专利名称：固体摄像器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及具有光电二极管与MOS型场效应晶体管的固体摄像器件及其制造方法。
背景技术：
近年来，随着个人电脑和便携式信息存储装置终端的迅速普及，增加了个人简单地进行图象输入、加工、编辑的机会。因此，即使对以CCD为主的固体摄像器件来说，也提高了小型化、耗电少以及低成本化的要求。作为满足这些要求的产品，开始出现并逐渐普及了以通用CMOS半导体技术为基础制作的MOS型固体摄像元件(通称为CMOS图象传感器)。现在，CMOS图象传感器产品是利用0.35微米标准以上的CMOS技术制成的。因此，设想到今后要提高固体摄像器件的小型化和低耗电化并推进进一步细微化。
例如，图29表示特开平10-150182号公报所示的传统MOS型固体摄像元件的截面图。在图29中，A区表示象素区，B区表示周边回路区。
如图29所示，在P型硅衬底11上，通过栅绝缘膜(硅氧化膜)12有选择地形成了由多晶硅构成的栅电极13a、13b、13c。在这里，在A区内，13a表示读出栅电极，13b表示复位栅电极或地址栅电极。由于LOCOS在0.35微米技术以上的非细微图形中是一般的，所以，有选择地在硅衬底11内形成了LOCOS结构的元件分离区(以下称为LOCOS)。
在A区中，在硅衬底11的表面预定区域内，形成了N型漏极区14a以及光电二极管的N型信号存储区15。在N型信号存储区15的表面上形成了P+型表面屏蔽区21。从而，形成了存储对应于射入光量的信号电荷的P+NP型埋入光电二极管34a、34b。在B区内，在硅衬底11内形成了N阱、P阱。在N阱、P阱内，分别形成N型LDD(轻掺杂漏极)区14b和P型LDD区14c。
在整个面上形成了第一层间绝缘膜25，在第一层间绝缘膜25上形成第二层间绝缘膜27，在第二层间绝缘膜27上形成了铝遮光膜28。在铝遮光膜28上设置了用于使光射入光电二极管34a、34b的开口部30。在第二层间绝缘膜27内的第一层间绝缘膜25上，有选择地形成起信号线和单位象素内的连接配线作用的铝配线26。在最上面上形成了覆盖整个面的硅氮化膜等表面保护膜29。此外，还存在这样的情况(特开平11-45989号公报)，即在铝配线26及铝遮光膜28的顶面和底面上，为了抑制光反射而设置了Ti、TiN膜等的中间折射膜。
在这样的MOS型固体摄像器件中，存储在光电二极管的信号存储区15内的信号电荷通过对读出栅电极13a施加正电压而被输出到N型漏极区14a。结果，漏极区14a的电位受到调制。漏极区14a与放大晶体管的栅电极13b电连接，放大电信号被输出给信号线。在这里，利用了使漏极区14a电复位的复位晶体管和复位栅电极线13b、放大晶体管和为寻址放大晶体管的地址晶体管和地址栅电极线13b。
但是，在上述传统的固体摄像器件中，随着象素细微化推进而产生的一个问题就是漫射光影响表现得更强。
漫射光是指例如射入光电二极管34a、34b的光的一部分在硅衬底11表面上反射后在Al配线26、漏极区14a、栅电极线13b的表面上多重反射射向远方的现象。在图29所示的固体摄像器件中，栅电极13a、13b、13c的表面与源极·漏极区14a、14b、14c的表面是光反射率在可见光范围内是40％以上的光反射率高的硅材料。因此，在光电二极管34a的表面反射的漫射光没有充分衰减到达了相邻光电二极管34b，结果，产生了污点和光圈等虚假信号。
随着象素细微化及光电二极管34a、34b的间隔缩短，当然有更强的漫射光射入临近的光电二极管。结果，容易产生污点和模糊等虚假信号。此外，由于没有充分衰减漫射光，所以漫射光一直到达了B区(周边回路区)的源极·漏极区14b、14c、栅电极13c，在晶体管上产生了误动作，因此，随后象素细微化，这样的漫射光恶劣影响显然会增强。
而且，目前在CMOS图象传感器中使用的是3.3伏以上的电源电压。今后，为了适应于固体摄像器件的超小型化、低耗电化的要求，在上述0.35微米技术以下的细微化的同时，预计到要推进3.3伏以下低电源电压化的开发。
可是，在采用在光电二极管表面上形成信号存储区不同的导电类型表面屏蔽区的埋入光电二极管结构的场合下，低电源电压化即读出栅电极的低压电源化是个大问题。
图30(a)表示是图29的A区的埋入光电二极管的截面图。图30(b)、(c)表示读出低电压时(读出栅电极处于ON时)的电势截面图，图30(c)表示用比图30(b)更低的低电压读出的场合。
如图30(a)、(b)所示，在P型硅衬底11内形成了LOCOS结构的元件分离区，在硅衬底11上，通过硅氧化膜等栅绝缘膜12形成了读出栅电极13a。在硅衬底11的表面上，通过离子注入形成了N型漏极区14a、N型信号存储区15、P+型表面屏蔽区21。此外，在硅衬底11与表面屏蔽区21上设置标准电位。
在这样的固体摄像器件中，在光射入光电二极管34a时，入射光经过光电转换，信号电子存储在信号存储区15上。在这里，表面屏蔽区21的任务是防止在由硅/二氧化硅构成的栅绝缘膜12的界面上的耗尽层以降低结漏电流，并且将夹在表面屏蔽区21与硅衬底11之间的信号存储区15的电位42规定得低于通过接通读出栅电极13a而受到调制的读出栅电极13a下的沟道电位43。因此，存储于信号存储区15内的信号电子按照原理能够完全被送往漏极区14a。
不过，在图30(a)所示的传统固体摄像器件中，表面屏蔽区21的整个区域嵌埋在硅衬底11内。因此，表面屏蔽区21的顶面位于读出栅电极13a的底面的下方。因而，在表面屏蔽区21端部的电位势垒发生部40上，产生了如图30(b)所示所示的电位势垒41。结果，残留电荷44没有完全送走地残留在信号存储区15内，这至少造成了残象和噪声。
此外，随着低电源电压化的要求，在电源电压降低时，即在读出栅电极13a接通时的电压(读出电压)降低时(例如读出电压从原来的3.3伏降低到2.5伏时)，如图30(c)所示，进一步提高了电位势垒41，产生了更多的残留电荷45。结果，进一步增加了残象与噪声并且光敏度也大幅度降低，实用性成为大问题。
发明内容
如上所述，近年来，漫射光影响因电极细微化而表现得更强，所以容易产生污点和模糊等虚假信号。此外，由于电位势垒因低电源电压化而进一步提高，所以残象与噪声进一步增加。这样一来，在传统的固体摄像器件中，因电极细微化及低电源电压化的要求而产生了各种噪声并产生了电极性能降低。
为了解决上述问题而制定了本发明，而本发明的目的是要提供一种可以提高电极性能的固体摄像器件及其制造方法。
本发明采用以下所示的手段实现了上述目的。
本发明的第一固体摄像器件具有形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一绝缘膜；有选择地形成于第一绝缘膜上的读出栅电极；形成于所述读出栅电极一端的所述半导体衬底表面上的第二导电类型扩散区；形成于所述读出栅电极另一端的该半导体衬底表面上的第二导电类型信号存储区；形成于所述信号存储区表面上的第一导电类型的表面屏蔽区；由硅氧化膜与硅氮化膜构成且覆盖了至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层；形成于所述扩散区上的金属硅化物层。
本发明的第二固体摄像器件具有形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一绝缘膜；有选择地形成于第一绝缘膜上的读出栅电极；形成于所述读出栅电极一端的所述半导体衬底表面上的第二导电类型扩散区；形成于所述读出栅电极另一端的该半导体衬底表面上的第二导电类型信号存储区；在所述信号存储区上选择外延生长形成的第一导电类型的表面屏蔽区。
在上述第二固体摄像器件中，本发明的第三固体摄像器件还具有覆盖至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层和形成于所述扩散区上的金属硅化物层。
在上述第二、第三固体摄像器件中，还设有在所述扩散区上选择外延生长形成的抬高的(エレベ-テッドelevated)源漏极。
在上述第一、第三固体摄像器件中，所述金属硅化物层可以是硅化钛膜、硅化钴膜、硅化镍膜、硅化钨膜中的任何一种膜。
在上述第一、第三固体摄像器件中，所述硅化物阻挡层可以是覆盖了至少所述信号存储区的一部分以及所述读出栅电极的至少一部分的图形。此外，所述硅化物阻挡层也可以是覆盖了至少所述信号存储区的一部分、所述读出栅电极的至少一部分以及所述扩散区的至少一部分的图形。
在上述第二、第三固体摄像器件中，所述表面屏蔽区的底面最好位于与所述读出栅电极的底面同样的高度上。
在上述第三固体摄像器件中，还设有与所述读出栅电极间隔预定距离形成的栅电极；在栅电极两端上选择外延生长形成的抬高的源漏极区；形成于所述抬高的源漏极区上的金属硅化物层。
本发明的第一固体摄像器件制造方法包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；在通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极的同时，通过第一绝缘膜在所述元件分离区上形成栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电类型的信号存储区；在整个表面上形成第二绝缘膜；露出所述扩散区表面除去第二绝缘膜并且形成覆盖所述信号存储区的至少一部分的硅化物阻挡层；在所述信号存储区的表面上形成第一导电类型的表面屏蔽区；除去在所述扩散区上的第一、第二绝缘膜并露出所述扩散区的表面；在露出表面的扩散区上形成金属硅化物层。
本发明的第二固体摄像器件制造方法包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电类型的信号存储区；使所述信号存储区的硅层选择外延生长形成第一导电类型的表面屏蔽区。
本发明的第三固体摄像器件制造方法包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电信号存储区；使所述信号存储区的硅层选择外延生长形成第一导电类型的表面屏蔽区；在整个表面上形成第二绝缘膜；露出在所述扩散区上的选择外延生长硅层的表面除去第二绝缘膜并且形成覆盖至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层；在露出表面的扩散区上的选择生长硅层中形成金属硅化物层。
在上述第二、第三固体摄像器件制造方法中，所述表面屏蔽区可以是如此形成的，即在选择生长未注入离子的硅层后，在所述选择生长硅层中进行离子注入和热处理。
在上述第一、第三固体摄像器件制造方法中，还包括了在形成所述金属硅化物层后除去所述阻挡层的步骤。
如上所述，根据本发明，能够提供一种可提高电极性能的固体摄像器件及其制造方法。
图1是表示本发明第一实施例的固体摄像器件的制造过程的截面图。
图2是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图1之后的制造过程的截面图。
图3是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图2之后的制造过程的截面图。
图4是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图3之后的制造过程的截面图。
图5是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图4之后的制造过程的截面图。
图6是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图5之后的制造过程的截面图。
图7是表示本发明第一实施例的固体摄像器件继图6之后的制造过程的截面图。
图8是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图9是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图10是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图11是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图12是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图13是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图14是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图15是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图16是表示本发明第一实施例的硅化物阻挡层19的平面图形的平面图。
图17是比较本发明第一实施例与传统例的光反射率的曲线图。
图18是表示本发明第二实施例的固体摄像器件的制造过程的截面图。
图19是表示本发明第二实施例的固体摄像器件继图18之后的制造过程的截面图。
图20是表示本发明第二实施例的固体摄像器件在图19之后的制造过程的截面图。
图21是表示本发明第二实施例的固体摄像器件继图20之后的制造过程的截面图。
图22是表示本发明第二实施例的固体摄像器件继图21之后的制造过程的截面图。
图23是表示本发明第二实施例的固体摄像器件继图22之后的制造过程的截面图。
图24表示本发明第二实施例的电位势垒降低。
图25是表示本发明第二实施例的变形例的截面图。
图26是表示本发明第三实施例的固体摄像器件的制造过程的截面图。
图27是继图26之后表示本发明第三实施例的固体摄像器件的制造过程的截面图。
图28是继图27之后表示本发明第三实施例的固体摄像器件的制造过程的截面图。
图29是表示现有技术的固体摄像器件的截面图。
图30是说明现有技术的电位势垒问题的固体摄像器件的截面图。
第一实施例的特征是，在源极·漏极区上形成了硅化物膜并且在光电二极管上形成了硅化物阻挡层。以下说明根据这样的第一实施例的固体摄像器件的制造方法。
首先，如图1所示，利用现有技术在P型硅衬底11上形成栅绝缘膜(硅氧化膜)12，有选择地在硅衬底11内形成具有STI结构的元件分离区(以下称为STI)。接着，在B区的P-MOS晶体管形成区上形成了N阱，在N-MOS晶体管形成区内形成了P阱。接着，有选择地在硅衬底11上形成了由多晶硅构成的栅电极13a、13b、13c。在这里，在A区内，形成于元件区上的栅电极表示读出栅电极13a，形成于STI上的栅电极表示复位或地址栅电极13b。在B区内，13c表示MOS场效应晶体管的栅电极。
随后，采用光刻法和离子注入法在A区的读出栅电极13a端部的硅衬底11表面上形成N型漏极区14a并在B区的N-MOS晶体管的源极·漏极区上形成N型LDD(轻掺杂漏)区14b。随后，在B区的P-MOS晶体管的源极·漏极区上形成P型LDD区14c。接着，在A区的读出栅电极13a端部的硅衬底11的表面上形成光电二极管的N型信号存储区15。在这里，磷离子例如被用于在形成N型漏极区14a、N型LDD区14b、N型信号存储区15时注入的离子。此外，硼离子被用于在形成P型LDD区14c时注入的离子。此外，离子注入法的扩散区14a、14b、14c的形成顺序可以与本实施例不一样地构成。
此外，在本实施例中，分开光电二极管的信号存储区15与STI端部(STI与元件区之间的边界)设置了间隙11a。形成间隙11a是为了连通后述的表面屏蔽区与硅衬底11。因此，没有必要在信号存储区15与STI端部之间设置大间隙，至少部分设置间隙就行了。此外，在实际上在STI端部上不存在微小缺陷并且实际上没有增大光电二极管的结漏电流的场合下，信号存储区15可以一直扩大到STI端部。
接着，如图2所示，采用减压CVD(化学汽相淀积)法等在整个面上形成了例如厚10nm-30nm的硅氧化膜16。在硅氧化膜16上形成了例如厚50nm-100nm的硅氮化膜17。接着，采用减压CVD法等在硅氮化膜17上形成了50nm-100nm的硅氧化膜16b。随后，通过光刻法有选择地在光电二极管信号存储区15上方的硅氧化膜16b上形成光刻胶膜18。
随后，如图3所示，以该光刻胶膜18为掩模在稀氟酸系的湿蚀刻液中除去硅氧化膜16b，随后，采用RIE(反应离子蚀刻)技术干蚀刻硅氮化膜17，在栅电极13a、13b、13c的侧面上形成栅电极侧壁绝缘膜(侧壁绝缘膜)20的同时，在光电二极管的信号存储区15上形成了硅化物阻挡层19。随后，除去光刻胶膜18。
随后，如图4所示，采用光刻法和离子注入法及热处理法在A区的光电二极管的信号存储区15的表面上形成P+型表面屏蔽区21。结果，形成了存储对应于射入光量的信号电荷的P+NP型埋入光电二极管34。在这里，表面屏蔽区21起到了通过屏蔽在光电二极管34表面上的Si/SiO2界面防止信号存储区15的耗尽层扩展到Si/SiO2界面上。因此，能够通过表面屏蔽区21抑制由Si/SiO2界面能级造成的漏电流的发生。另一方面，在形成P+型表面屏蔽区21的同时，在B区内，在元件区上形成了源极·漏极区22a、22b。在这里，在N-MOS区的源极·漏极区22a的形成过程中进行了N+型离子注入并且在P-MOS区的源极·漏极区22b的形成过程中进行了P+型离子注入。
随后，如图5所示，使用氟酸系列的蚀刻液除去在未被硅化物阻挡层19盖住的栅电极13a、13b、13c上及元件区上的硅氧化膜12、16，从而露出栅电极13a、13b、13c的表面及硅衬底11的表面。接着，作为后述金属硅化的前工序进行预非晶化离子注入。预非晶化离子注入是在加速电压如为15kv-50kv且剂量如为1014-1015cm-2条件下采用As离子进行的。随后，采用溅射法等并作为硅化物金属膜在整个面上形成例如厚为20nm-30nm的钛膜，在该钛膜上形成例如厚10nm-20nm的氮化钛膜，图5的23表示由钛膜与氮化钛膜构成的硅化物金属膜。此外，硅化物金属膜不局限于钛，例如可以采用钴、镍、钨等高熔点金属。
接着，如图6所示，在温度为600℃-700℃且时间为30秒-60秒的条件下，进行RTA(快速热退火)。由此一来，在栅电极13a、13b、13c及硅衬底11的元件区与硅化物金属膜23直接相连的区域内，栅电极13a、13b、13c及硅衬底11中的硅与硅化物金属膜23中的钛反应，金属被硅化。随后，使用HCl+H2O2和硫酸等溶液，剥落除去未反应的硅化物金属膜23。此外，在温度为700℃-800℃且时间为20秒-30秒的条件下进行RTA热处理。结果，在未被硅化物阻当层19盖住的栅电极13a、13b、13c的表面和硅衬底11上形成被金属硅化的钛硅化物膜(TiSi2膜)24b、24a。
随后，通过干蚀刻法或湿蚀刻法，可以除去硅化物阻挡层19(或只除去构成硅化物阻当层19的硅氮化物膜17部分)。在光电二极管34上残留有硅化物阻挡层19的优点是，由于硅氮化物膜17具有在硅和硅氧化物膜之间的中间折射率，所以通过光的多重干涉效应来减少在光电二极管34表面上的光反射率并提高光敏度。另一方面，蚀刻掉光电二极管34上的硅化物阻挡层19的优点是，由于具有比硅氧化物膜大10倍的膜应力的硅氮化物膜17位于光电二极管34下方，所以能够减少应力诱发的光电二极管漏电流。在本发明的实施例中，以下说明了残留有硅化物阻挡层19的场合。
接着，如图7所示，当在整个面上形成第一层间绝缘膜25后，该第一层间绝缘膜25通过CMP(化学机械抛光)技术而变平坦。在平坦的第一层间绝缘膜25上，有选择地形成起到了A区内的信号线和连接配线以及B区内的连接配线任务的铝配线26。接着，在整个面上形成第二层间绝缘膜27并通过CMP技术使之变平坦。在平坦的第二层间绝缘膜27上形成铝遮光膜28，有选择地除去在光电二极管34上方的铝遮光膜28。由此一来，形成用于使光射入光电二极管34的开口部30。此外，B区的整个面被铝遮光膜28盖住。随后，在整个面上形成硅氮化物膜等表面保护膜29。
在如上所述形成的固体摄像器件中，以下说明A区的硅化物阻挡层19的平面图形。
图8表示图6的C区俯视图。如图8所示，形成与读出晶体管的栅电极13a的一端相邻的光电二极管34并形成与光电二极管34分开的复位晶体管或地址晶体管的栅电极13b。形成与读出晶体管栅电极13a的另一端相邻的漏极区14a。此外，形成盖住光电二极管21、15的整个面并且盖住栅电极13a、13b的局部的硅化物阻挡层19。
图9-图11表示盖住光电二极管34的整个面的硅化物阻挡层图形的变形例子。
图9表示硅化物阻挡层19只盖住栅电极13a或13b的局部的场合。图10表示硅化物阻挡层19横断盖住栅电极13a和13b的场合。图11表示硅化物阻挡层19局部地覆盖栅电极13a、13b中的一方并且横断覆盖另一方的场合。
如图10、11所示，在硅化物阻当层19横断盖住栅电极13a和13b的场合下，由于未被硅化的栅电极13a、13b的面积扩大，所以配线电阻增大。这是因为，在比较金属硅化场合和未金属硅化场合下的多晶硅配线电阻的情况下，金属硅化场合下的电阻通常要小一位数。因此，在高速驱动象素信号的场合(象素数多的场合和帧频率高的场合)下，为了抑制配线延迟，最好采用图8、9所示的硅化物阻挡层19的图形。
尽管图12-图15表示了局部覆盖光电二极管34的硅化物阻挡层图形的变形例，但本发明也可以有效地用于这样的硅化物阻挡层。不如说，光电二极管34表面局部被光反射率低的象TiSi2膜这样的金属硅化物膜遮盖住的方案有效地抑制了漫射光。不过，在经过金属硅化的光电二极管部上，增加了结漏电流，所以恐怕会增大暗噪声。不用说，必须根据抑制漫射光和低暗噪声之间的平衡选择适当的硅化物阻挡层图形。
此外，如图16所示，漏极区14a的整个面可以被硅化物阻挡层19覆盖住。在这种情况下，没有增加因对漏极区14a进行金属硅化而造成的结漏电流。因此，在信号电荷被转送往漏极区14a时，能够减少随后产生的噪声。
图17表示本发明所用金属硅化物膜(其代表是TiSi2膜、CoSi2膜)与传统的硅的表面光反射率。在图17中，表示出了在样品安置在空气中且入射角为8度射入光的场合下测定的光反射率值。
如图17所示，在波长为300nm-700nm的可见光范围内，与传统的硅相比，TiSi2和CoSi2的光反射率明显减小。尤其是，在选用CoSi2的场合下，可见光范围内的光反射率能够非常大地减小到30％以下。
本发明人等实施了本发明，结果，在使用TiSi2膜的情况下，能够使在相邻象素上由漫射光引起的虚假信号的发生量比过去的情况(硅)减少到约60％。此外，在采用低反射率的CoSi2的情况下，能够使在相邻象素上由漫射光引起的虚假信号的发生量比过去(硅)减少到约30％。此外，在采用NiSi2和WSi2的场合下，也获得了与TiSi2和CoSi2同样的效果。
根据上述第一实施例，在漏极区14a、源极·漏极区22a、22b上形成光反射率低的钛硅化物膜24a。因此，由于能够防止漫射光反射，所以能够充分抑制由漫射光引起的虚假信号的发生(污点和模糊现象等)。此外，由于也能抑制漫射光到达周边回路，所以能够防止晶体管误动作。这样一来，能够防止虚假信号与误动作并能够提高元件的性能。
此外，在光电二极管34上形成硅化物阻挡层19。在残留有硅化物阻挡层19的情况下，可以通过多层薄膜光干涉效应使从上方射入光电二极管34的光的反射量减少10％-30％。因此，能够实现其光敏度高至现有的1.2倍的固体摄像器件。
另一方面，在形成钛硅化物膜24a、24b后除去硅化物阻挡层19的场合下，通过烧结步骤供给的大量氢原子没有被硅化物阻挡层19的硅氮化物膜17阻挡而一直到达了光电二极管34。因此，由于获得了充分的烧结效果。所以有效地降低了光电二极管34的漏电流。此外，烧结工序是这样的工序，即在最终工序附近，在形成了含大量氢的等离子体氮化物膜后，在450℃下进行30分钟热处理使氢原子一直扩散到硅衬底上，它主要的作用是使氧化膜/硅界面能级惰性化并减少结漏电流。
此外，通过形成硅化物阻挡层19，能够防止在光电二极管34上形成透光率很低(约20％以下)的硅化物膜。因此，由于能够给光电二极管34提供大量入射光，所以在采用硅化工序制造CMOS图象传感器的场合下，能够实现光敏度高的固体摄像器件。此外，由于没有在光电二极管34中引入由硅化引起的结晶缺陷，所以能够减少光电二极管34的结漏电流。因此，能够减少造成合格率降低的白道图象缺陷和造成画质低劣的且由漏电流引起的暗斑输出。
此此，通过将硅化物阻当层19制成硅氧化物膜16、硅氮化物膜17及硅氧化膜16b三层结构，所以获得了下述效果。
首先，硅氧化膜16b的效果是这样的。当直接在硅氮化物膜17上淀积Ti/TiN膜等金属膜进行硅化退火时，硅氮化物膜17表面会被部分地金属硅化。结果，产生了直接射入光电二极管的光量减少的问题，但通过在硅氮化物膜17上形成硅氧化膜16b而解决了这个问题。
其次，硅氮化物膜17的效果是这样的。由于硅氮化物膜17具有在硅与硅氧化物膜之间的折射率，所以它能够减少光电二极管表面的光反射率。结果，射入光电二极管的光量增大，光敏度提高。
此外，硅氧化物膜16的效果如下。硅氮化物膜17具有硅氧化物膜10倍的膜应力。因此，如果没有硅氧化物膜16，则硅氮化物膜17通过薄栅电极氧化膜12而非常接近光电二极管，从而增大了由应力引起的漏电流。在这里，10nm-30nm的膜厚的硅氧化物膜16起到了应力缓冲层的作用，从而能够防止由硅氮化物膜17的应力引起的光电二极管漏电流的增大。
此外，尽管在第一实施例中表示的是采用P型硅衬底的制造过程，但显然可以代替P型硅衬底地使用P型阱。
此外，在铝配线26及铝遮光膜28的上面、底面上，可以设置钛、氮化钛膜等中间折射率膜。通过设置中间折射率膜，能够进一步控制光反射。[第二实施例]第二实施例的特征是，采用外延生长法形成表面屏蔽区、抬高的源漏极。此外，在第二实施例中，简化了对与上述第一实施例一样的方法，而只详细说明了不同的方法。以下，说明第二实施例的固体摄像器件的制造方法。
首先，如图18所示，采用公知技术在硅衬底11上形成栅绝缘膜(硅氧化物膜)12并有选择地在硅衬底11内形成具有STI结构的元件分离区(以下称为STI)。接着，在B区的P-MOS晶体管形成区上形成N阱，在N-MOS晶体管形成区内形成P阱。接着，有选择地在硅衬底11上形成由多晶硅构成的栅电极13a、13c。
随后，如图19所示地，采用光刻法和离子注入法地在A区的栅电极13a端部的硅衬底11表面上形成N型漏极区14a并在B区的N-MOS晶体管的源极·漏极区上形成N型LDD区14b。随后，在B区的P-MOS晶体管的源极·漏极区上形成P型LDD区14c。接着，在A区的栅电极13a端部的硅衬底11的表面上形成光电二极管的N型信号存储区15。
随后，如图20所示，在整个面上形成了硅氧化物膜(或硅氮化物膜)。利用RIE技术对硅氧化物膜进行干蚀刻，从而在栅电极13a、13c的侧面上形成了栅电极侧壁绝缘膜20。随后，在氟酸系列的蚀刻液中除去栅绝缘膜12，从而露出了洗净的硅衬底11表面。
接着，如图21所示，通过选择外延生长而使未掺杂的选择生长硅层31a、31b、31c选择生长于硅衬底11及栅电极13a、13c的表面上。在这里，为了使选择生长硅层31a、31b、31c选择生长，采用了以二氯硅烷、氢及盐酸的混合气为原料的减压CVD法，例如在50乇、衬底温度为850℃的条件下进行。此外，选择生长硅层31a、31b、31c的膜厚用20nm-200nm范围内的期望值来设定生长时间。
此外，尽管表示的是在栅电极13a、13c上形成选择生长硅层31c的例子，但如果在选择外延生长前在栅电极13a、13c上残留有硅氧化膜等绝缘膜，则当然不用在13a、13c上形成硅层。根据本发明的要旨，不一定要在栅电极13a、13c上形成硅层。
接着，如图22所示，在整个面上形成光刻胶膜32地形成图形，在光电二极管的信号存储区15上形成开口。将图形化的光刻胶膜32用作掩模并在加速电压例如为30keV且剂量例如为4×1013cm-2的条件下，在信号存储区15的选择生长硅层31a上注入了BF2离子等的硼离子。
接着，如图23所示，剥离光刻胶膜32并进行所需的热处理。结果，选择生长硅层31a被P+型化(浓度1018-1020atms/cm3)，在光电二极管信号存储区15表面上形成了屏蔽区21a。结果，形成了存储对应于入射光量的信号电荷的P+NP型光电二极管。
此外，由于选择生长硅层21a具有小平面，所以与栅电极侧壁绝缘膜20端部和STI端部相连的选择生长硅层31a的厚度变薄。因此，当离子注入硼时(如图22所示)，在选择生长硅层31a的膜厚变薄部分(A部)上，更深地离子注入硼。因此，在A部上，表面屏蔽区21a只是深层地形成于硅衬底11的表面下。不用说，通过调节形成表面屏蔽区21a时的离子注入的加速电压和剂量，能够随意地设定图23所示的表面屏蔽区21a的浓度分布形状。
图24(a)表示是图23的A区局部的埋入光电二极管结构的截面图。图30(b)、(c)表示低电压读出时(读出栅电极处于ON时)的电势截面图，图30(c)表示用比图30(b)更低的电压读出时的情况。在这里，图30(b)表示电压为3.3伏的场合，图30(c)表示表示电压为2.5伏的场合。
如图24(a)所示，表面屏蔽区21a是以选择生长硅层31a为母体形成的。因此，表面屏蔽区21a的上面也位于栅电极13a的底面的上方，表面屏蔽区21a的底面也比栅电极13a的底面低。
因此，与图30(a)所示的传统结构相比，能够相对读出栅电极13a的底面极浅地形成表面屏蔽区21a。结果，如图24(b)、(c)所示，在存储在信号存储区15的信号电子被读出时，有效地消除了过去看到的(图30(b)、(c))电位势垒，残留电荷也有效地没有留下来。
根据上述第二实施例，采用选择外延生长法地在硅衬底11上形成了表面屏蔽区21a。因此，在信号读出时，有效地消除了存在于表面屏蔽区21a的端部及读出栅电极13a端部上的电位势垒，残留电荷有效地没有留在光电二极管的信号存储区15内。因而，实现了信号电子的完全传送。结果，在采用原来那样的埋入光电二极管的场合下，能够解决尤其是在低电压读出时成问题的高残象、高噪声和低光敏度问题并且能够提高元件的性能。
通过采用选择外延生长法，在硅衬底11上形成选择生长硅层31b。因此，能够将源极·漏极区制成抬高的源漏极。由此一来，能够在象素区中防止漏电流的发生并且在周边回路区实现了低电阻化。
此外，通过在周边回路区内形成抬高的源漏极，在很浅地在硅衬底11中形成N型漏极区14a的场合中，也能充分地抑制金属硅化物形成后的结漏电流。结果，在象素区内，也能浅浅地形成N型漏极区。因而，能够消除在读出栅电极13a的长度缩短时产生的且在信号存储区15与漏极区14a之间的穿通问题。因此，读出栅电极能够缩短，从而实现象素尺寸的细微化。
此外，尽管在第二实施例中表示的是能够通过使未掺杂硅层选择生长(图21所示)、硼离子注入(图22所示)和热处理而进行表面屏蔽区21a的形成的例子，但是表面屏蔽区的形成方式不局限于这样的方法。
例如，也能够使注入硼的P+型硅层选择生长。在开始使P+型硅层选择生长的场合下，当然可以省略硼离子注入和离子注入后的热处理。这样，如果形成表面屏蔽区21a，则不仅获得了与上述第二实施例一样的效果，而且还获得了以下效果。
首先，由于没有在光电二极管中引入硼离子注入带来的缺陷，所以能够减少光电二极管的结漏电流。此外，在小平面的下部区域内，由于硼没有被更深地注入，所以如图25所示，所述表面屏蔽区的底面位于与所述栅电极的底面一样高的位置上。就是说，能够更平且更浅地形成表面屏蔽区21b的底面。因而，信号读出时的电位势垒进一步降低，在2伏以下的低电压读出条件下，也能实现完全传送。[第三实施例]与第一实施例一样，第三实施例的特征是，在源极·漏极区内形成硅化物膜并且在光电二极管上形成硅化物阻当层，此外，与第二实施例一样，其特征在于，采用外延生长法地形成表面屏蔽区及抬高的源漏极。此外，在第三实施例中，省略了对与上述第二实施例一样工序的说明，而只说明了不同的工序。以下，说明第三实施例的固体摄像器件的制造方法。
首先，如图18-图23所示，与第二实施例一样在光电二极管的信号存储区15表面上形成外延生长的表面屏蔽区。
接着，如图26所示，采用减压CVD法在整个面上形成20nm-50nm厚的硅氧化膜16。在硅氧化膜16上形成了例如50nm-100nm厚的硅氮化物膜17。此外，采用减压CVD法在硅氮化物膜17上形成50nm-100nm厚的硅氧化物膜16b。随后，通过光刻法在光电二极管的信号存储区15的上方形成光刻胶膜(未示出)。以该光刻胶膜为掩模并通过RIE技术干蚀刻硅氧化膜16和硅氮化物膜17，在光电二极管的信号存储区15上形成了硅化物阻挡层19。通过硅化物阻挡层19，在随后的硅化过程中防止了表面屏蔽区21a被硅化。
随后，如图27所示，在加速电压例如为10kV-50kV且剂量如为1013-1015cm-2的条件下，在整个面上注入与信号存储区15相同的导电杂质离子如As离子。由此一来，未被硅化物阻挡层19覆盖的区域的选择生长硅层31b、31c的至少表面附近被非晶化。
接着，如图28所示，通过溅射法等在整个面上形成例如20nm-40nm厚的钛膜(未示出)。在钛膜上，例如形成10nm-30nm厚的氮化钛膜(未示出)。随后，在氮气氛围中，在700℃-800℃的条件下，进行30秒左右的退火。结果，选择生长硅层31b、31c中的硅与钛膜中的钛反应，在选择生长硅层31b、31c与钛膜之间的界面上形成了钛氮化物膜33a、33b。随后，用硫酸与过氧水的混合液除去氮化钛膜和未反应的钛膜。由此一来，能够在未被硅化物阻挡层19覆盖的选择生长硅层31b、31c上形成钛氮化物膜33a、33b。
根据上述第三实施例，获得了与第一实施例、第二实施例相同的效果。
此外，可以在不超出本发明要旨的范围内以各种变形方式实施本发明。
权利要求
1.一种固体摄像器件，其特征在于，它具有形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一绝缘膜；有选择地形成于第一绝缘膜上的读出栅电极；形成于所述读出栅电极一端的所述半导体衬底表面上的第二导电类型扩散区；形成于所述读出栅电极另一端的该半导体衬底表面上的第二导电类型信号存储区；形成于所述信号存储区表面上的第一导电类型的表面屏蔽区；由硅氧化膜与硅氮化膜构成且覆盖至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层；形成于所述扩散区上的金属硅化物层。
2.一种固体摄像器件，其特征在于，它具有形成于第一导电类型的半导体衬底上的第一绝缘膜；有选择地形成于第一绝缘膜上的读出栅电极；形成于所述读出栅电极一端的所述半导体衬底表面上的第二导电类型扩散区；形成于所述读出栅电极另一端的该半导体衬底表面上的第二导电类型信号存储区；在所述信号存储区上选择外延生长形成的第一导电类型的表面屏蔽区。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像器件，其特征在于，第一导电类型的半导体衬底是阱层或外延层。
4.如权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于，它还具有覆盖至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层和形成于所述扩散区上的金属硅化物层。
5.如权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于，它还具有在所述扩散区上选择外延生长形成的抬高的源漏极。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，所述金属硅化物层是硅化钛膜、硅化钴膜、硅化镍膜、硅化钨膜中的任何一种膜。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，所述硅化物阻挡层是覆盖了至少所述信号存储区的一部分以及所述读出栅电极的至少一部分的图形。
8.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，所述硅化物阻挡层是覆盖了至少所述信号存储区的一部分、所述读出栅电极的至少一部分以及所述扩散区的至少一部分的图形。
9.如权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于，所述表面屏蔽区的底面位于与所述读出栅电极的底面同样的高度上。
10.如权利要求4所述的固体摄像器件，其特征在于，它还具有与所述读出栅电极间隔预定距离形成的栅电极；在栅电极两端上选择外延生长形成的抬高的源漏极区；形成于所述抬高的源漏极区上的金属硅化物层。
11.一种制造固体摄像器件的方法，其特征在于，它包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；在通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极的同时，通过第一绝缘膜在所述元件分离区上形成栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电类型的信号存储区；在整个表面上形成第二绝缘膜；露出所述扩散区表面除去第二绝缘膜并且形成覆盖所述信号存储区的至少一部分的硅化物阻挡层；在所述信号存储区的表面上形成第一导电类型的表面屏蔽区；除去在所述扩散区上的第一、第二绝缘膜并露出所述扩散区的表面；在露出表面的扩散区上形成金属硅化物层。
12.一种制造固体摄像器件的方法，其特征在于，它包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电类型的信号存储区；使所述信号存储区的硅层选择外延生长形成第一导电类型的表面屏蔽区。
13.一种制造固体摄像器件的方法，其特征在于，它包括以下步骤在第一导电类型的半导体衬底上形成第一绝缘膜；有选择地在所述半导体衬底内形成分离元件区的元件分离区；通过第一绝缘膜在所述元件区上形成读出栅电极；在所述读出栅电极一端的元件区表面上形成第二导电类型的扩散区；在所述读出栅电极另一端的元件区表面上形成第二导电类型的信号存储区；使所述信号存储区的硅层选择外延生长形成第一导电类型的表面屏蔽区；在整个表面上形成第二绝缘膜；露出在所述扩散区上的选择外延生长硅层的表面除去第二绝缘膜并且形成覆盖至少所述信号存储区的一部分的硅化物阻挡层；在露出表面的扩散区上的选择生长硅层中形成金属硅化物层。
14.如权利要求11-13之一所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，第一导电类型的半导体衬底是阱层或外延层。
15.如权利要求12或13所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，所述表面屏蔽区是这样形成的，即在选择生长未注入离子的硅层后，在所述选择生长硅层中进行离子注入和热处理。
16.如权利要求12或13所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，所述表面屏蔽区是这样形成的，即选择生长注入离子的硅层。
17.如权利要求11或13所述的固体摄像器件的制造方法，其特征在于，它还包括在形成所述金属硅化物层后除去所述阻挡层的步骤。
全文摘要
解决因元件细微化及低电源电压化的要求而产生的虚假信号和电位势垒并提高元件性能。在硅衬底上有选择地形成读出栅电极13a,在读出栅电极13a的一端上形成N型漏极区14a。在读出栅电极13a的另一端上形成N型信号存储区15。使P
文档编号H04N5/369GK1327269SQ0112334
公开日2001年12月19日 申请日期2001年3月22日 优先权日2000年3月28日
发明者野崎秀俊, 井上郁子, 山下浩史 申请人:株式会社东芝