JP2012129373A - 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の製造方法において、固体撮像素子における電荷転送電極の間のギャップ部Ｇに絶縁膜を画素特性の劣化を招くことなく形成する。
【解決手段】固体撮像素子１１０の製造方法において、シリコン基板１のウエル領域２上にゲート絶縁膜７を介して導電性膜８を形成する工程と、該導電性膜８を、該光電変換部の拡散領域５に対向する開口部が形成されるようパターニングする工程と、全面に第１の絶縁膜９を形成した後、有機塗布膜１０を該導電性膜に形成した該開口部が埋まるよう形成する工程と、該導電性膜８をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングして、複数の電荷転送電極８を、該複数の電荷転送電極が該電荷転送方向に所定のギャップＧを開けて配列されるよう形成する工程と、該第２の絶縁膜１２及び１３を、該電荷転送電極間のギャップＧに埋め込まれるよう形成する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び電子情報機器に関し、特に固体撮像素子における隣接する電荷転送電極の間のギャップを形成する方法、このような固体撮像素子における電荷転送電極の間のギャップに絶縁膜を埋め込んだ構造、及びこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器に関するものである。

近年、固体撮像素子においては、高画素化が進んでおり、画素数増加に伴い信号電荷の高速転送が必要となることから、とりわけ信号電荷の転送チャネル上に配置される電荷転送電極の低抵抗化と、隣接する電荷転送電極の間に形成されるギャップ（以下、電荷転送電極間ギャップともいう。）の微細化が重要となってきている。特に、電荷転送電極間ギャップは、狭く加工して転送チャネル内のポテンシャルを均一にする必要がある。

従来の固体撮像素子の製造方法では、ポリシリコンなどの導電性膜を、電荷転送電極間ギャップが形成されるようパターニングしたのち、この導電性膜を酸化させて電荷転送電極間にこれらを絶縁する絶縁膜を形成している。

ところが、このような方法で電荷転送電極間ギャップに絶縁膜を形成すると、転送チャネルの表面領域やポリシリコン等の導電性膜が熱酸化により侵食され、電荷転送電極の断面形状が、その端部が迫上がるスマイリング形状となり、電荷転送電極間ギャップが広がる。つまり、スマイリング形状によって、固体撮像素子の微細化が妨げられるだけではなく、転送チャネル内のポテンシャルを特に転送方向に沿って均一な状態にできなくなる。この結果、転送チャネルには、電荷転送電極に印加される転送パルスによって電荷転送井戸が局所的に形成されにくい領域が形成されることになり、転送劣化が生じてしまうという問題があった。

このような問題に対する対策として、特許文献１では、電荷転送電極間ギャップに、熱酸化に代わるＬＰＣＶＤ法で絶縁膜を充填させることで、電荷転送電極間ギャップの絶縁膜を、電荷転送電極間ギャップの拡がりを招くことなく形成している。

つまり、この特許文献１に開示の製造方法では、シリコン基板上にゲート絶縁膜及び電荷転送電極の構成材料としてのポリシリコン膜を形成し、該ポリシリコン膜の、電荷転送電極間ギャップに対応する部分に開口を有するレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクにポリシリコン膜をエッチングし、電荷転送電極間ギャップを形成し、その後、ＬＰＣＶＤ法により、シリコン酸化膜（ＨＴＯ）やシリコン窒化膜を、電荷転送電極間ギャップに絶縁膜が充填されるよう成膜している。

具体的には、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）、図１３（ａ）および図１３（ｂ）はそれぞれ、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の製造方法における各工程を示す要部縦断面図である。

まず、ｎ型シリコン基板１表面に、膜厚１５ｎｍの酸化シリコン膜１０２ａ、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜１０２ｂ、及び膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜１０２ｃを形成し、３層構造のゲート絶縁膜１０２を形成する。

図１２（ａ）に示すように、このシリコン基板１０１上のゲート絶縁膜１０２上に、Ｈｅで希釈したＳｉＨ_４を反応性ガスとして用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．４μｍの多結晶シリコン膜１０３を形成する。このときの基板温度は摂氏６００〜７００度とする。この後、ＰＯＣｌ_３とＮ_２とＯ_２との混合ガス雰囲気中で摂氏９００度の熱処理を行って多結晶シリコン膜１０３をドーピングする（リン酸処理）。

続いて、その上層としてポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布する。図１２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィにより所望のマスクを用いて露光し、現像、水洗を行い、開口幅ｇ＝０．２μｍのレジストパターンＲ１を形成する。

この後、図１２（ｃ）に示すように、このレジストパターンＲ１をマスクとして、ＨＢｒとＯ_２またはＨＢｒとＣｌ_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、ゲート絶縁膜１０２の窒化シリコン膜１０２ｂをエッチングストッパとして多結晶シリコン膜１０３を選択的にエッチング除去し、電極パターンを形成する。ここでは、ＥＣＲまたはＩＣＰなどのエッチング装置を用いるのが望ましい。ここでは、アッシングによりレジストパターンＲ１を除去している。

さらに、図１３（ａ）に示すように、モノシランとＮ_２Ｏとを用いた減圧ＣＶＤ法により、この電極のパターンの表面に膜厚８０ｎｍの酸化シリコン膜（ＨＴＯ）からなる電極間絶縁膜１０４を形成する。ここで、基板温度は摂氏７５０度に維持し、成膜室内の圧力は１．２Ｔｏｒｒとした。

この後、図１３（ｂ）に示すように、ＮＨ_３とＤＣＳ（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）とを用いた減圧ＣＶＤ法によりこの電極間絶縁膜１０４全体を覆うように窒化シリコン膜からなる絶縁膜１０５を形成する。

次に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィにより光電変換部であるフォトダイオード形成領域に開口部を有するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして、ＨＢｒとＯ_２またはＨＢｒとＣｌ_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、フォトダイオード形成領域上を開口する。

その後、このレジストパターンをそのまま残し、これをマスクとしてフォトダイオードのｐｎ接合を形成するためのイオン注入を行い、シリコン基板１０１との間にｐｎ接合を形成する拡散領域を形成する。このｐｎ接合によって受光部としての光電変換部が形成される。

特開２００４−３３５８０４号公報

しかしながら、この従来の製造方法では、電荷転送電極の材料となるポリシリコン膜のパターニングにより電荷転送電極間ギャップを形成してここに絶縁膜を埋め込んだ後、該ポリシリコン膜の、光電変換部（フォトダイオード形成領域）に対応する部分に開口を形成するための加工を行っている。

つまり、ポリシリコン膜に電荷転送電極間ギャップを形成するための加工と、該ポリシリコン膜の、光電変換部に対応する部分に開口部（以下、光電変換部形成用の開口部ともいう。）を形成する加工とは別工程で行っている。このため、ポリシリコン膜の、光電変換部に対応する部分に開口を形成するに際し、マスクパターンの位置合わせがばらつくことにより、光電変換部形成用の開口部が、ポリシリコン膜の、電荷転送電極間ギャップに相当する部分（ギャップ部）にオーバーラップすることもある。

このような場合に、例えば、光電変換部としてのフォトダイオード部に、電荷転送電極間ギャップに充填した絶縁膜が不必要な絶縁膜として残存すると、画素の開口が狭くなってしまう。また、電荷転送電極間ギャップを形成するためのポリシリコン膜のエッチング中に、シリコン基板の、フォトダイオード部となるべき領域がエッチングされてリークの発生原因となったり、フォトダイオード形成領域に対するイオン注入時に、電荷転送電極間ギャップ部に不要なイオン注入が行われてしまったりする。その結果に画素特性が劣化する。

また、従来の製造方法では、光電変換部用の開口部を形成する際に用いるレジストパターンをそのまま残して、これをマスクにしてフォトダイオードの表面Ｐ＋注入を行っている。ところが、イオン注入は、電荷転送電極のエッチング後に残っている、電荷転送電極の下地膜である熱酸化膜のエッチング残膜を介して行われることになるので、このエッチング残膜の膜厚がばらついた場合には、シリコン基板内へ注入されるイオンの注入深さや濃度が変動することになり、この影響で、例えば、信号電荷の読み出し時に印加される読み出し電圧に対して、読み出される信号電荷が変動してしまうことになる。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、電荷転送電極の間のギャップ部を、画素特性の劣化を招くことなく形成することができる固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、並びにこのような固体撮像素子を備えた電子情報機器を得ることを目的とする。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して導電性膜を形成する工程と、該導電性膜を、該光電変換部に対向する開口部が形成されるようパターニングする工程と、全面に第１の絶縁膜を形成した後、有機塗布膜を該導電性膜に形成した該開口部が埋まるよう形成する工程と、該導電性膜をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングして、該電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極を、該複数の電荷転送電極が該電荷転送方向に所定のギャップを開けて配列されるよう形成する工程と、該第２の絶縁膜を、該電荷転送電極間のギャップを埋め込むよう形成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

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の絶縁膜は、熱酸化膜であり、前記第２の絶縁膜は、ＣＶＤによる絶縁膜であることが好ましい。

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の絶縁膜は、ＬＰＣＶＤ法でＳｉＨ_４ガスとＮ_２Ｏを用いて、下地の段差を反映するよう形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜上に、ＬＰＣＶＤ法でＳｉＨ_２ＣＬ_２ガスとＮＨ_３ガスを用いて、前記電荷転送電極間のギャップを埋め込むよう形成されたシリコン窒化膜とを含むことが好ましい。

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の絶縁膜を形成した後に、前記光電変換部を構成するフォトダイオードの形成領域の表面に表面Ｐ^＋層が形成されるようイオン注入を行う工程を有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記電荷転送部は、前記光電変換部で生成された信号電荷を受け取り、垂直方向に転送する垂直電荷転送部であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記導電性膜をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングする工程では、該エッチングマスクの位置合わせに起因した、前記光電変換部の、前記垂直電荷転送部を構成する電荷転送電極の間のギャップを形成すべき領域とのオーバーラップ部が、前記第１の絶縁膜および前記有機塗布膜によって、該導電性膜に対するエッチングから保護されることが好ましい。

本発明に係る固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、該半導体基板上に該ゲート絶縁膜を介して形成され、該電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極と、該半導体基板上に形成され、該光電変換部を構成する受光領域とを備え、該電荷転送電極を構成する導電性膜は、該電荷転送電極の間のギャップ部、及び該受光領域に対応する部分に開口部を有し、該受光領域の、該開口部内に露出する部分は、熱酸化により形成した第１の絶縁膜により覆われており、該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部には、ＣＶＤにより形成した第２の絶縁膜が充填されており、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記第２の絶縁膜は、前記電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部内面上に形成された酸化膜と、前記電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部内に、該酸化膜を介して充填された窒化膜とを有することが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記受光領域の、前記開口部内に露出する部分を覆う、熱酸化により形成した第１の絶縁膜と、該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部内面に形成した酸化膜との間には、膜厚方向の段差があることが好ましい。

本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子を含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。

次に作用について説明する。

本発明においては、光電変換部である受光部の表面には、熱酸化膜により均一な絶縁膜を形成することで、光電変換部としてのフォトダイオードに対する表面Ｐ＋注入がばらつき少なく行われることとなり、読み出し特性の劣化を回避できる。

また、本発明においては、電荷転送電極間ギャップ部にはＣＶＤによる埋め込み絶縁膜が形成されているので、ギャップ下の転送チャネル表面や電荷転送電極が埋め込み絶縁膜の形成時に酸化されることはなく、電荷転送電極間ギャップの拡大を抑制することができる。

さらに、本発明においては、垂直転送部上の導電性膜に電荷転送電極間ギャップ部を形成する工程では、第１の絶縁膜および有機塗布膜により、フォトダイオード部の、電荷転送電極間ギャップ部とのオーバーラップ部が保護されるので、電荷転送電極間ギャップ部を形成するためのマスクパターンの位置ずれがあっても、電荷転送電極間ギャップ部の形成時に、フォトダイオード部がエッチングされるのを回避することができる。

この結果、フォトダイオード部と微細なギャップ部とを精度良く形成することが可能となる。

本発明においては、固体撮像素子において、電荷転送電極を構成する導電性膜を、電荷転送電極の間のギャップ部、及び受光領域に対応する部分に開口部を有する構造とし、該受光領域の、該開口部内に露出する部分は、熱酸化により形成した第１の絶縁膜により覆われており、該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部には、ＣＶＤにより形成した第２の絶縁膜が充填されているので、電荷転送電極の間のギャップ部に埋め込む絶縁膜の形成する際に、熱酸化によりギャップ部の間隔が広がるのを回避することができる。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して導電性膜を形成する工程と、該導電性膜を、光電変換部に対向する開口部が形成されるようパターニングする工程と、全面に第１の絶縁膜を形成した後、有機塗布膜を該導電性膜に形成した該開口部が埋まるよう形成する工程と、該導電性膜をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングして、電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極を、該複数の電荷転送電極が該電荷転送方向に所定のギャップを開けて配列されるよう形成する工程とを含むので、電荷転送電極間のギャップを形成するためのマスクパターンの位置ずれがあっても、電荷転送電極間のギャップの形成時に、光電変換部がエッチングされるのを回避することができる効果が得られる。

この結果、光電変換部と転送電極間ギャップ部とのレイアウトとして理想なレイアウトが可能となり、微細で転送劣化の無い固体撮像素子を製造することができる。

本発明に係る固体撮像素子によれば、半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、該半導体基板上に該ゲート絶縁膜を介して形成され、該電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極と、該半導体基板上に形成され、該光電変換部を構成する受光領域とを備え、該電荷転送電極を構成する導電性膜は、該電荷転送電極の間のギャップ部、及び該受光領域に対応する部分に開口部を有し、該受光領域の、該開口部内に露出する部分は、熱酸化により形成した第１の絶縁膜により覆われており、該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部には、ＣＶＤにより形成した第２の絶縁膜が充填されているので、電荷転送電極の間のギャップ部に埋め込む絶縁膜の形成する際に、熱酸化によりギャップ部の間隔が広がるのを回避することができる効果が得られる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子（ＣＣＤ型イメージセンサ）を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を概念的に示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）における１つの光電変換部（フォトダイオード部）及びその周辺部を拡大して具体的な構成を示している。 図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子（ＣＣＤ型イメージセンサ）を説明する断面図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面の構造を示し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面の構造を示している。 図３は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、半導体基板内の拡散領域の形成から基板上でのポリシリコン膜の形成まで工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図３（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図３（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図４は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、ポリシリコン膜のパターニング工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図４（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図４（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図５は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、受光部及びポリシリコン膜を覆う第１の絶縁膜の形成工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図５（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図５（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図６は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、有機絶縁膜の形成及びギャップ部を形成するフォトレジストの形成工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図６（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図６（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図７は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、電荷転送電極間のギャップ部を形成する工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図７（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図７（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図８は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、電荷転送電極間のギャップ部を絶縁膜により埋め込む工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図８（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図８（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図９は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、電荷転送電極と吊り上げ配線とのコンタクトホールを形成する工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図９（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図９（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図１０は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法における、電荷転送電極上に吊り上げ配線を形成する工程を説明する図であり、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面（図１０（ａ））及びＩＩｂ−ＩＩｂ線断面（図１０（ｂ））に対応する部分の構造を示している。 図１１は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。 図１２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の製造方法の各製造工程を示す要部縦断面図である。 図１３（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の製造方法の各製造工程を示す要部縦断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子（ＣＣＤ型イメージセンサ）を説明する図であり、図１（ａ）は全体構成を概念的に示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）における１つの光電変換部及びその周辺領域を拡大して具体的な構成を示している。

また、図２は前記固体撮像素子の断面構造を示しており、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面の構造、つまり固体撮像素子における画素アレイの垂直方向の断面構造を示し、図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面の構造、つまり固体撮像素子における画素アレイの水平方向の断面構造を示している。

この固体撮像装置１１０では、半導体基板２上に多数のフォトダイオードＰＤが受光部（光電変換部）１５０としてアレイ状に、図示する例では正方格子状に配列形成されている。また、各フォトダイオード列の側部にはフォトダイオード１５０が受光量に応じて蓄積した信号電荷を受け取り転送する垂直転送部（ＶＣＣＤ）１３０が設けられ、半導体基板２の下辺部には垂直転送部１５０から受け取った信号電荷を出力段に転送する水平転送部（ＨＣＣＤ）１４０が設けられ、水平転送部１４０の出力段には信号電荷量に応じた電圧値信号を出力するアンプ（出力部）１２０が設けられている。

なお、フォトダイオード１５０の表面上には遮光膜やカラーフィルタ層，マイクロレンズ層（図示せず）が設けられている。

図１（ｂ）の平面図を用いて、画素アレイにおけるレイアウトについて説明する。

ｎ型半導体基板１上に形成された低濃度のｐ型ウェル２には、上記複数の光電変換部１５０を構成する複数のフォトダイオード部（受光部拡散領域）５が形成され、拡散領域５の縦列に沿って、垂直転送部１５０を構成する垂直転送チャネル（チャネル拡散領域）３が形成されている。また、このチャネル拡散領域３上には、ゲート絶縁膜を介して、上記垂直転送部１５０を構成する電荷転送電極８が所定のギャップＧを隔てて配置されている。また、チャネル拡散領域３と受光部拡散領域５との間の一部には、読み出し拡散領域６が形成され、チャネル拡散領域３と受光部拡散領域５との間の他の部分には、チャネルストップ領域４が形成されている。

また、水平方向に並ぶ各行の複数の電荷転送電極８上には、絶縁膜を介して吊り上げ配線１５が形成され、該吊り上げ配線１５とこれらの電荷転送電極８とはコンタクトホール１５ａにより接続されている。

そして、さらにこの吊り上げ配線１５の上方には、上記受光部に対向する部分に遮光膜開口１４ａを形成した遮光膜１４が絶縁膜を介して形成されている。

次に、図２（ｂ）に示す断面構造について説明する。

上記ｎ型半導体基板１上に低濃度のｐ型ウェル２が形成されている。さらに、ｐ型ウェル２内には、チャネルストップ領域４と、フォトダイオード部５で発生した信号電荷を垂直ＣＣＤ電荷転送部３に読出すための電荷読出し領域６とが形成されている。

更に、基板１上にゲート絶縁膜７を介して、ゲート電極（電荷転送電極）８が形成されている。このゲート電極８の上面および側壁とフォトダイオード部５の表面には、シリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜９が形成され、さらに、少なくともシリコン酸化膜１２とシリコン窒化膜１３とを含む第２の絶縁膜が形成されている。

また、ゲート電極８上には、これらの絶縁膜を介して吊り上げ配線１５が形成され、この吊り上げ配線１５は、コンタクトホール１５ａに充填した導電性プラグにより該ゲート電極８に接続されている。

そして、さらに第１〜第３の絶縁膜９、１２，１３及び上記吊り上げ配線上１５上には絶縁膜１６を介して遮光膜１４が形成されており、この遮光膜の受光部（フォトダイオード部）５に対応する部分には、遮光膜開口１４ａが形成されている。

ここで、遮光膜には、例えばタングステン（Ｗ）膜などが用いられている。また、受光部５の表面には、熱酸化による均一な膜厚で形成される第１の絶縁膜９が設けられているので、フォトダイオードの表面へのＰ^＋イオンの注入は、この絶縁膜９を介してばらつき少なく行われ、その結果、読み出し特性の劣化が抑制できる。

続いて、図２（ａ）に示す断面構造について説明する。

ｎ型半導体基板１の上に低濃度のｐ型ウェル２が形成され、該ｐ型ウエル垂直ＣＣＤ転送部３としてｎ型不純物拡散領域が形成されている。

さらに、シリコン基板１にゲート絶縁膜７を介して、ギャップ部Ｇを有する転送ゲート電極８が形成され、ギャップ部Ｇには、ゲート絶縁膜７、第２の絶縁膜１２としてのＣＶＤによるシリコン酸化膜、第３の絶縁膜１３としてのシリコン窒化膜により充填されており、ギャップ部Ｇの間のゲート電極材とギャップ下の基板表面とは、ゲート絶縁膜以外の酸化による侵食がない。

また受光部５の、ポリシリコン膜の開口部内に露出する部分を覆う、熱酸化により形成した第１の絶縁膜９と、該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該ポリシリコン膜の開口部内面に形成した熱酸化膜７との間には、膜厚方向の段差があり、第１の絶縁膜９の方が、熱酸化膜７より深い位置に形成されている。

次に製造方法について説明する。

図３〜図１０は、本実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図である。図３は、半導体基板内の拡散領域の形成から基板上でのポリシリコン膜の形成まで工程を説明する図である。図４は、ポリシリコン膜のパターニング工程を説明する図である。図５は、受光部及びポリシリコン膜を覆う第１の絶縁膜の形成工程を説明する図である。図６は、有機絶縁膜の形成及びギャップ部を形成するフォトレジストの形成工程を説明する図である。図７は、電荷転送電極間のギャップ部を形成する工程を説明する図である。図８は、電荷転送電極間のギャップ部を絶縁膜により埋め込む工程を説明する図である。図９は、電荷転送電極と吊り上げ配線とのコンタクトホールを形成する工程を説明する図である。図１０は、電荷転送電極上に吊り上げ配線を形成する工程を説明する図である。

なお、図３（ａ）〜図１０（ａ）はそれぞれ、図１（ｂ）のＩＩａ−ＩＩａ線断面に対応する部分の構造を示し、図３（ｂ）〜図１０（ｂ）はそれぞれ、図１（ｂ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線断面に対応する部分の構造を示している。

まず、図３に示すように、例えば、ｎ型シリコンからなる半導体基板１に低濃度のｐ型ウェル２を形成し、該ｐ型ウェル２内にｎ型不純物を導入して、フォトダイオード部５を構成するｎ型拡散領域及び垂直ＣＣＤ電荷転送部３を構成するｎ型拡散領域を形成する。

続いて、選択的にｐ型不純物を導入して、画素分離部としてのチャネルストップ４を構成する高濃度のｐ型拡散領域、及び信号電荷を垂直電荷転送部３に読出すための電荷読出し領域６を構成する高濃度のｐ型拡散領域を形成する。

次に、半導体基板１の表面に、例えば膜厚３０ｎｍのシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜７を形成し、さらに、例えば膜厚２００ｎｍのリンドープポリシリコン膜（ゲート電極材料膜）８を形成する（図３（ａ）及び（ｂ））。

その次に、フォトダイオード部５に対向する部分にのみ開口を有するフォトレジスト（図示せず）をマスクとして、ゲート電極材料膜８及びゲート絶縁膜７を、ゲート絶縁膜７の残膜が例えば１０ｎｍになるようにドライエッチングして、受光部５に対向する部分に開口を有するゲート電極材料膜８を形成する（図４（ａ）及び（ｂ））。

その次に、受光部５表面のゲート絶縁膜７をシリコン基板が露出するように、例えばフッ酸（ＨＦ）により、エッチング除去し、その後、例えば９５０℃の熱酸化を行って、受光部５表面およびゲート電極材料膜８の表面に第１の絶縁膜９としてのシリコン酸化膜を１０ｎｍの厚みで形成する（図５（ａ）及び（ｂ））。

なお、図４に示す工程において、ゲート絶縁膜７のエッチング後残膜を１０ｎｍ以下に薄くすることにより、上記フッ酸によるウエットエッチングを極力少なくすることができるので、ゲート電極８の端部下側での第１の絶縁膜７の横方向のエッチングを小さくすることができる。

また、受光部５の表面の第１の絶縁膜９は、熱酸化により均一な膜厚で形成されているので、この後にフォトダイオード部の表面領域に対するＰ^＋注入（図示せず）がばらつき少なく行われることとなり、読み出し特性の劣化を抑制することができる。

その次に、フォトダイオード部５に表面Ｐ^＋注入を行ってから（図示せず）、シリコン基板１およびゲート電極８全面に有機塗布膜１０を基板段差が平坦化されるよう形成し、その上に、電荷転送電極のギャップ部であるスペースの幅を例えば１００ｎｍとする開口を有するフォトレジスト１１を形成する（図６（ａ）及び（ｂ））。

ここで、有機塗布膜１０は、フォトレジスト１１をパターニングに用いる光源波長に対して吸収をもつ有機反射防止膜を用いると高精度なレジストパターニングが可能となる。

その次に図７に示すように、このフォトレジスト１１をマスクとして、有機塗布膜１０、ゲート電極材料膜８上の第１の絶縁膜９、ゲート電極材料膜８を順次ドライエッチングして、スペース幅が例えば１００ｎｍのギャップ部Ｇを隔てて配列されたゲート電極８を形成し、電荷転送電極を完成する。

このように電荷転送電極間のギャップ部Ｇと、フォトダイオード部５上の開口とを、別々の工程に分割して形成することで、高度なＯＰＣ（光近接効果補正）技術を必要とせず、夫々の最適な光学条件にてパターニングを行うことができ、素子の微細化に対応することが可能となる。

また、ギャップ部Ｇとフォトダイオード５部とのオーバーラップ部においては、第１の絶縁膜としてのシリコン酸化膜９とゲート電極８の高さ相当分の有機塗布膜１０とにより、エッチング処理に対して保護されるように、選択比などのエッチング条件を設定する。これにより、フォトダイオード部５に対するダメージをなくし、転送ゲート電極を精度良く形成することが可能となる（図７（ａ）及び（ｂ））。

その次に、ＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ_４ガスとＮ_２Ｏを用いて、例えば８００℃の温度で膜厚が２０ｎｍのシリコン酸化膜（ＨＴＯ）１２を成膜し、引き続きＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ_２ＣＬ_２ガスとＮＨ３ガスを用いて、例えば８００℃の温度で膜厚が７０ｎｍのシリコン窒化膜１３を成膜し、ギャップ部Ｇへの層間絶縁膜の充填と、受光部５の表面での反射防止膜形成を同時に行う（図８（ａ）及び（ｂ））。

ここで、これらの絶縁膜１２及び１３については、ギャップ部Ｇが完全充填されるように適宜膜厚設定する。なお、絶縁膜１２の成膜を行わずに、シリコン窒化膜１３により、ギャップ部Ｇへの層間絶縁膜の充填と受光部５表面での反射防止膜の形成とを同時に行ってもよい。

このように電荷転送電極間のギャップ部Ｇの形成を、フォトダイオード表面の熱酸化工程以降に行うことにより、ギャップ部Ｇが熱酸化されることがなくなり、これによりギャップ部Ｇの幅、つまり隣接する電荷転送電極８の間のスペース幅の広がりを抑制することができる。

以上の工程によって、受光部５表面での絶縁膜の厚さの均一化とギャップ部Ｇの拡がりがない層間絶縁膜の理想形状とを両立させることが可能となる。

その後、上記第１〜第３の絶縁膜９、１２、１３にコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールに導電性部材を充填してコンタクトプラグ１５ａを形成する（図９（ａ）及び（ｂ））。

その後、各電荷転送電極に電圧を印加するための吊り上げ配線１５を、該電荷転送電極８上に形成し（図１０（ａ）及び（ｂ））、その後、層間絶縁膜１６を介して例えばＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１４を基板全面に形成し、該遮光膜１４の、フォトダイオード５に対応する部分に開口１４ａを形成して、図２（ａ）及び（ｂ）に示した断面構造を有する固体撮像素子を得る。

なお、遮光膜１４とゲート電極８や基板１との間での耐圧確保を目的として、上記層間絶縁膜１６を、膜厚が５０ｎｍのシリコン酸化膜としてもよい。

その後、図示しないがプラズマＣＶＤ法などでシリコンナイトライドなどのパッシベーション膜を形成しカラーフィルタ、オンチップレンズ等を形成して固体撮像素子１１０を得る。

このように本実施形態では、固体撮像素子１１０の製造方法において、シリコン基板１のウエル領域２上にゲート絶縁膜７を介して導電性膜（ポリシリコン膜）８を形成する工程と、該導電性膜８を、該光電変換部の拡散領域５に対向する開口部が形成されるようパターニングする工程と、全面に第１の絶縁膜９を形成した後、有機塗布膜１０を該導電性膜に形成した該開口部が埋まるよう形成する工程と、該導電性膜８をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングして、複数の電荷転送電極８を、該複数の電荷転送電極が該電荷転送方向に所定のギャップＧを開けて配列されるよう形成する工程と、該第２の絶縁膜１２及び１３を、該電荷転送電極間のギャップＧに埋め込まれるよう形成する工程を含むので、固体撮像素子の製造方法において、固体撮像素子における電荷転送電極の間に、画素特性の劣化を招くことなく絶縁膜を形成することができる。

つまり、本実施形態１においては、光電変換部である受光部５の表面には、熱酸化膜により均一な絶縁膜を形成することで、光電変換部としてのフォトダイオード部（受光部）に対する表面Ｐ＋注入がばらつき少なく行われることとなり、読み出し特性の劣化を回避できる。

また、本実施形態１においては、電荷転送電極間ギャップ部にはＣＶＤによる埋め込み絶縁膜１２及び１３が形成されているので、ギャップ下の転送チャネル表面や電荷転送電極が埋め込み絶縁膜の形成時に酸化されることはなく、電荷転送電極間ギャップの拡大を抑制することができる。

さらに、本実施形態１においては、垂直転送部上の導電性膜（ポリシリコン膜）８に電荷転送電極間ギャップ部を形成する工程では、第１の絶縁膜９および有機塗布膜１０により、フォトダイオード部５の、電荷転送電極間ギャップ部Ｇとのオーバーラップ部が保護されるので、電荷転送電極間ギャップ部を形成するためのマスクパターンの位置ずれがあっても、電荷転送電極間ギャップ部の形成時に、フォトダイオード部がエッチングされるのを回避することができる。

この結果、フォトダイオード部と微細なギャップ部とを精度良く形成することが可能となる。

本実施形態１においては、固体撮像素子１１０において、電荷転送電極を構成するポリシリコン膜８を、電荷転送電極の間のギャップ部Ｇ、及び受光部５に対応する部分に開口部を有する構造とし、該受光部の、該開口部内に露出する部分は、熱酸化により形成した第１の絶縁膜９により覆われており、該電荷転送電極の間のギャップ部Ｇに対応する該ポリシリコン膜８の開口部には、ＣＶＤにより形成した第２の絶縁膜１２及び１３が充填されているので、電荷転送電極の間のギャップ部に埋め込む絶縁膜の形成する際に、熱酸化によりギャップ部の間隔が広がるのを回避することができる。

なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像素子を撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。

図１１に示す本発明の実施形態２による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１の固体撮像素子を、被写体の撮影を行う撮像部９１に用いたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、固体撮像素子における隣接する電荷転送電極の間のギャップを形成する方法、このような固体撮像素子における電荷転送電極の間のギャップにＣＶＤ絶縁膜を埋め込んだ構造、及びこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器の分野において、画素特性を劣化させることなく、電荷転送電極間のギャップ部に絶縁膜を形成することができるものである。

１ ｎ型半導体基板
２ ｐ型ウェル
５ 受光部（拡散領域）
３ 垂直転送チャネル（拡散領域）
４ チャネルストップ領域
６ 電荷読出し領域
８ 電荷転送電極（ゲート電極）
７ 熱酸化膜
９ 熱酸化膜（第１の絶縁膜）
１２ シリコン酸化膜（第２の絶縁膜）
１３ シリコン窒化膜（第２の絶縁膜）
１４ 遮光膜
１４ａ遮光膜開口
１５ 吊り上げ配線
１５ａ コンタクトホール
９０ 電子情報機器
９１ 撮像部
９２ メモリ部
９３ 表示手段
９４ 通信手段
９５ 画像出力手段
１１０ 固体撮像素子
１２０ アンプ（出力部）
１３０ 垂直転送部（ＶＣＣＤ）
１４０ 水平転送部（ＨＣＣＤ）
１５０ フォトダイオードＰＤ（光電変換部）
Ｇ ギャップ部

Claims (10)

1. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子を製造する方法であって、
   半導体基板上にゲート絶縁膜を介して導電性膜を形成する工程と、
   該導電性膜を、該光電変換部に対向する開口部が形成されるようパターニングする工程と、
   全面に第１の絶縁膜を形成した後、有機塗布膜を該導電性膜に形成した該開口部が埋まるよう形成する工程と、
   該導電性膜をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングして、該電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極を、該複数の電荷転送電極が該電荷転送方向に所定のギャップを開けて配列されるよう形成する工程と、
   該第２の絶縁膜を、該電荷転送電極間のギャップに埋め込むよう形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記第１の絶縁膜は、熱酸化膜であり、前記第２の絶縁膜は、ＣＶＤによる絶縁膜である固体撮像素子の製造方法。
3. 請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記第２の絶縁膜は、
   ＬＰＣＶＤ法でＳｉＨ_４ガスとＮ_２Ｏを用いて、下地の段差を反映するよう形成されたシリコン酸化膜と、
   該シリコン酸化膜上に、ＬＰＣＶＤ法でＳｉＨ_２ＣＬ_２ガスとＮＨ_３ガスを用いて、前記電荷転送電極間のギャップを埋め込むよう形成されたシリコン窒化膜とを含む、固体撮像素子の製造方法。
4. 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記第１の絶縁膜を形成した後に、前記光電変換部を構成するフォトダイオードの形成領域の表面に表面Ｐ^＋層が形成されるようイオン注入を行う工程を有する固体撮像素子の製造方法。
5. 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記電荷転送部は、前記光電変換部で生成された信号電荷を受け取り、垂直方向に転送する垂直電荷転送部である、固体撮像素子の製造方法。
6. 請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記導電性膜をエッチングマスクを用いて選択的にエッチングする工程では、
   該エッチングマスクの位置合わせに起因した、前記光電変換部の、前記垂直電荷転送部を構成する電荷転送電極の間のギャップを形成すべき領域とのオーバーラップ部が、前記第１の絶縁膜および前記有機塗布膜によって、該導電性膜に対するエッチングから保護される固体撮像素子の製造方法。
7. 入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、該光電変換部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを有する固体撮像素子であって、
   半導体基板上に形成されたゲート絶縁膜と、
   該半導体基板上に該ゲート絶縁膜を介して形成され、該電荷転送部を構成する複数の電荷転送電極と、
   該半導体基板上に形成され、該光電変換部を構成する受光領域とを備え、
   該電荷転送電極を構成する導電性膜は、該電荷転送電極の間のギャップ部、及び該受光領域に対応する部分に開口部を有し、
   該受光領域の、該開口部内に露出する部分は、熱酸化により形成した第１の絶縁膜により覆われており、
   該電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部には、ＣＶＤにより形成した第２の絶縁膜が充填されている、固体撮像素子。
8. 請求項７に記載の固体撮像素子において、
   前記第２の絶縁膜は、
   前記電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部内面上に形成された酸化膜と、
   前記電荷転送電極の間のギャップ部に対応する該導電性膜の開口部内に、該酸化膜を介して充填された窒化膜とを有する、固体撮像素子。
9. 請求項８に記載の固体撮像素子において、
   前記受光領域の、前記開口部内に露出する部分を覆う、熱酸化により形成した第１の絶縁膜と、該電荷転送電極の下側にゲート絶縁膜として熱酸化により形成されている絶縁膜との間には、膜厚方向の段差がある、固体撮像素子。
10. 被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
    該撮像部は、請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の固体撮像素子を含む、電子情報機器。

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