(57)【要約】【課題】金属膜からシリコン基板への金属拡散による不純物金属の浸入を低減し、白点ノイズを抑制することができる固体撮像素子の製造方法を提供する。【解決手段】シリコン基板１に形成されたゲート電極３を覆って、シリコン酸化膜４及びシリコン窒化膜５を成膜し、シリコン窒化膜の選択的エッチングによってサイドウォールを形成する。また、イオン注入を行なってソース領域及びドレイン領域を形成した後に、画素領域のみにプラズマ窒化シリコン膜及びＬＰ−窒化シリコン膜を形成する。その後、金属膜を成膜し、周辺領域に形成されたゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の各表面のシリサイド化を行なう。【選択図】図１
2008085104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に形成された複数のゲート電極の側面を覆って、前記シリコン基板上にエッチング特性の異なる第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を成膜する工程と、
前記第２の絶縁膜に対して選択的エッチングを行って前記各ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、
サイドウォールが形成された前記各ゲート電極の周囲にイオン注入を行なう工程と、
サイドウォールが形成された前記ゲート電極を覆って、前記シリコン基板上に第３の絶縁膜を成膜する工程と、
前記第３の絶縁膜で覆われた複数のゲート電極のうちの一部をマスク材で覆った後に、エッチング処理を行なって露出している第３の絶縁膜を除去する工程と、
前記マスク材を除去した後に、前記ゲート電極及び前記第３の絶縁膜を覆って前記シリコン基板上にシリサイド化可能な金属膜を成膜し、シリサイド反応を生じさせてシリサイド層を形成する工程とを備える
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記サイドウォールを形成する工程は、ドライエッチング処理により前記第２の絶縁膜に対して選択的エッチングを行なう
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記イオン注入を行なう工程は、前記第１の絶縁膜を除去した後に行う
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜の除去はウェットエッチング処理により行う
ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第３の絶縁層は、少なくともその一部に水素供給層を有する
ことを特徴とする請求項１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】
本発明は固体撮像素子の製造方法に関する。詳しくは、シリサイド層が形成されたトランジスタを有する固体撮像素子の製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、画像光を画像信号として電気信号に変換する固体撮像素子としては、ＣＣＤ型イメージセンサやＭＯＳ型イメージセンサなどが知られている。
このうちＭＯＳ型イメージセンサは、光照射により電荷を発生する受光領域（フォトダイオード）と、この受光領域で発生した電荷を電気信号（多くは電圧信号）として読み出す電圧変換領域とが共通基板上に設けられており、受光領域には画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）が形成され、電圧変換領域には周辺トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）が形成されている。
【０００３】
また、近年はますます固体撮像素子の高速駆動化が進んでおり、それに伴って周辺トランジスタについても高速駆動が求められることとなり、こうした要求に応じて周辺トランジスタの動作速度の向上を図るべく、周辺トランジスタのゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の各表面にＴｉやＣｏ、Ｎｉなどの高融点金属とＳｉとの化合物であるシリサイド層を形成する技術が多く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
以下、電圧変換領域（以下、「周辺領域」と称する。）にシリサイド層が形成された周辺トランジスタを有する従来の固体撮像素子の製造方法について説明を行なう。
【０００５】
従来の固体撮像素子の製造方法では、先ず、図４（ａ）で示す様に、シリコン基板１０１表面に熱酸化によって成膜されたゲート酸化膜１０２の上に形成されたゲート電極１０３を覆って、周辺トランジスタのサイドウォールを形成するための第１のシリコン酸化膜１０４及びシリコン窒化膜１０５を減圧ＣＶＤ法によって全面（画素領域及び周辺領域）に成膜する。
【０００６】
次に、汎用のフォトリソグラフィー技術を用いて、画素領域をフォトレジスト１０６で覆い（図４（ｂ）参照。）、画素領域がフォトレジストで覆われた状態でドライエッチング処理を施すことによって、周辺領域のゲート電極の側面にサイドウォール１０７を形成する（図４（ｃ）参照。）。
【０００７】
続いて、フォトレジストを除去し、画素トランジスタ及び周辺トランジスタのサイドウォールを形成するための第２のシリコン酸化膜１０８を減圧ＣＶＤ法によって全面（画素領域及び周辺領域）に成膜した後に（図４（ｄ）参照。）、ドライエッチング処理を施すことによって、画素領域及び周辺領域のゲート電極の側面にサイドウォール１０７を形成する（図５（ｅ）参照。）。
【０００８】
次に、汎用のフォトリソグラフィー技術を用いて画素領域をフォトレジスト１０６で覆い、画素領域がフォトレジストで覆われた状態でシリコン基板に対して第１のイオン注入（図中符合Ａ参照。）を行なうことで周辺領域のゲート電極の外側を取り囲む様にしてソース領域及びドレイン領域を形成する（図５（ｆ）参照。）。なお、画素領域はフォトレジストで覆われているために、画素領域のゲート電極の周囲には第１のイオン注入は行なわれない。
【０００９】
続いて、画素領域を覆っているフォトレジストを除去した後に、汎用のフォトリソグラフィー技術を用いて周辺領域をフォトレジスト１０６で覆い、周辺領域がフォトレジストで覆われた状態でシリコン基板に対して第２のイオン注入（図中符合Ｂ参照。）を行なうことで画素領域のゲート電極の外側を取り囲む様にしてソース領域及びドレイン領域を形成する（図５（ｇ）参照。）。なお、周辺領域はフォトレジストで覆われているために、周辺領域のゲート電極の周囲には第２のイオン注入は行なわれない。
【００１０】
次に、スパッタリング技術を用いてシリコン基板全面にシリサイド形成用の金属膜１０９（例えばＣｏ膜）を成膜し（図６（ｈ）参照。）、所定の熱処理を施すことによって周辺トランジスタのゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の表面近傍にシリサイド層１１０を形成する（図６（ｉ）参照。）。
【００１１】
続いて、シリサイド層上に水素を豊富に含む窒化膜１１３を成膜する。なお、水素を豊富に含む窒化膜によってシリコン基板内に水素供給を行い、こうした水素を画素領域に拡散させることで画素領域内の結晶欠陥（Ｓｉのダングリングボンドを削減すると考えられる）を減少させて、白点ノイズの発生を抑制することを目的としたものである。
【００１２】
その後、層間絶縁膜１１１を成膜し、コンタクトホール１１２を穿設することで、受光領域にシリサイド層が形成されていない画素トランジスタを得ることができ、周辺領域にシリサイド層が形成された周辺トランジスタを得ることができる（図６（ｊ）参照。）。なお、図中符合１１３はフォトダイオード領域を示している。
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−１７４９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記した従来の固体撮像素子の製造方法では、シリサイド形成用の金属膜が画素トランジスタのゲート電極及びシリコン基板の表面に接しない様に機能するブロック膜（以下、こうした機能を有する膜を「ブロック膜」と称する。）として、画素トランジスタ及び周辺トランジスタのゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程（図５（ｅ）参照。）においてエッチングストッパとして機能（以下、こうした機能を有する膜を「エッチングストッパ」と称する。）するシリコン窒化膜を利用しているために、シリサイド形成用の金属膜からシリコン基板側にその金属が浸入し、これが受光領域での欠陥を招きシリコンのエネルギー順位にその金属の順位が形成され電子の放出あるいは吸収に関与するため、画面上に輝点が発生し、いわゆる白点ノイズの原因となることが考えられる。
即ち、エッチングストッパとして機能するシリコン窒化膜は、エッチング時にダメージを受けており、重金属の浸入経路１１４を有することが考えられるために、ブロック膜としては充分に機能することができず、シリサイド形成用の金属膜からシリコン基板側に金属が浸入することが考えられる（図６（ｈ）参照。）。なお、図中、侵入経路１１４は説明上物理的に穴の開いた直線状の太いパスとして記載しているが、実際は穴が開いていることは稀である。連続的、あるいは断続的な格子欠陥等の場合が多く微小なもので、シリコン窒化膜が出来た段階では連続したパスとして確認できないものも多い。現実的には製造工程中に金属が上記格子欠陥部に入り、その格子欠陥部を起点にシリコン窒化膜表面上からシリコン基板に金属の拡散が進行し、最後の出荷テスト等において白点ノイズ等の不良が見つかった時点でパスが結果的に存在したと分ることが殆どである。
【００１５】
ここで、シリコン窒化膜をエッチングストッパとして機能させた後に、シリコン窒化膜をエッチング除去し、その後に、再度ブロック膜として機能するシリコン窒化膜を新たに成膜することによって、ダメージを受けたエッチングストッパをブロック膜として利用することを回避することができる。しかし、画素トランジスタのサイドウォールの下層に位置するエッチングストッパと新たに成膜したブロック膜との境界領域で合わせ時に界面が発生し、こうした界面でシリサイド形成用の金属膜からシリコン基板側に金属が浸入してしまうことが考えられるために、こうした対応では充分であるとは言えない。
【００１６】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、シリサイド形成用の金属膜からシリコン基板への金属拡散による金属の浸入を低減し、白点ノイズを抑制することができる固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、シリコン基板に形成された複数のゲート電極の側面を覆って、前記シリコン基板上にエッチング特性の異なる第１の絶縁膜及び第２の絶縁膜を成膜する工程と、前記第２の絶縁膜に対して選択的エッチングを行って前記各ゲート電極の側面にサイドウォールを形成する工程と、サイドウォールが形成された前記各ゲート電極の周囲にイオン注入を行なう工程と、サイドウォールが形成された前記ゲート電極を覆って、前記シリコン基板上に第３の絶縁膜を成膜する工程と、前記第３の絶縁膜で覆われた複数のゲート電極のうちの一部をマスク材で覆った後に、エッチング処理を行なって露出している第３の絶縁膜を除去する工程と、前記マスク材を除去した後に、前記ゲート電極及び前記第３の絶縁膜を覆って前記シリコン基板上にシリサイド化可能な金属膜を成膜し、シリサイド反応を生じさせてシリサイド層を形成する工程とを備える。
【００１８】
ここで、第２の絶縁膜に対して選択的エッチングを行って各ゲート電極の側面にサイドウォールを形成し、サイドウォールが形成されたゲート電極を覆ってシリコン基板上に第３の絶縁膜を形成し、その後に、ゲート電極及び第３の絶縁膜を覆ってシリコン基板上にシリサイド化可能な金属膜を成膜することによって、ストレスを受けていない状態の第３の絶縁膜上に金属膜を成膜することができ、第３の絶縁膜がブロック膜として充分に機能して不純物金属の浸入を低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
上記した本発明の固体撮像素子の製造方法では、第３の絶縁膜がブロック膜として充分に機能して金属膜からシリコン基板側に不純物金属が浸入することを低減でき、いわゆる白点ノイズを抑制することで、固体撮像素子の品質の向上が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
図１は本発明を適用した固体撮像素子の製造方法の一例を説明するための模式図であって、本実施例では、先ず、上記した従来の固体撮像素子の製造方法と同様に、シリコン基板１表面に成膜されたゲート酸化膜２（本実施例では緻密な熱酸化で形成）の上に形成されたゲート電極３を覆って、トランジスタのサイドウォールを形成するためのシリコン酸化膜４（第１の絶縁膜の一例）を全面（画素領域及び周辺領域）に成膜する（図１（ａ）参照。）。ここで、シリコン酸化膜は被覆性に優れた膜とすべく減圧ＣＶＤによる成膜が望ましい。また、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）構造を有するトランジスタ構造とする場合には、不純物注入とアニール等の活性化処理をシリコン酸化膜の成膜前に行なう必要がある。
なお、本実施例ではゲート酸化膜の形成までについては、その製造方法を省略しているものの、ゲート酸化膜の形成までは一般的なＭＯＳセンサーの製造方法と同様である。
【００２１】
シリコン酸化膜の成膜後に減圧ＣＶＤ法によって全面（画素領域及び周辺領域）にシリコン窒化膜５（第２の絶縁膜の一例）を減圧ＣＶＤ法によって成膜する（図１（ａ）参照。）。ここで、シリコン窒化膜はシリコン酸化膜に対して、後述するドライエッチング処理でのエッチング選択比を高くするために膜種を変更する必要があり、それぞれの膜厚についてはトランジスタに必要なサイドウォール幅によって調整を行う。
【００２２】
次に、シリコン窒化膜全面に対してドライエッチング処理を施すことによって、画素領域及び周辺領域の各ゲート電極の側面にサイドウォール６を形成する（図１（ｂ）参照。）。この時、シリコン酸化膜と比べてシリコン窒化膜が高いエッチング選択比になる様なエッチング条件とすることで、シリコン酸化膜へのエッチングを最小限度に抑えることができ、シリコン基板へのエッチングダメージを最小限に止めることができる。
【００２３】
ここで、本実施例では、シリコン基板上にエッチング特性の異なるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを成膜し、シリコン酸化膜をエッチングストッパとして機能させることで、画素領域に形成するトランジスタと周辺領域に形成するトランジスタとを同一のサイドウォール構造にしているために、従来の固体撮像素子の製造方法と比較すると工程の削減が可能である。
即ち、従来の固体撮像素子では、画素領域に形成するトランジスタと周辺領域に形成するトランジスタとが異なる構造であるために、周辺領域をエッチングする際には画素領域をフォトレジストで覆い、画素領域をエッチングする際には周辺領域をフォトレジストで覆うといった工程が必要であるものの、本実施例では、画素領域に形成するトランジスタと周辺領域に形成するトランジスタとを同一のサイドウォール構造とした。
【００２４】
続いて、シリコン酸化膜に対してウェットエッチングを施すことによって、露出しているシリコン酸化膜をエッチング除去する（図１（ｃ）参照。）。
【００２５】
ここで、本実施例では、シリコン酸化膜のエッチング除去を行う際にウェットエッチングを行い、ドライエッチングと比較するとシリコン基板に与えるダメージの低減を図っている。
【００２６】
次に、シリコン基板に対してイオン注入（図中符合Ｃ参照。）を行なうことによって、画素領域及び周辺領域のゲート電極の外側を取り囲む様にしてソース領域及びドレイン領域を形成する（図１（ｄ）参照。）。
【００２７】
ここで、本実施例では、画素領域と周辺領域とでイオン注入工程を共通化することができ、従来の固体撮像素子の製造方法と比較すると工程の削減を図ることができる。
即ち、従来の固体撮像素子では、画素領域については第１のシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜越しにイオン注入を行ない、周辺領域についてはこうした膜が無い状態でイオン注入を行なうので、画素領域と周辺領域とではイオン注入のエネルギーが異なり、そのために、画素領域と周辺領域とでは別個にイオン注入を行なっていたのであるが、本実施例では画素領域と周辺領域が共に（膜越しでは無くて）シリコン基板に直接イオン注入を行なうことができるために、画素領域と周辺領域とでイオン注入工程を共通化でき、工数の低減が実現するのである。
【００２８】
また、画素領域と周辺領域とでイオン注入を共通化することができるために、イオン注入のバラツキを低減して高品質の固体撮像素子を得ることができる。
【００２９】
更に、本実施例では、イオン注入工程の前にシリコン酸化膜をエッチング除去しているために、イオン注入時のイオン濃度を高精度に制御することが可能であり、高品質の固体撮像素子を得ることができる。即ち、エッチングストッパとして機能するシリコン酸化膜は、後述するシリサイド形成用の金属膜を成膜するまでに除去すれば良く、必ずしもイオン注入工程の前にエッチング除去を行う必要はないものの、（膜越しでは無くて）シリコン基板に直接イオン注入を行なうことができる様に、イオン注入工程前にシリコン酸化膜をエッチング除去しているために、高精度にイオン濃度を制御することができるのである。
【００３０】
続いて、プラズマ窒化シリコン膜７をＣＶＤ法によってシリコン基板全面に成膜し、プラズマ窒化シリコン膜上に、減圧ＣＶＤ法によるシリコン窒化膜（ＬＰ−窒化シリコン膜）８を成膜する（図２（ｅ）参照。）。なお、本実施例のプラズマ窒化シリコン膜及びＬＰ−窒化シリコン膜は第３の絶縁膜の一例であり、プラズマ窒化シリコン膜は水素供給層の一例でもある。
【００３１】
ここで、プラズマ窒化シリコン膜は成膜工程に起因し水素を含有しているために、シリコン基板内への水素供給がなされ、こうした水素を画素領域に拡散させることで画素領域内の結晶欠陥（Ｓｉのダングリングボンドを削減すると考えられる）を減少させて、白点ノイズの発生を抑制することができる。
なお、白点ノイズを低減させるべく成膜するプラズマ窒化シリコン膜は膜質がエッチングされやすいため、プラズマ窒化シリコン膜を保護すべく、本実施例においてはＬＰ−窒化シリコン膜をプラズマ窒化シリコン膜の上層に成膜しているのである。
【００３２】
以上の工程までは、画素領域に形成されるトランジスタと周辺領域に形成されるトランジスタとで構造的な相違は無く同一の構造を有しているために、画素領域と周辺領域とで製造方法は共通している。
【００３３】
次に、汎用のフォトリソグラフィー技術を用いて、画素領域をフォトレジスト９で覆い（図２（ｆ）参照。）、画素領域がフォトレジストで覆われた状態でドライエッチング処理を施すことによって、周辺領域に成膜されたプラズマ窒化シリコン膜及びＬＰ−窒化シリコン膜をエッチング除去する（図２（ｇ）参照。）。
【００３４】
続いて、フォトレジストを除去し、スパッタリング技術を用いてシリコン基板全面にシリサイド形成用の金属膜１０（例えばＣｏ膜）を成膜し（図３（ｈ）参照。）、所定の熱処理を施すことでプラズマ窒化シリコン膜及びＬＰ−窒化シリコン膜が除去された領域がシリサイド化される。一方、それ以外の領域（プラズマ窒化シリコン膜及びＬＰ−窒化シリコン膜が成膜されている領域）は最表面が緻密なＬＰ−窒化シリコン膜がブロック膜として機能するためにシリサイド化されない。即ち、周辺トランジスタのゲート電極、ソース領域及びドレイン領域の表面近傍にシリサイド層１１が形成されることとなる（図３（ｉ）参照。）。
【００３５】
ここで、本実施例では、ＬＰ−窒化シリコン膜をブロック膜として機能させているために、金属膜からシリコン基板側への金属の浸入を抑制することができる。
即ち、従来の固体撮像素子の製造方法では、エッチングストッパとして機能するシリコン窒化膜をブロック膜として機能させているために、エッチング時のダメージが原因となってブロック膜としては充分に機能し得ないものの、本実施例では、シリコン酸化膜をエッチングストッパとして機能させ、ＬＰ−窒化シリコン膜をブロック膜として機能させているために、換言すると、エッチングストッパとして機能する膜とブロック膜として機能する膜とを別の膜としているために、ＬＰ−窒化シリコン膜はブロック膜として充分に機能でき、金属膜からシリコン基板側への金属の浸入を抑制することができるのである。
【００３６】
続いて、薬液処理によって未反応金属膜を除去し、シリサイド層上に水素を豊富に含む窒化膜１５を成膜する。なお、水素を豊富に含む窒化膜によってシリコン基板内に水素供給を行い、こうした水素を画素領域に拡散させることで画素領域内の結晶欠陥（Ｓｉのダングリングボンドを削減すると考えられる）を減少させて、白点ノイズの発生を抑制することを目的としたものである。
【００３７】
その後、層間絶縁膜１２を成膜し、コンタクトホール１３を穿設することで、画素領域にシリサイド層が形成されていない画素トランジスタを得ることができ、周辺領域にシリサイド層が形成された周辺トランジスタを得ることができる（図３（ｊ）参照。）。なお、図中符合１４はフォトダイオード領域を示している。
【００３８】
上記した本発明の固体撮像素子の製造方法では、金属膜からシリコン基板側への金属の浸入を抑制することができるために、白点ノイズの発生を抑制することができ、固体撮像素子の品質向上が実現する。
【００３９】
また、サイドウォールの形成工程やイオン注入工程を画素領域と周辺領域とで共通化することができるために、固体撮像素子を製造する工程の短縮が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を適用した固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（１）である。
【図２】本発明を適用した固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（２）である。
【図３】本発明を適用した固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（３）である。
【図４】従来の固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（１）である。
【図５】従来の固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（２）である。
【図６】従来の固体撮像素子の製造方法を説明するための模式図（３）である。
【符号の説明】
【００４１】
１    シリコン基板
２    ゲート酸化膜
３    ゲート電極
４    シリコン酸化膜
５    シリコン窒化膜
６    サイドウォール
７    プラズマ窒化シリコン膜
８    ＬＰ−窒化シリコン膜
９    フォトレジスト
１０    金属膜
１１    シリサイド層
１２    層間絶縁膜
１３    コンタクトホール
１４    フォトダイオード領域
１５    水素を豊富に含む窒化膜
【図１】
2008085104.tif 000003
【図２】
2008085104.tif 000004
【図３】
2008085104.tif 000005
【図４】
2008085104.tif 000006
【図５】
2008085104.tif 000007
【図６】
2008085104.tif 000008