JP2006013460A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 平坦化のためのレジストエッチバック工程に起因する膜減りを防止し、均一な膜厚の電荷転送電極を形成することにより電荷転送効率の改善を図る。
【解決手段】 ゲート酸化膜２の形成された半導体基板１表面に、第１の電極３ａ、光電変換部および周辺回路部の第１層配線を構成する第１層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極３ｂを構成する第２層シリコン系導電性膜を形成する工程と、この上層にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、前記第２層シリコン系導電性膜をレジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含む。
【選択図】図３
【解決手段】 ゲート酸化膜２の形成された半導体基板１表面に、第１の電極３ａ、光電変換部および周辺回路部の第１層配線を構成する第１層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極３ｂを構成する第２層シリコン系導電性膜を形成する工程と、この上層にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、前記第２層シリコン系導電性膜をレジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含む。
【選択図】図３
Description
本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子にかかり、特に単層電極ＣＣＤ（電荷結合素子）構造の固体撮像素子に関する。
エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ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隣接して配置され、順次駆動される。
近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離すなわち高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度（光電変換効率）面での大きな問題となる。
さらにまた、このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。一方光電変換部を構成するフォトダイオードの面積を小さくすると感度が低下するため、フォトダイオード領域の面積は確保しなければならない。
そこで、電荷転送部および周辺回路の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオード領域の占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
そこで、電荷転送部および周辺回路の配線の微細化をはかり、配線の面積比率を低減することにより、フォトダイオード領域の占有面積を確保しつつチップの微細化をはかるべく種々の研究がなされている。
このような状況の中で配線の微細化により、高集積化を実現するためには配線層間の層間絶縁膜の平坦性を保つことは重要な技術課題となる。そこで平坦性の向上のために、電荷転送部を単層電極構造とした構造が提案されている（例えば特許文献１）。
ところで、従来の単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、電荷転送電極として多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を用い、第１層配線を形成した後に、この第１層配線のパターン表面を酸化し、第２層目の転送電極となる多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を堆積し、レジストを塗布し、レジストエッチバック法により全面エッチングを行うことにより電極の単層化を実施している。
例えば、従来の方法では、ｎ型シリコン基板１表面に、膜厚１５〜３５ｎｍ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１０ｎｍ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。
続いて、このゲート酸化膜２上に、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを形成し、酸化シリコン膜４と、窒化シリコン膜５とを形成する。
続いて、そしてこの上層にレジストを塗布する。
続いて、そしてこの上層にレジストを塗布する。
そして、図９（ａ）に示すように、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、パターン幅０．３から数μｍのレジストパターンＲ１を形成する。ここでこのパターン幅は０．３μｍ以下でもよい。
この後、図９（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ１をマスクとし、酸化シリコン膜４と、窒化シリコン膜５とをエッチングし、第１の電極のパターニング用のマスクパターンを形成する。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去し（図９（ｃ））、このマスクパターンをマスクとし、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第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１の電極を形成する（図９（ｄ））。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去し（図９（ｃ））、このマスクパターンをマスクとし、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第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１の電極を形成する（図９（ｄ））。
続いて、熱酸化により第１の電極のパターンの表面に電極間絶縁膜６を形成し（図１０（ａ））、この上層に第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを形成する（図１０（ｂ））。
こののち、表面全体にレジストＲ２を塗布し（図１０（ｃ））、レジストエッチバックにより第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの平坦化を行う（図１０（ｄ））。
こののち、表面全体にレジストＲ２を塗布し（図１０（ｃ））、レジストエッチバックにより第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの平坦化を行う（図１０（ｄ））。
そして、図１１（ａ）に示すように、所望のレジストパターンＲ３で被覆する。
この後、このレジストパターンＲ３をマスクとして、フォトダイオード領域３０上の第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを選択的にエッチング除去する。
この後、このレジストパターンＲ３をマスクとして、フォトダイオード領域３０上の第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを選択的にエッチング除去する。
そして、図１１（ｂ）に示すように、アッシングによりレジストパターンＲ３を除去する。
このようにして、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂからなる第２の電極を形成し、表面の平坦な固体撮像素子電極が形成される。
このようにして、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂからなる第２の電極を形成し、表面の平坦な固体撮像素子電極が形成される。
この方法の場合、第２層ドープトアモルファスシリコン膜をエッチバックして単層構造の電荷転送電極を製造する際、第２層多結晶シリコン膜３ｂの上層にスピンコートによりレジストを塗布し、レジストとこの第２層ドープトアモルファスシリコン膜とのエッチング速度が同程度となるようにエッチングし、表面の平坦化をはかる。
しかしながら、第１層ドープトアモルファスシリコン膜の密度の小さい領域がウェハの周縁部にある場合には、スピンコートでレジストを形成すると、図１０（ｃ）に示すように、レジストＲ２の表面レベルが低くなってしまい、その結果、図１１（ｂ）に示すように、ウェハの周縁部で第２層ドープトアモルファスシリコン膜の膜減りが生じてしまうことがある。
また、ウェハ周縁部に限らず、半導体基板上における配線部、フォトダイオード部以外の領域など第１層ドープトアモルファスシリコン膜の密度の小さい領域では、パターン間でレジストの薄い領域が形成されることがある。このような場合、配線抵抗のばらつきを生じるという問題がある。
また、ウェハ周縁部に限らず、半導体基板上における配線部、フォトダイオード部以外の領域など第１層ドープトアモルファスシリコン膜の密度の小さい領域では、パターン間でレジストの薄い領域が形成されることがある。このような場合、配線抵抗のばらつきを生じるという問題がある。
このような場合、周辺の配線抵抗のばらつきを生じると言う問題があった。また、周辺部の電荷転送電極の膜厚のばらつきにより転送効率の劣化を生じることもあった。そして電荷転送電極より上層の平坦化膜、マイクロレンズ、カラーフィルタなどの各種の膜の膜厚の不均一化や形状ばらつきの増大を招くことになり、シェーディング、感度ばらつき、迷光によるスミアの悪化などが発生すると言う問題もある。
このため、上述したような方法では、さらなる感度の向上に対応するのは困難であるという問題があった。
このように、従来の固体撮像素子では、半導体基板上における第１層を構成する第１の電極のパターン密度の小さい領域、特にウェハの周縁部では、第２層ドープトアモルファスシリコン膜の膜厚が小さくなるという問題があった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、第１層導電性膜のパターン上に第２層導電性膜を形成し、第１層導電性膜上の第２層導電性膜を除去して平坦化することにより単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、平坦化のためのレジストエッチバック工程に起因する膜減りを防止し、均一な膜厚の電荷転送電極を形成することにより電荷転送効率の改善を図ることを目的とする。
そこで本発明の方法では、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単層電極構造の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る周辺回路部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１の電極、光電変換部および周辺回路部の第１層配線を構成する第１層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程と、前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２層シリコン系導電性膜を形成する工程と、この上層にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、前記第２層シリコン系導電性膜をレジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含み、前記パターンを形成する工程は、前記レジストの表面レベルが半導体基板上で所定の値以下とならないように、ダミーパターンを含むように形成する工程を含む。
半導体基板上の配線部、フォトダイオード部以外の領域などパターン密度の小さい領域、特にウェハ周縁部では、レジストの膜厚が小さくなり、表面レベルが低下しやすいが、この構成では、ダミーパターンの追加によりレジストエッチバックに先立ち、表面レベルが周縁部でも低くならないようにすることができるため、電荷転送電極を単層化する際に生じるシリコン系導電性膜、特に第２層シリコン系導電性膜の膜減りを防止することができる。したがって、均一な膜厚の電荷転送電極および周辺回路を形成することができるため、素子特性のばらつきを防止し、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。なお、レジストをスピン塗布する際、ウェハの周縁部でレジストの表面レベルが低下しやすいが、周縁部以外の領域でもレジストの表面レベルが低下しやすい領域ではダミーパターンによりレジストの表面レベルを上げるようにするのが望ましい。
また本発明の方法では、前記ダミーパターンが、前記光電変換部の前記第１層配線の密度と同程度以上となるように形成されたものを含む。
この構成によれば、フォトダイオード領域の第１層配線と同程度以上の密度をもつように下地となる第１層配線を構成する前記第１層シリコン系導電性膜のパターンにダミーパターンを付加しているため、半導体基板表面上でフォトレジストの表面レベルが低下するのを防止することができ、第２層シリコン系導電性膜の膜減りを防止することができる。
この構成によれば、フォトダイオード領域の第１層配線と同程度以上の密度をもつように下地となる第１層配線を構成する前記第１層シリコン系導電性膜のパターンにダミーパターンを付加しているため、半導体基板表面上でフォトレジストの表面レベルが低下するのを防止することができ、第２層シリコン系導電性膜の膜減りを防止することができる。
また本発明の方法では、前記ダミーパターンが、前記光電変換部の前記第１層配線の配線間隔と同程度以下となるように形成されたものを含む。
また本発明の方法では、前記平坦化工程の後、前記ダミーパターンの一部をエッチング除去する工程を含む。
この構成によれば、回路動作に影響を与えないようにすることができる。
この構成によれば、回路動作に影響を与えないようにすることができる。
また本発明の方法では、前記ダミーパターン同士が電気的に接続される。
この構成によれば、所望の電位にダミーパターンを接続することが容易に可能となる。
この構成によれば、所望の電位にダミーパターンを接続することが容易に可能となる。
また本発明の方法では、前記ダミーパターンは網目状をなすことを特徴とする。
この構成によれば、例えば各セルを所望の電位に維持された導電体に接続することができ、ノイズが回路動作に影響を与えないようにすることができる。
この構成によれば、例えば各セルを所望の電位に維持された導電体に接続することができ、ノイズが回路動作に影響を与えないようにすることができる。
また本発明の方法では、前記ダミーパターンは、前記第２の電極に隣接した領域では孤立パターンとなるように構成したことを特徴とする。
この構成によれば、周縁部の膜減りを防ぐだけでなく、ダミーパターンを孤立パターンとしておくことにより、第２の電極との短絡を防止することができる。
この構成によれば、周縁部の膜減りを防ぐだけでなく、ダミーパターンを孤立パターンとしておくことにより、第２の電極との短絡を防止することができる。
また、本発明の方法は、半導体基板表面に、前記光電変換部の有効撮像領域を囲むように、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられるフィールド酸化膜の形成領域に、トレンチを形成する工程と、前記トレンチ内にフィールド酸化膜を形成する工程と、前記フィールド酸化膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する工程と、前記半導体基板表面に、前記電荷転送電極、前記光電変換部および前記周辺回路部などの素子部を形成する工程とを含むものを含む。
この方法により容易にさらなる表面の平坦化をはかることができる。このとき、トレンチの深さとフィールド酸化膜の厚さとが一致するように形成できる場合には、特に平坦化工程は不要となる場合もある。
この方法により容易にさらなる表面の平坦化をはかることができる。このとき、トレンチの深さとフィールド酸化膜の厚さとが一致するように形成できる場合には、特に平坦化工程は不要となる場合もある。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化（ＬＯＣＯＳ）工程を含むものを含む。
この方法によれば長時間を要するが膜質の良好なフィールド酸化膜を形成することが可能となる。
この方法によれば長時間を要するが膜質の良好なフィールド酸化膜を形成することが可能となる。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記フィールド酸化膜を形成する工程は、前記トレンチにＣＶＤ法により絶縁膜を充填する工程を含むものを含む。
この方法によれば、フィールド酸化膜の形成に要する時間の短縮を図ることができる。 なお、ＣＶＤ法に代えて、スピンコート法により絶縁膜を埋め込むことも可能である。
この方法によれば、フィールド酸化膜の形成に要する時間の短縮を図ることができる。 なお、ＣＶＤ法に代えて、スピンコート法により絶縁膜を埋め込むことも可能である。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、前記半導体基板表面にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、レジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含むものを含む。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記半導体基板表面を平坦化する工程は、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により前記半導体基板表面を平坦化する工程とを含むものを含む。
また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２層シリコン系導電性膜を形成する工程に先立ち、前記第１の電極の表面にエッチングストッパとなるストッパ層を形成する工程を含み、前記平坦化工程は、前記ストッパ層をストッパとしてエッチバックを行う工程であるものを含む。
この構成により、第１の電極が削られることなく、第１の電極上でエッチバックを停止することができるため、平坦性が良好で、高歩留まりの電荷転送部を形成することが可能となる。ここで第２層導電性膜をシリコン系導電性膜で構成する場合には、窒化シリコンなどを用いるのが望ましい。また、第１の電極のパターニングに際し、酸化シリコンと窒化シリコンとの２層膜をマスクとして用い、これをこのまま残してエッチングストッパに用いることにより、工数を増大することなく、良好なパターニングを可能にするとともに、平坦性に優れた電荷転送部を形成することが可能となる。また、この窒化シリコン膜は、この上層に形成される膜のパターニングのための露光工程においては反射防止膜としても作用し、高精度のパターン形成に有効に作用する。
また本発明では、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る周辺回路部とを具備した固体撮像素子において、前記電荷転送電極が、第１層シリコン系導電性膜からなる第１の電極と、この第１の電極の側壁を覆う電極間絶縁膜を介して形成される第２層シリコン系導電性膜からなる第２の電極との単層電極構造を有しており、前記周辺回路部の配線は、第１層シリコン系導電性膜で形成されており、前記第１の電極が、前記周辺回路部の第１層配線から、あらかじめ設定された一定の間隔以上離間しないように構成されたダミーパターンを具備し、前記ダミーパターンは前記第１の電極に電気的影響を与えないような電位となるように構成される。
また本発明では、前記ダミーパターンは網目形状をなすことを特徴とする。
電気的接続が容易でかつ、導電路を構成する電荷転送電極のパターンと同一パターンの繰り返しで形成すればよいため、形成が容易でかつ高精度のパターン形成が可能となる。網目の形状としては、ハニカム状でも矩形状でもよい。
電気的接続が容易でかつ、導電路を構成する電荷転送電極のパターンと同一パターンの繰り返しで形成すればよいため、形成が容易でかつ高精度のパターン形成が可能となる。網目の形状としては、ハニカム状でも矩形状でもよい。
本発明の方法によれば、レジストエッチバック法により平坦化を行なう際、下地のパターンの有無に起因する表面レベルのばらつきによる、第２層シリコン系導電性膜の膜減りを防止し、電荷転送効率の良好な固体撮像素子を形成することが可能となる。
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。
（第１の実施の形態）
（第１の実施の形態）
この固体撮像素子は、図１乃至図３にその電極形成工程を示すように、単層電極構造の電荷転送電極を備えた固体撮像素子を形成するに際し、第１の電極を構成する第１層アモルファスシリコン膜のパターンが、半導体基板周縁部にダミーパターンを有し、第１の電極の電極間間隔よりも半導体基板周縁部でパターン間隔が大きくならないように構成したことを特徴とする。
これにより、レジストエッチバックによる平坦化処理によって第２層アモルファスシリコンで構成される第２の電極および配線についても、周縁部の膜減りもない。したがって、電荷転送部および周辺回路部において、膜減りもなく、良好に表面の平坦化をはかることができる。
これにより、レジストエッチバックによる平坦化処理によって第２層アモルファスシリコンで構成される第２の電極および配線についても、周縁部の膜減りもない。したがって、電荷転送部および周辺回路部において、膜減りもなく、良好に表面の平坦化をはかることができる。
なお、図４および図５に全体の概要説明図（この図では周縁部は示されていない）を示すように、シリコン基板１には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域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、フォトダイオード領域３０の間に形成される。ここで図５は図４のＡ−Ａ線に沿って切断して得られる断面である。
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３３は、図４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。
なお、図４においては、電極間絶縁膜６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。
図５に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード領域３０、電荷転送チャネル３３、チャネルストップ領域３２、電荷読み出し領域３４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６と電荷転送電極（第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａからなる第１の電極、第２層ドープトアモルファシリコン膜３ｂからなる第２の電極）が形成される。
電荷転送部４０は、上述したとおりであるが、図５に示すように、電荷転送部４０の電荷転送電極上面には中間層７０が形成される。７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（boro phospho silicate glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード領域３０の光検知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。
また、図５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。
また、図５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。
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、不純物濃度１．０×１０１６ｃｍ−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚
１５〜３５ｎｍ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１０ｎｍ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。
まず、不純物濃度１．０×１０１６ｃｍ−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚
１５〜３５ｎｍ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１０ｎｍ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。
続いて、このゲート酸化膜２上に、ＰＨ３とＮ２とを添加したＳｉＨ４を反応性ガスと
して用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍのリンドープの第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを形成する。このときの基板温度は６００〜７００℃とする。
して用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍのリンドープの第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを形成する。このときの基板温度は６００〜７００℃とする。
この後、減圧ＣＶＤ法により膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜４と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜５とを形成する（図１（ａ））。
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンＲ１および、ダミー（レジスト）パターンＲＤを形成する（図１（ｂ））。ここ
でダミーパターンはシリコン基板１の周縁部で、レジストパターンＲ１からの間隔が所定幅（第１の電極の間隔）以上とならないようにレイアウト時に形成される。
でダミーパターンはシリコン基板１の周縁部で、レジストパターンＲ１からの間隔が所定幅（第１の電極の間隔）以上とならないようにレイアウト時に形成される。
この後、ＣＨＦ３とＣ２Ｆ６とＯ２とＨｅとの混合ガスを用いた反応性イオンエッチン
グにより、酸化シリコン膜４と、窒化シリコン膜５とをエッチングし、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａのパターニング用のマスクパターンを形成する。ここでもダミーのマスクパターンが、本来の第１の電極形成用マスクパターンの左手に形成されている。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する（図１（ｃ））。このとき、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａは本来の第１の電極のパターンに加え、その部分の左手に、ダミーパターンが形成される。
グにより、酸化シリコン膜４と、窒化シリコン膜５とをエッチングし、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａのパターニング用のマスクパターンを形成する。ここでもダミーのマスクパターンが、本来の第１の電極形成用マスクパターンの左手に形成されている。
そしてアッシングによりレジストパターンを剥離除去する（図１（ｃ））。このとき、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａは本来の第１の電極のパターンに加え、その部分の左手に、ダミーパターンが形成される。
この後、ＨＢｒとＯ２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングによりこのマスク
パターンをマスクとし、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第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１の電極および周辺回路の配線を形成する（図１（ｄ））。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン
共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式のなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
パターンをマスクとし、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第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１の電極および周辺回路の配線を形成する（図１（ｄ））。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン
共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式のなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。
続いて、酸化法により第１の電極のパターンの側面に膜厚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２（ａ））。
次に、ＳｉＨ４ガスにＰＨ３とＮ２とを添加した反応性ガスを用いた減圧ＣＶＤ法によ
り膜厚０．４〜０．７μｍの第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを形成する（図２（ｂ））。このとき第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの膜厚は第１層ドープトアモルファスシリコン膜およびその上層の酸化シリコン膜４および窒化シリコン膜５の膜厚の合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。
り膜厚０．４〜０．７μｍの第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを形成する（図２（ｂ））。このとき第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの膜厚は第１層ドープトアモルファスシリコン膜およびその上層の酸化シリコン膜４および窒化シリコン膜５の膜厚の合計膜厚と同程度かそれよりも厚くなるように形成する必要がある。
そして、図２（ｃ）に示すように、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの形成された表面にレジストＲ２を塗布し、表面レベルが完全に平坦となるようにする。ここでレジストＲ２としては、ＯＦＰＲ８００を使用し膜厚７００〜８００ｎｍ塗布する。
続いて、図３（ａ）に示すように、レジストと第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂのエッチング速度がほぼ同一となる条件で、全面エッチングを行い、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂの平坦化を行う。
この後、図３（ｂ）に示すように、周辺回路形成のためのレジストパターンＲ３を形成する。ここでは、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うようにレジストパターンＲ３を形成する。
そして、図３（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ３をマスクとして、フォトダイオード領域３０上の第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂをエッチング除去するとともに周辺回路パターン３Ｓを残留させる。
そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂが形成される。
そして、アッシングによりレジスト除去を行なうことにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂが形成される。
このようにして、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂからなる第２の電極を形成し、表面の平坦な電荷転送電極が形成される。このとき基板周縁部にはハニカム形状のダミーパターン３Ｄが残留している。この平面拡大図を図６に示す。このダミーパターン３Ｄは網目状をなしており、望ましくは接地電位に接続しておく。これにより安定な接続が可能となる。
そしてこの上層に遮光膜のパターン７１、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜７２を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）７３、透明樹脂膜からなる平坦化層７４を形成する。
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４および図５に示すような固体撮像素子を得る。
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４および図５に示すような固体撮像素子を得る。
この方法によれば、周辺回路部に第１層ドープトアモルファスシリコン膜からなるダミーパターンを形成しているため、エッチバックのためのレジストの表面レベルを中心部と同一に形成することができ、周縁部での膜減りのない、高精度のパターン形成を実現することができ、機能的にも信頼性の高い動作特性を得ることができる。
以上のように、かかる構成によれば、基板周縁部など、第１の電極のパターン密度が小さいところ、特に基板周縁部など、スピン塗布によりレジストを塗布する際にレジストの表面レベルが低くなることがないように、ダミーパターンを形成しているため、特性のばらつきがなく、信頼性の高い固体撮像素子を形成することができる。
また前記実施の形態では、電極間絶縁膜６を第１の電極の周りに減圧ＣＶＤ法によって形成したが、これに代えて、熱酸化によって電極間絶縁膜を形成するようにしてもよい。すなわち、第１の電極のパターニング用マスクおよび第２の電極の平坦化に際してエッチングストッパとして用いる酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の２層膜の窒化シリコン膜を酸化防止膜として、第１の電極の熱酸化を行うことにより、第１の電極の側壁に選択的に酸化シリコン膜を形成し、これを電極間絶縁膜とする。この場合は、あらかじめこの酸化される領域分、第１の電極幅が大きくなるようにレジストパターンを形成する必要がある。
（第２の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、ダミーパターンは残して、接地線として使用したが、レジストエッチバック処理後、除去してもよい。
すなわち、図３（ｂ）に示した周辺回路形成のためのレジストパターンＲ３をダミーパターンを含まないレジストパターンＲ３‘で構成した点で前記第１の実施の形態と異なるものである。
ここでは図７（ａ）に示すように、エッチバックによって平坦化のなされた基板表面に周辺回路形成および電荷転送部を覆うレジストパターンＲ３‘を形成する。図３（ｂ）との比較から明らかなように、この例ではダミーパターンを含まないレジストパターンＲ３ ‘を用いている点が異なるだけである。
ここでは、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆い、ダミーパターンを露呈せしめるようにレジストパターンＲ３‘を形成する。
前記第１の実施の形態では、ダミーパターンは残して、接地線として使用したが、レジストエッチバック処理後、除去してもよい。
すなわち、図３（ｂ）に示した周辺回路形成のためのレジストパターンＲ３をダミーパターンを含まないレジストパターンＲ３‘で構成した点で前記第１の実施の形態と異なるものである。
ここでは図７（ａ）に示すように、エッチバックによって平坦化のなされた基板表面に周辺回路形成および電荷転送部を覆うレジストパターンＲ３‘を形成する。図３（ｂ）との比較から明らかなように、この例ではダミーパターンを含まないレジストパターンＲ３ ‘を用いている点が異なるだけである。
ここでは、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆い、ダミーパターンを露呈せしめるようにレジストパターンＲ３‘を形成する。
そして、図７（ｂ）に示すように、このレジストパターンＲ３‘をマスクとして、フォトダイオード領域３０上の第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂをエッチング除去するとともに周辺回路パターン３Ｓを残留させる。
この後、図７（ｃ）に示すように、レジストパターンＲ３‘を残したまま、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を順次エッチング除去するとともにドープトアモルファスシリコン膜を除去し、ダミーパターンを除去する。
そして、アッシングによりレジストパターンＲ３‘を除去することにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂが形成される。
そして、アッシングによりレジストパターンＲ３‘を除去することにより、固体撮像素子形成部および周辺回路部の一部を覆うように第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂが形成される。
この方法によれば、ダミーパターンは除去されているため、回路特性に影響を与えることがない。
またダミーパターンは、光電変換部の第１層配線の密度と同程度以上となるように形成されることにより、表面レベルの低下を招くことなく形成可能である。
またダミーパターンは、光電変換部の第１層配線の密度と同程度以上となるように形成されることにより、表面レベルの低下を招くことなく形成可能である。
（第３の実施の形態）
なお、前記実施の形態では詳細には述べていないが、チップ周縁部には、その有効撮像領域を囲むように枠状にフィールド酸化膜が形成されるが、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルと同一となるようにリセスロコス（Recess LOCOS）法によって形成するのが望ましい。
なお、前記実施の形態では詳細には述べていないが、チップ周縁部には、その有効撮像領域を囲むように枠状にフィールド酸化膜が形成されるが、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルと同一となるようにリセスロコス（Recess LOCOS）法によって形成するのが望ましい。
本実施の形態の固体撮像素子は、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられたフィールド酸化膜の表面レベルが、前記光電変換部の表面レベルと同程度となるようにし、素子領域の形成に際し、基板表面全体が平坦となるようにし、フォトリソグラフィによるパターン精度を高めるようにしたもので、電荷転送電極を単層化する際に生じる導電性膜、特に第２層導電性膜の膜減りを防止することができ、均一な膜厚の電荷転送電極および周辺回路を形成するものである。すなわち、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、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る出力回路を含む周辺回路部とを具備した固体撮像素子においてその有効撮像領域（受光領域）Ａを囲むように枠状に形成されたフィールド酸化膜１０の表面が、フォトセンサを備えた光電変換部と電荷転送部の表面レベルと同一となるようにリセスロコス（Recess LOCOS）法によって形成されたことを特徴とする。ここで図８（ａ）は固体撮像素子チップを示す概要図であり、ここで有効撮像領域は、光電変換部と垂直転送路（電荷転送部の一部）を含む受光領域と水平転送路（電荷転送部の一部）とで構成され、その外側に周辺回路としての出力回路が形成されている。ここでｐは固体撮像素子チップ周縁部に設けられたパッドである。また出力回路を含む周辺回路部は非撮像領域Ｂに相当する。３Ｓは周辺回路の配線パターンである。
なお、図８（ａ）および（ｂ）に概要説明図を示すように、シリコン基板１には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域が形成され、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が、フォトダイオード領域の間に形成される。ここで図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して得られる断面である。
フィールド絶縁膜以外の部分については、前記第１の実施の形態に示した通例の固体撮像素子と同様に形成されている。
なお、図８（ａ）および（ｂ）に概要説明図を示すように、シリコン基板１には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域が形成され、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が、フォトダイオード領域の間に形成される。ここで図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線に沿って切断して得られる断面である。
フィールド絶縁膜以外の部分については、前記第１の実施の形態に示した通例の固体撮像素子と同様に形成されている。
すなわち、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、フィールド酸化膜１０が基板１の表面に形成されたトレンチＴ内に形成され、基板１の表面レベルとフィールド酸化膜１０の表面レベルとが同一となるように形成されていることを特徴とする。
シリコン基板１表面に形成されたトレンチＴ内に、選択酸化によるフィールド酸化膜１０が形成されており、非撮像領域Ｂと有効撮像領域Ａとの界面での段差が０となるようにＣＭＰ処理がなされている。そしてシリコン基板１内にフォトダイオードを含む光電変換部が形成されると共に、このフォトダイオードによる光電電流を電荷転送部を介して読み出すように構成されている。
ここでは、シリコン基板１の非撮像領域および電荷転送部の素子分離領域に形成された、深さ６００ｎｍ程度のトレンチＴ内に選択酸化による厚さ６００ｎｍのフィールド酸化膜１０としての酸化シリコン膜が形成されている。このフィールド酸化膜１０上には、信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタや信号処理回路および配線７が形成されている。
かかる構成によれば、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、平坦な表面にパターンが形成されているため極めて高精度のパタ ーン形成が可能となり、極めて微細な電荷転送部の形成が可能となる。また周辺回路部を含む配線も微細化が可能となる。
なお前記実施の形態では、シリコン基板１表面に形成されたトレンチＴ内に、選択酸化によるフィールド酸化膜１０を形成したが、トレンチ内に酸化シリコン膜などを充填するようにしてもよい。
なお前記実施の形態では、シリコン基板１表面に形成されたトレンチＴ内に、選択酸化によるフィールド酸化膜１０を形成したが、トレンチ内に酸化シリコン膜などを充填するようにしてもよい。
以上説明してきたように、本発明の方法によれば、第２層導電性膜をエッチバックにより平坦化して単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、エッチバックに先立ち、第１層導電性膜のダミーパターンを形成しておくことにより、パターン密度を所定の値以上とし、膜減りを防止しているため、特性のばらつきを低減し、信頼性の高い電荷転送電極を得ることができることから、微細でかつ高感度の固体撮像装置の形成に有効である。
１ シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ａ 第１の電極（第１層ドープトアモルファスシリコン膜）
３ｂ 第２の電極（第２層ドープトアモルファスシリコン膜）
３ 電荷転送電極
４ 酸化シリコン膜
５ 窒化シリコン膜
６ 電極間絶縁膜
３０ フォトダイオード領域
４０ 電荷転送部
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 中間層
２ ゲート酸化膜
３ａ 第１の電極（第１層ドープトアモルファスシリコン膜）
３ｂ 第２の電極（第２層ドープトアモルファスシリコン膜）
３ 電荷転送電極
４ 酸化シリコン膜
５ 窒化シリコン膜
６ 電極間絶縁膜
３０ フォトダイオード領域
４０ 電荷転送部
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 中間層
Claims (15)
- 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単層電極構造の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る周辺回路部とを具備した固体撮像素子の製造方法において、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１の電極、前記光電変換部および前記周辺回路部の第１層配線を構成する第１層シリコン系導電性膜のパターンを形成する工程と、
前記第１の電極の少なくとも側壁に電極間絶縁膜となる絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の電極および前記電極間絶縁膜の形成された前記半導体基板表面に第２の電極を構成する第２層シリコン系導電性膜を形成する工程と、
この上層にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、
前記第２層シリコン系導電性膜をレジストエッチバック法により、平坦化する工程とを含み、
前記パターンを形成する工程は、前記レジストの表面レベルが前記半導体基板上で所定の値以下とならないように、ダミーパターンを含む前記パターンを形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ダミーパターンは、前記光電変換部の前記第１層配線の密度と同程度以上となるように形成されたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ダミーパターンは、前記光電変換部の前記第１層配線の配線間隔と同程度以下となるように形成されたことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記平坦化工程の後、前記ダミーパターンの一部をエッチング除去する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ダミーパターン同士が電気的に接続されることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ダミーパターンは網目状をなすことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ダミーパターンは、前記第２の電極に隣接した領域では孤立パターンとなるように構成したことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記電荷転送部の形成に先立ち、
半導体基板表面に、前記光電変換部の有効撮像領域を囲むように、周辺回路部および前記電荷転送部に設けられるフィールド酸化膜の形成領域に、トレンチを形成する工程と、
前記トレンチ内にフィールド酸化膜を形成する工程と、
前記フィールド酸化膜の形成された前記半導体基板表面を平坦化する表面平坦化工程と、
前記半導体基板表面に、前記電荷転送電極、前記光電変換部および前記周辺回路部などの素子部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。 - 請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記フィールド酸化膜を形成する工程は、選択酸化（ＬＯＣＯＳ）工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記フィールド酸化膜を形成する工程は、前記トレンチにＣＶＤ法により絶縁膜を充填する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 請求項８乃至１０のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板表面を平坦化する表面平坦化工程は、
前記半導体基板表面にスピンコート法によりレジストを塗布する工程と、
レジストエッチバック法により、平坦化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。 - 請求項８乃至１０のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記半導体基板表面を平坦化する表面平坦化工程は、
ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により前記半導体基板表面を平坦化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。 - 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記第２層シリコン系導電性膜を形成する工程に先立ち、前記第１の電極の表面にエッチングストッパとなるストッパ層を形成する工程を含み、
前記平坦化工程は、前記ストッパ層をストッパとしてエッチバックを行う工程であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 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る周辺回路部とを具備した固体撮像素子において、前記電荷転送電極が、第１層シリコン系導電性膜からなる第１の電極と、この第１の電極の側壁を覆う電極間絶縁膜を介して形成される第２層シリコン系導電性膜からなる第２の電極との単層電極構造を有しており、
前記周辺回路部の配線は、第１層シリコン系導電性膜で形成されており、
前記第１の電極が、前記周辺回路部の配線から、あらかじめ設定された一定の間隔以上離間しないように構成されたダミーパターンを具備し、前記ダミーパターンは前記第１の電極に電気的影響を与えないような電位となるように構成された固体撮像素子。 - 請求項１４に記載の固体撮像素子であって、
前記ダミーパターンは網目状をなすことを特徴とする固体撮像素子。
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