JP2007158178A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下、ＤＣショートあるいは電界集中などの、特性劣化を生じることなく、電荷転送部の微細化および薄型化をはかる。
【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、前記電荷転送部が、第１層導電性膜からなる第１層電極と、前記第１層電極に対して電極間絶縁膜を介して当接せしめられた、第２層導電性膜からなる第２層電極とを備えた電荷転送電極で構成される固体撮像素子であって、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で構成されたことを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に電極酸化に関する。

エリアセンサ等に用いられるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。

近年、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。固体撮像素子の作りこまれた基板（シリコン基板）は、フィルタやレンズを積層して、実装される。このため、レンズと光電変換部との位置精度が重要となり、またその距離、特に高さ方向の距離も、製造工程における位置精度と、使用時における感度（光電変換効率）面での大きな問題となる。

さらにまた、このような状況の中で、チップサイズを大型化することなく高解像度を得るためには、単位画素あたりの面積を縮小し、高集積化を図る必要がある。

このような状況の中、高集積化を実現するためには表面の平坦性に加え、電荷転送部の微細化が大きな課題となっている。このため電荷転送部を構成する電極及び電極間絶縁膜の微細化及び薄型化は重要な技術課題となる。
例えば電荷転送部の厚さを薄くし、光電変換部への集光を向上するために、電荷転送部を単層電極構造とした構造が提案されている（例えば特許文献１）。この構造を実現するために、第１層導電性膜により第１層電極のパターンを形成した後、熱酸化により電極間絶縁膜を形成し、この上層に第２層導電性膜を形成している。

ところで、従来の単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、電荷転送電極として多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を用い、第１層電極を形成した後に、この第１層電極のパターン３ａ表面を熱酸化し、酸化シリコン膜４で被覆した後、第２層目の転送電極となる多結晶シリコンあるいはアモルファスシリコン層を堆積し、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法により研磨を行うあるいは、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第２層電極のパターン３ｂを形成し、電極の単層化を実施している。

例えば、従来の方法では、図８に示すように、ｎ型シリコン基板１表面に、酸化シリコン膜２ａと、窒化シリコン膜２ｂと、酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。

続いて、このゲート酸化膜２上に、第１層ドープトポリシリコン膜からなる第１層電極のパターン３ａを形成し、これをフォトリソグラフィによりパターニングした後、熱酸化により電極間絶縁膜となる酸化シリコン膜４を形成する。
そしてこの酸化シリコン膜４を電極間絶縁膜として、第２層ドープトポリシリコン膜等からなる第２層電極のパターン３ｂを形成し、ＣＭＰあるいはレジストエッチバックにより平坦化する方法がとられている。
しかしながらこの熱酸化工程において、電極エッジが反るなど、丸まり易くなる。
この場合、第１層電極のエッジ部の反りにより電極下のポテンシャルプロファイル、特には電荷引き抜き部のポテンシャルプロファイルに支障をきたすことになる。またエッジ部の反りには第２層ドープトポリシリコン膜が入り込み、それがストリンガーとして残り、第２層ドープトポリシリコン膜のエッチング工程では除去しにくくなることがあった。

一方２層電極構造の場合には、図９に示すように、酸化シリコン膜４で被覆された第１層ドープトポリシリコン膜からなる第１層電極パターン３ａ上にかかるように、第２層ドープトポリシリコン膜を形成し、フォトリソグラフィにより形成した所望のマスクを用いてパターニングして、第２層電極パターン３ｂを形成する。
この場合も単層電極構造の場合と同様の問題があった。

また単層電極構造及び２層電極構造のいずれの場合にもこの上層に反射防止膜７を介して遮光膜８が形成されるが、第１層電極及び第２層電極との短絡を防止するために遮光膜８と、電荷転送電極との間に所定の膜厚の酸化シリコン膜などの絶縁膜１７を介在させる必要があり、これが、電荷転送部の高さを高くする原因となっていた。

特開平８−２７４３０２号公報

このように、従来の固体撮像素子では、熱酸化による第１層電極パターンすなわち第１層導電性膜のパターンのエッジが丸くなることに起因して、このエッジ部分に第２層電極パターン即ち第２層導電性膜が入り込み、電界のエッジ集中が生じたり、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ひいては、第２層導電性膜のストリンガーに起因するＤＣショートあるいは電界集中などの問題があった。
また、電荷転送電極を覆うように形成される遮光膜８と電荷転送電極との短絡を防止するために絶縁膜１７の膜厚を低減できないために、電荷転送部の薄型化に限界があった。

本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ＤＣショートあるいは電界集中などの、特性劣化を生じることなく、電荷転送部の微細化および薄型化をはかることを目的とする。
すなわち、第１層電極及び第２層電極のエッジ形状が丸くなるのを抑制し、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ＤＣショートあるいは電界集中などの、特性劣化を生じるのを防止することのできる固体撮像素子を提供することを目的とする。
また、低温形成が可能で、膜質の良好な電極間絶縁膜を備えた固体撮像素子を提供することを目的とする。
さらにまた、遮光膜との間に特別に絶縁膜を介在させることなく、形成することができ電荷転送部の薄型化の可能な固体撮像素子を提供することを目的とする。

そこで本発明は、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、前記電荷転送部が、第１層導電性膜からなる第１層電極と、前記第１層電極に対して電極間絶縁膜を介して当接せしめられた、第２層導電性膜からなる第２層電極とを備えた電荷転送電極で構成される固体撮像素子であって、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で構成されたことを特徴とする。
この構成により、熱酸化を用いることなく、プラズマ酸化プロセスを適用することにより、低温酸化が可能となりかつ電極エッジの丸まりを抑制することができ、高精度のパターンを有する電荷転送部の形成が可能となる。また、エッジが丸くなることに起因して、このエッジ部分に第２層電極パターン即ち第２層導電性膜が入り込み、電界のエッジ集中が生じるのを抑制することができる。これにより、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ひいては、第２層導電性膜のストリンガーに起因するＤＣショートあるいは電界集中などを抑制することが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記第２層電極表面が、低温プラズマによるラジカル酸化膜で被覆されたものを含む。
この構成により、第２層電極表面を膜質の良好な絶縁膜で覆うことができ、電荷転送電極を覆うように形成される遮光膜と電荷転送電極との短絡を防止することができる。また、膜質が良好であるためこの絶縁膜の膜厚を薄くすることができ、電荷転送部の薄型化をはかることが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子において、前記ラジカル酸化膜が、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との２層膜であるものを含む。
この構成により、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層膜となり、絶縁性が向上するため絶縁耐圧を高めつつ酸化量を低減することができ、薄膜化が可能となる。また第１層電極と第２層電極との間の距離を狭めることができ、第１層電極と第２層電極との間のオフセットに起因するポテンシャルポケットを低減することができ、転送効率の向上をはかることができる。

また本発明は、上記固体撮像素子において、前記第１および第２層電極はいずれも半導体基板表面にゲート酸化膜を介して並置された単層構造の電荷転送電極を構成するものを含む。
この構成により、膜質の良好な電極間絶縁膜を用いているため単層構造の電荷転送電極においてリークの確実な低減を図ることができる。

また本発明は、上記固体撮像素子において、前記第２層電極は前記第１層電極の上層の一部に重畳するように形成された２層電極構造の電荷転送電極を構成するものを含む。
この構成によれば、特に第１層電極の上縁近傍で主たる電荷の授受がなされるがこの上縁近傍で膜質の良好な電極間絶縁膜を用いているため２層構造の電荷転送電極においてリークの確実な低減を図ることができる。

また本発明は、上記固体撮像素子において、前記第１層導電性膜または第２層導電性膜はシリコン系導電性膜であるものを含む。

また本発明は、上記固体撮像素子において、前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であるものを含む。

また本発明は、上記固体撮像素子において、前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であるものを含む。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、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単層電極構造の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、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１層電極を構成する第１層導電性膜のパターンを形成する工程と、低温プラズマによるラジカル酸化を行うことにより、前記第１層電極を構成する前記第１層導電性膜のまわりに電極間絶縁膜を形成する工程と、前記第１層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層電極を構成する第２層導電性膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
この方法によれば、熱酸化を用いることなく、プラズマ酸化プロセスを適用することにより、低温酸化が可能となり、低温下で、緻密で膜質の良好な電極間絶縁膜を形成することができるとともに、第１層電極のエッジ部の丸まりを抑制することができる。従って、エッジが丸くなることに起因して、このエッジ部分に第２層電極パターン即ち第２層導電性膜が入り込み、電界のエッジ集中が生じるのを抑制することができる。これにより、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ひいては、第２層導電性膜のストリンガーに起因するＤＣショートあるいは電界集中などを抑制することが可能となり、信頼性の高い電極間絶縁膜を形成することができる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記電極間絶縁膜を形成する工程が、酸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を含む。
この方法によれば、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との積層膜を構成するため、絶縁耐圧の高い電極間絶縁膜を形成することができるため、薄型化をはかることができ、その結果電極間距離を低減することができる。このことにより、第１層電極と第２層電極の距離を低減でき、電極間ギャップに起因するポテンシャルポケットの生成を抑制することができ、またポテンシャルポケットを生成したとしても浅くすることができ、駆動電圧を高くすることなく形成可能である。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜を形成する工程が酸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を含む。
この方法によれば、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との積層膜を構成するため、絶縁耐圧の高い絶縁膜を形成することができるため、この上層に絶縁膜を介在させることなく遮光膜を形成することができ、電荷転送部の薄型化をはかることができる。その結果、光電変換部への入射光量を増大することができ、高感度化をはかることができる。なお、第２層電極上を覆う絶縁膜の形成後に、反射防止膜の形成に先立ち、ＨＴＯ膜を形成するのが望ましい。これは水素アニール即ちシンター工程において水素の通り道を確保するためであるが、これにより、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜とこのＨＴＯ（酸化シリコン）膜とで、ＯＮＯ膜を構成するため、より絶縁性が高くなり、遮光膜と電荷転送電極との絶縁性を高めることが可能となる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第２層導電性膜および絶縁膜の形成された半導体基板表面に、さらに、反射防止膜を形成する工程と、前記反射防止膜の上層にスパッタリング法によりタングステン膜からなる遮光膜を形成する工程とを含む。
この方法によれば、スパッタリング法であれば、反射防止膜（例えば窒化シリコン膜）上にチタンナイトライド（ＴｉＮ）などの密着性膜を介在させることなく、タングステン膜を形成することができ、界面に水素の通り道を残すことができるため、形成後の水素アニール処理も有効となり、電荷転送部のさらなる薄型化をはかることができ、極めて薄型で高効率の固体撮像素子を形成することが可能となる。その結果、光電変換部への入射光量を増大することができ、さらなる高感度化をはかることができる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記反射防止膜が、ほぼ半導体基板表面全体を覆うように形成されるものを含む。
この構成により、反射防止膜のパターニング工程が不要となり、かつ遮光膜と電荷転送電極との間の絶縁性を高めることができる。従って、全面に形成された、反射防止膜（例えば窒化シリコン膜）上にチタンナイトライド（ＴｉＮ）などの密着性膜を介在させることなく、スパッタリング法によりタングステン膜を形成することができ、界面に水素の通り道を残すことができるため、反射防止膜をほぼ全面に形成した後の水素アニール処理も有効となり、電荷転送部のさらなる薄型化をはかることができ、極めて薄型で高効率の固体撮像素子を形成することが可能となる。その結果、光電変換部への入射光量を増大することができ、さらなる高感度化をはかることができる。ここでスパッタリングにより形成されるタングステン膜は、密着性層を形成することなく、反射防止膜（窒化シリコン）上に形成することができるため、高さを低くすることができる。なお、水素の通過を妨げる原因となる密着性層が存在しないため、水素アニール時の水素の通過孔となる開口は基板上のどこかに存在すればよく、反射防止膜に開口を形成するための高精度のパターニングが実質的には不要となる。ただし望ましくは、反射防止膜は、電極上面で開口を形成しておくのが望ましい。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第１層電極上に突出する前記第２層導電性膜の突出部を除去し、表面を平坦化する工程を含むものを含む。
この構成によれば、単層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第２層導電性膜の形成工程に先立ち、前記酸化防止膜を除去する工程を含み、前記第２層導電性膜の形成工程の後、前記第１層電極上に重畳する領域を残して前記第２層導電性膜をパターニングする工程を含むものを含む。
この構成によれば、２層電極構造の電荷転送電極を電極間リークの虞もなく高歩留まりで得ることができる。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第１層導電性膜または第２層導電性膜は、シリコン系導電性膜であるものを含む。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であるものを含む。

また、本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であるものを含む。

本発明の固体撮像素子およびその製造方法によれば、電極間絶縁膜の形成に際し、熱酸化を用いることなく、プラズマ酸化プロセスを適用することにより、低温酸化が可能となり、低温下で、緻密で膜質の良好な電極間絶縁膜を形成することができるとともに、第１層電極のエッジ部の丸まりを抑制することができ、エッジが丸くなることに起因して、このエッジ部分に第２層電極パターン即ち第２層導電性膜が入り込み、電界のエッジ集中が生じるのを抑制することができる。従って、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ひいては、第２層導電性膜のストリンガーに起因するＤＣショートあるいは電界集中などを抑制することが可能となり、信頼性の高い電極間絶縁膜を形成することができる。

また、絶縁耐圧の高い電極間絶縁膜を形成することができるため、薄型化をはかることができ、その結果電極間距離を低減することができる。このことにより、第１層電極と第２層電極の距離を低減でき、電極間ギャップに起因するポテンシャルポケットの生成を抑制することができ、またポテンシャルポケットを生成したとしても浅くすることができ、駆動電圧を高くすることなく形成可能であり、転送効率の増大をはかることができる。
また、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）

この固体撮像素子は、図１および２にその断面概要図および平面概要図を示すと共に図３乃至６にその電極形成工程を示すように、２層電極構造の電荷転送電極を備えた固体撮像素子において、第１層シリコン膜で形成される第１層電極３ａと第２層シリコン膜で形成される第２層電極３ｂとの間に形成される電極間絶縁膜４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４ａと酸窒化シリコン膜４ｂで形成するとともに、第２層電極３ｂ上を覆う絶縁膜５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５ａと酸窒化シリコン膜５ｂで形成するようにしたことを特徴とするものである。また、この絶縁膜５の形成後に、反射防止膜７の形成に先立ち、ＨＴＯ膜６を形成し、水素アニール工程において水素の通り道を確保するとともに、酸化シリコン膜と窒酸化シリコン膜とこのＨＴＯ（酸化シリコン）膜とで、ＯＮＯ膜を構成し、遮光膜８と電荷転送電極との絶縁性を高めるようにしたものである。ここで反射防止膜７はほぼ基板表面全体に形成された窒化シリコン膜で構成され、遮光膜はこの反射防止膜上にスパッタリング法で形成されたタングステン膜で構成される。他は通例の固体撮像素子と同様に形成される。

なお、図２に平面概要図を示すように、シリコン基板１には、光電変換部を構成する複数のフォトダイオード領域３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード領域３０の間に形成される。ここで図１は図２のＡ−Ａ線に沿って切断して得られる断面である。

電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネル３３は、図２では図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、形成される。

なお、図２においては、電極間絶縁膜の内、フォトダイオード領域と電荷転送部４０との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。

図１に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード領域３０、電荷転送チャネル３５、チャネルストップ領域３３、電荷読み出し領域３４が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、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４ａと酸窒化シリコン膜４ｂからなる電極間絶縁膜４と電荷転送電極（第１層ドープトポリシリコン膜からなる第１層電極３ａ、第２層ドープトポリシリコン膜からなる第２層電極３ｂ）が形成される。

電荷転送部４０は、上述したとおりであるが、図１に示すように、電荷転送部４０の電荷転送電極上面には、絶縁膜５（酸化シリコン膜５ａ、酸窒化シリコン膜５ｂ）、ＨＴＯ膜６を介して反射防止膜７が全面に形成され、この上層にタングステン膜からなる遮光膜８が形成されつ。そしてこの上層に、ＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）からなる絶縁膜１０、Ｐ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）１６、カラーフィルタ層５０、透明樹脂膜からなる平坦化層７０、マイクロレンズ６０が順次積層形成されている。

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。

次にこの固体撮像素子の製造工程について図３乃至図６を参照しつつ詳細に説明する。
まず、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、膜厚１５〜３５ｎｍの酸化シリコン膜２ａと、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜２ｂと、膜厚５〜１０ｎｍの酸化シリコン膜２ｃを形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。

続いて、このゲート酸化膜２上に、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、第１層導電性膜として例えば膜厚０．２５〜０．４μｍのリンドープの第１層ドープトポリシリコン膜３ａを形成する。このときの基板温度は５００〜６５０℃とする。

この上層にポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布し、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、レジストパターンＲ１を形成する（図３（ａ）。（ここでレジストパターンの形成に先立ち、第１層ドープトポリシリコン膜３ａ表面に酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との２層膜形成しておき、これをハードマスクとして第１層ドープトポリシリコン膜をパターニングするようにしてもよい。）

この後、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このレジストパターンをマスクとし、ゲート酸化膜２の窒化シリコン膜２ｂをエッチングストッパとして第１層ドープトポリシリコン膜３ａを選択的にエッチング除去し、第１層電極および周辺回路（図示せず）の配線を形成する（図３（ｂ））。ここではＥＣＲ(電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。

そしてレジストパターンＲ１をアッシングにより除去し(図３（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４ａを形成する(図４（ａ）)。

そして、さらに、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４ｂを形成し、電極間絶縁膜４とする(図４（ｂ）)。

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。

この後、図４（ｃ）に示すように、第２層電極および周辺回路形成のためのレジストパターンを形成し、このレジストパターンマスクとして、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。このとき、基板表面の酸窒化シリコン膜４ｂおよび窒化シリコン２ｂはエッチング除去する。

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５ａ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５ｂ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５（ａ））。そしてフラッシュランプでアニールした後、シランガスを用いた高温ＣＶＤ法によりＨＴＯ膜６を形成する（図５（ｂ））。これにより酸化シリコン膜５ａ、酸窒化シリコン膜５ｂと酸化シリコン膜であるＨＴＯ膜６とでＯＮＯ構造を構成することになり、より絶縁性の高いものとなる。

この後、ＣＶＤ法により反射防止膜７としての窒化シリコン膜を形成し、フォトリソグラフィによりパターニングする（図５（ｃ））。そしてスパッタリング法によりタングステン膜からなる遮光膜８を形成しフォトリソグラフィにより選択的にエッチング除去する(図６)。

次に、必要に応じて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。
そしてこの上層に、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜１０を形成し、この上層にＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）１６を形成する。
ここでＢＰＳＧ膜を成膜後、８５０℃でリフローし平坦化するあるいは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、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、この開口内にＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成し光導波路を形成するようにしてもよい。

この後、平坦化層（図示せず）、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。

この構成により、熱酸化を用いることなく、プラズマ酸化プロセスを適用することにより、低温酸化が可能となりかつ電極エッジの丸まりを抑制することができ、高精度のパターンを有する電荷転送部の形成が可能となる。また、エッジが丸くなることに起因して、このエッジ部分に第２層電極パターン即ち第２層導電性膜が入り込み、電界のエッジ集中が生じるのを抑制することができる。これにより、転送効率の低下、電荷引き抜き特性の低下ひいては、第２層導電性膜のストリンガーに起因するＤＣショートあるいは電界集中などを抑制することが可能となる。

また、この方法によれば、第１層電極と第２層電極との間に形成される電極間絶縁膜４および第２層電極上に形成される絶縁膜５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酸窒化シリコン膜の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、高精度で高耐圧の絶縁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。

なお前記実施の形態では、第１層電極と第２層電極との間に形成される電極間絶縁膜４および第２層電極上に形成される絶縁膜５を低温プラズマによるラジカル酸化によって形成したが、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。
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。

また前記実施の形態では、遮光膜をスパッタリングによって形成したが、ＣＶＤ法によって形成しても良い。この場合タングステン膜の密着性の向上のために下地としてチタンナイトライドをスパッタリング法によって形成する必要があるが、チタンナイトライドを用いることにより、これと反射防止膜としての窒化シリコン膜が密着してしまうため、シンター時の水素の通路を確保するため、反射防止膜形成後にＴＥＯＳ膜(図８、図９参照)を形成する必要があるため、高さが高くなり、薄型化を阻むことになる。

（第２の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、第１層電極と第２層電極との間の電極間絶縁膜および第２層電極上の絶縁膜の形成に低温プラズマによるラジカル酸化後に連続して酸窒化処理を行うことによって形成した酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との積層構造で形成したが、いきなり低温プラズマによる酸窒化処理により酸窒化シリコン膜を形成してもよい。

（第３の実施の形態）
前記第１の実施の形態では、２層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子について説明したが、図７に示すように単層構造の電荷転送電極を用いた場合にも適用可能であることはいうまでもない。なお、ここで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後に連続して酸窒化処理を行うことによって形成した酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との積層構造で形成したが、いきなり低温プラズマによる酸窒化処理により酸窒化シリコン膜を形成してもよい。

ここで異なるのは、電極構造のみであり、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを成膜後すぐにフォトリソグラフィによりパターニングしたのに対し、本実施の形態では、フォトリソグラフィによりパターニングに先立ち、平坦化を行うことである。すなわち、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。

後は、前記実施の形態１と同様に形成される。この構成により、さらなる薄型化をはかることが可能となる。

なお、電極間絶縁膜については、酸化シリコン膜と、酸窒化シリコン膜の積層膜としてもよいが、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜、酸化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化シリコン膜の単層膜でもよい。

以上説明してきたように、本発明の固体撮像素子によれば、プラズマ酸化により、電極間絶縁膜を形成しているため、電極エッジ部の丸まりを抑制し、おいてポテンシャルポケットの形成を抑制することができ、電荷の引き抜き特性の向上を図ることが可能となる。また耐圧の向上を図ることが可能となり、薄型化をはかることができ、微細でかつ高感度の固体撮像素子の形成に有効である。

本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子を示す平面図である。 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２の実施の形態の固体撮像素子を示す断面図である。 従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。 従来例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
３ａ 第１層電極（第１層ドープトポリシリコン膜）
３ｂ 第２層電極（第２層ドープトポリシリコン膜）
３ 電荷転送電極
４ａ 酸化シリコン膜
４ｂ 酸窒化シリコン膜
４ 電極間絶縁膜
５ａ 酸化シリコン膜
５ｂ 酸窒化シリコン膜
５ 絶縁膜
６ ＨＴＯ膜
７ 反射防止膜
８ 遮光膜
３０ フォトダイオード領域（光電変換部）
４０ 電荷転送部
５０ カラーフィルタ
６０ マイクロレンズ
７０ 平坦化層

Claims (20)

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、
   前記電荷転送部が、第１層導電性膜からなる第１層電極と、前記第１層電極に対して電極間絶縁膜を介して当接せしめられた、第２層導電性膜からなる第２層電極とを備えた電荷転送電極で構成される固体撮像素子において、
   前記電極間絶縁膜は、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、
   前記第２層電極表面が、低温プラズマによるラジカル酸化膜で被覆された固体撮像素子。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
   前記ラジカル酸化膜は、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜との２層膜である固体撮像素子。
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、
   前記第１および第２層電極はいずれも半導体基板表面にゲート酸化膜を介して並置された単層構造の電荷転送電極を構成することを特徴とする固体撮像素子。
5. 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、
   前記第２層電極は前記第１層電極の上層の一部に重畳するように形成された２層電極構造の電荷転送電極を構成することを特徴とする固体撮像素子。
6. 請求項１乃至５に記載の固体撮像素子であって、
   前記電荷転送電極のほぼ全面を覆うように形成された反射防止膜を介して、スパッタリング法により形成されたタングステン膜を含む遮光膜を備えた固体撮像素子。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記第１層導電性膜または第２層導電性膜はシリコン系導電性膜であることを特徴とする固体撮像素子。
8. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
   前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子。
9. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
   前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子。
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単層電極構造の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、
    ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、第１層電極を構成する第１層導電性膜のパターンを形成する工程と、
    低温プラズマによるラジカル酸化を行うことにより、前記第１層電極を構成する前記第１層導電性膜のまわりに電極間絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１層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層電極を構成する第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。
11. 請求項１０に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    さらに低温プラズマによるラジカル酸化を行うことにより、前記第２層導電性膜のまわりに絶縁膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項１０または１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記電極間絶縁膜を形成する工程は、酸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を含む固体撮像素子の製造方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記絶縁膜を形成する工程は酸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を含む固体撮像素子の製造方法。
14. 請求項１０乃至１３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第２層導電性膜および絶縁膜の形成された半導体基板表面に反射防止膜を形成する工程と、
    前記反射防止膜の上層にスパッタリング法によりタングステン膜からなる遮光膜を形成する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の製造方法であって、
    前記反射防止膜を形成する工程は、半導体基板表面全体を覆うように形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
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、
    第１層電極上に突出する前記第２層導電性膜の突出部を除去し、表面を平坦化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
17. 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、
    前記第２層導電性膜の形成工程の後、前記第１層電極上に重畳する領域を残して前記第２層導電性膜をパターニングする工程を含む固体撮像素子の製造方法。
18. 請求項１０乃至１７のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第１層導電性膜または第２層導電性膜は、シリコン系導電性膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
19. 請求項１８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記シリコン系導電性膜はドープトアモルファスシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
20. 請求項１８に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記シリコン系導電性膜はドープトポリシリコン膜であることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

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