(57)【要約】【課題】電荷転送電極の絶縁性に優れた固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる個体撮像素子は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に形成された、信号電荷を転送する電荷転送電極１４と、電荷転送電極１４の側面に形成された、絶縁性を有するサイドウォール１９とを備え、電荷転送電極１４の側面には、熱酸化によって熱酸化膜１４ｓが形成され、電荷転送電極１４と熱酸化膜１４ｓとの境界面が湾曲している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された、信号電荷を転送する電荷転送電極と、
前記電荷転送電極の側面に形成された、絶縁性を有するサイドウォールと、を備えた固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極の側面には、熱酸化によって熱酸化膜が形成され、前記電荷転送電極と前記熱酸化膜との境界面の上下端部が前記電荷転送電極側に入り込むように湾曲していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記電荷転送電極にサイドウォールを挟んで形成された他の電荷転送電極を有し、前記熱酸化膜と前記サイドウォールとが電極同士の間で電極間絶縁膜として機能することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記熱酸化膜の厚さが、１０ｎｍから２０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、信号電荷を転送する電荷転送電極と、前記電荷転送電極の側面に形成された絶縁性を有するサイドウォールと、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板に前記電荷転送電極を形成し、前記電荷転送電極に熱酸化処理を施して熱酸化膜を形成し、前記電荷転送電極の側面にサイドウォールを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記電荷転送電極に９５０℃以上の熱酸化処理を施すことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記熱酸化膜を、１０ｎｍから２０ｎｍの厚さとなるように熱酸化処理を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部で生じた信号電荷を転送する転送電極を備えた固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、半導体基板に形成された複数のフォトダイオード等の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送部とを備えている。
図５は、従来の固体撮像素子の構成を示す断面図である。半導体基板１上にゲート絶縁膜２を介してポリシリコン層を積層し、ポリシリコン層上に酸化シリコン膜６、窒化シリコン膜８とを積層する。これらの層を所定のパターンでエッチングすることで電荷転送部として機能する電荷転送電極４を形成する。そして、電荷転送電極４の側面にＣＶＤによって酸化シリコンからなるサイドウォール９を形成する。半導体基板１上の電荷転送電極４に近接する領域にサイドウォール９を挟んで別の電荷転送電極７を形成し、電荷転送電極４を第１電荷転送電極とし、電荷転送電極７を第２電荷転送電極として互いに積層又はともに半導体基板１上に並らべて配置した構造とするものが知られている。
従来、半導体基板に電荷転送電極を構成する製造方法としては、例えば下記特許文献に示すものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６４２０２号公報
【特許文献２】特開平９−１２９８７６号公報
【特許文献３】特開平１０−２４２２６１号公報
【０００４】
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、図５に示すように、エッチング除去で形成された電荷転送電極４には断面視で角部４ｃを有している。すると、固体撮像素子の駆動時に電圧を印加した場合に、電荷転送電極４の角部４ｃに電界が集中しやすくなることに起因して電荷転送電極４と電荷転送電極７との間でリークやショートが発生してしまうおそれがあった。電荷転送電極４と電荷転送電極７との間に形成された酸化シリコン膜６やサイドウォール９では絶縁性が十分に大きいといえないため、リークやショートを確実に防止することができなかった。
【０００６】
また、電荷転送電極４をエッチングで形成する際に、電荷転送電極４の側面にパーティクルなどの導電性の異物が付着すると、サイドウォール９を形成しても、異物が付着した箇所がリーク源となることで、電極間の絶縁性がさらに低下してしまうおそれがあった。
【０００７】
さらに、従来の固体撮像素子のように、電極間に酸化シリコン膜のみを形成する構成では、膜自体が疎であったり、ピンホールなども存在するため、十分な絶縁性を確保することが困難であり、電極間に大きなリーク電流が流れてしまうといった不具合によって、固体撮像素子のデバイス特性を低下させてしまう要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電荷転送電極の絶縁性に優れた固体撮像素子及び固体撮像素子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】
【０００９】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、信号電荷を転送する電荷転送電極と、前記電荷転送電極の側面に形成された、絶縁性を有するサイドウォールと、を備えた固体撮像素子であって、前記電荷転送電極の側面には、熱酸化によって熱酸化膜が形成され、前記電荷転送電極と前記熱酸化膜との境界面の上下端部が前記電荷転送電極側に入り込むように湾曲していることを特徴とする固体撮像素子。
（２）前記電荷転送電極にサイドウォールを挟んで形成された他の電荷転送電極を有し、前記熱酸化膜と前記サイドウォールとが電極同士の間で電極間絶縁膜として機能することを特徴とする上記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記熱酸化膜の厚さが、１０ｎｍから２０ｎｍであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）半導体基板と、前記半導体基板上に形成された、信号電荷を転送する電荷転送電極と、前記電荷転送電極の側面に形成された絶縁性を有するサイドウォールと、を備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板に前記電荷転送電極を形成し、前記電荷転送電極に熱酸化処理を施して熱酸化膜を形成し、前記電荷転送電極の側面にサイドウォールを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
（５）前記電荷転送電極に９５０℃以上の熱酸化処理を施すことを特徴とする上記（４）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（６）前記熱酸化膜を、１０ｎｍから２０ｎｍの厚さとなるように熱酸化処理を行うことを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【００１０】
本発明は、電荷転送電極を形成した後に熱酸化処理を行うことで、電荷転送電極の側面に熱酸化膜を形成し、さらに、その側面に絶縁性を有するサイドウォールを形成するものである。電荷転送電極の側面は、熱酸化膜を形成することで周縁に角部が形成されることがなく、ラウンド状に形成される。このため、電荷転送電極に電界が印加されても、電荷転送電極の側面の角部で電界集中が生じることを防止することができ。そして、固体撮像素子の駆動時に電荷転送電極と該電荷転送電極の近くに設けられた他の導電性部材との間でリークやショートが生じてしまうことを防止できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電荷転送電極の絶縁性に優れた固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１、２は、本発明にかかる固体撮像素子の製造手順を説明する断面図である。最初に、シリコンからなる半導体基板（ウェハ）１１にイオン注入によってフォトダイオードなどの光電変換部や、転送チャネル領域を形成する。図１（ａ）に示すように、半導体基板１１の表面に、ＣＶＤ法（化学気相成長法）および熱酸化法によって、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜１２ａ、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１２ｂ、酸化シリコン膜１２ｃを順に積層してなる多層構造のゲート絶縁膜１２を形成する。なお、ゲート絶縁膜１２は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層してなる構造としてもよい。
【００１３】
図１（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１２の上面に導電性のシリコン膜（例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコン）１４をＣＶＤ法によって成膜する。また、シリコン膜１４上に、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１６と、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）膜１８を順に成膜する。シリコンナイトライド膜１８は、後述するエッチング工程や、ＣＭＰのストッパー膜として機能する。
【００１４】
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングを行い、図１（ｃ）に示すように、シリコン膜１４を所定のマスクパターンによってパターニングする。パターニングされて残ったシリコン膜１４が、光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送電極として機能する。以下、本実施形態ではシリコン膜１４を第１電荷転送電極１４とする。
【００１５】
本発明では、第１電荷転送電極１４を形成した後、熱酸化処理を行う。図２（ａ）に示すように、熱酸化処理を行うことで、第１電荷転送電極１４の側面（図中、左右端面）のシリコン結晶を酸化させて、熱酸化膜１４ｓを形成する。熱酸化処理は、約９５０℃以上の高温で行い、本実施形態では、１０００℃から１１００℃の範囲で熱を加えることが好ましい。熱酸化膜１４ｓは、図の断面視における厚みが１０ｎｍ〜２０ｎｍであって、絶縁性を有している。
【００１６】
ここで、第１電荷転送電極１４と熱酸化膜１４ｓとの間の境界面の上下端部が第１電荷転送電極１４側に入り込むように湾曲している。言い換えると、第１電荷転送電極１４の断面形状において側面が、酸化シリコン膜１６との境界面部分や、ゲート絶縁膜１２との境界面部分に角部が形成されることがなく、ラウンド状に形成される。
【００１７】
熱酸化処理を行った後、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１１上の全面に例えば、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４からなる絶縁膜１９をＣＶＤ法によって成膜する。本実施形態では酸化シリコン膜１６と同じＳｉＯ２からなる膜とした。
【００１８】
次に、図２（ｃ）に示すように、絶縁膜１９をエッチバックすることで、第１電荷転送電極１４、酸化シリコン膜１６、シリコンナイトライド１８の側面のみに残すことで、サイドウォール１９を形成する。
【００１９】
サイドウォール１９を形成した後、図２（ｄ）に示すように、第１電荷転送電極１４と同じ導電性のシリコン膜からなる第２電荷転送電極２４を形成する。第２電荷転送電極２４は、ＣＶＤ法により成膜したシリコン膜をＣＭＰ（化学機械研磨）により平坦化しているが、平坦化せずに第１電荷転送電極とオーバーラップしていてもよく、その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより形成する。
【００２０】
本発明によれば、第１電荷転送電極１４を形成した後に熱酸化処理を行うことで、第１電荷転送電極１４の側面に熱酸化膜１４ｓを形成し、さらに、その側面に絶縁性を有するサイドウォール１９を形成するものである。第１電荷転送電極１４の側面は、熱酸化膜を形成することで周縁に角部が形成されることがなく、ラウンド状に形成される。このため、第１電荷転送電極１４に電界が印加されても、従来の固体撮像素子のように第１電荷転送電極１４の側面の角部で電界の集中が生じることを防止できる。そして、固体撮像素子の駆動時に第１電荷転送電極１４と該第１電荷転送電極１４の近くに設けられた他の導電性部材との間でリークやショートが生じてしまうことを防止できる。
【００２１】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、下記のような効果を得ることができる。
図３，４は、固体撮像素子の製造手順の一部を示す断面図である。図３に示すように、第１電荷転送電極１４をフォトリソグラフィ及びエッチングによって形成した際に、パーティクルなどの導電性の異物が発生し、第１電荷転送電極１４の側面に付着する場合がある。従来の固体撮像素子では、電荷転送電極における異物が付着した部位においてサイドウォール１９の厚みが薄くなることに起因して絶縁性が確保できなくなることが懸念されていた。
【００２２】
本発明にかかる固体撮像素子の製造方法では、図４に示すように、第１電荷転送電極１４を形成した後、熱酸化処理を行うため、側面に付着した異物も熱酸化処理されて絶縁物質に変化するため、サイドウォール１９が異物の付着した部位において薄くなる場合でも絶縁性を確保することができる。例えば、固体撮像素子は、ゲート絶縁膜における電荷転送電極の下部領域の一部（例えば窒化シリコン膜）を選択的に薄くする構成のものがある。この理由としては、駆動時に電荷転送ゲートの電荷読み出し経路で発生したホットキャリアによってゲート絶縁膜の窒化シリコン膜に電荷がトラップされることで読み出し電圧の経時劣化を引き起こす不具合を防止するためである。このような固体撮像素子のようにゲート絶縁膜の一部が薄く形成されている構成であっても、熱酸化処理により形成される膜厚はゲート絶縁膜よりも十分に薄いため、熱酸化処理によって半導体基板が酸化されることを回避することができる。
【００２３】
本発明の固体撮像素子は、第１電荷転送電極１４の側面を熱酸化する際に、本構造では、ゲート絶縁膜１２が酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜からなる３層構造、又は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜からなる２層構造であるため、シリコンナイトライド膜１８の耐酸化性があり、半導体基板１１を余計に酸化してしまうことがなくてゲート絶縁膜１２が厚くなってその下の半導体領域と電極との距離が大きくなることに起因する、電荷転送や読み出し等の動作に不具合が生じることを防止できる。
【００２４】
また、本実施形態のように高温の熱酸化処理を行うことで、１０ｎｍ〜２０ｎｍの厚さの薄い熱酸化膜１４ｓを形成することができるため、電荷転送電極１４の断面積が小さくなりすぎることを防止でき、抵抗値の上昇を抑制できる。
【００２５】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、本発明にかかる固体撮像素子は、上記実施形態の構成に限定されず、電極の絶縁性を向上させるという観点で導電性のシリコン膜を電極として用いる半導体素子であれば適用することができる。  
例えば、固体撮像素子の電極の構成は、上記実施形態のように半導体基板上に第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とを並べて１層に形成する構成に限定されず、第１電荷転送電極上に第２電荷転送電極が一部積層するように形成された、所謂、多層電極構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかる固体撮像素子の製造手順を説明する断面図である。
【図２】本発明にかかる固体撮像素子の製造手順を説明する断面図である。
【図３】本発明にかかる固体撮像素子の製造手順を説明する断面図である。
【図４】本発明にかかる固体撮像素子の製造手順を説明する断面図である。
【図５】従来の固体撮像素子の構成を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１    半導体基板
１２    ゲート絶縁膜
１４    第１電荷転送電極
１４ｓ    熱酸化膜
１９    サイドウォール
２４    第２電荷転送電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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