专利名称：固体摄像装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种固体摄像装置及其制造方法。
背景技术：
近年来，为了提高以CCD图像传感器(以下简称CCD)为首的固体摄像装置的灵敏度，着力开发固体摄像装置，其在转送电极上使用多晶硅、并具备在转送电极的上层或下层或者两层上都配置了氮化硅膜的结构。
作为这种技术，有专利文献1所记载的内容。图3所示为表示该文献中所记载的现有固体摄像装置的栅极结构的剖视图。
专利文献1所记载的栅极结构200，具有在硅基板208上，氧化硅膜206、氮化硅膜202、多晶硅膜204、氮化硅膜202依次叠层形成的剖面结构。
专利文献1所记载旨在通过这个结构，获得同时满足灵敏度高、转送能力强、暗电流弱等高性能的固体摄像装置。
图4表示用于实现现有的固体摄像装置的栅极结构的工艺流程的一例的工序剖视图。
首先，如图4A所示，在硅基板208上形成氧化硅膜206。然后，如图4B所示，在氧化硅膜206上，依次叠层氮化硅膜202a、多晶硅膜204、氮化硅膜202b。
再如图4C所示，在氮化硅膜202b上形成抗蚀掩模210。然后，如图4D所示，用蚀刻工艺对氧化硅膜206、氮化硅膜202a、多晶硅膜204、氮化硅膜202b进行蚀刻。
然后，如图4E所示，通过蚀刻将抗蚀掩模210除去，获得图3所示的栅极结构200。
再然后，一般对固体摄像装置的其他位置，进行另外的蚀刻工序等。
由氮化硅膜/多晶硅膜/氮化硅膜这种三层结构形成的栅极结构200，一般被用氧化硅膜等折射率低的绝缘膜覆盖。
比介电率和折射率之间一般都存在相关关系，一般氧化硅膜等折射率低的绝缘膜，比介电率也低。因此，当覆盖了氧化硅膜等折射率低的绝缘膜的电极结构用于CCD的电荷转送元件时，有可能出现能蓄留的电荷量不充分的情况。
另外，上述具备由氮化硅膜/多晶硅膜/氮化硅膜这种三层结构形成的电极结构的固体摄像装置，转送电极的电阻的不一致性较大，成品率较低。
专利文献1特开2001-168314号公报。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的就是提供一种具有优良的蓄积电荷量的固体摄像装置。另外，本发明的另一个目的是，能在良好的制造稳定性下，提供具备导电性优秀的转送电极的固体摄像装置。
本发明的固体摄像装置，具备进行光电变换的光电变换部；以及，对由光电变换部产生的信号电荷进行转送的转送部。转送部，包含转送电极；以及，覆盖于转送电极的底面、上面和两侧面、且比介电率比氧化硅高的材料构成的覆盖绝缘膜。
通过此结构，由于覆盖于转送电极的底面、上面和两侧面的覆盖绝缘膜由比介电率比氧化硅高的材料构成，因此转送电极附近易感应出电荷，能够增大包含转送电极在内的转送部的蓄积电荷量。另外，还能控制固体摄像装置的转送电极的不一致性。
此覆盖绝缘膜的折射率，比氧化硅大、比所述转送电极小。由于入射光依次透过折射率小、中、大的区域，因此折射率没有发生突变。从而，能控制向覆盖绝缘膜及转送电极入射时光的反射。覆盖绝缘膜，也可由包含硅氮氧化物的材料构成。覆盖绝缘膜，也可由包含硅氮氧化物的材料构成。转送电极，可由包含多晶硅的材料构成。
覆盖绝缘膜的侧面的膜厚t，满足0nm＜t＜60nm。这里覆盖绝缘膜的膜厚t满足0nm＜t＜60nm的状态，为基于理想设计而定出的范围，包含因制造上的不一致性而使覆盖绝缘膜的膜厚在此范围之外的、实质上是0nm＜t＜60nm的情况。通过此结构，由于转送电极和半导体基板之间产生的电容，比转送电极的侧面上不存在覆盖绝缘膜的情况下的转送电极和半导体基板之间产生的电容大，因此能增加半导体基板内能蓄积·转送的饱和电子数。
多个转送部并列设置，且这多个转送部，可隔着比介电率比覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。通过此结构，即使在具备多个光电变换部时，也能提高电荷转送效率。另外，多个转送部并列设置，且这多个转送部，隔着折射率比覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。通过此结构，能减少从倾斜方向入射到转送部的光的反射，即使光电变换部设于转送部的下部，也能提高光电变换部的感光度。
本发明的固体摄像装置的制造方法，包含在半导体基板上，将由比介电率比氧化硅高的材料构成的第一覆盖绝缘膜、导电膜、由对比介电率比氧化硅高的材料构成的第二覆盖膜，依次叠层，形成叠层膜的工序；将叠层膜有选择地蚀刻为规定的宽度的工序；对覆盖于叠层膜的上面及两侧面、与半导体基板的上面的、由比介电率比氧化硅高的材料构成的第三覆盖绝缘膜进行叠层的工序；以及，对第三覆盖绝缘膜进行蚀刻，并进行图案形成以形成第三覆盖绝缘膜覆盖住叠层膜的两侧面的形状。
由于通过此方法，能获得具备如下电极结构的固体摄像装置，即覆盖于转送电极的底面、上面和两侧面的覆盖绝缘膜由比介电率比氧化硅高的材料构成，从而令转送电极附近的电荷易感应，能增大包含转送电极的转送部的蓄积电荷量。另外，通过此方法，由于能获得具备转送电极的底面、上面和两侧面都被覆盖绝缘膜所覆盖的结构下的电极结构的固体摄像装置，从而即使在形成转送电极之后在固体摄像装置的其他位置进行蚀刻处理等处理时，转送电极也能用覆盖绝缘膜与蚀刻液隔离。因此，能够控制固体摄像装置的转送电极宽度的不一致性。从而，能控制因转送电极的面积缩小导致的电阻上升。
图1为表示实施方式1的固体摄像装置的栅极结构概略的剖视图。
图2A～图2E为表示用于实现实施方式2的固体摄像装置的栅极结构的工艺流程的一例的工序剖视图。
图3为表示现有固体摄像装置的栅极结构概略的剖视图。
图4A～图4E为表示用于实现现有的固体摄像装置的栅极结构的工艺流程的一例的工序剖视图。
图5F及图5G为表示现有的固体摄像装置的栅极结构的技术问题的工序剖视图。
图6为表示现有的固体摄像装置的栅极结构的技术问题的剖视放大图。
图7为对在现有的固体摄像装置的栅极结构中产生的间隙填埋SiN的情况进行说明的剖视图。
图8为对在现有的固体摄像装置的栅极结构中产生的间隙填埋SiO2的情况进行说明的剖视图。
图9为表示实施方式3的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。
图10为表示实施方式4的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。
图11为表示实施方式5的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。
图12A为现有的固体摄像装置的栅极结构中的入射光反射的情形；图12B为实施方式1的固体摄像装置的栅极结构中的入射光反射的情形。
图13为表示实施方式7的固体摄像装置的转送部及光电变换部的剖视图。
图14为表示实施方式7的固体摄像装置的全体形象的俯视图。
图15为对实施方式1的固体摄像装置的多晶硅膜的侧面上形成的氮化硅膜的膜厚、与氧化硅膜的下方的硅基板内能蓄积·转送的饱和电子数之间的关系进行仿真得到的结果。
图16A及图16B为表示图15中的仿真的条件的图。
图17为表示实施方式1的固体摄像装置的多晶硅膜的侧面上形成的氮化硅膜的膜厚、与电极—基板间电容、电极—电极间电容及电极单独存在时的电极—基板间电容之间的关系的图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。再者，在全部附图中、相同的构成要素都付以相同的符号，并适当省略其说明。
(实施方式1)图1为表示本实施方式的固体摄像装置的栅极结构概略的剖视图。本实施方式的栅极结构100，具备硅基板108、设置于硅基板108上的氧化硅膜106、设置于氧化硅膜106上的多晶硅膜104。多晶硅膜104，被氮化硅膜102覆盖住底面、上面及两侧面。
上述多晶硅膜104，相当于固体摄像装置的转送电极。上述氮化硅膜102，相当于覆盖住转送电极的底面、上面和两侧面的覆盖绝缘膜。上述氧化硅膜106，相当于栅极绝缘膜。上述硅基板108，相当于半导体基板。具备这些部件的栅极结构100，构成固体摄像装置的转送部。
具备实施方式的栅极结构100的固体摄像装置，可为电荷耦合器件(Charge-Coupled Device；CCD)等。CCD是具有通过向导电性电极施加时钟脉冲总线、在半导体基板中转送电荷的功能的器件。
上述CCD，可为帧传递(frame transfer)型的CCD。帧传递型的CCD，用透过电荷耦合元件中用于转送的转送部的光，通过半导体基板内的光电变换部进行光电变换。
帧传递型的CCD中，固体摄像装置的光电变换部(图中未表示)，设置于硅基板108内。因此，入射到光电变换部上的光之中，还存在有透过氮化硅膜102、多晶硅膜104、氧化硅膜106入射的光。
本实施方式的固体摄像装置中，由于栅极结构100中的导电性材料多晶硅膜104，形成为被绝缘材料氮化硅膜102包围、一般不暴露的结构，因此能够将因固体摄像装置的制造工艺而造成的损伤控制为最小。
因此，在CCD器件等、具备由MOS电极结构构成的转送部的固体摄像装置中，能够降低转送电极的电阻不一致性。
例如，在栅电极多晶硅膜104形成后的洗净或表面处理中、例如暴露于药液或等离子等中时，导电性材料多晶硅膜104自身不会暴露于药液或等离子等中。因此，能够防止导电性材料多晶硅膜104上被侵蚀、并防止其边缘粗糙度增加。
再者，氮化硅膜102，覆盖于多晶硅膜104的上面、底面、两侧面。即，可不覆盖多晶硅膜104的两端部，以使转送电极能与其他导电部件相连。
另外，虽然氮化硅膜102既可只由单一的膜构成，也可由多个膜构成。当由多个膜构成时，由于构成氮化膜102的膜分别由同种类的膜构成，因此能够形成坚固的结合。此时，也能充分控制多晶硅膜104与药液或等离子等接触。
另外，当氮化硅膜102由多个膜构成时，多个膜既可以是分别由同一材料构成的膜，也可以是由不同材料构成的膜。例如，可以一部分膜是氮化硅膜，另一部分膜是氧化硅膜。即使是不同材料，只要能覆盖多晶硅膜104的底面、上面和两侧面，就能充分控制多晶硅膜104与药液或等离子等接触。再者，一般来说由同种膜构成的一方，其膜之间的结合坚固，不易产生间隙。
因此，在本实施方式的电极结构中，由于转送电极的底面、上面和两侧面都被绝缘膜覆盖，因此在转送电极形成之后，即使对固体摄像装置的其他位置实施蚀刻处理等，转送电极也能用覆盖绝缘膜与蚀刻液等隔离。因此，能够抑制固体摄像装置转送电极宽度的不一致性。
其优点就是，能够抑制转送电极剖面积缩小后电阻上升，从而在稳定的制造性下提供具备导电性优秀的转送电极的固体摄像装置。
另一方面，形成图3所示的氮化硅膜202/多晶硅膜204/氮化硅膜202这三层结构构成的电极结构之后，如后文所述，在固体摄像装置的其他位置上，再实施另外的蚀刻工序，根据蚀刻液种类为首的蚀刻条件，有可能只在导电性材料多晶硅部分产生侧面蚀刻(side etch)，发生侵占。
图5为表示现有的固体摄像装置的栅极结构的技术问题的工艺剖视图。例如，用图4所示的制造工序制造出上述现有的固体摄像装置的栅极结构之后，为了在其他位置(图中未表示)进行蚀刻，如图5所示，用抗蚀掩模212，覆盖住氧化硅膜206、氮化硅膜202a、多晶硅膜204、氮化硅膜202b。
然后如图5G所示，除去抗蚀掩模212后，根据蚀刻液的种类为首的蚀刻条件，沿箭头所示的蚀刻的侵蚀方向214a、214b，可能会产生多晶硅膜204的侧壁被侵蚀的情况。
由于这个现象，会发生因导电物质多晶硅膜204的后退引起的转送电极电阻增大的情况。
若多晶硅膜204的侧壁被侵蚀，转送电极的多晶硅膜204的边缘的溃垮边缘粗糙的现象也会变得严重。因此，会使转送电极的线宽控制性恶化，难以按照设计要求实现、控制CCD的电路特性。
在光透过帧传递型的CCD等的、设置硅基板208的上部的栅极结构，导入到设于硅基板208内的光电变换部上这种类型的CCD中，会因这种边缘粗糙在转送电极的多晶硅膜204的边缘附近会产生光的漫反射，导致噪声产生。
另外，图1所示的本实施方式的电极结构中，在最终形成的栅极结构100中，导电性材料多晶硅膜104，被比介电率相对多晶硅膜104较高的氮化硅膜102包围。另外，被用氮化硅膜102覆盖的多晶硅膜104，隔着比介电率相对多晶硅膜104较低的绝缘膜氧化硅膜106、设置于硅基板108上。
通过这种结构，因存在直接贴接于导电性材料多晶硅膜104上的、比介电率较高的绝缘材料氮化硅膜102，能够增大转送电极多晶硅膜104附近的电容容量。因此，能够减少由绝缘膜氧化硅膜106产生的电位降低的效果。
另外，一般来说，在最终形成的栅极结构100的外侧上，设有由折射率较低的氧化硅膜等构成的绝缘膜。这里，导电性材料多晶硅膜104的上面、底面和两侧面，都被位于导电性材料多晶硅膜104、和栅极结构100的外侧的透光性的绝缘膜之间的、有折射率的绝缘膜氮化硅膜102所覆盖。
因此，通过这种结构，由于向多晶硅膜104入射的光所通过的区域的折射率并不是陡然变化、而是阶段变化，因此在栅极结构100中，能够对来自所有方向的入射光降低反射。
因此，通过使用这种栅极结构100，在具备存在于栅电极多晶硅膜104下方的硅基板108内的光电变换部(图中未表示)的固体摄像装置，其优点在于能降低倾斜入射到受光面上的入射光的反射，从而提高基板内的光电变换部(图中未表示)的灵敏度。
再者，一般来说，氮化硅膜及氮氧化硅膜的比介电率比氧化硅膜大。例如，氮化硅膜的比介电率为7左右。另外，氮氧化硅膜的比介电率为3.8～7左右。而另一方面，氧化硅膜的比介电率为3.8左右。
因此，通过使用多晶硅膜104作为转送电极、使用氮化硅膜102作为覆盖绝缘膜、使用氧化硅膜106作为栅极绝缘膜，从而在栅极结构100中，能够获得蓄积电荷增加的效果。但是，这个蓄积电荷增加的效果，如下文所述，会对多晶硅膜104的侧面上形成的氮化硅膜102的膜厚产生影响。
图15表示的是，对形成于多晶硅膜104侧面上的氮化硅膜102的膜厚、和氧化硅膜106的下方的硅基板108内能蓄积·转送的饱和电子数Qsat之间的关系，用仿真求出的结果。此仿真的条件如图16所示。首先，本仿真中，如图16A所示，令硅基板108具有n型层-p型层-n型层这个3层结构，各个层的杂质浓度设定为如图16B所示的浓度。
另外，如图16A所示，本仿真并列有3个栅电极，令其各自的宽度为0.4μm，各个栅电极配置有0.6μm的间距。然后，对位于正中的栅电极施加2.9V的栅极电压，对其他栅电极施加-10V的栅极电压。在硅基板108上施加6.5V的基板电压。
另外，令栅电极的多晶硅膜104的膜厚为50nm、形成于多晶硅膜104下面的氮化硅膜102的膜厚为80nm，氧化硅膜106的膜厚为30nm。再者，由于本仿真中，形成于多晶硅膜104的上面的硅氮化层102不受饱和电子数的影响，因此不考虑其膜厚。
由图15可知，膜厚为0时、即多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时，饱和电子数为3171。另外，当多晶硅膜104的侧面上形成有膜厚20nm的氮化硅膜102时饱和电子数变为3244，饱和电子数增大了2.5％左右。
另一方面，当多晶硅膜104的侧面上形成有50nm的氮化硅膜102时，饱和电子数变为3205，虽然饱和电子数比多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时多，但与氮化硅膜102的膜厚为20nm时相比，饱和电子数减少了。再有，当多晶硅膜104的侧面上形成了膜厚70nm的氮化硅膜102时，饱和电子数变为3135，饱和电子数比多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时还有所减少。这样，为了令位于氧化硅膜106下方的基板108内能蓄积·转送的饱和电子数Qsat增大，必须在多晶硅膜104的侧面上形成膜厚最合适的氮化硅膜102。
以下，从理论上对这些现象进行说明。图17A表示的是形成于多晶硅膜104侧面上的氮化硅膜102的膜厚、和电极—基板间电容(A)、电极—电极间电容(B)、及电极单独存在时的电极—基板间电容(C)之间的关系。电极—基板间电容(A)，如图17B所示，为存在于多晶硅膜102和硅基板108之间的电容；电极—电极间电容(B)，为存在于相邻的栅电极多晶硅膜102之间的电容。另外，电极单独存在时的电极—基板电容(C)，如图17C所示，为假设不存在相邻的栅电极、独立存在1个电极时，存在于多晶硅膜102和硅基板108之间的电容。再者，如图17A所示的图，取每个电容与多晶硅膜104的侧面不存在氮化硅膜时的电容之差值，并将其差值用曲线表示。
用图17A，对多晶硅膜104侧面上形成的氮化硅膜的膜厚102、与各个电容的关系进行说明。形成于多晶硅膜104侧面上的氮化硅膜102的膜厚若增大，电极单独存在时的电极—基板电容(C)单调增加。因此，氧化硅膜106下方的硅基板108内能够蓄积·转送的饱和电子数增大。
然而，要实际在固体摄像装置上安装，存在多个栅电极时，在电极—电极间电容(B)的影响下，显现出与栅电极单独存在时不同的倾向。在氮化硅膜的膜厚较小的区间，由于电极—电极间电容(B)较小，因此栅电极对硅基板发生较强电场。因此，电极—基板间电容(A)变大，氧化硅膜106下方的硅基板108内能蓄积·转送的饱和电子的数量增多。
但是，由于随着氮化硅膜的膜厚逐渐增大，电极—电极间电容(B)液逐渐增大，来自栅电极的电场会对相邻的电极产生较强影响。因此，电极—基板间电容(A)逐渐变小，饱和电子的数量也开始减少。然后，若氮化硅膜的膜厚再进一步变大、其膜厚t达到60nm≤t，由于电极—基板电容(A)比多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时还要小，因此饱和电子数也比多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时还要小。
如上所述，为了增加基板108内能够蓄积·转送的饱和电子数，将氮化硅膜102的膜厚设定为能令电极—基板电容(A)比多晶硅膜104的侧面上没有形成氮化硅膜102时的电极—基板电容大。即，本实施方式的固体摄像装置中，通过令形成于多晶硅膜104侧面上的氮化硅膜102的厚度t为0nm＜t＜60nm，能够增大饱和电子数。
然后，一般来说，氮化硅膜及氮氧化硅膜，比介电率折射率比氧化硅膜大。例如，氮化硅膜的折射率约为2左右。另外，氮氧化硅膜的折射率约为1.45～2左右。而氧化硅膜的折射率约为1.45左右。
因此，通过用多晶硅膜104作为转送电极、用氮化硅膜102作为覆盖绝缘膜、用氧化硅膜106作为栅极绝缘膜，能够在栅极结构100中，获得降低入射光反射的效果。
具体来说，在固体摄像装置中、栅极结构的上层透过膜使用氧化硅膜的情况下，当光从该氧化硅膜直接入射到多晶硅膜上时，折射率从1.45左右陡然增大到3.42左右。因此，氧化硅膜和多晶硅膜的临界面上反射的入射光较多。因此，引起下方的硅基板内的光电变换部(图中未表示)中损失了进行光电变换的光量。
与此相对，如栅极结构100，在多晶硅膜104的底面、上面和两侧面上设置折射率为2左右的氮化硅膜102后，入射光的折射率变化变缓为1.45→2→3.42，从而获得降低反射光的光量的效果。
其优点就是，在结构为设置于栅电极多晶硅膜104下方的光电变换部(图中未表示)接收光的CCD中，能够防止在上层氧化硅膜(图中未表示)和氮化硅膜102的临界面上、或氮化硅膜102和多晶硅膜104的临界面等上的反射入射光，从而防止光电变换部(图中未表示)的灵敏度下降。
图12A及图12B表示的是，对比表示现有的固体摄像装置的栅极结构200与实施方式的固体摄像装置的栅极结构中、反射入射光的样态的剖视图。
具体来说，在现有的固体摄像装置的栅极结构200中，如图12A所示，来自垂直方向的入射光1202，从上层氧化硅膜(图中未表示)，透过氮化硅膜202，入射到多晶硅膜204。此时，由于入射光1202的路线上的折射率变化较缓为1.45→2→3.42，因此降低了多晶硅膜204的表面上反射的光量。因此，来自垂直方向的入射光1202如箭头所示透过栅极结构200，到达设于下层的光电变换部(图中未表示)。
而另一方面，现有的固体摄像装置的栅极结构200中，如图12A所示，来自倾斜方向的入射光1204，从氧化硅膜(图中未表示)直接入射到多晶硅膜204上。这时，由于入射光1204的路线上的折射率从约1.45左右陡然变化至3.42左右，因此在多晶硅膜204的表面上大部分的入射光1204被反射，作为反射光1206散射了。因此，来自倾斜方向的入射光1204，只有极少部分能透过栅极结构200，从而使到达设置于下层的光电变换部(图中未表示)的光量减少。
因此，在现有的固体摄像装置的栅极结构200中，会发生设置于下层的光电变换部(图中未表示)的灵敏度不够的情况。
然而本实施方式的固体摄像装置的栅极结构100中，如图12B所示，来自垂直方向的入射光1208，与现有的固体摄像装置的栅极结构200的情况一样，透过如箭头所示的栅极结构100，到达设于下层的光电变换部(图中未表示)。
而在本实施方式的固体摄像装置的栅极结构100中，如图12B所示，来自倾斜方向的入射光1210，从氧化硅膜(图中未表示)透过氮化硅膜102，入射到多晶硅膜104。此时，入射光1210的路线上的折射率变化较缓为1.45→2→3.42，因此降低了多晶硅膜104的表面上反射的光量。因此，来自倾斜方向的入射光1210如箭头所示透过栅极结构100，到达设于下层的光电变换部(图中未表示)。
因此，本实施方式的固体摄像装置的栅极结构100中，其优点就在于与现有的固体摄像装置的栅极结构200相比，能提高设置于下层的光电变换部(图中未表示)的灵敏度。
(实施方式2)图2为表示用于实现本实施方式固体摄像装置的栅极结构的工艺流程的一例的工序剖视图。为了获得本实施方式的固体摄像装置的栅极结构，可通过图2所示的本实施方式的制造方法，从形成包含转送电极的3层结构后实施进行单壁(side wall)形成的方法。
具体来说，如图2A所示，首先，在硅基板108上叠层氧化硅膜106。然后如图2B所示，在氧化硅膜106上，依次叠层氮化硅膜102a、多晶硅膜104、氮化硅膜102b。
接着，在氮化硅膜102b上设置抗蚀掩模(图中未表示)，对抗蚀掩模进行图案形成。然后，如图2C所示，利用此抗蚀掩模，将氧化硅膜106、氮化硅膜102a、多晶硅膜104、氮化硅膜102b蚀刻为规定的宽度。再者，在蚀刻之后除去抗蚀掩模。
然后，如图2D所示，再在硅基板108及氮化硅膜102b的上面，在由氧化硅膜106、氮化硅膜102a、多晶硅膜104及氮化硅膜102b构成的叠层膜的两侧面上，叠层氮化硅膜102c。
然后，在氮化硅膜102c上设置抗蚀掩模(图中未表示)，并对抗蚀掩模进行图案形成。然后，如图2E所示，在硅基板108及氮化硅膜102b的上面，蚀刻为只在由氧化硅膜106、氮化硅膜102a、多晶硅膜104及氮化硅膜102b构成的叠层膜的两侧面上残留下氮化硅膜102c以形成单壁。
这样获得本实施方式的固体摄像装置的栅极结构。在这种结构中，多晶硅膜104的底面、上面和两侧面，都被用氮化硅膜102覆盖。
再者，虽然氮化硅膜102由氮化硅膜102a、氮化硅膜102b、氮化硅膜102c这多个膜构成，但这些膜由同种材料构成。因此，这多个膜可以形成坚固的结合。因此，能够很好地防止蚀刻液从这多个膜的膜间隙中浸入，从而能够增大抑制电阻上升程度的效果。
另外，由于氮化硅膜102的比介电率较高为7左右，因此能增加多晶硅膜104附近的蓄积电荷量。因此，具有能够增加固体摄像装置中能够蓄积·转送的电荷量的效果。
再有，由于氮化硅膜102的折射率为2左右、比多晶硅膜104的折射率3.42要低，因此能令透过多晶硅膜104的入射光折射率平缓变化，从而获得降低从倾斜方向入射到光接收面上的反射光量的效果。
(实施方式3)图9表示的是本实施方式的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。本实施方式的固体摄像装置的栅极结构400，具备设置于硅基板108上的氮化硅膜102a、设置于氮化硅膜102a上的多晶硅104、覆盖多晶硅膜104的上面及两侧面的氮化硅膜102d。
在此结构中，多晶硅膜104的底面、上面和两侧面，都被氮化硅膜102a及氮化硅膜102d覆盖。因此，即使另外进行蚀刻工序，也能防止多晶硅膜104的两侧面被蚀刻侵蚀的现象发生。因此，能够防止多晶硅膜104电阻上升。
另外，由于氮化硅膜102a及氮化硅膜102d的比介电率较高为7左右，因此能增加多晶硅膜104附近的蓄积电荷量。因此，具有增加固体摄像装置中能够蓄积·转送的电荷量的效果。
再有，氮化硅膜102a及氮化硅膜102d的折射率为2左右、低于多晶硅膜104的折射率3.42，因此即使对于倾斜入射到光接收面的光来说，也能令透过多晶硅膜104的入射光的折射率平缓变化，获得降低反射光量的效果。
(实施方式4)图10表示的是本实施方式的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。本实施方式的固体摄像装置的栅极结构500，具备设置于硅基板108上的氮化硅膜102a；设置于氮化硅膜102a上的多晶硅膜104；设置于多晶硅104上面上的氮化硅膜102b；以及，覆盖在氮化硅膜102b上面及由氮化硅膜102a、多晶硅膜104、氮化硅膜102b构成的叠层膜的两侧面的氮化硅膜102d。
在此结构中，多晶硅膜104的底面、上面和两侧面，被用氮化硅膜102a、氮化硅膜102b及氮化硅膜102d覆盖。因此，即使另外进行蚀刻工序，也能防止多晶硅膜104的两侧面被蚀刻侵蚀的现象发生。因此，能够防止多晶硅膜104电阻上升。
另外，由于氮化硅膜102a及氮化硅膜102d的比介电率较高为7左右，因此能增加多晶硅膜104附近的蓄积电荷量。因此，具有增加固体摄像装置中能够蓄积·转送的电荷量的效果。
再有，氮化硅膜102a、氮化硅膜102b、及氮化硅膜102d的折射率为2左右、低于多晶硅膜104的折射率3.42，因此即使对于倾斜入射到光接收面的光来说，也能令透过多晶硅膜104的入射光的折射率平缓变化，获得降低反射光量的效果。
(实施方式5)图11表示的是本实施方式的固体摄像装置的栅极结构的变形例的剖视图。本实施方式的固体摄像装置的栅极结构600，具备设置于硅基板108上的多晶硅膜104；覆盖在多晶硅膜104的底面、上面和两侧面的氮化硅膜102。
在此结构中，多晶硅膜104的底面、上面和两侧面，被用氮化硅膜102覆盖。因此，即使另外进行蚀刻工序，也能防止多晶硅膜104的两侧面被蚀刻侵蚀的现象发生。因此，能够防止多晶硅膜104电阻上升。
另外，由于氮化硅膜102比介电率较高为7左右，因此能增加多晶硅膜104附近的蓄积电荷量。因此，具有增加固体摄像装置中能够蓄积·转送的电荷量的效果。
再有，氮化硅膜102的折射率为2左右、低于多晶硅膜104的折射率3.42，因此即使对于倾斜入射到光接收面的光来说，也能令透过多晶硅膜104的入射光的折射率平缓变化，获得降低反射光量的效果。
(实施方式6)图6表示的是现有的固体摄像装置的栅极结构的技术问题的剖视放大图。现有的固体摄像装置的栅极结构300，具备半导体基板(图中未表示)；设置于半导体基板上的氧化硅膜306；设置于氧化硅膜306上的氮化硅膜302a；设置于氮化硅膜302a上的多晶硅膜304；以及，设置于多晶硅膜304上的氮化硅膜302b。
如上所述，图3所示的固体摄像装置的栅极结构，通过实施洗净或表面处理，如图6所示会出现导电材料部分多晶硅膜304的两侧面被侵蚀，在多晶硅膜304的两侧面上产生边缘粗糙的情况。
将多晶硅膜304的两侧面被这样侵蚀的栅极结构300、之后用由氮化硅膜等构成的绝缘材料包围，也能如后文所述，通过比介电率和折射率的效果，获得增加蓄积电荷量的效果及降低反射光量的效果。用以下具体示例对这种获得这种效果进行说明。
作为具体例，在多晶硅膜304发生侵蚀的情况下，对向该侵蚀部分中填埋氮化硅膜的情况、和填埋氧化硅膜的情况进行说明。对这两个具体示例，都计算出多晶硅膜304的上部表面的电位，并评价入射光透过程度。
图7为表示对用SiN填埋现有的固体装置的栅极结构中产生的间隙的情况进行说明的剖视图。
此时，多晶硅膜304的两侧面上生成的间隙，被用氮化硅膜314a及氮化硅膜314b填埋。另外，栅极结构的两侧面上也设置氮化硅膜316a及氮化硅膜316b。然后，在氮化硅膜316b的侧面上再设置氧化硅膜318。
图8为表示对用SiO2填埋现有的固体装置的栅极结构中产生的间隙的情况进行说明的剖视图。
此时，多晶硅膜304的两侧面上生成的间隙，被用氧化硅膜324a及氧化硅膜324b填埋。另外，栅极结构的两侧面上也设置氧化硅膜326a及氮化硅膜326b。然后，在氧化硅膜326b的侧面上再设置氧化硅膜318。
对于任一个具体例，用泊松方程式、通过单纯从栅极端引出的电力线、计算出电位下降的程度，完成多晶硅膜304的上部表面的电位计算。再者，要进行更详细的评估，就必须进行器件仿真，在本计算中也充分构成有关电位下降的指标。
计算中使用的参数，如下所述。
设氮化硅膜302b的厚度为20nm，设多晶硅膜304的厚度为60nm，设氮化硅膜302a的厚度为80nm，设氧化硅膜306的厚度为30nm，设多晶硅膜304的侵蚀宽度为50nm，设设置于栅极结构的侧壁上的氮化硅膜316b的宽度为50nm。
然后，在令半导体基板(图中未表示)中的杂质浓度(剂量(dose))为1×1011cm-3，半导体基板(图中未表示)上的电压为0V的条件下，给栅电极多晶硅膜304施加10V电压。
当分别填埋SiN、SiO2时，图中A点的电压分别为4.98V、3.76V。耗尽层宽度分别是1.15μm、1μm，A点下的部分蓄积电荷量，分别为5750电子/μm2、5000电子/μm2，局部有15％左右的蓄积电荷增加效果。
如图7所示，在由多晶硅膜304构成的电极下层上配置氮化硅膜302a的结构，具有稳定增大栅极电容的效果。因此，若在硅基板(图中未表示)上将氧化硅膜306、氮化硅膜302a、多晶硅膜304依次成膜来使用，则能稳定增加栅极电容。
另外，如图8所示的结构中，由于多晶硅膜304的两侧面因蚀刻而被侵蚀、产生了边缘粗糙，因此容易引起入射光的漫反射。
而另一方面，在图7所示的结构中，多晶硅膜304的两侧面上，填埋了折射率比氧化硅膜324a及氧化硅膜324b高的氮化硅膜314a及氮化硅膜314b。
因此，多晶硅膜304、与氮化硅膜314a及氮化硅膜314b的折射率差较小，从而抑制光的漫反射。因此，在图7中，具有与图8相比抑制了光的漫反射的优点。
另外，如图7所示，在由多晶硅膜304构成的电极材料上将氮化硅膜302b叠层成膜的结构中，当对这些层同时进行图案形成时，可将上层的氮化硅膜302b作为多晶硅膜304蚀刻加工时的硬膜(hard mask)。
这样，能使蚀刻后的多晶硅膜304的线宽均匀性提高，并有利于降低边缘粗糙。从这方面来说，也体现了图7中所示的结构，与图8相比具有抑制了光的漫反射的优点。
另外，在图7所示的结构中，设有多个由多晶硅膜304、上层的氮化硅膜302b、下层的氮化硅膜302a、两肋的氮化硅膜314a及氮化硅膜314b，构成的转送部。另外，多个转送部的两肋上，设置有氮化硅膜316a及氮化硅膜316b。然后，在外侧还设有由比介电率比氮化硅膜还低的氧化硅膜318构成的绝缘膜。即，这多个转送部，隔着氮化硅膜、和比介电率比氮化硅膜低的氧化硅膜，并列设置。
通过此结构，由于设置了多个转送部，能够提高电荷的转送效率。另外，由于多个转送部隔着折射率比覆盖绝缘膜的氮化硅膜低的绝缘膜的氧化硅膜并列设置，从而能够降低从倾斜方向入射到转送部的光被反射的光量。因此，即使光电变换部设置于转送部的下部，也能提高光电变换部的灵敏度。
(实施方式7)图13是表示本实施方式的固体摄像装置的转送部及光电变换部的剖视图。再者，此图是沿电荷转送方向剖开时的固体摄像装置的纵向剖视图。本实施方式的固体摄像装置中，对一层多晶硅膜进行图案形成来形成构成垂直电荷耦合器件的转送电极，即采用所谓单层电极CCD(电荷耦合器件)。在n型硅基板1301的表面一侧上，形成p型阱区域1302。在此p型阱区域1302的表面一侧上，设置n型CCD沟道区域1303。
这里，例如n型硅基板1301，作为杂质的磷，其浓度为1013cm-3～1015cm-5左右。另外，p型阱区域1302，深度为1μm～5μm左右，作为杂质的硼，其浓度为1015cm-3～1017cm-3左右。再有，n型CCD沟道区域1303，深度为0.1μm～2μm左右，使用磷或砷之一作为杂质，其浓度为1016cm-3～1017cm-3左右。
n型CCD沟道区域1303，被由p+型沟道阻止区域1310沿垂直方向分割开来。此p+型沟道阻止区域1310，为例如深度1μm～4μm左右，杂质硼的浓度为1017cm-3～1019cm-3左右。另外，在n型CCD沟道区域1303的表面一侧上，设有由氧化硅膜1304/氮化硅膜1305/多晶硅膜1308/氮化硅膜1309构成的规定宽度的叠层膜。在此叠层膜的两肋上，设有氮化硅膜1306。
设置氧化硅膜1311以覆盖住这些叠层膜的上部。另外，这些叠层膜，被在p+型沟道阻止区域1310上的区域中分开。具备这些叠层膜的栅电极结构，可为上述实施方式所述的结构。
通过此结构，由于多晶硅膜被由氮化硅膜等构成的绝缘材料包围，因此能够控制电阻的不一致性，并获得蓄积电荷量增加的效果。
另外，通过此结构，由于设有多个转送电极，也能提高电荷的转送效率。另外，各个转送电极，由于其上部被折射率大于氧化硅膜的氮化硅膜所覆盖，因此能降低从倾斜方向入射到转送部的光的反射。从而，即使在光电变换部设于转送部的下部时，也能提高光电变换部的感光度。
图14为表示本实施方式的固体摄像装置的整体的俯视图。再者，此固体摄像装置是，一般被称为隔行传送(interline transfer)方式CCD的固体摄像装置。
本实施方式的固体摄像装置中，设有摄像区域1410、垂直转送电极1406、水平转送电极1412。摄像装置1410上，光电二极管1402沿垂直转送电极1406并排设置。光电二极管1402、和与垂直转送电极1406的光电二极管相邻的部分，共同构成各个象素1408。光电二极管1402和转送电极1406，通过电极1404相连。
在光电二极管1402中经光电变换蓄积的电荷1416，通过电极1404、经由图中未表示的读取转送路径1418，转送到垂直转送电极1406上。被读取转送的电荷1416，经垂直转送电极1406中的、如图所示的垂直转送路径1420，移动到水平转送电极1412。电荷1416，经水平转送电极中的、如图所示的水平转送路径1422移动，并被设于水平转送电极1412的末端的电荷检测器1424检测出来。
在本实施方式的固体摄像装置中，以所示实施方式说明的栅电极的结构，可用作垂直转送电极1406。通过此结构，由于垂直转送电极1406中具备的多晶硅膜被由氮化硅膜等构成的绝缘材料包围，从而能控制电阻的不一致性，并获得增加蓄积电荷量的效果。
另外，通过此结构，由于设有多个垂直转送电极1406，能够提高电荷的转送效率。另外，由于各个垂直转送电极1406，其上部都被折射率比氧化硅膜大的氮化硅膜所覆盖，从而能够降低从倾斜方向入射到转送部的光的反射。因此，即使光电变化部设置于转送部的下部时，也能提高光电变化部的感光度。
以上，根据实施方式对本发明进行了说明。此实施方式为示例，其各个构成要素或处理工序的组合可以形成各种各样的变形例，而这些变形例也在本发明的范围之中，这点本领域的技术人员应可以理解。
例如，在上述实施方式中，对设置于接收入射到CCD等固体摄像装置内的入射光进行接收的位置上的转送电极进行了说明。然而，并不是说仅限于这种构造，也可应用于设置于CCD等固体摄像装置内不接收光的位置上的转送电极。
此时，若转送电极的底面、上面和两侧面都被覆盖绝缘膜所覆盖，即使在另外进行蚀刻工艺，也能抑制转送电极的两侧面因蚀刻而被侵蚀的现象，从而控制转送电极的电阻上升。
另外，由于氮化硅膜等覆盖绝缘膜的比介电率较高，因此能增加转送电极附近的蓄积电荷量。从而，具有增大固体摄像装置中能蓄积·转送的电荷量的效果。
再有，上述实施方式中，作为让光透过、在半导体基板内通过光电变换产生电荷、并进行传送这种结构的CCD，以隔行传送型的CCD进行了说明。但是，并不是说仅限于这种结构，上述实施方式的栅极结构，也可应用于帧传递型或全帧型的CCD中。
权利要求
1.一种固体摄像装置，其特征在于，具备进行光电变换的光电变换部；以及，对由所述光电变换部产生的信号电荷进行转送的转送部，所述转送部，包含转送电极；以及，覆盖于所述转送电极的底面、上面和两侧面、且由比介电率比氧化硅高的材料构成的覆盖绝缘膜。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜的折射率，比氧化硅大、比所述转送电极小。
3.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜，由包含硅氮化物的材料构成。
4.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜，由包含硅氮化物的材料构成。
5.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜，由包含硅氮氧化物的材料构成。
6.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜，由包含硅氮氧化物的材料构成。
7.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述转送电极，由包含多晶硅的材料构成。
8.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜的侧面的膜厚t，满足0nm＜t＜60nm。
9.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜的侧面的膜厚t，满足0nm＜t＜60nm。
10.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜的侧面的膜厚t，满足0nm＜t＜60nm。
11.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于所述覆盖绝缘膜的侧面的膜厚t，满足0nm＜t＜60nm。
12.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于比介电率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
13.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于比介电率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
14.根据权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于比介电率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
15.根据权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于比介电率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
16.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于折射率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
17.根据权利要求2所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于折射率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
18.根据权利要求11所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于折射率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
19.根据权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于多个所述转送部并列设置，所述多个转送部，介于折射率比所述覆盖绝缘膜低的绝缘膜并列设置。
20.一种固体摄像装置的制造方法，其特征在于，包含在半导体基板上部，由比介电率比氧化硅高的材料构成的第一覆盖绝缘膜、导电膜、由比介电率比氧化硅高的材料构成的第二覆盖膜，依此顺序叠层，形成叠层膜的工序；将所述叠层膜有选择地蚀刻为规定宽度的工序；对覆盖于所述叠层膜的上面、两侧面及所述半导体基板的上面的，由比介电率比氧化硅高的材料构成的第三覆盖绝缘膜进行叠层的工序；以及，对所述第三覆盖绝缘膜进行蚀刻，并进行图案形成以形成第三覆盖绝缘膜覆盖住所述叠层膜的两侧面的形状的工序。
全文摘要
固体摄像装置，具备进行光电变换的光电变换部；对由光电变换部产生的信号电荷进行转送的转送部。转送部包含由多晶硅等构成的转送电极；覆盖于转送电极的底面、上面和两侧面，且由比介电率比氧化硅高的氮化硅膜等材料构成的覆盖绝缘膜。覆盖转送电极的两侧面的氮化硅膜的膜厚，大于0nm，小于60nm。
文档编号H01L27/148GK1667832SQ20051005414
公开日2005年9月14日 申请日期2005年3月9日 优先权日2004年3月9日
发明者清水龙, 笹田一弘, 小田真弘 申请人:三洋电机株式会社