(57)【要約】【課題】反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立する。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、転送トランジスタ５０２のゲート電極１０２ａ、フォトダイオード５０１、及び転送トランジスタ５０２のドレインとなるｎ型低濃度領域１３０を形成する工程と、フォトダイオード５０１上に、及び、ゲート電極１０２ａの側面に第１シリコン酸化膜１１３ｂ及び第１サイドスペーサー１５０ａを形成する工程と、第１シリコン酸化膜１１３ｂ及び第１サイドスペーサー１５０ａ上に第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂを積層する工程と、第１サイドスペーサー１５０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂをマスクとして用いて不純物を注入することにより、ｎ型高濃度領域１０３を形成する工程と、第１シリコン窒化膜１２０ａ上に、第２シリコン窒化膜１２０ｂを形成する工程とを含む。【選択図】図１
2009231377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を信号電荷に変換する受光部と、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）構造を有し、前記信号電荷を転送するトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に前記トランジスタのゲート電極を形成する第１工程と、
前記半導体基板に前記受光部を形成する第２工程と、
前記半導体基板に前記トランジスタのドレイン又はソースとなる低濃度領域を形成する第３工程と、
前記受光部上、及び、前記ゲート電極の前記低濃度領域側の側面に第１絶縁膜を形成する第４工程と、
前記受光部上、及び、前記側面に形成された前記第１絶縁膜に前記第１絶縁膜より屈折率の高い第２絶縁膜を積層する第５工程と、
前記側面に形成された前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜をマスクとして用いて前記低濃度領域の一部に不純物を注入することにより、前記低濃度領域より不純物濃度が高い高濃度領域を形成する第６工程と、
前記受光部上に形成された第２絶縁膜上に、前記第１絶縁膜より屈折率の高い第３絶縁膜を形成する第７工程とを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記側面に形成された前記第２絶縁膜に第４絶縁膜を積層する第８工程を含み、
前記第６工程では、前記側面に形成された前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第４絶縁膜をマスクとして用いて前記低濃度領域の一部に不純物を注入することにより、前記高濃度領域を形成する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記第６工程の後に、前記第４絶縁膜を除去する第９工程を含む
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記受光部及び前記トランジスタ上に酸素を含む材料で構成される層間絶縁膜を形成する第１０工程と、
前記層間絶縁膜上に金属配線層を形成する第１１工程とを含み、
前記第３絶縁膜は、酸素を含まない材料で構成され、前記金属配線層に含まれる金属が前記半導体基板へ拡散することを防止する機能を有する
ことを特徴とする請求項１〜３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５】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン窒化膜である
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６】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン炭窒化膜である
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７】
前記第１絶縁膜及び前記第４絶縁膜はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン窒化膜である
ことを特徴とする請求項２又は３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する受光部と、
前記半導体基板に形成され、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）構造を有し、前記信号電荷を転送するトランジスタと、
前記受光部上に形成され、第１絶縁物で構成される第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜上に形成され、前記第１絶縁物より屈折率の高い第２絶縁物で構成される第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜上に形成され、前記第１絶縁物より屈折率の高い第３絶縁物で構成される第３絶縁膜とを備え、
前記トランジスタは、
ゲート電極と、
前記ゲート電極の側面に形成され、前記第１絶縁物で構成され、前記第１絶縁膜の膜厚と膜厚が略等しい第１サイドスペーサーと、
前記側面に形成された前記第１絶縁膜に積層され、前記第２絶縁物で構成され、前記第２絶縁膜と膜厚が略等しい第２サイドスペーサーと、
前記第１サイドスペーサー及び前記第２サイドスペーサー下に形成されるドレイン低濃度領域と、
前記ドレイン低濃度領域に隣接し形成され、前記ドレイン低濃度領域より不純物濃度が高いドレイン高濃度領域とを含む
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１サイドスペーサー及び前記第２サイドスペーサーはそれぞれ、
前記側面に積層される第１部分と、
前記半導体基板に対して平行な層となる第２部分とを含む
ことを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記受光部及び前記トランジスタ上に形成され、酸素を含む材料で構成される層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成される金属配線層とを備え、
前記第３絶縁物は、酸素を含まない材料であり、
前記第３絶縁膜は、前記受光部及び前記トランジスタ上に形成され、前記金属配線層に含まれる金属が前記半導体基板へ拡散することを防止する機能を有する
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記第１絶縁物は酸化シリコンであり、
前記第２絶縁物及び前記第３絶縁物は窒化シリコンである
ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記第１絶縁物はシリコン酸化膜であり、
前記第２絶縁物及び前記第３絶縁物はシリコン炭窒化膜である
ことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、フォトダイオード等の受光部と、ＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）構造を有するトランジスタとを備える固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型の固体撮像装置では、各画素がＭＯＳトランジスタを含む増幅回路と、フォトダイオードとを備える。ＭＯＳ型の固体撮像装置は、増幅回路を用いてフォトダイオードに蓄積された信号を増幅し、増幅した信号を読み出す。
【０００３】
このようなＭＯＳ型の固体撮像装置は、ＭＯＳイメージセンサと呼ばれ、低電圧及び低消費電力を実現できる。さらに、ＭＯＳイメージセンサは、周辺回路を含みワン・チップ化ができるという長所を有する。このため、近年、ＭＯＳイメージセンサは、ディジタルスチルカメラ、ビデオカムコーダー、及び携帯機器等の画像入力素子として注目されている。
【０００４】
一方で、固体撮像装置の小型化、低コスト化、及び多画素化の要求が高まっている。これに伴い、固体撮像装置において、今後、画素の微細化、及び高速化が更に進むと予想される。
【０００５】
但し、画素の微細化に伴い、トランジスタも微細化する必要が有るためＬＤＤ構造を形成するためのサイドスペーサーの幅を狭く形成する必要が有る。また、フォトダイオードの受光領域の面積も縮小されるので画素特性の感度が低下する。この感度低下を抑制するために受光領域上に反射防止膜を形成する必要が有る。
【０００６】
このような、サイドスペーサーと反射防止膜とを共に備える固体撮像装置として、特許文献１記載の固体撮像装置が知られている。
【０００７】
特許文献１記載の従来の固体撮像装置では、ＬＤＤサイドスペーサーと反射防止膜とが同時に形成される。
【０００８】
以下、特許文献１記載の従来の固体撮像装置について説明する。
図７は、従来の固体撮像装置の１画素の構成を示す回路図である。
【０００９】
図７に示す従来の固体撮像装置は、フォトダイオード５０１と、転送トランジスタ５０２と、浮遊拡散領域（フローティングディフュージョン）５０３と、リセットトランジスタ５０４と、選択トランジスタ５０５と、増幅トランジスタ５０６と、読み出し線５０７とを備える。
【００１０】
フォトダイオード５０１は、光を信号電荷に変換し、変換した信号電荷を蓄積する受光部である。
【００１１】
転送トランジスタ５０２は、フォトダイオード５０１により変換された信号電荷を転送する。
【００１２】
浮遊拡散領域５０３は、転送トランジスタ５０２により転送された信号電荷を一時的に蓄積する。
【００１３】
リセットトランジスタ５０４は、浮遊拡散領域５０３及びフォトダイオード５０１に蓄積された信号電荷をリセットする。
【００１４】
選択トランジスタ５０５は、画素アレイ中の任意の１行を選択する。
増幅トランジスタ５０６は、浮遊拡散領域５０３の信号電荷を増幅し、増幅した信号電圧を読み出し線５０７に出力する。
【００１５】
転送トランジスタ５０２、リセットトランジスタ５０４、選択トランジスタ５０５、及び増幅トランジスタ５０６はＭＯＳトランジスタである。
【００１６】
図８は、従来の固体撮像装置の１画素の構成を示す平面図である。なお、図７と同様の要素には同一の符号を付している。
【００１７】
図８に示す従来の固体撮像装置は、フォトダイオード５０１と、浮遊拡散領域５０３と、シリコン窒化膜５２０と、ゲート電極５０２ａ、５０４ａ、５０５ａ及び５０６ａと、リセット線５０４ｂと、転送線５０２ｂと、リセット線５０４ｂと、選択線５０５ｂと、金属配線５０６ｂと、電源線５０８ａと、コンタクト部５０２ｃ、５０４ｃ、５０５ｃ、５０６ｃ、５０７ｂ及び５０８ｂとを備える。
【００１８】
ゲート電極５０２ａは、ゲート電極５０２ａ、５０４ａ、５０５ａ及び５０６ａは、それぞれ、転送トランジスタ５０２、リセットトランジスタ５０４、選択トランジスタ５０５及び増幅トランジスタ５０６のゲート電極である。ゲート電極５０２ａ、５０４ａ、５０５ａ及び５０６ａは、例えばポリシリコンで構成される。
【００１９】
金属配線５０６ｂは、ゲート電極５０６ａと浮遊拡散領域５０３とを接続する金属配線である。
【００２０】
コンタクト部５０２ｃはゲート電極５０２ａと転送線５０２ｂを接続する。コンタクト部５０４ｃは、ゲート電極５０４ａとリセット線５０４ｂとを接続する。コンタクト部５０５ｃはゲート電極５０５ａと選択線５０５ｂとを接続する。コンタクト部５０６ｃは金属配線５０６ｂとゲート電極５０６ａとを接続する。コンタクト部５０６ｄは浮遊拡散領域５０３と金属配線５０６ｂとを接続する。コンタクト部５０７ｂは読み出し線５０７と増幅トランジスタ５０６のソースとを接続する。コンタクト部５０８ｂは電源線５０８ａとリセットトランジスタ５０４のドレインを接続する。
【００２１】
シリコン窒化膜５２０は、フォトダイオード５０１を覆うように形成され、フォトダイオード５０１に入射する光の反射を防止する反射防止膜である。
【００２２】
図９は、図８の線Ａ１−Ａ２における構造を示す断面図である。ここで、転送トランジスタ５０２は、ＬＤＤ構造を有するＭＯＳトランジスタである。
【００２３】
図９に示す固体撮像装置は、ｎ型半導体基板５１１と、ｐ型ウェル５１２と、ゲート酸化膜５１３ａと、ゲート電極５０２ａと、ｎ型カソード５１５と、表面ｐ型領域５１６と、素子分離酸化膜５１７と、ｎ型高濃度領域５０３と、ｎ型電界緩和領域５１８と、第１層間絶縁膜５１９と、コンタクト部５０６ｄと、金属配線５０６ｂと、第２層間絶縁膜５２２と、チャンネルストップ層５２３と、シリコン酸化膜５１３ｂと、シリコン窒化膜５２０と、第１サイドスペーサー５３２ａと、第２サイドスペーサー５３２ｂとを備える。
【００２４】
ゲート酸化膜５１３ａは、転送トランジスタ５０２のゲート酸化膜である。
ｎ型カソード５１５は、フォトダイオード５０１のカソードである。表面ｐ型領域５１６は、フォトダイオード５０１を埋め込み構造とするために、ｐ型ウェル５１２内に形成される。
【００２５】
素子分離酸化膜５１７は、シリコン酸化膜であり、画素間の素子を分離するために形成される。チャンネルストップ層５２３は素子分離酸化膜５１７下の形成されるｐ型領域である。
【００２６】
ｎ型高濃度領域５０３は、浮遊拡散領域５０３かつ転送トランジスタ５０２のドレイン高濃度領域となるｎ型領域である。ｎ型電界緩和領域５１８は、ｎ型高濃度領域５０３よりｎ型不純物濃度が低いｎ型領域であり、転送トランジスタ５０２のドレイン低濃度領域である。
【００２７】
第１層間絶縁膜５１９は、ゲート電極５０２ａと金属配線５０６ｂと絶縁するために形成される。金属配線５０６ｂは、メタル第１層の金属配線である。第２層間絶縁膜５２２は、金属配線５０６ｂとメタル第２層を絶縁するために形成される。
【００２８】
第１サイドスペーサー（サイドウォール）５３２ａ及び第２サイドスペーサー５３２ｂは、ＬＤＤ構造を得るために、ゲート電極５０２ａの側面に形成される。第１サイドスペーサー５３２ａはシリコン酸化膜であり、第２サイドスペーサー５３２ｂはシリコン窒化膜である。
【００２９】
シリコン酸化膜５１３ｂは、フォトダイオード５０１の受光領域の上方に形成される。シリコン窒化膜５２０は、シリコン酸化膜５１３ｂ上に形成される反射防止膜である。
【００３０】
また、第１サイドスペーサー５３２ａとシリコン酸化膜５１３ｂとは同一工程で形成され、第２サイドスペーサー５３２ｂとシリコン窒化膜５２０とは同一工程で形成される。
【００３１】
ここで、ｎ型電界緩和領域５１８の、チャンネル長方向の寸法は、第１サイドスペーサー５３２ａと第２サイドスペーサー５３２ｂとの合計の厚さで決まる。また、特許文献１において、反射防止膜効果として全波長にわたりバランスよく感度低下を抑制できる反射防止膜の構成として、シリコン酸化膜５１３ｂの厚さが２０ｎｍ、かつシリコン窒化膜５２０の厚さが４０ｎｍの構成が最良となっている。
【００３２】
このように、シリコン酸化膜５１３ｂの膜厚を２０ｎｍとし、シリコン窒化膜５２０の膜厚を４０ｎｍとした場合、第１サイドスペーサー５３２ａ及び第２サイドスペーサー５３２ｂの膜厚（側面方向の厚さ）もそれぞれ２０ｎｍ及び４０ｎｍとなる。これにより、ｎ型電界緩和領域５１８の、チャンネル長方向の寸法は６０ｎｍとなる。
【特許文献１】特開２００４−２３５６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
しかしながら、トランジスタの微細化が進むにつれｎ型電界緩和領域５１８の寸法をより短く形成する必要が有る。
【００３４】
上述したように従来の固体撮像装置では、反射防止効果を有するシリコン窒化膜５２０及びシリコン酸化膜５１３ｂの膜厚に応じて、ｎ型電界緩和領域５１８の寸法が決定されてしまう。よって、従来の固体撮像装置は、反射防止効果を最適化した場合、ｎ型電界緩和領域５１８の寸法をより短くすることができない。つまり、従来の固体撮像装置は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できないという課題がある。
【００３５】
以上のような課題に鑑み、本発明は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立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。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光を信号電荷に変換する受光部と、ＬＤＤ構造を有し、前記信号電荷を転送するトランジスタとを備える固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に前記トランジスタのゲート電極を形成する第１工程と、前記半導体基板に前記受光部を形成する第２工程と、前記半導体基板に前記トランジスタのドレイン又はソースとなる低濃度領域を形成する第３工程と、前記受光部上、及び、前記ゲート電極の前記低濃度領域側の側面に第１絶縁膜を形成する第４工程と、前記受光部上、及び、前記側面に形成された前記第１絶縁膜に前記第１絶縁膜より屈折率の高い第２絶縁膜を積層する第５工程と、前記側面に形成された前記第１絶縁膜及び前記第２絶縁膜をマスクとして用いて前記低濃度領域の一部に不純物を注入することにより、前記低濃度領域より不純物濃度が高い高濃度領域を形成する第６工程と、前記受光部上に形成された第２絶縁膜上に、前記第１絶縁膜より屈折率の高い第３絶縁膜を形成する第７工程とを含む。
【００３７】
これによれば、本発明に係る固体撮像装置の製造方法において、受光部上に形成される反射防止膜は、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜の３層により構成される。また、ＬＤＤ構造を形成するためのサイドスペーサーは、反射防止膜を構成する３層のうちの２層である第１絶縁膜及び第２絶縁膜により構成される。
【００３８】
これにより、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜の膜厚の合計を最適化することで、反射防止効果を最適化できる。また、反射防止膜を構成する３層の膜厚の合計より短い寸法の転送トランジスタのドレイン低濃度領域を形成できる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できる。
【００３９】
また、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記側面に形成された前記第２絶縁膜に第４絶縁膜を積層する第８工程を含み、前記第６工程では、前記側面に形成された前記第１絶縁膜、前記第２絶縁膜及び前記第４絶縁膜をマスクとして用いて前記低濃度領域の一部に不純物を注入することにより、前記高濃度領域を形成してもよい。
【００４０】
これによれば、サイドスペーサーを第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第４絶縁膜の３層で構成することにより、任意の寸法のドレイン低濃度領域を容易に形成できる。
【００４１】
また、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記第６工程の後に、前記第４絶縁膜を除去する第９工程を含んでもよい。
【００４２】
これによれば、高濃度領域を形成後に第４絶縁膜を除去することにより、隣接するゲート電極のサイドスペーサーの間隔が拡大される。これにより、ボイドの発生を抑制できる。
【００４３】
また、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、前記受光部及び前記トランジスタ上に酸素を含む材料で構成される層間絶縁膜を形成する第１０工程と、前記層間絶縁膜上に金属配線層を形成する第１１工程とを含み、前記第３絶縁膜は、酸素を含まない材料で構成され、前記金属配線層に含まれる金属が前記半導体基板へ拡散することを防止する機能を有してもよい。
【００４４】
これによれば、第３絶縁膜が拡散防止膜として機能するので、反射防止膜とは別に拡散防止膜を形成しなくてもよい。
【００４５】
また、前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン窒化膜であってもよい。
【００４６】
これによれば、半導体製造工程で一般的に使用される材料を用いて、固体撮像装置を製造できる。
【００４７】
また、前記第１絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン炭窒化膜であってもよい。
【００４８】
また、前記第１絶縁膜及び前記第４絶縁膜はシリコン酸化膜であり、前記第２絶縁膜及び前記第３絶縁膜はシリコン窒化膜であってもよい。
【００４９】
また、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成され、光を信号電荷に変換する受光部と、前記半導体基板に形成され、ＬＤＤ構造を有し、前記信号電荷を転送するトランジスタと、前記受光部上に形成され、第１絶縁物で構成される第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜上に形成され、前記第１絶縁物より屈折率の高い第２絶縁物で構成される第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜上に形成され、前記第１絶縁物より屈折率の高い第３絶縁物で構成される第３絶縁膜とを備え、前記トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極の側面に形成され、前記第１絶縁物で構成され、前記第１絶縁膜の膜厚と膜厚が略等しい第１サイドスペーサーと、前記側面に形成された前記第１絶縁膜に積層され、前記第２絶縁物で構成され、前記第２絶縁膜と膜厚が略等しい第２サイドスペーサーと、前記第１サイドスペーサー及び前記第２サイドスペーサー下に形成されるドレイン低濃度領域と、前記ドレイン低濃度領域に隣接し形成され、前記ドレイン低濃度領域より不純物濃度が高いドレイン高濃度領域とを含む。
【００５０】
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置において、受光部上に形成される反射防止膜は、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜の３層により構成される。また、ＬＤＤ構造を形成するためのサイドスペーサーは、反射防止膜を構成する３層のうちの２層である第１絶縁膜及び第２絶縁膜により構成される。
【００５１】
これにより、本発明に係る固体撮像装置は、第１絶縁膜、第２絶縁膜及び第３絶縁膜の膜厚の合計を最適化することで、反射防止効果を最適化できる。また、反射防止膜を構成する３層の膜厚の合計より短い寸法の転送トランジスタのドレイン低濃度領域を形成できる。よって、本発明に係る固体撮像装置は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できる。
【００５２】
また、前記第１サイドスペーサー及び前記第２サイドスペーサーはそれぞれ、前記側面に積層される第１部分と、前記半導体基板に対して平行な層となる第２部分とを含んでもよい。
【００５３】
この構成によれば、本発明に係る固体撮像装置は、製造工程において、第１絶縁膜、第２絶縁膜、及び、第２絶縁膜に積層された第４絶縁膜の３層で構成されたサイドスペーサーを用いて、ドレイン高濃度領域が形成される。さらに、ドレイン高濃度領域が形成された後に、当該第４絶縁膜が除去される。これにより、任意の寸法のドレイン低濃度領域を容易に形成できる。さらに、高濃度領域を形成後に第４絶縁膜が除去されることにより、隣接するゲート電極のサイドスペーサーの間隔が拡大される。これにより、ボイドの発生を抑制できる。
【００５４】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記受光部及び前記トランジスタ上に形成され、酸素を含む材料で構成される層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に形成される金属配線層とを備え、前記第３絶縁物は、酸素を含まない材料であり、前記第３絶縁膜は、前記受光部及び前記トランジスタ上に形成され、前記金属配線層に含まれる金属が前記半導体基板へ拡散することを防止する機能を有してもよい。
【００５５】
この構成によれば、第３絶縁膜が拡散防止膜として機能するので、反射防止膜とは別に拡散防止膜を形成しなくてもよい。
【００５６】
また、前記第１絶縁物は酸化シリコンであり、前記第２絶縁物及び前記第３絶縁物は窒化シリコンであってもよい。
【００５７】
この構成によれば、半導体製造工程で一般的に使用される材料を用いて、本発明に係る固体撮像装置を製造できる。
【００５８】
また、前記第１絶縁物はシリコン酸化膜であり、前記第２絶縁物及び前記第３絶縁物はシリコン炭窒化膜であってもよい。
【００５９】
また、本発明は、上記固体撮像装置及びその製造方法として実現するだけでなく、本発明に係る固体撮像装置を備えるカメラ（ディジタルスチルカメラ、ビデオカムコーダー、及び携帯機器等）として実現してもよい。
【発明の効果】
【００６０】
以上より、本発明は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できる固体撮像装置、及びそ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】
【００６１】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置ついて図１〜図６を用いて詳細に説明する。
【００６２】
まず、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を説明する。
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置が備える１画素の回路構成は、例えば、図７に示す回路構成と同様である。また、本発明に係る１画素の平面構成は、シリコン窒化膜５２０の構成が異なる点以外は、図８に示す構成と同様である。
【００６３】
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置のフォトダイオード５０１及び転送トランジスタ５０２の構造を示す断面図である。図１に示す断面構造は、図８に示す線Ａ１−Ａ２の断面構造に対応する。
【００６４】
図１に示すように、本発明に係る固体撮像装置は、光を信号電荷に変換するフォトダイオード５０１と、ＬＤＤ構造を有し、フォトダイオード５０１により変換された信号電荷を転送する転送トランジスタ５０２とを備える。
【００６５】
図１に示す固体撮像装置は、半導体基板１１１と、ｐ型ウェル１１２と、ゲート酸化膜１１３ａと、ゲート電極１０２ａと、ｎ型カソード１１５と、表面ｐ型領域１１６と、素子分離酸化膜１１７と、ｎ型高濃度領域１０３と、ｎ型電界緩和領域１１８と、第１層間絶縁膜１１９と、コンタクト部１０６ｄと、金属配線１０６ｂと、第２層間絶縁膜１２２と、第１シリコン酸化膜１１３ｂと、第１シリコン窒化膜１２０ａと、第２シリコン窒化膜１２０ｂと、第１サイドスペーサー１５０ａと、第２サイドスペーサー１５０ｂとを備える。
【００６６】
半導体基板１１１は、ｎ型シリコン基板である。
ｐ型ウェル１１２は、半導体基板１１１に形成されるｐ型領域である。
【００６７】
ゲート酸化膜１１３ａは、転送トランジスタ５０２のゲート酸化膜である。ゲート酸化膜１１３ａは、シリコン酸化膜であり、ｐ型ウェル１１２と、ゲート電極１０２ａとの間に形成される。
【００６８】
ゲート電極１０２ａは、ポリシリコンで構成される転送トランジスタ５０２のゲート電極である。
【００６９】
ｎ型カソード１１５は、フォトダイオード５０１のカソードであり、ｐ型ウェル１１２内に形成される。
【００７０】
表面ｐ型領域１１６は、フォトダイオード５０１を埋め込み構造とするために、ｐ型ウェル１１２内に形成される。
【００７１】
素子分離酸化膜１１７は、シリコン酸化膜であり、画素間の素子を分離するために、ｐ型ウェル１１２内に形成される。
【００７２】
ｎ型高濃度領域１０３は、転送トランジスタ５０２のドレイン高濃度領域かつ浮遊拡散領域であり、ｐ型ウェル１１２内に形成される。
【００７３】
ｎ型電界緩和領域１１８は、転送トランジスタ５０２のドレイン低濃度領域であり、ｎ型高濃度領域１０３よりｎ型不純物濃度が低い領域である。ｎ型電界緩和領域１１８は、ｐ型ウェル１１２内に、ｎ型高濃度領域１０３に対する転送トランジスタ５０２のチャンネル側の側面に、ｎ型高濃度領域１０３に隣接して形成される。
【００７４】
第１層間絶縁膜１１９は、フォトダイオード５０１及び転送トランジスタ５０２上に形成され、ゲート電極１０２ａ等と金属配線１０６ｂと絶縁する。
【００７５】
コンタクト部１０６ｄは、金属配線１０６ｂと、ｎ型高濃度領域１０３とを接続する。
金属配線１０６ｂは、例えば銅で構成されるメタル第１層の金属配線であり、第１層間絶縁膜１１９上に形成される。
【００７６】
第２層間絶縁膜１２２は、第１層間絶縁膜１１９及び金属配線１０６ｂ上に形成され、金属配線１０６ｂとメタル第２層を絶縁する。
【００７７】
第１シリコン酸化膜１１３ｂは、フォトダイオード５０１の受光領域の上方に形成される。第１シリコン酸化膜１１３ｂの膜厚は、反射防止効果に最良な、例えば２０ｎｍである。
【００７８】
第１シリコン窒化膜１２０ａは、フォトダイオード５０１の受光領域の上方に形成され、第１シリコン酸化膜１１３ｂに積層される。第１シリコン窒化膜１２０ａの膜厚は、例えば１０ｎｍである。
【００７９】
第２シリコン窒化膜１２０ｂは、フォトダイオード５０１及び転送トランジスタ５０２が形成される領域を含む半導体基板１１１上の全ての領域に形成される。第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚は、例えば３０ｎｍである。これにより、第１シリコン窒化膜１２０ａの膜厚と第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚との合計は、反射防止効果に最良な膜厚４０ｎｍとなる。
【００８０】
また、第２シリコン窒化膜１２０ｂは、金属配線１０６ｂから半導体基板１１１への銅の拡散防止する機能を有する。
【００８１】
第１サイドスペーサー１５０ａは、ｎ型電界緩和領域１１８上の、ゲート電極１０２ａの側面に形成される。第１サイドスペーサー１５０ａの膜厚は、第１シリコン酸化膜１１３ｂの膜厚と略等しく、例えば２０ｎｍである。
【００８２】
第２サイドスペーサー１５０ｂは、ｎ型電界緩和領域１１８上に形成され、ゲート電極１０２ａの側面の第１シリコン酸化膜１１３ｂに積層される。第２サイドスペーサー１５０ｂの膜厚は、第１シリコン窒化膜１２０ａの膜厚と略等しく、例えば１０ｎｍである。
【００８３】
つまり、第２サイドスペーサー１５０ｂの膜厚は、第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２シリコン窒化膜１２０ｂの合計膜厚より薄い。
【００８４】
次に、図２〜図６を用いて本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する。図２〜図６は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【００８５】
まず、図２を用いて、ｎ型低濃度領域１３０を形成するまでの工程を説明する。
まず、半導体基板１１１に、素子分離酸化膜１１７を形成し、不純物を注入することによりｐ型ウェル１１２を形成する。次に、ゲート酸化膜１１３ａ、及びゲート電極１０２ａを形成する。次に、不純物を注入することによってｎ型カソード１１５、表面ｐ型領域１１６、及びｎ型低濃度領域１３０を形成する。
【００８６】
ｎ型低濃度領域１３０は、浮遊拡散領域５０３及び転送トランジスタ５０２のドレインとなる領域である。
【００８７】
次に、図３を用いて、第２シリコン酸化膜１４０ｃの成膜工程までを説明する。
例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１１の全面に、第１シリコン酸化膜１４０ａを成膜する。次に、例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、第１シリコン酸化膜上に第１シリコン窒化膜１４０ｂを成膜する。次に、例えば常圧ＣＶＤ法を用いて、ボロン又はリンなどを含有させることで、第２シリコン酸化膜１４０ｃを成膜する。
【００８８】
第２シリコン酸化膜１４０ｃの膜厚は、例えば２０ｎｍである。
【００８９】
次に、図４を用いて、ｎ型電界緩和領域１１８及びｎ型高濃度領域１０３を形成する工程までを説明する。
【００９０】
第１シリコン酸化膜１４０ａ、第１シリコン窒化膜１４０ｂ、及び第２シリコン酸化膜１４０ｃをリソグラフィー及びエッチングすることにより、フォトダイオード５０１の受光領域上に第１シリコン酸化膜１１３ｂ、第１シリコン窒化膜１２０ａ、第２シリコン酸化膜１５０ｄを形成する。同時に、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃをゲート電極１０２ａの側面に形成する。
【００９１】
ここで、第１サイドスペーサー１５０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂ上に第３サイドスペーサー１５０ｃを積層した状態で、エッチングを行うことにより、第１サイドスペーサー１５０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂはそれぞれ、Ｌ字形状となる。つまり、第１サイドスペーサー１５０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂはそれぞれ、ゲート電極１０２ａの側面に積層される第１部分と、半導体基板１１１に対して平行な層となる第２部分とを含む。
【００９２】
次に、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃをマスクとして用いて、ｎ型低濃度領域１３０の一部にｎ型不純物を注入することによってｎ型高濃度領域１０３を形成する。また、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃ下の領域には、ｎ型不純物が注入されないので、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃ下にｎ型電界緩和領域１１８が形成される。
【００９３】
このとき、ｎ型電界緩和領域１１８の寸法は、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃの横方向の膜厚の合計となる。ここでは、第１サイドスペーサー１５０ａの膜厚が２０ｎｍであり、第２サイドスペーサー１５０ｂの膜厚が１０ｎｍであり、第３サイドスペーサー１５０ｃの膜厚が２０ｎｍであるので、ｎ型電界緩和領域１１８の寸法は５０ｎｍとなる。つまり、最適な反射防止膜を構成するシリコン酸化膜及びシリコン窒化膜の合計膜厚６０ｎｍより小さい寸法のｎ型電界緩和領域１１８が形成される。
【００９４】
次に、図５を用いて、第２シリコン酸化膜１５０ｄ及び第３サイドスペーサー１５０ｃを除去する工程までを説明する。
【００９５】
例えば、佛酸と塩酸との混合薬液を用いたウエットエッチングにより、第２シリコン酸化膜１５０ｄ及び第３サイドスペーサー１５０ｃを除去する。このとき、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とのウエットエッチングレートの差異を利用し、つまり第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂをエッチングストッパー膜として利用することにより、第２シリコン酸化膜１５０ｄを選択的に除去する。このウエットエッチングによる第１シリコン窒化膜１２０ａの削れ量は１ｎｍ以下であり、第１シリコン窒化膜１２０ａは殆んど削れない。
【００９６】
次に、図６を用いて、第２シリコン窒化膜１２０ｂを成膜する工程までを説明する。
例えば減圧ＣＶＤ法を用いて、第２シリコン酸化膜１５０ｄを除去したことにより露出した第１シリコン窒化膜１２０ａの上の領域を含む半導体基板１１１の全面に第２シリコン窒化膜１２０ｂを生成する。
【００９７】
ここで、反射防止効果に最良なシリコン窒化膜の膜厚である４０ｎｍと、第１シリコン窒化膜１２０ａの膜厚である１０ｎｍとの差分である３０ｎｍの膜厚の第２シリコン窒化膜１２０ｂを成膜する。
【００９８】
これにより、受光領域の表面の反射防止膜は、膜厚２０ｎｍの第１シリコン酸化膜１１３ｂと、第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２シリコン窒化膜１２０ｂから構成される膜厚４０ｎｍのシリコン窒化膜により構成される。つまり、受光領域上に最適な反射防止構造が形成される。
【００９９】
次に、第１層間絶縁膜１１９、コンタクト部１０６ｄ、金属配線１０６ｂ及び第２層間絶縁膜１２２を形成することで図１に示す構造が形成される。
【０１００】
なお、図１において発明の趣旨と関係のない第２層間絶縁膜１２２より上部の構造は省略している。
【０１０１】
また、カラー用固体撮像素子では、図１に不図示である最上層のメタル配線層の上層にパッシベーション膜が形成され、パッシベーション膜の上層にカラーフィルター層が形成され、カラーフィルター層の上層に感度向上のためのマイクロレンズが形成される。
【０１０２】
以上のように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法において、受光領域上に形成される反射防止膜は、第１シリコン酸化膜１１３ｂ、第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２シリコン窒化膜１２０ｂの３層により構成される。また、ＬＤＤ構造を形成するためのサイドスペーサーは、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃの３層により構成される。
【０１０３】
これにより、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法において、第１シリコン酸化膜１１３ｂ、第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚の合計を最適化することで、反射防止効果を最適化できる。
【０１０４】
さらに、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法において、第１サイドスペーサー１５０ａ、第２サイドスペーサー１５０ｂ及び第３サイドスペーサー１５０ｃの合計の膜厚を最適化することで、所望の寸法のｎ型電界緩和領域１１８を形成できる。つまり、第３サイドスペーサー１５０ｃの膜厚を第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚より薄くすることで、反射防止膜の膜厚よりも、ｎ型電界緩和領域１１８の寸法を小さくできる。
【０１０５】
よって、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法は、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できる。
【０１０６】
一方、従来の固体撮像装置において、高速化に適した銅配線を金属配線５０６ｂに使用する場合、金属配線５０６ｂから半導体基板５１１への銅の拡散によりトランジスタの特性の劣化が生じる。
【０１０７】
これに対して、ゲート電極５０２ａと金属配線５０６ｂとの間に、銅の拡散防止膜としてシリコン窒化膜を形成する方法が知られている。例えば、第２層間絶縁膜５２２の下層に３０ｎｍ程度のシリコン窒化膜を形成する必要がある。
【０１０８】
このシリコン窒化膜の３０ｎｍの膜厚分が反射防止効果を実現するシリコン窒化膜５２０の膜厚に上乗せされるので、反射防止効果を低下させる要因となる。
【０１０９】
この反射防止効果の低下を避けるために、拡散防止膜としてのシリコン窒化膜を堆積後に、リソグラフィー工程及びエッチング工程を用いて、受光領域上の拡散防止膜を除去する方法が用いられている。これにより、反射防止効果の低下を防止できる。
【０１１０】
しかしながら、このエッチング工程を追加することにより、反射防止膜としてのシリコン窒化膜５２０の膜厚ばらつきは１７％から３５％に悪化する。これにより、画素特性の感度のばらつきが増大するという問題が生じる。
【０１１１】
これに対して、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法では、第２シリコン窒化膜１２０ｂが銅の拡散防止膜として機能する。よって、リソグラフィー工程及びエッチング工程を追加する必要がない。これにより、第１シリコン窒化膜１２０ａ及び第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚のばらつきの悪化を防止できる。
【０１１２】
さらに、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法では、第１サイドスペーサー１５０ａが薄膜化されたため、反射防止膜構造の上層の第２シリコン窒化膜１２０ｂの膜厚のばらつきを１７％から８％に改善できる。
【０１１３】
さらに、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法において、第１層間絶縁膜１１９の形成時に、第３サイドスペーサー１５０ｃを除去する。これにより、隣接するゲート電極１０２ａのサイドスペーサーの間隔が拡大されるので、ボイドの発生を抑制できる。
【０１１４】
以上、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【０１１５】
例えば、上記説明では、本発明に係る固体撮像装置としてＣＭＯＳイメージセンサを前提としているが、受光面上に配線層を持たないＣＣＤイメージセンサにも同様に適用できる。
【０１１６】
また、上記説明において、反射防止膜に含まれる下層、中間層及び最上層は、それぞれ、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン窒化膜であるとしたが、反射防止効果を有する構成であればよい。つまり、中間層及び最上層を構成する材料は、それぞれ下層を構成する材料より屈折率の高い材料で構成されればよい。また、中間層及び最上層は、異なる材料で構成されてもよい。例えば、中間層及び最上層は、ＳｉＮ、ＳｉＣ又はＳｉＮＣ等で構成される。また、下層は、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＮＣ又はＳｉＯ2で構成される。なお、最上層が銅の拡散を防止する拡散防止膜として機能するためには、酸素を含まない材料で構成される必要がある。
【０１１７】
また、第３サイドスペーサー１５０ｃを形成及び除去する工程を行わなくてもよい。なお、第３サイドスペーサー１５０ｃを用いない場合、ｎ型電界緩和領域１１８の寸法は、第１サイドスペーサー１５０ａ及び第２サイドスペーサー１５０ｂの横方向の膜厚の合計で決定されるので、反射防止膜の膜厚よりも小さい寸法のｎ型電界緩和領域１１８を形成できる。つまり、反射防止効果の最適化と、ＬＤＤ構造を有するトランジスタの微細化とを両立できる。
【０１１８】
また、上記説明では、ｎ型の半導体基板１１１に形成されたｐ型ウェル１１２に画素を形成する例を説明したが、ｐ型半導体基板に直接形成してもよい。
【０１１９】
また、上記説明における、ｐ型及びｎ型を全て反転させた構成であってもよい。
また、上記説明において、金属配線として銅配線が用いられる場合について説明したが、製造プロセス上、拡散等による特性の劣化を防止するために層間膜と屈折率の異なる拡散防止層を形成する必要がある材料で形成された金属配線を用いる場合にも、本発明の構造を適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１２０】
本発明は、固体撮像装置に適用でき、特に、ＭＯＳイメージセンサに適用できる。また、本発明は、ディジタルスチルカメラ、ビデオカムコーダー、及び携帯機器等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造過程における構成を示す断面図である。
【図７】従来の固体撮像装置の構成を示す回路図である。
【図８】従来の固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図９】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０２ａ、５０２ａ、５０４ａ、５０５ａ、５０６ａ  ゲート電極
１０３、５０３  ｎ型高濃度領域（浮遊拡散領域）
１０６ｂ、５０６ｂ  金属配線
１０６ｄ、５０２ｃ、５０４ｃ、５０５ｃ、５０６ｃ、５０６ｄ、５０７ｂ、５０８ｂ  コンタクト部
１１１、５１１  半導体基板
１１２、５１２  ｐ型ウェル
１１３ａ、５１３ａ  ゲート酸化膜
１１３ｂ、１４０ａ  第１シリコン酸化膜
１１５、５１５  ｎ型カソード
１１６、５１６  表面ｐ型領域
１１７、５１７  素子分離酸化膜
１１８、５１８  ｎ型電界緩和領域
１１９、５１９  第１層間絶縁膜
１２０ａ、１４０ｂ  第１シリコン窒化膜
１２０ｂ  第２シリコン窒化膜
１２２、５２２  第２層間絶縁膜
１３０    ｎ型低濃度領域
１４０ｃ、１５０ｄ  第２シリコン酸化膜
１５０ａ、５３２ａ  第１サイドスペーサー
１５０ｂ、５３２ｂ  第２サイドスペーサー
１５０ｃ  第３サイドスペーサー
５０１    フォトダイオード
５０２    転送トランジスタ
５０２ｂ  転送線
５０４    リセットトランジスタ
５０４ｂ  リセット線
５０５    選択トランジスタ
５０５ｂ  選択線
５０６    増幅トランジスタ
５０７    読み出し線
５０８ａ  電源線
５１３ｂ  シリコン酸化膜
５２０    シリコン窒化膜
５２３    チャンネルストップ層
【図１】
2009231377.tif 000003
【図２】
2009231377.tif 000004
【図３】
2009231377.tif 000005
【図４】
2009231377.tif 000006
【図５】
2009231377.tif 000007
【図６】
2009231377.tif 000008
【図７】
2009231377.tif 000009
【図８】
2009231377.tif 000010
【図９】
2009231377.tif 000011