(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトダイオードと電荷転送部とが形成された撮像領域と、前記撮像領域の外周部に配線が形成された配線領域とを備え、半導体基板表面に第１の拡散領域からなる前記フォトダイオードと第２の拡散領域からなる電荷転送チャネルとが形成された固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板上全面にシリコン窒化膜を形成した後、前記配線領域に形成された前記シリコン窒化膜を除去し、その後、前記半導体基板上全面に導電膜を形成し、前記導電膜をパターニングして、前記電荷転送部の転送電極を前記配線領域まで延在して前記電荷転送チャネル上に形成しながら、または形成後に前記フォトダイオード上の前記シリコン窒化膜を除去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】
前記転送電極を形成後パシべーション保護膜を形成し、その後水素雰囲気中で熱処理を行う請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記転送電極を形成後前記パシべーション保護膜の形成前に、水素雰囲気中で熱処理を行う請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像領域の外周部の配線領域にも十分な水素処理効果が得られ、画像周辺部でのノイズ増加を防止できる固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のインターライン型の固体撮像装置の一例の模式平面図である。１はフォトダイオード、２は垂直転送チャネル、３は水平転送チャネル、４は出力アンプ部、５は垂直転送電極電圧印加端子、６はアルミニウム膜からなる垂直転送電極電圧印加用配線、７は水平転送電極電圧印加端子、８はアルミニウム膜からなる水平転送電極電圧印加用配線である。
【０００３】
フォトダイオード及び電荷転送チャネルである垂直転送チャネル、水平転送チャネルの形成された領域を、以下撮像領域という。この撮像領域では、フォトダイオード１及び垂直転送チャネル２上の垂直転送電極９（図６）によって、垂直電荷転送部が形成され、水平転送チャネル３上の水平転送電極（図示せず）によって、水平電荷転送部が形成されている。
【０００４】
さらに、この撮像領域の外周部の領域で配線やワイヤボンディングを行うためのボンディングパッド（垂直、水平転送電極電圧印加端子５、７）が形成された領域を、以下配線領域と呼ぶ。
【０００５】
図６は、図５のＹ部の拡大図である。Ａで示した領域が撮像領域で、Ｂで示した領域が配線領域である。垂直転送電極９（図５では図示を省略）は、２層のポリシリコンゲートで形成されている。垂直転送電極９ａは１層目のポリシリコンゲートで、垂直転送電極９ｂが２層目のポリシリコンゲートである。垂直転送電極９ａと９ｂとの間には、シリコン酸化膜（図示せず）が形成されており、垂直転送電極９ａと９ｂとは、互いに電気的に絶縁されている。また、垂直転送電極９は、コンタクト１０を介して垂直転送電極電圧印加用配線６と結合している。
【０００６】
図７は、図６のII−II線における断面図である。垂直転送電極９とシリコン酸化膜１５との間には、シリコン窒化膜１６が形成されている。シリコン窒化膜１６は、Ｎ型シリコン基板１１に対向している。このようなシリコン窒化膜１６を形成しているのは、ポリシリコンゲートの端部下での厚いシリコン酸化膜であるゲートバーズビークの増加を抑えるためである。
【０００７】
Ｎ型シリコン基板１１上にはＰウェル１２が形成されている。Ｐウェル１２内の、垂直転送電極９と対向している部分には垂直転送チャネル２が、Ｐウェル１２上に垂直転送電極９が形成されていない部分にはフォトダイオード１が形成されている。
【０００８】
また、シリコン窒化膜１６は垂直転送電極９に沿って、垂直転送電極電圧印加用配線６の形成された領域すなわち配線領域まで形成されている。シリコン酸化膜１５は配線領域で局所酸化（ＬＯＣＯＳ）を行って膜厚を厚くし、配線に電圧が印加されたときに配線領域でトランジスタ動作が起こらないようにしている。
【０００９】
図７に示した固体撮像装置の製造方法は、以下の通りである。Ｎ型シリコン基板１１にＰウェル１２を形成し、配線領域にシリコン酸化膜１５を局所酸化により形成し、次いでＰウェル１２の中にＮ型の垂直転送チャネル２と、フォトダイオード１を形成する。その後全面にシリコン酸化膜１５とシリコン窒化膜１６とポリシリコン膜を形成し、ポリシリコン膜をパターニングし垂直転送電極９を形成する。フォトダイオード１上のシリコン窒化膜１６はポリシリコン膜のパターニング時に同時に除去するか、または垂直転送電極９として形成されたポリシリコン膜をマスクとして除去する。
【００１０】
次に、コンタクト１０と垂直転送電極電圧印加用配線６を形成し、パシベーション保護膜を形成した後、水素処理を行う。水素処理については、特公平７−４４２６２号公報に提案されており、ＰＮ接合や、シリコン基板とシリコン酸化膜との界面で、熱的に発生する電子（暗電流）を低減する効果がある。
【００１１】
具体的には、水素雰囲気中で熱処理を行なうことにより、シリコン中に拡散した水素原子が、シリコン結晶中でシリコン原子同士の結合が乱れて結合が離れた状態にあるところ（ダングリングボンド）に結合し、シリコンがエネルギー的に安定な状態になる。このため、シリコンのバンドギャップ間に出来たエネルギー準位が低減するので、熱電子（暗電流）の発生が抑制されることになる。
【００１２】
このような水素処理では、水素原子はフォトダイオード等のシリコン窒化膜が形成されていない部分から先にシリコン基板内に拡散して行く。これは、シリコン中やシリコン酸化膜中に比べ、シリコン窒化膜中では水素等の物質の拡散係数が小さいためである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記ような従来の固体撮像装置では、撮像領域が存在する領域では固体撮像装置の種類によっては、約数μｍから２０μｍ程度の間隔でシリコン窒化膜１６が除去されているのに対して、配線領域では数十μｍ以上に亘って、シリコン窒化膜１６がシリコン基板を覆っているので、水素処理による暗電流低減効果が、配線領域では十分得られず、配線領域に近い画像周辺部では暗電流によるノイズが多くなり画像欠陥を引き起こしていた。
【００１４】
すなわち、暗電流低減効果の小さい配線領域では、撮像領域と比べてシリコンとシリコン酸化膜との界面で暗電流がより多く発生し、この暗電流がＰウェル１２内を拡散し、一部が配線領域に隣接しているフォトダイオード１や垂直転送チャネル２に入り込むことになる。
【００１５】
その結果、配線領域に隣接しているフォトダイオード１や垂直転送チャネル２では、配線領域に隣接していないフォトダイオード１や垂直転送チャネル２に比べて暗電流が増加し、画像周辺部でノイズが多くなっていた。
【００１６】
また従来より、周辺回路が形成されているアンプ部においてシリコン窒化膜を除去する技術が特開平５−３２１６号公報に提案されているが、この技術は配線領域のシリコン窒化膜を除去する技術ではなく、前記のような問題を解決するものではなかった。
【００１７】
本発明は前記のような従来の問題を解決するものであり、配線領域にも水素処理効果による暗電流低減効果が得られ、画像周辺部のノイズ増加による画像欠陥を防止できる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、半導体基板上に、フォトダイオードと電荷転送チャネル上に転送電極が形成された電荷転送部とを含む撮像領域と、前記撮像領域の外周部に前記転送電極が延在し、配線が形成された配線領域とを備えた固体撮像装置であって、前記撮像領域では前記転送電極と前記半導体基板との間にシリコン窒化膜が形成され、前記配線領域では前記転送電極と前記半導体基板との間にはシリコン窒化膜が形成されていない領域を備えたことを特徴とする。前記のような固体撮像装置によれば、撮像領域と配線領域の両方で、十分な水素処理効果が得られるので、画像周辺部でのノイズ増加による画像欠陥を防止することができる。
【００１９】
前記固体撮像装置においては、前記転送電極が、水平転送電極及び垂直転送電極から選ばれる少なくとも１つの転送電極であることが好ましい。
また、前記フォトダイオードと前記電荷転送部とがそれぞれ列状に形成されていることが好ましい。
【００２０】
また、前記転送電極は前記配線領域の前記配線に接続されていることが好ましい。
また、パシベーション保護膜が形成され、前記パシベーション保護膜形成後に水素雰囲気中で熱処理が行われていることが好ましい。前記のような固体撮像装置によれば、撮像領域と配線領域の両方で、水素処理効果による暗電流低減効果が得られる。
【００２１】
また、前記転送電極を形成後前記パシベーション保護膜の形成前に、水素雰囲気中で熱処理が行われていることが好ましい。
また、前記固体撮像装置が、インターライン型、フレームトランスファー型またはフレームインターライン型であることが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の固体撮像装置の製造方法は、フォトダイオードと電荷転送部とが形成された撮像領域と、前記撮像領域の外周部に配線が形成された配線領域とを備え、半導体基板表面に第１の拡散領域からなる前記フォトダイオードと第２の拡散領域からなる電荷転送チャネルとが形成された固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板上全面にシリコン窒化膜を形成した後、前記配線領域に形成された前記シリコン窒化膜を除去し、その後、前記半導体基板上全面に導電膜を形成し、前記導電膜をパターニングして、前記電荷転送部の転送電極を前記配線領域まで延在して前記電荷転送チャネル上に形成しながら、または形成後に前記フォトダイオード上の前記シリコン窒化膜を除去することを特徴とする。
【００２３】
前記のような固体撮像装置の製造方法によれば、撮像領域と配線領域の両方で、十分な水素処理効果が得られるので、画像周辺部でのノイズ増加による画像欠陥を防止することができる。
【００２４】
前記固体撮像装置の製造方法においては、前記転送電極を形成後パシベーション保護膜を形成し、その後水素雰囲気中で熱処理を行うことが好ましい。前記のような固体撮像装置の製造方法によれば、撮像領域と配線領域の両方で、水素処理効果による暗電流低減効果が得られる。
【００２５】
また、前記転送電極を形成後前記パシベーション保護膜の形成前に、水素雰囲気中で熱処理が行うことが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。従来例と同一のものは同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の断面図である。本図は、図６のII−II線における断面図に相当する。ただし、断面形状は図６のものとは異なる。フォトダイオード１と垂直転送チャネル２は、例えば約１０μｍの中に１組が形成されており、この１組分が約８００列形成されている。フォトダイオード１、垂直転送チャネル２はそれぞれＮ型で形成されている。
【００２８】
撮像領域ではシリコン酸化膜１５の膜厚は例えば約１００ｎｍで、シリコン窒化膜１６は例えば約４０ｎｍの膜厚である。垂直転送電極電圧印加用配線６は、例えば１本約１０μｍの幅のアルミニウム配線が４本形成されている。フォトダイオード１、垂直転送チャネル２、及び垂直転送電極９により、垂直電荷転送部が形成され、水平転送チャネル（図示せず）及び水平転送電極（図示せず）により、水平電荷転送部が形成されている。
【００２９】
シリコン窒化膜１６は垂直転送チャネル２の上部には形成されているが、従来例とは異なり垂直転送電極電圧印加用配線６のある領域すなわち配線領域にはシリコン窒化膜１６は形成されていない。またシリコン酸化膜１５は配線領域で局所酸化（ＬＯＣＯＳ）を行って膜厚が厚くなっており、膜厚は例えば約５００ｎｍである。
【００３０】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、以下の通りである。まず、Ｎ型シリコン基板１１にＰウェル１２を形成し、配線領域に例えば約４００ｎｍのシリコン酸化膜１５を局所酸化により形成し、次いでＰウェル１２の中にＮ型で垂直転送チャネル２と、フォトダイオード１とを形成する。
【００３１】
その後全面に例えば約１００ｎｍのシリコン酸化膜１５を形成する。このことにより、配線領域には約５００ｎｍのシリコン酸化膜が形成されることになる。さらに、例えば約４０ｎｍのシリコン窒化膜１６を形成し、配線領域のシリコン窒化膜１６を除去する。その後全面にポリシリコン膜を形成し、そのポリシリコン膜をパターニングし垂直転送電極９を形成する。
【００３２】
フォトダイオード１上のシリコン窒化膜１６はポリシリコン膜のパターニング時に除去するか、または垂直転送電極９として形成されたポリシリコン膜をマスクとして除去する。
【００３３】
その後、コンタクト１０と例えば膜厚約１μｍのアルミニウム配線である垂直転送電極電圧印加用配線６を形成し、気相成長で例えば膜厚約２００ｎｍのパシベーション保護膜を形成した後、例えば約４００℃の水素雰囲気での熱処理（水素処理）を行う。
【００３４】
この水素処理により、水素はシリコン結晶内のシリコン原子のダングリングボンドに結合し、シリコンがエネルギー的に安定な状態に変わることになる。シリコン単結晶であればバンドギャップが１．１ｅＶであり、１００℃以下の温度では熱による電子の励起（熱電子の発生）はほとんどないのであるが、ダングリングボンド等結晶の乱れがあると、バンドギャップ間にエネルギー準位が生じ、常温に近い温度でも熱電子が発生する。水素処理を行うことにより、ダングリングボンドが抑制され、エネルギー準位を抑制できるので、熱電子の発生を抑制する効果が得られる。
【００３５】
シリコン中やシリコン酸化膜中に比べ、シリコン窒化膜中では水素等の物質の拡散係数が小さいため、水素はシリコン窒化膜１６のないフォトダイオード１の表面から先に拡散する。このことにより、フォトダイオード１とこれと隣接する垂直転送チャネル２において、特に界面でのダングリングボンドを終端し、シリコン窒化膜１６を除去している配線領域でも水素はシリコン基板内に十分に拡散され、配線領域の界面でのダングリングボンドを終端していく。
【００３６】
この結果、水素処理での暗電流低減効果が従来十分でなかった配線領域においても、暗電流低減効果が十分に得られることになる。本実施形態では、配線領域での暗電流が従来の約４分の１に低減され、画像周辺部でのノイズも４分の１に低減され、均一で良好な画質が得られた。
【００３７】
（実施の形態２）
図２（ａ）は、実施形態２に係る固体撮像装置の模式図である。本図に示したものは、フレームトランスファー型の固体撮像装置であり、垂直転送チャネル２が列状に形成され、水平転送チャネル３、出力アンプ４、垂直転送電極電圧印加用配線６、及び水平転送電極電圧印加用配線８を備えている。垂直転送チャネル２は、電荷転送を行い、かつフォトダイオードの役割を果たす。
【００３８】
図２（ｂ）は、実施形態２に係る別の固体撮像装置の模式平面図である。本図に示したものは、フレームインターライン型の固体撮像装置であり、フォトダイオード１、第１の垂直転送チャネル２ａ、及び第２の垂直転送チャネル２ｂが列状に形成され、水平転送チャネル３、出力アンプ４、垂直転送電極電圧印加用配線６、及び水平転送電極電圧印加用配線８を備えている。
【００３９】
第２の垂直転送チャネル２ｂの列は、フォトダイオード１及び第１の垂直転送チャネル２ａの列と水平転送チャネル３との間に形成されている。この第２の垂直転送チャネル２ｂは、電荷転送を行うがフォトダイオードの役割は果たさず、第１の垂直転送チャネル２ａからの電荷を蓄積する。
【００４０】
図３は、図２（ａ）、（ｂ）のI−I線における断面図である。Ｎ型シリコン基板１１上にＰウェル１２が形成されている。Ｐウェル１２の中には、Ｐウェルを分離領域として垂直転送チャネル２（第２の垂直転送チャネル２ｂ）が、例えば約１０μｍのピッチで形成されている。分離領域は、例えば約２μｍである。シリコン酸化膜１５は全面に形成されている。
【００４１】
シリコン窒化膜１６は、垂直転送電極９（図２（ａ）、（ｂ）では図示を省略）とシリコン酸化膜１５との間に形成されている。また、シリコン窒化膜１６は垂直転送電極電圧印加用配線６のある配線領域と、これと隣接する垂直転送チャネルの分離領域で除去されている。すなわち、シリコン窒化膜１６は、配線領域には形成されておらず、垂直転送チャネル２（第２の垂直転送チャネル２ｂ）の上部にのみ形成されていることになる。
【００４２】
配線領域では、局所酸化によりシリコン酸化膜１５の膜厚は他の領域より厚く形成されている。垂直転送電極電圧印加用配線６は、１本が例えば約１０μｍの幅のアルミニウム配線４本で形成されている。
【００４３】
なお、互いに隣接している垂直転送チャネルの間の分離領域でも局所酸化を行ってシリコン酸化膜厚を厚くしても良い。
本実施形態においても、パシベーション保護膜形成後水素処理を行うと、水素原子はシリコン窒化膜が除去されている配線領域と分離領域から先に拡散して行き、前記実施形態１と同様の効果が得られ、画像周辺部でのノイズ増加を防止することができる。さらに、垂直転送チャネル間のシリコン窒化膜を除去しているので、垂直転送チャネル２での暗電流発生も抑制できる。
【００４４】
（実施の形態３）
図４は、実施形態３に係る固体撮像装置の断面図であり、水平転送電極から水平転送電極電圧印加用配線に至る部分の断面図である。本図は、図５のIII−III線における断面図に相当する。ただし、断面形状は図５のものとは異なる。各種膜厚は、前記実施形態１、２と同じである。シリコン窒化膜１６の幅は約１０〜４０μｍの範囲で、水平転送チャネル３の幅に対応している。
【００４５】
また、シリコン窒化膜１６は水平転送電極電圧印加用配線８のある配線領域で除去されている。実施形態１、２と同様に配線領域では局所酸化によりシリコン酸化膜厚１５の膜厚は厚く形成されている。
【００４６】
水平転送チャネル領域及び配線領域にシリコン窒化膜が形成されている従来例の場合であっても、水素処理時においては、水素原子は配線領域から拡散する。本実施形態のものは、水素原子が配線領域から拡散することについては従来例と同様であるが、配線領域にはシリコン窒化膜が形成されていないので水素原子の水平転送チャネル領域への拡散が促進されることになる。本実施形態では、水平転送チャネルで発生していた暗電流を従来例と比べ、５分の２に減少させることが出来た。
【００４７】
なお、前記実施形態１、２では垂直転送電極電圧印加用配線は、左右両側で形状が対称でない場合が多いが、本発明はシリコン窒化膜を均一に除去することにより、水素処理の効果を均一にするのが目的であるため、このことは特に問題ではない。
【００４８】
また、前記実施形態１〜３では、転送電極をポリシリコン膜で形成した例で説明したが、ポリサイド膜でもよく、その他の導電性材料でもよい。
また、垂直転送チャネル、フォトダイオードが形成されているシリコン基板上に、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びポリシリコン膜を形成する製造方法の例を説明したが、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、及びポリシリコン膜を形成後に、垂直転送チャネル、フォトダイオードを形成しても、水素処理を行うときに所定の領域のシリコン窒化膜が除去されていれば同様の効果が得られる。
【００４９】
また、水素処理は複数回行ってもよく、パシベーション保護膜形成後の水素処理に加えて、その前のアルミニウム配線形成後パシベーション保護膜形成前の工程で別途水素処理を行なってもよい。
【００５０】
また、垂直及び水平転送電極電圧印加用配線として、アルミニウム膜を用いる例で説明したが、他の金属材料またはその多層膜でもよい。
また、以上の説明は、フォトダイオードが二次元状に並んだ固体撮像装置の場合について行ったが、フォトダイオードが一次元状に並んだ固体撮像装置においても同様である。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の固体撮像装置によれば、撮像領域には、転送電極と半導体基板との間にシリコン窒化膜が形成され、配線領域には半導体基板と転送電極との間に、シリコン窒化膜が形成されていない領域を備えることにより、撮像領域と配線領域の両方で、十分な水素処理効果が得られ、画像周辺部でのノイズ増加による画像欠陥を防止することができる。
【００５２】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板上の全面に、シリコン窒化膜を堆積した後、前記配線領域に堆積した前記シリコン窒化膜を除去し、前記転送電極を形成する導電膜を堆積させることにより、水素処理の際には撮像領域と配線領域の両方で、十分な水素処理効果が得られるので、画像周辺部でのノイズ増加による画像欠陥を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の断面図
【図２】（ａ）本発明の実施形態２に係るフレームトランスファー型の固体撮像装置の模式平面図
（ｂ）本発明の実施形態２に係るフレームインターライン型の固体撮像装置の模式平面図
【図３】図２のI−I線における断面図
【図４】本発明の実施形態３に係る固体撮像装置の断面図
【図５】従来の固体撮像装置の一例の模式平面図
【図６】図５のＹ部拡大図
【図７】図６のII−II線における断面図
【符号の説明】
１  フォトダイオード
２  垂直転送チャネル
３  水平転送チャネル
４  出力アンプ
５  垂直転送電極電圧印加端子
６  垂直転送電極電圧印加用配線
７  水平転送電極電圧印加端子
８  水平転送電極電圧印加用配線
９  垂直転送電極
１０  コンタクト
１１  Ｎ型シリコン基板
１２  Ｐウェル
１３  水平転送電極
１５  シリコン酸化膜
１６  シリコン窒化膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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