(57)【要約】  【課題】シリサイド形成のために炉アニール実施と酸化膜形成を同時に行い、素子性能の製造ばらつきを従来と同等にでき、量産に適した半導体固体撮像装置の製造方法を提供する。  【解決手段】半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、少なくともフォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層上に、酸素のみもしくは少なくとも酸素を含む複数の気体が存在する雰囲気で熱処理を行うことにより酸化膜の形成を行う工程と、さらに酸素を基板表面近傍に分布させる工程と、シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する。【選択図】図１
2005259800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
少なくともフォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層上に、酸素のみ又は少なくとも酸素を含む複数の気体が存在する雰囲気で熱処理を行うことによる酸化膜形成工程と、
シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化熱処理を酸素のみもしくは少なくとも酸素を含む複数の気体が存在する雰囲気で熱処理を行うことにより、同時に行う酸化膜形成工程と
シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化熱処理を、酸素を含まない気体中で熱処理を行う工程と、
活性化熱処理より低い温度で行う酸化膜形成工程と、
その後、シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、
フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化アニールを不活性気体中で熱処理する工程と、
酸化膜をラジカル酸化処理による酸化膜形成工程と、
その後シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記請求項４の酸素のラジカル酸化処理がアッシングであることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記シリサイド形成可能な金属が、チタン、コバルト、又はニッケルであり、シリサイドがチタンシリサイド、コバルトシリサイド、又はニッケルシリサイドである請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
酸化膜形成工程の後に、酸素を基板表面近傍に分布させる工程を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法
【請求項８】
前記酸素を基板表面近傍に分布させる工程が、希ガスまたは電子線のエネルギー照射である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理にて、処理前の温度から最高温度までの到達時間が、１〜１２０分であり、また最高温度から処理前の温度にするときの到達時間が１〜１２０分である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記熱処理にて、熱処理が所定の気体中で満たされた容器の中で行われ、また、その容器内部または外部に取り付けられた発熱体から発生する熱を容器内部に伝導するにより、温度の制御を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理が、炉で行われる請求項１〜４のいずれか１項に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、固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体撮像装置又は電荷結合素子（ＣＣＤ）そのものはよく知られている。図４は従来の固体撮像装置の１つである金属−酸化物半導体（ＭＯＳ）型撮像装置の断面構成を示す一例である。この固体撮像装置は、半導体基板１の上にフォトダイオード７と、フォトダイオード７に蓄積された電荷を転送する転送トランジスタの転送ゲート４と、転送ゲート４から転送された電荷を蓄積する検出容量８から構成されるフォトダイオード部１２と、ゲート９、ドレイン領域１０とソース領域１１から構成されるトランジスタ部１３から構成される。この固体撮像装置では、光電変換領域１２にて検出した光を電気信号として、トランジスタ部１３にて信号処理を行う。フォトダイオード７の上部はＳｉＯ2からなる酸化膜１５で覆われる構造になっている。２は配線、３は素子分離溝、１４はＳｉＯ2からなるサイドウォールである。ここで、フォトダイオード領域は、光が入射することにより、光電変換領域に生成される電荷を、転送トランジスタの転送ゲート４をON状態にすることにより、検出容量部８に転送できる。しかし、埋め込み絶縁膜１６を形成してから、検出容量部には金属配線１８とのコンタクト１７を形成する必要があり、かつ接触抵抗を低減するために、シリサイドを半導体基板表面のコンタクト領域に形成する必要がある。コンタクトには、タングステンやチタンナイトライドなどが望ましく、ＣＶＤ法で形成される。埋め込み絶縁膜には、酸化膜が好ましく、特に融点の低くなるようにボロンとリンの混在した酸化膜（ＢＰＳＧ膜）が好ましい。ここで、シリサイドを検出容量部全体に形成するのではなく、コンタクトを形成するのに最低限の領域に留めることが望ましい。さらに、絶縁保護膜１９を形成してから、金属遮光膜２０を形成することにより、固体撮像装置に最低限必要な構造が形成される。絶縁保護膜１９には、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜が好ましく、金属遮光膜２０にはアルミニウム、チタン、タングステンなどが好ましい。
【０００３】
従来、微細化された領域で使われるシリサイドはチタンシリサイド（ＴｉＳｉ2）、コバルトシリサイド（ＣｏＳｉ2）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ2）が使用される（非特許文献１）。しかしながら、コバルトシリサイドとニッケルシリサイドは、スパイクの発生によるリーク電流の増大やや凝集による断線を起こしやすく、これを解決するために、半導体と金属膜の間に、SiOXを形成し、CoSi2層のシード層を形成する必要がある（特許文献１）。
【特許文献１】国際公開番号：ＷＯ01/026143号公報
【非特許文献１】Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 28(1): 1-129(2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、ＣＭＯＳプロセスでは、このような酸化膜を形成する場合、ＲＴＯ(Rapid Thermal oxidation)を用いるのが望ましい。なぜなら、酸化膜の膜厚ばらつきが小さく、注入イオンのプロファイルの変動が小さいためである。しかし、ＭＯＳ固体撮像装置では、酸化膜を形成する方法として、ＲＴＯを行うと、急加熱急冷却により、半導体基板に残留応力が発生する。そして、基板内部に欠陥が誘起され、リーク電流が増大することにより、白キズ数が増大する。ここで、白キズとは、光が入射していないときに、欠陥から電荷が熱励起され、光電変換領域または検出容量部で検出された場合に、あたかも光が入射しているかのように、信号が発生することである。白キズ数は通常、固体撮像装置の性能をあらわす指標として、最も重要なものである。
【０００５】
そこで、固体撮像装置では、酸化膜形成には、加熱と冷却が比較的時間をかけて行われる酸化膜形成方法（例えば、炉アニール）を採用することと、酸化膜形成による注入イオンのプロファイルの変動を抑制することを両立することが必要になる。イオンプロファイルの変動が大きくなると、歩留まりが低下したり、特性ばらつきが大きくなる可能性がある。これは、酸化膜形成のために新たに熱処理を追加すると、注入イオンのばらつき要因となり、製造歩留まりの低下をもたらす。また、酸化膜の膜厚制御は非常に重要であり、これが一定量より少なくなると、シリサイド／シリコン基板界面がラフになりシリサイドリーク増大を引き起こす。また、一定の膜厚より大きいときは、金属とシリコン基板が未反応となり、コンタクトの接触抵抗が大きくなる。ここで、炉アニールとは、通常、所定の複数の気体中で満たされた容器の中で熱処理が行われ、また、その容器内部または外部に取り付けられた発熱体から発生する熱を処理ウェハーに伝導するにより、温度の制御を行うことにより行われる。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、従来方法に比べ、炉アニールを採用しながら、素子性能の製造ばらつきを従来と同等にでき、量産に適した半導体固体撮像装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１番目の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、少なくともフォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層上に、酸素のみ又は少なくとも酸素を含む複数の気体が存在する雰囲気で熱処理を行うことによる酸化膜形成工程と、
シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２番目の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化アニールを炉によるアニールで行い、かつ、同時に酸化膜を形成する工程と、さらに酸素を基板表面近傍に分布させる工程と、シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする。金属堆積には、スパッタ、ＣＶＤ（化学堆積法）を用いることが可能である。
【０００９】
本発明の第３番目の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化アニールを炉によるアニールで行う工程と、炉によるアニールより低い温度で酸化膜を形成する工程と、さらに酸素を基板表面近傍に分布させる工程と、その後、シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする。活性化アニールは炉アニールを使用することが可能である。また、Ｃｏ堆積には、スパッタ、ＣＶＤ（化学堆積法）を用いることが可能である。
【００１０】
本発明の第４番目の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上にフォトダイオード領域とトランジスタ領域とを含む固体撮像装置の製造方法であって、フォトダイオードのイオン注入層、トランジスタのソース／ドレイン注入層の活性化アニールを炉によるアニールで行う工程と、酸化膜をラジカル酸化であるアッシングにより形成する工程と、さらに酸素を基板表面近傍に分布させる工程と、その後、シリサイド形成可能な金属の堆積を行い、シリサイドを形成する工程を含むことを特徴とする。金属膜堆積には、スパッタ、ＣＶＤ（化学堆積法）を用いることが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以下の効果がある。
（１）従来方法に比べ、工程数を増やすことなく、炉アニールと酸化膜形成を導入することが可能である。
（２）従来方法に比べ、熱処理工程を追加することなく、炉アニールと酸化膜形成を導入することが可能であるため、素子の製造ばらつきを従来と同等にできる。
（３）極めて単純な加工工程であり、量産に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の固体撮像装置では、ＣｏＳｉ2形成に関して、炉アニールの熱処理中に酸化膜を形成するか、または炉アニールとは別の工程にて、低温処理にて酸化膜を形成する。
【００１３】
本発明において、炉アニールとは、密閉されたチャンバーの内部にて、チャンバー周辺に配置されたヒーターにより、チャンバー中の気体を介して、ウェハーの加熱と冷却を行うことである。
【００１４】
（実施の形態１）
本発明の実施形態における固体撮像装置の断面図は、図４に示す通常の固体撮像装置と同様である。
【００１５】
図１Ｂに、本発明の第１の実施形態である固体撮像装置の製造工程を示す。ここで、固体撮像装置では、トランジスタのソース/ドレインの活性化アニールは通常のＣＭＯＳプロセスでは、ＲＴＡ(Rapid thermal Annealing)により行われるが、炉アニールを使用することが好ましい。炉アニールと酸化膜同時を同時に行うことが必要である。室温（約２５℃）から５００〜１１００℃まで１〜１８０分間で昇温し、その温度で１〜１８０分間維持し、その後、室温（約２５℃）まで１〜１８０分間分間かけて冷却し、取り出す。その際、図２Ａに示すように、加熱時の最高温度の状態の時の後半部で同時に酸化膜を形成するように、Ｎ2とともにＯ2も混入する。Ｎ2/Ｏ2の体積比率は１／１９〜１９／１が好ましい。この場合、酸化膜厚は０．１〜２０ｎｍ程度であることが望ましい。こうすることにより、熱処理工程数を増やすことなく、活性化アニールと酸化膜形成を同時に行うことが可能である。また、この方法は、Ｎ型トランジスタでのみ構成されるＭＯＳ固体撮像装置で特に有効である。Ｎ形トランジスタ，Ｐ形トランジスタの両方で構成される場合は、Ｐ形トランジスタ形成で閾値制御のためのＢイオンがゲート酸化膜中に染み出し、トランジスタ動作不良が生じる可能性があるためである。
【００１６】
また、図２Ｂのような熱処理シーケンスにてイオン拡散の生じない程度の温度にて酸化膜形成を行うことも可能である。温度は５００℃以下が望ましく、酸化膜厚は０．１〜２０ｎｍ程度であることが望ましい。こうすることにより、熱処理工程増加によるイオンプロファイル変動を抑制でき、素子ばらつきを抑制することが可能となる。
【００１７】
ここで、炉アニールの時間―温度の変化は、ソース/ドレインの活性化に対して、最適化すべきであり、Ｎ2／Ｏ2供給時間は、酸化膜厚のばらつきが小さくなるように決定すべきである。また、Ｎ2／Ｏ2供給はアニールの後半にて行うことが望ましい。それは、前半にてＮ2／Ｏ2供給によるＯ2残留により、酸化膜膜厚ばらつきが大きくなるためである。
【００１８】
（実施の形態２）
図１Ｃに、本発明の第２の実施形態である固体撮像装置の製造方法を示す。ここで、固体撮像装置では、トランジスタのソース/ドレインの活性化アニールは通常のＣＭＯＳプロセスでは、ＲＴＡ(Rapid thermal Annealing)により行われるが、炉アニールを使用することが好ましい。そこで、活性化アニールには炉アニールを採用する。熱処理方法は図１Ｃと図３Ａに示すように、Ｎ2雰囲気中で行う。温度は５００℃〜１１００℃程度である。より具体的には、室温（約２５℃）から５００℃〜１１００℃まで１〜１８０分間で昇温し、その温度で１〜１８０分間維持し、その後、室温（約２５℃）まで１〜１８０分間かけて冷却する。
【００１９】
また、図３Ｂのような熱処理シーケンスにてイオン拡散の生じない程度の温度にて酸化膜形成を行うことも可能である。温度は５００℃以下が望ましく、Ｎ2／Ｏ2供給を行い、最適酸化膜厚とすることが可能である。それは０．１〜２０ｎｍ程度であることが望ましい。こうすることにより、熱処理工程増加によるイオンプロファイル変動を抑制でき、素子ばらつきを抑制することが可能となる。ここでは、酸化膜厚はアッシング工程と炉アニール工程の両方により形成される。
【００２０】
酸化膜形成はその前の工程において行う。アッシング装置にて、ガスとしてＯ2を用いることにより、基板表面に酸化膜を形成することが可能であり、酸化膜厚は０．１〜２０ｎｍ程度であることが望ましい。こうすることにより、低温（室温〜２００℃程度）にて酸化膜を形成することが可能である。炉アニールによる熱処理にて、膜質が安定する。ここで、炉アニールでは、基板を炉内部に挿入するときに、装置外部の酸素を巻き混むことにより、酸化される。炉アニールの巻き込み酸素膜厚は〜１ｎｍ程度である。このことも考慮して、初期のアッシングによる酸化膜の膜厚を制御することが望ましい。また、基板を挿入するときの初期温度は５００℃程度の低温にすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】Ｂ，Ｃは本発明の第１，２の実施形態による固体撮像装置のシリサイド形成工程を示し、Ａは従来の工程説明図。
【図２】Ａ，Ｂは本発明の第１の実施形態による固体撮像装置のシリサイド形成における熱処理方法を示すグラフ。
【図３】Ａ，Ｂは本発明の第２の実施形態による固体撮像装置のシリサイド形成における熱処理方法を示すグラフ。
【図４】通常の固体撮像装置の構成断面図。
【符号の説明】
【００２２】
１  半導体基板
２  配線
３  素子分離溝
４  転送ゲート
７  フォトダイオード
８  電荷転送部
９  ゲート電極
１０  ソース電極
１１  ドレイン電極
１２  光電変換領域
１３  トランジスタ領域
１４  サイドウォール
１５  絶縁膜
１６  埋め込み絶縁膜
１７  コンタクト金属
１８  金属配線
１９  絶縁保護膜
２０  金属遮光膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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