(57)【要約】【課題】白キズや読み出し特性を改善することができる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】半導体基板１１と、半導体基板１１に形成された光電変換部と、光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部３１と、第１電荷転送電極１７と、第２電荷転送電極２１とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板１１上に、酸化シリコン膜１３と、窒化シリコン膜１４と、酸化シリコン膜１５とを順に積層させてなるゲート絶縁膜１２が形成され、電荷転送部３１上に窒化シリコン膜１４を設けない除去部１６を形成し、第１電荷転送電極１７をパターン形成し、第１電荷転送電極１７からはみ出す除去部１６上に上層窒化シリコン膜１８を形成した後で、第２電荷転送電極２１をパターン形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、第１電荷転送電極と、第２電荷転送電極とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板上に、酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とを順に積層させてなるゲート絶縁膜が形成され、前記電荷転送部上に前記窒化シリコン膜を設けない除去部を形成し、前記第１電荷転送電極をパターン形成し、前記第１電荷転送電極からはみ出す前記除去部上に上層窒化シリコン膜を形成した後で、前記第２電荷転送電極をパターン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２】
半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、第１電荷転送電極と、第２電荷転送電極とを備えた固体撮像素子であって、
前記半導体基板上に、酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とを順に積層させてなるゲート絶縁膜が形成され、前記電荷転送部上に前記窒化シリコン膜を設けない除去部が形成され、前記第１電荷転送電極からはみ出す前記除去部上に上層窒化シリコン膜が形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
一般に、固体撮像素子は、シリコンなどの半導体基板に形成されたフォトダイオードなどの光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送するための電荷転送電極とを備えた構成である。
【０００３】
また、従来の固体撮像素子には、半導体基板と電荷転送電極との間に、第１酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、第２酸化シリコン膜とを順に堆積してなるゲート絶縁膜を設けた構成のものがある。このような固体撮像素子では、電荷転送ゲートの電荷読み出し経路でホットキャリアが発生し、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に起因して読み出し電圧の経時劣化を引き起こしてしまうという問題があった。そこで、図４に示すように、半導体基板１上のゲート絶縁膜２を構成する、酸化シリコン膜３と、窒化シリコン膜４と、酸化シリコン膜５のうち、電荷がトラップされる箇所の窒化シリコン膜４を選択的にエッチングで除去した除去部６を形成することで読み出し電圧の経時劣化を抑制することを図っている（例えば、下記特許文献１から３参照）。図４において、７は第１電荷転送電極を示し、９は第２電荷転送電極を示し、８は層間絶縁膜を示している。ｔは電荷転送領域を示している。また、図５に示す固体撮像素子のように、半導体基板１上のゲート絶縁膜２を局所的に除去する構成のものがある。
【０００４】
特許文献３は、特許文献２をさらに改良し、白キズの発生を防止することと、読み出し特性をより一層改善できる構造の固体撮像素子及びその製造方法に関するものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３２５４７号公報
【特許文献２】特開２００６−４１０２２号公報
【特許文献３】特開２００１−４４４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示す固体撮像素子のように、ゲート絶縁膜２のうち窒化シリコン膜４を部分的に除去する構成では、第１電荷転送電極７と第２電荷転送電極９との間に層間絶縁膜８を形成するため、酸化工程を行う際に、半導体基板１と第１電荷転送電極７との境界部において、層間絶縁膜８が第１電荷転送電極７の底部側に入り込んだ状態で酸化されてしまう。このように、層間絶縁膜８が第１電荷転送電極７の底部側にオーバーハング状に入り込んだ部位を、断面視において、鳥の嘴状に見えることから、ゲートバーズビークともいう。この影響で、次の（i）から（iii）のような不具合が発生する。
【０００７】
（i）電荷転送電極に印加した際の電界が、該電荷転送電極のエッジ部で本来加えるべき電界を加えることができず、電荷の読み出しを妨げる一つの要因となる。また、層間絶縁膜の厚さのばらつきに応じてゲートバーズビークの形状も変動して電荷の読み出し特性が不安定になる要因となる。
（ii）第１電荷転送電極と第２電荷転送電極との間に層間絶縁膜を形成する際の層間酸化時に生じるゲートバーズビークで応力が発生し、結晶欠陥が生じて白キズが増加する要因となる。
（iii）層間酸化時に、半導体基板の表面も酸化されて表面のボロン層が偏析により濃度が低下し、白キズの要因となる。
【０００８】
または、第１電荷転送電極と第２電荷転送電極との間の層間絶縁膜を熱酸化膜ではなく、ＣＶＤ法で形成する構造の場合には、層間酸化膜を全面エッチングしてサイドウォールを形成し、該サイドウォールを層間酸化膜として用いることもできる。このような構成において、図４に示す窒化シリコン膜を部分的に除去した構成と組み合わせた場合に、図５に示すように、第１電荷転送電極７のパターニングの合わせずれマージンを確保するため、第１電荷転送電極７から電荷転送部ｔ上にはみ出した部位をエッチング除去する。この除去の際に、半導体基板１の表面が露出し、露出した部位にエッチングダメージが発生して白キズが増加してしまう点で改善の余地があった。
【０００９】
なお、特許文献１では、局所的に除去した箇所でシリコン基板が酸化されてしまい、応力発生や不純物の解析を引き起こすことや、電荷転送電極の底部でエッチング残りが発生してしまう点で改善の余地があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、白キズや読み出し特性を改善することができる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】
【００１１】
本発明の上記目的は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、第１電荷転送電極と、第２電荷転送電極とを備えた固体撮像素子の製造方法であって、前記半導体基板上に、酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とを順に積層させてなるゲート絶縁膜が形成され、前記電荷転送部上に前記窒化シリコン膜を設けない除去部を形成し、前記第１電荷転送電極をパターン形成し、前記第１電荷転送電極からはみ出す前記除去部上に上層窒化シリコン膜を形成した後で、前記第２電荷転送電極をパターン形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法によって達成される。
【００１２】
また、本発明の上記目的は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部と、第１電荷転送電極と、第２電荷転送電極とを備えた固体撮像素子であって、前記半導体基板上に、酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、酸化シリコン膜とを順に積層させてなるゲート絶縁膜が形成され、前記電荷転送部上に前記窒化シリコン膜を設けない除去部が形成され、前記第１電荷転送電極からはみ出す前記除去部上に上層窒化シリコン膜が形成されていることを特徴とする固体撮像素子によって達成される。
【００１３】
本発明は、ゲート絶縁膜の窒化シリコン膜のない除去部に上層窒化シリコン膜を形成している。すると、第１電荷転送電極と第２電荷転送電極との間の層間絶縁膜を層間酸化で形成する際に、上層窒化シリコン膜が形成されている領域では層間絶縁膜が形成されることを防止できる。このため、層間酸化によって、第１電荷転送電極とゲート絶縁膜との間にゲートバーズビークが形成されることを防止することができる。また、窒化シリコン膜の除去部が、上層窒化シリコン膜によって覆われているため、半導体基板の表面が層間酸化の際に、ダメージをうけてしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、白キズや読み出し特性を改善することができる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】
【００１５】
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（ａ）から（ｃ）は、第１実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明するための図である。
本実施形態の固体撮像素子は、シリコンなどの半導体基板１１を備えており、半導体基板１１には、図示しないフォトダイオードなどの光電変換部と、不純物イオンドーピングによって、電荷転送チャネルやストッパ領域が形成されている。また、半導体基板１１には、光電変換部で生じた電荷を転送する電荷転送部３１が形成されている。
【００１６】
半導体基板１１の上には、酸化シリコン膜１３と、窒化シリコン膜１４と、酸化シリコン膜１５と、が順に、ＣＶＤ法などによって積層されている。酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１３と、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜１４と、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜１５とにより、ゲート絶縁膜１２が構成されており、いわゆる、ＯＮＯ膜構造を有している。本実施形態では、酸化シリコン膜１３の膜厚を３５ｎｍとし、窒化シリコン膜１４の膜厚を５０ｎｍとし、酸化シリコン膜１５の膜厚を５ｎｍとした。
【００１７】
ゲート絶縁膜１２において、電荷転送部３１上の領域には、窒化シリコン膜１４を設けない、該窒化シリコン膜１４の除去部１６が形成されている。つまり、除去部１６の領域においては、ゲート絶縁膜１２が酸化シリコン膜１３，１５とを堆積させた構成となる。除去部１６は、窒化シリコン膜１４を酸化シリコン膜１３上にＣＶＤ法で形成した後、除去部１６を形成する箇所だけレジストをマスクに用いてエッチングし、該窒化シリコン膜１４を除去することで形成される。除去部１６を設けることで、電荷転送時に電荷転送部によって転送される電荷が窒化シリコン膜１４にトラップされてしまうことを回避することができる。
【００１８】
ゲート絶縁膜１２を形成した後、ポリシリコンなどからなる電極材料層を積層し、レジストマスクでパターン形成することで第１電荷転送電極１７を形成する。このとき、第１電荷転送電極とゲート絶縁膜１２との境界部が、電荷転送部３１上の領域に含まれるとともに、除去部１６を形成した領域が、第１電荷転送電極１７とゲート絶縁膜１２との境界部からはみ出すように構成する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態では、第１電荷転送電極１７をパターン形成した後、できるだけ薄い膜厚（１０〜２０ｎｍ）で上層窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）膜１８を形成する。このとき、窒化シリコン膜１８は、第１電荷転送電極１７とゲート絶縁膜１２との境界部からはみ出ている除去部１６を全て覆うように形成される。窒化シリコン膜１８を形成する手順は、まず、ゲート絶縁膜１２上の第１電荷転送電極１７を含めた全面にＣＶＤ法などによって形成し、その後、第１電荷転送電極１７とゲート絶縁膜１２との境界部からはみ出ている除去部１６を覆うように、パターニングする。
【００２０】
ここで、薄い膜厚の上層窒化シリコン膜１８を用いるのは、層間絶縁膜を形成する際の層間酸化時に第１電荷転送電極１７表面の酸化や除去部の酸化を抑制するためであり、第２電荷転送電極のエッチング時の選択比を考慮した最小限の厚さであればよい。また、上層窒化シリコン膜１８は、更に上層に形成する図示しない遮光膜との位置関係にもよるが、薄ければ薄いほどスミアの増加を抑制することができる。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、上層窒化シリコン膜１８を形成した後で、層間酸化を行い、第１電荷転送電極１７の上面及び側面に層間絶縁膜１９を形成する。本実施形態では、熱酸化によって層間絶縁膜１９を形成する。このとき、第１電荷転送電極１７の表面の、上層窒化シリコン膜１８に覆われた箇所では、酸化が妨げられるため、層間絶縁膜が形成されない。そして、層間絶縁膜１９を形成した後、図１（ｃ）に示すように、第２電荷転送電極２１をパターン形成する。なお、第２電荷転送電極は、第１電荷転送電極と同様に、レジストをマスクとして用いてエッチング除去することでパターニングすることができる。
【００２２】
本実施形態の製造方法では、ゲート絶縁膜１２の窒化シリコン膜１４のない除去部１６に上層窒化シリコン膜１８を形成している。すると、第１電荷転送電極１７と第２電荷転送電極２１との間の層間絶縁膜１９を層間酸化で形成する際に、上層窒化シリコン膜１８が形成されている領域では層間絶縁膜１９が形成されることを防止できる。このため、層間酸化によって、第１電荷転送電極１７とゲート絶縁膜１２との間にゲートバーズビークが形成されることを防止することができる。また、窒化シリコン膜１４の除去部１６が、上層窒化シリコン膜１８によって覆われているため、半導体基板１１の表面が層間酸化の際に、ダメージをうけてしまうことを防止することができる。
【００２３】
図２及び図３に、本発明にかかる第２実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一の符号又は相当する符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、最初に、上記第１実施形態と同様に、半導体基板１１上にゲート絶縁膜１２を形成し、ゲート絶縁膜１２上に第１電荷転送電極１７を構成する材料層と、第１電荷転送電極１７の上層に窒化シリコン膜１７ａとを形成する。本実施形態のゲート絶縁膜１２は、第１実施形態と同様に、電荷転送部３１上の領域に、窒化シリコン膜１４を設けない、該窒化シリコン膜１４の除去部１６が形成されている。窒化シリコン膜１７ａ上には、第１電荷転送電極１７をパターンエッチングするためのレジスト層Ｒが形成されている。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、エッチングによって、第１電荷転送電極１７及び窒化シリコン膜１７ａをパターニングする。次に、図２（ｃ）に示すように、第１電荷転送電極１７からはみ出ている除去部１６を完全に覆うように、窒化シリコン膜１８を形成する。
【００２６】
窒化シリコン膜１８を形成した後、図３（ａ）に示すように、ＣＶＤ法によって層間絶縁膜２２を全面に形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２２を全面ドライエッチングにより除去することで、層間絶縁膜２２を第１電荷転送電極１７の両側（図３における左右の両側）にサイドウォール状に残す。そして、図３（ｃ）に示すように、第１電荷転送電極１７及び窒化シリコン膜および層間絶縁膜２２を覆うように、全面に酸化シリコン膜２３を形成し、その後、第２電荷転送電極２１を上記実施形態と同様にパターン形成する。
【００２７】
本実施形態の製造方法によれば、電荷転送電極１７と第２電荷転送電極２１との間の層間絶縁膜２２をＣＶＤ法で形成する場合には、上層窒化シリコン膜１８によってゲートバーズビークが形成されることを防止できる。また、窒化シリコン膜１４の除去部１６が、上層窒化シリコン膜１８によって覆われているため、半導体基板１１の表面が、層間絶縁膜２２のエッチングの際に、エッチングダメージをうけてしまうことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。
【図２】第２実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。
【図３】第２実施形態の固体撮像素子の製造方法の手順を説明する図である。
【図４】従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。
【図５】従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００２９】
１１    半導体基板
１２    ゲート絶縁膜
１３，１５    酸化シリコン膜
１４    窒化シリコン膜
１６    （窒化シリコン膜の）除去部
１７    第１電荷転送電極
１８    上層窒化シリコン膜
１９，２２    層間絶縁膜
２１    第２電荷転送電極
３１    電荷転送部
【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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