JP2006351759A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い固体撮像素子を提供する。
【解決手段】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を具備した固体撮像素子において、ゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に微細化に耐えうるゲート酸化膜構造の固体撮像素子の製造方法に関する。

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。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部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固体撮像素子はＭＯＳＦＥＴなどの論理デバイスに比べて高電圧がかかるため、ゲート酸化膜は高耐圧である必要がある。このため、酸化シリコン膜で窒化シリコン膜をはさんだＯＮＯ膜が用いられることが多い（特許文献１）。しかしながらＯＮＯ膜を形成するには膜厚を大きくする必要があり、熱酸化膜を形成するには長時間の高温熱処理が必要となる。しかもＣＣＤにおいてはＭＯＳＦＥＴの場合と異なり、転送チャネルなどの不純物領域を形成した後に、ゲート酸化膜を形成するため、成膜中に高温下にさらされると拡散長の伸びが生じ、素子特性のばらつきが生じるという問題がある。

すなわち、このようなＯＮＯ構造のゲート酸化膜を形成しようとすると、高温下での酸化が必要となる。通常、十分な絶縁性を確保するためには９００℃から９５０℃での熱処理を行う必要がある。

しかしながら、固体撮像素子（ＣＣＤ）においては、基板内へのウェルの形成、ストッパ層の形成、ｐｎ接合の形成など種々の不純物の導入工程による機能層の形成を行った後に、ゲート酸化膜の形成はなされるため、通常の熱処理では、不純物拡散を抑制することができず、拡散長の伸びによる素子特性のばらつきにより、所望の特性を得ることができないという問題があった。また、ＣＶＤ法による絶縁膜の形成のみでは、高耐圧を得ることができず、また膜厚の低減をはかることができないという問題があった。

例えば、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膜を用い、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膜を堆積し、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。

このため、上述したような方法では、微細化あるい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、固体撮像素子の場合、基板内に不純物領域を形成した後に電荷転送部を形成するため、ゲート酸化膜の形成工程における拡散長の伸びが素子特性のばらつきの大きな原因となるという問題がある。特に熱酸化によるゲート酸化膜の形成を伴う工程において、特性劣化が深刻な問題となっている。

特開２００４−１７９６０８号公報

このように、従来の固体撮像素子では、微細化に伴い、ＯＮＯ構造のゲート酸化膜の形成における熱による素子特性の劣化が深刻な問題となっていた。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、高度の微細化に際しても高精度で信頼性の高い固体撮像素子を形成することを目的とする。
さらに、本発明は、単層電極構造の電荷転送電極を形成するに際し、電極パターンの微細化、薄膜化に際しても、高耐圧で信頼性の高い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。

そこで本発明の固体撮像素子は、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を具備した固体撮像素子において、絶縁膜の少なくともひとつが、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたことを特徴とする。

この構成によれば、高密度の低温プラズマによるラジカル酸化によって絶縁膜を形成しているため、従来のように９００から９５０℃の高温下にさらすことなく、緻密で高品質の酸化膜を形成することができるため、この上層にＣＶＤ膜を形成しても、絶縁耐性の高い高品質の絶縁膜を得ることができる。このようにして低温下での形成が可能であるため、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、信頼性の高い膜形成を行うことが可能となる。

また、本発明の固体撮像素子は、前記電荷転送電極が、第１の電極と、前記第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の電極との単層電極構造を有し、前記電極間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。

この構成によれば、上記効果に加え、微細化に伴い、電極間ギャップを小さくしても緻密で高品質の絶縁膜を形成することができるため、微細化が可能となる。

また、本発明の固体撮像素子は、前記電荷転送電極の下層に形成されるゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。

この構成によれば、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、ゲート酸化膜の高耐圧化をはかるとともに、信頼性の高い高品質膜を形成することができる。

また、本発明の固体撮像素子は、前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。

この構成によれば、光導波路構造を形成するための厚い層間絶縁膜の形成が、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、可能となり、特性の優れた固体撮像素子を提供することができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記層間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成されたものを含む。

この構成によれば、層間絶縁膜の形成が、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、緻密で優れた膜質を得ることが可能となるため、層間絶縁膜の膜厚を低減することができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記ＣＶＤ膜は窒化シリコン膜であるものを含む。

この構成によれば、酸化シリコンと窒化シリコンとの２層膜となるためより高耐圧で信頼性の高い絶縁膜を得ることが可能となるため、絶縁膜の合計膜厚を低減することができる。

また本発明の固体撮像素子は、前記フィールド酸化膜が、トレンチを形成した後選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によって形成されたリセスＬＯＣＯＳ膜であるものを含む。

この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、より薄型化および微細化が可能となる。

また本発明の固体撮像素子は、前記フィールド酸化膜が、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜であるものを含む。

この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、より薄型化および微細化が可能となる。

また本発明の方法は、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を具備した固体撮像素子の製造方法において、半導体基板表面に、光電変換部および電荷転送チャネルを形成する工程と、前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を形成する工程と、前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板表面に、電荷転送電極を形成する工程と、前記電荷転送電極上に、層間絶縁膜を形成する工程とを含み、前記ゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程との２工程で構成されるものを含む。

この構成によれば、高密度の低温プラズマによるラジカル酸化によって絶縁膜を形成しているため、従来のように９００から９５０℃の高温下にさらすことなく、緻密で高品質の酸化膜を形成することができるため、低温下での形成が可能であるため、下地の不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく、信頼性の高い膜形成を行うことが可能となる。ラジカル酸化膜の上層にＣＶＤ膜を形成しても、絶縁耐性の高い高品質の絶縁膜を得ることができる。

また本発明の方法は、前記ゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程と、酸窒化シリコン膜を形成する工程との３工程で形成されるものを含む。
この構成によれば、結晶方位依存性のないゲート酸化膜の形成が可能となり、ラジカル酸化膜上に窒化シリコンおよび酸窒化シリコン膜を形成しているため、高耐圧で信頼性の高いものとなる。

また本発明の方法は、電荷転送電極の形成工程が、第１の電極を構成する第１層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層導電性膜を形成する工程と、少なくとも前記第１の電極上の前記第２層導電性膜を除去し、前記第２の導電性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を含む。

この構成によれば、多数の絶縁膜形成工程を含むが、この少なくともひとつを低温プラズマによるラジカル酸化膜を形成する工程とＣＶＤ工程とを含み、２層構造膜を形成すれば、下地基板に形成された不純物領域の拡散長の伸びを生じることなく形成可能である。
特に電極間絶縁膜の形成に際し、低温プラズマによるラジカル酸化を用い、層間酸化を行うことで結晶方位依存性のない酸化が可能となり、通常の熱酸化にみられるような電荷転送電極幅のばらつきを低減することができる。

また、本発明の方法は、前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、前記光導波路の形成工程が、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ工程との２工程で構成される絶縁膜を形成する工程と、光電変換部上に開口を形成する工程と、さらに前記開口に高屈折率材料を充填する工程とを含むものを含む。

また、本発明の方法は、前記層間絶縁膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化工程と、ＣＶＤ工程とを含み、２層膜構造を構成したものを含む。

この構成によれば、緻密で高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。

また本発明の方法は、前記ＣＶＤ工程は窒化シリコン膜を形成する工程であるものを含む。

この構成によれば、緻密で高品質の絶縁膜を形成することが可能となる。

また、本発明の方法は、前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、リセスＬＯＣＯＳ法により形成しトレンチを形成した後、選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によりフィールド酸化膜を形成する工程を含むものを含む。

この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、高精度のパターン形成が可能となる。

また、本発明の方法は、半導体基板表面にフィールド酸化膜を形成した後、前記電荷転送電極を形成するに先立ち、前記半導体基板表面全体を平坦化する工程を含むものを含む。

この構成によれば、表面の平坦化をはかることができ、高精度のパターン形成が可能となる。

また、本発明の方法は、前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜を形成する工程を含むものを含む。

この構成によれば、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であるため、素子領域の形成に際し、基板表面全体が平坦であることになり、フォトリソグラフィによるパターン精度が大幅に向上する。

また、表面レベルが平坦であるため、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。ここで有効撮像領域とは、光電変換部と電荷転送部とを含むものとする。

なお、第２層導電性膜のＣＭＰ（化学的機械研磨）工程やエッチバック工程などの平坦化工程に際して光電変換部の表面レベルと、電荷転送電極を形成する電荷転送部および周辺回路部のゲート酸化膜の上面レベル表面とが同程度とするのが望ましく、少なくとも光電変換部の形成された領域の基板の表面レベルと、フィールド絶縁膜の表面レベルとが同程度であればよい。

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。

上記構成によれば、ＯＮＯ膜構造あるいはＮＯ膜構造のゲート酸化膜の形成に低温プラズマによるラジカル酸化を用いることで、下地基板に注入されている不純物の拡散を防止し高品質の固体撮像素子を提供することができる。
ゲート酸化膜の形成に際し、低温プラズマによるラジカル酸化を用い、層間酸化を行うことで結晶方位依存性のない酸化が可能となり、通常の熱酸化にみられるような膜厚や膜質のばらつきを低減することができる。

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）

本実施の形態の固体撮像素子は、図１および図２（図１は図２のＡ−Ａ断面を示す図）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を具備した固体撮像素子において、ＯＮＯ構造のゲート酸化膜２を、低温プラズマによるラジカル酸化で形成された酸化シリコン膜２ａと、この上層に形成されたＣＶＤ膜である窒化シリコン膜２ｂと、低温プラズマによるラジカル酸化で形成された酸窒化シリコン膜２ｃとの３層構造体で形成されたことを特徴とするものである。

なお、図１および２に示すように、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。
絶縁膜以外の部分については、通例の固体撮像素子と同様に形成されている。

なお、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１００が、リセスロコス（Recess LOCOS）法によってトレンチＴ内に形成され、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フィールド酸化膜１００の表面レベルとが同一となるように形成されている（図３参照）。

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）とで構成されており、その外側に周辺回路としての出力回路を含む非撮像領域（周辺部）Ｂが形成されている。

また、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４０ｎｍ程度のトレンチＴ内に選択酸化による厚さ４００ｎｍのフィールド酸化膜１００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１００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が形成されている。

すなわち、図１および図２に固体撮像素子チップの断面概要図および平面図（図１は図２のＡ−Ａ断面図）を示すように、シリコン基板１内には、フィールド酸化膜１００（図３参照）で囲まれた有効撮像領域（受光領域）内にフォトダイオードを備えた光電変換部および電荷転送部が形成され、その上層は絶縁膜で被覆されている。

シリコン基板１内には、光電変換部（３１，３２）、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３４、電荷読み出し領域３３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５と電荷転送電極３（ドープトアモルファスシリコン膜）が形成される。

そしてフィールド酸化膜１００上には配線が形成され、更にその上層は平坦化膜を含む中間層として光導波路構造をなす絶縁膜１６が形成され、さらにその上層にカラーフィルタ５０、マイクロレンズ６０からなる光学系が設けられている。

かかる構成によれば、緻密で高品質のゲート酸化膜を低温下で形成することができるため、拡散長の伸びを防止し信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。また図１および図２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。

次に、本実施の形態の固体撮像素子の製造工程について図３乃至図８を参照しつつ説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板１を用意する。
そして、バッファ用の酸化シリコン膜Ｍ１および窒化シリコン膜Ｍ２を形成しフォトリソグラフィによりこれらをパターニングし、２層構造のマスクパターンを形成する。
次いで図３（ｂ）に示すように、このマスクパターンをマスクとして基板表面をエッチング除去し、表面にトレンチＴを形成する。

この状態で、１０００℃の酸化性雰囲気中で加熱し、図３（ｃ）に示すように、膜厚４００ｎｍ程度の酸化シリコン膜からなるフィールド酸化膜１００を形成する。

そして図３（ｄ）に示すように、この窒化シリコン膜Ｍ２を熱燐酸により除去する。
こののち、図３（ｅ）に示すように、ＣＭＰにより平坦化をはかり、段差のない平坦な表面を持つフィールド酸化膜１００を形成する。このとき酸化シリコン膜Ｍ１も除去される。

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３５は、図２では図示していないが、電荷転送部が延在する方向と交差する方向に、形成される。
また、図２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。

次にこのようにしてフィールド酸化膜の形成されたシリコン基板表面に固体撮像素子を形成する工程について図４乃至図８を参照しつつ詳細に説明する。
まず、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３４、電荷読み出し領域３３が形成された、不純物濃度１．０×１０^１６ｃｍ^−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化膜厚２５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜２ａと、ＣＶＤ法による膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜２ｂと、低温プラズマによるラジカル酸化による膜厚８〜１０ｎｍの酸窒化シリコン膜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、ＰＨ_３とＮ_２とを添加したＳｉＨ_４を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．２５μｍ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。

続いてこの後、レジストを塗布しフォトリソグラフィによりレジストパターンＲ１を形成し(図４（ａ）)、このレジストパターンＲ１をマスクとして、ＨＢｒとＯ_２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、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４（ｂ））。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴：Electron Cyclotron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。
そして窒化シリコン膜２ｂおよび酸化シリコン膜２ａを除去した後レジストパターンＲ１をアッシングにより除去し(図４（ｃ）)さらに低温プラズマによるラジカル酸化による酸化膜厚２５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜と、ＣＶＤ法による膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜と、低温プラズマによるラジカル酸化による膜厚８〜１０ｎｍの酸窒化シリコン膜を形成し、電極間絶縁膜４とする(図５（ａ）)。

そして、ＳｉＨ_４ガスにＰＨ_３とＮ_２とを添加した反応性ガスを用いた減圧ＣＶＤ法により第２層導電性膜として膜厚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。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３ａおよびその上層の酸化シリコン膜４ａおよび窒化シリコン膜４ｂ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、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。ここでレジストとしては、ＯＦＰＲ８００を使用し膜厚７００〜８００ｎｍ塗布する。

続いて、図５（ｂ）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５（ｃ）に示すように、周辺回路形成のためのレジストパターンＲ２を形成し、このレジストパターンＲ２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。
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。

この後、さらに低温プラズマによるラジカル酸化による酸化膜厚２５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜と、ＣＶＤ法による膜厚４０ｎｍの窒化シリコン膜と、低温プラズマによるラジカル酸化による膜厚８〜１０ｎｍの酸窒化シリコン膜を形成し、イオン注入によりフォトダイオード領域（図示せず）を形成する（図６（ａ））。そしてフラッシュランプでアニールした後、水素供給経路形成用のレジストパターンＲ２を形成する（図６（ｂ））。そしてエッチングにより水素供給経路を形成する(図６（ｃ）)。

さらに、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜１１を形成し（図７（ａ））、さらに高温ＣＶＤ法による成膜を行い耐圧確保のための層間絶縁膜として膜厚５０〜７５ｎｍの酸化シリコン膜、およびＣＶＤ法により密着性層としてのＴｉＮ層１２、遮光膜としてのＷ層１３を順次形成する。

次に、レジストを塗布すると共にフォトリソグラフィを行い、遮光膜１３をパターニングするためのレジストパターンＲ３を形成する（図７（ｂ））。そしてこのレジストパターンをマスクとしてＷ層１３をエッチングし、遮光膜の酸化防止用の酸化シリコン膜（図示せず）を形成する（図８（ａ））。

そしてこの上層に、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜１０を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する（図８（ｂ））。ここでＢＰＳＧ膜１０に代えて低温プラズマによるラジカル酸化により酸化シリコン膜を形成しても良い。そして導波路を形成するためにフォトダイオード部に開口を形成し、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜１６を形成し光導波路を形成する。そしてＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜：図示せず）、透明樹脂膜からなる平坦化層２０を形成する。

この後、層内レンズ２１、平坦化層２２、カラーフィルタ５０、平坦化層７０、マイクロレンズ６０などを形成して、図１および図２に示すような固体撮像素子を得る。なお図２では主要部のみを示し、光学系などは省略した。

この方法によれば、ＯＮＯ構造のゲート酸化膜を低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による酸化シリコン膜の２層膜によって形成しているため低温形成が可能で、下地の拡散長の伸びを招くことなく、高精度で高耐圧の酸化シリコン膜を形成することができ、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。

完全に平坦化され段差０の基板表面に光電変換部、電荷転送部および周辺回路部を形成しているため、平坦化のための膜を薄くすることができるとともに、低温プラズマによるラジカル酸化によって形成しているため膜質が良好で薄くても十分に大きな耐圧を維持することができるため、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。

なお前記実施の形態では、ゲート酸化膜、電極間絶縁膜、層間絶縁膜、導波路を囲む平坦化膜などすべてを低温プラズマによるラジカル酸化膜とＣＶＤ膜との２層膜で構成したが、いずれかひとつでも有効であることはいうまでもない。いずれかを必要度に応じて適宜選択して使用すればよい。
さらにまた前記実施の形態では光導波路構造となるように形成したが、必ずしも光導波路構造を構成しなくても良いことはいうまでもない。

また、必要に応じて、基板周縁部など、電極配線のパターン密度が小さいところなど、特に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もよい。
このようにして微細でかつ、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。なお熱酸化で形成する場合には９５０℃以上で数時間程度の熱処理が必要であり膜厚２３０ｎｍ程度必要であったのに対し、この方法によれば総膜厚８５ｎｍ程度でよく、６００℃以下で数分程度の熱処理でよく、拡散にほとんど影響を与えることなく形成可能である。

（第２の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、ゲート酸化膜の形成に低温プラズマによるラジカル酸化で形成した酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜と、ラジカル酸窒化シリコン膜との積層構造で形成したが、低温プラズマによるラジカル酸化による酸化シリコン膜とＣＶＤ法による窒化シリコン膜の２層膜によって形成してもよい。

（第３の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、ＬＯＣＯＳ法でフィールド酸化膜を形成する例について説明したが、トレンチＴ内にＣＶＤ法により酸化シリコン膜を充填し、表面をＣＭＰ研磨することにより、平坦化したものも有効である。
この方法によればＬＯＣＯＳの場合に比べてバーズビークもなく微細化が可能である。なお、熱歪によるクラックの発生の問題については、CVD成長時の条件の最適化により問題は解消可能である。

この構成によれば、拡散長の伸びを生じることなく、膜質の良好な絶縁膜を得ることが可能となることから、小型化が可能であり、携帯電話やデジタルカメラなどの電子機器における固体撮像素子として有用である。

本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造工程を示す図である。

符号の説明

１ シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ （３ａ、３ｂ）電荷転送電極（ドープトアモルファスシリコン層）
４ 酸化シリコン膜
５ 窒化シリコン膜
１１ 酸化シリコン膜
１２ ＴｉＮ層
１３ Ｗ層
１６ 絶縁膜
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 平坦化層
１００ フィールド酸化膜
Ａ 有効撮像領域
Ｂ 非撮像領域

Claims (18)

1. 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を具備した固体撮像素子において、
   ゲート酸化膜が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層膜で構成されており、前記酸化シリコン膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜で構成された固体撮像素子。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子であって、
   前記ゲート酸化膜は、低温プラズマによるラジカル酸化膜からなる酸化シリコン膜と、窒化シリコン膜と、ラジカル酸窒化膜で構成された固体撮像素子。
3. 請求項２に記載の固体撮像素子であって、
   前記酸化シリコン膜は、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ酸化膜との２層膜で構成された固体撮像素子。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記電荷転送電極が、第１の電極と、前記第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の電極との単層電極構造を有し、
   前記電極間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記層間絶縁膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜と、ＣＶＤ膜との２層膜構造で構成された固体撮像素子。
7. 請求項２に記載の固体撮像素子であって、
   前記ＣＶＤ膜は窒化シリコン膜である固体撮像素子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記フィールド酸化膜が、トレンチを形成した後選択酸化（ＬＯＣＯＳ）によって形成されたリセスＬＯＣＯＳ膜である固体撮像素子。
9. 請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記フィールド酸化膜が、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜である固体撮像素子。
10. 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を具備した固体撮像素子の製造方法において、
    半導体基板表面に、電荷転送チャネルを形成する工程と、
    前記半導体基板表面に、ゲート酸化膜を形成する工程と、
    前記ゲート酸化膜が形成された半導体基板表面に、電荷転送電極を形成する工程と、
    前記電荷転送電極上に、層間絶縁膜を形成する工程とを含み、
    前記ゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、窒化シリコン膜の形成工程との２工程で形成される固体撮像素子の製造方法。
11. 請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記ゲート酸化膜が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する工程と、酸窒化シリコン膜を形成する工程との３工程で形成される固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項１０記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    電荷転送電極の形成工程が、第１の電極を構成する第１層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層導電性膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
13. 請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記光電変換部上に、光導波路構造を備え、
    前記光導波路の形成工程が、前記光導波路の周縁部が低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程との２工程で構成される絶縁膜を形成する工程と、
    光電変換部上に開口を形成する工程と、
    前記開口に高屈折率材料を充填する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
14. 請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記層間絶縁膜の形成工程が、低温プラズマによるラジカル酸化膜の形成工程と、ＣＶＤ工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
15. 請求項１４に記載の固体撮像素子であって、
    前記ＣＶＤ工程は窒化シリコン膜を形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
    固体撮像素子。
16. 請求項１０乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、リセスＬＯＣＯＳ法により、トレンチを形成した後、選択酸化してフィールド酸化膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
17. 請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    半導体基板表面にフィールド酸化膜を形成した後、前記電荷転送電極を形成するに先立ち、
    前記半導体基板表面全体を平坦化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。
18. 請求項１０乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記光電変換部および電荷転送部の形成に先立ち、シャロウトレンチ（ＳＴＩ）構造をなす膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。

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