JP2004363473A - Solid imaging device and its manufacturing method - Google Patents

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JP2004363473A
JP2004363473A JP2003162370A JP2003162370A JP2004363473A JP 2004363473 A JP2004363473 A JP 2004363473A JP 2003162370 A JP2003162370 A JP 2003162370A JP 2003162370 A JP2003162370 A JP 2003162370A JP 2004363473 A JP2004363473 A JP 2004363473A
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JP
Japan
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film
charge transfer
imaging device
solid
oxide film
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003162370A
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Japanese (ja)
Inventor
Kaoru Fujisawa
薫 藤澤
Sadaji Yasuumi
貞二 安海
Maki Saito
斎藤  牧
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Fujifilm Holdings Corp
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Original Assignee
Fujifilm Microdevices Co Ltd
Fuji Photo Film Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid imaging device that can suppress the generation of white blemish and is superior in reliability. <P>SOLUTION: The solid imaging device is provided with a photoelectric conversion part, a charge transmission part that has a charge transmission part to transmit charges generated by the photoelectric conversion part, and a peripheral circuit connected with the charge transmission part. The surface of the photoelectric conversion part is covered with a reflection prevention film formed of a silicon nitride film. A hydrogen permeable spacer film is interposed between the side wall of a gate oxide film below a charge transmission electrode and the reflection prevention film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

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関する。
【0002】
【従来の技術】
エリアセンサ等に用いられるCCD(電荷結合素子)を用いた固体撮像素子は、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配置され、順次駆動される。
【0003】
近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。
【0004】
このような状況の中で図7に示すように、画素部に反射防止膜となる窒化シリコン膜等の、酸化シリコン膜よりも屈折率の高い膜を形成した固体撮像素素子が提案されている。
【0005】
そして、画素部に水素を供給することにより、基板界面電位の低減をはかることができ、暗電流や白キズの発生を抑制することができる。これは水素アニール効果として知られている。
【0006】
ところで、図7に断面図を示すように、電荷転送電極3の表面を酸化して酸化シリコン膜6aで被覆するとともにスペーサ膜としての窒化シリコン膜6bを形成し、さらに反射防止膜となる窒化シリコン膜62を形成し、この上層に金属遮光膜71を形成した構造が提案されている(参考文献1)。
【0007】
しかしながらこの構造では、周辺回路部のアンプのトランジスタについてはノイズを低減するためにゲート酸化膜を酸化シリコン膜単層としている。これはアンプノイズ低減(熱雑音&1/f雑音成分)のためである。つまり熱雑音を低減するにはドライバーの相互コンダクタンス(gm)を大きくする必要があるがこのgmはCox増大(Gate酸化膜薄膜化)で大きく出来る。1/f雑音成分はCoxに反比例(Cox=εox/toxよりtoxには比例)するためにGate薄膜化が有効となる。
【0008】
このため、ゲート酸化膜は一括してパターニングするのではなく、窒化シリコン膜を残してパターニングする。すなわちゲート電極のパターニング工程において酸化シリコン単層であるアンプ部のゲート酸化膜がダメージを受けないように他の領域の窒化シリコン膜は残しておくようにし、窒化シリコン膜をエッチングストッパとしてゲート電極であるシリコン系導電性膜のパターニングを行う。
そして電極表面を酸化し酸化シリコン膜を形成し、この後光電変換部(画素部)の窒化シリコン膜をエッチング除去している。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−324899号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
この状態では、ゲート酸化膜側壁、特に窒化シリコン膜2bの側壁が露呈しており、反射防止膜62としての窒化シリコンを形成すると、このゲート酸化膜の窒化シリコン膜と反射防止膜の窒化シリコン膜とがこのゲート酸化膜側壁で繋がってしまい、水素の供給路が絶たれてしまうという問題がある。
これは、暗時の白キズの原因となる。ここで白キズとは入射光のレベルにかかわらず、信号電荷が発生してしまうことをいい、画面には白いキズ状にみえる。
【0011】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、白キズの発生を抑制し、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。
【0012】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、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、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする。
【0013】
かかる構成によれば、ゲート酸化膜の側壁と反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜が介在しているため、ゲート酸化膜の窒化シリコン膜の側壁と反射防止膜との間にはスペーサ膜が介在することになり、水素アニール効果も良好に奏功し得ることになる。
ここでこのスペーサ膜は、酸化シリコン膜であるのが望ましい。これにより通常のプロセスで効率よく形成することが可能となる。
【0014】
また、このスペーサ膜は、膜厚10nm以下であるのが望ましい。さらに望ましくは5nm以下とする。これにより感度の低下を抑制するとともに、遮光膜の張り出し部分から反射して入ってくるスミアの原因となる光も抑制し、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。
【0015】
又上記固体撮像素子において、前記周辺回路部はゲート酸化膜が単層構造のトランジスタを含む。この場合、特に窒化シリコン膜の側壁が露呈しやすいが、スペーサの介在により、水素の透過が可能となり、白キズの発生が抑制される。
【0016】
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、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子の製造方法であって、半導体基板表面に、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の3層構造膜(ONO膜)からなるゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜上にシリコン系導電性膜を形成する工程と、窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記シリコン系導電性膜をパターニングし電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極表面を酸化する工程と、前記光電変換部の少なくとも画素部の前記窒化シリコン膜をエッチング除去する工程と、前記電荷転送電極下の窒化シリコンの側壁を覆うように水素透過性のスペーサを形成する工程と、反射防止膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【0017】
又望ましくは、前記スペーサ膜の形成に先立ち、前記基板表面をエッチングし、酸化シリコン膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【0018】
【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。
図1は、本発明の実施の形態の固体撮像素子の要部断面を示す説明図、図2および図3は、本発明の実施の形態の固体撮像素子を示す平面図およびそのA−A断面図である。また、図4乃至図6は同製造工程図である。
【0019】
この固体撮像素子は、図1および3に示すように、光電変換部30と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する単層構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部40とを具備した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする。
【0020】
この構成は、感度の低下や光学特性の低下を回避しつつ、ゲート酸化膜の側壁と反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜である酸化シリコン膜膜6bを介在させているため、ゲート酸化膜の窒化シリコン2bの側壁と反射防止膜との間にはスペーサ膜が介在することになり、水素アニール効果も良好に奏功し得ることになる。
【0021】
なおここで、半導体基板1としては低効率5.0〜9.5Ωcmのn型シリコン基板を用い、ゲート酸化膜2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。
【0022】
なお、図2に平面図、図3に全体断面概要図を示すように、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、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部40が、フォトダイオード30の間に形成される。
【0023】
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31は、図1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。
【0024】
なお、図2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。
【0025】
図3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31、チャネルストップ領域32、電荷読み出し領域33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、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜6aと電荷転送電極(電極3)が形成される。
【0026】
電荷転送部40は、上述したとおりであるが、図3に示すように、電荷転送部40の電荷転送電極上面には層間絶縁膜70が形成される。71は遮光膜、72はP−TEOSからなる絶縁膜、74はBPSG膜からなる平坦化層である。
【0027】
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71が設けられ、さらにカラーフィルタ50、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との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層61が充填される。電荷転送部40および電極間絶縁膜6を除いて通例のものと同様であるので説明を省略する。また、図2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。
【0028】
次にこの固体撮像素子の製造工程について詳細に説明する。
まず、図4(a)に示すように、n型のシリコン基板1表面に、膜厚35nmの酸化シリコン膜2aと、膜厚50nmの窒化シリコン膜2bと、膜厚5nmの酸化シリコン膜2cを形成し、3層構造のゲート酸化膜2を形成する。
【0029】
続いて、図4(b)に示すように、周辺回路部40Sにおいてアンプ部のトランジスタ領域に相当する部分の酸化シリコン膜2cおよび窒化シリコン膜2bを選択的に除去し、単層とする。
【0030】
この後、ゲート酸化膜2上に、SiHを反応性ガスとして用いた減圧CVD法により、膜厚0.4μmの多結晶シリコン膜を形成する。このときの基板温度は600〜700℃とする。この後POClとNとOとの混合ガス雰囲気中で900℃の熱処理を行い多結晶シリコン膜3をドーピングする(リン酸処理)。
続いて、フォトリソグラフィにより形成したレジストパターンをマスクとして、HBrとOとの混合ガス(HBr/O:60/2(ml/min))を用いた反応性イオンエッチングにより、ゲート酸化膜2の窒化シリコン膜2bをエッチングストッパとして多結晶シリコン膜3を選択的にエッチング除去し、電極を形成する。ここでは高密度プラズマエッチング装置を用いるのが望ましい。
【0031】
続いて、必要に応じてこのレジストパターンをマスクとして、転送効率を補うためのイオン注入を行う。ここではボロンを20〜100KeV、1×1010〜1×1013/cmでイオン注入する。
そして、アッシングによりレジストパターンを除去する(図4(c))。
【0032】
こののち、熱酸化法により、電極のパターンの表面に膜厚80nmの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜6を形成する(図5(a))。
【0033】
次に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との高選択比のエッチングにより、画素部の窒化シリコンをエッチング除去する(図5(b))。
【0034】
次に、図5(c)に示すように、画素部の酸化シリコン膜を清浄化し、きれいな酸化シリコン膜を露出するために、軽く酸化シリコン膜をエッチングする。
【0035】
この後、全面に減圧CVD法により、図6(a)に示すように、膜厚5nmのスペーサとしての酸化シリコン膜6bを形成する。そしてフォトリソグラフィを用いて形成したマスクを介してイオン注入を行い光電変換部のpn接合(図示せず)を形成する。
【0036】
そして減圧CVD法により、図6(b)に示すように、膜厚30nmの窒化シリコン膜からなる反射防止膜62を堆積し、フォトリソグラフィにより画素部を覆うように反射防止膜を形成する。(なお電極上など不要部分では、水素透過のために開口を形成している。)
【0037】
そして図6(c)に示すように、タングステン薄膜などからなる遮光膜17を形成し、フォトリソグラフィにより光電変換部に窓を形成する。
【0038】
なお、この方法では、スペーサとしての酸化シリコン膜を反射防止膜62とONO膜構造のゲート酸化膜の側壁との間に介在させることにより、水素アニールに際してもこのスペーサによって水素の透過経路が形成され、白キズの発生を抑制することができる。
このスペーサとしての酸化シリコン膜は減圧CVD法によって形成しているため、被覆性が良好で、薄くても十分にスペーサとしての役割を果たすことができる。
【0039】
そしてこの上層に遮光膜71、膜厚100nmのP−TEOS膜72を形成した後、膜厚700nmのBPSG膜73を形成し、850℃でリフローし平坦化する。このようにして絶縁膜70を得る。
【0040】
この後、水素アニール工程を含むシンタリングを行い、基板の安定化をはかる。このときの水素アニール工程の条件は下記の通りである。
温度 380℃
時間 30分
ガス H+N
この後、カラーフィルタ50、平坦化層61、マイクロレンズ60などを形成して、図3に示したような固体撮像素子を得る。
【0041】
かかる構成によれば、白キズを抑制し、高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【0042】
なお、上記固体撮像素子において、前記電極間分離領域としての電極間領域Gは、幅0.2μm以下であるのがのぞましい。
【0043】
なお、前記実施の形態ではゲート酸化膜はONO膜構造の3層膜で構成したがNO膜すなわち酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との2層膜の場合にも適用可能であることはいうまでもない。
【0044】
また、前記実施の形態では、スペーサ膜として酸化シリコン膜を用いたが酸化シリコン膜に限定されることなく、陽極酸化などにより多孔化した酸化チタンなどの水素透過性膜であればよい。
【0045】
また、前記実施の形態では単層電極構造の固体撮像素子について説明したが、多層電極構造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。
【0046】
また前記実施の形態では、電極を形成するシリコン系導電性膜として、多結晶シリコン膜を用いたが、多結晶シリコン膜に限定されることなく、アモルファスシリコン、マイクロクリスタルシリコンなど他のシリコン系導電性膜を用いてもよい。
【0047】
また、前記電極上に金属膜を形成することにより、電極の低抵抗化をはかることができ、高速駆動が可能となる。
【0048】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、反射防止膜としての窒化シリコンの形成に先立ち、酸化シリコン膜などの水素透過性膜を形成しているため、水素アニール工程が良好に行われ、白キズの発生のない信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の固体撮像素子の要部断面説明図である。
【図2】本発明の実施の形態の固体撮像素子の平面図である。
【図3】本発明の実施の形態の固体撮像素子の断面図である。
【図4】本発明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6】本発明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7】従来例の固体撮像素子を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3 電荷転送電極(多結晶シリコン膜)
6a 電極間絶縁膜
6b スペーサ膜(酸化シリコン膜)
62 反射防止膜
71 遮光膜
30 フォトダイオード部
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
70 絶縁膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A solid-state imaging device using a CCD (charge coupled device) used for an area sensor or the like is a charge transfer device including a photoelectric conversion unit such as a photodiode and a charge transfer electrode for transferring a signal charge from the photoelectric conversion unit. Part. A plurality of charge transfer electrodes are arranged on the charge transfer path formed on the semiconductor substrate and are sequentially driven.
[0003]
In recent years, in a solid-state imaging device, pixel miniaturization has progressed due to an increase in the number of imaging pixels. Along with this, miniaturization of the photoelectric conversion part has progressed and it has become difficult to maintain high sensitivity.
[0004]
Under such circumstances, as shown in FIG. 7, a solid-state imaging element in which a film having a refractive index higher than that of a silicon oxide film such as a silicon nitride film serving as an antireflection film is formed in a pixel portion has been proposed. .
[0005]
Then, by supplying hydrogen to the pixel portion, the substrate interface potential can be reduced, and generation of dark current and white scratches can be suppressed. This is known as the hydrogen annealing effect.
[0006]
By the way, as shown in a cross-sectional view in FIG. 7, the surface of the charge transfer electrode 3 is oxidized and covered with a silicon oxide film 6a, and a silicon nitride film 6b is formed as a spacer film. A structure in which a film 62 is formed and a metal light-shielding film 71 is formed thereon has been proposed (Reference Document 1).
[0007]
However, in this structure, the gate oxide film is a single silicon oxide film layer in order to reduce noise in the amplifier transistors in the peripheral circuit section. This is for amplifier noise reduction (thermal noise & 1 / f noise component). That is, to reduce the thermal noise, it is necessary to increase the mutual conductance (gm) of the driver, but this gm can be increased by increasing Cox (thinning the gate oxide film). Since the 1 / f noise component is inversely proportional to Cox (Cox = εox / tox is more proportional to tox), gate thinning is effective.
[0008]
For this reason, the gate oxide film is not patterned all at once, but is patterned leaving the silicon nitride film. That is, in the patterning process of the gate electrode, the silicon oxide film in the other region is left so that the gate oxide film of the amplifier part which is a silicon oxide single layer is not damaged, and the silicon nitride film is used as an etching stopper in the gate electrode. A certain silicon type conductive film is patterned.
Then, the electrode surface is oxidized to form a silicon oxide film, and then the silicon nitride film in the photoelectric conversion portion (pixel portion) is removed by etching.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-324899
[Problems to be solved by the invention]
In this state, the side wall of the gate oxide film, particularly the side wall of the silicon nitride film 2b is exposed, and when silicon nitride is formed as the antireflection film 62, the silicon nitride film of the gate oxide film and the silicon nitride film of the antireflection film are formed. Are connected by the side wall of the gate oxide film, and there is a problem that the hydrogen supply path is cut off.
This causes white scratches in the dark. Here, the white scratch means that a signal charge is generated regardless of the level of incident light, and the screen looks like a white scratch.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that suppresses the occurrence of white scratches and has high reliability.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention includes a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and a peripheral circuit unit connected to the charge transfer unit, A solid-state imaging device in which a surface of the photoelectric conversion unit is covered with an antireflection film made of a silicon nitride film, and a hydrogen permeable film is interposed between the side wall of the gate oxide film under the charge transfer electrode and the antireflection film. A spacer film is interposed.
[0013]
According to this configuration, since the hydrogen permeable spacer film is interposed between the side wall of the gate oxide film and the antireflection film, the side wall of the silicon nitride film of the gate oxide film and the antireflection film are interposed. The spacer film is interposed, and the hydrogen annealing effect can be successfully achieved.
Here, the spacer film is preferably a silicon oxide film. Thereby, it can be formed efficiently by a normal process.
[0014]
The spacer film is desirably 10 nm or less in thickness. More preferably, it is 5 nm or less. As a result, it is possible to suppress a decrease in sensitivity and to suppress light that causes a smear reflected from the projecting portion of the light shielding film, thereby forming a highly reliable solid-state imaging device.
[0015]
In the solid-state imaging device, the peripheral circuit portion includes a transistor having a single-layer gate oxide film. In this case, the side walls of the silicon nitride film are particularly easily exposed, but the hydrogen can be transmitted through the spacers, and the occurrence of white scratches is suppressed.
[0016]
Further, the present invention comprises a photoelectric conversion unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode for transferring charges generated in the photoelectric conversion unit, and a peripheral circuit unit connected to the charge transfer unit, A method of manufacturing a solid-state imaging device in which a surface of the photoelectric conversion portion is covered with an antireflection film made of a silicon nitride film, and a three-layer structure film of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film (on a semiconductor substrate surface) A step of forming a gate oxide film made of an ONO film), a step of forming a silicon-based conductive film on the gate oxide film, and patterning the silicon-based conductive film using a silicon nitride film as an etching stopper to form a charge transfer electrode A step of oxidizing the surface of the charge transfer electrode, a step of etching away the silicon nitride film of at least the pixel portion of the photoelectric conversion portion, Forming a hydrogen-permeable spacer so as to cover the sidewall of the silicon nitride under the transfer electrodes, characterized in that it comprises a step of forming an anti-reflection film.
[0017]
Preferably, the method includes a step of etching the surface of the substrate to form a silicon oxide film prior to the formation of the spacer film.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing a cross section of a main part of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are plan views showing the solid-state image sensor according to the embodiment of the present invention and its AA cross section. FIG. 4 to 6 are manufacturing process diagrams.
[0019]
As shown in FIGS. 1 and 3, the solid-state imaging device includes a photoelectric conversion unit 30 and a charge transfer unit 40 including a single-layer structure charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit. The solid-state imaging device includes a hydrogen permeable spacer film interposed between a side wall of the gate oxide film under the charge transfer electrode and the antireflection film.
[0020]
In this configuration, the silicon oxide film 6b, which is a hydrogen permeable spacer film, is interposed between the side wall of the gate oxide film and the antireflection film while avoiding a decrease in sensitivity and optical characteristics. A spacer film is interposed between the side wall of the silicon nitride 2b of the gate oxide film and the antireflection film, so that the hydrogen annealing effect can be satisfactorily achieved.
[0021]
Here, an n-type silicon substrate having a low efficiency of 5.0 to 9.5 Ωcm is used as the semiconductor substrate 1, and the gate oxide film 2 is composed of three layers of a silicon oxide film 2a, a silicon nitride film 2b, and a silicon oxide film 2c. Consists of a structural film.
[0022]
As shown in a plan view in FIG. 2 and an overall cross-sectional schematic diagram in FIG. 3, a plurality of photodiodes 30 are formed on the silicon substrate 1, and a charge transfer unit for transferring signal charges detected by the photodiodes. 40 is formed between the photodiodes 30.
[0023]
Although not shown in FIG. 1, the charge transfer channel 31 through which the signal charge transferred by the charge transfer electrode moves is formed in a direction crossing the direction in which the charge transfer unit 40 extends.
[0024]
In FIG. 2, the description of the interelectrode insulating film 3 formed near the boundary between the photodiode region and the charge transfer portion 40 is omitted.
[0025]
As shown in FIG. 3, a photodiode 30, a charge transfer channel 31, a channel stop region 32, and a charge readout region 33 are formed in the silicon substrate 1, and a gate oxide film 2 is formed on the surface of the silicon substrate 1. The On the surface of the gate oxide film 2, an interelectrode insulating film 6a made of a silicon oxide film and a charge transfer electrode (electrode 3) are formed.
[0026]
Although the charge transfer unit 40 is as described above, an interlayer insulating film 70 is formed on the upper surface of the charge transfer electrode of the charge transfer unit 40 as shown in FIG. Reference numeral 71 denotes a light shielding film, 72 denotes an insulating film made of P-TEOS, and 74 denotes a planarizing layer made of a BPSG film.
[0027]
Above the solid-state imaging device, a light shielding film 71 is provided except for the photodiode 30, and a color filter 50 and a microlens 60 are further provided. Further, a flattening layer 61 made of an insulating transparent resin or the like is filled between the color filter 50 and the microlens 60. Except for the charge transfer portion 40 and the interelectrode insulating film 6, the description is omitted because it is the same as the usual one. Further, FIG. 2 shows a so-called honeycomb-structured solid-state imaging device, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a square lattice type solid-state imaging device.
[0028]
Next, the manufacturing process of this solid-state image sensor will be described in detail.
First, as shown in FIG. 4A, a silicon oxide film 2a having a thickness of 35 nm, a silicon nitride film 2b having a thickness of 50 nm, and a silicon oxide film 2c having a thickness of 5 nm are formed on the surface of the n-type silicon substrate 1. Then, a gate oxide film 2 having a three-layer structure is formed.
[0029]
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the silicon oxide film 2c and the silicon nitride film 2b corresponding to the transistor region of the amplifier section in the peripheral circuit section 40S are selectively removed to form a single layer.
[0030]
Thereafter, a polycrystalline silicon film having a thickness of 0.4 μm is formed on the gate oxide film 2 by a low pressure CVD method using SiH 4 as a reactive gas. The substrate temperature at this time shall be 600-700 degreeC. Thereafter, heat treatment is performed at 900 ° C. in a mixed gas atmosphere of POCl 3 , N 2, and O 2 to dope the polycrystalline silicon film 3 (phosphoric acid treatment).
Subsequently, the gate oxide film 2 is formed by reactive ion etching using a mixed gas of HBr and O 2 (HBr / O 2 : 60/2 (ml / min)) using a resist pattern formed by photolithography as a mask. The polycrystalline silicon film 3 is selectively removed by etching using the silicon nitride film 2b as an etching stopper to form an electrode. Here, it is desirable to use a high-density plasma etching apparatus.
[0031]
Subsequently, ion implantation for compensating transfer efficiency is performed using this resist pattern as a mask as necessary. Here, boron is ion-implanted at 20 to 100 KeV and 1 × 10 10 to 1 × 10 13 / cm 2 .
Then, the resist pattern is removed by ashing (FIG. 4C).
[0032]
Thereafter, an interelectrode insulating film 6 made of a silicon oxide film having a thickness of 80 nm is formed on the surface of the electrode pattern by thermal oxidation (FIG. 5A).
[0033]
Next, the silicon nitride in the pixel portion is removed by etching with a high selectivity between the silicon oxide film and the silicon nitride film (FIG. 5B).
[0034]
Next, as shown in FIG. 5C, the silicon oxide film is lightly etched in order to clean the silicon oxide film in the pixel portion and expose a clean silicon oxide film.
[0035]
Thereafter, as shown in FIG. 6A, a silicon oxide film 6b as a 5 nm-thickness spacer is formed on the entire surface by low pressure CVD. Then, ion implantation is performed through a mask formed using photolithography to form a pn junction (not shown) of the photoelectric conversion portion.
[0036]
Then, as shown in FIG. 6B, an antireflection film 62 made of a silicon nitride film with a film thickness of 30 nm is deposited by low pressure CVD, and an antireflection film is formed so as to cover the pixel portion by photolithography. (In addition, an opening is formed in an unnecessary part such as an electrode for hydrogen permeation.)
[0037]
Then, as shown in FIG. 6C, a light shielding film 17 made of a tungsten thin film or the like is formed, and a window is formed in the photoelectric conversion portion by photolithography.
[0038]
In this method, since a silicon oxide film as a spacer is interposed between the antireflection film 62 and the sidewall of the gate oxide film having the ONO film structure, a hydrogen permeation path is formed by the spacer even during hydrogen annealing. , Generation of white scratches can be suppressed.
Since the silicon oxide film as the spacer is formed by the low pressure CVD method, the coverage is good, and even if it is thin, it can sufficiently serve as the spacer.
[0039]
Then, after forming a light shielding film 71 and a 100 nm thick P-TEOS film 72 on the upper layer, a 700 nm thick BPSG film 73 is formed and reflowed at 850 ° C. to be flattened. In this way, the insulating film 70 is obtained.
[0040]
Thereafter, sintering including a hydrogen annealing step is performed to stabilize the substrate. The conditions for the hydrogen annealing step at this time are as follows.
Temperature 380 ° C
Time 30 minutes Gas H 2 + N 2
Thereafter, the color filter 50, the planarization layer 61, the microlens 60, and the like are formed to obtain the solid-state imaging device as shown in FIG.
[0041]
According to such a configuration, it is possible to provide a solid-state imaging device that suppresses white scratches and is highly sensitive and highly reliable.
[0042]
In the solid-state imaging device, it is preferable that the inter-electrode region G as the inter-electrode separation region has a width of 0.2 μm or less.
[0043]
In the above-described embodiment, the gate oxide film is composed of a three-layer film having an ONO film structure. Absent.
[0044]
Moreover, in the said embodiment, although the silicon oxide film was used as a spacer film, it is not limited to a silicon oxide film, What is necessary is just a hydrogen permeable film | membrane, such as a titanium oxide porous by anodic oxidation.
[0045]
In the above-described embodiment, the solid-state imaging device having a single-layer electrode structure has been described. However, it is needless to say that the present invention can be applied to a solid-state imaging device having a multilayer electrode structure.
[0046]
In the above embodiment, a polycrystalline silicon film is used as the silicon-based conductive film for forming the electrode. However, the present invention is not limited to the polycrystalline silicon film, and other silicon-based conductive films such as amorphous silicon and microcrystalline silicon are used. A conductive film may be used.
[0047]
In addition, by forming a metal film on the electrode, the resistance of the electrode can be reduced, and high-speed driving is possible.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, a hydrogen permeable film such as a silicon oxide film is formed prior to the formation of silicon nitride as an antireflection film, so that the hydrogen annealing process is good. Thus, it is possible to provide a highly reliable solid-state imaging device free from white scratches.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a solid-state image sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a conventional solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
1 Silicon substrate 2 Gate oxide film 3 Charge transfer electrode (polycrystalline silicon film)
6a Interelectrode insulating film 6b Spacer film (silicon oxide film)
62 Antireflection film 71 Light shielding film 30 Photodiode part 40 Charge transfer part 50 Color filter 60 Micro lens 70 Insulating film

Claims (6)

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、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子であって、
前記電荷転送電極下のゲート酸化膜の側壁と、前記反射防止膜との間に水素透過性のスペーサ膜を介在させたことを特徴とする固体撮像素子。
A photoelectric transfer unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and a peripheral circuit unit connected to the charge transfer unit, A solid-state imaging device having a surface coated with an antireflection film made of a silicon nitride film,
A solid-state imaging device, wherein a hydrogen permeable spacer film is interposed between a side wall of a gate oxide film under the charge transfer electrode and the antireflection film.
前記スペーサ膜は、酸化シリコン膜であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the spacer film is a silicon oxide film. 前記スペーサ膜は、膜厚10nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the spacer film has a thickness of 10 nm or less. 前記周辺回路部はゲート酸化膜が単層構造のトランジスタを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像素子。4. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the peripheral circuit portion includes a transistor having a gate oxide film having a single layer structure. 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、前記電荷転送部に接続された周辺回路部とを具備し、前記光電変換部の表面を窒化シリコン膜からなる反射防止膜で被覆した固体撮像素子の製造方法であって、
半導体基板表面に、酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シリコン膜の3層構造膜(ONO膜)からなるゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜上にシリコン系導電性膜を形成する工程と、
窒化シリコン膜をエッチングストッパとして前記シリコン系導電性膜をパターニングし電荷転送電極を形成する工程と、
前記電荷転送電極表面を酸化する工程と、
前記光電変換部の少なくとも画素部の前記窒化シリコン膜をエッチング除去する工程と、
前記電荷転送電極下の窒化シリコンの側壁を覆うように水素透過性のスペーサを形成する工程と、
反射防止膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
A photoelectric transfer unit, a charge transfer unit including a charge transfer electrode that transfers charges generated in the photoelectric conversion unit, and a peripheral circuit unit connected to the charge transfer unit, A method for manufacturing a solid-state imaging device having a surface coated with an antireflection film made of a silicon nitride film,
Forming a gate oxide film composed of a three-layer structure film (ONO film) of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film on a semiconductor substrate surface;
Forming a silicon-based conductive film on the gate oxide film;
Patterning the silicon-based conductive film using a silicon nitride film as an etching stopper to form a charge transfer electrode; and
Oxidizing the charge transfer electrode surface;
Etching the silicon nitride film of at least the pixel portion of the photoelectric conversion portion; and
Forming a hydrogen permeable spacer so as to cover a side wall of silicon nitride under the charge transfer electrode;
Forming an antireflection film;
The manufacturing method of the solid-state image sensor characterized by including.
前記スペーサ膜の形成に先立ち、前記基板表面をエッチングし、酸化シリコン膜を形成する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。6. The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, further comprising a step of etching the substrate surface to form a silicon oxide film prior to forming the spacer film.
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JP2006294654A (en) * 2005-04-05 2006-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid-state imaging device and manufacturing method thereof
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