JP2013098261A - 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子情報機器 - Google Patents

Abstract

【課題】読み出し特性や感度劣化がなく、熱酸化処理による電荷転送電極間のギャップ部の拡大を回避することができ、これにより、微細で高速転送可能な固体撮像素子を実現する。
【解決手段】固体撮像素子１００において、垂直ＣＣＤ部１１０は、シリコン基板１内に形成され、信号電荷を転送する転送チャネル３と、シリコン基板１上にゲート絶縁膜７を介して転送チャネル３に沿って配列された複数の電荷転送電極８と、隣接する電荷転送電極８の間に絶縁材料を堆積して形成され、該隣接する電荷転送電極を電気的に分離する電極分離絶縁膜とを有する構造とし、受光部１０１は、シリコン基板１内に形成され、入射光の光電変換により信号電荷を生成する光電変換領域５と、該光電変換領域の表面部分の熱酸化により形成された熱酸化膜１１とを有する構造とした。
【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、並びに電子情報機器に関し、特に、固体撮像素子の受光部および電荷転送部のそれぞれに適した絶縁膜の構成、受光部および電荷転送部を構成する絶縁膜の形成方法、並びに受光部および電荷転送部のそれぞれに適切な絶縁膜を用いた固体撮像素子を備えた電子情報機器に関するものである。

近年、固体撮像素子の高画素化が進んでおり、固体撮像素子では、画素数増加に伴い信号電荷の高速転送が必要となるため、とりわけ電荷転送電極の低抵抗化と、転送方向に並ぶ電荷転送電極の離間間隔（以下、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。

ところで、電荷転送電極の構成材料膜（以下、電極材料膜ともいう。）の加工は、電極間ギャップが狭くなるよう行って、転送チャネルに形成される電荷転送井戸のポテンシャルレベルを均一にする必要があるが、隣接する電荷転送電極の間の領域（以下、電極間ギャップ部ともいう。）に配置する絶縁膜の形成方法によっては、電極間ギャップが広がってしまうという問題がある。

例えば、従来、電極間ギャップ部に埋め込む絶縁膜の形成方法として、電荷転送電極を構成するポリシリコンなどの導電性膜を酸化させて電極間ギャップ部に絶縁膜を形成する方法が用いられている。

ところが、この方法では、電極間ギャップ部に露出する転送チャネルの表面や電荷転送電極を構成するポリシリコン等の導電性材料膜が熱酸化により侵食され、ゲートバーズビークが大きくなってスマイリング形状となり、電極間ギャップが広がることから、固体撮像素子の微細化の妨げとなるだけでなく、電荷転送特性の劣化を招くこととなる。

つまり、電極間ギャップが広がることで、転送チャネル内で電荷転送井戸をそのポテンシャルレベルが均一になるよう形成することが困難となる。言い換えると、転送チャネル内に転送パルスの印加され難い領域が局所的に形成されることになる。

また、電荷転送電極の材料であるポリシリコンの熱酸化により、ポリシリコンのグレインバウンダリへの高濃度リン偏析による増速酸化現象が起こり、ポリシリコンの異常酸化により電荷転送電極の表面に局所的に凸凹が発生し、電荷転送電極における配線抵抗にばらつきが生じてしまう。

このように電荷転送電極における配線抵抗のばらつきが発生し、さらに転送チャネル内の転送パルスの印加され難い局所的な領域が生ずることで、固体撮像素子における電荷転送特性の劣化が生じてしまう。

このように電極間ギャップ部に熱酸化により絶縁膜を形成することにより生ずる電荷転送特性の劣化に対する対策として、特許文献１には、電極間ギャップ部に熱酸化によらずにＬＰＣＶＤ法によって絶縁膜を充填させることで、電極間ギャップの拡がりを招くことなく、電極間ギャップ部に絶縁膜を形成する方法が開示されている。

以下、この特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法を簡単に説明する。

図１６および図１７は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法を工程順に説明する図である。

まず、シリコン基板３１上にゲート絶縁膜３２として、酸化シリコン膜３２ａ、窒化シリコン膜３２ｂ、および酸化シリコン膜３２ｃの３層構造の絶縁膜を形成し、このゲート絶縁膜３２上に電荷転送電極の構成材料としてのポリシリコン膜３３を成膜する（図１６（ａ））。

次に、ポリシリコン膜３３上に開口幅ｇの開口パターンを有するレジスト膜Ｒ１ａを形成し（図１６（ｂ））、このレジスト膜Ｒ１ａをマスクとしてポリシリコン膜３３をエッチングし、ポリシリコン膜３３に電極間ギャップ部Ｇを形成する（図１６（ｃ））。例えば、ポリシリコン膜３３のエッチングは窒化シリコン膜３２ｂをエッチングストッパとして行い、その後、さらなるエッチング処理により、この窒化シリコン膜３２ｂとその下の酸化シリコン膜３２ａを除去する。この状態では、ポリシリコン膜３３は、電極間ギャップ部Ｇにより、転送方向と直交する方向に延びる複数の帯状導体層３３ａに分離されている。つまり、この状態では、帯状導体層３３ａは受光部としてのフォトダイオードの形成領域を覆っている。

続いて、レジスト膜Ｒ１ａを除去した後、減圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ法）により、シリコン酸化膜（ＨＴＯ）３４を帯状導体層３３ａの隙間部（電極間ギャップ部）Ｇを埋めるよう形成し（図１７（ａ））、減圧ＣＶＤ法によりこの帯状導体層３３ａ全体を覆うようにシリコン窒化膜３５を形成する（図１７（ｂ））。

その後は、フォトダイオードの形成領域に対応した開口パターンを有するレジスト膜（図示せず）をエッチングマスクとして、シリコン窒化膜３５、シリコン酸化膜３４、および帯状導電層３３ａを選択的にエッチングし、さらにこのレジスト膜をイオン注入マスクとして用いてイオン注入を行って受光部としてフォトダイオードを形成する。

そして、全面に層間絶縁膜を介してカラーフィルタ、平坦化膜、およびマイクロレンズを形成するなどの処理を経て固体撮像素子を完成する。

特開２００４−３３５８０４号公報

ところで、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法では、電荷転送電極の構成材料であるポリシリコン膜のパターニングによりポリシリコン膜に電極間ギャップ部のみを形成した後、この電極間ギャップ部に絶縁膜を埋め込み、その後、レジストマスクを用いたさらなる選択的なエッチング処理およびイオン注入処理を行うことにより受光部としてのフォトダイオード部を形成している。

つまり、電極材料膜（ポリシリコン膜）に電極間ギャップ部を形成する処理と、受光部の形成領域上にポリシリコン膜の開口部を形成する処理とは別工程で行っている。このため、電極間ギャップ部を形成した電極材料膜に受光部に対応する開口（受光部開口）を形成する際、マスクパターンの位置合わせにずれが生じて受光部形成用のマスク開口部が電極間ギャップ部Ｇにまでオーバーラップされなくなると、電荷転送電極を構成するポリシリコン膜が分離されず、隣接する電荷転送電極がショートした状態となる。

以下この問題点について図１８〜図２３を用いて説明する。

まず、図１８〜図２１を用いて電極間ギャップ部を形成した電極材料膜に受光部開口を形成する際に、マスクパターンの位置合わせが正常に行われた場合について説明する。

図１８は、図１６（ｂ）と同様に、シリコン基板３１上にゲート絶縁膜３２を介して電荷転送電極の構成材料としてのポリシリコン膜３３を形成し、さらに、ポリシリコン膜３３上にレジスト膜Ｒ１ａを形成した状態を示している。また、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は、図１８（ａ）のＸＶＩＩＩｂ−ＸＶＩＩＩｂ線断面およびＸＶＩＩＩｃ−ＸＶＩＩＩｃ線断面の構造を示している。なお、図１８中、３１ａは転送チャネルである。

この図１８に示す状態で、レジスト膜Ｒ１ａをマスクとしてポリシリコン膜３３をエッチングして電極間ギャップ部Ｇを形成し、さらに電極間ギャップ部Ｇに露出したゲート絶縁膜３２をエッチングして除去する（図１９参照）。なお、図１９（ａ）は電極材料膜のパターニングにより帯状電極材料膜３３ａを形成した状態を示す平面図、図１９（ｂ）および図１９（ｃ）は、図１９（ａ）のＸＩＸｂ−ＸＩＸｂ線断面図およびＸＩＸｃ−ＸＩＸｃ線断面図である。

その後、図１７（ａ）および図１７（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５を形成した後、受光部に対応するマスク開口Ｒ２ａ１を有するレジストマスクＲ２ａを形成する。なお、図２０（ａ）は、この状態を示す平面図、図２０（ｂ）および図２０（ｃ）は、図２０（ａ）のＸＸｂ−ＸＸｂ線断面図およびＸＸｃ−ＸＸｃ線断面図である。但し、図２０（ａ）の平面図では、帯状電極材料膜３３ａとレジストマスクＲ２ａのマスク開口Ｒ２ａ１との位置関係を分かりやすくするため、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５は省略している。

この図２０に示す状態で、レジスト膜Ｒ２ａをマスクとしてシリコン窒化膜３５、シリコン酸化膜３４、および帯状電極材料膜３３ａを構成するポリシリコン膜をエッチングし、さらにこのレジスト膜Ｒ２ａをイオン注入マスクとしてイオン注入を行ってフォトダイオードの表面ｐ^＋層３１ｂを形成する。これにより、帯状電極材料膜３３ａから電荷転送電極３３ｂが形成され、さらに受光部に表面ｐ^＋層３１ｂが形成される。

なお、図２１（ａ）は、このイオン注入後にレジスト膜を除去した状態を示す平面図、図２１（ｂ）および図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のＸＸＩｂ−ＸＸＩｂ線断面図およびＸＸＩｃ−ＸＸＩｃ線断面図である。但し、図２１（ａ）の平面図では、電荷転送電極３３ｂの平面パターンを分かりやすくするため、ゲート絶縁膜３２、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５は省略している。

次に、図２２および図２３を用いて電極間ギャップ部を形成した電極材料膜に受光部開口を形成する際に、マスクパターンの位置合わせにずれが生じた場合について説明する。

図１９に示すように、電極材料膜に電極間ギャップＧを形成して帯状電極材料膜３３ａを形成し、電極間ギャップ部のゲート絶縁膜を除去した後、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５を形成し、その後、受光部に対応するマスク開口Ｒ２ｂ１を有するレジストマスクＲ２ｂを形成する。なお、図２２（ａ）は、この状態を示す平面図、図２２（ｂ）および図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のＸＸＩＩｂ−ＸＸＩＩｂ線断面図およびＸＸＩＩｃ−ＸＸＩＩｃ線断面図である。但し、図２２（ａ）の平面図では、帯状電極材料膜３３ａとレジストマスクＲ２ｂのマスク開口Ｒ２ｂ１との位置関係を分かりやすくするため、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５は省略している。

このとき、レジストマスクＲ２ｂのマスク開口Ｒ２ｂ１は、帯状電荷転送電極３３ａに対して紙面上下方向にずれている。

この図２２に示す状態で、レジスト膜Ｒ２ｂをマスクとしてシリコン窒化膜３５、シリコン酸化膜３４、および帯状電極材料膜３３ａを構成するポリシリコン膜をエッチングし、さらにこのレジスト膜Ｒ２ｂをイオン注入マスクとしてイオン注入を行う。これにより、帯状電極材料膜３３ａから電荷転送電極３３ｃが形成され、さらに受光部に表面ｐ^＋層３１ｃが形成される。

なお、図２３（ａ）は、このイオン注入後にレジスト膜を除去した状態を示す平面図、図２３（ｂ）および図２３（ｃ）は、図２３（ａ）のＸＸＩＩＩｂ−ＸＸＩＩＩｂ線断面図およびＸＸＩＩＩｃ−ＸＸＩＩＩｃ線断面図である。但し、図２３（ａ）の平面図では、電荷転送電極３３ｃの平面パターンを分かりやすくするため、ゲート絶縁膜３２、シリコン酸化膜３４およびシリコン窒化膜３５は省略している。

図２２に示すように、レジストマスクＲ２ｂのマスク開口Ｒ２ｂ１が帯状電荷転送電極３３ａに対して紙面上下方向にずれている状態で、この帯状電荷転送電極３３ａのパターニングを行うと、図２３（ａ）に示すように、紙面左右に隣接する電荷転送電極３３ｃがエッチング残部３３ｃ１により繋がった状態となる。

また、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法では、電極材料（ポリシリコン膜）に受光部の形成領域に対応する開口部を形成するためのレジストマスクＲ２ａ（図２０参照）あるいはＲ２ｂ（図２２参照）をそのまま残して、これをイオン注入マスクにして、受光部の表面ｐ^＋層を形成するためのイオン注入を行っている。

この場合、イオン注入は、電極材料膜のエッチング後に現われる下地残膜（ゲート絶縁膜）３２（図２１（ｂ）、図２１（ｃ）など参照）を介して行われることになるので、電極材料膜のエッチング時に下地残膜であるゲート絶縁膜の膜厚がこのゲート絶縁膜の面内で変動することに起因して、シリコン基板内でのイオン注入深さや不純物濃度が変動することになり、この影響で、例えば、フォトダイオード（受光部）から信号電荷を読み出すときの読出し特性がばらつき、信号電荷の読み出し時に読み出される電荷量が変動してしまうことになる。

また、特許文献１に開示の方法では、電極材料膜を形成した後は、受光部の表面が熱酸化されることはないことから、受光部の表面には電極材料膜のエッチングによるダメージが残存してしまい、受光部が構成する個々の画素の特性劣化を招き、白傷が増えて画質が劣化するといった問題があった。

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、隣接する電荷転送電極の絶縁分離を、電荷転送特性および画素特性を共に劣化させることなく行うことができる高画質の固体撮像素子、このような固体撮像素子の製造方法、並びに、このような高画質の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は、入射光を受光する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像素子であって、該電荷転送部は、半導体基板内に形成され、該信号電荷を転送する転送チャネルと、該半導体基板上にゲート絶縁膜を介して該転送チャネルに沿って配列された複数の電荷転送電極と、隣接する電荷転送電極間に該隣接する電荷転送電極が電気的に分離されるよう形成された、絶縁材料を堆積した構造の電極分離絶縁膜とを有し、該受光部は、該半導体基板内に形成され、該入射光の光電変換により信号電荷を生成する光電変換領域と、該光電変換領域の表面部分に形成された、該半導体基板を熱酸化させた構造の熱酸化膜とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記光電変換領域には、前記熱酸化膜に接するよう反射防止膜が形成されていることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記反射防止膜は、シリコン窒化膜であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記半導体基板はシリコン基板であり、前記ゲート絶縁膜は、該シリコン基板の熱酸化により形成されたシリコン酸化膜であることが好ましい。

本発明は、上記固体撮像素子において、前記電荷転送電極は、ポリシリコンにより構成されていることが好ましい。

本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、入射光を受光する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた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材料膜を形成する工程と、該電荷転送部を構成する電荷転送電極を分離するギャップ部、および該受光部に対応する開口部が該導電性材料膜に形成されるよう該導電性材料膜をパターニングする工程と、隣接する電荷転送電極を電気的に分離する電極分離絶縁膜を絶縁材料の堆積により該ギャップ部内に形成する工程と、該半導体基板の、該受光部を構成する領域の表面部分に熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを含み、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、前記導電性材料膜をパターニングする工程は、該導電性材料膜上にレジストマスクを、前記電荷転送電極を分離するギャップ部および前記受光部に対応する開口部にマスク開口が位置するよう形成する工程と、該レジストマスクをエッチングマスクとして該導電性材料膜を選択的にエッチングして該電荷転送電極を分離するギャップ部および該受光部に対応する開口部を同時に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、前記電極分離絶縁膜を形成する工程は、前記導電性材料膜上に第１の絶縁膜を化学気相成長により、前記電荷転送電極のギャップ部および前記受光部に対応する開口部を覆うよう形成する工程と、該第１の絶縁膜上に化学気相成長により、該第１の絶縁膜とは材料の異なる第２の絶縁膜を形成する工程とを含み、前記熱酸化膜を形成する工程は前記受光部に対応する開口部内の、該第２の絶縁膜、該第１の絶縁膜、および前記ゲート絶縁膜を除去した後、前記半導体基板における、該受光部に対応する開口部内に露出する部分を熱酸化して前記熱酸化膜を形成する工程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１の絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成し、前記第２の絶縁膜としてシリコン窒化膜を形成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、前記熱酸化膜を第３の絶縁膜として形成した後、第４の絶縁膜として該熱酸化膜に接するよう反射防止膜を形成する工程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４の絶縁膜を形成する工程では、該第４の絶縁膜としてシリコン窒化膜を減圧化学気相成長により形成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、前記第２の絶縁膜として５ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚を有するシリコン窒化膜を形成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、前記導電性材料膜をパターニングする工程は、前記電荷転送電極を分離するギャップ部と前記受光部に対応する開口部とを、異なるエッチングマスクを用いた該導電性材料膜に対する別々のエッチング処理により形成する工程であることが好ましい。

本発明に係る電子情報機器は、上述した本発明に係る固体撮像素子を備えたものであり、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、電荷転送方向に沿って互いに隣接するよう配置された２つの電荷転送電極の間を、絶縁材料の堆積により形成した絶縁膜により電気的に分離し、一方、受光部を構成する光電変換領域の表面には熱酸化膜を形成するので、電荷転送電極の構成材料であるポリシリコンの異常酸化がなく、このため、電荷転送電極の配線抵抗は均質なものとなり、また、電荷転送電極を分離するギャップ部（以下、電極間ギャップ部ともいう。）が酸化により拡がることがなく、この電極間ギャップ部下の転送チャネルの表面も酸化されていないので、電荷転送特性の劣化がない。

さらに、受光部の表面は、熱酸化膜により均一な絶縁膜が形成されることで、受光部を構成する高濃度表面領域を形成するためのイオン注入がばらつきを小さく抑えて行われるので、信号電荷の読み出し特性の劣化が抑制できる。

また、第２の絶縁膜としてのシリコン窒化膜は５ｎｍ〜３０ｎｍという薄い膜厚で形成するので、画素開口を狭めることがなく、感度劣化がない。

本発明においては、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して導電性材料膜を形成し、この導電性材料膜のパターニングにより導電性材料膜に、電荷転送電極の転送方向に沿った電極間ギャップ部および受光部の形成領域に対応する開口部を形成し、導電性材料膜の電極間ギャップ部には絶縁材料の堆積により絶縁膜を形成し、導電性材料膜の受光部に対応する開口部には熱酸化により絶縁膜を形成するので、電極間ギャップ部が絶縁膜の形成時に広がるのを回避でき、また、受光部に対応する開口部では、絶縁膜の形成時に電極材料膜のエッチングによる下地領域のダメージを回復でき、しかも絶縁膜の膜厚を均一にすることができる。

その結果、電荷転送特性および画素特性を共に劣化させることなく、電荷転送電極の電極間ギャップ部および受光部に対応する開口部に絶縁膜を形成することができる。

また、本発明においては、電荷転送電極の構成材料膜である導電性材料膜を、レジストマスクをエッチングマスクとして選択的にエッチングして、電荷転送電極を分離するギャップ部および受光部に対応する開口部を同時に導電性材料膜に形成するので、電極間ギャップ部を形成した電極材料膜に、受光部に対応する開口を形成する際に、マスクパターンの位置合わせにずれが生じて、電荷転送電極を構成するポリシリコン膜が分離されず、隣接する電荷転送電極がショートした状態となるのを確実に回避することができる。

また、本発明においては、電荷転送電極の電極間ギャップ部に酸化抑制膜としてのシリコン窒化膜を充填するので、受光開口部の熱酸化プロセスで電極間ギャップ部下側の転送チャネルの表面や電荷転送電極が酸化されるのを防止でき、これによって電荷転送電極の構成材料の異常酸化を回避し、電極間ギャップ部の拡大を抑制することができる。

また、本発明においては、電極間ギャップ部に埋め込む絶縁膜をその膜厚が５〜３０ｎｍの範囲になるよう薄く形成するので、この絶縁膜が受光開口部内で遮光膜開口を狭めるのを抑制でき、感度劣化を実質的に抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、隣接する電荷転送電極の絶縁分離を、電荷転送特性および画素特性を共に劣化させることなく行うことができる固体撮像素子およびその製造方法、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ができる。

図１は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、この固体撮像素子の全体構成を概略的に示している。 図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図２（ａ）は、図１に示す固体撮像素子の一部（Ａ部分）における電荷転送電極と受光部（光電変換領域）との位置関係を示し、図２（ｂ）は、固体撮像素子の一部（Ａ部分）での電荷転送電極とこれに接続される駆動信号線との位置関係を示している。 図３は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図３（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ１−Ａ１線における断面構造を示し、図３（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ２−Ａ２線における断面構造を示している。 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、電荷転送電極の構成材料をパターニングした状態を説明する図であり、図４（ａ）および図４（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、絶縁膜を電荷転送電極のギャップ部に入り込むよう形成した状態を説明する図であり、図５（ａ）および図５（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、受光部上の絶縁膜をパターニングするためのレジストマスクを形成した状態を説明する図であり、図６（ａ）および図６（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、受光部上の絶縁膜をパターニングした状態を説明する図であり、図７（ａ）および図７（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、受光部に表面ｐ^＋層を形成する状態を説明する図であり、図８（ａ）および図８（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、電荷転送電極および受光部上にシリコン窒化膜を形成した状態を説明する図であり、図９（ａ）および図９（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面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、電荷転送電極上にコンタクト部および駆動信号線を形成した状態を説明する図であり、図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を示している。 図１１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、電荷転送電極の駆動信号線上に層間絶縁膜を形成した状態を説明する図であり、図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を示している。 図１２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、図１１に示す層間絶縁膜上に遮光膜を形成した状態を説明する図であり、図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を示している。 図１３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、遮光膜のパターニングにより遮光膜開口を形成した状態を説明する図であり、図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を示している。 図１４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、カラーフィルタおよびマイクロレンズを形成した状態を説明する図であり、図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ１−Ａ１線およびＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を示している。 図１５は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１による固体撮像素子を撮像部として備え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１６は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、電荷転送電極のギャップ部を形成する処理を工程順（図１６（ａ）〜図１６（ｃ））に示している。 図１７は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、電荷転送電極のギャップ部に絶縁膜を形成する処理を工程順（図１７（ａ）および図１７（ｂ））に示している。 図１８は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図１８（ａ）は電極材料膜上に帯状パターンを有するレジストマスクを形成した状態を示す平面図、図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は、図１８（ａ）のXVIIIｂ−XVIIIｂ線およびXVIIIｃ−XVIIIｃ線における断面構造を示している。 図１９は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図１９（ａ）は電極材料膜のパターニングにより帯状電極材料膜を形成した状態を示す平面図、図１９（ｂ）および図１９（ｃ）は、図１９（ａ）のXIXｂ−XIXｂ線およびXIXｃ−XIXｃ線における断面構造を示している。 図２０は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図２０（ａ）は帯状電極材料膜上に受光部に対応するマスク開口を有するレジストマスクを形成した状態を示す平面図、図２０（ｂ）および図２０（ｃ）は、図２０（ａ）のXXｂ−XXｂ線およびXXｃ−XXｃ線における断面の構造を示している。 図２１は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図２１（ａ）は帯状電極材料膜のパターニングにより電荷転送電極を形成した状態を示す平面図、図２１（ｂ）および図２１（ｃ）は、図２１（ａ）のXXIｂ−XXIｂ線およびXXIｃ−XXIｃ線に対応する断面の構造を示している。 図２２は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図２２（ａ）は帯状電極材料膜上に形成した、受光部に対応するマスク開口を有するレジストマスクがずれた状態を示す平面図、図２２（ｂ）および図２２（ｃ）は、図２２（ａ）のXXIIｂ−XXIIｂ線およびXXIIｃ−XXIIｃ線に対応する断面の構造を示している。 図２３は、特許文献１に開示の固体撮像素子の製造方法における問題点を説明する図であり、図２３（ａ）は帯状電極材料膜をそのパターニングにより個々の電荷転送電極に分離できなかった状態を示す平面図、図２３（ｂ）および図２３（ｃ）は、図２３（ａ）のXXIIIｂ−XXIIIｂ線およびXXIIIｃ−XXIIIｃ線に対応する断面の構造を示している。

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から図３は、本発明の実施形態１による固体撮像素子を説明する図であり、図１は、この固体撮像素子の全体構成を概略的に示している。また、図２（ａ）は、図１に示す固体撮像素子の一部（Ａ部分）における電荷転送電極と受光部（光電変換領域）との位置関係を示し、図２（ｂ）は、固体撮像素子の一部（Ａ部分）での電荷転送電極とその駆動信号線との位置関係を示している。さらに、図３（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ１−Ａ１線における断面構造を示し、図３（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）のＡ２−Ａ２線における断面構造を示している。

この実施形態１による固体撮像素子１００は、行列状に配列された複数の受光部（ＰＤ）１０１と、複数の受光部１０１の列毎に設けられ、対応する列の受光部１０１から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ部１１０と、垂直ＣＣＤ部１１０から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤ部（ＨＣＣＤ）１２０と、水平ＣＣＤ部１２０から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換し増幅して出力する出力部１３０とを有している。

ここで、各受光部１０１と、垂直ＣＣＤ部１１０における受光部１０１に対向する部分とにより画素Ｐｘが構成されており、受光部１０１はフォトダイオードにより構成されており、このフォトダイオードを構成するｎ型光電変換領域５の表面部分には表面ｐ^＋層５ａが形成されている。この表面ｐ^＋層５ａは、受光部１０１を構成するｎ型光電変換領域５の表面部分で結晶欠陥などに起因して熱的に発生したノイズ電荷（電子）と結合するホール濃度を高めてノイズ電荷の寿命を短縮させることにより信号電荷以外のノイズ電荷による雑音を抑制する働きがある。

また、垂直ＣＣＤ部１１０は、半導体基板１に転送方向に沿って形成された転送チャネル３と、半導体基板１上にゲート絶縁膜７を介して転送チャネル３に沿って配列された複数の電荷転送電極（以下、転送ゲート電極ともいう。）８と、転送方向に配置された隣接する電荷転送電極８の間に、これらの隣接する電荷転送電極８が電気的に分離されるよう形成された、絶縁材料を堆積した構造の電極分離絶縁膜とを有している。

ここでは、半導体基板１にはｎ型シリコン基板を用い、電荷転送電極を構成する材料膜（電極材料膜）にはポリシリコン膜を用いている。電極分離絶縁膜は、電荷転送電極８の表面および隣接する電荷転送電極８の間隙部（以下、電極間ギャップ部ともいう。）Ｇを覆うよう酸化シリコンを堆積して形成された第１の絶縁膜（シリコン酸化膜）９と、第１の絶縁膜９上に窒化シリコンを堆積して形成された第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）１０と、第２の絶縁膜１０上に電極間ギャップ部Ｇを埋めるよう窒化シリコンを堆積して形成された第４の絶縁膜（シリコン窒化膜）１２とを含んでいる。

ここで、ゲート絶縁膜７は、３０ｎｍ〜５０ｎｍの厚さとしており、これは、薄くしすぎると耐圧が不十分となり、一方厚くしすぎると、電荷転送電極８に印加する駆動信号による電荷転送井戸のポテンシャル深さが確保できなくなるからである。第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）１０は、５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲の厚さとしている。これは、５ｎｍ以下の膜厚では酸化防止効果が得られず、厚くしすぎると、遮光膜の開口が狭くなり、感度の劣化につながるためである。従って、第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）１０は、上記の膜厚の範囲とすることが望ましい。電荷転送電極８の厚さは１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲としている。これは薄くしすぎると、電荷転送電極８の抵抗増大を招き、一方厚くしすぎると、受光部とマイクロレンズとの距離が広がってしまい、集光効率の低下の要因となるためである。

また、受光部１０１は、表面ｐ＋層５ａの表面に形成され、半導体基板１を熱酸化させた構造の熱酸化膜１１を有している。

また、電荷転送電極８の上側には、第１の絶縁膜９、第２の絶縁膜１０、および第４の絶縁膜１２を介して駆動信号線１５ａおよび１５ｂが対をなすよう配置されており、例えば、奇数行の電荷転送電極８は駆動信号線１５ａにより駆動され、偶数行の電荷転送電極８は駆動信号線１５ｂにより駆動されるようになっている。つまり、奇数行の電荷転送電極８は、駆動信号線１５ａの基幹部１５ａ２から延びる分岐部１５ａ１にコンタクト部１４を介して接続され、偶数行の電荷転送電極８は駆動信号線１５ｂの基幹部１５ｂ２から延びる分岐部１５ｂ１にコンタクト部１４を介して接続されている。

さらに、第４の絶縁膜１２上には、駆動信号線１５ａおよび１５ｂを覆うよう層間絶縁膜１６が形成され、この層間絶縁膜１６上には、受光部１０１に対応する部分に遮光膜開口１７ａを有する遮光膜１７が形成されている。また、この遮光膜１７上には窒化シリコンなどからなる保護膜（パッシベーション膜）１８が形成され、この保護膜１８上にカラーフィルタ１９が形成され、このカラーフィルタ１９上には平坦化膜２０を介してマイクロレンズ２１が形成されている。ここで、保護膜１８は水分の浸入による配線の腐食などを防止する働きがある。

以下、図３（ａ）を用いて、図２（ａ）および図２（ｂ）におけるＡ１−Ａ１線断面のシリコン基板および絶縁膜の構造について詳しく説明する。

図３（ａ）に示すように、半導体基板としてのｎ型シリコン基板１の表面側には低濃度ｐ型ウェル２が形成され、ｐ型ウェル２内には転送チャネル３を構成するｎ型不純物領域が形成されている。ｎ型シリコン基板１の表面上にはゲート絶縁膜７を介して電荷転送電極（転送ゲート電極）８が形成され、電荷転送電極８の表面と電極間ギャップ部Ｇの内面には、第１の絶縁膜９としてＣＶＤ（化学気相成長）による薄いシリコン酸化膜が形成されており、さらに第１の絶縁膜９上に第２の絶縁膜１０としてＣＶＤによるシリコン窒化膜が形成されている。さらに第２の絶縁膜１０の上側には、例えばシリコン窒化膜からなる第４の絶縁膜１２が形成されている。ここで、シリコン窒化膜は、その下側の領域が熱酸化により酸化されないように形成されるものであり、また、ポリシリコン膜にシリコン窒化膜を直につけるとシリコン窒化膜にストレスがかかるため、シリコン窒化膜（第２の絶縁膜）１０の下側にシリコン酸化膜（第１の絶縁膜）９をバッファ膜として介在させている。

また、第４の絶縁膜１２上には、コンタクト部１４を介して電荷転送電極８に接続された駆動信号線１５ａ、１５ｂ（図２（ｂ）参照）が配置されており、駆動信号線１５ａ、１５ｂは、第４の絶縁膜１２上に形成された層間絶縁膜（シリコン酸化膜）１６により覆われており、さらにこの層間絶縁膜１６上には、例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１７が形成されている。この遮光膜１７上にはパッシベーション膜１８が形成され、その上にはカラーフィルタ１９、平坦化膜２０およびマイクロレンズ２１が形成されている。

このような固体撮像素子では、電荷転送電極（転送ゲート電極）８の上面、および電極間ギャップ部Ｇの両側に位置する電荷転送電極の側面では、ＣＶＤで形成した絶縁膜が接しているため酸化による侵食がなく、また電極間ギャップ部Ｇ内に位置する基板表面上では、ゲート絶縁膜７以外の絶縁膜はＣＶＤで形成されており、ゲート絶縁膜７以外の絶縁膜の形成時に酸化による侵食を受けることがない。

次に、図３（ｂ）を用いて、図２（ａ）および図２（ｂ）におけるＡ２−Ａ２線断面のシリコン基板および絶縁膜の構造について詳しく説明する。

図３（ｂ）に示すように、ｎ型シリコン基板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、ｎ型転送チャネル３に沿ってｐ型チャネルストップ領域４が形成され、受光部１０１で発生した信号電荷を垂直ＣＣＤ転送部３に読出すためのｐ型電荷読出し領域６が、受光部１０１と転送チャネル３との間に形成されている。

また、シリコン基板１上には、ゲート絶縁膜７を介して電荷転送電極８が形成されており、電荷転送電極８は転送チャネル３に沿って配置されている。この電荷転送電極８の上面および側面にはＣＶＤによる第１の絶縁膜９としてのシリコン酸化膜が形成されており、さらに第１の絶縁膜９の表面上には第２の絶縁膜１０としてＣＶＤによるシリコン窒化膜が形成され、さらに第２の絶縁膜１０の上側には、例えばシリコン窒化膜からなる第４の絶縁膜１２が形成されている。

また、第４の絶縁膜１２上には、コンタクト部１４を介して電荷転送電極８に接続された駆動信号線１５ａ、１５ｂ（分岐部１５ａ１、１５ｂ１）が配置されており、駆動信号線１５ａ、１５ｂは、第４の絶縁膜１２上に形成された層間絶縁膜１６により覆われており、さらにこの層間絶縁膜１６上には、例えばタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１７が形成されている。この遮光膜１７上には窒化シリコンなどからなるパッシベーション膜１８が形成され、その上にはカラーフィルタ１９、平坦化膜２０およびマイクロレンズ２１が形成されている。

ここで、受光部１０１の表面の、第１の絶縁膜９および第２の絶縁膜１０の開口内には、熱酸化による均一な膜厚で形成された第３の絶縁膜１１が形成されている。電荷転送電極８下側の、シリコン基板１とゲート絶縁膜７との界面（シリコン界面）と、受光部表面での第３の絶縁膜１１とシリコン基板との界面（シリコン界面）とは、第３の絶縁膜１１の熱酸化により生じた０〜５ｎｍ程度の段差ができている。

次に固体撮像素子の製造方法について説明する。

図４〜図１４は、図１〜図３に示した半導体装置の製造方法を説明する図であり、図４（ａ）〜図１４（ａ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）におけるＡ１−Ａ１線に対応する断面の構造を工程順に示し、図４（ｂ）〜図１４（ｂ）は、図２（ａ）および図２（ｂ）におけるＡ２−Ａ２線に対応する断面の構造を工程順に示している。

まず、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、ｎ型不純物を選択的に導入して、受光部（フォトダイオード）１０１を構成するｎ型光電変換領域５、および垂直ＣＣＤ部１１０を構成するｎ型転送チャネル３を形成し、また、ｐ型不純物を選択的に導入して、画素を分離するｐ型チャネルストップ領域４、および信号電荷を受光部１０１から垂直ＣＣＤ部１１０に読出すためのｐ型電荷読出し領域６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、その上に、例えば膜厚２００ｎｍのリンドープポリシリコンからなる電極材料膜（電荷転送電極の材料膜）を形成する。その後、各電荷転送電極８に対応するマスクパターンを有するフォトレジスト（図示せず）を電極材料膜上に形成し、このフォトレジストをエッチングマスクとしてゲート絶縁膜７の残膜が例えば１０ｎｍになるように電極材料膜をドライエッチングして、電極材料膜にスペース幅が例えば１００ｎｍのギャップ部Ｇ、および受光部１０１のｎ型光電変換領域５に対応する開口部８ａを同時に形成する（図４（ａ）および図４（ｂ））。これにより、電極材料膜は、図２（ａ）に示すように個々の電荷転送電極８に分離される。なお、ポリシリコンからなる電極材料膜のエッチングの際に残すゲート絶縁膜７の膜厚は、エッチングダメージが半導体基板に入らないような膜厚にする必要があり、このゲート絶縁膜７の残膜の厚さは１０ｎｍ以上が望ましい。さらに、ギャップ部Ｇのスペース幅は、隣接する電荷転送電極により形成される電荷転送井戸のポテンシャルレベルを均一にする点からは狭いほど望ましいが、このギャップ部に異物が入り込んだときにショートするのを回避し、さらに加工のマージンを確保するといった点からは、５０ｎｍ〜１３０ｎｍ程度の範囲が望ましく、加工精度に基づいて決めるのが現実的である。

次に、シリコン基板１および電荷転送電極８の全面に、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５ｎｍのシリコン酸化膜（ＨＴＯ）からなる第１の絶縁膜９を成膜し、引き続きＬＰＣＶＤ法などでＳｉＨ_２ＣＬ_２ガスとＮＨ_３ガスを用いて、例えば８００℃の温度で膜厚が２０ｎｍのシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜１０を成膜する。第２の絶縁膜１０としてのシリコン窒化膜は、後工程でのＨＦに耐え、酸化防止効果を有する膜厚として、例えば５〜３０ｎｍの範囲で形成する（図５（ａ）および図５（ｂ））。

次に、受光部１０１の表面ｐ＋層５の形成領域に対応するレジスト開口Ｒ１１ａを有するフォトレジスト膜Ｒ１１を形成し（図６（ａ）および図６（ｂ））、このフォトレジスト膜Ｒ１１をエッチングマスクとして第２の絶縁膜１０であるシリコン窒化膜を第１の絶縁膜９であるシリコン酸化膜が露出するまで選択的にエッチング除去する。なお、このとき、第１の絶縁膜９は完全に除去してもよいが、エッチングダメージが半導体基板に入るのを抑えるため、第２の絶縁膜１０が除去された時点でエッチング処理を停止するのが好ましい。このエッチング処理により、受光部１０１の表面ｐ^＋層５の形成領域に対応する部分では、シリコン窒化膜は除去され、一方、電荷転送電極８の上側、およびギャップ部Ｇ内における第２の絶縁膜１０としてのシリコン窒化膜は残存する（図７（ａ）および図７（ｂ））。

次に、シリコン窒化膜である第２の絶縁膜１０をマスクとして、シリコン基板の、表面ｐ^＋層５が形成されるべき領域上のシリコン酸化膜である第１の絶縁膜９およびゲート絶縁膜７をシリコン基板１の表面が露出するように、例えばフッ酸（ＨＦ）によりエッチング除去を行う。このときのウエットエッチングは、電荷転送電極８の側壁の第１の絶縁膜９と第２の絶縁膜１０の間にウエットエッチレート差によるひさしができないように調整する。例えば、第２の絶縁膜１０の選択エッチバックを行う工程においては、ゲート絶縁膜７のエッチング後の残膜が１０ｎｍ以下に薄くなるようにすることにより、上記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、電荷転送電極８の端部下部での第１の絶縁膜７に対する横方向のエッチング量を小さくすることができる。

次に、図８（ａ）および図８（ｂ）に示すように、例えば８５０℃の熱酸化を行って、ｎ型光電変換領域５の表面上の、ゲート絶縁膜７、第１の絶縁膜９、および第２の絶縁膜１０が除去された部分に第３の絶縁膜１１としてのシリコン酸化膜を１０ｎｍの厚みで形成する。この第３の絶縁膜１１は、熱酸化により均一な膜厚で形成されるので、この後に行う表面ｐ^＋層５ａを形成するためのイオン注入を注入深さや注入濃度のばらつきを少なく抑えて行うことができ、読み出し特性の劣化が抑制されることとなる。このように受光部１０１を構成する表面ｐ^＋層５を形成すべき領域に新たに熱酸化膜を形成するのは、エッチング処理に晒されたゲート酸化膜７を、受光部に応じた膜厚を有する新たな熱酸化膜に置き換えるためである。

また、電極間ギャップ部Ｇには、酸化抑制膜として機能する第２の絶縁膜１０により保護されているので、第３の絶縁膜の形成を熱酸化で行っても、電極間ギャップ部Ｇにおける酸化シフト（酸化による侵食）は０であるから、電極間ギャップ部Ｇでの電荷転送電極８の離間間隔の広がりを抑制することができる。

また、従来のポリシリコンを酸化させて絶縁膜を形成する方法では、ゲートポリシリコン表面および側壁の酸化量が受光部表面に対して約３倍（膜厚３０ｎｍ）あったものが、本実施形態では、受光部１０１の表面に第３の絶縁膜１１を形成する場合にも、電荷転送電極８が酸化されることはなくなり、その側壁部分での絶縁膜の膜厚は、結果的に薄膜で形成される第１の絶縁膜９と第２の絶縁膜１０の合計膜厚（２５ｎｍ）となるから、電荷転送電極の間に位置する受光部の採光用開口（以下、画素の開口ともいう。）を狭めることがなく、感度の劣化を招くことがない。さらに、電荷転送電極８としてのポリシリコン表面が異常酸化により荒れて電荷転送電極８における配線抵抗のばらつきが生ずることもない。

次に、ｎ型光電変換領域５の表面上の、ゲート絶縁膜７、第１の絶縁膜９、および第２の絶縁膜１０が除去された部分に、表面ｐ^＋層５ａが形成されるようイオン注入を行う。その後、第４の絶縁膜１２として例えば厚さが５０ｎｍのシリコン窒化膜をＬＰＣＶＤにより形成し、これにより電極間ギャップ部Ｇへの層間絶縁膜の充填と、受光部１０１の表面ｐ^＋層５ａの表面での反射防止膜の形成とを同時に行う（図９（ａ）および図９（ｂ））。ここで第４の絶縁膜１２は、反射防止膜としての効果が得られる厚さに設定する必要があり、その膜厚は２０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲が望ましく、熱酸化膜の膜厚１０ｎｍとの関係から膜厚を５０ｎｍに設定している。

以上の工程によって、受光部１０１の表面ｐ^＋層５の表面での均一な膜厚の絶縁膜の形成と、電荷転送電極８の電極間ギャップ部Ｇでの拡がりがない理想形状の電極分離絶縁膜の形成とを両立することが可能となる。

続いて、電荷転送電極８上に第１の絶縁膜９、第２の絶縁膜１０、および第４の絶縁膜１２を貫通するコンタクト部１４を形成し、さらに、電荷転送電極８に駆動信号を印加する駆動信号線１５ａおよび１５ｂを形成し（図２（ｂ）、図１０（ａ）および図１０（ｂ））、さらに駆動信号線１５ａおよび１５ｂを覆うよう全面にシリコン酸化膜などの層間絶縁膜１６を１００ｎｍ程度の厚さに形成する（図１１（ａ）および図１１（ｂ））。

その後、例えばＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの金属膜を遮光膜１７として基板全面に形成し（図１２（ａ）および図１２（ｂ））、受光部１０１に対応する部分に遮光膜開口１７ａを形成する（図１３（ａ）および図１３（ｂ））。

なお、第４の絶縁膜１２上の遮光膜１７との間に形成される層間絶縁膜１６の膜厚は、例えば５０ｎｍ以上であれば、遮光膜１７と電荷転送電極８や半導体基板１との耐圧を確保する上で有効となる。

その後、プラズマＣＶＤ法などでシリコン窒化膜などのパッシベーション膜１８を形成し、カラーフィルタ１９、オンチップレンズ２１等を形成して固体撮像素子を得る（図１４（ａ）および図１４（ｂ））。

このような構成の本実施形態１の固体撮像素子では、電荷転送方向に沿って互いに隣接するよう配置された２つの電荷転送電極８の間を、絶縁材料の堆積により形成した絶縁膜により電気的に分離し、一方、受光部を構成する光電変換領域の表面には熱酸化膜１１を形成するので、電荷転送電極材のポリシリコンの異常酸化がなく、このため、電荷転送電極の配線抵抗は均質なものとなり、また、電極間ギャップ部（電極間隙部）Ｇが酸化により拡がることがなく、電極間ギャップ部下の転送チャネルの表面も酸化されていないので、電荷転送特性の劣化がない。

さらに、受光部１０１の表面は、熱酸化膜１１により均一な絶縁膜が形成されることで、受光部を構成する表面ｐ^＋層５ａを形成するためのイオン注入がばらつきを小さく抑えて行われるので、信号電荷の読み出し特性の劣化が抑制できる。

また、第２の絶縁膜としてのシリコン窒化膜１０は５ｎｍ〜３０ｎｍという薄い膜厚で形成するので、画素開口を狭めることがなく、感度劣化がない。

また、この実施形態１では、半導体基板１上にゲート絶縁膜７を介して導電性材料膜（ポリシリコン膜）を形成し、この導電性材料膜のパターニングにより導電性材料膜に、電荷転送電極の転送方向に沿った電極間ギャップ部Ｇおよび受光部の形成領域に対応する開口部８ａを形成し、導電性材料膜の電極間ギャップ部には絶縁材料の堆積により絶縁膜を形成し、導電性材料膜の受光部に対応する開口部には熱酸化により絶縁膜を形成するので、電極間ギャップ部が絶縁膜の形成時に広がるのを回避でき、また、受光部に対応する開口部では、絶縁膜の形成時に電極材料膜のエッチングによる下地領域のダメージを回復でき、しかも絶縁膜の膜厚を均一にすることができる。

その結果、熱酸化処理による電荷転送電極のギャップの拡大を回避しつつ、信号電荷の読み出し特性や感度劣化を防止することができ、これにより、微細で高速転送可能な固体撮像素子を実現することができる。

本実施形態の固体撮像素子の製造方法では、電荷転送電極の構成材料膜である導電性材料膜を、レジストマスクをエッチングマスクとして選択的にエッチングして、電荷転送電極を分離するギャップ部および受光部に対応する開口部を同時に導電性材料膜に形成するので、電極間ギャップ部を形成した電極材料膜に、受光部に対応する開口を形成する際に、マスクパターンの位置合わせにずれが生じて、電荷転送電極を構成するポリシリコン膜が分離されず、隣接する電荷転送電極がショートした状態となるのを確実に回避することができる。

また、電荷転送電極の電極間ギャップ部に酸化抑制膜としてのシリコン窒化膜を充填するので、受光開口部の熱酸化プロセスで電極間ギャップ部下側の転送チャネルの表面や電荷転送電極が酸化されるのを防止でき、これによって電荷転送電極の構成材料の異常酸化を回避し、電極間ギャップ部の拡大を抑制することができる。

また、電極間ギャップ部に埋め込む絶縁膜をその膜厚が５〜３０ｎｍの範囲になるよう薄く形成するので、この絶縁膜が受光開口部内で遮光膜開口を狭めるのを抑制でき、感度劣化を実質的に抑えることができる。

その結果、電荷転送特性および画素特性を共に劣化させることなく、電荷転送電極の電極間ギャップ部および受光部に対応する開口部に絶縁膜を形成することができる固体撮像素子の製造方法を実現できる。

なお、垂直ＣＣＤ部を構成する電荷転送電極だけでなく、水平ＣＣＤ部においても、転送方向に配列された隣接する電荷転送電極の電極間ギャップを、垂直ＣＣＤ部と同様に、絶縁材料の堆積により電荷転送電極間を電気的に分離する電極分離絶縁膜を形成してもよい。

さらに、上記実施形態１では、電荷転送電極の構成材料膜である導電性材料膜（ポリシリコン膜）を、レジストマスクをエッチングマスクとして選択的にエッチングして、電荷転送電極を分離するギャップ部および受光部に対応する開口部を同時にポリシリコン膜に形成する場合について説明したが、電荷転送電極を分離するギャップ部および受光部に対応する開口部は、別々のエッチング工程で、電荷転送電極の構成材料膜である導電性材料膜（例えばポリシリコン膜）に形成してもよい。

この場合、導電性材料膜をパターニングする工程は、シリコン基板上にゲート絶縁膜を介して導電性材料膜（例えばポリシリコン膜）を形成した後、この導電性材料膜上に第１のレジストマスクを、電荷転送電極を分離するギャップ部の形成領域にマスク開口が位置するよう形成し、この第１のレジストマスクをエッチングマスクとして導電性材料膜を選択的にエッチングして電荷転送電極を分離するギャップ部を形成する。

その後、ギャップ部を形成した導電性材料膜上に第１の絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜）を化学気相成長により電荷転送電極のギャップ部を覆うよう形成し、さらに第１の絶縁膜上に化学気相成長により、この第１の絶縁膜とは材料の異なる第２の絶縁膜（例えばシリコン窒化膜）を形成する。

続いて、第２の絶縁膜上に第２のレジストマスクを受光部に対応する開口部にマスク開口が位置するよう形成し、第２のレジストマスクをエッチングマスクとして第２の絶縁膜、第１の絶縁膜、導電性材料膜およびゲート絶縁膜を除去した後、半導体基板における、受光部に対応する開口部内に露出した部分を熱酸化して熱酸化膜を形成する。

その後は、この熱酸化膜を介して、半導体基板における、受光部に対応する開口部内の領域に、受光部を構成する表面ｐ^＋層が形成されるよう不純物をイオン注入する。

このように、電荷転送電極の構成材料膜に、電荷転送電極を分離するギャップ部および受光部に対応する開口部を別々のエッチング工程で形成する方法では、従来技術で説明したような電荷転送電極のパターニング不良を回避するため、第１のレジストマスクに対する第２のレジストマスクの位置合わせを高精度で行う必要があるが、ギャップ部を形成するエッチング処理と、受光部に対応する開口部を形成するエッチング処理とでエッチング条件を最適化することができる。

さらに、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１５は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像装置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１５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として備えたものであり、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、特許出願および文献は、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、固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子情報機器の分野において、隣接する電荷転送電極の絶縁分離を、電荷転送特性および画素特性を共に劣化させることなく行うことができる固体撮像素子およびその製造方法、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ができる。

１ ｎ型シリコン基板（ｎ型半導体基板）
２ ｐ型ウェル
３ ｐ型転送チャネル
４ ｐ型チャネルストップ領域
５ ｎ型光電変換領域
５ａ 表面ｐ^＋層
６ 電荷読出し領域
７ ゲート絶縁膜
８ 電荷転送電極（転送ゲート電極）
９ 第１の絶縁膜（シリコン酸化膜）
１０ 第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）
１１ 第３の絶縁膜（熱酸化膜）
１２ 第４の絶縁膜（シリコン窒化膜）
１４ コンタクト部
１５ａ、１５ｂ 駆動信号線
１５ａ１、１５ｂ１ 分岐部
１５ａ２、１５ｂ２ 基幹部
１６ 第１の層間絶縁膜
１７ 遮光膜
１７ａ 遮光膜開口
１８ 第２の層間絶縁膜
１９ カラーフィルタ
２０ 平坦化膜
２１ マイクロレンズ
９０ 電子情報機器
９１ 撮像部
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
１００ 固体撮像素子
１０１ 受光部
１１０ 垂直ＣＣＤ部
１２０ 水平ＣＣＤ部
１３０ 出力部
Ｇ 電極間ギャップ部
Ｐｘ 画素
Ｒ１１ａ フォトレジスト（レジストマスク）

Claims (14)

1. 入射光を受光する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた固体撮像素子であって、
   該電荷転送部は、
   半導体基板内に形成され、該信号電荷を転送する転送チャネルと、
   該半導体基板上にゲート絶縁膜を介して該転送チャネルに沿って配列された複数の電荷転送電極と、
   隣接する電荷転送電極間に該隣接する電荷転送電極が電気的に分離されるよう形成された、絶縁材料を堆積した構造の電極分離絶縁膜とを有し、
   該受光部は、
   該半導体基板内に形成され、該入射光の光電変換により信号電荷を生成する光電変換領域と、
   該光電変換領域の表面部分に形成され、該半導体基板を熱酸化させた構造の熱酸化膜とを有する固体撮像素子。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子において、
   前記光電変換領域には、前記熱酸化膜に接するよう反射防止膜が形成されている、固体撮像素子。
3. 請求項２に記載の固体撮像素子において、
   前記反射防止膜は、シリコン窒化膜である、固体撮像素子。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
   前記半導体基板はシリコン基板であり、
   前記ゲート絶縁膜は、該シリコン基板の熱酸化により形成されたシリコン酸化膜である、固体撮像素子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像素子において、
   前記電荷転送電極は、ポリシリコンにより構成されている、固体撮像素子。
6. 入射光を受光する受光部と、該受光部で得られた信号電荷を転送する電荷転送部とを備えた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材料膜を形成する工程と、
   該電荷転送部を構成する電荷転送電極を分離するギャップ部、および該受光部に対応する開口部が該導電性材料膜に形成されるよう該導電性材料膜をパターニングする工程と、
   隣接する電荷転送電極を電気的に分離する電極分離絶縁膜を絶縁材料の堆積により該ギャップ部内に形成する工程と、
   該半導体基板の、該受光部を構成する領域の表面部分に熱酸化により熱酸化膜を形成する工程とを含む、固体撮像素子の製造方法。
7. 請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記導電性材料膜をパターニングする工程は、
   該導電性材料膜上にレジストマスクを、前記電荷転送電極を分離するギャップ部および前記受光部に対応する開口部にマスク開口が位置するよう形成する工程と、
   該レジストマスクをエッチングマスクとして該導電性材料膜を選択的にエッチングして該電荷転送電極を分離するギャップ部および該受光部に対応する開口部を同時に形成する工程とを含む、固体撮像素子の製造方法。
8. 請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記電極分離絶縁膜を形成する工程は、
   前記導電性材料膜上に第１の絶縁膜を化学気相成長により、前記電荷転送電極のギャップ部および前記受光部に対応する開口部を覆うよう形成する工程と、
   該第１の絶縁膜上に化学気相成長により、該第１の絶縁膜とは材料の異なる第２の絶縁膜を形成する工程とを含み、
   前記熱酸化膜を形成する工程は、
   前記受光部に対応する開口部内の、該第２の絶縁膜、該第１の絶縁膜、および前記ゲート絶縁膜を除去した後、前記半導体基板における、該受光部に対応する開口部内に露出する部分を熱酸化して前記熱酸化膜を形成する工程である、固体撮像素子の製造方法。
9. 請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法において、
   前記第１の絶縁膜としてシリコン酸化膜を形成し、
   前記第２の絶縁膜としてシリコン窒化膜を形成する、固体撮像素子の製造方法。
10. 請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法において、
    前記熱酸化膜を第３の絶縁膜として形成した後、第４の絶縁膜として該熱酸化膜に接するよう反射防止膜を形成する工程を含む、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において、
    前記第４の絶縁膜を形成する工程では、
    該第４の絶縁膜としてシリコン窒化膜を減圧化学気相成長により形成する、固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法において、
    前記第２の絶縁膜として５ｎｍ〜３０ｎｍの膜厚を有するシリコン窒化膜を形成する、固体撮像素子の製造方法。
13. 請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
    前記導電性材料膜をパターニングする工程は、
    前記電荷転送電極を分離するギャップ部と前記受光部に対応する開口部とを、異なるエッチングマスクを用いた該導電性材料膜に対する別々のエッチング処理により形成する工程である、固体撮像素子の製造方法。
14. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像素子を備えた電子情報機器。
    

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