JP2006324339A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適な低反射膜を光電変換部に備え、スミアの発生が少なく、耐圧性能が損なわれず、白点欠陥などのエッチングダメージを生じることなく製造できる光電変換装置を提供する。
【解決手段】 ＣＣＤ固体撮像素子において、ゲート絶縁膜２１とは別に、少なくともフォトセンサ部２からゲート絶縁膜２１に接する位置まで、透明絶縁膜２２を形成する。転送電極１９の周辺で透明絶縁膜２２を被覆するように遮光膜２３Ａを形成し、その開口部８において透明絶縁膜２２に接するように低反射膜２４Ａを形成する。更に、遮光膜２３Ａに重なるように遮光膜２４Ｂを形成し、その開口部９において低反射膜２４Ａに接するように低反射膜２４Ｂを積層する。遮光膜２３Ａを最小限の厚さとし、そのエッチングストップ層としての透明絶縁膜２２の膜厚を最小限に抑える。低反射膜２４Ａは、遮光膜２３Ｂのエッチングストップ層として働く最小の厚さとする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像素子などに用いられる光電変換素子に関するものであり、更に詳しくは、光電変換部に設けられた低反射膜、および電荷転送ゲートに設けられた遮光膜の構造に特徴を有する光電変換素子に関するものである。

図２は、本発明が適用されるＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子の構成の一例を示す概略説明図である。図２に示すように、このＣＣＤ固体撮像素子の撮像部１には、光電変換を行う複数のフォトセンサ部２がマトリックス状に配列され、各フォトセンサ部２を中心として単位セル（単位画素）が構成されている。マトリックスをなすフォトセンサ列のそれぞれに対応して、ＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が配置されている。垂直転送レジスタ３の転送方向側端部には、各垂直転送レジスタ３から送り出される信号電荷を水平方向に転送するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ４が配置されており、その転送方向側端部に出力部５が配置されている。また、周辺領域６には、垂直転送レジスタ３および水平転送レジスタ４の転送電極にクロック信号を印加するためのバスラインなどが配置されている。

受光時にフォトセンサ部２に蓄積された信号電荷（電子）は、転送電極に印加される読み出し電圧によって垂直転送レジスタ３へ引き出された後、垂直転送レジスタ３を垂直方向に転送され、次に水平転送レジスタ４を水平方向に転送され、出力部５の増幅器によって出力信号に変換される。

図１０は、単位セルの構造をモデル的に示す断面図である。ただし、図１０では、遮光膜１２４より上部にある部材、例えば画素フィルタなどは図示を省略している。

図１０に示すように、単位セルでは、例えばｎ型であるシリコン基板１１の表面近くの領域に、例えばｐ型であるウエル領域１２が形成されている。図の中央に示すフォトセンサ部２では、ｐ型ウエル領域１２にｎ型不純物拡散層１３が形成され、フォトダイオードが形成されている。ｎ型不純物拡散層１３は光電変換部を構成するとともに、信号電荷の蓄積領域としても機能する。ｎ型不純物拡散層１３の表面側には薄いフォトセンサｐ型層１４が形成され、暗電流を抑制し、低照度時のＳ／Ｎ比を向上させ、また、残像を防止する働きをする。

フォトセンサ部２の左側の垂直転送部７のｐ型ウエル領域１２には、読み出しゲート部１５を挟んで、垂直転送レジスタ３の電荷転送路であるｎ型転送チャネル層１６が形成され、その下部に転送路下ｐ型ウエル領域１７が形成され、左側にｐ型チャネルストップ層１８が形成されている。フォトセンサ部２の右側のｐ型ウエル領域１２には、右隣の列の単位セルの垂直転送部７が形成され、そのｐ型チャネルストップ層１８によってｎ型不純物拡散層１３と電気的に分離されている。

シリコン基板１１の表面には、例えば酸化シリコンなどからなる絶縁膜１２１が形成されている。後述の特許文献１〜３に示されているように、フォトセンサ部２には、絶縁膜１２１に接して高屈折率材料、例えば窒化シリコンなどからなる低反射膜１２２が形成されることがある。低反射膜１２２を設けることにより、ＣＣＤ固体撮像素子の感度や分光特性を向上させることができる。

なお、窒化シリコン膜は、低反射膜１２２として以外に、ゲート絶縁膜の一部として転送電極１９の下に設けられることもある（後述の特許文献２〜４参照。）。いずれの場合でも、窒化シリコン膜を基板１の全面に形成するのではなく、窒化シリコン膜を除去した領域１２３を設けるのがよいとされている。これは、窒化シリコン膜が水素を通しにくいため、全面に形成すると、水素アニール処理によって暗電流を減少させる処理を、効果的に行うことができなくなるためである。

読み出しゲート部１５、ｎ型転送チャネル層１６およびｐ型チャネルストップ層１８の上には、絶縁膜１２１を介して、高ドープされた多結晶シリコンなどからなる転送電極１９が形成されており、この転送電極１９と絶縁膜１２１と転送チャネル層１６とによって垂直転送レジスタ３が構成されている。転送電極１９は、例えば転送電極１９Ａと転送電極１９Ｂとからなる複層構造の転送電極であり、転送電極１９Ａと転送電極１９Ｂとが転送方向に交互に配置され、その境界領域では転送電極１９Ｂが転送電極１９Ａの上に重なるように形成されている。図１０にはその重なった領域の断面が示されている。

転送電極１９Ａおよび１９Ｂの側面および上面には、それぞれ、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂが形成され、これらを被覆するように、垂直転送レジスタ３を入射光から遮蔽する遮光膜１２４が形成されている。図１０に示すように、遮光膜１２４の底部は、フォトセンサ部２の側に突き出して設けられることがある（後述の特許文献４参照。）。これは、フォトセンサ部２に斜めに入射する光が垂直転送レジスタ３に入り込むのを阻止するためである。遮光膜１２４は、タングステンなどの高融点金属やアルミニウムなどを材料として形成される。

図示省略したが、低反射膜１２２や遮光膜１２４の上には、必要に応じて、プラズマＣＶＤ法（化学気相成長法）による窒化シリコン膜などのパッシベーション膜や平坦化膜などが順次形成され、その上にカラーフィルタ層やオンチップマイクロレンズなどが形成される。

特開平１０−２５６５１８号公報(第３−５頁、図３及び４) 特開平１１−１５４７４１号公報(第３及び４頁、図２) 特開２００４−３６３４９３号公報(第５及び６頁、図２) 特開平６−３１０７０１号公報(第２及び３頁、図１)

図１１は、本発明の課題を説明するために、図１０において点線で囲んだ領域の構造を示す断面図である。ただし、シリコン基板１１の内部構造は図示を省略している。シリコン基板１１の表面には、熱酸化法によって酸化シリコンからなる絶縁膜１２１が単層で形成され、窒化シリコンなどの高屈折率材料からなる低反射膜１２２がフォトセンサ部２に形成されている。

図１１（ａ）は絶縁膜１２１の膜厚が厚い場合を示しており、その問題点は次の通りである。

遮光膜１２４がエッチングによってパターニングされている間、低反射膜１２２が除去されている低反射膜除去領域１２３では、絶縁膜１２１がエッチャントの攻撃に曝される。従って、このエッチングによって低反射膜除去領域１２３の絶縁膜１２１およびシリコン基板１１が受けるダメージは、遮光膜１２４が厚くなるほど大きくなる。ダメージを減らすためには、遮光膜１２４を薄くしたいところであるが、遮光膜１２４の厚さが薄すぎると、光が遮光膜１２４を透過してしまい、スミアが増加する。従って、遮光膜１２４の厚さとしては、光が透過しない厚さが少なくとも必要であり、遮光膜１２４をこの最小厚さ以下に薄膜化することは難しい。この結果、絶縁膜１２１の膜厚が薄い場合には、低反射膜除去領域１２３のシリコン基板１１がエッチングダメージを直接受けやすくなり、白点などの欠陥が生しやすい。

また、低反射膜除去領域１２３の絶縁膜１２１は、高屈折率材料からなる低反射膜１２２のパターニングに際しても、エッチャントの攻撃に曝される。このエッチングによって低反射膜除去領域１２３の絶縁膜１２１およびシリコン基板１１が受けるダメージは、低反射膜１２２が厚くなるほど大きくなるから、エッチングダメージを減らすためには、例えば、絶縁膜１２１の厚さが５０ｎｍ、低反射膜１２２の厚さが１０ｎｍというように、
絶縁膜１２１の膜厚に比べて低反射膜１２２の膜厚を薄くしたいところである。

しかし、低反射性を実現できる低反射膜１２２の膜厚は、絶縁膜１２１の膜厚とのバランスで決定され、任意に選択できるわけではない。本発明者が検討したところ、現状では、低反射膜１２２および絶縁膜１２１の膜厚を、低反射性を実現するために最も効果的な膜厚に定めた場合、低反射膜１２２の膜厚に比して絶縁膜１２１の膜厚が薄くなりすぎ、低反射膜除去領域１２３のシリコン基板１１がエッチングダメージを直接受けやすくなり、白点などの欠陥が生しやすくなる。

さらに、絶縁膜１２１は、転送電極１９とシリコン基板１１とを隔てるゲート絶縁膜でもあるから、絶縁膜１２１の膜厚が薄いと、転送電極１９の耐圧が低下する。

一方、図１１（ｂ）は絶縁膜１２１の膜厚が厚い場合の問題点を示している。

上述したように、低反射性を実現できる低反射膜１２２の膜厚は、絶縁膜１２１の膜厚とのバランスで決定される。低反射膜除去領域１２３のシリコン基板１１をエッチングダメージから保護することを優先させ、絶縁膜１２１の膜厚を厚くすると、低反射膜１２２の膜厚と、絶縁膜１２１の膜厚とのバランスがくずれ、十分な低反射性を有する低反射膜１２２を形成できなくなる。

また、ＣＣＤ固体撮像素子で発生するスミアの主因の１つは、遮光膜１２４直下の絶縁膜１２１によって作られる光透過性領域から垂直転送レジスタ３側へ侵入する光である。絶縁膜１２１の膜厚が厚くなると、この光透過性領域から垂直転送レジスタ３側へ光が侵入しやすくなり、スミアが増加する。

以上のように、絶縁膜１２１の膜厚に関して相反する要求があり、すべての要求を満足させることは難しい。ＣＣＤ固体撮像素子の感度を向上させるためには、絶縁膜１２１の膜厚を低反射膜１２２の形成に最も効果的な膜厚にしたいところである。しかし、現状は、シリコン基板１１のエッチングダメージを防止することを優先せざるを得ず、絶縁膜１２１の膜厚として、低反射膜１２２および遮光膜１２４をエッチングする際のダメージに耐えうる、比較的厚い膜厚を採用している。このため、十分な低反射性を有する低反射膜１２２を形成できない場合があり、また、遮光膜１２４下部から侵入する光に起因するスミアを低減することが難しい。

図１２は、光電変換部のシリコン基板１１の表面に、複層の絶縁膜が積層されたＣＣＤ固体撮像素子について、図１１と同じ領域を示す断面図である。

図１２（ｃ）は、絶縁膜１２１の上に酸化シリコン膜１３１が積層されているものの、遮光膜１２４下部の絶縁膜の厚さを増加させないように、いずれの膜厚も薄い場合を示している。この場合には、図１１（ａ）に示した場合と同様に、遮光膜１２４および低反射膜１２２のエッチングに際して、低反射膜除去領域１２３の絶縁膜１２１、１３１およびシリコン基板１１が受けるダメージが大きくなり、白点などの欠陥が生しやすい。また、絶縁膜１２１の膜厚が酸化シリコン膜１３１の膜厚分だけ薄くなるため、転送電極１９の耐圧が低くなる。また、ＣＣＤの構造によっては、酸化シリコン膜１３１の膜厚を薄くすると、遮光膜と転送電極との間の耐圧が低下して問題が生じることがある。

図１２（ｄ）は、絶縁膜１２１の上に積層する酸化シリコン膜１３１の膜厚を厚くした場合である。この場合には、遮光膜１２４をパターニングする際のエッチングダメージからシリコン基板１１を保護することはできるが、低反射膜１２２をパターニングする際のエッチングダメージからシリコン基板１１を保護するには、同時に絶縁膜１２１の膜厚も厚くしておく必要がある。このようにすれば、エッチングダメージからシリコン基板１１を保護することはできるものの、遮光膜１２４の下部に絶縁膜１２１および１３１によって厚く形成された光透過性領域から侵入する光によって、スミア特性が悪化する。

図１２（ｅ）は、窒化シリコンなどの高屈折率材料からなる膜１３２を積層した場合である。この場合には、適切な高屈折率材料を選択することによって、十分な低反射性を有する低反射膜を形成する課題と、遮光膜１２４をパターニングする際のエッチングダメージからシリコン基板１１を保護する課題は解決できるかもしれない、しかし、低反射膜１２２をパターニングする際のエッチングダメージからシリコン基板１１を保護するには、同時に絶縁膜１２１の膜厚も厚くしておく必要があり、結果的には、図１２（ｂ）の場合と同様、遮光膜１２４下部の絶縁膜の膜厚を厚くしてしまい、スミア特性が悪化する。

以上の図１２（ｃ）〜（ｅ）の例から、複数の層を単に積層するだけの方法では、部分的に問題点が解決されることはあっても、問題の完全な解決には至らないことがわかる。

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、最適な低反射膜を光電変換部に備え、スミアの発生が少なく、耐圧性能が損なわれず、白点欠陥などのエッチングダメージを生じることなく製造できる光電変換装置を提供することにある。

即ち、本発明は、半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、
前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置ま で、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜が形成され、
前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記光透過性絶縁膜を被覆するように、前記光 電変換部上に第１の開口部を有する第１の遮光膜が形成され、
前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる低反射膜が、少なくとも前記第 １の開口部において前記光透過性絶縁膜に接するように形成され、
前記光電変換部上に第２の開口部を有する第２の遮光膜が前記第１の遮光膜上に形成 されている、第１の光電変換素子に係わるものである。

また、半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、
前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置ま で、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜と、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい 材料からなる第１の低反射膜とがこの順で積層して形成され、
前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記第１の低反射膜を被覆するように、前記光 電変換部上に開口部を有する遮光膜が形成され、
前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第２の低反射膜が、前記開口部 において前記第１の低反射膜に接するように形成されている、
第２の光電変換素子に係わるものである。

本発明の第１の光電変換素子は、半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置まで、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜が形成されている。前記光透過性絶縁膜が前記ゲート絶縁膜とは別個に設けられているので、前記電荷転送ゲートの耐圧を損なうことなく、前記光透過性絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。

そして、前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記光透過性絶縁膜を被覆するように、前記光電変換部上に第１の開口部を有する第１の遮光膜が形成され、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる低反射膜が、少なくとも前記第１の開口部において前記光透過性絶縁膜に接するように形成され、前記光電変換部上に第２の開口部を有する第２の遮光膜が前記第１の遮光膜上に形成されている。遮光膜が前記第１の遮光膜と前記第２の遮光膜とで形成されているので、前記光透過性絶縁膜がエッチングストップ層として用いられるのは、前記第１の遮光膜のパターニングに際してだけである。このため、前記第１の遮光膜の膜厚を最小限の厚さにしておけば、前記第１の遮光膜のパターニングに際して、前記光透過性絶縁膜下の前記半導体基体に与えるエッチングダメージを、最少にすることができる。この結果、前記第１の遮光膜の膜下にある前記光透過性絶縁膜の膜厚を最小限の厚さに抑えることができ、スミアの発生を最少に抑えることができる。

このようにしても、前記第２の遮光膜の膜厚を厚くすれば、遮光膜として必要な膜厚を確保することができ、十分な遮光性能を得ることができる。前記第２の遮光膜のパターニングに際しては、前記低反射膜をエッチングストップ層として用いることができるので、前記第２の遮光膜の膜厚を厚くしても、前記第２の遮光膜のパターニングに際して、前記半導体基体にエッチングダメージを与える可能性は少ない。

また、前記低反射膜のパターニングは必ずしも必要ではなく、パターニングを行わなければ、それにともなう前記半導体基体のエッチングダメージも生じない。パターニングを行う場合でも、エッチングストップ層として前記第１の遮光膜を用いることができる位置でパターニングすることによって、前記半導体基体に与えるエッチングダメージを最少にすることができる。この結果、前記低反射膜として低反射性を実現するのに最適な膜厚を有する低反射膜を形成することができ、光電変換の感度を向上させることができる。

本発明の第２の光電変換素子は、半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置まで、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜と、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第１の低反射膜とがこの順で積層して形成され、前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記第１の低反射膜を被覆するように、前記光電変換部上に開口部を有する遮光膜が形成されている。前記光透過性絶縁膜が前記ゲート絶縁膜とは別個に設けられているので、前記電荷転送ゲートの耐圧を損なうことなく、前記光透過性絶縁膜の膜厚を薄くすることができる。また、前記遮光膜のパターニングに際しては、前記第１の低反射膜をエッチングストップ層として用いることができるので、前記第１の低反射膜としてエッチングストップ性能に優れた材料からなる低反射膜を形成するようにすれば、前記遮光膜のパターニングに際して前記光透過性絶縁膜下の前記半導体基体に与えるエッチングダメージを、最少にすることができる。また、前記光透過性絶縁膜の膜厚を最小限の厚さに抑えることができる。

そして、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第２の低反射膜が、前記開口部において前記第１の低反射膜に接するように形成されており、低反射膜が前記第１の低反射膜と前記第２の低反射膜とで形成されている。このため、前記第２の低反射膜の膜厚を調節することによって、低反射膜全体として最適な膜厚を確保し、低反射性を実現して、光電変換の感度を向上させることができる。この結果、前記第１の低反射膜の膜厚は、低反射性とは関わりなく、前記遮光膜のパターニングに際してエッチングストップ層として機能する最小限の厚さに抑えることができるようになる。

以上の結果、前記遮光膜の膜下にある前記光透過性絶縁膜および前記第１の低反射膜の膜厚を最小限の厚さに抑えることができ、スミアの発生を最少に抑えることができる。

また、前記第１の低反射膜および前記第２の低反射膜のパターニングは必ずしも必要ではなく、パターニングを行わなければ、それにともなう前記半導体基体のエッチングダメージは生じない。パターニングを行う場合でも、前記第２の低反射膜のパターニングは、エッチングストップ層として前記遮光膜を用いることができる位置でパターニングすることによって、前記半導体基体に与えるエッチングダメージを最少にすることができる。また、前記第１の低反射膜の膜厚は最小限の膜厚に抑えられているため、このパターニングによって前記半導体基体に与えるエッチングダメージは最少に抑えられる。

本発明の第１の光電変換素子において、前記第１の開口部以外の領域で、前記低反射膜が前記第１の遮光膜に接し、前記第２の遮光膜との間に挟まれるように形成されているのがよい。前記低反射膜としては、最小限では前記第１の開口部を被覆していれば機能上は問題ないが、マスクの合わせずれなどを考慮すると、前記第１の開口部から前記第１の遮光膜上に延長して設けられているのがよい。

また、前記第１の遮光膜の膜厚が、前記第２の遮光膜の膜厚よりも薄いのがよい。上述したように、これは、前記第１の遮光膜のエッチングに際して前記半導体基体に生じるエッチングダメージを抑えるためであり、ひいては、前記光透過性絶縁膜の膜厚を減少させて、スミアの発生を抑えるためである。

また、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが、前記半導体基体の主面方向における位置が同じで、厚さ方向において上下に重なるように設けられているのがよい。

また、前記電荷転送ゲートの上部において前記低反射膜に欠除部が設けられているのがよい。すなわち、前記低反射膜が水素を通しにくい膜である場合には、水素アニール処理を効果的に行うため、前記低反射膜に水素の通過孔として前記欠除部を設けるのがよい。この際、前記欠除部の設置位置は、前記光電変換部の前記半導体基体へのエッチングダメージを最小にするため、前記光電変換部を避け、前記電荷転送ゲートの上部とするのがよい。しかしながら、これでも水素供給量が不足する場合には、前記第１の開口部内において前記低反射膜に欠除部が設けられているのがよい。このようにすれば、前記光電変換部の前記半導体基体の表面に最短距離で水素を供給することができる。

また、前記第２の開口部において第１の低反射膜としての前記低反射膜に接するように、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第２の低反射膜が形成されているのがよい。この際、前記第１の低反射膜の膜厚が、前記第２の低反射膜の膜厚よりも薄いのがよい。このようにすれば、低反射膜が前記第１の低反射膜と前記第２の低反射膜とで構成されることになり、前記第２の低反射膜の膜厚を調節することによって、低反射膜全体として最適な膜厚を確保し、低反射性を実現して、光電変換の感度を向上させることができる。この結果、前記第１の低反射膜の膜厚は、低反射性とは関わりなく、前記第２の遮光膜のパターニングに際してエッチングストップ層として機能する最小限の厚さに抑えることができるようになる。このため、前記第２の遮光膜の膜下にある前記第１の低反射膜の膜厚を薄くして、スミアの発生を最少に抑えることができる。

また、前記光電変換部に近い側の低反射膜ほど屈折率の大きい材料からなるのがよい。このようにすれば、より高い低反射性を実現することができる。

また、この際、前記第１の開口部内において前記第２の低反射膜に欠徐部を設ける場合には、この欠徐部が、前記第１の開口部内において前記第１の低反射膜に設けられた欠徐部と少なくとも部分的に重なり合っているのがよい。

また、前記低反射膜と前記第２の遮光膜との間に形成された水素透過層が、前記第２の開口部の端部から前記電荷転送ゲートの上面部又は側面部にまで、形成されているのがよい。前記半導体基体の表面の水素アニール処理において、前記水素透過層は、水素の供給路として機能し、前記水素アニール処理の効果を高める働きをする。

また、前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜が、１．５以上の屈折率を有する高屈折率材料からなり、前記第２の低反射膜の屈折率が前記第１の低反射膜の屈折率より小さいのがよい。具体的には、前記高屈折率材料が、１．５〜２．３の屈折率を有する酸化窒化シリコン又は窒化シリコンなどの窒化シリコン系材料であるのがよい。この場合、前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜の屈折率は、例えば、これらの膜をＣＶＤ法によって形成する際に、ＣＶＤ装置に流す窒素含有ガス及び酸素含有ガスの流量を調節し、窒化シリコン系材料における酸素含有率を変更することによって、所定の屈折率とすることができる。

窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて屈折率が大きく、また青や緑など短波長の光の透過率が高いという性質を有している。このため、光電変換部の光入射側に窒化シリコンからなる低反射膜を形成することによって、感度を向上させ、とくに青や緑など短波長の光の分光特性を改善することができる。

本発明の第２の光電変換素子において、前記第１の低反射膜の膜厚が、前記第２の低反射膜の膜厚よりも薄いのがよい。低反射膜は、前記第１の低反射膜と前記第２の低反射膜とで構成されているから、前記第２の低反射膜の膜厚を調節することによって、低反射膜全体として最適な膜厚を確保し、低反射性を実現して、光電変換の感度を向上させることができる。この結果、前記第１の低反射膜の膜厚は、低反射性とは関わりなく、前記第２の遮光膜のパターニングに際してエッチングストップ層として機能する最小限の厚さに抑えることができるようになる。このため、前記第２の遮光膜の膜下にある前記第１の低反射膜の膜厚を薄くして、スミアの発生を最少に抑えることができる。

また、前記光電変換部に近い側の低反射膜ほど屈折率の大きい材料からなるのがよい。このようにすれば、より高い低反射性を実現することができる。

また、前記電荷転送ゲートの上部において前記第１の低反射膜及び第２の低反射膜に欠除部がそれぞれ設けられているのがよい。前記低反射膜が水素を通しにくい膜である場合には、水素アニール処理を効果的に行うため、前記低反射膜に水素の通過孔として前記欠除部を設けるのがよい。この際、前記欠除部の設置位置は、前記光電変換部の前記半導体基体へのエッチングダメージを最小にするため、前記光電変換部を避け、前記電荷転送ゲートの上部とするのがよい。しかしながら、これでも水素供給量が不足する場合には、前記開口部内において前記第１の低反射膜及び第２の低反射膜に欠除部がそれぞれ設けられ、これらの欠徐部が少なくとも部分的に重なり合っているのがよい。このようにすれば、前記光電変換部の前記半導体基体の表面に最短距離で水素を供給することができる。

また、前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜が、１．５以上の屈折率を有する高屈折率材料からなり、前記第２の低反射膜の屈折率が前記第１の低反射膜の屈折率より小さいのがよい。具体的には、前記高屈折率材料が、１．５〜２．３の屈折率を有する酸化窒化シリコン又は窒化シリコンなどの窒化シリコン系材料であるのがよい。この場合、前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜の屈折率は、例えば、これらの膜をＣＶＤ法によって形成する際に、ＣＶＤ装置に流す窒素含有ガス及び酸素含有ガスの流量を調節し、窒化シリコン系材料における酸素含有率を変更することによって、所定の屈折率とすることができる。

窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜に比べて屈折率が大きく、また青や緑など短波長の光の透過率が高いという性質を有している。このため、光電変換部の光入射側に窒化シリコンからなる低反射膜を形成することによって、感度を向上させ、とくに青や緑など短波長の光の分光特性を改善することができる。

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。

実施の形態１
実施の形態１では、主として請求項１〜４、７および８に関わる光電変換素子の適用例として、ＣＣＤ固体撮像素子について説明する。

図２は、実施の形態１に基づく光電変換素子であるＣＣＤ固体撮像素子の構成を示す平面図である。図２に示すように、このＣＣＤ固体撮像素子の撮像部１には、光電変換を行う複数の前記光電変換部であるフォトセンサ部２がマトリックス状に配列され、各フォトセンサ部２を中心として単位セルが構成されている。マトリックスをなすフォトセンサ列のそれぞれに対応して、前記電荷転送ゲートである、ＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ３が配置されている。垂直転送レジスタ３の転送方向側端部には、各垂直転送レジスタ３から送り出される信号電荷を水平方向に転送するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ４が配置されており、その転送方向側端部には出力部５が配置されている。また、周辺領域６には、転送電極にクロック信号を印加するためのバスラインなどが配置されている。

受光時にフォトセンサ部２に蓄積された信号電荷（電子）は、転送電極に印加される読み出し電圧によって垂直転送レジスタ３へ引き出された後、垂直転送レジスタ３を垂直方向に転送され、次に水平転送レジスタ４を水平方向に転送され、出力部５の増幅器によって出力信号に変換される。

図１は、図２に１Ａ−１Ａ線で示した位置において、単位セルの構造を示す断面図である。ただし、図１では、酸化シリコン膜１２５より上部にある部材、例えば画素フィルタなどは図示を省略している。

図１では図示省略しているが、図１０に示したと同様に、例えばｎ型のシリコン基板１１の表面近傍に例えばｐ型のウエル領域が形成され、フォトセンサ部２では、前記ｐ型ウエル領域にｎ型不純物拡散層およびフォトセンサｐ型層が形成され、垂直転送部６では、前記ｐ型ウエル領域に読み出しゲート部、垂直転送レジスタ３の電荷転送路であるｎ型転送チャネル層、転送路下ｐ型ウエル領域およびｐ型チャネルストップ層が形成されている。

垂直転送部７のシリコン基板１１の表面には、熱酸化法によって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２１が形成され、その上に高ドープされた多結晶シリコンなどからなる転送電極１９が形成されており、この転送電極１９とゲート絶縁膜２１と転送チャネル層とによって垂直転送レジスタ３が構成されている。転送電極１９は、例えば転送電極１９Ａと転送電極１９Ｂとからなる複層構造の転送電極であり、転送方向に転送電極１９Ａと転送電極１９Ｂとが交互に配置され、その境界領域では、転送電極１９Ｂが転送電極１９Ａの上に重なるように形成されている。図１にはその重なった領域の断面が示されている。転送電極１９Ａおよび１９Ｂの側面および上面には、熱酸化法などによって酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂが形成されている。

フォトセンサ部２からゲート絶縁膜２１に接する位置まで、シリコン基板１１の表面に酸化シリコンからなる透明絶縁膜２２が前記光透過性絶縁膜として形成されている。透明絶縁膜２２は、さらに層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂの上に延長して積層され、シリコン基板１１の全面に設けられている。透明絶縁膜２２は、ゲート絶縁膜２１、あるいは層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂと別個に設けられているので、転送電極１９とシリコン基板１１との間、あるいは転送電極１９と遮光膜２３Ａとの間の耐圧を損なうことなく、透明絶縁膜２２の膜厚を薄くすることができる。

転送電極１９の周囲に存在する透明絶縁膜２２の上には、これを被覆するように、前記第１の開口部である開口部８をフォトセンサ部２上に有する遮光膜２３Ａが前記第１の遮光膜として形成されている。そして、透明絶縁膜２２より屈折率が大きい材料からなる低反射膜２４Ａが、開口部８において透明絶縁膜２２に接し、開口部８以外では遮光膜２３Ａに接するように形成されている。さらに、前記第２の開口部である開口部９をフォトセンサ部２上に有する遮光膜２４Ｂが、前記第２の遮光膜として遮光膜２３Ａの上に重なるように形成されている。

この際、開口部８と開口部９とは、基板１１の面方向における位置が同じで、厚さ方向において上下に重なるように設けられているのがよい。また、これらの開口部８または９以外の領域では、低反射膜２４Ａは遮光膜２３Ａと２３Ｂとの間に挟まれるように形成されているのがよい。低反射膜２４Ａは、最小限では開口部８を被覆していれば機能上は問題ないが、マスクの合わせずれなどを考慮すると、開口部８から遮光膜２３Ａ上に延長して設けられているのがよく、図１のように遮光膜２３Ａがシリコン基板１１の全面に設ければ、パターニングする工程が不要になり、作製工程を簡易化するには好都合である。

上記のように、遮光膜が遮光膜２３Ａと遮光膜２３Ｂとで形成されているので、後に作製工程の説明において詳述するように、透明絶縁膜２２がエッチングストップ層として用いられるのは、遮光膜２３Ａのパターニングに際してだけになる。このため、遮光膜２３Ａの膜厚を最小限の厚さにしておけば、遮光膜２３Ａのパターニングに際して、透明絶縁膜２２下の半導体基板１１に与えるエッチングダメージを、最少にすることができる。この結果として、遮光膜２３Ａの膜下にある透明絶縁膜２２の膜厚を最小限の厚さに抑えることができ、スミアの発生を最少に抑えることができる。

遮光膜２３Ａの膜厚を最小限の厚さにしても、遮光膜２３Ｂの膜厚を厚くすることによって、遮光膜全体では必要な膜厚を確保することができ、十分な遮光性能を得ることができる。遮光膜２３Ｂのパターニングに際しては、低反射膜２４Ａをエッチングストップ層として用いることができるので、遮光膜２３Ｂの膜厚を厚くしても、遮光膜２３Ｂのパターニングに際して、半導体基板１１にエッチングダメージを与える可能性は少ない。また、低反射膜２４Ａのパターニングを行わないので、それにともなう半導体基板１１のエッチングダメージも生じない。

また、開口部９において前記第１の低反射膜としての低反射膜２４Ａに接するように、透明絶縁膜２２より屈折率が大きい材料からなる低反射膜２４Ｂが、前記第２の低反射膜として形成されている。低反射膜２４Ａの膜厚は、低反射膜２４Ｂの膜厚よりも薄くするのがよい。このように低反射膜を低反射膜２４Ａと低反射膜２４Ｂとで構成するようにすると、低反射膜２４Ｂの膜厚を調節することによって、低反射膜全体として最適な膜厚を確保して、低反射性を実現し、光電変換の感度を向上させることができる。この結果、低反射膜２４Ａの膜厚は、低反射性の実現とは関わりなく、遮光膜２３Ｂのパターニングに際してエッチングストップ層として機能する最小限の厚さに抑えることができる。この結果、遮光膜２３Ｂの膜下にある低反射膜２４Ａの膜厚を薄くして、スミアの発生を最少に抑えることができる。

遮光膜２３Ａおよび遮光膜２３Ｂは、タングステンなどの高融点金属からなるのがよい。また、低反射膜２４Ａおよび低反射膜２４Ｂは、１．５以上の屈折率を有する高屈折率材料からなるのがよく、低反射性を向上させるために、低反射膜２４Ｂの屈折率は低反射膜２４Ａの屈折率より小さくするのがよい。具体的には、高屈折率材料が、１．５〜２．３の屈折率を有する酸化窒化シリコン又は窒化シリコンなどの窒化シリコン系材料であるのがよい。この場合、低反射膜２４Ａ及び低反射膜２４Ｂの屈折率は、例えば、これらの膜をＣＶＤ法によって形成する際に、ＣＶＤ装置に流す窒素含有ガス及び酸素含有ガスの流量を調節し、窒化シリコン系材料における酸素含有率を変更することによって、所定の屈折率とすることができる。窒化シリコン系材料は、酸化シリコンに比べて屈折率が大きく、また青や緑など短波長の光の透過率が高いという性質を有している。このため、光電変換部の光入射側に窒化シリコン系材料からなる低反射膜を形成することによって、感度を向上させ、とくに青や緑など短波長の光の分光特性を改善することができる

透明絶縁膜２２は、光透過性であって、通常シリコン基板の絶縁材料として用いられるものであればよいが、高温減圧ＣＶＤ法によって形成した高温酸化シリコン膜（ＨＴＯ膜）などがよい。

以上で十分な低反射性が実現されない場合には、低反射膜２４Ｂの上に酸化シリコン膜２５を形成し、低反射性を向上させることができる。

さらに、図示省略したが、酸化シリコン膜２５の上には必要に応じて、プラズマＣＶＤ法（化学気相成長法）による窒化シリコン膜などのパッシベーション膜や平坦化膜などが順次形成され、その上にカラーフィルタ層やオンチップマイクロレンズなどが形成される。

本実施の形態の変形例として、図１に付記したような種々の層の組み合わせからなる積層構造をフォトセンサ部２に設けることができる。ここで、ＳiＯ₂系膜とは、ＨＴＯ膜などの酸化シリコン膜である。また、酸化シリコン膜の代わりに、それと同程度の屈折率を有するアクリル樹脂などの透明樹脂膜を用いてもよい。高屈折率膜とは、先述した窒化シリコン系膜や、それと同等以上の高屈折率材料からなる光透過性の膜である。

図３および図４は、実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程のフローを示す断面図である。なお、図３および図４は、図１に点線で囲んで示した位置における断面図である。

初めに、転送電極１９を形成する位置のシリコン基板１１の表面に、熱酸化法などによって酸化シリコンからなるゲート絶縁膜２１を形成する。その上に、フォトリソグラフィとエッチングとによってパターニングして、高ドープした多結晶シリコンなどからなる転送電極１９Ａを形成し、その側面および上面に熱酸化法などによって酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０Ａを形成する。次に、転送電極１９Ｂと層間絶縁膜２０Ｂとを同様にして形成するが、転送方向に隣り合う２つの単位セルの境界領域では、転送電極１９Ｂが転送電極１９Ａの上に重なるように形成する。次に、レジストパターンで転送電極１９を被覆してエッチングするか、または全面をエッチングして、フォトセンサ部２の表面酸化膜を除去する。

続いて、図３（ｂ）〜図４（ｅ）に示す工程によって透明絶縁膜２２および遮光膜２３Ａを形成する。

まず、図３（ｂ）に示すように、酸化シリコンからなる透明絶縁膜２２をシリコン基板１１の全面に形成する。

次に、図３（ｃ）に示すように、タングステンなどの高融点金属からなる遮光膜材料層５１をシリコン基板１１の全面に形成した後、図３（ｄ）に示すように、フォトセンサ部２に形成する開口部８以外を被覆するレジストマスク５２を形成する。次に、図４（ｅ）に示すように、透明絶縁膜２２をエッチングストッパとしてフォトセンサ部２の遮光膜材料層５１を選択的にエッチング除去して、フォトセンサ部２に開口部８を有する遮光膜２３Ａを形成する。遮光膜２３Ａの膜厚は、遮光膜材料層５１のエッチングによってフォトセンサ部２のシリコン基板１１にダメージが生じない厚さとする。

続いて、図４（ｆ）〜（ｉ）に示す工程によって低反射膜２４Ａ、遮光膜２３Ｂおよび低反射膜２４Ｂなどを形成する。

まず、図４（ｆ）に示すように、シリコン基板１１の全面に、先述した窒化シリコン系材料などの高屈折率材料からなる低反射膜２４Ａを形成する。この高屈折率材料の屈折率は追加成膜する低反射膜２４Ｂを形成する材料よりも高い屈折率であるようにする。例えば、低反射膜２４Ｂの屈折率ｎが１．５〜２．２であるとすると、低反射膜２４Ａの屈折率ｎはそれより大きい１．６〜２．３とする。

低反射膜２４Ａの膜厚は、透明絶縁膜２２と接合した状態で最も低反射になる膜厚をシミュレーションにより決定し、その膜厚の低反射膜２４Ａを成膜する。ただし、この膜厚が厚すぎて、スミア特性が悪化するようであれば、低反射膜２４Ａの膜厚はスミア特性が悪化しない数ｎｍ〜数十ｎｍにとどめ、残りの膜厚分は後に上部に同一材料からなる低反射膜を追加成膜して補うようにする。

次に、図４（ｇ）に示すように、図３（ｃ）〜図４（ｅ）と同様にして遮光膜２３Ｂを形成する。すなわち、タングステンなどの高融点金属からなる遮光膜材料層をシリコン基板１１の全面に形成した後、フォトセンサ部２に形成する開口部８以外を被覆するレジストマスク５２を形成する。次に、低反射膜２４Ａをエッチングストッパとして、開口部８の遮光膜材料層を選択的にエッチング除去して、フォトセンサ部２に開口部８を有する遮光膜２３Ｂを形成する。遮光膜２３Ｂの膜厚は、遮光膜２３Ａと合わせて十分な遮光性が得られる膜厚とする。

次に、図４（ｈ）に示すように、遮光膜２３Ｂの成膜後、高屈折率材料からなる低反射膜の膜厚が不足していれば、その不足分を補うように、シリコン基板１１の全面に高屈折率材料からなる低反射膜２４Ｂを形成する。上述したように、この低反射膜２４Ｂの屈折率は低反射膜２４Ａと同じか、それより小さくする。

ここまで遮光膜２３および低反射膜２４をそれぞれ２層ずつ形成する例を説明したが、これに限られるものではなく、各成膜工程は必要に応じて何度でも繰り返すことができる。

それでも十分な低反射性が実現されない場合には、低反射膜２４Ｂの上に酸化シリコン膜２５を形成し、低反射性を向上させる。

その後は、図示省略したが、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜から成るパッシベーション膜や、平坦化膜などを順次形成し、さらに、必要に応じてカラーフィルタ層やオンチップマイクロレンズなどを形成する。この際、上記プラズマＣＶＤ法によるパッシベーション膜の形成後で、かつカラーフィルタ層を形成する前に、水素アニール処理を行うのがよい。

すなわち、雰囲気ガスとして水素を供給しながら、基板１１の温度を例えば４００℃程度に加温する。この水素アニール処理によって、フォトセンサ部２のシリコン基板１１とその上の透明絶縁膜２１との界面に存在する界面準位を減らし、暗電流を低減させることができる（例えば、特許文献２または３参照。）。なお、プラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化膜は水素を含んでおり、水素アニール処理の水素供給源として作用する。

既述したように、低反射膜２３が窒化シリコン膜である場合、低反射膜２４を全面に形成すると、低反射膜２４によって水素の移動が阻止され、シリコン基板１１の表面に水素が十分に供給されず、水素アニール処理の効果が十分に発揮されない場合がある。このような場合には、請求項５および６に対応して、転送電極２０の上方で遮光膜２３上部の低反射膜２４を少なくとも一部除去し、この欠徐部から遮光膜２３を介してシリコン基板１１の表面に水素が供給されるようにするのがよい。

図５は、このような実施の形態１の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の１部を示す断面図である。図５（ａ）に示す状態は、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、図４（ｆ）に示したのと同じ状態である。

この後、この変形例では、遮光膜２３Ｂを形成する前に、図５（ｂ）に示すように、転送電極２０の上部の位置に開口をもつレジストマスク５３を形成し、これをマスクとして低反射膜２４Ａをエッチングして、転送電極２０の上部の位置で低反射膜２４Ａに欠徐部２６を形成し、この領域で遮光膜２３Ａを露出させる。

次に、実施の形態１と同様に遮光膜２３Ｂおよび低反射膜２４Ｂを形成するが、低反射膜２４Ｂについても同様にして、転送電極２０の上部の位置において欠徐部を形成する。

このようにして、結局、図５（ｄ）に示すような構造のＣＣＤ固体撮像素子が作製される。欠徐部２６と欠徐部２７とは必ずしも重なる必要はないが、重なるように形成される方が効果的である。水素アニール処理の際には、欠徐部２６および欠徐部２７を通って遮光膜２３内に侵入した水素は、遮光膜２３や、酸化シリコン膜２０、２２の内部を拡散して、フォトセンサ部２のシリコン基板１１表面に到達する。

図６は、実施の形態１の別の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の一部を示す断面図である。この例は、転送電極１９の上部で低反射膜２４に欠徐部２６（および２７）を設けるばかりでなく、フォトセンサ部２でも低反射膜２４に欠徐部２８を設けている。このようにすると、フォトセンサ部２のシリコン基板１１に直接水素を供給できる利点があるものの、欠徐部２８の形成の際のエッチングによってシリコン基板１１にダメージを与えるおそれがある。このダメージを最小限にするため、欠徐部２８は最小限に設け、欠徐部２８を形成する低反射膜２４Ａの膜厚はできるだけ薄くするのがよい。

実施の形態２
実施の形態２では、実施の形態１と同様、主として請求項１〜４に関わる光電変換素子の適用例として、ＣＣＤ固体撮像素子について説明する。実施の形態２は、実施の形態１で説明したＣＣＤ固体撮像素子の基本形とも言うべき例である。

図７は、実施の形態２に基づく光電変換素子であるＣＣＤ固体撮像素子の単位セルの構造を示す断面図であり、実施の形態１の図１に対比される位置における断面図である。このＣＣＤ固体撮像素子では、図１の低反射膜２４Ａに相当する低反射膜２４が単独で設けられ、低反射膜２４Ｂが省略されている点のみが、実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子と異なっている。

このため、実施の形態１に記載した、低反射膜を低反射膜２４Ａと低反射膜２４Ｂとの複層で形成するメリットは得られないが、構造と作製工程が簡単になるメリットがある。その他の点に関しては実施の形態１と同じであるから、本実施の形態においても、共通点に関して実施の形態１と同様の作用効果が得られるのは言うまでもない。

すなわち、透明絶縁膜２２がゲート絶縁膜２１、あるいは層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂと別個に設けられているので、転送電極１９とシリコン基板１１との間、あるいは転送電極１９と遮光膜２３Ａとの間の耐圧を損なうことなく、透明絶縁膜２２の膜厚を薄くすることができる。

また、遮光膜が遮光膜２３Ａと遮光膜２３Ｂとで形成されているので、透明絶縁膜２２がエッチングストップ層として用いられるのは、遮光膜２３Ａのパターニングに際してだけになる。このため、遮光膜２３Ａの膜厚を最小限の厚さにしておけば、遮光膜２３Ａのパターニングに際して、透明絶縁膜２２下の半導体基板１１に与えるエッチングダメージを、最少にすることができる。この結果として、遮光膜２３Ａの膜下にある透明絶縁膜２２の膜厚を最小限の厚さに抑えることができ、スミアの発生を最少に抑えることができる。

遮光膜２３Ａの膜厚を最小限の厚さにしても、遮光膜２３Ｂの膜厚を厚くすることによって、遮光膜全体では必要な膜厚を確保することができ、十分な遮光性能を得ることができる。遮光膜２３Ｂのパターニングに際しては、低反射膜２４をエッチングストップ層として用いることができるので、遮光膜２３Ｂの膜厚を厚くしても、遮光膜２３Ｂのパターニングに際して、半導体基板１１にエッチングダメージを与える可能性は少ない。また、低反射膜２４のパターニングを行わないので、それにともなう半導体基板１１のエッチングダメージも生じない。

図８は、実施の形態２の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の単位セルの構造を示す断面図であり、図７に対比される位置における断面図である。このＣＣＤ固体撮像素子では、遮光膜２３Ａおよび低反射膜２４が転送電極１９の上部の位置で除去されており、開口部９の端部から、少なくとも転送電極１９上部で透明絶縁膜２２に接する位置まで、低反射膜２４と遮光膜２３Ｂとの間に、前記水素透過層として水素アニール用の酸化シリコン膜２６が設けられている点のみが、図７に示したＣＣＤ固体撮像素子と異なっている。

このＣＣＤ固体撮像素子では、前述した水素アニール処理において、水素アニール用の酸化シリコン膜２６と、透明絶縁膜２２および層間絶縁膜２０Ｂ、２０Ａとを経由して、水素がフォトセンサ部２のシリコン基板１１表面に供給されるので、高い水素アニールの効果を得ることができる。

実施の形態３
実施の形態３は、主として請求項１３および１４に関わる光電変換素子の適用例として、ＣＣＤ固体撮像素子について説明する。

図９は、実施の形態３に基づく光電変換素子であるＣＣＤ固体撮像素子の単位セルの構造を示す断面図であり、実施の形態１の図１に対比される位置の断面図である。このＣＣＤ固体撮像素子は、図１の遮光膜２３Ａが省略され、遮光膜２３Ｂに相当する遮光膜２３が単独で設けられている点のみが、実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子と異なっており、実施の形態１の変形例とみなすこともできる。

このため、実施の形態１に記載した、遮光膜を遮光膜２３Ａと遮光膜２３Ｂとの複層で形成するメリットは得られないが、構造と作製工程が簡単になるメリットがある。その他の点では実施の形態１と同じであるから、本実施の形態においても、共通点に関しては実施の形態１と同様の作用効果が得られるのは言うまでもない。

すなわち、透明絶縁膜２２がゲート絶縁膜２１、あるいは層間絶縁膜２０Ａおよび２０Ｂと別個に設けられているので、転送電極１９とシリコン基板１１との間、あるいは転送電極１９と遮光膜２３Ａとの間の耐圧を損なうことなく、透明絶縁膜２２の膜厚を薄くすることができる。また、遮光膜２３のパターニングに際しては、低反射膜３２Ａをエッチングストップ層として用いることができるので、低反射膜３２Ａとしてエッチングストップ性能に優れた材料からなる低反射膜を形成するようにすれば、遮光膜２３のパターニングに際して透明絶縁膜２２下の半導体基板１１に与えるエッチングダメージを、最少にすることができる。また、透明絶縁膜２２の膜厚を最小限の厚さに抑えることができる。

そして、透明絶縁膜２２より屈折率が大きい材料からなる低反射膜３２Ｂが、開口部３１において低反射膜３２Ａに接するように形成されており、低反射膜が低反射膜３２Ａと低反射膜３２Ｂとで形成されている。このため、低反射膜３２Ｂの膜厚を調節することによって、低反射膜全体として最適な膜厚を確保し、低反射性を実現して、光電変換の感度を向上させることができる。この結果、低反射膜３２Ａの膜厚は、低反射性とは関わりなく、遮光膜３２のパターニングに際してエッチングストップ層として機能する最小限の厚さに抑えることができるようになる。

以上の結果、遮光膜３２の膜下にある透明絶縁膜２２および低反射膜３２Ａの膜厚を最小限の厚さに抑えることができ、スミアの発生を最少に抑えることができる。

また、低反射膜３２Ａおよび低反射膜３２Ｂのパターニングは必ずしも必要ではなく、パターニングを行わなければ、それにともなう半導体基板１１のエッチングダメージは生じない。パターニングを行う場合でも、低反射膜３２Ｂのパターニングは、エッチングストップ層として遮光膜２３を用いることができる位置でパターニングすることによって、半導体基板１１に与えるエッチングダメージを最少にすることができる。また、低反射膜３２Ａの膜厚は最小限の膜厚に抑えられているため、低反射膜３２Ａのパターニングによって半導体基板１１に与えるエッチングダメージは最少に抑えられる。

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。

本発明の光電変換素子は、ＣＣＤ固体撮像素子などに応用され、これらの高感度化や画素数の増加などに寄与する。

本発明の実施の形態１に基づくＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。 同、ＣＣＤ固体撮像素子の構成を示す平面図である。 同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程のフローを示す断面図である。 同、ＣＣＤ固体撮像素子の作製工程のフローを示す断面図である。 同、変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の一部を示す断面図である。 同、別の変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の作製工程の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に基づくＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。 同、変形例に基づくＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。 本発明の実施の形態２に基づくＣＣＤ固体撮像素子の断面図である。 従来の単位セルの構造をモデル的に示す断面図である。 本発明の課題を説明するために、従来の単位セルの構造を示す断面図である。 本発明の課題を説明するために、従来の単位セルの構造を示す断面図である。

符号の説明

１…撮像部、２…フォトセンサ部、３…垂直転送レジスタ、４…水平転送レジスタ、
５…出力部、６…周辺領域、７…垂直転送部、８、９…開口部、
１１…ｎ型シリコン基板、１２…ｐ型ウエル領域、１３…ｎ型不純物拡散層、
１４…フォトセンサｐ型層、１５…読み出しゲート部、１６…ｎ型転送チャネル層、
１７…転送路下ｐ型ウエル領域、１８…ｐ型チャネルストップ層、
１９、１９Ａ、１９Ｂ…転送電極、２０Ａ、２０Ｂ…層間絶縁膜、２１…ゲート絶縁膜、
２２…透明絶縁膜、２３、２３Ａ、２３Ｂ…遮光膜、２４、２４Ａ、２４Ｂ…低反射膜、
２５…酸化シリコン膜、２６〜２８…欠徐部、３１…開口部、
３２Ａ、３２Ｂ…低反射膜、５１…遮光膜材料層、５２〜５４…レジストマスク、
１２１…絶縁膜（酸化シリコンなど）、１２２…低反射膜（窒化シリコンなど）、
１２３…低反射膜除去領域、１２４…遮光膜（タングステンなど）、
１３１…酸化シリコン膜、１３２…高屈折率材料膜

Claims (20)

1. 半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に 形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、
   前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置ま で、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜が形成され、
   前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記光透過性絶縁膜を被覆するように、前記光 電変換部上に第１の開口部を有する第１の遮光膜が形成され、
   前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる低反射膜が、少なくとも前記第 １の開口部において前記光透過性絶縁膜に接するように形成され、
   前記光電変換部上に第２の開口部を有する第２の遮光膜が前記第１の遮光膜上に形成 されている、
   光電変換素子。
2. 前記第１の開口部以外の領域で、前記低反射膜が前記第１の遮光膜に接し、前記第２の遮光膜との間に挟まれるように形成されている、請求項１に記載した光電変換素子。
3. 前記第１の遮光膜の膜厚が、前記第２の遮光膜の膜厚よりも薄い、請求項１に記載した光電変換素子。
4. 前記第１の開口部と前記第２の開口部とが、前記半導体基体の厚さ方向において重なるように設けられている、請求項１に記載した光電変換素子。
5. 前記電荷転送ゲートの上部において前記低反射膜に欠除部が設けられている、請求項１に記載した光電変換素子。
6. 前記第１の開口部内において前記低反射膜に欠除部が設けられている、請求項５に記載した光電変換素子。
7. 前記第２の開口部において第１の低反射膜としての前記低反射膜に接するように、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第２の低反射膜が形成されている、請求項１に記載した光電変換素子。
8. 前記第１の低反射膜の膜厚が、前記第２の低反射膜の膜厚よりも薄い、請求項７に記載した光電変換素子。
9. 前記光電変換部に近い側の低反射膜ほど屈折率の大きい材料からなる、請求項７に記載した光電変換素子。
10. 前記第１の開口部内において前記第２の低反射膜に設けられた欠徐部が、請求項６に記載した前記第１の低反射膜に設けられた欠徐部と少なくとも部分的に重なり合っている、請求項７に記載した光電変換素子。
11. 前記第２の遮光膜と前記低反射膜との間に形成された水素透過層が、前記第２の開口部から前記電荷転送ゲートの上面部又は側面部にまで、形成されている、請求項１に記載した光電変換素子。
12. 前記低反射膜、前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜が、１．５以上の屈折率を有する高屈折率材料からなる、請求項１又は７に記載した光電変換素子。
13. 前記高屈折率材料が窒化シリコンである、請求項１２に記載した光電変換素子。
14. 半導体基体に形成された光電変換部と、前記光電変換部に隣接して前記半導体基体上に 形成された電荷転送ゲートとを備えた光電変換素子であって、
    前記光電変換部から、少なくとも前記電荷転送ゲートのゲート絶縁膜に接する位置ま で、前記半導体基体表面に光透過性絶縁膜と、前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい 材料からなる第１の低反射膜とがこの順で積層して形成され、
    前記電荷転送ゲートの周囲に存在する前記第１の低反射膜を被覆するように、前記光 電変換部上に開口部を有する遮光膜が形成され、
    前記光透過性絶縁膜より屈折率が大きい材料からなる第２の低反射膜が、前記開口部 において前記第１の低反射膜に接するように形成されている、
    光電変換素子。
15. 前記第１の低反射膜の膜厚が、前記第２の低反射膜の膜厚よりも薄い、請求項１４に記載した光電変換素子。
16. 前記光電変換部に近い側の低反射膜ほど屈折率の大きい材料からなる、請求項１４に記載した光電変換素子。
17. 前記電荷転送ゲートの上部において前記第１の低反射膜及び第２の低反射膜に欠除部がそれぞれ設けられている、請求項１４に記載した光電変換素子。
18. 前記開口部において前記第１の低反射膜及び第２の低反射膜に欠除部がそれぞれ設けられ、これらの欠徐部が少なくとも部分的に重なり合っている、請求項１４に記載した光電変換素子。
19. 前記第１の低反射膜及び前記第２の低反射膜が１．５以上の屈折率を有する高屈折率材料からなる、請求項１４に記載した光電変換素子。
20. 前記高屈折率材料が窒化シリコンである、請求項１９に記載した光電変換素子。

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