のゲート幅方向の両端を前記ＬＯＣＯＳ分離部上に乗り上げるように形成し、少なくともその分離領域上に乗り上げたゲート電極の端部の前記シリコン窒化膜と前記第１のシリコン酸化膜を除去せずに残すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、ＬＯＣＯＳ分離部に囲まれたＭＯＳトランジスタが形成される第２の領域を除く、電荷転送部が形成された第１の領域および第１の転送電極を含む領域にレジストをパターンニングして、第２の領域の全面の第２のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜をプラズマエッチングで除去し、ついで前記第２の領域の第１のシリコン酸化膜をウェットエッチングにより除去することにより、シリコン基板にダメージを与えず、かつＭＯＳトランジスタ部のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜を完全に除去できるため、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜の膜厚を常に均一でき、従来に比べてしきい値電圧を劣化および不安定化させないことにより、個体撮像装置の出力を劣化させずかつ安定させ、出力画像の画質が良好で、かつ信頼性上の問題を起こさない固体撮像装置を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、絶縁分離領域上に乗り上げるように形成されたＭＯＳトランジスタのゲート電極のゲート幅方向の両端が、少なくとも絶縁分離領域上に乗り上げたゲート電極の端部のシリコン窒化膜と第１のシリコン酸化膜を除去せずに残しておくことにより、トランジスタの寄生容量を低下させることができ、周辺回路の周波数特性を向上させることが可能である。
【００２５】
また、シリコン窒化膜と第１のシリコン酸化膜を除去せずに残しておく領域を分離領域上に乗り上げた前記ゲート電極の端部に加え、分離領域の端部から、分離領域の膜厚と、シリコン窒化膜のエッチングによって一部除去されるシリコン酸化膜の膜厚とを足し合わせた厚さに相当する距離以上離れたところまでの前記ゲート電極の部分とすることにより、周辺回路の周波数特性を向上させ、かつ出力画像の画質が良好な固体撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態である固体撮像装置の断面図である。図１の固体撮像装置では、埋め込みチャンネル型電荷転送部の端部と周辺回路部となる表面チャンネルＭＩＳトランジスタとが配置されている。
【００２８】
図１において、ｎ型シリコン基板３１主面の表面にｐ型拡散層３２が形成されている。ｐ型拡散層３２で埋め込み型電荷転送部を形成する部分にＣＣＤ（Charge Coupled Device）のチャンネルとなるｎ型拡散層３３が形成されている。ｎ型シリコン基板３１の表面の基板端部にはＭＩＳトランジスタが形成されている。
【００２９】
ＭＩＳトランジスタと埋め込み型電荷転送部とは、ＬＯＣＯＳと呼ばれる厚膜の酸化膜分離領域３４によって電気的に絶縁されている。ＭＩＳトランジスタ領域には、ソース・ドレインとなるｎ型拡散層３５が形成されている。
【００３０】
埋め込み型電荷転送部のｎ型シリコン基板３１表面上には、シリコン酸化膜３６が形成されている。このシリコン酸化膜３６は、ゲート絶縁膜となるためｎ型シリコン基板３１を熱酸化して形成されている。
【００３１】
シリコン酸化膜３６上には、減圧ＣＶＤ法で形成されたシリコン窒化膜３７が形成されている。シリコン窒化膜３７上には、熱酸化によりシリコン酸化膜５０が形成されている。
【００３２】
このように埋め込み型電荷転送部では、ゲート絶縁膜として、シリコン酸化膜３６とシリコン窒化膜３７とシリコン酸化膜５０の積層膜を用いている。シリコン窒化膜３７上には、転送電極３８が形成されている。転送電極３８は、シリコン酸化膜３９を介して隣の転送電極４０と電気的に分離されている。転送電極３８，４０は、リンをドープした多結晶シリコン膜で形成されている。
【００３３】
一方、図１において、ＭＩＳトランジスタ領域には、通常のＭＩＳトランジスタが形成されている。すなわち、ソースとドレインとの間のｎ型シリコン基板３１表面上にゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜４８が形成されている。さらに、シリコン酸化膜４８上にはゲート電極４９が形成されている。ゲート電極４９は、リンをドープした多結晶シリコン膜で形成されている。
【００３４】
次に、本実施形態における固体撮像装置の製造方法の特徴について説明する。図２に周辺回路部のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜を形成するため積層絶縁膜が除去された領域を説明する１つの固体撮像装置の平面図を示す。
【００３５】
図２において、斜線６０の領域が積層絶縁膜の除去された領域である。また、６１はゲート電極、６２はコンタクトホール、６３は分離領域の端部である。
【００３６】
図５に示す従来の周辺回路部のＭＩＳトランジスタのゲート絶縁膜を形成するため積層絶縁膜が除去された領域を説明する固体撮像装置では、斜線２５の領域が積層絶縁膜の除去された領域である。
【００３７】
まず、熱酸化により、第２の領域にＬＯＣＯＳ分離部を選択的に形成する。
【００３８】
次に、熱酸化により、第１の領域および第２の領域の上に第１のシリコン酸化膜を形成し、減圧ＣＶＤ法により第１のシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜を形成し、熱酸化もしくは減圧ＣＶＤ法により、シリコン窒化膜上に第２のシリコン酸化膜を形成する。
【００３９】
そして、イオン注入により、半導体基板の電荷転送部が形成される第１の領域に電荷転送部を形成する。
【００４０】
そして、減圧ＣＶＤ法により、リンをドープした多結晶シリコン膜を成膜し、プラズマエッチングでパターン形成することにより、第１の領域の第２のシリコン酸化膜の上に第１の転送電極を形成し、熱酸化により、第１の転送電極の表面に絶縁膜を形成する。
【００４１】
その後、リソグラフィーにより、少なくとも第１の領域および第１の転送電極を含む領域にレジストをパターンニングし、上記のレジストをマスクとして第２の領域の全面の第２のシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜をプラズマエッチングで除去し、第２の領域の全面の第１のシリコン酸化膜をフッ酸溶液によるウェットエッチングで除去する。
【００４２】
そして、レジストを除去した後に、熱酸化により、半導体基板上に第３のシリコン酸化膜を形成し、減圧ＣＶＤ法により、リンをドープした多結晶シリコン膜を成膜し、プラズマエッチングでパターン形成することにより、前記第１の領域に第２の転送電極を形成するとともに第３のシリコン酸化膜を介して周辺回路部のゲート電極を形成し、熱酸化により、第２の転送電極と周辺回路部のゲート電極の表面に絶縁膜を形成する。
【００４３】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法の特徴は、ｎ型シリコン基板３１表面上に形成されたシリコン酸化膜３６とシリコン窒化膜３７とシリコン酸化膜５０からなる積層絶縁膜をエッチングして除去する際に、従来よりもエッチング面積が大きくなっている点である。
【００４４】
従来例においては、積層絶縁膜をエッチングする領域は、分離領域２６の端部から、分離領域２６の膜厚と、シリコン窒化膜のエッチングによって一部除去されるシリコン酸化膜の膜厚とを足し合わせた厚さに相当する距離以上離れた平坦部分であり、現行の固体撮像装置における最小のＭＩＳトランジスタの分離領域２６内の面積は、２０μｍ２程度であり、前記平坦部分は２０μｍ２より小さい領域である。
【００４５】
一方、本実施形態において積層絶縁膜をエッチングする領域は、電荷転送部となる領域と第１の転送電極の領域を除く領域であり、非常に大きな面積である。
【００４６】
積層絶縁膜をエッチングしない領域に対してレジストマスクを形成し、シリコン窒化膜３７をＣＦ４ガスと酸素ガスによるプラズマエッチングで除去し、次いで、シリコン酸化膜３６をフッ酸溶液によるウェットエッチングで除去する場合、エッチングする領域が２０μｍ２程度ではフッ酸溶液が浸入せず、シリコン酸化膜３６は除去できずに残ってしまう。シリコン酸化膜３６をエッチングする領域が３００μｍ２以上あれば、フッ酸溶液が浸入する。本実施形態においては、チップ面積の２０％程度の面積が、シリコン酸化膜３６をエッチングする領域となるため、フッ酸溶液が十分に浸入する。
【００４７】
このようにシリコン酸化膜３６をウェットエッチングにより除去する領域を３００μｍ２〜チップ面積の２０％といった十分大きな面積にすることにより、シリコン酸化膜３６が除去できずに残ることを防止することができる。しかも、シリコン酸化膜３６をウェットエッチングにより除去するため、シリコン基板をエッチングすることがない。
【００４８】
以上のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、ＭＯＳトランジスタを含む周辺回路部のゲート絶縁膜を形成する際に、シリコン酸化膜３６が除去できずに残ることを防止し、かつシリコン基板をエッチングすることなく、ダメージレスで、かつゲート絶縁膜の膜厚を常に均一にし、しきい値電圧を劣化および不安定化させないことにより、固体撮像装置の出力を劣化させず、かつ安定させることができ、出力画像の画質が良好で、かつ信頼性上の問題を起こさないようにすることができる。
【００４９】
また、絶縁分離領域上に乗り上げるように形成されたＭＯＳトランジスタのゲート電極のゲート幅方向の両端が、少なくとも絶縁分離領域上に乗り上げたゲート電極の端部のシリコン窒化膜と第１のシリコン酸化膜を除去せずに残しておくことにより、トランジスタの寄生容量を低下させることができ、周辺回路の周波数特性を向上させることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、電荷転送部にＯＮＯ膜からなるゲート絶縁膜を用いた固体撮像装置に適用され、特に、高画素化または微細化された固体撮像装置の特性改善に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態である固体撮像装置の断面図
【図２】本実施形態の固体撮像装置における周辺回路部周辺部の平面図
【図３】従来の固体撮像装置の断面図
【図４】（ａ）〜（ｅ）は従来の固体撮像装置の製造方法を示す工程順断面図
【図５】従来の固体撮像装置の周辺回路部周辺部の平面図
【符号の説明】
【００５２】
３１  ｎ型シリコン基板
３２  ｐ型拡散層
３３  ｎ型拡散層
３４  酸化膜分離領域
３５  ｎ型拡散層
３６  シリコン酸化膜
３７  シリコン窒化膜
３８  転送電極
３９  シリコン酸化膜
４０  転送電極
４８  シリコン酸化膜
４９  ゲート電極
５０  シリコン酸化膜
６０  積層絶縁膜の除去された領域
６１  ゲート電極
６２  コンタクトホール
６３  分離領域の端部
【図１】
2006173380.tif 000003
【図２】
2006173380.tif 000004
【図３】
2006173380.tif 000005
【図４】
2006173380.tif 000006
【図５】
2006173380.tif 000007