专利名称：固体成像装置的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种固体成像装置的制造方法。更具体地，本发明有关于具 有形成有硅化物层的晶体管的固体成像装置的制造方法。
背景技术：
相关技术中，作为将图像光变换成作为图像信号的电信号的固体成像装置，已知的有电荷耦合器件(CCD)图像传感器、金属氧化物半导体(MOS)图像传感器等。MOS图像传感器具有在公共基板上的响应光照射产生电荷的光探测区 (光电二极管)和将光探测区产生的电荷变换成电信号(一般是电压信号) 的电压变换区。在光探测区中形成像素晶体管(MOS晶体管)，和在电压变 换区中形成外围晶体管(MOS晶体管)。近年来固体成像装置倾向于在更高的速度下被驱动，且按照此趋势，对于外围晶体管具有更高驱动速度的要求增加了。为满足此要求和提高外围晶 体管的工作速度，广泛采用了一种技术，通过该技术，在外围晶体管的4册极 电极、源极区和漏极区的表面上形成硅化物层，其是Si和高熔点金属例如 Ti、 Co或Ni的化合物(例如，见日本专利申请公报第2005-174968号)。下面解释一种固体成像装置的相关技术制造方法，该装置具有其中硅化 物层形成在电压变换区(此后称为"外围区")中的外围晶体管。在固体成像装置的相关技术制造方法中，首先如图4A所示，通过低压 化学气相沉积(CVD)法在整个表面(像素区和外围区二者)上形成用于形 成外围晶体管的侧壁的第一氧化硅膜104和氮化硅膜105，使得它们覆盖形 成在通过热氧化在硅基板101的表面上形成的栅极氧化物膜102上的栅极电 极103。而且，使用通用光刻技术，像素区被覆盖光致抗蚀剂106 (见图4B)， 和在像素区被光致抗蚀剂覆盖的状态下对得到的硅基板进行干法蚀刻，在外 围区中栅极电极的侧面上形成侧壁107 (见图4C)。
随后，除去光致抗蚀剂，并通过低压CVD法在整个表面(像素区和外围区)上形成用于形成像素晶体管和外围晶体管的侧壁的第二氧化硅膜108 (见图4D)，接着干法蚀刻，在^J:区和外围区中的棚-极电极的侧面上形成 侧壁107 (见图5A)。使用通用光刻技术，像素区被覆盖光致抗蚀剂106,和在像素区被光致 抗蚀剂覆盖的状态下对得到的硅基板进行第 一 离子注入(见图中参考字符 A)，形成源极区和漏极区使它们围绕外围区中的栅极电极(见图5B)。像素 区被覆盖光致抗蚀剂，于是在像素区中的栅极电极的周围没有进行第 一离子 注入。随后，除去覆盖像素区的光致抗蚀剂，并接着使用通用光刻技术，利用 光致抗蚀剂106覆盖外围区，和在外围区被覆盖光致抗蚀剂的状态下对得到 的硅基板进行第二离子注入(见图中参考字符B)，形成源极区和漏极区使 它们围绕像素区中的栅极电极(见图5C)。外围区被覆盖光致抗蚀剂，于是 在外围区中栅极电极的周围没有进行第二离子注入。接下来，使用溅射技术，在硅基板的整个表面上形成用于形成硅化物的 金属膜109 (例如Co膜，见图6A),和对得到的硅基板进行预定热处理， 形成靠近外围晶体管的栅极电极、源极区和漏极区的表面的硅化物层IIO(见 图6B)。随后，在硅化物层上形成含大量氢的氮化膜113。含大量氢的氮化膜提 供氢给硅基板，并引起氢经由像素区的扩散以减少像素区中的晶体缺陷(其 被认为减少Si悬空键)。在控制白噪声的产生时，这种构造是令人满意的。随后，形成层间电介质111，和形成接触孔112,于是得到形成在光探 测区中的不具有硅化物层的像素晶体管和形成在外围区中的具有硅化物层 的外围晶体管(见图6C)。图中，参考数字113指示光电二极管区。发明内容然而，在固体成像装置的上述相关技术制造方法中，当在像素晶体管和 外围晶体管的栅极电极的侧面上形成侧壁时(见图5A)，氮化硅膜用作蚀刻 停止膜(此后具有这种功能的膜称为"蚀刻停止膜")。尤其是，氮化硅膜用 作防止用于形成硅化物的金属膜接触像素晶体管的栅极电极和硅基板的表 面的阻挡膜(此后，具有这种功能的膜称为"阻挡膜")。可能出现从用于形 成硅化物的金属膜至硅基板的金属侵入的情况，这被认为是光探测区中产生 缺陷的原因，并在硅的能级处形成金属来引起电子发射或吸收，于是在屏幕 上产生发光点，导致所谓的白噪声。换句话说，认为作为蚀刻停止膜的氮化硅膜在蚀刻时受到损伤且具有重 金属的侵入通路114，则因此不能完全作为阻挡膜，从而金属从用于形成硅化物的金属膜侵入到硅基板(见图6A)。图中，为易于理解，侵入通路114 示出为直线状且厚的线路径，描绘了形成在膜中的孔。然而，实际情况中， 侵入通路很少为孔。侵入通路一般形成为连续或间断的晶格缺陷，且常常很 微小而不能确认为刚刚形成的氮化硅膜中的连续路径。现实中，制造工艺期 间金属进入晶格缺陷部分和晶格缺陷部分引起金属的扩散从而从氮化硅膜 的表面前进到硅基板，和在最终产品测试等中发现故障例如白噪声等，这最 后揭示了在氮化硅膜中存在路径。为了解决此问题，提出了一种方法，其中氮化硅膜用作蚀刻停止膜和接 着通过蚀刻除去氮化硅膜，和然后再次形成另一氮化硅膜作阻挡膜。此方法 中，不必使用受损的蚀刻停止膜作阻挡膜。然而，在位于像素晶体管的侧壁 下面的蚀刻停止膜与新形成的阻挡膜之间的边界区形成界面，且金属可从用 于形成硅化物的金属膜穿过界面到达硅基板，并因此此方法可能不充分。考虑以上问题，希望提供一种生产固体成像装置的制造方法，其允许减 少由于金属扩散从硅化物形成金属膜至硅基板的金属侵入和允许控制白噪 声。按照本发明的实施例，提供一种固体成像装置的制造方法。该方法包括 在硅基板上形成第一绝缘膜和第二绝缘膜使它们覆盖形成在硅基板上的多 个栅极电极的侧面，第一和第二绝缘膜具有彼此不同的蚀刻性能；对第二绝 缘膜进行选择性蚀刻，则在栅极电极的侧面上形成侧壁；对形成有侧壁的栅 极电极进行离子注入；覆盖形成有侧壁的栅极电极且在硅基板上形成第三绝 缘膜；用掩模材料覆盖被第三绝缘膜覆盖的多个栅极电极的一部分，和对得 到的基板进行蚀刻以除去露出的第三绝缘膜；以及除去掩模材料后，在硅基 板上形成能够形成硅化物的金属膜使得该金属膜覆盖栅极电极和第三绝缘 膜，和实施硅化物形成以形成硅化物层。本实施例中，对第二绝缘膜进行选择性蚀刻以在各栅极电极的侧面上形 成侧壁，和在硅基板上形成第三绝缘膜使它覆盖形成有侧壁的各栅极电极
而且，在硅基板上形成能够形成硅化物的金属膜使它覆盖栅极电极和第三绝 缘膜。因此，金属膜可形成在基本上不被施加应力的第三绝缘膜上，允许第 三绝缘膜充分用作阻挡膜和使得可以减少杂质金属侵入。
图1A至1D是用于解释按照本发明实施例的固体成像装置的制造方法 的示意图(编号1);图2A至2C是用于解释按照本发明实施例的固体成像装置的制造方法 的示意图(编号2);图3A至3C是用于解释按照本发明实施例的固体成像装置的制造方法 的示意图(编号3);图4A至4D是用于解释相关技术的固体成像装置的制造方法的示意图 (编号1);图5A至5C是用于解释相关技术的固体成像装置的制造方法的示意图 (编号2);以及图6A至6C是用于解释相关技术的固体成像装置的制造方法的示意图 (编号3)。
具体实施方式
下文中，参考用于解释本发明的附图来说明本发明的实施例。 图1A至1D是用于解释按照本发明实施例的固体成像装置的制造方法 的例子的示意图。本实施例中，首先，按照固体成像装置的上述相关技术制 造方法中的相同方式，在整个表面(像素区和外围区)上形成用于形成晶体 管侧壁的氧化硅膜4 (其是第一绝缘膜的例子)，使得它覆盖在(通过本实施 例中的致密热氧化)形成于硅基板1的表面上的栅极氧化膜2上形成的栅极 电极3 (见图1)。从实现优异被覆性的观点，优选通过低压CVD法形成氧 化硅膜。在获得具有轻掺杂漏极(LDD)结构的晶体管时，形成氧化硅膜前 需要进行杂质注入和活化处理，例如退火。本实施例中，省略栅极氧化膜形成于其上的硅基板的制造方法的说明。 栅极氧化膜形成于其上的硅基板的制造方法与典型MOS传感器的制造方法 类似。
形成氧化硅膜后，通过低压CVD法在整个表面(像素区和外围区)上 形成氮化硅膜5 (其是第二绝缘膜的例子，见图1A)。氮化硅膜的膜类型需 要加以改变使该氮化硅膜在下述干法蚀刻中相比氧化硅膜具有高蚀刻选择 比，和按照晶体管所需侧壁宽度适当选择每一膜的厚度。随后，对氮化硅膜的整个表面进行干法蚀刻，在像素区和外围区的每一 栅极电极的侧面上形成侧壁6 (见图1B)。这种情况下，控制蚀刻条件，使 氮化硅膜相比氧化硅膜具有高蚀刻选择比，从而可最小限度蚀刻氧化硅膜和 对基板的蚀刻损伤最小。本实施例中，具有不同蚀刻性能的氧化硅膜和氮化硅膜形成在硅基板 上，和氧化硅膜用作蚀刻停止膜。因此，可在像素区和外围区中形成具有相 同侧壁结构的晶体管，相比固体成像装置的相关技术制造方法，于是可减少 工艺中的步骤数。具体地，在相关技术固体成像装置中，形成在像素区中的晶体管和形成 在外围区中的晶体管具有不同结构，则因此，蚀刻外围区需要用光致抗蚀剂 覆盖像素区的步骤，和蚀刻像素区需要用光致抗蚀剂覆盖外围区的步骤。相 对照，本实施例中，具有相同侧壁结构的晶体管形成在像素区和外围区中。 随后，对氧化硅膜进行湿法蚀刻，使露出的氧化硅膜被蚀刻掉(见图1C )。 本实施例中，通过湿法蚀刻除去氧化硅膜，这相比干法蚀刻造成硅基板 的较小损伤。接着，对硅基板进行离子注入(见图1D中参考字符C)，以形成源极区 和漏极区使它们围绕像素区和外围区中的栅极电极。本实施例中，像素区和外围区可享有共同的离子注入步骤，则因此相比 固体成像装置的相关技术制造方法可减少工艺中步骤数。具体地，相关技术固体成像装置中，关于像素区，经由第一氧化硅膜和 氮化硅膜对硅基板进行离子注入，和关于外围区，不使用任何膜对硅基板进 行直接离子注入。因此，像素区的离子注入能量不同于外围区的离子注入能 量。由于这个原因，像素区的离子注入和外围区的离子注入个别进行。相比 较，本实施例中，关于像素区和外围区的每一个，硅基板可直接进行离子注 入(没有通过膜)。因此，像素区和外围区可享有共同的离子注入步骤，于 是实现工艺中步骤数的减少。由于像素区和外围区可享有共同的离子注入步骤，可避免非均匀的离子
注入，从而使得可获得高质量的固体成像装置。而且，本实施例中，在离子注入步骤前蚀刻除去氧化石圭膜。因此，可高 精度控制离子注入期间的离子浓度，于是使得可得到高质量的固体成像装 置。具体地，通过形成下述用于形成硅化物的金属膜需要除去作为蚀刻停止 膜的氧化硅膜，但不总是需要在离子注入步骤前通过蚀刻除去它。然而，本 发明中，离子注入步骤前通过蚀刻除去氧化硅膜，使硅基板可直接进行离子 注入(不通过膜)。这种构造允许离子注入期间精确控制离子浓度。随后，通过CVD方法在硅基板的整个表面上形成等离子体氮化硅膜7， 和通过低压CVD方法在等离子体氮化硅膜上形成氮化硅膜(LP -氮化硅膜) 8 (见图2A)。本实施例中等离子体氮化硅膜和LP-氮化硅膜中的每一个是 第三绝缘膜的例子，且等离子体氮化硅膜也是氢供给层的例子。等离子体氮化硅膜由于它的形成步骤而含氢，则于是供给氢至硅基板并 引起经由像素区的氢扩散来减少像素区中的晶体缺陷(其被认为减少了 Si 悬空键)，于是实现控制或抑制白噪声的产生。用于控制白噪声的产生而形成的等离子体氮化硅膜往往容易蚀刻。本实 施例中，为了保护等离子体氮化硅膜，在等离子体氮化硅膜上形成LP-氮化 硅膜。上述步骤中，形成在像素区中的晶体管和形成在外围区中的晶体管具有 完全相同的结构，则因此共同的制造方法被用于像素区和外围区。接着，使用通用光刻技术，用光致抗蚀剂9覆盖像素区(见图2B)，和 在像素区被光致抗蚀剂覆盖的状态下对得到的硅基板进行干法蚀刻，从而蚀 刻掉形成在外围区中的等离子体氮化硅膜和LP-氮化硅膜(见图2C)。随后，除去光致抗蚀剂，和使用賊射技术，在硅基板的整个表面上形成 用于形成硅化物的金属膜10 (例如Co膜，见图3A)。对得到的硅基板进行 预定热处理，在等离子体氮化硅膜和LP-氮化硅膜被除去的区域中形成硅化 物。另一方面，在其它区域(等离子体氮化硅膜和LP-氮化硅膜形成在其中 的区域)中，没有形成硅化物，因为LP-氮化硅膜的致密最外表面作为阻挡 膜。换句话说，硅化物层11靠近外围晶体管的栅极电极、源极区和漏极区 的表面形成(见图3B)。本实施例中，LP-氮化硅膜作为阻挡膜，则因此可防止从金属膜至硅基 板的金属侵入。 具体地，在相关技术固体成像装置的制造方法中，作为蚀刻停止膜的氮 化硅膜用作阻挡膜，则因此氮化硅膜由于蚀刻时造成的损伤而不能完全作为 阻挡膜。相对照，本实施例中，氧化硅膜作为蚀刻停止膜和LP-氮化硅膜作 为阻挡膜。也就是说，作为蚀刻停止膜的膜和作为阻挡膜的膜个别形成。因此LP-氮化硅膜可完全用作阻挡膜，由此防止从金属膜至硅基板的金属侵入。随后，通过化学处理除去未反应的金属膜，和在硅化物层上形成含大量氢的氮化膜15。含大量氢的氮化膜供给氬至硅基板，并引起经由像素区的氢 扩散来减少像素区中的晶体缺陷(其被认为是减少Si悬空键)，由此控制白 噪声的产生。接着，形成层间绝缘膜12，和形成接触孔13，于是得到在像素区中形 成的不具有硅化物层的像素晶体管和在外围区中形成的具有硅化物层的外 围晶体管(见图3C)。图中，参考数字14指示光电二极管区。在按照本发明实施例的固体成像装置的上述制造方法中，可控制从金属 膜至硅基板的金属侵入，使得到的固体成像装置控制白噪声，由此实现固体 成像装置的质量改进。进一步，像素区和外围区享有共同形成侧壁的步骤或共同离子注入的步 骤，由此实现工艺步骤数减少的固体成像装置的制造方法。本发明的固体成像装置的制造方法中，第三绝缘膜可充分用作阻挡膜， 实现减少从金属膜至硅基板的杂质金属侵入。因此，通过控制或抑制所谓白 噪声，可提高固体成像装置的质量。本领域技术人员应理解，依赖于设计要求和其它因素，可出现各种修改、 组合、子组合和改变，只要它们在权利要求书及其等同特征的范围内。本申请包含关于2006年9月28日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-263982的主题，其全文在此并入作参考。
权利要求
1.一种固体成像装置的制造方法，包括在硅基板上形成第一绝缘膜和第二绝缘膜使它们覆盖形成在所述硅基板上的多个栅极电极的侧面，所述第一和第二绝缘膜具有彼此不同的蚀刻性能；对所述第二绝缘膜进行选择性蚀刻，和在所述栅极电极的所述侧面上形成侧壁；对形成有所述侧壁的所述栅极电极进行离子注入；覆盖形成有所述侧壁的所述栅极电极且在所述硅基板上形成第三绝缘膜；用掩模材料覆盖被所述第三绝缘膜覆盖的所述多个栅极电极的一部分，和对得到的基板进行蚀刻以除去露出的第三绝缘膜；以及除去所述掩模材料后，在所述硅基板上形成能够形成硅化物的金属膜使得该金属膜覆盖所述栅极电极和所述第三绝缘膜，和实施硅化物形成以形成硅化物层。
2. 按照权利要求1的固体成像装置的制造方法，其中 在所述形成侧壁中通过干法蚀刻进行所述第二绝缘膜的所述选择性蚀刻。
3. 按照权利要求1的固体成像装置的制造方法，其中 在除去所述第一绝缘膜后进行所述离子注入。
4. 按照权利要求3的固体成像装置的制造方法，其中 通过湿法蚀刻除去所述第一绝缘膜。
5. 按照权利要求1的固体成像装置的制造方法，其中 所述第三绝缘膜具有在其至少一部分中的氢供给层。
全文摘要
一种固体成像装置的制造方法，包括在硅基板上形成具有不同性能的第一和第二绝缘膜，使它们覆盖形成在硅基板上的栅极电极的侧面；对第二绝缘膜进行选择性蚀刻，和在栅极电极的侧面上形成侧壁；对形成有侧壁的栅极电极进行离子注入；覆盖形成有侧壁的栅极电极且在硅基板上形成第三绝缘膜；用掩模材料覆盖被第三绝缘膜覆盖的栅极电极的一部分，和对基板进行蚀刻以除去露出的第三绝缘膜；以及除去掩模材料后，在硅基板上形成能够形成硅化物的金属膜使得该金属膜覆盖栅极电极和第三绝缘膜，以形成硅化物层。
文档编号H04N5/369GK101154628SQ20071015317
公开日2008年4月2日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者千叶健一, 吉次快 申请人:索尼株式会社