(57)【要約】【課題】ＭＯＳ構造の界面トラップの低減に有利な技術を提供する。【解決手段】固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上に絶縁膜を有する部材を形成する第１工程と、前記第１工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を熱処理する第２工程と、前記第２工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を冷却する冷却工程を含む第３工程と、を含み、前記第３工程における前記冷却工程では、前記部材を常温以上２５０℃以下の温度まで冷却することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に絶縁膜を有する部材を形成する第１工程と、
前記第１工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を熱処理する第２工程と、
前記第２工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を冷却する冷却工程を含む第３工程と、を含み、
前記第３工程における前記冷却工程では、前記部材を常温以上２５０℃以下の温度まで冷却する、
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２工程における前記熱処理は、３８０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度で為される、
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第３工程における前記冷却工程は、１分以内の時間で為される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記第３工程における前記冷却工程は、６０分以上９０分以下の時間で為される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第３工程の後に、前記重水素が存在する前記雰囲気を不活性化ガスで置換する第４工程をさらに含み、
前記第４工程は、前記部材の温度を常温以上２５０℃以下の温度に維持しながら為される、
ことを特徴とする請求項１乃至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６】
前記重水素は、二重水素及び三重水素を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５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】
ＭＯＳ構造において半導体と絶縁膜との界面に存在する原子の未結合手（ダングリングボンド）により生じるいわゆる界面トラップは、ＭＯＳ構造の電気特性に影響をおよぼす。例えば、このような界面トラップは、ＣＭＯＳイメージセンサにおいてはノイズの原因となり、画質を劣化させうる。
【０００３】
特許文献１には、半導体デバイスに水素を含む絶縁性材料を設け、ダングリングボンドを終端するために、活性化エネルギーを与えることによって該水素を前記絶縁性材料から放出（開放）させる方法が開示されている。また、特許文献１では、重水素を用いて熱処理を行うことが考慮されているが、この場合、１０時間もの時間を要するという問題点が指摘されている。特許文献２には、製造の最終工程で、高圧の水素が存在する雰囲気において半導体装置を熱処理（水素処理）する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３４７４７号公報
【特許文献２】特開昭６３−４４７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において記されている重水素を用いた熱処理については、その具体的な方法も成果も開示されていない。また、特許文献２においては、水素処理については記載されているが、重水素を用いた処理については全く考慮されていない。
【０００６】
本発明の目的は、ＭＯＳ構造の界面トラップの低減に有利な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの側面は固体撮像装置の製造方法にかかり、前記固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上に絶縁膜を有する部材を形成する第１工程と、前記第１工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を熱処理する第２工程と、前記第２工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、前記部材を冷却する冷却工程を含む第３工程と、を含み、前記第３工程における前記冷却工程では、前記部材を常温から２５０℃の範囲内の温度まで冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ＭＯＳ構造の界面トラップの低減に有利な技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態及び比較例の熱処理のシーケンスの例を説明する図。
【図２】固体撮像装置の構造の例を説明する図。
【図３】本実施形態及び比較例による測定結果を説明する図。
【図４】他の実施形態による測定結果を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１乃至４を参照しながら、本実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。図１（ａ）は、本件製造方法のシーケンスの例を、縦軸を温度とし、横軸を時間として示している。本実施形態の製造方法は、図１（ａ）に例示されるように、第１工程、第２工程、第３工程及び第４工程を含みうる。第１工程では、半導体基板の上に絶縁膜を有する部材を形成する。第２工程では、第１工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、この部材を熱処理する。第３工程は、第２工程の後に、重水素が存在する雰囲気において、この部材を冷却する冷却工程を含む。第４工程では、第３工程の後に、重水素が存在する雰囲気を不活性化ガスで置換する。また、第２乃至第４工程については、ここでは、ファーネス炉装置を用いた場合を考えるが、他の装置を用いてもよい。
【００１１】
図２を参照しながら、第１工程について述べる。図２は、固体撮像装置を備えた半導体装置の構造の断面の一例を示している。半導体装置は、例えば、以下のような手順で形成されうる。例えば、まず、半導体基板１０１の上に素子分離１０２が形成されうる。素子分離１０２は、酸化シリコン等の絶縁部材を含み、例えば、ＬＯＣＯＳやＳＴＩを形成する。次に、例えば、半導体基板１０１に第１導電型（例えば、Ｐ型）のウェル１０３が形成されうる。
【００１２】
次に、例えば、半導体基板１０１の表面に絶縁膜１０４が形成され、その後、絶縁膜１０４の上に各トランジスタ（転送トランジスタＴＸを含む。）のゲート電極１０５が形成されうる。ゲート電極は、例えば、ポリシリコンを堆積した後でパターニングすることによって形成されうる。次に、例えば、半導体基板１０１にフォトダイオード（蓄積領域１０７と、その表面の拡散層１０６）や、各トランジスタのソース領域及びドレイン領域１０８等の拡散層が形成されうる。
【００１３】
その後、例えば、層間絶縁膜１１６と、コンタクトホール１０９、第１配線層１１０、ビア１１１、第２配線層１１２、ビア１１３及び第３配線層１１４とが、一般的な半導体製造プロセス（Ａｌ配線技術やＣｕダマシン技術等）によって形成されうる。ここでは、３つの配線層を含む構造を示したが、配線層の数はこれに限定されない。さらに、その後、これらを覆うように保護膜１１７が形成され、さらに、外部と電気的に接続するためのパッド１１５が形成されうる。
【００１４】
その後、例えば、第２工程に移行しうる。ここでは、第２工程は、上述の構造が形成された後に為される場合について述べるが、絶縁膜を形成した後に為されればよく、例えば、コンタクトホールを形成する工程の後や、第１乃至第３配線層のいずれかを形成する工程の後に為されてもよい。第２工程では、重水素が存在する雰囲気において、第１工程で得られた半導体装置を熱処理する。第２工程における熱処理は、例えば、３８０℃以上５５０℃以下の範囲内の温度で為されるとよい。
【００１５】
第３工程は、重水素が存在する雰囲気において、第１工程で得られた半導体装置を冷却する冷却工程を含む。第３工程における冷却工程では、常温以上２５０℃以下の温度まで冷却しうる。本実施形態のように第１工程と等しい温度まで冷却していることが好ましいが、それには限らず、第４工程で更に冷却を行い第１工程と等しい温度にしてもよい。第３工程における冷却工程は、少なくとも実施されれば良く、好ましくは９０分の範囲内の時間で為されるとよい。その効果は、後述の実測結果と併せて述べる。また、第３工程における冷却工程は、１分以内の時間で為されると、さらに大きな効果が得られる。また、第３工程は、１気圧以下の圧力の下で為された場合を考えているが、高圧条件の下で為されてもよい。
【００１６】
第４工程では、重水素が存在する雰囲気を不活性化ガスで置換する。第４工程は、第１工程で得られた半導体装置の温度を常温から２５０℃の範囲内の温度に維持しながら為されうる。本実施形態では一定の温度であるが、２５０℃の範囲内の温度に維持されていればよい。また、不活性化ガスには、例えば、窒素ガスが用いられうる。以上のようにして、ダングリングボンドを重水素によって終端し、また、終端されたダングリングボンドから重水素が脱離することを抑制しうる。
【００１７】
ここで、図１（ｂ）を参照しながら、比較例のシーケンスを述べる。比較例のシーケンスでは、半導体基板１０１を冷却する冷却工程が為されていない。重水素による熱処理を行った後は、炉内の雰囲気を所定の時間にわたって不活性化ガスで置換し、その後に半導体基板１０１が取り出される。しかし、比較例のように、冷却工程が為されない状態で前述の不活性化ガスによる置換を行うと、終端されたダングリングボンドから重水素が脱離してしまう可能性がある。
【００１８】
図３は、固体撮像装置のノイズ（以下、単に「センサノイズ」という。）の本実施形態の製造方法による低減効果を、縦軸をセンサノイズとし、横軸を第３工程の冷却工程において冷却した後の温度として示している。また、この結果は、第２工程が、温度４３５℃の条件下において２時間にわたって行われ、第３工程の冷却工程が９０分で為された場合のものを示している。また、横軸が４３５℃の点にプロットされている結果は、冷却工程が為されなかった場合、即ち、比較例の方法で熱処理が為された場合のものを示している。また、さらに、図３には、水素を用いて熱処理が為された場合の結果についてもプロットしている。また、これらの実験結果は、水素を用いて比較例の方法で熱処理が為された場合の結果で規格化したものがプロットされている。図３によると、重水素を用いて熱処理が為された場合のセンサノイズは、水素を用いた場合に比べて小さい。また、前述の第３工程の冷却工程を経て、２５０℃以下の温度まで冷却することにより、センサノイズが効果的に低減できていることが分かる。なお、本実施形態での重水素には、二重水素を使用している。
【００１９】
また、図４には、第３工程における冷却工程が１分で為された場合の実験結果を追加してプロットしている。図４によると、該冷却工程が短時間で為されることにより、センサノイズがさらに低減されていることが分かる。よって、第３工程における冷却工程は、９０分の範囲内の時間で為されるとよく、さらに、５分以下、より好ましくは１分以下の範囲内の時間で為されるとさらによい。該冷却工程の途中においても終端されたダングリングボンドから重水素（又は水素）が脱離してしまう可能性があるため、本実施形態のように、短時間で冷却することによって、この脱離の発生を抑制している。また、冷却時には、配線などの熱膨張係数の違いによる応力差が生じ、熱衝撃が生じてしまう。よって、６０分以上９０分以下の範囲内で為されることが好ましい。
【００２０】
以上、本実施形態の製造方法によると、ダングリングボンドを重水素によって終端し、また、終端されたダングリングボンドから重水素が脱離することを抑制することができ、よって、ＭＯＳ構造の界面トラップを低減することができる。
【００２１】
本実施形態の製造方法は、上記方法に限られるものではなく、目的、状態、用途、機能、およびその他の仕様の変更が適宜可能であり、他の実施形態によっても実施されうる。例えば、重水素は二重水素及び三重水素の少なくともいずれか一方を含み、特に、三重水素の場合は、界面トラップを低減する効果がさらに得られうる。また、例えば、第１乃至第３工程のそれぞれは１気圧以下の圧力の下で為された場合を考えたが、これらの工程は高圧条件の下で為されてもよい。この場合は、より多くの重水素が存在する雰囲気において第１乃至第３工程のそれぞれが為されることにより、界面トラップを低減する効果がさらに得られうる。また、第３工程における冷却工程は、前述の熱衝撃に鑑みて、６０分以上９０分以下の範囲内で為されてもよい。
【００２２】
また、以上では、カメラに含まれる固体撮像装置の製造方法について述べたが、カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、この固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含みうる。この処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、このＡ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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