JP2005353685A - 固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 受光センサ部を構成する各不純物領域を位置ずれすることなく形成できる固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】 半導体基体２上に、垂直転送レジスタ８の転送電極１２を形成する工程と、転送電極１２を含んで全面に酸化膜１７を形成する工程と、酸化膜１７上に窒化膜１８を形成する工程と、エッチバック法を用いて、転送電極１２の側壁にサイドウォール１８を形成する工程と、サイドウォール１８をマスクとして用いて、半導体基体２内に不純物を注入することにより、受光センサ部を構成する不純物領域５，６を形成する工程とを有するようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法に関する。

固体撮像素子においては、転送電極が２層の電極層より形成された構成が主流となっている。
しかし、このような２層の電極層からなる転送電極は、転送電極に対する低抵抗化や微細化等の要求を充分に満たすことは困難となっている。
そこで、転送電極を、２層の電極層からではなく、１層の電極層のみで形成することが行われている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

ここで、１層の電極層のみで転送電極を形成した構成の固体撮像素子、例えば、ＣＣＤ型の固体撮像素子の構成を、図１５を参照して説明する。
図１５Ａは撮像領域の模式的な平面図を示し、図１５Ｂは、図１５ＡのＸ―Ｘ線における断面図を示し、図１５Ｃは、図１５ＡのＹ―Ｙ線における断面図を示している。
なお、図１５Ａでは、層間絶縁膜、遮光膜、平坦化膜、カラーフィルタ又はオンチップレンズ等は省略している。また、図１５Ｂ及び図１５Ｃでは、平坦化膜やカラーフィルタ又はオンチップレンズは省略している。

ＣＣＤ型の固体撮像素子５０では、図１５Ａに示すように、画素を構成する例えばフォトダイオードからなる受光センサ部５４が多数マトリクス状に配列され、受光センサ部５４の各列の一方の側に垂直方向に延びるＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ５７が形成されて撮像領域５１が形成されている。そして、この撮像領域５１の垂直方向の端部に、図示しないが、水平転送部が配置され、この水平転送部に電荷電圧変換手段を介して出力部が接続される。

撮像領域５１では、図１５Ｂ及び図１５Ｃに示すように、例えば、シリコンよりなるＮ型の半導体基体（以下シリコン基板とする）５２内に形成されたＰ型の半導体領域５３において、受光センサ部５４を構成するＮ⁻の半導体領域（所謂電荷蓄積領域）５５とその上の表面のＰ^＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）５６からなるフォトダイオードが形成されている。また、受光センサ部５４列の一方の側には、垂直転送レジスタ５７を構成するＮ^＋の転送チャネル領域５８が形成されている。また、受光センサ部５４列の他方の側には、水平方向に隣り合う画素間を分離するための画素分離領域、すなわち、Ｐ^＋のチャネルストップ領域５９が形成されている。また、受光センサ部５４と垂直転送レジスタ５７との間の半導体領域５３には、受光センサ部５４に蓄積された信号電荷を、垂直転送レジスタ５７に読み出すための、Ｐ^＋の半導体領域からなる読み出しゲート部６０が形成されている。

シリコン基板５２において、受光センサ部５４が形成された表面側では、ゲート絶縁膜６１を介して、チャネルストップ領域５９、転送チャネル領域５８、読み出しゲート部６０上に、例えば多結晶シリコン層よりなる単層の転送電極６２が形成されている。また、転送電極６２上には層間絶縁膜６３を介して、例えばＡｌやＷからなる遮光膜６４が形成されている。

遮光膜６４上には、図示しないが、全面を覆って平坦化膜が形成され、この平坦化膜上にカラーフィルタが形成されている。そして、このカラーフィルタ上の受光センサ部５４と対応する位置にオンチップレンズが形成されている。

このような構成の固体撮像素子では、垂直方向に隣り合う転送電極６２との間に開口（いわゆるギャップ部）６５が形成されている。この開口６５には、層間絶縁膜６３が埋め込まれている。
また、受光センサ部５４上には、層間絶縁膜６３と遮光膜６４は形成されておらず、開口６６が形成されている。

次に、このような構成の固体撮像素子５０を製造する方法、特に、正電荷蓄積領域５６を形成する方法を、図１６〜図２０を参照して説明する。
なお、この製造方法の説明においては、図１５に示した撮像領域５１において、Ｘ−Ｘ線に相当する断面図と、Ｙ−Ｙ線に相当する断面図で説明する。また、図１５と対応する部分には同一符号を付している。

まず、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すように、Ｎ型のシリコン基板５２内に形成されたＰ型の半導体領域５３内に、公知の方法により、垂直転送レジスタを構成するＮ^＋の転送チャネル領域５８、読み出しゲート部を構成するＰ^＋の半導体領域６０、受光センサ部を構成するＮ⁻の半導体領域（電荷蓄積領域）５５、チャネルストップ領域を構成するＰ^＋の半導体領域５９を、それぞれ所定の位置に形成する。

次に、シリコン基板５２上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）６１を形成し、このゲート絶縁膜６１上に電極材料層（図示せず）を形成する。次に、電極材料層上に、公知のリソグラフィ技術を用いて、転送電極形成用のレジストマスク（図示せず）を形成する。そして、このレジストマスクをマスクとして用いて、電極材料層をエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように、転送電極６２を形成する。これにより、受光センサ部５４となる領域上に第２の開口６７が形成される（図１７Ａ参照）。また、垂直方向に隣り合う転送電極６２との間に第１の開口（ギャップ部）６５が形成される（図１７Ｂ参照）。

次に、転送電極６２を含んでシリコン基板５２上に絶縁膜６８を形成し、この絶縁膜６８上にレジスト膜（図示せず）を成膜した後、公知のリソグラフィ技術を用いて、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、受光センサ部５４となる領域上を開口するためのレジストマスク６９を形成する。

次に、このレジストマスク６９をマスクとして用いて、電極材料層６８をエッチング除去する。その後、レジストマスク６９を除去することにより、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、受光センサ部５４となる領域上を開口し、転送電極６２を覆う層間絶縁膜６３を形成する。

次に、受光センサ部５４となる領域上に形成された開口をマスクとして用いて、すなわち、転送電極６２の側壁に形成された層間絶縁膜６３をマスクとして用いて、シリコン基板５２内に形成されたＮ⁻の半導体領域５５の表面に不純物（例えばボロンＢ）を斜め方向からイオン注入することにより、図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、Ｎ⁻の半導体領域５５の表面にＰ^＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）５６を形成する。これにより、受光センサ部５４が形成される。

なお、これ以降は、図示しないが、転送電極を覆って遮光膜を形成する。そして、全面に平坦化膜等を形成した後、平坦化膜上にカラーフィルタを形成し、このカラーフィルタ上の受光センサ部と対応する位置にオンチップレンズを形成する。

このようにして、固体撮像素子を製造することができる。

特開２００３−１５８２５６号公報 特開２００３−７８１２６号公報

ところで、図１８〜図１９に示した工程では、上述したように、公知のリソグラフィ技術を用いてレジストマスク６９を形成し、このレジストマスク６９をマスクとして用いて絶縁膜６８をエッチング除去することにより、受光センサ部５４となる領域上を開口して、層間絶縁膜６３を形成している。

しかし、この際、位置合わせ精度がばらつくことによりレジストマスク６９にずれが生じた場合、以下に示すような問題が生じる。

例えば、図１８Ａ及び図１８Ｂに示した工程において、レジストマスク６９が水平方向にずれて形成された場合、図１９Ａ及び図１９Ｂに示した工程において、層間絶縁膜６３が、受光センサ部５４上の一方で大きく張り出して形成される。しかし、このような状態において、層間絶縁膜６３をマスクとして用いて、電荷蓄積領域５５の表面に不純物を注入した場合は、図示しないが、電荷蓄積領域５５の表面において、正電荷蓄積領域５６が形成されない部分がでてくる。

すなわち、Ｐ^＋の半導体領域からなる正電荷蓄積領域５６では、シリコン基板５２とゲート絶縁膜６１との界面に存在する界面準位から発生する電子を正孔と再結合させて、受光センサ部５４内で暗電流が発生することを抑制している。しかし、正電荷蓄積領域５６が部分的に形成されない場合、界面準位から発生した電子がＰ^＋の半導体領域の無い部分を通じて受光センサ部５４内に湧き出し、暗電流や例えば白キズ等が増大する要因となる。このような暗電流や白キズ等のノイズ成分の問題は、受光センサ部５４上の層間絶縁膜６３の張り出し部が大きくなる程顕著になる。

また、図１８に示した工程において、例えば、レジストマスク６９が右側（チャネルストップ５９側）にずれた場合、図２１に示すように、層間絶縁膜６３が、転送電極６２１の右側の側壁では厚く形成され、転送電極６２２の左側の側壁では薄く形成される。しかし、この状態で遮光膜６４を形成した場合、例えば遮光膜６４２では、その張り出し部７０とチャネルストップ領域５９との間の距離が短くなってしまう。このため、例えば、斜め方向から入射した光が、特に、遮光膜６４２とシリコン基板５２との界面を通じて転送チャネル領域５８内に入り込み易くなり、スミアの発生の要因となる。
このようなスミアの問題は、遮光膜６４とチャネルストップ領域５９との間の距離に依存し、この距離が短くなる程顕著になる。

また、図示しないが、例えば、層間絶縁膜６３をマスクとして用いて、電荷蓄積領域５５を形成する場合も考えられる。
すなわち、層間絶縁膜６３をマスクとして用いて、不純物（例えばリンＰ）を半導体領域５３内に注入して電荷蓄積領域５５を形成し、この後に、再び層間絶縁膜６３をマスクとして用いて、電荷蓄積領域５５の表面に不純物（ボロンＢ）を注入して正電荷蓄積領域５６を形成する場合である。

しかし、この電荷蓄積領域５５を形成する場合においても、例えば、レジストマスク６９が水平方向にずれた場合、層間絶縁膜６３が、受光センサ部５４上の一方で大きく張り出して形成されるため、このような状態において、層間絶縁膜６３をマスクとして用いて不純物をイオン注入した場合は、電荷蓄積領域５５と読み出しゲート部６０との間の距離が変動してしまう。
このように、受光センサ部５４と読み出しゲート部６０との間の距離が変動することにより、例えば、信号電荷の読み出し時に印加される読み出し電圧も変動してしまう。

上述した点に鑑み、本発明は、受光センサ部を構成する各不純物領域を位置ずれすることなく形成できる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、マトリクス状に配置された受光センサ部と、受光センサ部の各列に対応して設けられた垂直転送レジスタとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基体上に、垂直転送レジスタの転送電極を形成する工程と、転送電極を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜上に窒化膜を形成する工程と、エッチバック法を用いて、転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、サイドウォールをマスクとして用いて、半導体基体内に不純物を注入することにより、受光センサ部を構成する不純物領域を形成する工程とを有するようにする。

上述した本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、転送電極を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜上に窒化膜を形成する工程とを行った後、エッチバック法を用いて、転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程を行うようにしたので、窒化膜がエッチバックされて、窒化膜からなるサイドウォールが転送電極の側壁に形成され、このとき、サイドウォールを転送電極の側壁に位置ずれ無く形成することができる。そして、このサイドウォールをマスクとして用いて半導体基体内に不純物を注入する工程を行うことにより、受光センサ部を構成する各不純物領域を、位置ずれすることなく所定の位置に形成することができる。

また、上述した固体撮像素子の製造方法において、転送電極を同一層の電極層のみで形成し、サイドウォールを形成する工程と共に垂直転送レジスタ上の転送電極間を埋め込むようにした場合は、サイドウォールの形成と転送電極間の埋め込みとを同時に行うことができるので、製造工程数を削減することが可能になる。
また、さらに、転送電極間を、酸化膜、窒化膜、或いは酸化膜及び窒化膜のいずれかにより埋め込むようにした場合は、転送電極間を充分に埋め込むことが可能になり、転送電極間の耐圧を確保することができる。

また、上述した固体撮像素子の製造方法において、不純物領域を形成する工程の後、転送電極を覆って遮光膜を形成するようにした場合は、遮光膜と例えばチャネルストップ領域との間の間隔が短くならず、一定の間隔を確保することができる。これにより、遮光膜とチャネルストップ領域との間を通じて、光が垂直転送レジスタ内に入り込むことを低減できる。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、マトリクス状に配置された受光センサ部と、受光センサ部の各列に対応して設けられた垂直転送レジスタとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基体上に、電極材料層を形成する工程と、電極材料層上に絶縁膜を形成する工程と、電極材料層及び絶縁膜をパターニングすることにより、転送電極と、この転送電極と同じパターンの絶縁膜とを形成する工程と、絶縁膜を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜上に窒化膜を形成する工程と、エッチバック法を用いて、転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、サイドウォールをマスクとして用いて、半導体基体内に不純物を注入することにより、受光センサ部を構成する不純物領域を形成する工程とを有するようにする。

上述した本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、電極材料層及び絶縁膜をパターニングすることにより、転送電極と、この転送電極と同じパターンの絶縁膜とを形成する工程と、絶縁膜を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、酸化膜上に窒化膜を形成する工程とを行った後、エッチバック法を用いて、転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程を行うようにしたので、窒化膜がエッチバックされて、窒化膜からなるサイドウォールが転送電極の側壁に形成され、このとき、サイドウォールを転送電極の側壁に位置ずれ無く形成することができる。そして、このサイドウォールをマスクとして用いて半導体基体内に不純物を注入する工程を行うことにより、受光センサ部を構成する各不純物領域を、位置ずれすることなく所定の位置に形成することができる。
また、転送電極の直上に転送電極と同じパターンの絶縁膜を形成することにより、転送電極と例えば転送電極を覆って形成される遮光膜との間に形成される絶縁膜の膜厚を充分確保することができる。これにより、転送電極と遮光膜間の絶縁耐圧を向上することできる。

また、上述した固体撮像素子の製造方法において、転送電極を同一層の電極層のみで形成し、サイドウォールを形成する工程と共に垂直転送レジスタ上の転送電極間を埋め込むようにした場合は、サイドウォールの形成と転送電極間の埋め込みとを同時に行うことができるので、製造工程数を削減することが可能になる。
また、さらに、転送電極間を、酸化膜、窒化膜、或いは酸化膜及び窒化膜のいずれかにより埋め込むようにした場合は、転送電極間を充分に埋め込むことが可能になり、転送電極間の耐圧を確保することができる。

また、上述した固体撮像素子の製造方法において、不純物領域を形成する工程の後、転送電極及び絶縁膜を覆って遮光膜を形成するようにした場合は、遮光膜と例えばチャネルストップ領域との間の間隔が短くならず、一定の間隔を確保することができる。これにより、遮光膜とチャネルストップ領域との間を通じて、光が垂直転送レジスタ内に入り込むことを低減できる。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、受光センサ部を構成する各半導体領域を所定の位置に形成することができる。
これにより、受光センサ部を構成する各半導体領域が位置ずれしたことに起因する、暗電流や白キズ等のノイズ成分の増大、読み出し電圧の変動、スミアの増大等を抑制することが可能になる。
したがって、信頼性が高く、高性能な固体撮像素子を製造することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

まず、本発明の固体撮像素子の製造方法を適用する固体撮像素子、例えばＣＣＤ型の固体撮像素子の構成を、図１を参照して説明する。
図１Ａは撮像領域の模式的な平面図を示し、図１Ｂは、図１ＡのＸ―Ｘ線における断面図を示し、図１Ｃは、図１ＡのＹ―Ｙ線における断面図を示している。
なお、図１Ａでは、層間絶縁膜、遮光膜、平坦化膜、カラーフィルタ又はオンチップレンズ等は省略している。また、図１Ｂ及び図１Ｃでは、平坦化膜やカラーフィルタ又はオンチップレンズは省略している。

このＣＣＤ型の固体撮像素子３０では、図１Ａに示すように、画素を構成する例えばフォトダイオードからなる受光センサ部４が多数マトリクス状に配列され、受光センサ部４の各列の一方の側に垂直方向に延びるＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ７が形成されて撮像領域１が形成されている。そして、この撮像領域１の垂直方向の端部に、図示しないが、水平転送部が配置され、この水平転送部に電荷電圧変換手段を介して出力部が接続される。

撮像領域１では、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、例えば、シリコンよりなるＮ型の半導体基体（以下シリコン基板とする）２内に形成されたＰ型の半導体領域３において、受光センサ部４を構成するＮ⁻の半導体領域（所謂電荷蓄積領域）５とその上の表面のＰ^＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）６からなるフォトダイオードが形成されている。また、受光センサ部４列の一方の側には、垂直転送レジスタ７を構成するＮ^＋の転送チャネル領域８が形成されている。また、受光センサ部４列の他方の側には、水平方向に隣り合う画素間を分離するための画素分離領域、すなわち、Ｐ^＋のチャネルストップ領域９が形成されている。また、受光センサ部４と垂直転送レジスタ７との間の半導体領域３には、受光センサ部４に蓄積された信号電荷を、垂直転送レジスタ７に読み出すための、Ｐ^＋の半導体領域からなる読み出しゲート部１０が形成されている。

シリコン基板２において、受光センサ部４が形成された表面側では、ゲート絶縁膜１１を介して、チャネルストップ領域９、転送チャネル領域８、読み出しゲート部１０上に、例えば多結晶シリコン層よりなる転送電極１２が形成されている。転送電極１２には、同一層の多結晶シリコン層（電極層）により形成され、単層電極構造になっている。

転送電極１２が形成されていない領域、すなわち、垂直方向に隣り合う転送電極１２との間では、第１の開口（いわゆるギャップ部）１５が形成されている（図１Ｃ参照）。また、受光センサ部４上では第２の開口１６が形成されている（図１Ｂ参照）。
そして、これら第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで全面に酸化膜１７が形成され、第１の開口１５内では、この酸化膜１７上に窒化膜１８が埋め込まれ、第２の開口１６内では、側壁に窒化膜１８からなるサイドウォールが形成されている。これら酸化膜１７及び窒化膜１８は層間絶縁膜１３として用いられている。

また、転送電極１２上には、層間絶縁膜１３を介して、例えばＡｌやＷからなる遮光膜１４が形成されている。遮光膜１４上には、図示しないが、全面を覆って平坦化膜が形成され、この平坦化膜上にカラーフィルタが形成されている。そして、このカラーフィルタ上の受光センサ部と対応する位置にオンチップレンズが形成されている。

次に、本発明の固体撮像素子の製造方法の一実施の形態として、図１Ａ〜図１Ｃに示した構成の固体撮像素子３０を製造する方法を、図２〜図６を参照して説明する。
なお、この製造方法の説明においては、図１Ａに示した撮像領域１において、Ｘ−Ｘ線に相当する断面図と、Ｙ−Ｙ線に相当する断面図で説明する。また、図１と対応する部分には同一符号を付している。

まず、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、Ｎ型のシリコン基板２内に形成されたＰ型の半導体領域３内に、公知の方法により、垂直転送レジスタを構成するＮ^＋の転送チャネル領域８、読み出しゲート部を構成するＰ^＋の半導体領域１０、受光センサ部を構成するＮ⁻の半導体領域（電荷蓄積領域）５、チャネルストップ領域を構成するＰ^＋の半導体領域９を、それぞれ所定の位置に形成する。

次に、シリコン基板２上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）１１を形成し、このゲート絶縁膜１１上に電極材料層（図示せず）を形成する。次に、電極材料層上に、公知のリソグラフィ技術を用いて、転送電極形成用のレジストマスク（図示せず）を形成する。そして、このレジストマスクをマスクとして用いて、電極材料層をエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）することにより、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、転送電極１２を形成する。なお、レジストマスクはアッシング処理や薬液等により除去される。
これにより、垂直方向に隣り合う転送電極１２との間に第１の開口（ギャップ部）１５が形成される（図３Ｂ参照）。また、受光センサ部４となる領域上に第２の開口１６が形成される（図３Ａ参照）。

次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで酸化膜１７を形成し、この酸化膜１７上に窒化膜１８を形成する。ここで、窒化膜１８の膜厚は、後述する工程において、エッチバック法を用いて窒化膜１８を除去した際に、第２の開口１６の側壁、すなわち、転送電極１２の側壁にサイドウォールが形成されるような膜厚で形成する。
これにより、第１の開口１５内や第２の開口１６内に酸化膜１７や窒化膜１８が埋め込まれる。

次に、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、エッチバック法を用いて、窒化膜１８に対してエッチングを行う。この際、酸化膜１７と窒化膜１８との間で、エッチングに対する選択比が変わるような条件（選択比１０以上）でエッチバック法を行うことにより、エッチバック後も、酸化膜１７を残すことができる。また、第１の開口１５内では、酸化膜１７上に窒化膜１８が埋め込まれた状態となる。また、第２の開口１６では、転送電極１２の側壁に酸化膜１７を介して窒化膜１８よりなるサイドウォールを形成することができる。
なお、酸化膜１７とサイドウォール１８とは層間絶縁膜１３として用いられる。

そして、本実施の形態においては、特に、転送電極１２の側壁に形成されたサイドウォール１８をマスクとして用いて、シリコン基板２内に形成されたＮ⁻の半導体領域５の表面に不純物を斜め方向から注入することにより、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、Ｎ⁻の半導体領域５の表面にＰ^＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）６を形成して受光センサ部４を形成する。なお、斜め方向から不純物を注入する理由は、電荷蓄積領域５の表面に充分に正電荷蓄積領域６を形成するためである。

ここで、サイドウォール１８は、エッチバック法により窒化膜１８が第２の開口１６内の側壁、すなわち転送電極１２の側壁に残った部分であるため、第２の開口１６に対して位置ずれは生じていない。このため、このようなサイドウォール１８をマスクとして用いることにより、従来生じていたマスクの位置ずれを気にすることなく、不純物を電荷蓄積領域５の表面に注入することができる。

次に、図１Ｂ及び図１Ｃに示したように、転送電極１２を覆って遮光膜１４を形成する。
この際、上述したように、サイドウォールに位置ずれが無いため、例えば、遮光膜を形成した際に、遮光膜の一方の張り出し部とチャネルストップ領域との間の距離が短くならず、チャネルストップ領域に対して一定の間隔を確保することができる。

なお、これ以降は、図示しないが、全面に平坦化膜等を形成した後、平坦化膜上にカラーフィルタを形成し、このカラーフィルタ上の受光センサ部と対応する位置にオンチップレンズを形成する。

このような本実施の形態の固体撮像素子３０の製造方法によれば、正電荷蓄積領域６を形成する際に、エッチバック法を用いて形成したサイドウォール１８をマスクとして用いて、不純物を注入しているので、マスクの位置ずれを気にせずに、不純物を半導体領域３内に注入することができる。このため、電荷蓄積領域５の表面において、正電荷蓄積領域６が無い部分が形成されるようなこともなく、電荷蓄積領域５の表面の略全面に正電荷蓄積領域６を形成することができる。これにより、従来のように、暗電流や白キズの発生が増大することを防ぐことができる。

また、受光センサ部４上の第２の開口１６において、転送電極１２の側壁に窒化膜よりなるサイドウォール１８を形成すると共に、垂直転送レジスタ７上の転送電極１２間に形成された第１の開口１５内を酸化膜１７及び窒化膜１８で埋め込むようにしたので、サイドウォール１８の形成と垂直転送レジスタ７上の転送電極１２間の埋め込みを同時に行うことができ、製造工程数を削減することができる。また、第１の開口１５内が酸化膜１７及び窒化膜１８で埋め込まれているので、第１の開口１５内の埋め込み性を高くすることができ、転送電極１２間の耐圧を確保することができる。

また、遮光膜１４とチャネルストップ領域９との間の間隔が短くならず、一定の間隔を確保することができるので、チャネルストップ領域９と遮光膜１４との間のシリコン基板４の界面を通じて、光が転送チャネル領域８内に入り込むことを少なくすることができる。これにより、スミアの発生を低減することができる。

次に、本発明の固体撮像素子の製造方法を適用する固体撮像素子の他の構成を、図７を参照して説明する。
図７Ａは、図１Ａに示した撮像領域のＸ−Ｘ線に相当する断面図であり、図７Ｂは、図１Ａに示した撮像領域のＹ−Ｙ線に相当する断面図である。
なお、図７では、平坦化膜、カラーフィルタ又はオンチップレンズ等は省略している。また、図１と対応する部分には、同一符号を付している。
本実施の形態の固体撮像素子４０では、転送電極１２直上に、転送電極１２と同じパターンの絶縁膜２１がさらに形成されている以外は、図１に示した構成の固体撮像素子３０の場合と同様の構成であるため、対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略している。

このように、転送電極１２の直上に、転送電極１２と同じパターンの絶縁膜２１が形成されていることにより、転送電極１２上部の角部と遮光膜１４との間で、絶縁膜２１の膜厚を充分に確保することができる。

次に、本発明の固体撮像素子４０の製造方法の他の実施の形態として、図７に示した構成の固体撮像素子を製造する方法を、図８〜図１３を参照して説明する。なお、この製造方法の説明においても、図７Ａ及び図７Ｂに示したように、図１Ａに示した撮像領域１のＸ−Ｘ線に相当する断面図と、Ｙ−Ｙ線に相当する断面図で説明する。また、図７に対応する部分には同一符号を付している。

まず、先に示した実施の形態の場合と同様に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、Ｎ型のシリコン基板２内に形成されたＰ型の半導体領域３内に、公知の方法により、垂直転送レジスタを構成するＮ^＋の転送チャネル領域８、読み出しゲート部を構成するＰ^＋の半導体領域１０、受光センサ部を構成するＮ⁻の半導体領域（電荷蓄積領域）５、チャネルストップ領域を構成するＰ^＋の半導体領域９を、それぞれ所定の位置に形成する。

次に、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、シリコン基板２上にゲート絶縁膜（ＳｉＯ_２膜）１１を形成し、このゲート絶縁膜１１上に電極材料層２０を形成する。そして、この電極材料層２０上にさらに絶縁膜２１を形成する。

次に、絶縁膜２１上に、公知のリソグラフィ技術を用いて、転送電極形成用のレジストマスク（図示せず）を形成する。そして、このレジストマスクをマスクとして用いて、絶縁膜２１と電極材料層２０とを同時にエッチング（ドライエッチング又はウェットエッチング）し、さらに、レジストマスクをアッシング処理や薬液等により除去することにより、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、転送電極１２と、この転送電極１２の直上に転送電極１２と同じ形状の絶縁膜２１とを形成する。これにより、垂直方向に隣り合う転送電極１２との間では第１の開口（ギャップ部）１５が形成され、受光センサ部４となる領域上では第２の開口１６が形成される。

次に、先に示した実施の形態の場合と同様に、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで酸化膜１７を形成し、この酸化膜１７上に窒化膜１８を形成する。これにより、第１の開口１５内や第２の開口１６内に酸化膜１７や窒化膜１８が埋め込まれる。

次に、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、エッチバック法を用いて、窒化膜１８に対してエッチングを行う。なお、エッチング条件は先に示した実施の形態の場合と同様にすることができる。これにより、エッチバック後も酸化膜１７を残すことができる。また、第１の開口１５内では、酸化膜１７上に窒化膜１８が埋め込まれた状態となる。また、第２の開口１６では、転送電極１２の側壁に酸化膜１７を介して窒化膜１８よりなるサイドウォールを形成することができる。なお、酸化膜１７とサイドウォール１８とは層間絶縁膜１３として用いられる。

そして、本実施の形態においては、特に、転送電極１２及び絶縁膜２１の側壁に形成されたサイドウォール１８をマスクとして用いて、シリコン基板２内に形成されたＮ⁻の半導体領域５の表面に不純物を斜め方向からイオン注入することにより、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、Ｐ^＋の半導体領域（正電荷蓄積領域）６を形成して受光センサ部４を形成する。

この際、本実施の形態においても、エッチバック法を用いて形成されたサイドウォール１８は、第２の開口１６に対して位置合わせずれが生じていないため、このようなサイドウォール１８をマスクとして用いることにより、従来生じていた、マスクの位置ずれを気にする必要がなく、不純物を電荷蓄積領域５の表面に注入することができる。

次に、図７Ｂ及び図７Ｃに示したように、転送電極１２を覆って遮光膜１４を形成する。
この際、上述したように、サイドウォール１８に位置ずれが無いため、遮光膜１４とチャネルストップ領域９との間の間隔を一定とすることができる。また、絶縁膜２１の分、遮光膜１４と転送電極１２との間の絶縁膜厚を確保することができる。

なお、これ以降は、図示しないが、全面に平坦化膜を形成した後、平坦化膜上にカラーフィルタを形成し、このカラーフィルタ上の受光センサ部と対応する位置にオンチップレンズを形成する。

このような本実施の形態の固体撮像素子４０の製造方法においても、先に示した実施の形態の固体撮像素子３０の場合と同様に、正電荷蓄積領域６を形成する際に、エッチバック法を用いて形成したサイドウォール１８をマスクとして用いて、不純物を注入しているので、マスクの位置合わせずれを気にせずに、不純物を半導体領域３内に注入することができる。このため、電荷蓄積領域５の表面において、正電荷蓄積領域６が無い部分が形成されるようなこともなく、電荷蓄積領域５の表面の略全面に正電荷蓄積領域６を形成することができる。これにより、従来のように、暗電流や白キズの発生が増大することを防ぐことができる。

また、先に示した実施の形態の固体撮像素子３０の場合と同様に、第２の開口１６において、転送電極１２の側壁に窒化膜よりなるサイドウォール１８を形成すると共に、第１の開口１５内を酸化膜１７及び窒化膜１８で埋め込むようにしたので、サイドウォール１８の形成と垂直転送レジスタ７上の転送電極１２間の埋め込みを同時に行うことができ、製造工程数を削減することができる。また、第１の開口１５内が酸化膜１７及び窒化膜１８で埋め込まれているので、第１の開口１５内の埋め込み性を高くすることができ、転送電極１２間の耐圧を確保することができる。

また、遮光膜１４とチャネルストップ領域９との間の距離が短くなることを防ぐことができ、遮光膜１４とチャネルストップ領域９との間のシリコン基板２の界面を通じて転送チャネル領域８内に光が入り込むことを抑えることができる。これにより、スミアの発生を低減することができる。

また、転送電極１２の直上に転送電極１２と同じパターンの絶縁膜２１を形成したので、絶縁膜２１を形成した分、転送電極１２とこの転送電極１２を覆って形成される遮光膜１４との間の絶縁膜厚を確保することができる。これにより、絶縁耐圧をさらに向上することができる。

本実施の形態の製造方法においては、図９〜図１０に示した工程において、絶縁膜２１上に形成されたレジストマスク（図示せず）をマスクとして用いて、絶縁膜２１、電極材料層２０をそれぞれエッチングした。しかし、これ以外にも、例えば、絶縁膜２１上に形成されたレジストマスク（図示せず）により、まず絶縁膜２１をエッチングし、このエッチングされた絶縁膜２１をマスクとして用いて、次に電極材料層２０をエッチングするようにしても構わない。

上述した各実施の形態では、第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで酸化膜１７及び窒化膜１８を形成した後に、エッチバック法を用いて窒化膜１８のみをエッチングした。しかし、例えば、第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで酸化膜１７を形成した後にエッチバックを行い、次に、第１の開口１５及び第２の開口１６を含んで窒化膜１８を形成した後に再びエッチバックを行うようにしても構わない。

この場合、図示しないが、第２の開口内において、転送電極の側壁には、酸化膜がエッチバックされたことにより形成されたサイドウォールと、このサイドウォールを覆って、窒化膜がエッチバックされたことにより形成されたサイドウォールが形成される。これにより、転送電極の側壁には、酸化膜及び窒化膜のサイドウォールからなる膜厚の厚い層間絶縁膜が形成されることになる。
したがって、転送電極上部の角部は、膜厚の厚い層間絶縁膜により覆われていることになるために、転送電極を覆って形成される遮光膜との間の絶縁耐圧をさらに向上することができる。また、垂直方向に隣接する転送電極間においても、転送電極上部の角部は、膜厚保の厚い層間絶縁膜により覆われていることになるために、転送電極を覆って形成される遮光膜との間の絶縁耐圧をさらに向上することができる。

また、上述した各実施の形態では、単層のゲート絶縁膜１１を用いたが、例えば多層のゲート絶縁膜１１を用いることもできる。
すなわち、図１４に示すように、シリコン基板２側から順に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２２、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）２３、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２４が積層された絶縁膜（以下ＯＮＯ絶縁膜と示す）２５を用いる場合である。
なお、これ以外の部分は、図１及び図７に示した構成の固体撮像素子３０，４０と同様であるので、対応する部分には同一符号を付している。また、図１４では、遮光膜、平坦化膜、カラーフィルタ又はオンチップレンズ等は省略している。

このようなＯＮＯ絶縁膜２５を用いて製造方法を行う場合は、先に示した各実施の形態の、図２〜図３に示した工程の間、また、図８〜図９に示した工程の間において、シリコン基板２上に、例えば、ＳｉＯ_２膜２２を３０nmの膜厚で形成し、このＳｉＯ_２膜２２上にＳｉＮ膜２３を４０nmの膜厚で形成し、このＳｉＮ膜２３上にＳｉＯ_２膜２４を１０nmの膜厚で形成することによりＯＮＯ絶縁膜２５を形成する。

そして、図４〜図５に示した工程の間、また、図１１〜図１２に示した工程の間において、酸化膜１７及び窒化膜１８をエッチバックする際は、ＳｉＯ_２膜２２，２４とＳｉＮ膜２３との間でエッチングに対する選択比が変わるような条件でステップエッチングを行い、ＯＮＯ絶縁膜２５の最下層のＳｉＯ_２膜２２が２０nm程度残るようにする。
これにより、図１４Ａ及び図１４Ｂに示したように、受光センサ部４上には、ＳｉＯ_２膜２２のみが形成され、転送電極１２の側壁に、酸化膜１７及び窒化膜１８よりなるサイドウォールが形成された構成の固体撮像素子を得ることができる。この場合、転送電極１２の表面の酸化膜１７は除去されている。

なお、これ以外の工程は、上述した各実施の形態の固体撮像素子３０を製造する場合と同じように行うことができる。

このように、ＯＮＯ絶縁膜２５を用いた場合においても、上述した各実施の形態と同様の作用を得ることができる。

また、上述した各実施の形態では、図２及び図８に示した工程において、電荷蓄積領域５をシリコン基板２内の半導体領域３に予め形成したが、図５〜図６及び図１２〜図１３に示した工程において、電荷蓄積領域５を形成することもできる。
すなわち、サイドウォール１８をマスクとして用いて、不純物（例えばリンＰ）を半導体領域３内に注入して電荷蓄積領域５を形成し、この後に、再びサイドウォール１８をマスクとして用いて、電荷蓄積領域５の表面に不純物（ボロンＢ）を注入して正電荷蓄積領域６を形成する場合である。

このように、電荷蓄積領域５を形成する場合においても、エッチバック法を用いて形成されたサイドウォール１８をマスクとして用いることにより、半導体領域３内において、転送電極１２と略同一面上に電荷蓄積領域５を形成することができる。このため、読み出しゲート部１０と電荷蓄積領域５との間の距離が変動せずに、読み出しゲート部１０と受光センサ部４との間を一定の間隔で形成することができる。これにより、読み出し電圧が変動することを防ぐことができる。

また、上述した各実施の形態では、図６及び図１３に示した正電荷蓄積領域６を形成する工程を行った後、酸化膜１７や窒化膜１８よりなる層間絶縁膜１３上に転送電極１２を覆うように遮光膜１４を形成した。しかし、遮光膜１４を形成する前に、受光センサ部４上の酸化膜１７のみを薬液等を用いて除去してから遮光膜１４を形成することもできる。
これは、受光センサ部４上に形成された酸化膜１７が、製造工程中において、ドライエッチング等によりダメージを受けていたり、金属汚染を受けていたりする場合に、この金属汚染が受光センサ部4に影響を与えて白キズ等が発生することを防ぐためである。

また、上述した各実施の形態では、第１の開口１５内を、酸化膜１７及び窒化膜１８で埋め込む構成を示したが、第１の開口１５内を、例えば、酸化膜１７や窒化膜１８のみで埋め込むことも可能である。この場合においても、第１の開口１５内の埋め込み性を高くすることが可能になるため、上述したように、転送電極１２間の耐圧を確保することができる。

尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。

Ａ 本発明を適用する固体撮像素子の概略平面図（その１）である。Ｂ 図１ＡのＸ−Ｘ線の拡大断面図である。Ｃ 図１ＡのＹ−Ｙ線の拡大断面図である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その１）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その２）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その３）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その４）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の一実施の形態を示す製造工程図（その５）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子（その２）の概略断面図である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その１）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その２）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その３）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その４）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その５）である。 Ａ、Ｂ 本発明を適用する固体撮像素子の製造方法の他の実施の形態を示す製造工程図（その６）である。 Ａ、Ｂ ＯＮＯ絶縁膜を用いた場合の拡大断面図である。 Ａ 従来の固体撮像素子の撮像領域の概略平面図である。Ｂ 図１５ＡのＸ−Ｘ線の拡大断面図である。Ｃ 図１５ＡのＹ−Ｙ線の拡大断面図である。 Ａ、Ｂ 従来の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図（その１）である。 Ａ、Ｂ 従来の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図（その２）である。 Ａ、Ｂ 従来の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図（その３）である。 Ａ、Ｂ 従来の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図（その４）である。 Ａ、Ｂ 従来の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図（その５）である。 従来の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１・・・撮像領域、２・・・シリコン基板、３・・・半導体領域、４・・・受光センサ部、５・・・電荷蓄積領域、６・・・正電荷蓄積領域、７・・・垂直転送レジスタ、８・・・転送チャネル領域、９・・・チャネルストップ領域、１０・・・読み出しゲート部、１１・・・ゲート絶縁膜、１２・・・転送電極、１３・・・層間絶縁膜、１４・・・遮光膜、１５・・・第１の開口、１６・・・第２の開口、１７・・・酸化膜、１８・・・窒化膜（サイドウォール）、１９・・・層間絶縁膜、２０・・・電極材料層、２１・・・絶縁層、２２，２４・・・シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、２３・・・シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、２５・・・ＯＮＯ絶縁膜、３０，４０・・・固体撮像素子

Claims (8)

1. マトリクス状に配置された受光センサ部と、前記受光センサ部の各列に対応して設けられた垂直転送レジスタとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、
   半導体基体上に、前記垂直転送レジスタの転送電極を形成する工程と、
   前記転送電極を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜上に窒化膜を形成する工程と、
   エッチバック法を用いて、前記転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
   前記サイドウォールをマスクとして用いて、前記半導体基体内に不純物を注入することにより、前記受光センサ部を構成する不純物領域を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 前記転送電極を同一層の電極層のみで形成し、前記サイドウォールを形成する工程と共に前記垂直転送レジスタ上の前記転送電極間を埋め込むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 前記転送電極間を、前記酸化膜、前記窒化膜、或いは前記酸化膜及び前記窒化膜のいずれかにより埋め込むことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
4. 前記不純物領域を形成する工程の後、前記転送電極を覆って遮光膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
5. マトリクス状に配置された受光センサ部と、前記受光センサ部の各列に対応して設けられた垂直転送レジスタとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、
   半導体基体上に、電極材料層を形成する工程と、
   前記電極材料層上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記電極材料層及び前記絶縁膜をパターニングすることにより、転送電極と、前記転送電極と同じパターンの絶縁膜とを形成する工程と、
   前記絶縁膜を含んで全面に酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜上に窒化膜を形成する工程と、
   エッチバック法を用いて、前記転送電極の側壁にサイドウォールを形成する工程と、
   前記サイドウォールをマスクとして用いて、前記半導体基体内に不純物を注入することにより、前記受光センサ部を構成する不純物領域を形成する工程とを有する
   ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
6. 前記転送電極を同一層の電極層のみで形成し、前記サイドウォールを形成する工程と共に前記垂直転送レジスタ上の前記転送電極間を埋め込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。
7. 前記転送電極間を、前記酸化膜、前記窒化膜、或いは前記酸化膜及び前記窒化膜のいずれかにより埋め込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。
8. 前記不純物領域を形成する工程の後、前記転送電極及び前記絶縁膜を覆って遮光膜を形成する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。

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