JP2004200319A

JP2004200319A - 固体撮像素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004200319A
Application number: JP2002365735A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Momose; 孝明百瀬; Maki Saito; 斎藤　　牧; Hideki Koriyama; 秀樹郡山
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】電極の薄型化、微細化に際しても、歩留まり低下を生じることなく、電荷転送電極の低抵抗化をはかり、高速転送の可能な電荷転送素子を提供する。
【解決手段】電荷転送電極の形成に際し、不純物ドープしながらアモルファスシリコン膜を形成し、これを熱処理により、多結晶化し、低抵抗で膜質の均一な電極を形成する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に電荷転送電極の形成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、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る。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、すなわち電荷転送電極の高速パルスによる駆動が必要となるため、電荷転送電極の微細化、低抵抗化が求められている。
【０００４】
従来、電荷転送電極には不純物ドープのなされた多結晶シリコン膜を用いてきた。
【０００５】
しかしながら、従来の固体撮像素子では、微細化に伴い、電極間リークなどの短絡不良が生じやすく、またフォトリソグラフィによる精度が十分に得られない、あるいは、転送路のポテンシャルが不均一となり転送不良になるというような問題が顕在化している。
【０００６】
また、電荷転送電極の微細化および電荷転送電極材料の低抵抗化への要求は高まる一方である。
このような要求の中で、電荷転送電極の膜厚は低減される傾向にあり、多結晶シリコン膜の膜厚が薄くなると、ゲート酸化膜の耐圧が低下するという問題がでてきている。
【０００７】
そこで本発明者らは種々の考察を重ねた結果、これらの問題が多結晶シリコンの結晶粒および粒界に起因するものであることを発見した。
【０００８】
すなわち多結晶シリコン膜の場合、結晶粒に起因して表面に凹凸を有する膜となる。通常多結晶シリコン膜を用いた電荷転送電極では、多結晶シリコン膜の表面を酸化して電極間絶縁膜を形成する場合も多い。
【０００９】
このように多結晶シリコン膜の表面を酸化して酸化シリコン膜を形成する場合、結晶粒の影響で、体積膨張による応力が働きその力を緩和させるため、電極表面に形成される酸化シリコン膜表面にも凹凸が形成されることがある。
【００１０】
この場合、この突起が絶縁膜を介して隣接する電極に接近すると、電極間のリークが起こり短絡不良を生じることがある。
【００１１】
また、微細化が進むと電極表面の凹凸の影響でフォトリソ工程において乱反射による露光精度の悪化により、電極間のショートが発生したり、電極配線が細くなり、抵抗上昇や配線切れが生じ易いという問題がある。
【００１２】
また、多結晶シリコン膜形成時の結晶粒径の不均一性やリン処理時の不純物ドープの不均一性に起因して電極下や隣接する電極間に均等に電圧がかかりにくくなるという問題がある。このため、転送路のポテンシャルが不均一となり転送不良となり易い。
【００１３】
また、薄い多結晶シリコン膜をパターニングする場合、エッチング工程において、粒界からエッチングガスの浸込みが生じ、ゲート電極を構成する多結晶シリコン膜の粒界に相当する領域でゲート酸化膜が消失したり薄くなったりすることがあった。このためゲート耐圧が低下する。
【００１４】
このように、結晶粒の影響により電極表面の平坦性が低下するという問題は従来から、問題となっており、種々の対策が立てられている。例えば、ＤＲＡＭのキャパシタ電極の形成において、成膜工程を２回に分け、一旦温度を下げて再び成膜することにより、表面の平坦化および低抵抗化をはかるという方法が提案されている（特許文献１参照）。
【００１５】
【特許文献１】
特開平５−３４７２５８号公報
【００１６】
この場合は、絶縁膜上に形成された多結晶シリコン膜であり、下地は、ゲート酸化膜のように薄いものではないため、電荷転送電極の場合のような多結晶シリコン膜の粒界に起因する耐圧低下のような問題はない。
【００１７】
また、ＤＲＡＭの場合は、キャパシタ電極自体の比抵抗の低減と、キャパシタ電極表面の凹凸の低減が課題となっている。
【００１８】
キャパシタ電極の下層は厚い層間絶縁膜であるため、電荷転送電極の場合のように、下層に存在するゲート酸化膜との界面における不純物分布が、問題になることはなかった。
【００１９】
これに対し、固体撮像素子では、前述したように、エッチング工程において粒界に相当する領域ではゲート酸化膜が薄くなり、ゲート耐圧が低下するという問題があった。
【００２０】
特に、多層電極構造の場合、段差が大きくなるため、第1層電極と第2層電極との間の層間絶縁膜の場合は、エッジでは表面に凹凸が形成されている上に膜厚も薄く、特にエッジで膜厚が薄い部分が形成されやすく、電界がかかるため、電流集中により短絡を生じ易い。従って特に、粒界に起因する層間絶縁膜の薄肉化の問題が深刻となっている。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の固体撮像素子では、電荷転送電極表面の結晶粒に起因する微細な凹凸により、酸化膜に短絡が生じ易いという問題があった。
また、短絡が生じないまでも電極内の不純物濃度や膜質が不均一であるため電極下の面内ポテンシャルが不均一となったり、隣接する電極間にかかる電界強度にばらつきが生じやすく、特性劣化の原因となっていた。
また特に微細でかつ薄型の電荷転送電極の場合、粒界に起因するゲート酸化膜の耐圧不良が深刻であった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、電極の薄型化、微細化に際しても、歩留まり低下を生じることなく、高速転送の可能な電荷転送素子を提供することを目的とする。
【００２２】
また、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、電荷転送電極の形成に際し、不純物ドープしながらアモルファスシリコン膜を形成し、これを熱処理により、多結晶化し、膜質の均一な電極を形成する。
【００２４】
すなわち、本発明の固体撮像素子では、半導体基板表面に形成された光電変換部と、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部とを具備した固体撮像素子において、電荷転送部の電荷転送電極が、ドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含むことを特徴とする。
【００２５】
かかる構成によれば、電荷転送電極が、ドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含むように構成されているため、電極内の結晶粒径や不純物濃度が均一となり、電極下や隣接する電極間にかかる電圧が一定になり、転送不良を生じたりすることなく、薄膜化に際しても、ゲート酸化膜の消失などによる耐圧不良もなく、微細化および高集積化に際しても転送特性にすぐれた固体撮像素子を提供することが可能となる。
また電極表面の凹凸が低減されるため、フォトリソ工程における乱反射も小さくなり、結果として露光精度が向上し、転送電極配線の信頼性が向上する。
【００２６】
また、この電荷転送電極は、前記半導体基板表面にゲート酸化膜を介して形成されたドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含む第1層電極と、前記ゲート酸化膜上から、電極間絶縁膜を介して前記第1層電極上に乗り上げるように形成されたドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含む第2層電極とを含む２層電極構造をなすことを特徴とする。
【００２７】
かかる構成によれば、電極間絶縁膜を薄肉化しても第1層電極および第2層電極がドープトアモルファスシリコンの結晶化によって形成されているため不純物濃度が均一で結晶粒による凹凸がないため、電界集中もなく、短絡や転送不良を生じたりすることなく、転送特性の良好な固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００２８】
また、このドープトアモルファスシリコン膜表面に金属シリサイド膜を形成するようにすれば、シリサイド化が均一に進行するため局部的なせり上がりが発生しにくくなり、電極間ショートを抑制することができる。ドープトアモルファスシリコン膜の膜厚をさらに小さくしても低抵抗化をはかることができ、均一な不純物濃度を維持することができる。従ってさらに転送特性の向上をはかることが可能となる。またシリサイド化のための熱処理時に結晶化がなされるため、工数の増大もない。
【００２９】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板表面に形成された光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送するた電荷転送部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、電荷転送部の電荷転送電極を形成する工程が、前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を介してドープトアモルファスシリコン膜を成膜する成膜工程と、前記ドープトアモルファスシリコン膜を熱処理により多結晶化する結晶化工程とを含むことを特徴とする。
【００３０】
かかる構成によれば、電荷転送電極が、ドープトアモルファスシリコン膜をアニールして多結晶シリコン膜を形成することにより形成されるため、ドーピング工程が不要となる上、電極内の結晶粒や不純物濃度が均一となり、電極下や隣接する電極間にかかる電圧が一定で、転送特性にすぐれた固体撮像素子を提供することが可能となる。また、工数の増大もなく容易に形成可能である。
【００３１】
また結晶化に際しては、前記ドープトアモルファスシリコン膜の表面を酸化する酸化工程と同時に実行されるようにすれば、工数の増大もない。
【００３２】
また望ましくは、ドープトアモルファスシリコン膜上に、金属膜を形成し、シリサイド化を行うと同時に結晶化を行うようにすれば、工数の増大なしに、低抵抗で信頼性の高い電荷転送電極を得ることが可能となる。
【００３３】
また、さらにシリサイド化されずに残った金属膜を選択的に除去し、さらに前記金属シリサイド膜をアニールするようにすれば、これらのシリサイド化およびアニール工程で結晶化がなされるため、容易に低抵抗で信頼性の高い電荷転送電極を得ることが可能となる。
【００３４】
また、この金属シリサイド膜としては、チタンシリサイドを用いるようにすれば、より低抵抗化をはかることが可能となる。
【００３５】
さらに望ましくは、金属シリサイド膜として、コバルトシリサイドを用いるようにすれば、後続工程における熱による凝集もなく、より低抵抗のシリサイド膜を形成することが可能となる。
【００３６】
また、金属シリサイド膜としては、ニッケル、パラジウム、プラチナ、タンタルのシリサイドとしてもよい。
【００３７】
なおこのシリサイド化工程は、窒素雰囲気中で６９０から８００℃に加熱するのがよい。
また、シリサイド化されずに残った金属膜を除去した後、１ｓｔアニールが不十分であれば、８００℃以上に加熱すれば、シリサイド膜の低抵抗をはかることが可能となる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
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。
（第1の実施の形態）
図１に、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図１（ａ）は、その光電変換部から電荷転送電極までを示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、図1（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図１に示すように、シリコン基板１には、複数のフォトダイオード３０が形成されて光電変換部を構成しており、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送電極４０が、フォトダイオード３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送電極４０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（図示せず）は、電荷転送電極４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。なお、図１（ａ）においては、電極間絶縁膜３の内、フォトダイオード領域と電荷転送電極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。
【００３９】
図１（ｂ）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（図示せず）、チャネルストップ領域３１、電荷読み出し領域（図示せず）が形成され、シリコン基板１表面には、絶縁膜（以下、ゲート酸化膜と記述する。）２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜３とドープトアモルファスシリコンを結晶化して形成された多結晶シリコン膜４ａ、４ｂからなる電荷転送電極４０が形成されている。電極間絶縁膜３は、多結晶シリコン膜４ａ、４ｂの一方、例えば多結晶シリコン膜４ａの側壁から成膜されるものである。
【００４０】
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード３０部分を除いて遮光膜５０が設けられ、さらにカラーフィルタ６０、マイクロレンズ（図示せず）が設けられる。また、電荷転送電極４０と遮光膜５０との間、および遮光膜５０とカラーフィルタ６０との間は、絶縁性物質が充填される。電荷転送電極４０および電極間絶縁膜３を除いて従来のものと同様であるので説明を省略する。また、図１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。
【００４１】
次に、図２を用いてこの固体撮像素子の製造工程について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１表面に、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層構造のゲート酸化膜２を形成する。続いてこのゲート酸化膜２上に、ＳｉＨ₄とＰＨ₃との混合ガス（流量比：ＳｉＨ₄：ＰＨ₃＝１０００：９１．１、ここでＰＨ₃は１％のＮ₂希釈）を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍのドープトアモルファスシリコン膜４ａｓを形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。続いて、減圧ＣＶＤ法によりエッチングストッパ層となる酸化シリコン膜６を形成し、そしてこの上層にレジストを厚さ０．８〜１．４μｍとなるように塗布する。
【００４２】
そして、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅０．５μｍのレジストパターンＲを形成する。
【００４３】
この後、図２（ｂ）に示すように、ＨＢｒとＯ₂との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりレジストパターンＲをマスクとし、ゲート酸化膜２をエッチングストッパとしてドープトアモルファスシリコン膜４ａｓと酸化シリコン膜６とを選択的にエッチング除去したのち、レジストパターンＲを剥離除去する。ここではＥＣＲあるいはＩＣＰなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００４４】
続いて、図２（ｃ）に示すように、酸素雰囲気中で９００℃30秒のＲＴＡを行い、熱酸化によりＴＥＯＳとＯ₂との混合ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍの酸化シリコン膜からなる第２の絶縁膜３ａを形成する。このときドープトアモルファスシリコン膜４ａｓは結晶化され多結晶シリコン膜４ａとなる。
【００４５】
そして図２（ｄ）に示すように、異方性エッチングにより、垂直方向にのみエッチングを進行させ、多結晶シリコン膜４ａの側壁にのみ第２の絶縁膜（酸化シリコン膜）３ａを残すようにエッチングを行い、側壁絶縁膜からなる電極間絶縁膜３を形成する。
【００４６】
次に、図２（ｅ）に示すように、前記ドープトアモルファスシリコン膜の形成工程と同様にしてＳｉＨ₄とＰＨ₃の混合ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により膜厚０．４〜１．４μｍのドープトアモルファスシリコン膜４ｂｓを形成する。
【００４７】
そして、図２（ｆ）に示すように、基板表面をＣＭＰにより研磨し、さらに化学的エッチングにより、電極間絶縁膜３の上面が露呈するまでエッチングし、電荷転送電極となる多結晶シリコン膜４ａおよびドープトアモルファスシリコン膜４ｂｓを個々に分離する。そして９００℃３0秒のＲＴＡを行い、ドープトアモルファスシリコン膜４ｂｓを結晶化し多結晶シリコン膜４ｂとする。
そして、この上層に絶縁膜、遮光膜などを形成して、図１に示したような固体撮像素子を得る。
【００４８】
この方法によれば、不純物をドープしながらアモルファスシリコン膜を形成しこれを、後続の熱処理工程で多結晶化することによりドープト多結晶シリコン膜とし、容易に、表面および下面が平坦で均一なドープト多結晶シリコン膜からなる電荷転送電極を形成することが可能となる。
【００４９】
また電荷転送電極の膜厚が薄い場合にも粒界に起因するゲート酸化膜の損傷もなく、ゲート酸化膜とドープトアモルファスシリコン膜との界面も平坦で均一なものとなっている。
従って転送特性の向上をはかることが可能となる。
【００５０】
また、特別な熱処理工程を経ることなく、熱酸化のための加熱工程で結晶化されるため、拡散長ののびもなく微細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。
さらにまた、工数の低減を図ることができ、製造コストの低減と、歩留まりの向上をはかることが可能となる。
【００５１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、電荷転送電極の導電層をドープトアモルファスシリコン膜を結晶化して形成した多結晶シリコン膜１層で形成したが、第２の実施の形態では、電荷転送電極の低抵抗化を図るために、表面側に金属シリサイドを含む導電膜を形成した２層構造としている。ここではシリサイド化と同時にアモルファスシリコン膜を結晶化し多結晶シリコン膜としたことを特徴とする。
【００５２】
図３に、本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す。図３は、図１（ａ）と対応する断面図であり、多結晶シリコン膜４ａ、４ｂの上層に、チタンシリサイド膜５Ｓなどの導電膜が積層されている。導電膜としては、タングステン、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、あるいはこれらのシリサイド、あるいはアルミニウムなどを利用してもよい。他の部分については図１の固体撮像素子と同様であるので、説明を省略する。
【００５３】
図４（ａ）乃至（ｈ）にその工程図を示すが、図４（ａ）乃至（ｅ）の工程は、第１の実施の形態の工程図を示す図２（ａ）乃至（ｅ）と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
この後、図４（ｆ）に示すように、ＨＢｒとＯ₂との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより多結晶シリコン膜４ａ、ドープトアモルファスシリコン膜４ｂｓの表面をエッチング除去し、電極間絶縁膜３の頂部を上端面よりも低い位置まで露呈させる。そして、図４（ｇ）に示すように、多結晶シリコン膜４ａ、ドープトアモルファスシリコン膜４ｂｓの上層に、スパッタリング法により、膜厚６００〜８００ｎｍのチタン又はコバルト膜５を形成する。このときの基板温度は０〜５００℃であった。このとき、表面の凹凸はなく平坦な表面となっている。
【００５５】
そして９００℃３０秒のＲＴＡによりシリサイド化をはかるとともにドープトアモルファスシリコンの結晶化を行う。これによりドープトアモルファスシリコン膜は多結晶シリコン膜となる。そして多結晶シリコン膜４ａ、４ｂとチタン膜５ｓとの界面がシリサイド化される。
【００５６】
続いて、図４（ｈ）に示すように、ＳＣ−１（ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５）ウェットエッチング（３５℃10分）により、電極間絶縁膜３上にシリサイド化されることなく残留するチタン膜５ｓを除去する。
【００５７】
このようにして、多結晶シリコン膜４ａ、４ｂとチタンシリサイド膜５とからなる電荷転送電極を個々に分離する。そして、この上層に絶縁膜、遮光膜などを形成して、図１に示したような固体撮像素子を得る。なお、この場合、チタン膜５が充分な遮光効果が得られる程度の厚さとすることにより、遮光膜を省略することも可能である。
【００５８】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。第１および第２の実施の形態では、ドープトアモルファスシリコンの結晶化を酸化シリコン膜の形成工程、シリサイド化工程で実行したが、別工程として行ってもよい。多結晶シリコン膜にイオン注入して形成する場合にも、９００から９５０℃３０分程度のドライブイン熱処理が必要であることからみても、別工程としても工数の増大にはならないことがわかる。
【００５９】
このようにして製造が容易でかつ信頼性の高い電荷転送電極の形成が可能となる。
【００６０】
また、前記実施の形態では、単層電極構造について説明したが、第１層電極上に第２層電極が乗り上げるような構造においても適用可能であり、結晶化のための熱処理は後で同時に実行するようにすればよいため、工数の増大なしに信頼性の高い電極を形成することが可能となる。
【００６１】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第4の実施の形態として、２層電極構造をもつ固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００６２】
この固体撮像素子は、電荷転送電極の構造が2層構造となっている以外は前記第1の実施の形態の図１で説明したものと同様に形成されている。
【００６３】
すなわち、図５（ｅ）に要部断面図を示すように、所望の素子領域の形成されたシリコン基板１表面に、ゲート酸化膜２を介して配列形成される多結晶シリコン４ａからなる第1層電極と、ゲート酸化膜上から前記第1層電極上に乗り上げるように形成された多結晶シリコン４ｂからなる第2層電極とからなる２層構造の電荷転送電極４を有し、この第１層および第２層電極の端部が側壁絶縁膜６を介して分離され、この側壁絶縁膜６から露呈する第１層および第２層電極表面に自己整合的にチタンシリサイド膜５Ｓを形成し、電荷転送電極の低抵抗化をはかるもので耐圧不良や短絡のない固体撮像素子を形成するようにしたことを特徴とする。
【００６４】
なおこのゲート酸化膜は、酸化シリコン膜２ａと窒化シリコン膜２ｂと酸化シリコン膜２ｃとの３層構造膜で構成される。
【００６５】
そしてこの固体撮像素子は、所望の素子領域の形成されたシリコン基板１表面に、ゲート酸化膜２を介して配列形成される2層構造の電荷転送電極４が、側壁絶縁膜を有する第１層および第２層電極上にチタン膜を形成し、シリサイド化を行い、シリサイド化されずに残ったチタン膜を選択的に除去することにより、自己整合的に、金属シリサイド層を形成される。
【００６６】
またこの電極間絶縁膜３は、第1層電極形成後にフォトリソグラフィによって形成される
【００６７】
次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
まず、ｎ型のシリコン基板１表面に、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層構造のゲート酸化膜２を形成する。
【００６８】
続いて、このゲート酸化膜２上に、ＰＨ₃を添加するとともにＨｅで希釈したＳｉＨ₄を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍの第１層アモルファスシリコン膜４ａｓを形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。
【００６９】
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布する。
【００７０】
そして、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅０．３から数μｍのレジストパターンを形成する。
【００７１】
この後、ＨＢｒとＯ₂との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりレジストパターンをマスクとし、ゲート酸化膜２をエッチングストッパとして第１層多結晶シリコン膜を選択的にエッチング除去したのち、レジストパターンを剥離除去し、第１層電極を形成する。ここではＥＣＲあるいはＩＣＰなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
【００７２】
続いて、熱酸化により第１層電極の表面に膜厚８０ｎｍの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜３を形成する。
【００７３】
このようにして、電極間絶縁膜３を形成する。
【００７４】
次に、ＰＨ３とＳｉＨ₄ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により膜厚０．４〜０．７μｍの第２層アモルファスシリコン膜４ｂｓを形成し、第１層アモルファスシリコン膜の場合と同様にフォトリソグラフィによりパターニングし、第２層電極を形成する。
【００７５】
そして、図５（ａ）に示すように、この上層に減圧ＣＶＤ法により酸化シリコン膜６を形成する。
【００７６】
そして、図５（ｂ）に示すように、異方性エッチングにより、第１層及び第２層電極のアモルファスシリコン膜を露出させ、また第１層及び第２層電極の側壁に酸化シリコン膜６を残留せしめる。なおこの側壁絶縁膜の幅は、酸化シリコン膜の膜厚によって制御可能であり、酸化シリコン膜の膜厚を上げていくと側壁絶縁膜の幅も広くなり、隣接電極間の短絡マージンを広げることができる。また第１および第２の電極上の酸化シリコン膜の膜厚が１６０ｎｍの場合、側壁絶縁膜の幅は１６０ｎｍである。また、この熱酸化工程でドープトアモルファスシリコン膜は多結晶シリコン膜となる。この酸化シリコン膜は減圧ＣＶＤ法によって形成したが、熱酸化膜あるいは熱酸化膜とＣＶＤ法によって形成した酸化シリコン膜との積層構造体でもよい。
【００７７】
そして、図５（ｃ）に示すように、第１層および第２層電極を構成する多結晶シリコン膜４ａ、４ｂの上層に、スパッタリング法などにより、膜厚５０〜３００ｎｍのチタン膜５を形成する。
【００７８】
続いて、図５（ｄ）に示すように、７6０℃９０秒のＲＴＡ（急速熱処理）を行い、第１及び第２層電極としてのの多結晶シリコン膜４ａ、４ｂとチタン膜５との界面に同時にチタンシリサイド５Ｓを形成する。なお、縮退濃度までリンをドープした多結晶シリコンではシリサイド化のための加熱温度は７６０℃が最適である。このとき多結晶シリコンとチタンとの反応は第１および第２の電極上でのみ起こり、側壁絶縁膜６で覆われているフォトダイオード上や、絶縁膜で覆われている周辺回路上のチタンは未反応のままとなる。ただし、このチタンシリサイドはＣ−４９結晶構造を有し、第１及び第２層電極とで構成される電荷転送電極としての比抵抗は比較的高い。
【００７９】
この後、図５（ｅ）に示すように、アンモニアと過酸化水素水の混合液を用いたＳＣ−１処理を行い、未反応のチタン膜を除去し、８００℃９０秒のアニール工程を経てチタンシリサイドの低抵抗化をはかり、多結晶シリコン膜とチタンシリサイドとの２層構造の電荷転送電極が形成される。
【００８０】
そしてこの上層に膜厚１００ｎｍのＰ−ＴＥＯＳ膜を形成した後、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜を形成し、８５０℃でリフローし平坦化して絶縁膜７０、を得る。この後遮光膜、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に示したような固体撮像素子を得る。
【００８１】
この方法によれば、第１層及び第２層電極を構成するドープトアモルファスシリコン膜を、熱酸化工程およびシリサイド化工程における熱処理を利用して多結晶化を行うことができ、不純物濃度が均一でかつ結晶性の高い多結晶シリコン膜を得ることができる。
【００８２】
また、第１層及び第２層電極を構成するドープトアモルファスシリコン膜の側壁に側壁絶縁膜を形成し、この側壁絶縁膜から露呈するドープトアモルファスシリコン膜の表面にチタンシリサイド膜を形成しているため、耐圧不良や短絡が生じることはない。従って微細で信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
【００８３】
また、表面反射率が高く、ハレーションなどにより加工が難しい金属膜のパターニングが不要となる。すなわち、表面反射の影響により精度が低下したりすることなく、ドープトアモルファスシリコン膜のパターンを形成すると共にエッジを側壁絶縁膜で被覆し、このパターン上でのみシリサイド化を生ぜしめ、金属シリサイド膜を選択的に形成することにより、２層構造の電荷転送電極を自己整合的に形成することができる。また２層構造の電荷転送電極を１回のシリサイド化工程で多結晶化するとともにシリサイド化しているため、高温工程の回数を少なくすることができる。従って、マスクずれもなく高精度で信頼性の高い電荷転送電極を持つ固体撮像素子を形成することが可能となる。
【００８４】
さらに、フォトダイオード形成時に、シリコン面が露出した際に金属が触れると汚染の原因となるが、この例では、金属膜の形成もシリサイド化のための熱処理も１回ですむ上、ＲＴＡを用いるため短時間ですむ。従って、フォトダイオード形成後に電極形成を行うようにしても、拡散長の伸びによる接合面のずれも少なく高品質の固体撮像素子を形成することができる。従って金属イオンによるフォトダイオードの汚染を防止することができ、信頼性の向上をはかることができる。
【００８５】
膜厚４００ｎｍのｎ型多結晶シリコンでは、通常シート抵抗は２０Ω／ｃｍ²であるが、本実施の形態では膜厚１２０ｎｍのチタンをスパッタリングにより形成した場合で、１μｍ幅の転送電極で２Ω／ｃｍ²と大幅に抵抗の低減をはかることができた。
【００８６】
本実施の形態のハニカムＣＣＤにおいては、全画素読み出し方式であっても転送電極は２層電極構造で構成することができ、シリサイド層が他の位相の転送電極にさえぎられることなく電極の長手方向に沿って連続的に形成することができる。従って転送電極の長手方向の全長にわたって低抵抗化することができる。また転送電極は一様にシリサイド化されているため、電極材料の仕事関数の変化による電荷転送路でのポテンシャル変動が発生せず、シリサイド化されていない部分での電極の抵抗上昇を生じることがない。
【００８７】
なお、前記実施の形態では、ドープトアモルファスシリコンから一旦７６０℃９０秒程度のＲＴＡによりＣ４９構造にし、ＳＣ−１処理を行い、不要部のチタン膜を除去した後、８００℃９０秒程度の熱処理を行いＣ５４構造にして低抵抗化するというプロセスを用いたが、シリサイド化のための熱処理温度を８００℃とし一挙にＣ５４構造のチタンシリサイド膜を形成してもよい。このようにして形成されたチタンシリサイド膜は安定で低抵抗（比抵抗：１５Ω・ｃｍ）である。
【００８８】
また、チタンシリサイドの凝集反応による転送電極の上昇はみられなかった。これは高温長時間の熱処理工程なしに形成されるためであると考えられる。
【００８９】
また、前記実施の形態では第１層および第２層電極の端部に側壁絶縁膜を形成し、この側壁絶縁膜から露呈する第１層および第２層電極表面にのみ選択的に、シリサイド化を行うようにしているため、シリサイド化のための熱処理温度を８００℃とし一挙にＣ５４構造のチタンシリサイド膜を形成しても、側壁絶縁膜の存在により、電極間の短絡もなく高信頼性を維持することができる。
【００９０】
さらにまた、前記実施の形態では、Ｐ−ＴＥＯＳ膜を形成した後、続いてＢＰＳＧ膜を形成したが、ＢＰＳＧ膜の形成に先立ち、遮光膜としてのタングステン膜を形成してもよい。
【００９１】
なおここで用いる金属シリサイド膜としては、チタンシリサイドのほか、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、白金のシリサイドなどが適用可能である。またこれらの金属シリサイドの上層にさらにこれらチタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、白金の窒化物、合金、化合物、複合物を形成しても良い。
【００９２】
なお、本実施の形態は垂直転送電極、水平転送電極ともに適用可能である。
【００９３】
また、前記実施の形態では、固体撮像素子の電荷転送電極をドープトアモルファスシリコンの結晶化によって得られる多結晶シリコン膜で形成したが、これに限定されることなく配線、あるいはＭＯＳＦＥＴのゲート電極などにも適用可能である。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、電極内の結晶粒や不純物濃度が均一となり、電極下や隣接する電極間にかかる電圧が一定になり、転送特性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００９５】
また、表面に凹凸がなく平坦な多結晶シリコン膜を得ることができるため、多結晶シリコン膜として成膜した多結晶シリコン膜を用いた場合に比べてフォトリソ工程における乱反射も小さく、露光精度の向上をはかることができ、転送電極配線の信頼性の向上をはかることが可能となる。
【００９６】
さらに電荷転送電極の厚さを薄くして、光電変換部の受光効率を向上させるとともに、電荷転送電極間の電気的耐圧を劣化させることなく、高速かつ高感度の転送が可能で低消費電力の固体撮像素子を提供することが可能となる。また、電荷転送電極の低抵抗化により電極の高さをさらに低くすることができ、かつ表面の平坦化を図ることができるため、色むらなどの段差に起因する光学特性不良を低減することが可能となる。さらに、高速転送が可能となるためスミアなどの光学特性を改善することができ、高品質で信頼性の高いＣＣＤを得ることが可能となる。
【００９７】
また、本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、工数の増大なしに製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態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・・・第１の絶縁膜（ゲート酸化膜）
３ａ・・・第２の絶縁膜（酸化シリコン膜）
３・・・電極間絶縁膜
４ａｓ、４ｂｓ・・・ドープトアモルファスシリコン膜
４ａ、４ｂ・・・多結晶シリコン膜
５Ｓ・・チタン膜
５・・チタンシリサイド
６・・・酸化シリコン膜
３０・・・フォトダイオード
３１・・・チャネルストップ領域
４０・・・電荷転送電極
５０・・・遮光膜

Claims

半導体基板表面に形成された光電変換部と、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部とを具備した固体撮像素子において、
前記電荷転送部の電荷転送電極が、
ドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含むことを特徴とする固体撮像素子。
前記電荷転送電極は、前記半導体基板表面にゲート酸化膜を介して形成されたドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含む第1層電極と、
前記ゲート酸化膜上から、電極間絶縁膜を介して前記第1層電極上に乗り上げるように形成されたドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜を含む第2層電極とを含む２層電極構造をなすことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
前記電荷転送電極は、ドープトアモルファスシリコン膜をアニールして形成された多結晶シリコン膜と、前記多結晶シリコン膜表面に形成された金属シリサイド膜とを具備したことを特徴とする請求項1または２に記載の固体撮像素子。
半導体基板表面に形成された光電変換部と、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部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、
前記電荷転送部の電荷転送電極を形成する工程が、
前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を介してドープトアモルファスシリコン膜を成膜する成膜工程と、
前記ドープトアモルファスシリコン膜を熱処理により多結晶化する結晶化工程とを含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
前記結晶化工程は、前記ドープトアモルファスシリコン膜の表面を酸化する酸化工程と同時に実行されることを特徴とする請求項4に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記ドープトアモルファスシリコン膜上に、金属膜を形成する工程を含み、
前記結晶化工程は、同時に前記ドープトアモルファスシリコン膜と前記金属膜との界面に、金属シリサイド膜を形成するシリサイド化工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
さらにシリサイド化されずに残った金属膜を選択的に除去する工程と、
さらに前記金属シリサイド膜をアニールする工程を含むことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記シリサイド化工程は、窒素雰囲気中で６９０から８００℃に加熱する工程であることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記アニール工程は、８００℃以上に加熱する工程であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。