[go: up one dir, main page]

JP2007048893A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像素子およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2007048893A
JP2007048893A JP2005231010A JP2005231010A JP2007048893A JP 2007048893 A JP2007048893 A JP 2007048893A JP 2005231010 A JP2005231010 A JP 2005231010A JP 2005231010 A JP2005231010 A JP 2005231010A JP 2007048893 A JP2007048893 A JP 2007048893A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
layer
solid
imaging device
state imaging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005231010A
Other languages
English (en)
Inventor
Maki Saito
斎藤  牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2005231010A priority Critical patent/JP2007048893A/ja
Priority to US11/499,697 priority patent/US7420235B2/en
Publication of JP2007048893A publication Critical patent/JP2007048893A/ja
Priority to US12/179,433 priority patent/US7772017B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/28Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
    • H10F30/283Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors the devices having Schottky gates
    • H10F30/2837CCDs having Schottky gates
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/014Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of CMOS image sensors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/803Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/803Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H10F39/8037Pixels having integrated switching, control, storage or amplification elements the integrated elements comprising a transistor
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/806Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8063Microlenses

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

【課題】 ゲート酸化膜への電荷のトラップを抑制でき、かつ微細化の容易な固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 本発明は、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した固体撮像素子において、前記電荷転送電極が、酸化シリコン膜と金属酸化物薄膜との積層膜からなるゲート酸化膜を介して形成された第1層導電性膜からなる第1層電極と、第2層導電性膜からなる第2層電極とが交互に並置されて構成され、前記第1層電極と前記第2層電極との間は、前記第1層電極の側壁を覆うようにCVD法によって形成されたサイドウォール絶縁膜からなる電極間絶縁膜で絶縁分離されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に固体撮像素子の電極間絶縁膜の形成に関する。
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電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
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、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。
ところで、電荷転送電極間に設けられる電極間絶縁膜は電極材料の酸化(900〜950℃)によって薄く形成することができる。しかしながら薄くかつ膜質のよい酸化膜を形成しようとすると、酸化温度は上述したように900℃以上という高温が必要となるため、酸化による熱履歴で基板側の不純物拡散が進み、転送効率の劣化、あるいは感度の低下など種々の問題を招く。
このように熱酸化を用いた電極間絶縁膜の形成は、固体撮像素子の高画素化、微細化(高品質化)を阻む大きな壁となっている。
そこで、電極間絶縁膜の形成温度の低温化をはかるべく、CVD法により電極間絶縁膜を形成した多層構造の電荷転送電極が提案されている(特許文献1)。
また単層電極構造の電荷転送電極においては、一度のフォトリソグラフィ工程で電極間ギャップを形成し絶縁膜を埋め込む場合、解像限界を超えて微細なパターンを形成するのは困難である上、アスペクト比の高い電極間ギャップに絶縁膜を埋め込むのは極めて困難であった。このような状況から電極間絶縁膜として、1つおきに形成した第1層電極の側壁にサイドウォールを形成し、サイドウォールを介して第2層電極を形成する構造も提案されている(特許文献2)。このような状況の中で高集積化を企図して本出願人は、隣接する電荷転送電極の一方の側壁に低温CVD法で形成された酸化シリコン膜からなるサイドウォールを用いた固体撮像素子を提案している(特許文献3)。
ところで、このようなサイドウォール構造は、フォトリソグラフィ工程を必要とすることなく、異方性エッチングにより、自己整合的に形成されるという優れた構造である。従来ゲート酸化膜は、膜厚25nmの酸化シリコン膜(ボトム酸化膜)と、膜厚50nmの窒化シリコン膜と、膜厚10nmの酸化シリコン膜(トップ酸化膜)との、3層構造で構成されることが多い。この異方性エッチングに際し、3層構造のゲート酸化膜のうちの窒化シリコン膜がストッパとなり、ゲート酸化膜の膜減りはトップ酸化膜だけですむことになる。従って、異方性エッチングにより、効率よく信頼性の高い電荷転送電極を形成することが可能となっていた。
特開2003−197896号公報 特開平5−129583号公報 特願2004−281721号
このように、固体撮像素子の製造においては、さらなる微細化に耐え得るように、既に注入された不純物の拡散長の伸びを招くほどの高温でのプロセスを回避し、電荷転送効率の劣化を防ぎ、高速駆動の実現とともに、高画質化が求められており、CVD法、特に700から850℃の低温下で実施するCVD法が導入されている。
その一方で、ONO膜をゲート酸化膜に用いる構造は、窒化シリコン膜中への電荷のトラップが生じやすく、特に高電圧を印加する読み出し部で空乏化による電圧シフトが発生し、誤動作を生じることがある。
このことから、固体撮像素子の微細化に伴い、ゲート酸化膜に窒化シリコンを含まない構造、さらには薄くかつ高耐圧のゲート酸化膜を備えた構造が求められている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、ゲート酸化膜への電荷トラップを防ぎ、特性劣化を防止するとともに、微細化の容易な高品質のゲート酸化膜を用いることにより、信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
そこで本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、前記電荷転送電極が、前記半導体基板表面ゲート酸化膜を介して形成された、第1層導電性膜からなる第1層電極と、第2層導電性膜からなる第2層電極とが交互に並ぶように、配置された固体撮像素子において、前記第1層電極と前記第2層電極との間は、前記第1層電極の側壁を覆うように形成されたサイドウォール絶縁膜からなる電極間絶縁膜で絶縁分離されており、前記ゲート酸化膜が、酸化シリコン膜と、金属酸化物薄膜の2層膜で構成される。
この構成により、ゲート酸化膜が酸化シリコンと金属酸化物薄膜の2層膜で構成されているため、高耐圧化をはかることができ、信頼性が高い固体撮像素子を提供することができる。また、ゲート酸化膜に窒化シリコン膜を含有しなくても、信頼性の高い構造を形成できることから、酸化シリコン膜で構成され、ゲート酸化膜への電荷トラップを防止することも可能となる。
また、本発明は、上記の固体撮像素子において、前記金属酸化物薄膜が高誘電率薄膜であるものを含む。
この構成により、金属酸化物薄膜を酸化アルミニウムなどの高誘電率薄膜で構成することにより、サイドウォール絶縁膜を形成するための酸化シリコン膜の異方性エッチングにおけるエッチング選択性を十分にとることができ、ゲート酸化膜の膜減りもなく、信頼性に高い電極構造を形成することが可能となる。また、金属酸化物薄膜をそのまま残した場合も、第2層電極の下層でゲート酸化膜の一部を構成するため、薄くてかつ高耐圧の電荷転送電極構造を得ることが可能となる。ここで金属酸化物薄膜は、酸化シリコンのエッチングに際してエッチング抑制層として作用するものである。
また、本発明は、上記の固体撮像素子において、前記金属酸化物薄膜が、Al、Ti、Hf、Zr、La,Y,Tiの少なくともひとつの元素を含む酸化物薄膜であるものを含む。
この構成により、第2層電極のゲート酸化膜として金属酸化物薄膜を残す場合にも緻密で信頼性の高いゲート酸化膜とすることができる。また第1層電極および第2層電極下のゲート酸化膜を同一組成とすることができ、特性の均一化をはかることができる。また、酸化シリコンに対するエッチング選択性も良好であり、緻密で高耐圧の電極間絶縁膜を得ることが可能となる。Hf酸化物中のAl濃度を調整することにより閾値電圧を制御することができるため、読み出し領域においてAl濃度を低減して誘電率を上げるようにした構造も有効である。
また、本発明は、上記の固体撮像素子において、前記金属酸化物薄膜が低誘電率薄膜であるものを含む。
この構成により、ゲート酸化膜の低誘電率化をはかることができ、より高速駆動の可能な固体撮像素子を形成することができる。
また、本発明は、上記の固体撮像素子において、前記酸化シリコン膜はCVD法により形成された酸化シリコン膜、特に望ましくはHTO膜であるものを含む。
この構成により、膜質の向上をはかり、信頼性の高いゲート酸化膜を形成することができる。HTO膜は、低温下で形成可能であってかつ膜質が緻密で良好であるため、高品質のサイドウォール絶縁膜を構成することができる。ここでHTO膜の成膜条件は、基板温度700〜850℃で成膜するのが望ましい。
また、前記第1層導電性膜および第2層導電性膜を、シリコン系導電性膜で構成することにより、CMPあるいはエッチバックにより容易に単層化が可能であるため、加工が容易である。
また、2層電極構造とする場合には、前記第1層導電性膜および第2層導電性膜を、ポリメタルで構成することにより、平坦化が可能でかつ低抵抗であるため、薄型化と高速化との両方が可能となる。従って微細化も可能で高感度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
また、前記第1および第2層電極間の電極間距離すなわち電極間絶縁膜の膜厚が、0.1μm以下である微細構造の固体撮像素子を形成する際に特に有効である。
電極間距離が0.1μm以下となると形成が困難であるが、この方法によれば、CVD酸化膜に異方性エッチングを行なうことによる側壁残しにより容易に形成することができ、また2層構造であることから膜厚は薄くても耐圧は確保することができ微細パターンを容易に形成することが可能となる。
また、本発明は、光電変換部と、前記光電変換部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とを具備した固体撮像素子を製造する方法であって、前記電荷転送電極の製造工程が、半導体基板上に、酸化シリコン膜と、金属酸化物薄膜とを順次積層する工程と、第1層導電性膜からなる第1層電極を形成する工程と、前記第1層電極の上層に、酸化シリコン膜を成膜する工程と、前記金属酸化物薄膜をエッチングストッパとして、この酸化シリコン膜を異方性エッチングして、前記第1層電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、前記サイドウォール絶縁膜をはさんで前記第1層電極と絶縁分離されるように第2層導電性膜からなる第2層電極を形成する工程とを含む。
この構成によれば、ゲート酸化膜の上層側を金属酸化物薄膜で構成し、これをエッチングストッパとして用いて、良好にサイドウォールを形成することができるため、窒化シリコンの場合のように電荷のトラップもなく、小型で信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。
また、本発明は、上記の固体撮像素子の製造方法において、前記サイドウォール絶縁膜を形成する工程の後、前記サイドウォール絶縁膜から露呈する前記ゲート酸化膜上の前記金属酸化物薄膜を除去する工程とを含む。
この構成によれば、必要に応じて、第2層電極形成領域のゲート酸化膜を金属酸化物薄膜を含まない構造にすることができる。
また、本発明は、上記の固体撮像素子の製造方法において、前記第2層電極を形成する工程は、前記第1層電極間に第2層電極が位置するように前記第2層導電性膜を分離すべく、前記第1層電極上の前記第2層導電性膜を除去して平坦化し、前記第2層電極を形成する工程とを含む。
この構成によれば、効率よく単層電極構造を得ることができる。
また、本発明は、上記の固体撮像素子の製造方法において、サイドウォール絶縁膜を成膜する工程は、CVD法によりHTO膜を形成する工程を含む。
この構成によれば、高温工程を経ることなく信頼性の高い固体撮像素子を得ることができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第1層電極を形成する工程が、第1層導電性膜を形成する工程と、前記第1層導電性膜上に絶縁膜からなるハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクを用いて前記第1層導電性膜を選択的に除去する工程を含む。
この方法によれば、高精度で信頼性の高い第1層電極のパターンを形成することができる。またこのハードマスクは第2層導電性膜を平坦化する際、第1層電極の除去を抑制する除去抑制層(ストッパ層)として作用するため膜減りもなく平坦な表面を効率よく形成することができる。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記ハードマスクが酸化シリコン膜からなる単層膜であり、前記第2層導電性膜が、前記ハードマスク上に積層されるものを含む。
また本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記ハードマスクが酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜であり、前記第1の絶縁膜が、前記ハードマスク上に積層されるものを含む。
この方法によれば、レジストアッシングにおいて第1層電極を構成する第1層導電性膜の汚染を防止することができる。また、第2層導電性膜のパターニング工程においてこのハードマスクが第1層電極の除去抑制層として良好に作用し、第1層導電性膜のパターニング後に、異方性エッチングによりサイドウォール絶縁膜を形成する際にも、第1層電極上で除去抑制層として良好に作用する。
また第2層導電性膜を形成後、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)あるいは、レジストエッチバック工程を用いて平坦化を行い単層電極構造を形成する場合、ハードマスクが第1層電極の除去抑制層として良好に作用する。
本発明によれば、ゲート酸化膜が酸化シリコンと金属酸化物薄膜の2層膜で構成されているため、ゲート酸化膜に窒化シリコン膜を含有しなくても、高耐圧をはかることができ、また、この金属酸化物薄膜はサイドウォール絶縁膜形成の際のエッチング抑制層として作用するため、製造が容易で信頼性が高い固体撮像素子を提供することができる。
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)
この固体撮像素子は、図1および図2に示すように、ゲート酸化膜2が酸化シリコン膜2aと酸化ハフニウム層2Sとの2層膜からなることを特徴とするもので、この酸化ハフニウム層2Sがサイドウォール絶縁膜形成時の異方性エッチング工程におけるエッチング抑制層として作用するとともに、電荷トラップを防止することができるようにしたものである。他は通例の固体撮像素子の構造を有しているものであるが、このゲート酸化膜2上に第1層導電性膜としての多結晶シリコン層からなる第1層電極3aと、第2層導電性膜としての多結晶シリコン層からなる第2層電極3bとが交互に並置され、電極間絶縁膜がCVD法で形成されたHTO膜(酸化シリコン膜)からなるサイドウォール絶縁膜5で構成されることを特徴とする。6は酸化シリコン膜である。図1は断面図、図2は平面図であって、図1は図2のA−A断面図である。
上記構成によれば、ゲート酸化膜が酸化シリコン膜2aと酸化ハフニウム2Sとの2層膜で構成されているため、HTO膜からなるサイドウォール絶縁膜の形成時にも、ゲート酸化膜の膜減りもなく、低温下で、高耐圧、高品質のサイドウォール絶縁膜を形成可能であり、拡散長の伸びも抑制できる。また、この構成により第1層電極3aと、第2層電極3bとが交互に並置され、平坦な表面をもつ単層電極構造を容易に形成できる。
他の構造は従来の固体撮像素子と同様であり、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、光電変換部に開口を持つように形成された遮光膜(図示せず)および表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填されたBPSG(borophospho silicate glass)膜からなる平坦化膜等を含む中間層70とを具備し、さらにこの中間層上に、フィルタ50およびレンズ60を形成してなることを特徴とするものである。
これにより、電極間絶縁膜が容易にかつゲート酸化膜の劣化なしに形成でき、良好に表面の平坦化をはかることができ、大幅に薄型化をはかることができる。
シリコン基板1には、複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオード領域30で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図2では図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成される。
なお、図2においては、電極間絶縁膜の内、フォトダイオード領域30と電荷転送部40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
また図1に示すように、シリコン基板1内には、フォトダイオード30、電荷転送チャネル33、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域34が形成され、シリコン基板1表面には、ゲート酸化膜2が形成される。ゲート酸化膜2表面には、電荷転送電極(第1層導電性膜3aからなる第1層電極、第2層導電性膜3bからなる第2層電極)が、第1層電極の側壁に形成されたサイドウォール絶縁膜からなる電極間絶縁膜5をはさんで並置されるように形成され、単層電極構造を構成している。
電荷転送部40は、上述したとおりであるが、図1に示すように、電荷転送部40の電荷転送電極上面には中間層70が形成される。そして窒化シリコン膜からなる反射防止層7、フォトダイオード領域30(光電変換部)部分を除いて遮光膜71が設けられ、凹部にBPSG膜からなる平坦化膜72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73、フィルタ下平坦化層74が設けられる。
そしてこの中間層70の上方には、さらにカラーフィルタ50(50B,50G)、マイクロレンズ60が設けられる。また、カラーフィルタ50とマイクロレンズ60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61が充填されていてもよい。
また、この例では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
次にこの固体撮像素子の製造工程について図3および図4を参照しつつ詳細に説明する。
まず、不純物濃度1.0×1016cm−3程度のn型のシリコン基板1表面に、膜厚50nmの酸化シリコン膜2aと膜厚50nmの酸化ハフニウム層2Sとからなるゲート酸化膜2を形成する(図3(a))。
続いて、このゲート酸化膜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。そしてこの上層に基板温度850℃(700〜850℃)でCVD法により膜厚50〜300nmのHTO膜4を順次積層する(図3(b))。
この後、フォトリソグラフィによりレジストパターンR1を形成し(図3(c))これをマスクとして、このHTO膜4をCHFとCとOとHe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、アッシングによりレジストパターンを除去しHTO膜4からなるハードマスクを形成する。
このようにして得られたHTO膜4からなるハードマスクを用いて第1層導電性膜3aをエッチングする(図4(a))。このエッチングに際してはHBrとOとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第1層電極および周辺回路の配線を形成する。ここではECR(電子サイクロトロン共鳴:Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはICP(誘導結合Inductively Coupled Plasma)方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
この後、この上層に高温下での減圧CVD法により、膜厚30〜200nmのHTO膜5を形成する(図4(b))。
そして反応性イオンエッチングにより水平部分に堆積されたHTO膜5を除去し側壁に残留させサイドウォール(絶縁膜)を形成する(図4(c))。このとき酸化ハフニウム層2Sがエッチングストッパとして作用する。
続いて、この上層に、減圧CVD法により、第1層導電性膜3aの高さ以上となるように第2層導電性膜3bとして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(図5(a))。
さらに、エッチバック法により突出部の第2層導電性膜3bを除去し、表面の平坦化を行なう(図5(b))。このようにして電荷転送部が形成される。
さらに、減圧CVD法により膜厚〜50nmのHTO膜6および反射防止膜としての窒化シリコン膜7を形成する(図1参照)。
そしてフォトリソグラフィにより第2層電極(第2層導電性膜)のパターニングを行い、光電変換部の窓開けを行なう。
そして反射防止膜および遮光層、平坦化膜等の中間層70を形成し、カラーフィルタ50、マイクロレンズ60などを形成して、図1および図2に示したような固体撮像素子を得る。
この固体撮像素子によれば、ゲート酸化膜を酸化シリコン膜2aと酸化ハフニウム層2Sで構成し、この酸化ハフニウム層2Sをエッチングストッパとして異方性エッチングを行うことにより、良好にサイドウォールを形成することができるため、小型で信頼性の高い固体撮像素子を形成することが可能となる。またサイドウォール絶縁膜をHTO膜で構成しており、低温下で低抵抗の単層構造電極を構成しているため、拡散長の伸びもなく高精度で微細な固体撮像素子が形成され、高速化および微細化が可能となる。
この方法によれば、0.1μm程度あるいはそれ以下の電極間距離をもつ微細化構造の形成が可能となる。
なおサイドウォール形成のための異方性エッチングのためのエッチングストッパ層として第1の絶縁膜5aを用いており、ゲート酸化膜の過研磨による膜減りを防止することができる。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、ゲート酸化膜として酸化シリコン膜と酸化ハフニウム層との積層膜を用いたが、酸化ハフニウム層などの高誘電率薄膜に代えて、酸化シリコンのエッチングに際してエッチング耐性をもつ低誘電率薄膜を用いてもよい。
この構成により、エッチング選択性も高くかつ、低誘電率をもつため薄くて信頼性の高いゲート酸化膜を形成することができるため更なる微細化が可能となる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、第1層電極のパターニング工程においてゲート酸化膜が膜減りをすることがあるが、この膜減りをCVD法により酸化シリコン膜を形成することにより補充するようにしてもよい。
また、前記実施の形態では単層電極構造の電荷転送電極について説明したが、2層電極構造の電荷転送電極にも適用可能である。
このとき、第1層電極だけでなく第2層電極のパターニングに際してマスクを用いる必要がある。またこれら第1層電極または第2層電極のパターニングに際して、ハードマスクとして酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜を用いるようにしてもよい。このようにハードマスクを2層膜で構成することによりパターン精度の向上のみならず、絶縁膜としての信頼性も向上する。そしてさらには、CMPやレジストエッチバックによる電極の分離を兼ねた平坦化工程においても、除去防止層(エッチングストッパ)として作用するため、さらに歩留りの向上を図ることができる。
なお、シリサイドを構成する金属としてはタングステンに限定されることなくチタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)など適宜変更可能である。さらにシリコン層としても多結晶シリコンに限定されることなくアモルファスシリコン層、マイクロクリスタルシリコン層など適宜変更可能である。
なお、製造方法については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。
以上説明してきたように、本発明によれば、ゲート酸化膜を酸化シリコン膜と金属酸化物薄膜との2層構造で構成しているため、高耐圧で信頼性の高い電荷転送電極を形成することができ、電極間絶縁膜の薄型化が可能であるため、小型カメラなど、微細でかつ高感度の固体撮像装置の形成に有効である。
本発明の実施の形態1の固体撮像素子を示す断面図である。 本発明の実施の形態1の固体撮像素子を示す上面図である。 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。 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。 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。
符号の説明
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1層導電性膜
3b 第2層導電性膜
5 HTO膜
6 HTO膜
7 窒化シリコン膜
9 窒化シリコン膜
30 フォトダイオード領域
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 中間層

Claims (11)

  1. 半導体基板表面に、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、
    前記電荷転送電極が、前記半導体基板表面ゲート酸化膜を介して形成された、第1層導電性膜からなる第1層電極と、第2層導電性膜からなる第2層電極とが交互に並ぶように、配置された固体撮像素子において
    前記第1層電極と前記第2層電極との間は、前記第1層電極の側壁を覆うように形成されたサイドウォール絶縁膜からなる電極間絶縁膜で絶縁分離されており、
    前記ゲート酸化膜が、酸化シリコン膜と、金属酸化物薄膜との2層膜で構成された固体撮像素子。
  2. 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
    前記金属酸化物薄膜は、高誘電率薄膜である固体撮像素子。
  3. 請求項2に記載の固体撮像素子であって、
    前記高誘電率薄膜は、Al,Ti,Hf,Zrの少なくともひとつの元素を含む酸化物薄膜である固体撮像素子。
  4. 請求項2に記載の固体撮像素子であって、
    前記金属酸化物薄膜は低誘電率薄膜である固体撮像素子。
  5. 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
    前記酸化シリコン膜はCVD法によって形成された酸化シリコン膜である固体撮像素子。
  6. 請求項1に記載の固体撮像素子であって、
    前記酸化シリコン膜はHTO膜である固体撮像素子。
  7. 光電変換部と、前記光電変換部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とを具備した固体撮像素子を製造する方法であって、
    前記電荷転送電極の製造工程が、
    半導体基板上に、酸化シリコン膜と、金属酸化物薄膜とを順次積層する工程と、
    第1層導電性膜からなる第1層電極を形成する工程と、
    前記第1層電極の上層に、酸化シリコン膜を成膜する工程と、
    前記金属酸化物薄膜をエッチングストッパとして、この酸化シリコン膜を異方性エッチングして、前記第1層電極の側壁にサイドウォール絶縁膜を形成する工程と、
    前記サイドウォール絶縁膜をはさんで前記第1層電極と絶縁分離されるように第2層導電性膜からなる第2層電極を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
  8. 請求項7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絶縁膜を形成する工程の後、前記サイドウォール絶縁膜から露呈する前記ゲート酸化膜上の前記金属酸化物薄膜を除去する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
  9. 請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第2層電極を形成する工程は、前記第1層電極間に第2層電極が位置するように前記第2層導電性膜を分離すべく、前記第1層電極上の前記第2層導電性膜を除去して平坦化し、前記第2層電極を形成する工程とを含む固体撮像素子の形成方法。
  10. 請求項8に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第1層電極を形成する工程は、第1層導電性膜を形成する工程と、前記第1層導電性膜上に絶縁膜からなるハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクを用いて前記第1層導電性膜を選択的に除去する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
  11. 請求項10に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記ハードマスクは酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜であり、前記第1の絶縁膜は、前記ハードマスク上に積層されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
JP2005231010A 2005-08-09 2005-08-09 固体撮像素子およびその製造方法 Pending JP2007048893A (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005231010A JP2007048893A (ja) 2005-08-09 2005-08-09 固体撮像素子およびその製造方法
US11/499,697 US7420235B2 (en) 2005-08-09 2006-08-07 Solid-state imaging device and method for producing the same
US12/179,433 US7772017B2 (en) 2005-08-09 2008-07-24 Method of producing a solid state imaging device including using a metal oxide etching stopper

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005231010A JP2007048893A (ja) 2005-08-09 2005-08-09 固体撮像素子およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007048893A true JP2007048893A (ja) 2007-02-22

Family

ID=37741844

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005231010A Pending JP2007048893A (ja) 2005-08-09 2005-08-09 固体撮像素子およびその製造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7420235B2 (ja)
JP (1) JP2007048893A (ja)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007048894A (ja) * 2005-08-09 2007-02-22 Fujifilm Corp 固体撮像素子およびその製造方法
TWI436474B (zh) * 2007-05-07 2014-05-01 Sony Corp A solid-state image pickup apparatus, a manufacturing method thereof, and an image pickup apparatus
JP5151375B2 (ja) * 2007-10-03 2013-02-27 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法および撮像装置
KR101541544B1 (ko) 2007-12-26 2015-08-03 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법 및 촬상 장치
JP5369441B2 (ja) * 2008-01-24 2013-12-18 ソニー株式会社 固体撮像素子
JP5136110B2 (ja) * 2008-02-19 2013-02-06 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP5328224B2 (ja) * 2008-05-01 2013-10-30 キヤノン株式会社 固体撮像装置
JP5374980B2 (ja) * 2008-09-10 2013-12-25 ソニー株式会社 固体撮像装置
JP2010177599A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Panasonic Corp 固体撮像装置及びその製造方法
JP5347999B2 (ja) * 2009-03-12 2013-11-20 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法、撮像装置
JP5810575B2 (ja) * 2011-03-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
US9041081B2 (en) * 2012-09-20 2015-05-26 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors having buried light shields with antireflective coating
JP2015012239A (ja) * 2013-07-01 2015-01-19 ソニー株式会社 撮像素子および電子機器
WO2017169757A1 (ja) 2016-03-29 2017-10-05 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003332558A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006032918A (ja) * 2004-06-14 2006-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置及びその製造方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5292673A (en) * 1989-08-16 1994-03-08 Hitachi, Ltd Method of manufacturing a semiconductor device
JPH04286361A (ja) * 1991-03-15 1992-10-12 Sony Corp 固体撮像装置
JPH05129583A (ja) 1991-11-05 1993-05-25 Matsushita Electron Corp 電荷転送装置およびその製造方法
JP3988239B2 (ja) * 1998-03-19 2007-10-10 ソニー株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
US6528856B1 (en) * 1998-12-15 2003-03-04 Intel Corporation High dielectric constant metal oxide gate dielectrics
JP2002170825A (ja) * 2000-11-30 2002-06-14 Nec Corp 半導体装置及びmis型半導体装置並びにその製造方法
JP2003197896A (ja) 2001-12-28 2003-07-11 Sony Corp 固体撮像素子の製造方法
JP2004200321A (ja) * 2002-12-17 2004-07-15 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004281721A (ja) 2003-03-17 2004-10-07 Hitachi Ltd 回路基板及び絶縁型半導体装置
JP2004336019A (ja) * 2003-04-18 2004-11-25 Advanced Lcd Technologies Development Center Co Ltd 成膜方法、半導体素子の形成方法、半導体素子、表示装置の形成方法及び表示装置
JP2004335804A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Fuji Photo Film Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2004356260A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Sharp Corp 撮像素子及びその製造方法
US6902969B2 (en) * 2003-07-31 2005-06-07 Freescale Semiconductor, Inc. Process for forming dual metal gate structures
US7084000B2 (en) * 2003-12-16 2006-08-01 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device and method for manufacturing the same
JP4501526B2 (ja) * 2004-05-14 2010-07-14 住友化学株式会社 高熱伝導性樹脂組成物
US7235471B2 (en) * 2004-05-26 2007-06-26 Freescale Semiconductor, Inc. Method for forming a semiconductor device having a silicide layer
US20050274996A1 (en) * 2004-06-14 2005-12-15 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid-state imaging device and method for manufacturing the same
JP4711645B2 (ja) * 2004-06-25 2011-06-29 富士フイルム株式会社 固体撮像素子およびその製造方法
JP4530747B2 (ja) * 2004-07-16 2010-08-25 富士通セミコンダクター株式会社 固体撮像装置及びその製造方法
US7294890B2 (en) * 2005-03-03 2007-11-13 Agency For Science, Technology And Research Fully salicided (FUSA) MOSFET structure

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003332558A (ja) * 2002-05-09 2003-11-21 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006032918A (ja) * 2004-06-14 2006-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体撮像装置及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20090075417A1 (en) 2009-03-19
US7420235B2 (en) 2008-09-02
US20070034981A1 (en) 2007-02-15
US7772017B2 (en) 2010-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7420235B2 (en) Solid-state imaging device and method for producing the same
JP4618786B2 (ja) 固体撮像装置の製造方法
JP4711645B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
US7795654B2 (en) Solid-state imaging device and method for producing the same
JP4194295B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4159306B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4700928B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4535766B2 (ja) 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2006049834A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2003332554A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2006100367A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2009060026A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4196778B2 (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
JP2008130648A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP4715110B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4443894B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP4705791B2 (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2007142098A (ja) 固体撮像素子の製造方法
JP2006108572A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006278690A (ja) 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子
JP2007194499A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2007158178A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2007201161A (ja) 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子
JP2003318385A (ja) 固体撮像素子およびその製造方法
JP2006041483A (ja) 固体撮像素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20061127

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071109

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071116

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20071126

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100921

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20110201