(57)【要約】【課題】固体撮像素子の周辺回路におけるＬＤＤ構造のトランジスタ形成のためのサイドウォールの形成にあたり、マスク数あるいは工程数の増大を招くことなく位置ずれを防止し、セルフアラインでＬＤＤ構造のトランジスタを形成する。【解決手段】周辺回路部にＬＤＤ構造のトランジスタを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記トランジスタのゲート電極の側壁にＬＤＤ構造の低濃度不純物領域を形成するためのサイドウォールを形成する工程が、高屈折材料で構成された絶縁膜を形成する工程と、光電変換部を覆う前記絶縁膜を被覆するようにレジストパターンで被覆する工程と、前記レジストパターンから露呈する絶縁膜を異方性エッチングにより、前記ゲート電極の側壁に前記絶縁膜を残留させるようにパターニングし、光電変換部を覆う反射防止膜と、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールとを同時に形成するパターニング工程とを含むことを特徴とする。【選択図】図１０
2009054700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺回路部にＬＤＤ構造のトランジスタを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記トランジスタのゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程が、
絶縁膜を形成する工程と、
光電変換部を覆う前記絶縁膜を被覆するように、レジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンから露呈する絶縁膜を異方性エッチングにより、前記ゲート電極の側壁に前記絶縁膜を残留させるようにパターニングし、光電変換部を覆う反射防止膜と、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールとを同時に形成するパターニング工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記パターニング工程が、
ＬＤＤ構造のトランジスタを形成した後、前記光電変換部上を覆う前記反射防止膜を肉薄化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記肉薄化する工程は、
等方性エッチングを行うことで、前記反射防止膜の厚さを所望の厚さまで肉薄化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記絶縁膜を形成する工程は、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記サイドウォールを形成する工程は、ゲート電極の両側で６５ｎｍ以下となるようにサイドウォールを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
基板上に光電変換部を形成する工程と、
基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記基板上に、ゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極の上層に、絶縁膜を成膜する工程と、
前記絶縁膜をエッチングし、前記ゲート電極の側壁に選択的に残留させることで、サイドウォールを形成する工程と、
前記第１の電極間に第２の電極が位置するようにし、第１の電極と第２の電極とを備えた電荷転送電極を形成する工程とを含み、
前記サイドウォールを形成する工程が、前記基板上を覆う絶縁膜の一部を残して異方性エッチングを行う第１のエッチング工程と、
前記基板上に残留する前記絶縁膜を等方性エッチングで除去する第２のエッチング工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
周辺回路部にＬＤＤ構造のトランジスタを有する固体撮像素子であって、
前記トランジスタのゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールは、光電変換部を覆う反射防止膜と同一工程で形成された絶縁膜で構成された固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁膜は窒化シリコン膜である固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子にかかり、特に固体撮像素子の周辺回路を構成するＬＤＤ構造のトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどからなる光電変換部と、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部とを有する。
【０００３】
近年、ＣＣＤの高画素化に伴い、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
このような状況の中で高感度を確保するためには、受光エリアを縮小するのは困難であり、結果として、周辺回路部および電荷転送電極の占有面積の縮小化を余儀なくされている。
【０００４】
従来、固体撮像素子の周辺回路にＬＤＤ構造のトランジスタを用いる場合、高濃度不純物領域を形成するためのマスクとなるサイドウォールを形成するに際し、マスクを用いてパターニングするという方法（マスクドＬＤＤ）がとられている。
【０００５】
この方法では、ＬＤＤ構造の形成工程を図１３乃至図１６に示す。各図において（ａ）は光電変換部および電荷転送部を示し、（ｂ）は周辺回路部を示す。ＬＤＤ構造の形成に際しては、図１３に示すように、ゲート電極（を構成する第２層導電性膜）３ｂのパターンの側壁にフォトリソグラフィにより形成したマスクＲ４を用いて１．２×１０１５ｃｍ−２程度の砒素Ａｓをイオン注入し、ソースドレインとなる高濃度不純物領域１１を形成する。このとき、マスクＲ４を高精度に位置決めするのは極めて困難であり、図１３（ｂ）に示すように位置ずれが生じ易い。
【０００６】
この後、レジストＲ４を剥離し、再度光電変換部および電荷転送部上をフォトリソグラフィにより形成したレジストパターンＲ５からなるマスクで覆った状態でイオン注入を行い、周辺回路部の第２層導電性膜３ｂで形成されたゲート電極３ｂに自己整合的にｐウェル１ｐ内に８．５×１０１２ｃｍ−２程度のリンＰを注入しｎ型領域を形成し、低濃度不純物領域１０を形成する（図１４（ａ）および（ｂ））。
【０００７】
この後、基板表面全体に、ＬＰＣＶＤ法により、窒化シリコン膜６を形成し、反射防止膜をパターニングするためのレジストパターンパターンＲ６を形成する（図１５（ａ）および（ｂ））。
【０００８】
この後、このレジストパターンＲ６をマスクとして、エッチングし、光電変換部上の反射防止膜６をパターニングする。（図１６（ａ）および（ｂ））。
【０００９】
このようにして、周辺回路部のＬＤＤトランジスタが形成される。
このようにＬＤＤ構造の高濃度不純物領域形成のためのマスクをフォトリソグラフィにより形成しているため、位置ずれが生じ易く、高度の合わせ精度が必要であり、製造が困難であるという問題があった。
【００１０】
そこで通常のロジックＩＣと同様に、セルフアラインでサイドウォールを形成するという方法も提案されている（例えば特許文献１）。この方法では、エッチバックによりゲート電極の側壁にサイドウォールを形成するもので、エッチング工程における光電変換部のダメージを防止するため、エッチバックに先立ち、光電変換部にマスクを形成するものである。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−２０００８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１では、エッチバックにより周辺回路のＬＤＤトランジスタを形成するに際し、光電変換部を覆うようにマスクパターンを形成しておき、ゲート電極の側面にサイドウォールを形成している。
【００１３】
この場合、異方性エッチングを用いた全面エッチバックにより、ゲート電極の側面以外の酸化シリコン膜を除去してサイドウォールを形成するという方法がとられている。この方法では光電変換部を覆うマスクパターンの形成が必要となり、マスク数および工程数が増大するという問題がある。
【００１４】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、固体撮像素子の周辺回路におけるＬＤＤ構造のトランジスタ形成のためのサイドウォールの形成にあたり、マスク数あるいは工程数の増大を招くことなく位置ずれを防止し、セルフアラインでＬＤＤ構造のトランジスタを形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
そこで本発明は、周辺回路部にＬＤＤ構造のトランジスタを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記トランジスタのゲート電極の側壁にサイドウォールを形成する工程が、高屈折材料で構成された絶縁膜を形成する工程と、光電変換部を覆う前記絶縁膜を被覆するように、レジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンから露呈する絶縁膜を異方性エッチングにより、前記ゲート電極の側壁に前記絶縁膜を残留させるようにパターニングし、光電変換部を覆う反射防止膜と、前記ゲート電極の側壁を覆うサイドウォールとを同時に形成するパターニング工程とを含むことを特徴とする。
上記構成によれば、反射防止膜としての機能を有する絶縁膜を形成し光電変換部のパターニングを行った後、異方性エッチングによりサイドウォールを形成しており、光電変換部が反射防止膜によって保護されるため、別途保護膜を形成する工程が不要となり、またサイドウォールが同時形成できるため、工数の低減を図ることが可能となる。
【００１６】
また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記パターニング工程が、前記ＬＤＤ構造のトランジスタを形成した後、前記光電変換部を覆う反射防止膜の厚さを肉薄化する工程とを含む。
上記構成によれば、ＬＤＤ構造を形成するのに必要な膜厚のサイドウォールを形成し、このサイドウォールをマスクとして高濃度不純物領域を形成し、後に反射防止膜として所望の光学特性を得ることができる膜厚となるように肉薄化すればよい。つまり同一工程で形成しながらも、独立してサイドウォール、反射防止膜それぞれに適切な膜厚を選択することができる。
【００１７】
また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記肉薄化する工程は、等方性エッチングを行うことで、前記反射防止膜の厚さを所望の厚さまで肉薄化する工程を含む。
この構成により、高濃度不純物の導入後、等方性エッチングを実行することで、残留する膜にダメージを与えることなく所望の光学特性を得ることができる。また異方性エッチングを用いてもよいことはいうまでもない。
【００１８】
また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程は、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程を含む。
この構成により、反射防止膜としても不純物導入マスクとしてのサイドウォール材料としても有効である。
【００１９】
また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記サイドウォールを形成する工程は、ゲート電極の両側で６５ｎｍ以下となるようにサイドウォールを形成する工程を含む。
６５ｎｍ以下であれば、反射防止膜としても十分な光学特性を得ることができる。
【００２０】
また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、基板上に光電変換部を形成する工程と、基板上にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記基板上に、ゲート電極を形成する工程と、前記ゲート電極の上層に、絶縁膜を成膜する工程と、前記絶縁膜をエッチングし、前記ゲート電極の側壁に選択的に残留させることで、サイドウォールを形成する工程と、前記第１の電極間に第２の電極が位置するようにし、第１の電極と第２の電極とを備えた電荷転送電極を形成する工程とを含み、前記サイドウォールを形成する工程が、前記基板上を覆う絶縁膜の一部を残して異方性エッチングを行う第１のエッチング工程と、前記基板上に残留する前記絶縁膜を等方性エッチングで除去する第２のエッチング工程とを含む。
【００２１】
また、本発明は、周辺回路部にＬＤＤ構造のトランジスタを有する固体撮像素子であって、前記トランジスタのゲート電極の側壁に形成されたサイドウォールは、光電変換部を覆う反射防止膜と同一工程で形成された絶縁膜で構成されたものを含む。
【００２２】
また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記絶縁膜は窒化シリコン膜であるものを含む。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、前記サイドウォールと、反射防止膜とを同時形成しているため、サイドウォール形成のための異方性エッチングに際して光電変換部上は反射防止膜で被覆された状態となっているため、別途マスクを形成することなく光電変換部へのダメージを低減することができ、容易に信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
（実施の形態１）
本実施の形態の方法は、図１乃至図１０にその工程図を示すように、反射防止膜としての機能を有する絶縁膜を形成し光電変換部のパターニングを行うと同時に、異方性エッチングによりサイドウォールを形成したことを特徴とする。したがって、サイドウォールの異方性エッチングに際して、光電変換部が反射防止膜によって保護されることになり、別途保護膜を形成する工程が不要となり、またサイドウォールが同時形成できるため、工数の低減を図ることが可能となる。
【００２５】
図１乃至図１０において（ａ）は受光部および電荷転送部の要部断面を示す図であり、（ｂ）は周辺回路部を示す図である。
本実施の形態において、反射防止膜と、周辺回路部のＬＤＤトランジスタのサイドウォールの形成工程を除く、他の構造は従来の固体撮像素子と同様であり、詳細な説明は省略するが、光電変換部３０と、前記光電変換部３０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４０とを具備し、光電変換部を覆うように窒化シリコン膜６からなる反射防止膜で被覆し、ゲート電極の側壁に窒化シリコン膜６を残すように異方性エッチングを行い、サイドウォール６ｓを形成している。
【００２６】
なおこのゲート絶縁膜２は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との３層構造膜で構成される。
【００２７】
電荷転送部４０は、電荷転送電極上面には中間層（図示せず）が形成される。そしてフォトダイオード領域３０（光電変換部）部分を除いて図示しない遮光膜、窒化シリコン膜からなる反射防止層６が設けられ、凹部にＢＰＳＧ膜からなる平坦化膜が形成される。そしてこの上層に透明樹脂膜からなるパッシベーション膜が設けられる。
【００２８】
そしてこの中間層の上方には、さらにカラーフィルタ、マイクロレンズが設けられる。また、カラーフィルタとマイクロレンズとの間には、必要に応じて絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層が充填されていてもよい。
また、素子配列についても、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子、正方格子型の固体撮像素子のいずれにも適用可能であることはいうまでもない。
【００２９】
次にこの固体撮像素子の製造工程について図１乃至および図１０を参照しつつ詳細に説明する。
まず、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１表面に不純物濃度１．５×１０１２ｃｍ−２程度のボロンＢを注入しｐ-ウェル１ｐを形成する。
【００３０】
次いで、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ｐ-ウェル１ｐ内に図示しないレジストパターンを介してイオン注入を行い電荷転送路を構成するｎ型不純物領域１ｎを形成する。ここでは濃度１．１×１０１２ｃｍ−２程度のリンＰを注入する。
【００３１】
そして、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、たとえば膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜と、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜を形成し、３層構造のゲート絶縁膜２を形成し、続いて、このゲート絶縁膜２上に、減圧ＣＶＤ法により、膜厚５０〜３００nmの第１層導電性膜３ａとしての第１層多結晶シリコン膜を形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。この後パターニングにより第１の電極３ａを形成する。
【００３２】
そして、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、そしてこの第１層導電性膜を熱酸化し酸化シリコン膜４を形成した後、再度減圧ＣＶＤ法により、膜厚５０〜３００nmの第２層導電性膜３ｂとしての第２層多結晶シリコン膜を形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。
【００３３】
この後、フォトリソグラフィにより第２層導電性膜３ｂをパターニングした後、さらに第２層導電性膜３ｂを熱酸化し酸化シリコン膜５を形成する（図５（ａ）および（ｂ））。
【００３４】
そして、フォトリソグラフィにより形成したマスク（図示せず）を介してイオン注入を行いｐウェル１ｐ内に８．０×１０１１ｃｍ−２程度のリンＰを注入しｎ型領域を形成し、光電変換部３０としてのフォトダイオードを形成する（図６（ａ）および（ｂ））。
【００３５】
この後、受光部および電荷転送部上をフォトリソグラフィにより形成したレジストパターンＲ１からなるマスク（図示せず）で覆った状態でイオン注入を行い、周辺回路部の第２層導電性膜３ｂで形成されたゲート電極に自己整合的にｐウェル１ｐ内に８．５×１０１２ｃｍ−２程度のリンＰを注入しｎ型領域を形成し、低濃度不純物領域１０を形成する（図７（ａ）および（ｂ））。
【００３６】
この後、基板表面全体に、ＬＰＣＶＤ法により、膜厚３０〜４０ｎｍ程度の窒化シリコン膜６を形成する（図８（ａ）および（ｂ））。
【００３７】
さらに光電変換部３０上の反射防止膜形成領域を覆うようにフォトリソグラフィにより形成したレジストパターンＲ２を形成する（図９（ａ）および（ｂ））。
【００３８】
この後、このレジストパターンＲ２をマスクとして、ＣＨＦ３とＣＦ４とＡｒとを用いた反応性イオンエッチングによりエッチングし、光電変換部上の反射防止膜６をパターニングすると同時に周辺回路部の第２層導電性膜３ｂからなるゲート電極の側壁にサイドウォール６ｓを形成する。このようにして形成されたサイドウォール６ｓをマスクとして１．２×１０１５ｃｍ−２程度の砒素Ａｓをイオン注入し、自己整合的にソースドレインとなる高濃度不純物領域１１を形成する（図１０（ａ）および（ｂ））。
【００３９】
このようにして、周辺回路部のＬＤＤトランジスタが形成される。
【００４０】
そして遮光層、平坦化膜等の中間層を形成し、カラーフィルタ、マイクロレンズなどを形成して、固体撮像素子を得る。
【００４１】
上記方法によれば、サイドウォールの形成に際し、光電変換部の反射防止膜と同時形成することによって、光電変換部表面がダメージをうけることなく、かつ微細化に際しても高精度で位置ずれのないサイドウォールの形成が可能となり、ひいては高精度で信頼性の高いＬＤＤ構造を得ることが出来る。
【００４２】
また、このようにして形成された固体撮像素子によれば、反射防止膜を別途形成する必要がなく、工数の低減をはかることも可能となる。
【００４３】
この方法によれば、位置ずれのないＬＤＤ構造を形成することができるため、マージンが不要となり素子の微細化をはかることが可能となる。
【００４４】
（実施の形態２）
前記実施の形態１では、高濃度不純物を注入してＬＤＤ構造を形成するに先立ち反射防止膜を形成するため、反射防止膜とサイドウォールとは膜厚が同一であり、低濃度不純物領域の幅を十分に大きくするためにサイドウォールを厚くすると、反射防止膜としての光学特性を十分に得ることが出来ない場合があるが、本実施例では高濃度不純物領域を形成した後に、等方性エッチングを行い、反射防止膜を所望の光学特性を得ることができるように肉薄化し、ＬＤＤ構造のトランジスタとしても所望の耐圧を得ることができるとともに、反射防止膜の光学特性も優れた固体撮像素子を実現するものである。
【００４５】
図１０に示した工程まで、原理的には前記実施の形態１と同様であるが、本実施の形態では、図１１に示すように、１００ｎｍ程度の厚い膜厚となるようにサイドウォールおよび反射防止膜を形成し、このサイドウォールをマスクとして高濃度不純物領域１１を形成してＬＤＤ構造のトランジスタを形成した後、等方性エッチングにより、反射防止膜６を３０ｎｍ程度までエッチバックして肉薄化を行うものである（図１２）。図１１乃至図１２において（ａ）は受光部および電荷転送部の要部断面を示す図であり、（ｂ）は周辺回路部を示す図である。ここでサイドウォールも肉薄化されるが、もはや高濃度不純物領域形成後であるため、サイドウォールとしての機能は果たしたあとであり、肉薄化されても問題はない。
【００４６】
この方法によれば、サイドウォールおよび反射防止膜を同一工程で形成しながらも、独立してサイドウォール、反射防止膜それぞれに適切な膜厚を選択することができる。
また等方性エッチングを用いることで、反射防止膜の膜厚の制御が容易となる。
さらにまた異方性エッチングを用いてもよいが、この場合はサイドウォールの厚さをそのまま維持しつつ、反射防止膜の膜厚のみを薄くすることができる。
【００４７】
なお上記実施の形態１および２では、反射防止膜を窒化シリコン膜で構成したが、酸窒化シリコン膜など他の材料で構成してもよい。
【００４８】
なお、前記実施の形態に限定されることなく適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明してきたように、本発明によれば、サイドウォールの形成にあたり、工数の増大を招くことなしに、より微細で高精度の固体撮像素子を形成することが可能となることから、携帯電子機器などの小型のデバイスへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１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１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１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１３】従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１４】従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１５】従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１６】従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１  シリコン基板
２  ゲート絶縁膜
３ａ  第１層導電性膜
３ｂ  第２層導電性膜
５  酸化シリコン膜
６  窒化シリコン膜
６ｓ  サイドウォール
【図１】
2009054700.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2009054700.tif 000013
【図１２】
2009054700.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2009054700.tif 000016
【図１５】
2009054700.tif 000017
【図１６】
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