JP2006216655A - Charge transfer element and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、電荷転送素子及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、固体撮像素子などとして好適な単層構造の電荷転送電極を有する電荷転送素子及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a charge transfer device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a charge transfer device having a charge transfer electrode having a single layer structure suitable as a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same.
エリアセンサなどに用いられるCCD(Charge Coupled Device;電荷結合素子)などの固体撮像素子は、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、駆動回路によって駆動される。 A solid-state imaging device such as a CCD (Charge Coupled Device) used for an area sensor or the like has a charge transfer electrode for transferring a signal charge from a photoelectric conversion unit. A plurality of charge transfer electrodes are arranged adjacent to each other on a charge transfer path formed on the semiconductor substrate, and are driven by a drive circuit.
従来、CCDなどの電荷転送電極としては、主として、隣接する転送電極同士が端部で上下に重なる二層構造を有するものが用いられている。二層構造の電荷転送電極は、電荷転送路に生じるポテンシャルポケットを小さくすることが容易である反面、重なり部分で転送電極部の高さが高くなり、光電変換部へ入射する光が一部さえぎられること、あるいは転送電極の上部が平坦ではないため、転送電極部を遮光膜で十分に被覆することが難しく、スミア特性が良くないことなどの問題点がある。また、その作製には、電極材料層を形成する工程や、電極材料層をパターニングする工程や、熱酸化法によって電極の表面に絶縁膜を形成する工程などを2回ずつ繰り返す必要があり、製造工程が煩雑になり、製造コストが高くなるという問題点もある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a charge transfer electrode such as a CCD, an electrode having a two-layer structure in which adjacent transfer electrodes overlap each other at the end is used. The charge transfer electrode with a two-layer structure makes it easy to reduce the potential pocket that occurs in the charge transfer path, but the transfer electrode part height increases at the overlapping part, and part of the light incident on the photoelectric conversion part is blocked. Or because the upper portion of the transfer electrode is not flat, it is difficult to sufficiently cover the transfer electrode portion with a light-shielding film, and smear characteristics are not good. In addition, for the production, it is necessary to repeat the process of forming the electrode material layer, the process of patterning the electrode material layer, the process of forming the insulating film on the surface of the electrode by a thermal oxidation method, etc. twice. There is also a problem that the process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
一方、隣接する転送電極が上下に重なることなく、狭い間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に配された電極間絶縁膜によって転送電極間が絶縁されている、単層構造の電荷転送電極も提案されている。単層構造の電荷転送電極は、転送電極部の高さが低く、光電変換部へ入射する光がさえぎられることが少ないこと、および転送電極上部の平坦性が良く、転送電極部を遮光膜で被覆することが容易になるため、スミア特性が良くなることなどの特徴がある。また、その作製には、電極材料層の形成や電極パターンの形成などの各工程を1回行えばよく、製造工程も少なくてよい。また、隣接電極間の重なり部分がないことから、転送電極間の容量が小さく、高速転送に適している。 On the other hand, there is also a single-layer charge transfer electrode in which adjacent transfer electrodes are opposed to each other across a narrow gap without overlapping vertically, and the transfer electrodes are insulated by an interelectrode insulating film disposed in the gap. Proposed. The charge transfer electrode with a single-layer structure has a low transfer electrode part, so that the light incident on the photoelectric conversion part is less likely to be blocked, and the transfer electrode part is flat. Since it becomes easy to coat, the smear characteristic is improved. Further, for the production, each process such as formation of an electrode material layer and formation of an electrode pattern may be performed once, and the number of manufacturing processes may be reduced. Further, since there is no overlapping portion between adjacent electrodes, the capacitance between the transfer electrodes is small and suitable for high-speed transfer.
単層構造の電荷転送電極は、上記の特徴を有するものの、隣接する転送電極間の間隙が十分小さくないと、間隙部の電荷転送路にポテンシャルポケットが生じ、ここに信号電荷が滞留して、転送不良が発生する。ポテンシャルポケットの発生を防止するには、転送電極間の間隙を0.2〜0.3μm以下に加工する必要があり、従来はこのような単層構造の電荷転送電極の作製は困難であった。 Although the charge transfer electrode having a single layer structure has the above-mentioned characteristics, if the gap between adjacent transfer electrodes is not sufficiently small, a potential pocket is generated in the charge transfer path in the gap, and signal charges are retained therein, A transfer failure occurs. In order to prevent the generation of potential pockets, it is necessary to process the gap between the transfer electrodes to 0.2 to 0.3 μm or less, and it has been difficult to produce such a single-layer charge transfer electrode in the past. .
しかし、最近の微細加工技術の進歩によって、単層構造の電荷転送電極の作製が可能になっている。例えば、特開平5−315588号公報には、サイドウオールの形成による溝幅の縮小を利用したリソグラフィとエッチングによって電極材料層をパターニングし、形成された転送電極間の間隙にCVD法(化学気相成長法)によって酸化シリコンなどの絶縁材料を埋め込む方法が提案されている。 However, recent advances in microfabrication technology have made it possible to produce charge transfer electrodes having a single layer structure. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 5-315588, an electrode material layer is patterned by lithography and etching utilizing the reduction of the groove width by forming a sidewall, and a CVD method (chemical vapor phase) is formed in the gap between the formed transfer electrodes. A method of embedding an insulating material such as silicon oxide by a growth method has been proposed.
一方、転送電極の材料としては、従来、リンをドープした多結晶シリコンなど、シート抵抗値が数十Ωのシリコン系導電材料が用いられてきた。しかし、近年、固体撮像素子においては撮像画素数の増加が進み、これにともない信号電荷を高速に転送すること、すなわち、転送電極を高い周波数のパルスで駆動することが必要になり、転送電極の低抵抗化が求められている。電極の低抵抗化の方法として、シリコン系導電材料の単独膜に代えて、シリコン系導電材料膜の上に、シート抵抗値が数Ωの金属膜やそのシリサイド膜を積層した複合膜を用いることが提案されている。 On the other hand, as a material for the transfer electrode, conventionally, a silicon-based conductive material having a sheet resistance value of several tens of Ω such as polycrystalline silicon doped with phosphorus has been used. However, in recent years, the number of imaging pixels has increased in solid-state imaging devices, and accordingly, it has become necessary to transfer signal charges at high speed, that is, to drive the transfer electrodes with high-frequency pulses. Low resistance is required. As a method for reducing the resistance of the electrode, a composite film in which a metal film having a sheet resistance value of several Ω or a silicide film thereof is laminated on a silicon-based conductive material film instead of a single film of a silicon-based conductive material is used. Has been proposed.
単層構造の電荷転送電極は、間隙部に別途電極間絶縁膜が形成されているため、二層構造の電荷転送電極と異なり、電極間の絶縁膜を形成するために電極を熱酸化する必要がない。このため、電極材料がシリコン系導電材料に限定されず、金属膜や金属シリサイド膜を用いることが容易であり、電極の低抵抗化に適している。 The charge transfer electrode with a single layer structure has a separate interelectrode insulating film formed in the gap. Therefore, unlike the charge transfer electrode with a two layer structure, the electrode needs to be thermally oxidized to form an insulating film between the electrodes. There is no. For this reason, the electrode material is not limited to the silicon-based conductive material, and it is easy to use a metal film or a metal silicide film, which is suitable for reducing the resistance of the electrode.
しかしながら、単層構造の電荷転送電極を多結晶シリコン膜とタングステンなどの金属膜との複合膜によって形成した場合、高温減圧CVD法などによって、電極間の間隙部に酸化シリコンを埋め込む際に、間隙の側壁を形成しているタングステンなどの金属電極が酸化され、酸化による電極の体積膨張によって間隙の形成が破綻する現象があることが見出された。 However, when the charge transfer electrode having a single layer structure is formed of a composite film of a polycrystalline silicon film and a metal film such as tungsten, a gap is formed when silicon oxide is embedded in the gap between the electrodes by a high temperature low pressure CVD method or the like. It has been found that a metal electrode such as tungsten forming the side wall of the metal is oxidized, and the formation of the gap is broken due to the volume expansion of the electrode due to the oxidation.
この問題を解決するために、後述の特許文献1には、間隙を形成する領域近傍の電極材料層の下部に台状パターンを形成しておき、台状パターンの上部に盛り上がって形成された電極材料層のうち、上部の金属層を平坦化処理によって選択的に除去することによって、間隙に金属層が露出しないようにした電荷転送電極を有する固体撮像装置が提案されている。
In order to solve this problem, in
金属電極層の酸化の問題は上記のようにして回避できるとしても、電極材料層をパターニングし、形成された転送電極間の間隙に絶縁材料を埋め込んで電極間絶縁膜を形成する方法では、転送電極間の間隔が例えば0.1μm以下に微小化すると、間隙に隙間なく絶縁材料を埋め込むことが極めて困難になる。間隙に残存する隙間(エアギャップ)は、転送電極の耐電圧性能劣化の原因となる。 Even if the problem of oxidation of the metal electrode layer can be avoided as described above, the method of patterning the electrode material layer and embedding an insulating material in the gap between the formed transfer electrodes to form an interelectrode insulating film is a transfer method. When the distance between the electrodes is reduced to, for example, 0.1 μm or less, it becomes extremely difficult to embed an insulating material without a gap in the gap. The gap (air gap) remaining in the gap causes deterioration of the withstand voltage performance of the transfer electrode.
また、電極材料層をパターニングし、転送電極間に間隙を形成する従来の製造方法では、電荷転送路の形成に際し、間隙部以外の半導体基板の電荷転送路形成領域にセルフアラインでイオン注入を行えるようにすることは、不可能である。 Further, in the conventional manufacturing method in which the electrode material layer is patterned and the gap is formed between the transfer electrodes, when the charge transfer path is formed, the ion transfer can be performed in a self-aligned manner in the charge transfer path forming region of the semiconductor substrate other than the gap portion. It is impossible to do so.
そこで、後述の特許文献2には、間隙への埋め込みによらず、0.1μm以下の電極間絶縁膜を形成することが可能な固体撮像素子の製造方法が提案されている。この製造方法では、まず、基板上にダミーパターンを形成し、その側面に絶縁材料からなる厚さ0.1μm以下の側壁を形成した後、ダミーパターンを除去し、側壁のみを残すことにより、電極間絶縁膜となる絶縁膜をあらかじめ基板上に形成する。次に、基板上の全面に電極材料層を形成し、この電極材料層を平坦化処理した後、パターニングして、転送電極を形成する。
Therefore,
この方法によれば、絶縁膜を電極材料層に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後は電極材料層をパターニングするだけで転送電極を形成することができる。また、ダミーパターンに形成する側壁の厚さによって転送電極間の間隔が自動的に決められるので、0.1μm以下の間隙を容易に形成することができる。さらに、絶縁膜が形成され、電極材料層がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、間隙以外の電荷転送路形成領域にセルフアラインでイオン注入を行うことができる。 According to this method, when the insulating film is embedded in the electrode material layer, the basic structure of the transfer electrode in which the electrode material is partitioned by the insulating film is automatically formed, and after that, the electrode material layer is simply patterned. A transfer electrode can be formed. Further, since the interval between the transfer electrodes is automatically determined by the thickness of the side wall formed in the dummy pattern, a gap of 0.1 μm or less can be easily formed. Further, by performing ion implantation at a stage where an insulating film is formed and an electrode material layer is not yet formed, ion implantation can be performed in a charge transfer path formation region other than the gap by self-alignment.
図17〜図20は、本発明の課題を示すための説明図である。図17は、単層構造の電荷転送電極をもつCCD(電荷結合素子)固体撮像素子の撮像部の画素構造をモデル的に示す平面図(1)と断面図(2)である。但し、断面図(2)は、平面図(1)にB−B線で示した位置における断面図である。また、図18〜図20は、その作製工程を示す平面図(1)と断面図(2)および(3)とである。なお、断面図(2)および(3)は、図17(1)にB−B線およびC−C線で示した位置における断面図である。 17-20 is explanatory drawing for showing the subject of this invention. FIGS. 17A and 17B are a plan view (1) and a cross-sectional view (2) schematically showing a pixel structure of an image pickup unit of a CCD (charge coupled device) solid-state image pickup device having a charge transfer electrode having a single layer structure. However, the cross-sectional view (2) is a cross-sectional view at the position indicated by the line BB in the plan view (1). 18 to 20 are a plan view (1) and sectional views (2) and (3) showing the manufacturing process. Cross-sectional views (2) and (3) are cross-sectional views at the positions indicated by the BB line and the CC line in FIG. 17 (1).
CCD固体撮像素子の撮像部では、図17(1)に示した光電変換部103が複数個、水平および垂直方向にマトリックス状に配置されており、各光電変換部103を中心として単位セル(単位画素)が構成されている。各光電変換部103の周囲の転送電極部104には、信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部107を構成する単層構造の転送電極105が形成され、転送電極105の間には電極間絶縁膜106が形成されている。
In the imaging unit of the CCD solid-state imaging device, a plurality of
図17(2)に示すように、撮像部の単位画素では、シリコン基板101の表面にゲート絶縁膜102が形成され、その下部のシリコン基板101中には、図17(2)の中央部にpn接合(埋め込み型フォトダイオード)からなる光電変換部103が形成され、光電変換部103の左側部に、読み出しゲート部112を挟んで、垂直転送部107の電荷転送路であるn型領域108が形成されている。
As shown in FIG. 17 (2), in the unit pixel of the imaging unit, a gate
電荷転送路のn型領域108の上には、ゲート絶縁膜102に接して転送電極105が形成され、転送電極105の側面および上面には転送電極105と遮光膜111との間を絶縁する転送電極−遮光膜間絶縁膜である絶縁膜109および絶縁膜(キャップ膜)110が形成され、それを被覆するように、転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜111が形成されている。
A
受光時には、光電変換部103に蓄積された信号電荷(電子)は、転送電極105に印加される読み出し電圧によって、読み出しゲート部112を介して垂直転送部107の電荷転送路108へ引き出され、この後、垂直転送部107を垂直方向に転送され、さらに図示省略した水平転送部を水平方向に転送された後、図示省略した増幅器によって出力信号に変換される。
At the time of light reception, signal charges (electrons) accumulated in the
近年、CCDに代表される固体撮像素子は、画素数の増大と装置の小型化が著しく進展し、それにともなって単位画素の光電変換部103の面積が縮小されている。絶縁膜109の厚さを減らすと、その分だけ受光領域の面積を増やすことができる。そこで、固体撮像素子の小型化の流れの中で受光領域の面積を確保するために、絶縁膜109を薄膜化することが重要な課題になり、例えば0.1μm以下程度に薄膜化することが求められている。前述した特許文献2には、0.1μm以下の厚さの転送電極の作製方法は記載されているものの、絶縁膜109の作製に関しては記載されていない。
2. Description of the Related Art In recent years, solid-state imaging devices typified by CCDs have significantly increased the number of pixels and the size of devices, and the area of the
そこで、仮にシリコン基板101の上に図18(a)に示す状態が形成されており、これを加工して、単層構造の転送電極105と絶縁膜109を形成する課題を考えるものとする。図18(a)に示す状態では、シリコン基板101の表面にゲート絶縁膜102が形成され、ゲート絶縁膜102の上に、垂直転送部107には、窒化シリコンからなる電極間絶縁膜106が形成され、光電変換部103には、光電変換部103をマスクし、後に絶縁膜109に加工される窒化シリコン膜121が形成されている。
Thus, the state shown in FIG. 18A is formed on the
上記の加工を行う1つの方法では、まず、図18(b)に示すように、シリコン基板101上の全面に電極材料層を形成し、この表面をCMP法(化学的機械研磨法)などによって平坦化して、転送電極105を形成する。この際、窒化シリコン膜121は光電変換部103をマスクするマスク層として機能する。
In one method of performing the above processing, first, as shown in FIG. 18B, an electrode material layer is formed on the entire surface of the
次に、図18(c)に示すように、シリコン基板101上の全面に絶縁材料層122を形成する。この後、図19(d)に示すように、リソグラフィとエッチングによって窒化シリコン膜121および絶縁材料層122をパターニングして、それぞれ転送電極の側部および上部を被覆する電極−遮光膜間絶縁膜109および絶縁膜(キャップ膜)110を形成する。
Next, as shown in FIG. 18C, an insulating
次に、図19(e)に示すように、遮光膜111をパターニングして形成する。 Next, as shown in FIG. 19E, the light shielding film 111 is formed by patterning.
上記の工程では、電極−遮光膜間絶縁膜109の形成において、図18(a)の窒化シリコン膜121を形成する際に一方の主側面が形成され、図19(d)に示したパターニング工程で他方の主側面が形成され、リソグラフィとエッチングによるパターニング工程が2回行われる。これは煩雑であるばかりでなく、2回のリソグラフィ工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差によって、電極−遮光膜間絶縁膜109の厚さがばらつき、光電変換部3の受光領域の面積がばらつく原因になる。さらに誤差が大きい場合には、転送電極105と遮光膜111とが接触し、転送電極間が遮光膜111を介して短絡されるショート不良が生じる懸念もある。
In the above process, in forming the insulating
上記の加工を行う他の方法では、図18(b)に示した工程で転送電極105を形成した後、図20に示すように、窒化シリコン膜121を全て除去し、この後あらためて転送電極105を被覆する絶縁膜109を成膜する。この場合には、絶縁膜109の厚さは良好に制御できるが、窒化シリコン膜121を除去して光電変換部103を開口する際に、転送電極105が光電変換部103に対して露出するので、電極105を構成する金属材料が光電変換部103上に飛散し、白点不良の原因となる可能性がある。
In another method for performing the above-described processing, after the
また、上記のいずれの加工方法においても、電荷転送路108を位置決めする工程と、絶縁膜109(の光電変換部3側の主側面)を位置決めする工程とが別工程で行われるため、両者の位置ずれによって光電変換部3の受光領域の面積がばらつく原因になる。
Further, in any of the above processing methods, the step of positioning the
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば固体撮像素子の撮像部を構成した場合に、作製時のパターニング工程における位置合わせ誤差が光電変換部の受光領域の面積のばらつきにつながらない電荷転送素子及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is, for example, when an image pickup unit of a solid-state image pickup device is configured, and an alignment error in a patterning process at the time of fabrication is received by a photoelectric conversion unit. An object of the present invention is to provide a charge transfer device that does not lead to variations in the area of the region and a method for manufacturing the same.
即ち、本発明は、半導体基体の電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して複数の電荷転送電極が配置され、隣接する電荷転送電極が間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に第1絶縁膜が配された電荷転送電極部を有する電荷転送素子において、
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間 に配された第2絶縁膜が、前記第1絶縁膜と一体に連設されている
ことを特徴とする、電荷転送素子に係わり、また、前記電荷転送素子の製造方法であって、
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第1絶縁膜及び前記 第2絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜によって 囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に、前記第2絶縁膜を被覆するように、遮光膜材料層を形成 する工程と、
前記遮光膜材料層をパターニングして前記遮光膜を形成する工程と
を有する、電荷転送素子の製造方法に係わるものである。
That is, according to the present invention, a plurality of charge transfer electrodes are arranged on a charge transfer path of a semiconductor substrate via a gate insulating film, adjacent charge transfer electrodes are opposed to each other with a gap therebetween, and the first insulating film is formed in the gap. In the charge transfer element having the arranged charge transfer electrode portion,
A second insulating film disposed between a light-shielding film that shields the charge transfer electrode portion from incident light and a side surface of the charge transfer electrode is integrally connected to the first insulating film. A charge transfer element, and a method of manufacturing the charge transfer element,
Forming an insulating material layer on the semiconductor substrate in contact with the gate insulating film;
Patterning the insulating material layer with a common mask to form the first insulating film and the second insulating film;
Forming an electrode material layer on the entire surface of the semiconductor substrate;
Removing unnecessary portions of the electrode material layer, and forming the charge transfer electrode in the charge transfer electrode portion surrounded by the first insulating film and the second insulating film;
Forming a light shielding film material layer on the entire surface of the semiconductor substrate so as to cover the second insulating film;
And a step of patterning the light shielding film material layer to form the light shielding film.
本発明の電荷転送素子は、半導体基体の電荷転送路上にゲート絶縁膜を介して複数の電荷転送電極が配置され、隣接する電荷転送電極が間隙を挟んで互いに対向し、この間隙に第1絶縁膜が配された電荷転送電極部を有する電荷転送素子であって、
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間 に配された第2絶縁膜が、前記第1絶縁膜と一体に連設されている
ため、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、前記第1絶縁膜が配された前記電荷転送電極部と、前記第2絶縁膜ひいては前記遮光膜との相対位置が正確に確定している。
In the charge transfer device according to the present invention, a plurality of charge transfer electrodes are arranged on a charge transfer path of a semiconductor substrate via a gate insulating film, adjacent charge transfer electrodes face each other with a gap therebetween, and a first insulation is formed in this gap. A charge transfer element having a charge transfer electrode portion on which a film is disposed,
Since the second insulating film disposed between the light-shielding film that shields the charge transfer electrode portion from incident light and the side surface of the charge transfer electrode is integrally connected to the first insulating film. The relative position between the charge transfer electrode portion on which the first insulating film is disposed and the second insulating film, and thus the light shielding film, is accurately determined regardless of the alignment error such as the mask in the patterning process at the time. Yes.
このため、例えば、前記第2絶縁膜によって位置が規定され、前記遮光膜に被覆されない領域に光電変換部の受光領域を形成すれば、前記受光領域の受光面積が、作製時のパターニング工程における位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像装置を形成することができる。また、前記位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、前記第2絶縁膜によって位置規定される領域を前記受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化に有効である。また、前記電荷転送電極部と前記光電変換部との相対位置が確定しているので、例えば前記第2絶縁膜に基づくセルフアラインなどの方法で、前記光電変換部に対して正しい相対位置に電荷読み出し部などを形成できるので、読み出し電圧のばらつきが小さくなる。 For this reason, for example, if the light receiving area of the photoelectric conversion unit is formed in an area that is defined by the second insulating film and is not covered by the light shielding film, the light receiving area of the light receiving area is the position in the patterning process at the time of manufacturing. A solid-state imaging device that does not vary due to the effect of alignment errors can be formed. In addition, since it is not necessary to take a margin for the alignment error, the area defined by the second insulating film can be used to the maximum extent as the light receiving area, and the sensitivity and size of the solid-state imaging device can be increased. It is effective for. Further, since the relative position between the charge transfer electrode portion and the photoelectric conversion portion is fixed, the charge is placed at the correct relative position with respect to the photoelectric conversion portion by a method such as self-alignment based on the second insulating film. Since a reading portion or the like can be formed, variation in reading voltage is reduced.
上記の例は、光電変換素子と組み合わせて、前記電荷転送素子を固体撮像装置の垂直CCDとして応用する例であるが、光電変換素子以外の電荷出力型の機能素子と組み合わせた装置であっても、これらの機能素子と前記電荷転送電極部との高い相対位置精度が、装置の小型化や高精度化、ひいては製造歩留まりの向上による低コスト化に有効であることは同様である。また、固体撮像装置の水平CCDなどの単なる転送レジスタとして応用しても装置の小型化に有効である。 The above example is an example in which the charge transfer element is applied as a vertical CCD of a solid-state imaging device in combination with a photoelectric conversion element, but even in a device combined with a charge output type functional element other than the photoelectric conversion element. Similarly, the high relative positional accuracy between these functional elements and the charge transfer electrode portion is effective in reducing the size and accuracy of the device, and thus in reducing the cost by improving the manufacturing yield. Further, even if it is applied as a simple transfer register such as a horizontal CCD of a solid-state image pickup device, it is effective for downsizing the device.
本発明の電荷転送素子の製造方法によれば、
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第1絶縁膜及び前記 第2絶縁膜を形成する工程と
を有するので、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜との相対位置が前記マスクの作製精度内で確定する、前記電荷転送素子を作製することができる。また、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜によって 囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と
を有するので、前記第1絶縁膜を前記電極材料層に埋め込んだ段階で、電極材料間が前記第1絶縁膜で仕切られた前記電荷転送電極の基本構造が自動的に形成され、後は化学的機械研磨法などで不要部を除去するだけで前記電荷転送電極が完成する。しかも、前記電荷転送電極間の間隔を、前記第1絶縁膜の幅(厚さ)によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の電荷転送電極を容易に作製することができる。
According to the method for manufacturing a charge transfer device of the present invention,
Forming an insulating material layer on the semiconductor substrate in contact with the gate insulating film;
Patterning the insulating material layer with a common mask to form the first insulating film and the second insulating film, so that the relative position between the first insulating film and the second insulating film is The charge transfer element can be manufactured that is determined within the mask manufacturing accuracy. Also,
Forming an electrode material layer on the entire surface of the semiconductor substrate;
Removing the unnecessary portion of the electrode material layer, and forming the charge transfer electrode in the charge transfer electrode portion surrounded by the first insulating film and the second insulating film. At the stage of embedding a film in the electrode material layer, the basic structure of the charge transfer electrode in which the electrode material is partitioned by the first insulating film is automatically formed. The charge transfer electrode is completed simply by removing the. In addition, since the interval between the charge transfer electrodes can be automatically determined by the width (thickness) of the first insulating film, a charge transfer electrode having a so-called single layer structure can be easily manufactured.
本発明の電荷転送素子及びその製造方法において、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜が、それぞれ、前記間隙の位置及び前記電荷転送電極部と光電変換部との境界の位置において、前記ゲート絶縁膜に接して前記半導体基体から起立するように形成され、前記電荷転送電極が、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜によって囲まれた前記電荷転送電極部に配された電極材料からなり、固体撮像素子の一部を構成しているのがよい。 In the charge transfer device and the method for manufacturing the same according to the present invention, the first insulating film and the second insulating film are respectively formed at the gap position and the boundary position between the charge transfer electrode portion and the photoelectric conversion portion. The charge transfer electrode is formed of an electrode material disposed on the charge transfer electrode portion surrounded by the first insulating film and the second insulating film. A part of the solid-state imaging device may be configured.
また、前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とが同一材料で形成されているのがよい。また、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜が、酸化シリコン及び/又は窒化シリコンからなるのがよい。 The first insulating film and the second insulating film are preferably formed of the same material. The first insulating film and the second insulating film may be made of silicon oxide and / or silicon nitride.
また、前記電荷転送電極の上面も前記遮光膜と絶縁されているのがよい。 The upper surface of the charge transfer electrode may be insulated from the light shielding film.
また、前記電荷転送電極が金属層からなるのがよい。前記電荷転送電極を低抵抗の金属層によって構成することで前記電荷転送電極を高い周波数のパルスで駆動することができ、電荷転送を高速で行うことができる。 The charge transfer electrode may be made of a metal layer. By configuring the charge transfer electrode with a low-resistance metal layer, the charge transfer electrode can be driven with a high-frequency pulse, and charge transfer can be performed at high speed.
本発明の電荷転送素子の製造方法において、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜の各上部を、同一パターニング工程で位置決めして形成するのがよい。 In the method for manufacturing a charge transfer device of the present invention, it is preferable that the upper portions of the first insulating film and the second insulating film are positioned and formed in the same patterning step.
この際、前記各上部をマスクにして前記絶縁材料層をエッチングして前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜を形成した後、前記第2絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第1絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成するのがよい。 At this time, the first insulating film and the second insulating film are formed by etching the insulating material layer using the respective upper portions as a mask, and then the mask layer is in contact with the second insulating film and covers the photoelectric conversion portion. It is preferable to form the charge transfer electrode by forming the electrode material layer in a state of providing and flattening the electrode material layer to the position of the first insulating film.
或いは、前記第1絶縁膜の上部をマスクにしたエッチングによって前記第1絶縁膜を形成した後、前記第2絶縁膜に接して光電変換部を被覆する前記絶縁材料層に、前記第2絶縁膜に接して光電変換部を被覆するマスク層を積層して設けた状態で、前記電極材料層を形成し、この電極材料層を前記第1絶縁膜の位置まで平坦化することによって、前記電荷転送電極を形成し、更に、前記第2絶縁膜の前記上部をマスクにしたエッチングによって前記第2絶縁膜を形成するのがよい。 Alternatively, after the first insulating film is formed by etching using the upper portion of the first insulating film as a mask, the second insulating film is formed on the insulating material layer that is in contact with the second insulating film and covers the photoelectric conversion portion. The charge transfer is performed by forming the electrode material layer in a state in which a mask layer that covers the photoelectric conversion portion is provided in contact with the electrode layer and planarizing the electrode material layer to the position of the first insulating film. An electrode is formed, and the second insulating film is preferably formed by etching using the upper portion of the second insulating film as a mask.
また、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜のうち前記各上部下の絶縁層と同一材質の絶縁層によって前記ゲート絶縁膜の全面を被覆するのがよい。 Further, it is preferable that the entire surface of the gate insulating film is covered with an insulating layer made of the same material as the insulating layer under each upper portion of the first insulating film and the second insulating film.
また、前記マスク層を除去して、前記光電変換部に光入射する構造を形成するのがよい。 The mask layer may be removed to form a structure that allows light to enter the photoelectric conversion portion.
次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に具体的かつ詳細に説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the drawings.
実施の形態1
実施の形態1では、本発明の電荷転送素子の例として単層構造の電荷転送電極を備えたCCD固体撮像素子およびその製造方法について図1〜7を用いて説明する。ここで説明する製造方法は、主として、請求項7〜9に記載されている製造方法に対応する。
In
図1と図2は、実施の形態1に基づくCCD固体撮像素子の撮像部の構造を示す説明図である。図2は、撮像部の要部を示す上面図であり、図1は、単位画素を拡大して示す平面図(a)と、平面図(a)にA−X−Aの折れ線で示した位置におけ断面図(b)とである。なお、図2と図1(a)では、わかりやすくするため、転送電極5〜8の上面より上部にある部材、例えば遮光膜20などは、図示を省略している。
1 and 2 are explanatory views showing the structure of the imaging unit of the CCD solid-state imaging device based on the first embodiment. FIG. 2 is a top view showing the main part of the imaging unit. FIG. 1 is a plan view (a) showing an enlarged unit pixel and a broken line A-X-A in the plan view (a). It is sectional drawing (b) in a position. In FIG. 2 and FIG. 1A, illustration of the members above the upper surfaces of the
図2に示すように、撮像部では、複数の光電変換部3が水平および垂直方向にマトリックス状に配置されており、各光電変換部3を中心として単位セル(単位画素)が構成されている。各光電変換部3の周囲の転送電極部4には、信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送部13を構成する単層構造の転送電極5〜8が形成されている。
As shown in FIG. 2, in the imaging unit, a plurality of
図2は、転送電極5〜8が、電極間の配線と一体化し、水平方向に配置された複数の単位画素間に延伸された形状を有する例を示している。また、転送電極に印加されるクロック信号には、2相クロック信号や4相クロック信号などがあるが、図2は、転送電極が転送電極5〜転送電極8の4種の電極を1組として構成され、これらが4相クロック信号によって駆動される例を示している。
FIG. 2 shows an example in which the
図1(a)と図2に示すように、転送電極5と転送電極6との間、およびこれらと光電変換部3との間には、前記第1絶縁膜である電極間絶縁膜11と、前記第2絶縁膜である電極−遮光膜間絶縁膜12とを一体で形成した、本発明の特徴である一体化絶縁膜9が形成されている。同様に、転送電極7と転送電極8との間、およびこれらと光電変換部3との間にも、一体化絶縁膜9が形成されている。他方、転送電極6と転送電極7との間、および転送電極8と転送電極5との間には通常の電極間絶縁膜10が形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 2, between the
図1(b)に示すように、CCD固体撮像素子の単位画素では、シリコン基板1の上面にゲート絶縁膜2が形成され、その下部のシリコン基板1の中には、図1(b)の中央部に示すpn接合(埋め込み型フォトダイオード)からなる光電変換部3が形成されている。光電変換部3の左側には、読み出しゲート部21を挟んで、垂直転送部13の電荷転送路であるn+型領域14が形成されている。また、光電変換部3の右側には、右隣の列の光電変換部の電荷転送路であるn+型領域14が形成され、光電変換部3と電荷転送路14との間は、チャネルストッパ22によって絶縁分離されている。
As shown in FIG. 1B, in the unit pixel of the CCD solid-state imaging device, the
図1および図2に示した撮像部では、受光時に光電変換部3に蓄積された信号電荷(電子)は、転送電極5または転送電極7に印加される読み出し電圧によって、読み出しゲート部21を介して垂直転送部13の電荷転送路14へ引き出され、この後、転送電極5〜転送電極8に印加される4相クロック信号によって垂直転送部13を垂直方向に転送され、さらに図示省略した水平転送部を水平方向に転送された後、図示省略した増幅器によって出力信号に変換される。
In the imaging unit shown in FIGS. 1 and 2, signal charges (electrons) accumulated in the
電荷転送路のn型領域14の上部には、ゲート絶縁膜2に接して、転送電極5〜8(但し、図1(b)には転送電極8は図示されていない。)が、電極層15と16とによって形成されている。電極層15および16は、より高い電気伝導性を実現するためには、例えばタングステンなどの金属のシリサイド膜と金属膜とを積層するのが望ましい。
On the upper part of the n-
しかし、この場合、タングステン原料として六フッ化タングステンWF6を用いてCVD法(化学気相成長法)によって成膜する際、成膜工程中に生じたフッ素原子などによってゲート絶縁膜2が攻撃されるおそれがある。従って、ゲート絶縁膜2の劣化防止を優先させる場合には、まず保護膜として多結晶シリコン膜を形成し、次にタングステンなどの金属膜を積層し、その後、アニール処理によって多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成するのが好ましい。しかしながら、アニール処理により積層膜を形成するのではなく、多結晶シリコン上にシリコンと金属の混合物を直接成膜しても本発明の電荷転送素子の構造にはなんら影響を与えない。
However, in this case, when the film is formed by CVD (chemical vapor deposition) using tungsten hexafluoride WF 6 as a tungsten raw material, the
また、電極材料層は、上記のものに特に限定されるものではなく、例えば、多結晶シリコン膜の代わりに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムおよび酸化ルテニウムなどからなる膜を用いることができる。また、必ずしも多結晶シリコン膜と金属膜の両方を埋め込む必要はなく、どちらか一方のみを埋め込んだ場合であっても、本発明の効果に何ら影響は生じない。また、金属材料としては、タングステンまたはアルミニウムが好ましいが、これらに限定されるものではなく、他の金属材料を用いても本発明の効果に何ら影響は生じない。 The electrode material layer is not particularly limited to the above, and for example, a film made of titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is used instead of the polycrystalline silicon film. Can do. Moreover, it is not always necessary to embed both the polycrystalline silicon film and the metal film, and even if only one of them is embedded, the effect of the present invention is not affected at all. The metal material is preferably tungsten or aluminum, but is not limited thereto, and the use of other metal materials does not affect the effects of the present invention.
電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12は、同一材料で形成されており、例えば、いずれも窒化シリコンからなる絶縁膜17と、酸化シリコンからなる絶縁膜18との積層膜によって形成されているのがよい。同一材料で形成することは、電極間絶縁膜11と電極−遮光膜間絶縁膜12とを一体化絶縁膜9とするための必須要件である。
窒化シリコンと酸化シリコンとを積層して用いる理由は、エッチング特性の異なる材料による積層膜とするためである。また、窒化シリコン膜17単独で形成すると電極間の容量が大きくなりすぎるのを、酸化シリコン膜18を併用することで抑えることができる利点もある。
The interelectrode
The reason why silicon nitride and silicon oxide are stacked is used to form a stacked film made of materials having different etching characteristics. Further, when the
上記のように電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12を、エッチング特性の異なる材料からなる複数の層の積層膜とすると、上部層のエッチングの際に下部層をエッチングストッパ層として用いたり、下部層のエッチングの際に上部層をマスクとして用いたりすることができる。
As described above, when the inter-electrode insulating
転送電極5〜8の上面は、絶縁膜(キャップ膜)19によって被覆され、電極層16が金属層である場合には、絶縁膜(キャップ膜)19は拡散防止膜も兼ねる。絶縁膜(キャップ膜)19の材料としては、窒化シリコンや炭化シリコンなどがよい。これは、窒化シリコンや炭化シリコンは金属の拡散を防止する性能が高く、かつ、金属との密着性も比較的高いからである。
The upper surfaces of the
転送電極5〜8の側面および上面には、電極−遮光膜間絶縁膜12または絶縁膜(キャップ膜)19を間に挟んで、光電変換部3の上方の領域を開口しつつ、転送電極部4を入射光から遮蔽する遮光膜20が形成されている。遮光膜20の材料としては、光を反射するものがよく、より望ましくは、薄くでき、光を通さず、融点が高く、高温でも拡散せず、加工性のある金属、具体的には、タングステン、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
On the side surfaces and top surfaces of the
光電変換部3の上方のゲート絶縁膜2と遮光膜20との上部には、平坦化膜23を介して、各単位画素に対応した画素カラーフィルタ24や画素マイクロレンズ25などが設けられている。
A
図3〜6は、実施の形態1に基づくCCD固体撮像素子の作製工程において、一体化絶縁膜9(電極間絶縁膜11と電極−遮光膜間絶縁膜12)および電極間絶縁膜10を有する転送電極部4を作製する工程のフローを示す断面図、および必要に応じて補足的に示す上面図である。なお、断面図は、図1(b)の断面図と同じく、A−X−Aの折れ線で示した位置における断面図である。また、シリコン基板1の内部構造は、図示を省略している(以下、同様。)。
3 to 6 have an integrated insulating film 9 (interelectrode insulating
初めに、図3(a)〜(c)に示す工程によって、絶縁膜17と絶縁膜18とからなる電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12を、共通のマスクを用いたリソグラフィ工程も含めて、同一工程で形成する。絶縁膜18は、絶縁膜17を加工するためのハードマスクとして用いる。先述した理由から、絶縁膜17および絶縁膜18の材料としては、それぞれ、窒化シリコンと酸化シリコンを用いるのが好ましい。
First, by using the steps shown in FIGS. 3A to 3C, the interelectrode insulating
まず、図3(a)に示すように、シリコン基板1の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2を形成する。次に、CVD法(化学気相成長法)によって、後の工程で電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12に加工される窒化シリコン膜51および酸化シリコン膜52をゲート絶縁膜2の上に積層して形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィとエッチングによって酸化シリコン膜52をパターニングし、絶縁膜10〜12の一部をなす絶縁膜18を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, the silicon oxide film 52 is patterned by photolithography and etching to form the insulating
次に、図3(c)に示すように、絶縁膜18をハードマスクとして用いたエッチングによって窒化シリコン膜51をパターニングし、絶縁膜10〜12の一部をなす絶縁膜17を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, the
以上のようにすると、比較的薄い絶縁膜18を正確に位置決めして形成しておけば、厚さの大きい絶縁膜17は絶縁膜18に習って正確な位置に形成されるため、フォトレジストをマスクとして絶縁膜17を直接パターニングするより、パターンくずれなしにパターニングすることができる。
As described above, if the relatively thin
続いて、図4(d)に示すように、シリコン基板1の上部全面にマスク層53を形成する。マスク層53は、電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12が形成されたシリコン基板1の上面を一時的に被覆し、光電変換部3などの損傷や汚染を防止するためのものである。マスク層53を形成する材料としては、ゲート絶縁膜2および絶縁膜18を構成する材料とは異なる材料を用いる。特に、これらの材料とエッチング特性の異なる材料を用いるのがよい。
Subsequently, as shown in FIG. 4D, a
より具体的には、ゲート絶縁膜2および絶縁膜18が酸化シリコンである場合、マスク層53を形成する材料としては、構成成分を選別したり、添加物を加えたりして、酸化シリコンと異なるエッチング特性をもたせたSOG(Spin-0n Glass)や、酸化シリコンとエッチング特性の異なる材料からなる塗布材料などを用いるがよい。塗布によれば、シリコン基板1の表面に形成されている絶縁膜10〜12を埋め込み、簡易に表面を平坦化することができる。但し、マスク層53の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えばCVD法やスパッタリング法などによって形成しても何ら問題はない。
More specifically, when the
なお、マスク層53は、形成後、表面の段差低減のための平坦化が必要であるならば、CMP法やエッチバック法などによる平坦化処理を行う。平坦化することにより、後の工程でのリソグラフィによるパターンニングが容易となり、パターンニング精度が向上する。
Note that, after the formation of the
この後、図4(e)〜図5(i)に示す工程によって、転送電極部4に転送電極5〜8を形成する。
Thereafter,
まず、図4(e)に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部3を被覆するフォトレジスト54を形成する。そして、フォトレジスト54をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部4のマスク層53を選択的に除去して、転送電極部4のゲート絶縁膜2を露出させる。この際、フォトレジスト54の側面は、絶縁膜18の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜18の側面からはみ出さなければよい。
First, as shown in FIG. 4E, a
次に、図4(f)に示すように、アッシングによってフォトレジスト54を除去する。
Next, as shown in FIG. 4F, the
次に、図5(g)および(h)に示すように、シリコン基板1の上部全面に導電性材料からなる電極材料層55および56を形成し、転送電極部4に埋め込む。この際、スパッタリング法やCVD法で各層を形成するのが好ましい。
Next, as shown in FIGS. 5G and 5H, electrode material layers 55 and 56 made of a conductive material are formed on the entire upper surface of the
電極材料層55および56としては、より高い電気伝導性を実現するために、例えばタングステンなどの金属シリサイド膜55と金属膜56とを積層するのが望ましい。しかし、この場合、タングステン原料として六フッ化タングステンWF6を用いてCVD法によって成膜するので、成膜工程中に生じたフッ素原子などのフッ素系反応活性種によってゲート絶縁膜2が攻撃されるおそれがある。
As the electrode material layers 55 and 56, in order to realize higher electrical conductivity, it is desirable to laminate a
従って、ゲート絶縁膜2の劣化防止を優先させる場合には、まず保護膜として多結晶シリコン膜55を形成し、次にタングステンなどの金属膜56を積層し、その後、アニール処理によって多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成するのが好ましい。
Accordingly, when priority is given to preventing deterioration of the
但し、電極材料層は、特に限定されるものではなく、例えば、多結晶シリコン膜55の代わりに、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウムおよび酸化ルテニウムなどからなる膜を用いることができる。また、必ずしも多結晶シリコン膜と金属膜の両方を埋め込む必要はなく、どちらか一方のみを埋め込んだ場合であっても、本発明の効果に何ら影響は生じない。また、金属材料としては、タングステンまたはアルミニウムが好ましいが、これらに限定されるものではなく、他の導電性材料を用いても本発明の効果に何ら影響は生じない。
However, the electrode material layer is not particularly limited. For example, instead of the
なお、光電変換部3のマスク層53の上にも電極材料層55および56が形成されるが、これらの電極材料層55および56は次のCMP法などによる平坦化工程によって除去されるので、これらの導電性材料が後の熱工程によってシリコン基板1の上に拡散し、白点欠陥を発生させることはない。
Note that electrode material layers 55 and 56 are also formed on the
次に、図5(i)に示すように、電極材料層55および56の不要な部分をCMP法によって除去し、単層構造の転送電極5〜8を得る。
Next, as shown in FIG. 5I, unnecessary portions of the electrode material layers 55 and 56 are removed by CMP to obtain
上記の工程によれば、電極間絶縁膜10および11を電極材料層55および56に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はCMP法などで不要部を除去するだけで転送電極5〜8が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜10および11の幅(厚さ)によって自動的に決めることができる。さらに、絶縁膜10〜12が形成され、電極材料層55がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、電極間絶縁膜10および11の下部以外の、電荷転送路14を形成する領域に、セルフアラインでイオン注入を行うことができる。この際、必要であれば、電極間絶縁膜10および11あるいは電極−遮光膜間絶縁膜12に一時的なサイドウオールを形成し、イオン注入領域を制限することもできる。
According to the above process, at the stage where the interelectrode insulating
続いて、図5(j)〜図6(o)に示す工程によって、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)19を形成し、マスク層53を除去して光電変換部3に光が入射する構造にもどし、転送電極部4に遮光膜20を形成する。
5J to FIG. 6O, an insulating film (cap film) 19 is formed on the
まず、図5(j)に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁材料層57を形成する。
First, as shown in FIG. 5J, an insulating
次に、図5(k)に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極4を被覆するフォトレジスト58を形成する。この際、フォトレジスト58の側面は、絶縁膜18の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜18の側面から光電変換部3側にはみ出さないようにする。そして、図6(l)に示すように、フォトレジスト58をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層57を選択的に除去して、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)19を形成する。絶縁膜(キャップ膜)19は、転送電極5〜8上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層15および16に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。
Next, as shown in FIG. 5K, a
次に、図6(m)に示すように、フォトレジスト58または絶縁膜18をマスクにして、好ましくはドライエッチング法により光電変換部3のマスク層53を除去する。このとき、先に形成した絶縁膜18をハードマスクとして用いることにより、電極−遮光膜間絶縁膜12の幅(厚さ)を当初と同じに保つことができる。
Next, as shown in FIG. 6M, the
また、このとき、転送電極5〜8を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部3を開口する際に電極材料が光電変換部3に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
At this time, since the electrode material constituting the
次に、図6(n)に示すように、アッシングによってフォトレジスト58を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部3を構成する不純物拡散層を形成する。
Next, as shown in FIG. 6 (n), the
次に、図6(o)に示すように、シリコン基板1上の全面に、転送電極部4に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層をタングステンなどで形成し、これをパターニングして遮光膜20を形成する。この際、光電変換部3のゲート絶縁膜2を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜20を形成してもよい。遮光膜20の材料としては、前述した理由から、タングステンの他に、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
Next, as shown in FIG. 6 (o), a light shielding film material layer for preventing incident light from entering the transfer electrode portion 4 is formed on the entire surface of the
この後、平坦化膜23や画素カラーフィルタ24や画素マイクロレンズ25などの形成を公知の方法で行い、CCD固体撮像素子の作製を終了する。
Thereafter, the planarization film 23, the
図7は、実施の形態1の変形例に基づくCCD固体撮像素子の作製工程フローの一部を示す断面図である。なお、断面図は、図1(b)の断面図と同じA−X−A線の位置における断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a part of a manufacturing process flow of a CCD solid-state imaging device based on a modification of the first embodiment. In addition, sectional drawing is sectional drawing in the position of the same AXA line as sectional drawing of FIG.1 (b).
上記の工程では、例えばSOGなどからなるマスク層53と、ゲート絶縁膜2(SiO2)との間に十分なエッチング選択比がない場合、図4(e)および図6(m)に示した工程において、マスク層53のエッチング中にゲート絶縁膜2も一部エッチングされ、ゲート絶縁膜2が損傷を受けるおそれがある。この変形例は、そのようなゲート絶縁膜2の損傷を防ぐためのものである。
In the above process, when there is no sufficient etching selection ratio between the
本変形例では、図3(c)に示した窒化シリコン膜51のエッチング工程において、図7(p)に示すように、窒化シリコン膜51を完全にエッチングせず、ゲート絶縁膜2の保護膜として働き得る程度の厚さ分を絶縁膜59として残しておく。
In this modification, in the etching process of the
次に、図7(q)および図7(r)に示すように、図4(d)および図4(e)に示したのと同様のマスク層53の形成とその選択的除去を行う。図4(e)に示す状態では、マスク層53のエッチングの最終段階において、ゲート絶縁膜2が露出し、エッチングされて損傷を受ける。それに対し、図7(r)に示す状態では、ゲート絶縁膜2が絶縁膜59によって被覆されているため、ゲート絶縁膜2が損傷を受けることがない。
Next, as shown in FIGS. 7 (q) and 7 (r), formation and selective removal of the
この後は、図7(r)に示すように絶縁膜59を選択的に除去して、図4(f)以降の工程を上述したと同様に行う。この変形例によれば、工程数が1工程増加するものの、ゲート絶縁膜2の損傷を防止することができる。ここでは転送電極部の加工について述べたが、光電変換部の加工についても同様に行う。
Thereafter, as shown in FIG. 7R, the insulating
以上に述べたように、本実施の形態に基づく固体撮像素子によれば、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、電極間絶縁膜10および11が配された電荷転送電極部4と、電極−遮光膜間絶縁膜12によって囲まれた光電変換部3との相対位置および形状が正確に形成される。このため、受光領域の面積が、位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像素子を形成することができる。また、位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、電極−遮光膜間絶縁膜12によって囲まれた領域を受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化、および低コスト化に有効である。また、電荷転送電極部4と光電変換部3との相対位置が確定しているので、例えば、電極間絶縁膜10、11および電極−遮光膜間絶縁膜12に基づき、垂直転送部7や光電変換部3に対してセルフアラインでイオン注入を行うことができる。
As described above, according to the solid-state imaging device based on the present embodiment, the charge transfer electrode in which the interelectrode insulating
本実施の形態に基づく固体撮像素子の製造方法によれば、初めに、共通のマスクによるパターニングによって、電極間絶縁膜10および11と電極−遮光膜間絶縁膜12の上部である絶縁膜18を形成し、後の加工は絶縁膜18をハードマスクとして行うので、電極間絶縁膜10および11と電極−遮光膜間絶縁膜12とを共通のマスクの作製精度の範囲内で正確な相対位置に形成することができる。
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device based on the present embodiment, first, the insulating
また、電極間絶縁膜10および11を電極材料層55および56に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はCMP法などで不要部を除去するだけで転送電極5〜8が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜10および11の幅(厚さ)によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の転送電極を容易に作製することができる。
In addition, when the interelectrode insulating
また、マスク層53を除去して光電変換部3を開口する際、転送電極5〜8は電極−遮光膜間絶縁膜12などによって被覆され、転送電極5〜8を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部3を開口する際に電極材料が光電変換部3に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
When the
実施の形態2
実施の形態2では、実施の形態1で説明したと同様の構造をもつCCD固体撮像素子を、主として、請求項7、8および10に記載されている製造方法に対応する製造方法によって作製する例について説明する。本実施の形態が実施の形態1と異なる主要な点は、初めに一体化絶縁膜9および電極間絶縁膜10を作り上げてしまうのではなく、電極間絶縁膜10および11と、電極−遮蔽膜間絶縁膜12とを別々に完成させる点である。このような場合でも、初めに共通のマスクを用いた同一工程でハードマスクを形成しておき、後工程ではこのハードマスクに基づいてこれらの絶縁膜10〜12を形成することにより、後工程でマスクの位置合わせ誤差などが入り込む余地を無くすることができる。その他には本質的な違いはないので、重複を避け、相違点に重点をおいて説明する。
In the second embodiment, an example in which a CCD solid-state imaging device having the same structure as described in the first embodiment is manufactured mainly by a manufacturing method corresponding to the manufacturing method described in
初めに、図8(a)に示すように、シリコン基板1の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2を形成する。次に、CVD法によって、後の工程で電極間絶縁膜10、11および電極−遮蔽膜間絶縁膜12とに加工される窒化シリコン膜61、酸化シリコン膜62および窒化シリコン膜63をゲート絶縁膜2の上に積層して形成する。
First, as shown in FIG. 8A, the
窒化シリコン膜63は、酸化シリコン膜62を加工する際のハードマスクを形成するためのものである。窒化シリコン膜61は、酸化シリコン膜62をエッチング加工する際のゲート絶縁膜2の保護膜として用いるもので、保護膜として働き得る程度の厚さ分を、できるだけ薄く形成するのがよい。窒化シリコン膜61をエッチング除去する際にも、窒化シリコン膜63から形成したハードマスクをマスクとして用いるので、窒化シリコン膜63の厚さは、窒化シリコン膜61の厚さより十分厚く形成しておく。
The silicon nitride film 63 is for forming a hard mask when the
次に、図8(b)に示すように、共通のマスクを用いた同一フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって窒化シリコン膜63をパターニングし、電極間絶縁膜10および11と電極−遮蔽膜間絶縁膜12との一部になる絶縁膜33を形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, the silicon nitride film 63 is patterned by the same photolithography process and etching process using a common mask, and the interelectrode insulating
続いて、図8(c)に示すように、シリコン基板1の上部全面にCVD法によって酸化シリコン膜64を形成して絶縁膜33を埋め込んだ後、図9(d)に示すように、CMP法による平坦化処理によって絶縁膜33の上面を露出させる。この工程は、実施の形態1において図4(d)に示した工程に対応し、酸化シリコン膜62および64が、実施の形態1におけるマスク層53に相当する。
Subsequently, as shown in FIG. 8C, after a
この後、図9(e)〜図11(k)に示す工程によって転送電極5〜8を形成する。
Thereafter,
まず、図9(e)に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部3を被覆するフォトレジスト65を形成する。この際、フォトレジスト65の側面は、絶縁膜33の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜33の側面からはみ出さなければよい。そして、フォトレジスト65をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部4の酸化シリコン膜62および64を選択的に除去して、電極間絶縁膜10および11の一部となる絶縁膜32を形成する。その後、アッシングによってフォトレジスト65を除去する。
First, as shown in FIG. 9E, a
さらに、図10(f)に示すように、絶縁膜33をマスクとするドライエッチングを行い、窒化シリコン膜61を選択的に除去して、電極間絶縁膜10および11の一部となる絶縁膜31を形成して、電極間絶縁膜10および11を完成し、転送電極部4のゲート絶縁膜2を露出させる。この際、絶縁膜33の上面が露出している場合には、絶縁膜33も少しエッチングされるが、絶縁膜33の厚さが窒化シリコン膜61の厚さより十分大きいので、問題はない。
Further, as shown in FIG. 10F, dry etching is performed using the insulating
次に、図10(g)および(h)に示すように、シリコン基板1の上部全面に導電性材料からなる電極材料層55および56を形成し、転送電極部4に埋め込む。
Next, as shown in FIGS. 10 (g) and 10 (h), electrode material layers 55 and 56 made of a conductive material are formed on the entire upper surface of the
電極材料層55および56としては、先述したように、より高い電気伝導性を実現するためには、タングステンなどの金属のシリサイド膜55と金属膜56とを積層する。ゲート絶縁膜2の劣化防止を優先させる場合には、多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成する。
As described above, the electrode material layers 55 and 56 are formed by laminating a
次に、図11(i)に示すように、電極材料層55および56の不要な部分をCMP法によって除去し、電極層15および16からなる単層構造の転送電極5〜8を得る。
Next, as shown in FIG. 11 (i), unnecessary portions of the electrode material layers 55 and 56 are removed by CMP to obtain
上記の工程によれば、電極間絶縁膜10および11を電極材料層55および56に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はCMP法などで不要部を除去するだけ転送電極5〜8が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜10および11の幅(厚さ)によって自動的に決めることができる。さらに、電極間絶縁膜10および11が形成され、電極材料層55がまだ形成されていない段階でイオン注入を行うことにより、電極間絶縁膜10および11の下部以外の、電荷転送路14を形成する領域に、セルフアラインでイオン注入を行うことができる。この際、必要であれば、電極間絶縁膜10および11に一時的なサイドウオールを形成し、イオン注入領域を制限することもできる。
According to the above process, at the stage where the interelectrode insulating
続いて、図11(j)〜図12(o)に示す工程によって、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)19を形成した後、電極−遮蔽膜間絶縁膜12を完成し、光電変換部3に光が入射する構造にもどし、転送電極部4に遮光膜20を形成する。
Subsequently, after an insulating film (cap film) 19 is formed on the
まず、図11(j)に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁材料層57を形成する。
First, as shown in FIG. 11J, an insulating
次に、図11(k)に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極4を被覆するフォトレジスト66を形成する。この際、フォトレジスト66の側面は、絶縁膜33の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜33の側面から光電変換部3側にはみ出さないようにする。
Next, as shown in FIG. 11K, a photoresist 66 that covers the transfer electrode 4 is formed by photolithography. At this time, the side surface of the photoresist 66 does not need to be exactly coincident with the side surface of the insulating
次に、図12(l)に示すように、フォトレジスト66をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層57を選択的に除去して、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)19を形成する。絶縁膜(キャップ膜)19は、転送電極5〜8上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層15および16に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。さらに、好ましくはドライエッチング法によるエッチングを継続して、酸化シリコン膜64を除去した後、酸化シリコン膜62を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜12の一部となる絶縁膜32を形成する。
Next, as shown in FIG. 12L, etching is performed using the photoresist 66 as a mask, the insulating
次に、図12(m)に示すように、フォトレジスト66または絶縁膜33をマスクとするドライエッチングを行い、光電変換部3の窒化シリコン膜61を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜12の一部となる絶縁膜31を形成して、電極−遮光膜間絶縁膜12を完成し、光電変換部3のゲート絶縁膜2を露出させる。このとき、先に形成した絶縁膜33をハードマスクとして用いることにより、電極−遮光膜間絶縁膜12を当初設定された位置に所定の幅(厚さ)で形成することができる。この際、絶縁膜33も少しエッチングされるが、絶縁膜33の厚さが窒化シリコン膜61の厚さより十分大きいので、問題はない。
Next, as shown in FIG. 12 (m), dry etching using the photoresist 66 or the insulating
また、このとき転送電極5〜8を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部3を開口する際に電極材料が光電変換部3に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
Moreover, since the electrode material which comprises the transfer electrodes 5-8 is not exposed at this time, when opening the
次に、図12(n)に示すように、アッシングによってフォトレジスト66を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部3を構成する不純物拡散層を形成する。
Next, as shown in FIG. 12 (n), the photoresist 66 is removed by ashing. Thereafter, a photoresist is formed by patterning by photolithography to form a portion that does not require ion implantation, and ion implantation is performed using the photoresist as a mask to form an impurity diffusion layer that constitutes the
次に、図12(o)に示すように、シリコン基板1上の全面に、転送電極部4に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層を形成し、これをパターニングして遮光膜20を形成する。この際、光電変換部3のゲート絶縁膜2を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜20を形成してもよい。遮光膜20の材料としては、前述した理由から、タングステン、アルミニウム、タンタル、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
Next, as shown in FIG. 12 (o), a light shielding film material layer for preventing incident light from entering the transfer electrode portion 4 is formed on the entire surface of the
この後、平坦化膜23や画素カラーフィルタ24や画素マイクロレンズ25などの形成を公知の方法で行い、CCD固体撮像素子の作製を終了する。
Thereafter, the planarization film 23, the
図13は、実施の形態2の変形例に基づくCCD固体撮像素子の作製工程の一工程を示す断面図である。この工程では、図11(i)に示したCMP法で平坦化する代わりに、エッチバックによって電極材料層55および56の不要な部分を除去し、電極層15および16からなる単層構造の転送電極5〜8を得る。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing one step of a manufacturing process of a CCD solid-state imaging device based on a modification of the second embodiment. In this step, unnecessary portions of the electrode material layers 55 and 56 are removed by etching back instead of flattening by the CMP method shown in FIG. 11 (i), and transfer of a single layer structure composed of the electrode layers 15 and 16 is performed. Electrodes 5-8 are obtained.
この方法では、転送電極部4以外に堆積した電極材料層55および56を完全に除くためには、図13に示すように、転送電極部4に凹部ができるまでエッチバックを行う必要がある。このため、図11(j)と同様に酸化シリコンなどからなる絶縁材料層57を形成すると、転送電極部4の上の絶縁材料層57に凹部ができる。この凹部をそのままにしておくと、後工程でフォトレジスト66のパターンニングを行うときにフォーカスが合わず、正確にパターンニングできないおそれがある。これを回避するためには、絶縁材料層57の表面をCMP法で平坦化する。この後は、図11(k)以降の工程を上述したと同様に行う。
In this method, in order to completely remove the electrode material layers 55 and 56 other than the transfer electrode portion 4, it is necessary to etch back until the transfer electrode portion 4 has a recess as shown in FIG. For this reason, when the insulating
以上に述べたように、本実施の形態においても実施の形態1と本質的に異なることはないので、実施の形態1で述べた作用効果が存することは言うまでもない。 As described above, the present embodiment is not essentially different from the first embodiment, and needless to say, the operational effects described in the first embodiment exist.
すなわち、本実施の形態に基づく固体撮像素子によれば、作製時のパターニング工程におけるマスクなどの位置合わせ誤差に関係なく、電極間絶縁膜10および11が配された電荷転送電極部4と、電極−遮光膜間絶縁膜12によって囲まれた光電変換部3との相対位置および形状が正確に形成される。このため、受光領域の受光面積が、位置合わせ誤差の影響でばらつくことのない固体撮像素子を形成することができる。また、位置合わせ誤差に対するマージンをとる必要がないので、電極−遮光膜間絶縁膜12によって囲まれた領域を受光領域として最大限に利用することができ、固体撮像装置の高感度化や小型化、および低コスト化に有効である。また、電荷転送電極部4と光電変換部3との相対位置が確定しているので、例えば電極−遮光膜間絶縁膜12に基づくセルフアラインなどの方法で、光電変換部3に対して正しい相対位置に電荷読み出し部21などを形成できるので、読み出し電圧のばらつきが小さくなる。
That is, according to the solid-state imaging device according to the present embodiment, the charge transfer electrode portion 4 in which the interelectrode insulating
本実施の形態に基づく固体撮像素子の製造方法によれば、初めに、共通のマスクによるパターニングによって、電極間絶縁膜10および11と電極−遮光膜間絶縁膜12の上部である絶縁膜18を形成し、後の加工は絶縁膜18をハードマスクとして行うので、電極間絶縁膜10および11と電極−遮光膜間絶縁膜12とを共通のマスクの作製精度の範囲内で正確な相対位置に形成することができる。
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device based on the present embodiment, first, the insulating
また、電極間絶縁膜10および11を電極材料層55および56に埋め込んだ段階で、電極材料間が絶縁膜で仕切られた転送電極の基本構造が自動的に形成され、後はCMP法などで不要部を除去するだけで転送電極5〜8が完成する。しかも、転送電極間の間隔を、電極間絶縁膜10および11の幅(厚さ)によって自動的に決めることができるので、いわゆる単層構造の転送電極を容易に作製することができる。
In addition, when the interelectrode insulating
また、マスク層53を除去して光電変換部3を開口する際、転送電極5〜8は電極−遮光膜間絶縁膜12などによって被覆され、転送電極5〜8を構成する電極材料は一切露出しないため、光電変換部3を開口する際に電極材料が光電変換部3に飛散することを避けることができ、導電性材料の飛散に起因による白点欠陥の発生を避けることができる。
When the
実施の形態3
実施の形態3では、実施の形態1で説明したと同様の構造をもつCCD固体撮像素子を、実施の形態2で説明したと同様の製造方法によって作製するが、絶縁膜を窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の2層構造にして構造と工程を簡略化する例について説明する。実施の形態2と本質的な違いはないので、要点のみを説明する。
In the third embodiment, a CCD solid-state imaging device having the same structure as described in the first embodiment is manufactured by the same manufacturing method as described in the second embodiment, but the insulating film is oxidized with the silicon nitride film. An example in which the structure and process are simplified by using a two-layer structure of a silicon film will be described. Since there is no essential difference from the second embodiment, only the main points will be described.
初めに、図14(a)に示すように、シリコン基板1の表面に熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜2を形成する。次に、CVD法によって、後の工程で電極間絶縁膜10および11と、電極−遮蔽膜間絶縁膜12とに加工される窒化シリコン膜71と酸化シリコン膜72とをゲート絶縁膜2の上に積層して形成する。酸化シリコン膜72は、窒化シリコン膜71を加工する際のハードマスクを形成するためのものである。
First, as shown in FIG. 14A, a
次に、図14(b)に示すように、共通のマスクを用いた同一フォトリソグラフィ工程とエッチング工程によって酸化シリコン膜72をパターニングし、電極間絶縁膜10および11と、電極−遮蔽膜間絶縁膜12の一部になる絶縁膜42を形成する。
Next, as shown in FIG. 14B, the silicon oxide film 72 is patterned by the same photolithography process and etching process using a common mask, so that the interelectrode insulating
続いて、図14(c)に示すように、シリコン基板1の上部全面にCVD法によって窒化シリコン膜73を形成して絶縁膜42を埋め込んだ後、CMP法による平坦化処理によって絶縁膜42の上面を露出させる。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, after a
この後、図14(d)〜図15(h)に示す工程によって転送電極5〜8を形成する。
Thereafter,
まず、図14(d)に示すように、フォトリソグラフィによって光電変換部3を被覆するフォトレジスト74を形成する。この際、フォトレジスト74の側面は、絶縁膜42の側面と厳密に一致させる必要はなく、絶縁膜42の側面からはみ出さなければよい。そして、フォトレジスト74をマスクとするドライエッチングを行い、転送電極部4の窒化シリコン膜73を除去し、窒化シリコン膜71を選択的に除去して、電極間絶縁膜10および11の一部となる絶縁膜41を形成して、電極間絶縁膜10および11を完成し、転送電極部4のゲート絶縁膜2を露出させる。その後、図14(e)に示すように、アッシングによってフォトレジスト74を除去する。
First, as shown in FIG. 14D, a photoresist 74 covering the
さらに、図15(f)および(g)に示すように、シリコン基板1の上部全面に導電性材料からなる電極材料層55および56を形成し、転送電極部4に埋め込む。
Further, as shown in FIGS. 15 (f) and 15 (g), electrode material layers 55 and 56 made of a conductive material are formed on the entire upper surface of the
電極材料層55および56としては、先述したように、より高い電気伝導性を実現するためには、タングステンなどの金属のシリサイド膜55と金属膜56とを積層する。ゲート絶縁膜2の劣化防止を優先させる場合には、多結晶シリコン膜と金属シリサイド膜と金属膜とが積層された複合膜を形成する。
As described above, the electrode material layers 55 and 56 are formed by laminating a
次に、図15(h)に示すように、電極材料層55および56の不要な部分をCMP法によって除去し、電極層15および16からなる単層構造の転送電極5〜8を得る。
Next, as shown in FIG. 15 (h), unnecessary portions of the electrode material layers 55 and 56 are removed by CMP to obtain
続いて、図15(i)〜図16(m)に示す工程によって、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)19を形成した後、電極−遮蔽膜間絶縁膜12を完成し、光電変換部3に光が入射する構造にもどし、転送電極部4に遮光膜20を形成する。
Subsequently, after an insulating film (cap film) 19 is formed on the
まず、図15(i)に示すように、窒化シリコンなどからなる絶縁材料層75を形成する。 First, as shown in FIG. 15I, an insulating material layer 75 made of silicon nitride or the like is formed.
次に、図16(j)に示すように、フォトリソグラフィによって転送電極4を被覆するフォトレジスト76を形成する。この際、フォトレジスト76の側面は、絶縁膜42の側面と厳密に一致させる必要はないが、絶縁膜42の側面から光電変換部3側にはみ出さないようにする。
Next, as shown in FIG. 16J, a
次に、図16(k)に示すように、フォトレジスト76をマスクとするエッチングを行い、絶縁材料層75を選択的に除去して、転送電極5〜8の上に絶縁膜(キャップ膜)43を形成する。絶縁膜(キャップ膜)43は、転送電極5〜8上面における電極−遮光膜間絶縁膜であるとともに、電極層15および16に金属層が含まれる場合には、メタル拡散防止膜として機能する。さらに、好ましくはドライエッチング法によるエッチングを継続して、窒化シリコン膜73を除去した後、酸化シリコン膜71を選択的に除去して、電極−遮光膜間絶縁膜12の一部となる絶縁膜41を形成して、電極−遮光膜間絶縁膜12を完成し、光電変換部3のゲート絶縁膜2を露出させる。
Next, as shown in FIG. 16 (k), etching is performed using the
次に、図16(l)に示すように、アッシングによってフォトレジスト76を除去する。この後、フォトリソグラフィでパターニングしてイオン注入不要部分を被覆するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとしてイオン注入を行い、光電変換部3を構成する不純物拡散層を形成する。
Next, as shown in FIG. 16L, the
次に、図16(m)に示すように、シリコン基板1上の全面に、転送電極部4に入射光が入射するのを阻止する遮光膜材料層を形成し、これをパターニングして遮光膜20を形成する。この際、光電変換部3のゲート絶縁膜2を保護する保護層を形成しておいて、遮光膜20を形成してもよい。遮光膜20の材料としては、先述したように、タングステン、アルミニウム、タリウム、チタン、イリジウム、ルテニウム、およびモリブデンなどがよい。
Next, as shown in FIG. 16 (m), a light shielding film material layer for preventing incident light from entering the transfer electrode portion 4 is formed on the entire surface of the
この後、平坦化膜23や画素カラーフィルタ24や画素マイクロレンズ25などの形成を公知の方法で行い、CCD固体撮像素子の作製を終了する。
Thereafter, the planarization film 23, the
以上に述べたように、本実施の形態は実施の形態2と本質的に異なることはないので、実施の形態2で述べた作用効果が存することは言うまでもない。 As described above, the present embodiment is not essentially different from the second embodiment, and needless to say, the effects described in the second embodiment exist.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these examples at all, and can be suitably changed in the range which does not deviate from the main point of invention.
本発明の電荷転送素子及びその製造方法は、エリアセンサなどのCCD固体撮像素子などに応用され、これらの画素数の増加や、小型化、高精度化および低コスト化などに寄与する。 The charge transfer device and the manufacturing method thereof according to the present invention are applied to a CCD solid-state imaging device such as an area sensor, and contribute to an increase in the number of pixels, miniaturization, high accuracy, and low cost.
1…シリコン基板、2…ゲート絶縁膜、3…光電変換部、4…転送電極部、
5〜8転送電極、9…一体化絶縁膜、10、11…電極間絶縁膜、
12…電極−遮光膜間絶縁膜、13…垂直転送部、
14…垂直転送部の電荷転送路(n+型領域)、15、16…電極層、
17、18…絶縁膜、19…絶縁膜(キャップ膜)、20…遮光膜、
21…読み出しゲート部、22…チャネルストッパ、23…平坦化膜、
24…画素カラーフィルタ、25…画素マイクロレンズ、31〜33…絶縁膜、
41、42…絶縁膜、43…絶縁膜(キャップ膜)、51…窒化シリコン膜、
52…酸化シリコン膜、53…マスク層、54、58…フォトレジスト、
55、56…電極材料層、57…絶縁材料層、59、60…絶縁膜、
61…窒化シリコン膜、62…酸化シリコン膜、63…窒化シリコン膜、
64…酸化シリコン膜、65、66…フォトレジスト、71…窒化シリコン膜、
72…酸化シリコン膜、73…窒化シリコン膜、74、76…フォトレジスト、
75…絶縁材料層、101…シリコン基板、102…ゲート絶縁膜、
103…光電変換部、104…転送電極部、105…転送電極、106…電極間絶縁膜、
107…垂直転送部、108…垂直転送部の電荷転送路(n型領域)、
109…電極−遮光膜間絶縁膜、110…絶縁膜(キャップ膜)、111…遮光膜、
112…読み出しゲート部、113…チャネルストッパ、114…平坦化膜、
115…画素カラーフィルタ、116…画素マイクロレンズ、121…窒化シリコン膜、
122…絶縁材料層
DESCRIPTION OF
5-8 transfer electrodes, 9 ... integral insulating film, 10, 11 ... interelectrode insulating film,
12 ... Insulating film between electrode and light shielding film, 13 ... Vertical transfer part,
14: Charge transfer path (n + -type region) of vertical transfer unit, 15, 16 ... Electrode layer,
17, 18 ... insulating film, 19 ... insulating film (cap film), 20 ... light shielding film,
21 ... Read gate part, 22 ... Channel stopper, 23 ... Planarization film,
24 ... Pixel color filter, 25 ... Pixel microlens, 31-33 ... Insulating film,
41, 42 ... insulating film, 43 ... insulating film (cap film), 51 ... silicon nitride film,
52 ... Silicon oxide film, 53 ... Mask layer, 54, 58 ... Photoresist,
55, 56 ... electrode material layer, 57 ... insulating material layer, 59, 60 ... insulating film,
61 ... Silicon nitride film, 62 ... Silicon oxide film, 63 ... Silicon nitride film,
64 ... Silicon oxide film, 65, 66 ... Photoresist, 71 ... Silicon nitride film,
72 ... Silicon oxide film, 73 ... Silicon nitride film, 74, 76 ... Photoresist,
75 ... Insulating material layer, 101 ... Silicon substrate, 102 ... Gate insulating film,
DESCRIPTION OF
107: vertical transfer unit, 108: charge transfer path (n-type region) of the vertical transfer unit,
109 ... Insulating film between electrode and light shielding film, 110 ... Insulating film (cap film), 111 ... Light shielding film,
112: Read gate portion, 113: Channel stopper, 114 ... Planarization film,
115 ... Pixel color filter, 116 ... Pixel microlens, 121 ... Silicon nitride film,
122. Insulating material layer
Claims (14)
前記電荷転送電極部を入射光から遮蔽する遮光膜と、前記電荷転送電極の側面との間 に配された第2絶縁膜が、前記第1絶縁膜と一体に連設されている
ことを特徴とする、電荷転送素子。 A charge transfer electrode in which a plurality of charge transfer electrodes are arranged on a charge transfer path of a semiconductor substrate via a gate insulating film, adjacent charge transfer electrodes face each other across a gap, and a first insulating film is arranged in the gap In the charge transfer device having a portion,
A second insulating film disposed between a light-shielding film that shields the charge transfer electrode portion from incident light and a side surface of the charge transfer electrode is integrally connected to the first insulating film. A charge transfer element.
前記半導体基体上に前記ゲート絶縁膜に接して絶縁材料層を形成する工程と、
前記絶縁材料層を共通のマスクによってパターニングして、前記第1絶縁膜及び前記 第2絶縁膜を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に電極材料層を形成する工程と、
前記電極材料層の不要部分を除去して、前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜によって 囲まれた前記電荷転送電極部に前記電荷転送電極を形成する工程と、
前記半導体基体上の全面に、前記第2絶縁膜を被覆するように、遮光膜材料層を形成 する工程と、
前記遮光膜材料層をパターニングして前記遮光膜を形成する工程と
を有する、電荷転送素子の製造方法。 A method of manufacturing a charge transfer device according to claim 1,
Forming an insulating material layer on the semiconductor substrate in contact with the gate insulating film;
Patterning the insulating material layer with a common mask to form the first insulating film and the second insulating film;
Forming an electrode material layer on the entire surface of the semiconductor substrate;
Removing unnecessary portions of the electrode material layer, and forming the charge transfer electrode in the charge transfer electrode portion surrounded by the first insulating film and the second insulating film;
Forming a light shielding film material layer on the entire surface of the semiconductor substrate so as to cover the second insulating film;
Forming the light-shielding film by patterning the light-shielding film material layer.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010140922A (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Sony Corp | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor |
WO2012032712A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | パナソニック株式会社 | Solid state imaging device and method of producing same |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158256A (en) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Sony Corp | Solid-state image pickup device and method of manufacturing the same |
JP2004119796A (en) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid-state imaging device and its manufacturing method |
JP2004200319A (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Imaging device and its manufacturing method |
-
2005
- 2005-02-02 JP JP2005026220A patent/JP2006216655A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003158256A (en) * | 2001-11-22 | 2003-05-30 | Sony Corp | Solid-state image pickup device and method of manufacturing the same |
JP2004119796A (en) * | 2002-09-27 | 2004-04-15 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Solid-state imaging device and its manufacturing method |
JP2004200319A (en) * | 2002-12-17 | 2004-07-15 | Fuji Film Microdevices Co Ltd | Imaging device and its manufacturing method |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010140922A (en) * | 2008-12-09 | 2010-06-24 | Sony Corp | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor |
JP4743265B2 (en) * | 2008-12-09 | 2011-08-10 | ソニー株式会社 | Solid-state imaging device and manufacturing method of solid-state imaging device |
US8247847B2 (en) | 2008-12-09 | 2012-08-21 | Sony Corporation | Solid-state imaging device and manufacturing method therefor |
WO2012032712A1 (en) * | 2010-09-10 | 2012-03-15 | パナソニック株式会社 | Solid state imaging device and method of producing same |
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