JP4196778B2 - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関する。
電荷結合型固体撮像素子、即ちＣＣＤ（Charge Coupled Device ）固体撮像素子は、光電変換された電子を蓄積する機能と蓄積された電子を転送する機能とを併せ持つ機能素子であり、撮像デバイスや遅延素子等に使用されている。
ＣＣＤ固体撮像素子では、電荷転送部として、ＣＣＤ構造を有する転送レジスタが設けられ、フォトダイオードから成る受光センサ部で光電変換され蓄積された信号電荷を転送レジスタに読み出して、転送レジスタにおいて信号電荷が転送されるように構成されている。
そして、転送レジスタは、信号電荷が転送される転送チャネルの上に、絶縁膜を介して電荷転送電極が形成されて構成される。信号電荷を転送するためには、隣接する電荷転送電極に互いに位相の異なる電圧パルスを印加する必要があり、またチャネルに断絶を生じないようにする必要がある。そのため、電荷転送電極を第１層及び第２層の２層の電極層により構成すると共に、第１層の電荷転送電極に、第２層の電荷転送電極の端部が少しオーバーラップするようにしている（例えば特許文献１参照。）。
ここで、従来のＣＣＤ固体撮像素子の一形態の概略構成図（要部の平面図）を図９に示す。
図９に示すように、このＣＣＤ固体撮像素子５０は、マトリクス状に配置された受光センサ部５１の各列の左側に、それぞれ垂直転送レジスタ５３が設けられている。この垂直転送レジスタ５３は、図示しない垂直転送チャネルが基板内に形成され、その上に絶縁膜を介して、電荷転送電極５２が形成されて、構成されている。そして、電荷転送電極５２は、第１層の電荷転送電極５２Ａ及び第２層の電荷転送電極５２Ｂから構成され、これら第１層の電荷転送電極５２Ａと第２層の電荷転送電極５２Ｂとが一部オーバーラップして形成されている。
図９に示すように、このＣＣＤ固体撮像素子５０は、マトリクス状に配置された受光センサ部５１の各列の左側に、それぞれ垂直転送レジスタ５３が設けられている。この垂直転送レジスタ５３は、図示しない垂直転送チャネルが基板内に形成され、その上に絶縁膜を介して、電荷転送電極５２が形成されて、構成されている。そして、電荷転送電極５２は、第１層の電荷転送電極５２Ａ及び第２層の電荷転送電極５２Ｂから構成され、これら第１層の電荷転送電極５２Ａと第２層の電荷転送電極５２Ｂとが一部オーバーラップして形成されている。
電荷転送電極５２（５２Ａ，５２Ｂ）には、例えば多結晶シリコン、高融点金属、並びに多結晶シリコン及び高融点金属を併用したもの等が用いられる。
そして、図９の構造の場合には、第１層の電荷転送電極５２Ａ、第２層の電荷転送電極５２Ｂ、並びに図示しない遮光膜の、各層間を絶縁膜により絶縁し、耐圧を確保する必要がある。
各層間の絶縁膜は、電荷転送電極の直接酸化により、もしくは電荷転送電極の直接酸化と絶縁膜の堆積（例えば気相成長法による酸化膜の堆積）との併用により、成膜されている。
特開平９−３１２３９０号公報
しかしながら、今後、ＣＣＤ固体撮像素子の微細化が進んでいくのに伴って、従来の電荷転送電極の構造や製造方法では、以下の問題を生じる。
例えば、図９に示したＣＣＤ固体撮像素子５０の製造の際に、第１層の電荷転送電極５２Ａと第２層の電荷転送電極５２とを絶縁するための酸化膜を形成する工程や、第２層の電荷転送電極５２Ｂと遮光膜とを絶縁するための層間絶縁膜を形成する工程において、上述した電極の直接酸化により電荷転送電極５２Ａ，５２Ｂの表面付近が酸化される。
そして、ＣＣＤ固体撮像素子の微細化が進むと、電荷転送電極のサイズも縮小されるが、酸化される厚さは大きく変わらないので、酸化される部分の割合が増えることになり、酸化による電極の縮小が顕著になってくる。
そして、ＣＣＤ固体撮像素子の微細化が進むと、電荷転送電極のサイズも縮小されるが、酸化される厚さは大きく変わらないので、酸化される部分の割合が増えることになり、酸化による電極の縮小が顕著になってくる。
このように電荷転送電極の縮小が生じることにより、例えば電荷転送電極において低いシート抵抗が得られなくなり、伝播遅延による電荷転送劣化の問題を生じることとなる。
また、特に、信号電荷を読み出すための読み出し電圧が印加される電荷転送電極、即ち読み出し電極（図９のＣＣＤ固体撮像素子では、例えば第２層の電荷転送電極５２Ｂ）においては、電極の縮小が生じることによって、ゲート絶縁膜から電荷転送電極が離れ、ゲート絶縁膜下の半導体領域と電極との距離が大きくなることから、信号電荷を読み出すために必要となる読み出し電圧が上昇してしまう問題を生じる。
今後は、固体撮像素子を多画素化や高密度化するのに伴い、固体撮像素子を微細化する必要があることから、上述した問題がますます大きな問題となる。
従って、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図るためには、電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成する際の酸化による電荷転送電極の縮小を抑制する必要がある。
従って、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図るためには、電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成する際の酸化による電荷転送電極の縮小を抑制する必要がある。
上述した問題の解決のために、本発明においては、電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成する際の酸化による電荷転送電極の縮小を抑制することができ、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図ることを可能にする構造の固体撮像素子及びその製造方法を提供するものである。
本発明の固体撮像素子は、受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられ、読み出し電極が、少なくとも他の１つの電荷転送電極よりも上層に形成されており、これら複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面に、それぞれサイドウォール絶縁層が形成され、読み出し電極と遮光膜との間の絶縁膜が、読み出し電極の直接酸化により形成された絶縁膜であるものである。
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、これら複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面に、それぞれサイドウォール絶縁層が形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際の各層の電荷転送電極を覆って層間絶縁膜を形成する工程において、サイドウォール絶縁層により電荷転送電極の側面を酸化されにくくすることが可能になる。これにより、酸化による電荷転送電極の縮小を抑制することが可能になる。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成して、この絶縁膜をエッチバックして、複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とを有し、少なくとも１つの電荷転送電極を形成した後に、上層に読み出し電極を形成し、この読み出し電極の直接酸化により、読み出し電極と遮光膜との間の絶縁膜を形成するものである。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、電荷転送電極を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成して、この絶縁膜をエッチバックして複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とを有することにより、電荷転送電極の側面にサイドウォールを形成して、電荷転送電極の側面を酸化されにくくすることができる。これにより、酸化による電荷転送電極の縮小を抑制することができる。
本発明の固体撮像素子は、受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられ、読み出し電極が、少なくとも他の１つの電荷転送電極よりも上層に形成されており、これら複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層が形成され、読み出し電極と遮光膜との間の絶縁膜が、読み出し電極の直接酸化により形成された絶縁膜であるものである。
上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、これら複数層の電荷転送電極のうち読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層が形成されていることにより、固体撮像素子を製造する際の読み出し電極を覆って層間絶縁膜を形成する工程において、サイドウォール絶縁層により読み出し電極の側面を酸化されにくくすることが可能になる。これにより、酸化による読み出し電極の縮小を抑制することが可能になる。
本発明の固体撮像素子の製造方法は、受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、電荷転送電極を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成して、この絶縁膜をエッチバックして、複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とを有し、少なくとも１つの電荷転送電極を形成した後に、上層に読み出し電極を形成し、この読み出し電極の直接酸化により、読み出し電極と遮光膜との間の絶縁膜を形成するものである。
上述の本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、電荷転送電極を形成する工程と、全面に絶縁膜を形成して、この絶縁膜をエッチバックして、複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とをそれぞれ有することにより、読み出し電極の側面にサイドウォールを形成して、読み出し電極の側面を酸化されにくくすることができる。これにより、酸化による読み出し電極の縮小を抑制することができる。
本発明によれば、各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成することにより、電荷転送電極上に層間絶縁膜を形成するときに電荷転送電極の酸化を抑制して、酸化による電極の縮小を抑制することができる。
これにより、電荷転送電極の縮小による抵抗の増加を抑制して、電荷転送電極における伝搬遅延の問題を解決することができる。また、電荷転送電極の縮小による転送効率の劣化の問題も解決することができる。
さらに、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極においては、読み出し電圧の増大の問題を解決することが可能となる。
これにより、電荷転送電極の縮小による抵抗の増加を抑制して、電荷転送電極における伝搬遅延の問題を解決することができる。また、電荷転送電極の縮小による転送効率の劣化の問題も解決することができる。
さらに、読み出し電極を兼ねる電荷転送電極においては、読み出し電圧の増大の問題を解決することが可能となる。
本発明によれば、複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成することにより、読み出し電極上に層間絶縁膜を形成するときに読み出し電極の酸化を抑制して、酸化による電極の縮小を抑制することができる。
これにより、読み出し電極の縮小による抵抗の増加を抑制して読み出し電極における伝搬遅延の問題を解決すると共に、読み出し電極が縮小して半導体基板から離れることにより生じる電荷の読み出しに必要となる読み出し電圧の増大を抑制することができる。
これにより、読み出し電極の縮小による抵抗の増加を抑制して読み出し電極における伝搬遅延の問題を解決すると共に、読み出し電極が縮小して半導体基板から離れることにより生じる電荷の読み出しに必要となる読み出し電圧の増大を抑制することができる。
従って、本発明により、固体撮像素子の微細化に伴って顕著に生じる上述した各問題を解決することができるため、固体撮像素子の微細化を可能にして、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図ることができる。また、固体撮像素子の小型化を図ることも可能になる。
本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図を図１及び図２に示す。図１は要部（撮像領域）の拡大図を示し、図２Ａは図１のＡ−Ａ´における断面図を示し、図２Ｂは１のＢ−Ｂ´における断面図を示し、図２Ｃは図１のＣ−Ｃ´における断面図を示す。
本実施の形態は、本発明をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
本実施の形態は、本発明をＣＣＤ固体撮像素子に適用したものである。
この固体撮像素子２０は、マトリクス状に配置された受光センサ部１の各列の一側に垂直転送レジスタ３が形成されて、撮像領域が構成されている。
撮像領域外においては、図示しないが垂直転送レジスタ３の一端に接続して水平転送レジスタが設けられ、水平転送レジスタの一端に出力部が設けられる。
撮像領域外においては、図示しないが垂直転送レジスタ３の一端に接続して水平転送レジスタが設けられ、水平転送レジスタの一端に出力部が設けられる。
垂直転送レジスタ３は、電荷転送電極２と、ゲート絶縁膜６と、図示しない転送チャネル領域とにより構成される。
電荷転送電極２は、第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂの２層の電極層により構成されている。
ゲート絶縁膜６は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、シリコン酸化膜６Ａ・シリコンナイトライド膜６Ｂ・シリコン酸化膜６Ｃの３層の積層構造、即ちＯＮＯ構造となっている。
電荷転送電極２上には、層間絶縁膜１２を介して遮光膜４が形成されている。この遮光膜４は、受光センサ部１上に、図示しない開口が形成されている。
また、遮光膜４よりも上方には、図示しないが、必要に応じて、平坦化膜、カラーフィルター、オンチップレンズ等が設けられる。
電荷転送電極２は、第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂの２層の電極層により構成されている。
ゲート絶縁膜６は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、シリコン酸化膜６Ａ・シリコンナイトライド膜６Ｂ・シリコン酸化膜６Ｃの３層の積層構造、即ちＯＮＯ構造となっている。
電荷転送電極２上には、層間絶縁膜１２を介して遮光膜４が形成されている。この遮光膜４は、受光センサ部１上に、図示しない開口が形成されている。
また、遮光膜４よりも上方には、図示しないが、必要に応じて、平坦化膜、カラーフィルター、オンチップレンズ等が設けられる。
第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂは、例えばポリシリコン膜、タングステンシリサイド膜又はタングステン、タングステンナイトライド、或いはポリシリコン膜と金属膜とを併用した膜（積層膜又は合金膜）等の導電膜により構成することが可能である。
遮光膜４には、高い反射率を持った材料、例えばチタン（Ｔｉ）やタングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はこれらを合わせた合金を用いることができる。
遮光膜４には、高い反射率を持った材料、例えばチタン（Ｔｉ）やタングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、又はこれらを合わせた合金を用いることができる。
本実施の形態の固体撮像素子２０においては、特に、垂直転送レジスタ３の電荷転送電極２の各層の電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面に、それぞれサイドウォール絶縁層が形成されている。即ち、第１層の電荷転送電極２Ａの側面にサイドウォール絶縁層１１が形成され、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面にサイドウォール絶縁層８が形成されている。
これらサイドウォール絶縁層１１，８は、酸化膜又は窒化膜等により構成される。
これらサイドウォール絶縁層１１，８は、酸化膜又は窒化膜等により構成される。
このように、電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面にそれぞれサイドウォール絶縁層１１，８が設けられた構造となっているので、電荷転送電極２Ａ，２Ｂを覆って層間絶縁層を形成する工程において、サイドウォール絶縁層１１，８により電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面が酸化されにくくなることから、電荷転送電極２Ａ，２Ｂが直接酸化されることによる電極２Ａ，２Ｂの縮小を抑制することができる。
本実施の形態の固体撮像素子２０は、例えば次のようにして製造することができる。
なお、図３〜図８において、各図Ａは図２Ａと同じ面における断面図を示し、各図Ｂは図２Ｂと同じ面における断面図を示し、各図Ｃは図２Ｃと同じ面における断面図を示している。
なお、図３〜図８において、各図Ａは図２Ａと同じ面における断面図を示し、各図Ｂは図２Ｂと同じ面における断面図を示し、各図Ｃは図２Ｃと同じ面における断面図を示している。
まず、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、例えばｎ型の半導体基板９上に、シリコン酸化膜６Ａ・シリコンナイトライド膜６Ｂ・シリコン酸化膜６Ｃを順次成膜し、これらの膜６Ａ，６Ｂ，６Ｃが積層された、いわゆるＯＮＯ構造のゲート絶縁膜６を形成する。
その後、ゲート絶縁膜６の上に、第１層の電荷転送電極２Ａを形成するための導電膜を成膜して、その導電膜上にオフセットとなる酸化膜を成膜する。これら導電膜及び酸化膜は、例えば気相成長により成膜することができる。
さらに、これら導電膜及び酸化膜を、図示しないフォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で加工することにより、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａ及びその上のオフセット酸化膜１０を所定のパターンで形成する。
さらに、これら導電膜及び酸化膜を、図示しないフォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で加工することにより、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａ及びその上のオフセット酸化膜１０を所定のパターンで形成する。
次に、第１層の電荷転送電極２Ａと第２層の電荷転送電極２Ｂとの間の層間絶縁膜を形成する。
即ち、図５Ａ〜図５Ｃに破線で示すように、例えば気相成長により、表面に絶縁層（例えば酸化膜又は窒化膜）１５を堆積させる。そして、全面のエッチバックを行うことにより、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａの側面に、サイドウォール絶縁層１１を形成する。
そして、オフセット酸化膜１０とサイドウォール絶縁層１１とにより、第１層の電荷転送電極２Ａと第２層の電荷転送電極２Ｂとの間の層間絶縁膜が構成される。
この層間絶縁膜は、オフセット酸化膜１０を形成せずに直接酸化する方法や、サイドウォール絶縁層と酸化とを併用する方法によっても、形成することが可能である。
第１層の電荷転送電極２Ａの側面にサイドウォール絶縁層１１を形成することにより、層間絶縁膜を電極の直接酸化により形成する場合でも、電極２Ａの側面が酸化されにくくなるため、酸化による電極２Ａの縮小を抑制することができる。
なお、以降の図では、オフセット酸化膜１０とサイドウォール絶縁層１１との境界線の図示を省略する。
即ち、図５Ａ〜図５Ｃに破線で示すように、例えば気相成長により、表面に絶縁層（例えば酸化膜又は窒化膜）１５を堆積させる。そして、全面のエッチバックを行うことにより、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａの側面に、サイドウォール絶縁層１１を形成する。
そして、オフセット酸化膜１０とサイドウォール絶縁層１１とにより、第１層の電荷転送電極２Ａと第２層の電荷転送電極２Ｂとの間の層間絶縁膜が構成される。
この層間絶縁膜は、オフセット酸化膜１０を形成せずに直接酸化する方法や、サイドウォール絶縁層と酸化とを併用する方法によっても、形成することが可能である。
第１層の電荷転送電極２Ａの側面にサイドウォール絶縁層１１を形成することにより、層間絶縁膜を電極の直接酸化により形成する場合でも、電極２Ａの側面が酸化されにくくなるため、酸化による電極２Ａの縮小を抑制することができる。
なお、以降の図では、オフセット酸化膜１０とサイドウォール絶縁層１１との境界線の図示を省略する。
次に、第２層の電荷転送電極２Ｂを形成するための導電膜を成膜して、図示しないフォトレジストをマスクとしてドライエッチング法で導電膜を加工することにより、図６Ａ〜図６Ｃに示すように、第２層の電荷転送電極２Ｂを所定のパターンで形成する。
これにより、図６Ａに示す、垂直転送レジスタ３の電荷転送方向の断面では、ゲート絶縁膜６上から第１層の電荷転送電極２Ａの上方に跨って第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。また、図６Ｂに示す、受光センサ部２の画素間の断面では、第１層の電荷転送電極２Ａ上のオフセット酸化膜１０上に第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。また、図６Ｃに示す垂直転送レジスタ３の電荷読み出し方向の断面では、ゲート絶縁膜６上に第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。
これにより、図６Ａに示す、垂直転送レジスタ３の電荷転送方向の断面では、ゲート絶縁膜６上から第１層の電荷転送電極２Ａの上方に跨って第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。また、図６Ｂに示す、受光センサ部２の画素間の断面では、第１層の電荷転送電極２Ａ上のオフセット酸化膜１０上に第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。また、図６Ｃに示す垂直転送レジスタ３の電荷読み出し方向の断面では、ゲート絶縁膜６上に第２層の電荷転送電極２Ｂが形成される。
次に、表面に絶縁層（例えば酸化膜又は窒化膜）を堆積させて、全面のエッチバックを行うことにより、図７Ａ〜図７Ｃに示すように、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面に、酸化膜又は窒化膜からなるサイドウォール絶縁層８を形成する。
続いて、第２層の電荷転送電極２Ｂを覆うように、表面を覆って層間絶縁膜１２を形成する。
この層間絶縁膜１２を形成する方法としては、サイドウォール絶縁層８を形成した後に、第２層の電荷転送電極２Ｂを酸化させる方法、酸化膜を気相成長させる方法、或いは電荷転送電極２Ｂの酸化と酸化膜の気相成長とを併用する方法が考えられる。
このとき、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面にサイドウォール絶縁層８が形成されているので、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面が酸化されにくくなり、酸化による電極２Ｂの縮小を抑制することができる。
なお、層間絶縁膜１２は、電荷転送電極２Ａ，２Ｂを覆う部分以外、即ち受光センサ部１付近は除去して、遮光膜４を低い位置に形成できるようにする。
この層間絶縁膜１２を形成する方法としては、サイドウォール絶縁層８を形成した後に、第２層の電荷転送電極２Ｂを酸化させる方法、酸化膜を気相成長させる方法、或いは電荷転送電極２Ｂの酸化と酸化膜の気相成長とを併用する方法が考えられる。
このとき、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面にサイドウォール絶縁層８が形成されているので、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面が酸化されにくくなり、酸化による電極２Ｂの縮小を抑制することができる。
なお、層間絶縁膜１２は、電荷転送電極２Ａ，２Ｂを覆う部分以外、即ち受光センサ部１付近は除去して、遮光膜４を低い位置に形成できるようにする。
次に、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、層間絶縁膜１２の上に遮光膜４を形成する。
全面に遮光膜４となる膜を成膜した後、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により加工して、所定のパターンの遮光膜４を形成する。
全面に遮光膜４となる膜を成膜した後、フォトレジストをマスクとして、ドライエッチング法により加工して、所定のパターンの遮光膜４を形成する。
遮光膜４よりも上層の各部に関しては、従来技術と同様に形成することができる。
即ち、図３〜図８に示した工程の後に、従来と同様の工程により、図示しないマイクロレンズやカラーフィルターを形成することができる。
また、半導体基板９には、図示しないが垂直転送レジスタ３の転送チャネル領域や、受光センサ部１のフォトダイオード等が形成される。
即ち、図３〜図８に示した工程の後に、従来と同様の工程により、図示しないマイクロレンズやカラーフィルターを形成することができる。
また、半導体基板９には、図示しないが垂直転送レジスタ３の転送チャネル領域や、受光センサ部１のフォトダイオード等が形成される。
ここで、比較対照として、図９に平面図を示したＣＣＤ固体撮像素子５０の構成について、微細化が進んだ場合に生じる問題点を、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明する。図１０Ａは図９のＡ−Ａ´における断面図を示し、図１０Ｂは図９のＢ−Ｂ´における断面図を示し、図１０Ｃは図９のＣ−Ｃ´における断面図を示している。
第２層の電荷転送電極５２Ｂと遮光膜とを絶縁するための層間絶縁膜を形成する工程において、上述した電極の直接酸化により第２層の電荷転送電極５２Ｂの表面付近が酸化される。
そして、ＣＣＤ固体撮像素子５０の微細化が進むと、電荷転送電極のサイズも縮小されるが、酸化される厚さは大きく変わらないので、酸化される部分の割合が増えることになり、酸化による電極の縮小が顕著になってくる。
そして、ＣＣＤ固体撮像素子５０の微細化が進むと、電荷転送電極のサイズも縮小されるが、酸化される厚さは大きく変わらないので、酸化される部分の割合が増えることになり、酸化による電極の縮小が顕著になってくる。
従って、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第２層の電荷転送電極５２Ｂが酸化によって細くなってしまい、低いシート抵抗が得られなくなる。このように低いシート抵抗が得られなくなることにより、伝播遅延による電荷転送劣化の問題を生じることとなる。
また、図１０Ａに示すように、第２層の電荷転送電極５２Ｂが第１層の電荷転送電極５２Ａより離れてしまい、第１層の電荷転送電極５２Ａと第２層の電荷転送電極５２Ｂ間のギャップ部５７に所望の電界を印加することができずに、転送効率が劣化する原因となる。
また、図１０Ａに示すように、第２層の電荷転送電極５２Ｂが第１層の電荷転送電極５２Ａより離れてしまい、第１層の電荷転送電極５２Ａと第２層の電荷転送電極５２Ｂ間のギャップ部５７に所望の電界を印加することができずに、転送効率が劣化する原因となる。
また、図１０Ｃに示すように、第２層の電荷転送電極５２Ｂとゲート絶縁膜５６（５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ）との間に、酸化された部分５９が形成されるようになり、第２層の電荷転送電極５２Ｂがゲート絶縁膜５６から離れてしまう。図１０Ｃに断面を示す部分においては、第２層の電荷転送電極５２Ｂが受光センサ部５１で光電変換された信号電荷（電子）を垂直転送レジスタ５３に読み出すための読み出し電極の役割も兼ねていため、ゲート絶縁膜５６から電極５２Ｂが離れることにより、ゲート絶縁膜５６下の半導体領域と電極５２Ｂとの距離が大きくなることから、信号電荷を読み出すために必要となる読み出し電圧が上昇してしまう問題を生じる。
これに対して、本実施の形態の固体撮像素子２０では、サイドウォール絶縁層１１により第１層の電荷転送電極２Ａの側面が酸化されにくくなっており、サイドウォール絶縁層８により第２層の電荷転送電極２Ｂの側面が酸化されにくくなっていることから、第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂの酸化による電極の縮小を抑制することができる。
これにより、図２Ａに示すように、第２層の電荷転送電極２Ｂが第１層の電荷転送電極２Ａより離れないようにして、第１層の電荷転送電極２Ａと第２層の電荷転送電極２Ｂ間のギャップ部に所望の電界を印加することができ、充分な転送効率を確保することができる。
また、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂが、充分な太さ・大きさで形成され、低いシート抵抗が得られ、伝播遅延による電荷転送劣化の問題を解決することができる。
また、図２Ｃに示すように、読み出し電極を兼ねる第２層の電荷転送電極２Ｂがゲート絶縁膜６に密着して形成され、読み出し電圧の上昇の問題を解決することができる。
これにより、図２Ａに示すように、第２層の電荷転送電極２Ｂが第１層の電荷転送電極２Ａより離れないようにして、第１層の電荷転送電極２Ａと第２層の電荷転送電極２Ｂ間のギャップ部に所望の電界を印加することができ、充分な転送効率を確保することができる。
また、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、第１層の電荷転送電極２Ａ及び第２層の電荷転送電極２Ｂが、充分な太さ・大きさで形成され、低いシート抵抗が得られ、伝播遅延による電荷転送劣化の問題を解決することができる。
また、図２Ｃに示すように、読み出し電極を兼ねる第２層の電荷転送電極２Ｂがゲート絶縁膜６に密着して形成され、読み出し電圧の上昇の問題を解決することができる。
上述の本実施の形態の固体撮像素子２０の構成によれば、電荷転送電極２（２Ａ，２Ｂ）の各層の電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面に、それぞれサイドウォール絶縁層１１，８が形成されている構造となっている。これにより、この固体撮像素子２０を製造する際の、各層の電荷転送電極２Ａ，２Ｂ上に層間絶縁膜を形成する工程において、側面に形成されたサイドウォール絶縁層１１，８により、電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面を酸化されにくくすることができる。
また、上述した製造工程において、第１層の電荷転送電極２Ａを形成した後に、全面に酸化膜又は窒化膜を堆積して、この酸化膜又は窒化膜をエッチバックすることにより、第１層の電荷転送電極２Ａの側面にサイドウォール絶縁層１１を形成し、第２層の電荷転送電極２Ｂを形成した後に、全面に酸化膜又は窒化膜を堆積して、この酸化膜又は窒化膜をエッチバックすることにより、第２層の電荷転送電極２Ｂの側面にサイドウォール絶縁層８を形成することにより、側面に形成されたサイドウォール絶縁層１１，８により、電荷転送電極２Ａ，２Ｂの側面を酸化されにくくすることができる。これにより、各層の電荷転送電極２Ａ，２Ｂ上に層間絶縁膜を形成する際に、酸化による電荷転送電極２Ａ，２Ｂの縮小を抑制することができる。
従って、電荷転送電極２Ａ，２Ｂが酸化されて縮小することを抑制して、電極の縮小による抵抗の増加を抑制して、電荷転送電極２（２Ａ，２Ｂ）における伝搬遅延の問題を解決することができる。また、第２層の電荷転送電極２Ｂの縮小による、電荷転送電極２Ａ，２Ｂが重なる部分でのギャップ部分の拡大を抑制して、電荷転送電極２Ａ，２Ｂにおける転送効率の劣化の問題も解決することができる。
さらに、読み出しゲート電極を兼ねる第２層の電荷転送電極２Ｂにおいては、第２層の電荷転送電極２Ｂの酸化によりゲート絶縁膜６から電極２Ｂが離れること（電極２Ｂの捲れ上がり）を抑制することができるため、第２層の電荷転送電極２Ｂと基板との間の絶縁層を薄いままに維持して、信号電荷を読み出すために必要となる読み出し電圧の増大を抑制することが可能となる。
さらに、読み出しゲート電極を兼ねる第２層の電荷転送電極２Ｂにおいては、第２層の電荷転送電極２Ｂの酸化によりゲート絶縁膜６から電極２Ｂが離れること（電極２Ｂの捲れ上がり）を抑制することができるため、第２層の電荷転送電極２Ｂと基板との間の絶縁層を薄いままに維持して、信号電荷を読み出すために必要となる読み出し電圧の増大を抑制することが可能となる。
従って、本発明により、固体撮像素子の微細化に伴って顕著に生じる上述した各問題を解決することができるため、固体撮像素子の微細化を可能にして、固体撮像素子の多画素化や高密度化を図ることができる。
また、固体撮像素子の微細化を図ることができるため、同じ画素数当たりの面積を低減することができることから、固体撮像素子の小型化を図ることも可能になる。
また、固体撮像素子の微細化を図ることができるため、同じ画素数当たりの面積を低減することができることから、固体撮像素子の小型化を図ることも可能になる。
上述の実施の形態では、垂直転送レジスタ３の電荷転送電極２が２層の電極層２Ａ，２Ｂにより形成され、垂直転送レジスタ３において２相駆動で信号電荷の転送が行われる構成であったが、その他の構成にも本発明を適用することができる。
３層以上の電極層により電荷転送電極が形成されている場合には、第１層及び第２層の電荷転送電極だけでなく、第３層以降の電荷転送電極にもサイドウォール絶縁層を形成すればよい。
また、３相駆動や4相駆動により垂直転送レジスタの信号電荷の転送が行われる構成においても、同様に、各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成すればよい。
３層以上の電極層により電荷転送電極が形成されている場合には、第１層及び第２層の電荷転送電極だけでなく、第３層以降の電荷転送電極にもサイドウォール絶縁層を形成すればよい。
また、３相駆動や4相駆動により垂直転送レジスタの信号電荷の転送が行われる構成においても、同様に、各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成すればよい。
なお、上述の実施の形態では、２層の電荷転送電極２Ａ，２Ｂに共にサイドウォール絶縁層が形成された構成であったが、例えば少なくとも読み出し電圧が印加される読み出し電極となる電荷転送電極（図１の固体撮像素子２０では第２層の電荷転送電極２Ｂ）にサイドウォール絶縁膜層を形成することにより、読み出し電圧の上昇を抑制する効果を有する。
本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
１ 受光部、２，２Ａ，２Ｂ 電荷転送電極、３ 垂直転送レジスタ、４ 遮光膜、６ ゲート絶縁膜、８，１１ サイドウォール絶縁層、９ 半導体基板、１０ オフセット酸化膜、１２ 層間絶縁膜、２０ 固体撮像素子
Claims (4)
- 受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、
前記電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、
前記電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられ、
読み出し電極が、少なくとも他の１つの電荷転送電極よりも上層に形成されており、
前記複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面に、それぞれサイドウォール絶縁層が形成され、
前記読み出し電極と前記遮光膜との間の前記絶縁膜が、前記読み出し電極の直接酸化により形成された絶縁膜である
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、前記電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、前記電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
電荷転送電極を形成する工程と、
全面に絶縁膜を形成して、前記絶縁膜をエッチバックして、前記複数層の電荷転送電極の各層の電荷転送電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とを有し、
少なくとも１つの電荷転送電極を形成した後に、上層に読み出し電極を形成し、
前記読み出し電極の直接酸化により、前記読み出し電極と前記遮光膜との間の前記絶縁膜を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。 - 受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、
前記電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、
前記電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられ、
読み出し電極が、少なくとも他の１つの電荷転送電極よりも上層に形成されており、
前記複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも前記読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層が形成され、
前記読み出し電極と前記遮光膜との間の前記絶縁膜が、前記読み出し電極の直接酸化により形成された絶縁膜である
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 受光センサ部の一側に電荷転送部が設けられ、前記電荷転送部が複数層の電荷転送電極により構成され、前記電荷転送電極上に、絶縁膜を介して遮光膜が設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
電荷転送電極を形成する工程と、
全面に絶縁膜を形成して、前記絶縁膜をエッチバックして、前記複数層の電荷転送電極のうち、少なくとも読み出し電極の側面にサイドウォール絶縁層を形成する工程とを有し、
少なくとも１つの電荷転送電極を形成した後に、上層に前記読み出し電極を形成し、
前記読み出し電極の直接酸化により、前記読み出し電極と前記遮光膜との間の前記絶縁膜を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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