(57)【要約】【課題】白キズの発生を抑制し、信頼性の高い固体撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする。【選択図】図１
2004363473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記スペーサ膜は、酸化シリコン膜であ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】
前記スペーサ膜は、膜厚１０ｎｍ以下であ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４】
前記周辺回路部はゲート酸化膜が単層構造のトランジスタを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板表面に、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の３層構造膜（ＯＮＯ膜）からなるゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜上にシリコン系導電性膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記シリコン系導電性膜をパターニングし電荷転送電極を形成する工程と、
前記電荷転送電極表面を酸化する工程と、
前記光電変換部の少なくとも画素部の前記窒化シリコン膜をエッチング除去する工程と、
前記電荷転送電極下の窒化シリコンの側壁を覆うように水素透過性のスペーサを形成する工程と、
反射防止膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記スペーサ膜の形成に先立ち、前記基板表面をエッチングし、酸化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ（電荷結合素子）を用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個配置され、順次駆動される。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。
【０００４】
このような状況の中で図７に示すように、画素部に反射防止膜となる窒化シリコン膜等の、酸化シリコン膜よりも屈折率の高い膜を形成した固体撮像素素子が提案されている。
【０００５】
そして、画素部に水素を供給することにより、基板界面電位の低減をはかることができ、暗電流や白キズの発生を抑制することができる。これは水素アニール効果として知られている。
【０００６】
ところで、図７に断面図を示すように、電荷転送電極３の表面を酸化して酸化シリコン膜６ａで被覆するとともにスペーサ膜としての窒化シリコン膜６ｂを形成し、さらに反射防止膜となる窒化シリコン膜６２を形成し、この上層に金属遮光膜７１を形成した構造が提案されている（参考文献１）。
【０００７】
しかしながらこの構造では、周辺回路部のアンプのトランジスタについてはノイズを低減するためにゲート酸化膜を酸化シリコン膜単層としている。これはアンプノイズ低減（熱雑音＆１／ｆ雑音成分）のためである。つまり熱雑音を低減するにはドライバーの相互コンダクタンス（ｇｍ）を大きくする必要があるがこのｇｍはＣｏｘ増大（Ｇａｔｅ酸化膜薄膜化）で大きく出来る。１／ｆ雑音成分はＣｏｘに反比例（Ｃｏｘ＝εｏｘ／ｔｏｘよりｔｏｘには比例）するためにＧａｔｅ薄膜化が有効となる。
【０００８】
このため、ゲート酸化膜は一括してパターニングするのではなく、窒化シリコン膜を残してパターニングする。すなわちゲート電極のパターニング工程において酸化シリコン単層であるアンプ部のゲート酸化膜がダメージを受けないように他の領域の窒化シリコン膜は残しておくようにし、窒化シリコン膜をエッチングストッパとしてゲート電極であるシリコン系導電性膜のパターニングを行う。
そして電極表面を酸化し酸化シリコン膜を形成し、この後光電変換部（画素部）の窒化シリコン膜をエッチング除去している。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３２４８９９号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この状態では、ゲート酸化膜側壁、特に窒化シリコン膜２ｂの側壁が露呈しており、反射防止膜６２としての窒化シリコンを形成すると、このゲート酸化膜の窒化シリコン膜と反射防止膜の窒化シリコン膜とがこのゲート酸化膜側壁で繋がってしまい、水素の供給路が絶たれてしまうという問題がある。
これは、暗時の白キズの原因となる。ここで白キズとは入射光のレベルにかかわらず、信号電荷が発生してしまうことをいい、画面には白いキズ状にみえる。
【００１１】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、白キズの発生を抑制し、信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、ゲート酸化膜の側壁と反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜が介在しているため、ゲート酸化膜の窒化シリコン膜の側壁と反射防止膜との間にはスペーサ膜が介在することになり、水素アニール効果も良好に奏功し得ることになる。
ここでこのスペーサ膜は、酸化シリコン膜であるのが望ましい。これにより通常のプロセスで効率よく形成することが可能となる。
【００１４】
また、このスペーサ膜は、膜厚１０ｎｍ以下であるのが望ましい。さらに望ましくは５ｎｍ以下とする。これにより感度の低下を抑制するとともに、遮光膜の張り出し部分から反射して入ってくるスミアの原因となる光も抑制し、信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。
【００１５】
又上記固体撮像素子において、前記周辺回路部はゲート酸化膜が単層構造のトランジスタを含む。この場合、特に窒化シリコン膜の側壁が露呈しやすいが、スペーサの介在により、水素の透過が可能となり、白キズの発生が抑制される。
【００１６】
また本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部と、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板表面に、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の３層構造膜（ＯＮＯ膜）からなるゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜上にシリコン系導電性膜を形成する工程と、窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記シリコン系導電性膜をパターニングし電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極表面を酸化する工程と、前記光電変換部の少なくとも画素部の前記窒化シリコン膜をエッチング除去する工程と、前記電荷転送電極下の窒化シリコンの側壁を覆うように水素透過性のスペーサを形成する工程と、反射防止膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１７】
又望ましくは、前記スペーサ膜の形成に先立ち、前記基板表面をエッチングし、酸化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
図１は、本発明の実施の形態の固体撮像素子の要部断面を示す説明図、図２および図３は、本発明の実施の形態の固体撮像素子を示す平面図およびそのＡ−Ａ断面図である。また、図４乃至図６は同製造工程図である。
【００１９】
この固体撮像素子は、図１および３に示すように、光電変換部３０と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する単層構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部４０とを具備した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする。
【００２０】
この構成は、感度の低下や光学特性の低下を回避しつつ、ゲート酸化膜の側壁と反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜である酸化シリコン膜膜６ｂを介在させているため、ゲート酸化膜の窒化シリコン２ｂの側壁と反射防止膜との間にはスペーサ膜が介在することになり、水素アニール効果も良好に奏功し得ることになる。
【００２１】
なおここで、半導体基板１としては低効率５．０〜９．５Ωｃｍのｎ型シリコン基板を用い、ゲート酸化膜２は、酸化シリコン膜２ａと窒化シリコン膜２ｂと酸化シリコン膜２ｃとの３層構造膜で構成される。
【００２２】
なお、図２に平面図、図３に全体断面概要図を示すように、シリコン基板１には、複数のフォトダイオード３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード３０の間に形成される。
【００２３】
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル３１は、図１では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に形成される。
【００２４】
なお、図２においては、電極間絶縁膜３の内、フォトダイオード領域と電荷転送部４０との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
【００２５】
図３に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード３０、電荷転送チャネル３１、チャネルストップ領域３２、電荷読み出し領域３３が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜６ａと電荷転送電極（電極３）が形成される。
【００２６】
電荷転送部４０は、上述したとおりであるが、図３に示すように、電荷転送部４０の電荷転送電極上面には層間絶縁膜７０が形成される。７１は遮光膜、７２はＰ−ＴＥＯＳからなる絶縁膜、７４はＢＰＳＧ膜からなる平坦化層である。
【００２７】
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード３０部分を除いて遮光膜７１が設けられ、さらにカラーフィルタ５０、マイクロレンズ６０が設けられる。また、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。電荷転送部４０および電極間絶縁膜６を除いて通例のものと同様であるので説明を省略する。また、図２では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００２８】
次にこの固体撮像素子の製造工程について詳細に説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚３５ｎｍの酸化シリコン膜２ａと、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜２ｂと、膜厚５ｎｍの酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００２９】
続いて、図４（ｂ）に示すように、周辺回路部４０Ｓにおいてアンプ部のトランジスタ領域に相当する部分の酸化シリコン膜２ｃおよび窒化シリコン膜２ｂを選択的に除去し、単層とする。
【００３０】
この後、ゲート酸化膜２上に、ＳｉＨ４を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍの多結晶シリコン膜を形成する。このときの基板温度は６００〜７００℃とする。この後ＰＯＣｌ３とＮ２とＯ２との混合ガス雰囲気中で９００℃の熱処理を行い多結晶シリコン膜３をドーピングする（リン酸処理）。
続いて、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして、ＨＢｒとＯ２との混合ガス（ＨＢｒ／Ｏ２：６０／２（ｍｌ／ｍｉｎ））を用いた反応性イオンエッチングにより、ゲート酸化膜２の窒化シリコン膜２ｂをエッチングストッパとして多結晶シリコン膜３を選択的にエッチング除去し、電極を形成する。ここでは高密度プラズマエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００３１】
続いて、必要に応じてこのレジストパターンをマスクとして、転送効率を補うためのイオン注入を行う。ここではボロンを２０〜１００ＫｅＶ、１×１０１０〜１×１０１３／ｃｍ２でイオン注入する。
そして、アッシングによりレジストパターンを除去する（図４（ｃ））。
【００３２】
こののち、熱酸化法により、電極のパターンの表面に膜厚８０ｎｍの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜６を形成する（図５（ａ））。
【００３３】
次に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との高選択比のエッチングにより、画素部の窒化シリコンをエッチング除去する（図５（ｂ））。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、画素部の酸化シリコン膜を清浄化し、きれいな酸化シリコン膜を露出するために、軽く酸化シリコン膜をエッチングする。
【００３５】
この後、全面に減圧ＣＶＤ法により、図６（ａ）に示すように、膜厚５ｎｍのスペーサとしての酸化シリコン膜６ｂを形成する。そしてフォトリソグラフィを用いて形成したマスクを介してイオン注入を行い光電変換部のｐｎ接合（図示せず）を形成する。
【００３６】
そして減圧ＣＶＤ法により、図６（ｂ）に示すように、膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６２を堆積し、フォトリソグラフィにより画素部を覆うように反射防止膜を形成する。（なお電極上など不要部分では、水素透過のために開口を形成している。）
【００３７】
そして図６（ｃ）に示すように、タングステン薄膜などからなる遮光膜１７を形成し、フォトリソグラフィにより光電変換部に窓を形成する。
【００３８】
なお、この方法では、スペーサとしての酸化シリコン膜を反射防止膜６２とＯＮＯ膜構造のゲート酸化膜の側壁との間に介在させることにより、水素アニールに際してもこのスペーサによって水素の透過経路が形成され、白キズの発生を抑制することができる。
このスペーサとしての酸化シリコン膜は減圧ＣＶＤ法によって形成しているため、被覆性が良好で、薄くても十分にスペーサとしての役割を果たすことができる。
【００３９】
そしてこの上層に遮光膜７１、膜厚１００ｎｍのＰ−ＴＥＯＳ膜７２を形成した後、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜７３を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する。このようにして絶縁膜７０を得る。
【００４０】
この後、水素アニール工程を含むシンタリングを行い、基板の安定化をはかる。このときの水素アニール工程の条件は下記の通りである。
温度  ３８０℃
時間  ３０分
ガス  Ｈ２＋Ｎ２
この後、カラーフィルタ５０、平坦化層６１、マイクロレンズ６０などを形成して、図３に示したような固体撮像素子を得る。
【００４１】
かかる構成によれば、白キズを抑制し、高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００４２】
なお、上記固体撮像素子において、前記電極間分離領域としての電極間領域Ｇは、幅０．２μｍ以下であるのがのぞましい。
【００４３】
なお、前記実施の形態ではゲート酸化膜はＯＮＯ膜構造の３層膜で構成したがＮＯ膜すなわち酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層膜の場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【００４４】
また、前記実施の形態では、スペーサ膜として酸化シリコン膜を用いたが酸化シリコン膜に限定されることなく、陽極酸化などにより多孔化した酸化チタンなどの水素透過性膜であればよい。
【００４５】
また、前記実施の形態では単層電極構造の固体撮像素子について説明したが、多層電極構造の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
【００４６】
また前記実施の形態では、電極を形成するシリコン系導電性膜として、多結晶シリコン膜を用いたが、多結晶シリコン膜に限定されることなく、アモルファスシリコン、マイクロクリスタルシリコンなど他のシリコン系導電性膜を用いてもよい。
【００４７】
また、前記電極上に金属膜を形成することにより、電極の低抵抗化をはかることができ、高速駆動が可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、反射防止膜としての窒化シリコンの形成に先立ち、酸化シリコン膜などの水素透過性膜を形成しているため、水素アニール工程が良好に行われ、白キズの発生のない信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の固体撮像素子の要部断面説明図である。
【図２】本発明の実施の形態の固体撮像素子の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態の固体撮像素子の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図７】従来例の固体撮像素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  ゲート酸化膜
３  電荷転送電極（多結晶シリコン膜）
６ａ  電極間絶縁膜
６ｂ  スペーサ膜（酸化シリコン膜）
６２  反射防止膜
７１  遮光膜
３０  フォトダイオード部
４０  電荷転送部
５０  カラーフィルタ
６０  マイクロレンズ
７０  絶縁膜
【図１】
2004363473.tif 000003
【図２】
2004363473.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004363473.tif 000008
【図７】
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