(57)【要約】【課題】製造工程を増加させることなく、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜の膜厚およびＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に設けられたサイドウォール厚を適正に制御して、高性能な固体撮像装置を作製する。【解決手段】撮像領域の複数のフォトダイオードとその周辺回路領域の各ＭＯＳトランジスタが混載された固体撮像装置１０において、フォトダイオード表面の反射防止膜７と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に設けられるサイドウォール９とを、３層の絶縁膜４〜６を積層してフォトリソグラフィーとドライエッチングにより同時に同一工程で形成する。具体的には、反射防止膜７は、反射防止効果が高くなるように下層絶縁膜３と中間層絶縁膜４の屈折率および膜厚を最適に制御し、かつ、サイドウォール９は、ＬＤＤ領域を精度良く形成できるように下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜６の膜厚を最適に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオード表面に形成される反射防止膜とＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に形成されるサイドウォールとをそれぞれ、異なる積層数の所望の最適膜厚で同時に形成する反射防止膜・サイドウォール形成工程を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオードが配列された撮像素子と、ＭＯＳトランジスタを有する周辺回路とが混載された固体撮像装置の製造方法において、
撮像素子形成部および周辺回路形成部に、該フォトダイオード表面に形成される反射防止膜と該ＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に形成されるサイドウォールとの各膜厚がそれぞれ最適な膜厚になるように絶縁膜を３層積層し、該３層から、該反射防止膜および該サイドウォールを形成する反射防止膜・サイドウォール形成工程を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記反射防止膜は２層または３層で構成され、前記サイドウォールは下層からの該２層を含む３層で構成されている請求項１または２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記反射防止膜・サイドウォール形成工程は、前記フォトダイオード上の３層の絶縁膜を覆うようにフォトリソグラフィーによりレジスト膜を所定パターンに形成し、異方性ドライエッチングにより該レジスト膜で被覆された領域以外の３層の絶縁膜を除去することにより前記反射防止膜および前記サイドウォールを形成する請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記３層のうち、下層絶縁膜および中間層絶縁膜の２層の屈折率および膜厚を制御することにより前記反射防止膜の屈折率および膜厚を制御すると共に、該下層絶縁膜および該中間層絶縁膜、上層絶縁膜の３層の膜厚を制御することにより前記サイドウォールの膜厚を制御する請求項２〜４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記反射防止膜を、前記フォトダイオードへの入射光の反射を抑制可能な屈折率および膜厚構成に設定する請求項１、２、４および５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記サイドウォールを、前記ＭＯＳトランジスタのＬＤＤ構造形成に最適な膜厚に設定する請求項１、２、４および５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記３層として、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下層からこの順に積層する請求項２〜５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記３層を、プラズマＣＶＤ装置または減圧ＣＶＤ装置を用いて堆積する請求項２〜５および８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記反射防止膜を、前記フォトダイオードが配列された撮像素子形成部の全面ではなくその一部であって、少なくとも該フォトダイオードの表面を覆うように形成する請求項１〜６のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記反射防止膜・サイドウォール形成工程後に、前記３層のうち、最上層絶縁膜をエッチングにより除去する請求項２、４、５および８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記エッチングを行う際に、前記反射防止膜および前記サイドウォールの必要特性を損なわないように、かつ、前記３層のうち、中間層絶縁膜の膜減りが生じないように、ドライエッチング条件またはウェットエッチングの薬液を選択する請求項４または１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反射防止膜・サイドウォール形成工程後に、前記フォトダイオード上および前記ＭＯＳトランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記撮像素子と前記周辺回路とを電気的に接続する金属配線を形成する請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記層間絶縁膜下に、前記コンタクトホール形成時のエッチングストッパーとして、前記３層の最上層絶縁膜、または該最上層絶縁膜上に該最上層絶縁膜とは異なる材料からなる絶縁膜を形成する請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記エッチングストッパーとして機能する絶縁膜の屈折率および膜厚を考慮して、反射防止機能が最適になるように前記３層の屈折率および膜厚を設定する請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が５０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の最適膜厚に設定する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン酸化膜の膜厚が３０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が２０ｎｍ以上３５ｎｍ以下の最適膜厚に設定する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記シリコン酸化膜の膜厚が５０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の最適膜厚に設定する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記シリコン酸化膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の場合に、前記シリコン窒化膜が１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２０】
前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍ±５ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が５０ｎｍ±１０ｎｍに設定する請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２１】
前記フォトダイオード上および前記ＭＯＳトランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍに設定する請求項１６〜２０のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２２】
前記反射防止膜の必要特性は透過率および屈折率であり、前記サイドウォールの必要特性は前記ＭＯＳトランジスタの動作特性に悪影響を与えない特性である請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２３】
前記周辺回路は、前記撮像素子を駆動制御するための駆動制御回路と、前記撮像素子からの撮像信号を表示信号に変換するための信号処理を行う信号処理回路の少なくともいずれかである請求項２または１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置。
【請求項２５】
請求項１〜２３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上にフォトダイオードとＭＯＳトランジスタとが混載されたＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置およびその製造方法、この製造方法により作製された固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよび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電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、この種の従来の固体撮像装置は、付加価値を高めるために、入射光を光電変換する複数のフォトダイオードが２次元状に配列された撮像素子と、その他の機能を備えた周辺回路とが、同一半導体基板（同一チップ）上に混載されており、特に、周辺回路の動作の高速化および機能追加が進められている。
【０００３】
このような周辺回路の性能向上については、周辺回路を構成する各ＭＯＳトランジスタの特性向上が非常に重要である。しかしながら、入射光を光電変換するフォトダイオードを主体とした撮像素子とその周辺回路とを同一半導体基板上に形成するためには、いくつかの課題が存在する。そのうちの一つの課題は、フォトダイオード形成のためには、特に必要とされない工程が、周辺回路を構成するＭＯＳトランジスタ形成のために必要になることである。
【０００４】
具体的には、ＭＯＳトランジスタの特性を向上させるためには、ＬＤＤ構造を形成することが有効である。このＬＤＤ構造として、チャンネル領域とソース・ドレイン領域との間に、ソース・ドレイン領域よりも低濃度の不純物が注入されたＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域が形成されている。このＬＤＤ領域を形成するためには、ゲート電極側壁にサイドウォールを形成する工程が必要とされる。ゲート電極側壁にサイドウォールを形成し、ゲート電極およびサイドウォールをマスクとして不純物イオン注入を行うことにより、ゲート電極下の部分には不純物が注入されずにチャンネル領域を形成し、サイドウォール下の部分には不純物が低濃度に注入されたＬＤＤ領域を形成し、ゲート電極およびサイドウォールが設けられていない両側の所定部分には不純物が高濃度に注入されたソース領域およびドレイン領域を形成する。
【０００５】
このようなサイドウォール形成工程は、フォトダイオード形成のためには必要とされない工程であり、これが新たに追加されることになる。このため、固体撮像装置の製造工程において、その分だけ工程数が増加することになり、この結果、固体撮像装置の製造コストの増加に繋がっている。
【０００６】
この課題を解決するために、例えば特許文献１には、フォトダイオード表面への反射防止膜の形成と、その周辺回路のゲート電極側壁へのサイドウォール形成とを同時に行うことによって、工程数の増加を抑制することができる固体撮像装置の製造方法が開示されている。
【０００７】
以下に、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置について、図４を用いて詳細に説明する。
【０００８】
図４は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像装置の所定途中製造工程における撮像領域および周辺回路領域の各要部構成例を示す縦断面図である。
【０００９】
図４において、従来の固体撮像装置２０には、半導体基板１１の撮像素子形成部（撮像領域）に、フォトダイオードを構成する不純物拡散層１２が２次元状に複数設けられ、その周辺回路部には、ゲート絶縁膜を介してＭＯＳトランジスタのゲート電極１３が複数設けられている。
【００１０】
この不純物拡散層１２上にはシリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５がこの順に設けられている。これらのシリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５により反射防止膜１６が構成されている。
【００１１】
一方、このゲート電極１３の側壁にはサイドウォール１７が設けられており、サイドウォール１７も、シリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５で構成されている。
【００１２】
上記構成の従来の固体撮像装置２０の製造方法について、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、特許文献１に開示されている図４の固体撮像装置の製造方法を説明するための所定途中製造工程までの各製造工程を示す要部縦断面図である。
【００１４】
まず、図５（ａ）に示すように、半導体基板１１の撮像素子形成部（撮像領域）に、フォトダイオードを構成する不純物拡散層１２を２次元状に複数形成し、その半導体基板１１の周辺回路形成部には、各ＭＯＳトランジスタのゲート電極１２を複数形成する。この後に、これらの不純物拡散層１２およびゲート電極１２上を覆うようにシリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５をこの順に積層する。
【００１５】
次に、このフォトダイオード（不純物拡散層１２）上のシリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５を覆うように、図示しないレジスト膜を成膜し、これを所定パターンに形成し、このパタ−ンニングされたレジスト膜で覆われていない部分のシリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５に異方性ドライエッチングを選択的に行った後、このフォトダイオード表面を覆ったレジスト膜を除去する。
【００１６】
その後、図５（ｂ）に示すように、撮像素子の感度向上のためにフォトダイオード表面に形成される、シリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５からなる反射防止膜１６と、その周辺回路のトランジスタ特性向上のために、各ＭＯＳトランジスタのゲート電極１３の側壁に形成される、シリコン酸化膜１４およびシリコン窒化膜１５からなるサイドウォール１７とを、工程数の増加を抑えながら形成することができる。
【００１７】
また、特許文献２には、ゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜と、サイドウォール形成のために兼用されるシリコン酸化膜およびシリコン窒化膜と、層間絶縁膜となるシリコン窒化膜の４層構造からなる反射膜が形成された固体撮像装置が開示されている。この固体撮像装置では、反射防止膜が４層構造の場合に、上記シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が反射防止膜と一部兼用されて３層構造のサイドウォールが形成されている。
【特許文献１】特開２００４−２２８４２５号公報
【特許文献２】特開２００５−３４０４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した特許文献１に開示された従来の固体撮像装置の製造方法では、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜１６の膜厚と、ゲート電極側壁に設けられたサイドウォール１７の膜厚とを独立して制御することができないという問題がある。つまり、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜１６の膜厚は、シリコン酸化膜１４とシリコン窒化膜１５の膜厚によって制御され、ゲート電極１３の側壁に設けられたサイドウォール１７の膜厚も、これと同様に、シリコン酸化膜１４とシリコン窒化膜１５の膜厚によって制御されるから、互いに異なる反射防止膜１６とサイドウォール１７との各膜厚を独立して最適に制御することができない。
【００１９】
このフォトダイオード表面に設けられる反射防止膜１６は、撮像素子への入射光がフォトダイオード表面で反射されることなく取り込まれるように堆積されるものであり、その膜質（透過率および屈折率）や膜厚を適正に設定することによって、高感度の撮像素子が得られ得る。また、その周辺回路のトランジスタにおいては、ゲート電極１３の側壁に形成されたサイドウォール１７の膜厚を適正に設定してＬＤＤ構造を精度良く形成することにより、高性能なトランジスタが得られる。このことから、上記問題を解決することは、固体撮像装置の性能を向上させるために重要な課題である。
【００２０】
特許文献２の場合にも、互いに異なる反射防止膜１６とサイドウォール１７との各膜厚を独立して最適膜厚にそれぞれ制御することができない。
【００２１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数のフォトダイオードが配列された撮像素子と、ＭＯＳトランジスタを備えた周辺回路とが混載された固体撮像装置を製造する際に、製造工程を増加させることなく、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜の膜厚およびＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に設けられたサイドウォール厚を適正に制御して、高性能な固体撮像装置を作製することができる固体撮像装置の製造方法、この製造方法により製造された固体撮像装置および、この製造方法により製造された固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオード表面に形成される反射防止膜とＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に形成されるサイドウォールとをそれぞれ、異なる積層数の所望の最適膜厚で同時に形成する反射防止膜・サイドウォール形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオードが配列された撮像素子と、ＭＯＳトランジスタを有する周辺回路とが混載された固体撮像装置の製造方法において、撮像素子形成部および周辺回路形成部に、該フォトダイオード表面に形成される反射防止膜と該ＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に形成されるサイドウォールとの各膜厚がそれぞれ最適な膜厚になるように絶縁膜を３層積層し、該３層から、該反射防止膜および該サイドウォールを形成する反射防止膜・サイドウォール形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜は２層または３層で構成され、前記サイドウォールは下層からの該２層を含む３層で構成されている。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜・サイドウォール形成工程は、前記フォトダイオード上の３層の絶縁膜を覆うようにフォトリソグラフィーによりレジスト膜を所定パターンに形成し、異方性ドライエッチングにより該レジスト膜で被覆された領域以外の３層の絶縁膜を除去することにより前記反射防止膜および前記サイドウォールを形成する。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における３層のうち、下層絶縁膜および中間層絶縁膜の２層の屈折率および膜厚を制御することにより前記反射防止膜の屈折率および膜厚を制御すると共に、該下層絶縁膜および該中間層絶縁膜、上層絶縁膜の３層の膜厚を制御することにより前記サイドウォールの膜厚を制御する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜を、前記フォトダイオードへの入射光の反射を抑制可能な屈折率および膜厚構成に設定する。
【００２９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法におけるサイドウォールを、前記ＭＯＳトランジスタのＬＤＤ構造形成に最適な膜厚に設定する。
【００３０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における３層として、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下層からこの順に積層する。
【００３１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における３層を、プラズマＣＶＤ装置または減圧ＣＶＤ装置を用いて堆積する。
【００３２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜を、前記フォトダイオードが配列された撮像素子形成部の全面ではなくその一部であって、少なくとも該フォトダイオードの表面を覆うように形成する。
【００３３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜・サイドウォール形成工程後に、前記３層のうち、最上層絶縁膜をエッチングにより除去する。
【００３４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記エッチングを行う際に、前記反射防止膜および前記サイドウォールの必要特性を損なわないように、かつ、前記３層のうち、中間層絶縁膜の膜減りが生じないように、ドライエッチング条件またはウェットエッチングの薬液を選択する。
【００３５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜・サイドウォール形成工程後に、前記フォトダイオード上および前記ＭＯＳトランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを介して前記撮像素子と前記周辺回路とを電気的に接続する金属配線を形成する。
【００３６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における層間絶縁膜下に、前記コンタクトホール形成時のエッチングストッパーとして、前記３層の最上層絶縁膜、または該最上層絶縁膜上に該最上層絶縁膜とは異なる材料からなる絶縁膜を形成する。
【００３７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記エッチングストッパーとして機能する絶縁膜の屈折率および膜厚を考慮して、反射防止機能が最適になるように前記３層の屈折率および膜厚を設定する。
【００３８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が５０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の最適膜厚に設定する。また、前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の膜厚に設定してもよい。
【００３９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の膜厚が３０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が２０ｎｍ以上３５ｎｍ以下の最適膜厚に設定する。
【００４０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の膜厚が５０ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下の最適膜厚に設定する。
【００４１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の場合に、前記シリコン窒化膜が１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定する。より好ましくは、前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の場合に、前記シリコン窒化膜が３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下に設定する。
【００４２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の膜厚が１０ｎｍ±５ｎｍの場合に、前記シリコン窒化膜が５０ｎｍ±１０ｎｍに設定する。なお、以上の絶縁膜の膜厚は、絶縁膜の屈折率をも考慮して、反射防止機能が最適または良好になるように設定される。
【００４３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法において、前記フォトダイオード上および前記ＭＯＳトランジスタ上に層間絶縁膜を形成し、該層間絶縁膜の膜厚を３００ｎｍ〜１０００ｎｍに設定する。
【００４４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における反射防止膜の必要特性は透過率および屈折率であり、前記サイドウォールの必要特性は前記ＭＯＳトランジスタの動作特性に悪影響を与えない特性である。
【００４５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像装置の製造方法における周辺回路は、前記撮像素子を駆動制御するための駆動制御回路と、前記撮像素子からの撮像信号を表示信号に変換するための信号処理を行う信号処理回路の少なくともいずれかである。
【００４６】
本発明の固体撮像装置は、本発明の上記固体撮像装置の製造方法により製造されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４７】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像装置の製造方法により製造された固体撮像装置を撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４８】
上記構成により、以下に、本発明の作用について説明する。
【００４９】
本発明にあっては、フォトダイオード表面に設けられる反射防止膜と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に設けられるサイドウォールとをそれぞれ、異なる積層数の所望の最適膜厚で同時に形成する。
【００５０】
反射防止膜の屈折率および膜厚は、３層の絶縁膜のうち、下層絶縁膜と中間層絶縁膜の２層の屈折率および膜厚を制御することにより適正な屈折率および膜厚に設定する。また、サイドウォールの膜厚は、下層絶縁膜、中間層絶縁膜および上層絶縁膜の３層の膜厚を制御することにより適正な膜厚に設定する。これによって、互いに異なる反射防止膜とサイドウォールとの各膜厚を独立して最適膜厚にそれぞれ制御することが可能となる。
【００５１】
撮像素子においてフォトダイオード表面に設けられる反射防止膜を、反射防止効果が高い屈折率および膜厚に設定することによって、高感度のフォトダイオードを形成することが可能となる。また、周辺回路においてＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に設けられるサイドウォールを適正な膜厚に設定することによって、ＬＤＤ領域を精度良く形成して高性能なトランジスタを形成することが可能となる。これらにより、感度が良好な撮像素子と、動作特性に優れた周辺回路を兼ね備えた固体撮像装置を実現することが可能となる。
【００５２】
３層の絶縁膜として、固体撮像装置の製造方法で用いる例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜をこの順に積層する。
【００５３】
シリコン窒化膜を用いた場合、反射防止膜は、フォトダイオードが配列された撮像素子形成部の全面ではなく、一部に形成することが好ましい。シリコン窒化膜で全面が覆われていると、半導体基板上で発生する界面準位を低減させるために行われるＨ２シンター処理（シリコンのダングリングボンドを無くすための水素化処理）時に、水素イオンが遮蔽されるからである。
【００５４】
さらに、層間絶縁膜のコンタクトホール形成時にエッチングストッパーとして層間絶縁膜下にシリコン窒化膜を形成する場合には、フォトダイオード表面に反射防止膜を形成した後、最上層絶縁膜のシリコン酸化膜を除去することが好ましい。フォトダイオード表面の反射防止膜上に屈折率が異なる多種類の膜が積層されると、反射防止効果が低下することがあるからである。
【発明の効果】
【００５５】
以上により、本発明によれば、フォトダイオード表面の反射防止効果が高い反射防止膜と、周辺回路の高性能なトランジスタとを、工程増加を抑制しながら形成することができる。これにより、感度が良好な撮像素子と、動作特性に優れた周辺回路とを兼ね備えた固体撮像装置を低コストで容易かつ良好に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
以下に、本発明の固体撮像装置の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の途中製造工程における撮像領域および周辺回路領域の各要部構成例を示す縦断面図である。
【００５８】
図１に示すように、撮像素子形成部（撮像領域）に半導体基板１の表面部にフォトダイオードを構成する不純物拡散層２が複数２次元状に設けられている。また、撮像領域の周辺回路領域に、各ＭＯＳトランジスタのゲート電極３が複数設けられている。この場合、周辺回路は、撮像素子を駆動制御するための駆動制御回路と、この撮像素子から得られ撮像信号を表示信号に変換するための信号処理を行う信号処理回路の少なくともいずれかである。
【００５９】
各フォトダイオード表面上にそれぞれ、最適な膜厚に形成された３層の絶縁膜４〜６からなる反射防止膜７が設けられているが、ここでは、反射防止膜７の反射防止機能は下層からの２層で決まるため、この２層の膜厚で反射防止膜７の膜厚を設定すればよい。また、そのゲート電極３の側壁に、最適な膜厚に形成された３層の絶縁膜４〜６からなるサイドウォール９が設けられている。よって、サイドウォール９の膜厚はこの３層の絶縁膜４〜６により設定すればよい。
【００６０】
このように、反射防止膜・サイドウォール形成工程によって、フォトダイオード表面に形成される反射防止膜７とＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に形成されるサイドウォール９とをそれぞれ、異なる積層数の所望の最適膜厚で同時に形成される。
【００６１】
以上により、図１の途中製造工程における縦断面構成を経て、半導体基板１上に、入射光を光電変換する複数のフォトダイオードが配列された撮像素子と、ＭＯＳトランジスタを有する周辺回路とが混載された本実施形態の固体撮像装置１０が製造される。
【００６２】
上記構成の固体撮像装置１０の製造方法について、図２（ａ）〜図２（ｃ）を用いて説明する。
【００６３】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、図１の固体撮像装置の途中製造工程に至る各製造工程を説明するための要部縦断面図である。
【００６４】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板１の撮像素子形成部（撮像領域）に、フォトダイオードを構成する不純物拡散層２を２次元状に複数配列して形成し、その周辺回路形成領域（周辺回路部）にゲート絶縁膜を介して複数のＭＯＳトランジスタのゲート電極３を形成する。撮像素子形成部では、フォトダイオードの不純物拡散層２を形成するために、イオン注入工程や熱処理工程を経てウェル形成などが行われる。また、周辺回路形成部では、ＳＴＩなどによる素子分離形成や、後述するサイドウォール形成後にＬＤＤ不純物拡散層形成などが行われる。なお、これらの工程の詳細については、従来技術と同様に行うことができるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００６５】
次に、図２（ｂ）に示すように、撮像素子形成部の各フォトダイオードの不純物拡散層２の表面（フォトダイオード表面）および周辺回路形成部の各ゲート電極３上を覆うように３層の絶縁膜４〜６を順次積層する。
【００６６】
これらの３層の絶縁膜４〜６において、フォトダイオード表面に形成される反射防止膜７として、下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５の屈折率が重要になる。
【００６７】
ここで、図３に、絶縁膜４〜６のうち、下層絶縁膜である下層シリコン酸化膜と、中間層絶縁膜である中間層シリコン窒化膜の各膜厚を変化させた場合の入射光の反射率の変化を示している。
【００６８】
図３の横軸は中間層シリコン窒化膜（中間層絶縁膜５）の膜厚を示し、図３の縦軸は、中間層絶縁膜５）の膜厚に応じた入射光の反射率を示している。また、黒丸はその下層シリコン酸化膜（下層絶縁膜４）の膜厚を１０ｎｍに設定した場合、黒四角は下層シリコン酸化膜（下層絶縁膜４）の膜厚を３０ｎｍに設定した場合、黒菱形は下層シリコン酸化膜（下層絶縁膜４）の膜厚を５０ｎｍに設定した場合をそれぞれ示している。
【００６９】
図３に示すように、下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５の２層の膜厚構成によって、入射光の反射率が大きく変動することが分かる。このため、入射光の反射率が低くなるような下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５との膜厚の組合せを選択することによって、良好な反射防止効果を得ることができる。
【００７０】
フォトダイオード（不純物拡散層２）表面に効率よく光を入射させることは、固体撮像装置にとっては極めて重要である。なお、図３では、後述する層間絶縁膜の膜厚を５３０ｎｍ（通常２００ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚範囲；層間絶縁膜の膜厚は反射防止効果にほとんど影響を与えない）とした場合の一例を示しているが、この層間絶縁膜上およびその中における金属配線の多層化などによって様々な構造が用いられるため、それらの構造に応じて反射防止膜の膜種（屈折率）や膜厚を設定することができる。
【００７１】
本実施形態では、下層絶縁膜４としてシリコン酸化膜を１０ｎｍ、中間層絶縁膜５としてシリコン窒化膜の膜厚を５０ｎｍ以上７０ｎｍ以下、上層絶縁膜６としてシリコン酸化膜を４０ｎｍ、いずれも減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）装置を用いて積層した。また、下層絶縁膜４としてシリコン酸化膜を３０ｎｍ、中間層絶縁膜５としてシリコン窒化膜を２０ｎｍ以上３５ｎｍ以下で、上層絶縁膜６としてシリコン酸化膜を４０ｎｍ、いずれも減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）装置を用いて積層した。さらにここでは示していないが、下層絶縁膜４としてシリコン酸化膜を５０ｎｍ、中間層絶縁膜５としてシリコン窒化膜を１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下で、上層絶縁膜６としてシリコン酸化膜を４０ｎｍ、いずれも減圧ＣＶＤ（ＬＰ−ＣＶＤ）装置を用いて積層した。これらの場合に、反射防止膜７では、下層絶縁膜４（シリコン酸化膜）と中間層絶縁膜５（シリコン窒化膜）との最適膜厚の組合せによって最適な反射防止効果（反射率が略０パーセント）が得られる。これは屈折率が２．０または２．０程度の場合である。さらに、シリコン酸化膜（ここでは下層絶縁膜４）の膜厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の場合に、シリコン窒化膜（ここでは中間層絶縁膜５）が１０ｎｍ以上８０ｎｍ以下に設定すれば、反射率が０〜５パーセント程度のより良好な反射防止効果が得られる。より好ましくは、シリコン酸化膜（ここでは下層絶縁膜４）の膜厚が１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下の場合に、シリコン窒化膜（ここでは中間層絶縁膜５）が３０ｎｍ以上７０ｎｍ以下に設定する。ここで、膜厚は薄いほど、工数が少なく他に悪影響を及ぼしにくいので、最も製造に適した膜厚は、下層絶縁膜４としてシリコン酸化膜を１０ｎｍ、中間層絶縁膜５としてシリコン窒化膜の膜厚を５０ｎｍである。これを中心値に考え、その誤差を十分に考慮に入れると、下層絶縁膜４としてシリコン酸化膜を１０ｎｍ±５ｎｍ、中間層絶縁膜５としてシリコン窒化膜の膜厚を５０ｎｍ±１０ｎｍである。なお、当然ながら、以上の絶縁膜の膜厚（または膜厚範囲）は、絶縁膜の屈折率をも考慮して、反射防止機能が最適またはより良好になるように設定される。
【００７２】
次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーによりフォトダイオード（不純物拡散層２）表面上の反射防止膜７を覆うようにレジスト膜８を形成し、レジスト膜８で覆われていない部分（周辺回路部を含む部分）の３層のシリコン酸化膜（下層絶縁膜４）、シリコン窒化膜（中間層絶縁膜５）およびシリコン酸化膜（上層絶縁膜６）に異方性ドライエッチングを行った後、フォトダイオード上方のレジスト膜８を除去する。
【００７３】
これにより、撮像素子形成部では、フォトダイオード表面に撮像素子の感度を向上させるための反射防止膜７が残るように形成される。これと同時に、周辺回路形成部では、異方性エッチングにより絶縁膜４〜６がエッチングされて、ゲート電極３の側壁にトランジスタ特性を向上させるＬＤＤ領域形成のためのサイドウォール９が形成され、これによって、工程数の増加を抑制することができる。
【００７４】
ＬＤＤ構造のＭＯＳトランジスタにおいて、このＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に形成されるサイドウォール９は、ソース・ドレイン領域をイオン注入により形成する際に、ゲート電極３からのオフセット領域（ＬＤＤ領域）を形成するためのマスクとなるため、その膜厚がＬＤＤ領域になるため重要になる。よって、３層の絶縁膜４〜６の総膜厚を、必要とされる最適なサイドウォール９の膜厚（ゲート電極３からのオフセット幅；ＬＤＤ領域）に設定することができる。
【００７５】
また、サイドウォール９では、下層絶縁膜４としてのシリコン酸化膜と、中間層絶縁膜５としてのシリコン窒化膜と、上層絶縁膜６としてシリコン酸化膜との３層によってＬＤＤ構造を作製するために必要な膜厚とすることができる。なお、これらの絶縁膜４〜６は、減圧ＣＶＤ装置に限らず、ＣＶＤ装置により堆積することもできる。
【００７６】
以上のように、フォトダイオード（不純物拡散層２）表面に設けられる反射防止膜７として必要な屈折率および膜厚を下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５の２層により、また、その周辺回路部を構成する各ＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に設けられるサイドウォール９として必要な膜厚を下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜６の３層により、それぞれ独立して良好な膜厚に制御することが可能となる。
【００７７】
したがって、本実施形態によれば、撮像領域の複数のフォトダイオード（不純物拡散層２）とその周辺回路領域の各ＭＯＳトランジスタが混載された固体撮像装置１０において、フォトダイオード表面の反射防止膜７と、ＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に設けられるサイドウォール９とを、３層の絶縁膜４〜６を積層してフォトリソグラフィーとドライエッチングにより同時に同一工程で形成する。具体的には、反射防止膜７は、反射防止効果が高くなるように下層絶縁膜３と中間層絶縁膜４の屈折率および膜厚を最適に制御し、かつ、サイドウォール９は、ＬＤＤ領域を精度良く形成できるように下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜６の膜厚を最適に制御すればよい。これによって、各フォトダイオード表面に設けられる反射防止膜７を、反射防止効果が高い屈折率および膜厚に設定することによって、高感度のフォトダイオードを形成できる。また、周辺回路を構成する各ＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に設けられるサイドウォール９を、適切な膜厚に設定して、高性能なトランジスタを形成することができる。このように、製造工程を増加させることなく、フォトダイオード表面の反射防止膜７とＭＯＳトランジスタのゲート電極のサイドウォール９との膜厚を適正に制御することにより、感度が良好な撮像素子と、動作特性に優れた周辺回路とを兼ね備えた固体撮像装置１０を、同一半導体基板１（同一チップ）上に低コストで容易かつ良好に実現することができる。
【００７８】
なお、上記実施形態では、特に説明しなかったが、ここで用いるドライエッチングは、ＲＩＥ装置などを用いて行うことができ、例えばＣ４Ｆ８ガスやＣＨ２Ｆ２ガスなどを用いることにより、上層絶縁膜６、中間層絶縁膜５および下層絶縁膜４のそれぞれを選択的に除去することができるため、サイドウォール９を均一に形成することが可能である。
【００７９】
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、フォトダイオード上のレジスト膜８は、フォトダイオード表面のみを覆い、撮像素子形成部（撮像領域）の他の部分は露出させておくことが好ましい。これは、半導体基板１上で発生する界面準位を低減させるために行われるＨ２シンターをより効果的に実施することができるからである。半導体基板１上の界面準位は、撮像素子においてリーク電流（暗電流）が発生する原因の一つであり、撮像素子形成部全面をシリコン窒化膜により被覆すると、Ｈ２シンター時に水素イオンを遮蔽してしまうからである。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、本実施形態の反射防止膜・サイドウォール形成工程後に、撮像素子および周辺回路のＭＯＳトランジスタを形成するためのイオン注入工程や注入拡散工程を行い、その上に層間絶縁膜を形成して層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するコンタクトホール形成工程や、このコンタクトホールを介した撮像素子と周辺回路とを接続する金属配線を形成する金属配線形成工程などを行う。上記Ｈ２シンター工程は、この金属配線形成工程後などに行われる。さらに、周辺回路の動作を高速化するために、コバルトなどの高融点金属を用いたサリサイドプロセスを用いてもよい。
【００８１】
上記コンタクトホール形成工程において、層間絶縁膜下にエッチングストッパーとしてシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）を形成することがある。この場合、上記フォトダイオード表面の反射防止膜形成後に、最上層の絶縁膜であるシリコン酸化膜（上層絶縁膜６）を除去することが好ましい。このように、シリコン酸化膜（上層絶縁膜６）を除去する目的は、フォトダイオード上の反射防止膜７上に屈折率が異なる多種類の膜が積層されると、反射防止効果が低下することがあるためである。
【００８２】
このシリコン酸化膜（上層絶縁膜６）を除去する方法としては、ドライエッチングやウェットエッチングを用いることができる。この際に、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜７や、その周辺回路部の各ＭＯＳトランジスタのゲート電極３の側壁に設けられたサイドウォール９に必要な特性が損なわれないように、シリコン窒化膜（中間層絶縁膜５）の膜減りを防ぐために、ドライエッチング条件やウェットエッチングの薬液などの各種エッチング条件を適切に選択する。反射防止膜７の必要特性としては透過率および屈折率であり、サイドウォール９の必要特性はＭＯＳトランジスタの動作特性に悪影響を与えない特性である。さらに、エッチングストッパーとして用いられる膜の屈折率や膜厚を考慮して、下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜６の屈折率や膜厚を設定する必要があることは言うまでもない。なお、この絶縁膜の種類は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の組み合わせ以外にも可能であるが、ここでは、固体撮像装置の製造方法で用いられる絶縁膜の種類として、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜およびシリコン酸化膜の３層を、下層からこの順に積層している。
【００８３】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、本実施形態の反射防止膜・サイドウォール形成工程において、フォトダイオード（不純物拡散層２）表面に形成される反射防止膜７とＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に形成されるサイドウォール９とをそれぞれ、異なる積層数の所望の最適膜厚で同時に形成する。これによって、製造工程を増加させることなく、フォトダイオード表面に設けられた反射防止膜７の膜厚およびＭＯＳトランジスタのゲート電極側壁に設けられたサイドウォール９の厚さを適正に制御して、高性能な固体撮像装置を作製することができる本発明の目的を達成できる。この場合、反射防止膜７の屈折率および膜厚は、反射率を最適または良好にするように、３層の絶縁膜４〜６のうち、下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５の２層の屈折率および膜厚を制御することにより適正な屈折率および膜厚に設定することができるが、反射防止膜７として、下層絶縁膜４と中間層絶縁膜５の２層であっても、下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜６の３層であってもよい。また、サイドウォール９の膜厚は、下層絶縁膜４、中間層絶縁膜５および上層絶縁膜５の３層の膜厚を制御することにより適正な膜厚に設定することができる。したがって、反射防止膜７を２層または３層で構成でき、サイドウォール９を反射防止膜７の下層からの２層を含む３層で構成することができる。要するに、その具体例として、例えば反射防止膜として３層、サイドウォールとして同じ３層であってもよく、互いに異なる積層数の２層の反射防止膜と３層のサイドウォールに限定されない。要するに、反射防止膜７とサイドウォール９の形成時に、反射防止膜７は２層を考慮して形成でき、サイドウォール９の膜厚は３層により形成できるというだけのことである。
【００８４】
さらに、上記実施形態では、特に説明しなかったが、上記実施形態の固体撮像装置１０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説明する。本発明の電子情報機器は、本発明の上記実施形態の固体撮像装置１０を撮像部に用いて得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手段と、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手段と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力手段とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００８５】
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、特許出願および文献は、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】
【００８６】
本発明は、半導体基板上にフォトダイオードとＭＯＳトランジスタとが混載されたＣＭＯＳ型イメージセンサやＣＣＤ型イメージセンサなどの固体撮像装置およびその製造方法、この製造方法により作製された固体撮像装置を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよび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電子情報機器の分野において、フォトダイオード表面の反射防止効果が高い反射防止膜と、周辺回路の高性能なトランジスタとを、工程増加を抑制しながら形成することができる。これにより、感度が良好な撮像素子と、動作特性に優れた周辺回路とを兼ね備えた固体撮像装置を低コストで容易かつ良好に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の所定途中製造工程における撮像領域および周辺回路領域の各要部構成例を示す縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための所定途中製造工程までの各製造工程を示す要部縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法において、下層絶縁膜であるシリコン酸化膜と中間層絶縁膜であるシリコン窒化膜との各膜厚を変化させた場合について、入射光の反射率の変化を示すグラフである。
【図４】従来の固体撮像装置の所定途中製造工程における撮像領域および周辺回路領域の各要部構成例を示す縦断面図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図４の固体撮像装置の製造方法を説明するための所定途中製造工程までの各製造工程を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  半導体基板
２  不純物拡散層
３  ゲート電極
４  シリコン酸化膜（下層絶縁膜）
５  シリコン窒化膜（中間層絶縁膜）
６  シリコン酸化膜（上層絶縁膜）
７  反射防止膜
８  レジスト膜
９  サイドウォール
１０  固体撮像装置
【図１】
2008041958.tif 000003
【図２】
2008041958.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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