JP4500508B2

JP4500508B2 - 固体撮像素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP4500508B2
Application number: JP2003141965A
Authority: JP
Inventors: 光司吉林; 秀樹郡山
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2023-05-20
Also published as: JP2004349323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像素子およびその製造方法にかかり、特に単層電極ＣＣＤ（電荷結合素子）構造の固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
近年、固体撮像素子においては、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいるが、画素数の増加に伴い信号電荷の高速転送、すなわち電荷転送電極の高速パルスによる駆動が必要となるため、電荷転送電極の低抵抗化が求められている。また、ブローニーサイズとなるなど大型化も進められており、電荷転送時に高い転送効率を維持することが困難になっている。
【０００４】
従来、単層構造の電荷転送電極を用いた固体撮像素子では、微細化が進む一方であり、微細な電極間のギャップをパターニングする場合、光近接効果の影響即ち、電極間の分離パターン縮小によるショートが現われるようになるため、光近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Correction）が必要になってくる。
【０００５】
そこで、電極間分離用の電極間絶縁膜を形成するためのギャップＧのパターンを、光近接効果補正を用いたレジストパターンで形成すると、図１０（ａ）に模式図を示すように、フォトダイオード領域３０にギャップＧがはみ出し（はみ出し部Ｓ１）、フォトダイオード領域３０に絶縁物の壁が残留し、受光面積が狭められ感度低下や光学特性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００６】
また、はみ出し部Ｓ２を、図１０（ｂ）に模式図を示すように、ハンマーヘッド状に形成する方法も提案されている（参考文献１）。この方法では、ハンマーヘッド状の部分が比較的幅広のパターンとなるため、光近接効果の影響は受けずにすむことが多い。しかしながら、この方法でも、フォトダイオード領域３０にギャップＧがはみ出し（はみ出し部Ｓ２）を形成している点は変わらず、かえって、フォトダイオード領域３０へのはみ出し部Ｓ２はより大面積になる。従って、図１１（ａ）乃至（ｃ）、図１２（ａ）乃至（ｃ）を参照しつつ後述するように、絶縁物の壁dが残留し、受光面積が狭められ感度低下や光学特性に悪影響を及ぼすという点は依然として変わらなかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２３０２５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の固体撮像素子では、微細化に伴う光近接効果により、高精度に狭ギャップ化を行うことが困難であり、フォトダイオード領域への電極間絶縁膜のはみ出しを防止することができなかった。
【０００９】
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に伴うフォトダイオード領域の面積のばらつきを防止し、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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、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であって、前記電荷転送電極が電極間絶縁膜によって分離されており、前記電極間絶縁膜は、前記光電変換部との境界領域で、前記光電変換部の端縁に沿って前記端縁の途中まで伸長する伸長部を具備してなることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、製造時に光近接効果による露光の劣化の影響により電極間がショートしたりすることなく微細化に有利な単層構造の電荷転送電極を形成することが可能となる。
また、光電変換部の端縁に沿って伸長部を形成しているため、電極間分離領域(壁)が光電変換部を遮ることなく形成できるため、感度の低下や光学特性に悪影響を及ぼすことなく微細化に有利な単層電極の形成を可能にする。
なお、伸長部は読み出し領域を避けて形成するのが望ましい。
【００１２】
上記固体撮像素子において、前記伸長部は前記光電変換部の端縁に沿って前記電極間絶縁膜の伸長方向に対して所望の角度をなすように形成されるのが望ましい。
光電変換部の角部で、特に光近接効果の影響を受けやすいが、この角部から光電変換部の端縁に沿って伸長部を形成することにより、特に確実に短絡のない電荷転送電極を形成することが可能となる。
なお、この伸長部は、光電変換部と電荷転送部との接続部を避けて形成する必要がある。
【００１３】
また、上記固体撮像素子において、前記伸長部は前記光電変換部の２つの端縁に沿って所定の角度をなすように２方向に向けて形成されるのが望ましい。
かかる構成により、２方に伸長する分だけ１つの伸長部を縮減することができ、光電変換部と電荷転送部との配線接続の自由度が増大する。
【００１４】
さらに、上記固体撮像素子において、前記電極間絶縁膜は、幅０．２μｍ以下である。
電極間絶縁膜が狭いと光近接効果による補正が必要になり、対策をほどこさねばならなくなるが、かかる構成によれば、短絡、感度低下、光学特性の劣化を生じることもなく、形成可能である。
【００１５】
また本発明は、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ように電極間絶縁膜で分離された単層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、前記電荷転送電極の形成工程が、ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、導電性膜を形成する工程と、前記導電性膜上に、フォトリソグラフィによりレジストのパターンを形成する工程と、前記レジストのパターンをマスクとして前記導電性膜をエッチング除去し電極間分離領域を形成する工程と、前記電極間分離領域内に絶縁膜を充填して前記電極間絶縁膜を形成する工程とを含み、前記レジストのパターンを形成する工程では、前記電極間分離領域が、前記光電変換部との境界領域で前記境界領域から前記光電変換部の端縁に沿って前記端縁の途中まで伸長する伸長部を具備するように前記パターンを形成することを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、製造時に光近接効果による露光の劣化の影響により電極間がショートしたりすることなく微細化に有利な単層構造の電荷転送電極をもつ固体撮像素子を歩留まり良く形成することが可能となる。
【００１７】
また、光電変換部の端縁に沿って伸長部を形成しているため、電極間分離領域(壁)が光電変換部を遮ることなく形成できるため、感度の低下や光学特性に悪影響を及ぼすことがなく微細化に有利な単層電極の形成が可能となる。
【００１９】
かかる構成によれば、レジストパターンをわずかに変更するのみで光近接効果による短絡などの悪影響もなく、かつ光電変換部の感度低下や光学特性の劣化を招くことなく効率よい形成が可能となる。
【００２０】
また、前記レジストのパターンを形成する工程は、前記レジストのパターンの上に有機材料を塗布し、前記レジストの酸成分によって前記有機材料を熱硬化させることで、前記レジストのパターンの開口の側壁に熱硬化層を形成して前記開口を縮減する工程を含む。
【００２１】
かかる構成によれば、フォトリソグラフィによりレジスト膜に開口を形成した後、有機材料を塗布し、加熱処理により熱硬化を行うことにより、前記レジスト膜の表面に熱硬化層を形成し、前記開口のサイズを縮小することにより、解像限界を超えた微細幅の微細開口を形成することができる。また、このレジスト膜をマスクとしてエッチングを行うことにより、高い寸法精度で微細間隙をもつ電荷転送電極を形成することが可能となる。またこの熱硬化層は、レジスト中の酸成分で塗布された有機材料が熱硬化する点に着目してなされたもので、この幅を高精度に制御することが可能となる。
【００２２】
そしてさらに、この方法では、電極をマスクとしてイオン注入を行うのではなく、電極のパターニングに用いたレジスト膜をマスクとして微細開口に露呈する半導体基板表面にイオン注入を行うことができるため、電極材料の膜厚や材料を、イオン注入のマスクとして使用可能かどうかの判断で形成する必要がない。従って電極の選択に自由度が得られ、製造が容易となる上、特性の向上のみを考慮して電極材料を選択することができるという効果も奏功する。
【００２３】
また、前記開口を形成する工程は、開口幅０．２〜０．５μｍの開口を形成する工程である。
【００２４】
本発明は、電極間領域が微細である場合に、作業性よく高精度の固体撮像素子を形成することができ、特に有効である。開口幅を上記範囲に選び、この開口幅をホールパターン縮小プロセス（ＲＥＬＡＣＳ）などにより縮減することによって従来得ることのできなかった０．１μｍ以下の開口幅を効率よくかつ再現性よく得ることができる。
【００２５】
また、前記微細開口は、レジスト膜の開口を０．０５〜０．２０μｍに縮減することによって形成されることにより、解像限界を超えた微細ギャップ（微細開口）幅が形成でき、高精度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。このように微細幅のギャップを形成する場合には、従来の方法では形成不可能であるが、この方法によれば容易に微細化に対応可能である。
【００２６】
望ましくは、前記微細開口を形成する工程は、前記レジスト膜の酸成分によって前記有機材料を熱硬化させ、前記開口の側壁にレジスト膜を形成する工程であることにより、高精度に幅の制御が可能となる。
【００２７】
さらに、前記開口を形成する工程では、電極間のギャップのみを開口することにより、光電変換部と電荷転送部とを別工程で形成するため、電極間ギャップへのイオン注入に際し、光電変換部に不純物が注入されて不純物濃度を制御するのが困難となるのを防止することができる。
【００２８】
さらに、前記光電変換部を形成する工程は、前記電荷転送電極の形成後、前記電荷転送部表面をレジストで被覆し、前記半導体基板にイオン注入することによってｐｎ接合を形成する工程を含むことにより、光電変換特性が高精度に制御された固体撮像素子を形成することが可能となる。
【００２９】
また、前記電荷転送部に注入されたイオンの注入後のドライブイン熱処理を、光電変換部のｐｎ接合形成のための熱処理と同時に実行することにより、位置ずれもなく、高精度で信頼性の高い熱処理が可能となる。
【００３０】
望ましくは、前記電極間絶縁膜の形成工程は、前記開口にCVD法により絶縁膜を形成する工程を含むことにより、電極間距離が小さくても絶縁耐圧に優れた半導体装置を形成することが可能となる。
【００３１】
望ましくは、前記光電変換部を形成する工程は、前記電荷転送電極の形成後、前記半導体基板表面に、光電変換部形成領域上に開口を有するレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして前記光電変換部形成領域上の前記導電性膜をエッチング除去する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記光電変換部形成領域にイオン注入を行う工程とを含むことを特徴とする。
【００３２】
かかる構成によれば、レジストをマスクとして光電変換部形成領域の前記シリコン系導電性膜をパターニングした後、このレジストをそのまま残して、これをマスクとして、ｐｎ接合形成のためのイオン注入を行うようにしているため、工数が低減され、微細で位置ずれもなく高精度に寸法制御のなされた光電変換素子を形成することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
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）
図１および図２は、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およびそのＡ−Ａ断面図である。また、図３乃至図６は同製造工程図である。
【００３４】
この固体撮像素子は、図１および２に示すように、光電変換部３０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構造の電荷転送電極を備えた電荷転送部４０とを具備した固体撮像素子であって、前記電荷転送電極が電極間分離領域によって分離されており、前記電極間分離領域Ｇは、前記光電変換部３０との境界領域で、前記光電変換部３０の端縁に沿って伸長する伸長部Ｇａを具備してなることを特徴とする。
【００３５】
この構成は、感度の低下や光学特性の低下を避けつつ、製造時に光近接効果による露光の劣化（露光光量の減少）の影響により電極間がショートしたりすることなく微細な単層構造の電荷転送電極を形成することを可能にするものである。
【００３６】
この固体撮像素子の製造方法は、図３乃至図６に、その電極形成工程を示すように、多結晶シリコンの電極パターン形成工程において、電極間絶縁膜を形成するためのギャップをフォトリソグラフィで形成するに際し、レジストパターンの開口を、光電変換部形成領域と電荷転送部との境界で、光電変換部の端縁に沿って伸長させるようにしたことを特徴とするもので、他部については通常の方法である。
【００３７】
ここでは、フォトリソグラフィによりレジスト膜に開口を形成した後、有機材料を塗布し、加熱処理により熱硬化を行うことにより、前記レジスト膜の表面に熱硬化層を形成し、前記開口のサイズを縮小し、微細開口を形成している。これにより、解像限界を超えた微細幅の微細開口の形成を可能にしている。そしてこのレジスト膜をマスクとしてエッチングを行うことにより、高精度の寸法精度で微細間隙をもつ電荷転送電極を形成する。さらに、このレジスト膜をマスクとして電荷転送領域のイオン注入を行う。ここでこの熱硬化層は、レジスト中の酸成分で塗布された有機材料が熱硬化することによって、自己整合的に形成されるものである。
【００３８】
なおここで、半導体基板１としては低効率５．０〜９．５Ωｃｍのｎ型シリコン基板を用い、ゲート酸化膜２は、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との３層構造膜で構成される。
【００３９】
なお、図１に平面図、図７に全体断面概要図を示すように、シリコン基板１には、複数のフォトダイオード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３０の間に形成される。
【００４０】
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３１は、図１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。
【００４１】
なお、図１においては、電極間絶縁膜３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。
【００４２】
図７に示すように、シリコン基板１内には、フォトダイオード３０、電荷転送チャネル３１、チャネルストップ領域３２、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６と電荷転送電極（電極３）が形成される。
【００４３】
電荷転送部４０は、上述したとおりであるが、図７に示すように、電荷転送部４０の電荷転送電極上面には層間絶縁膜７０が形成される。７１は遮光膜、７２はＰ−ＴＥＯＳからなる絶縁膜、７４はＢＰＳＧ膜からなる平坦化層である。
【００４４】
固体撮像素子の上方には、フォトダイオード３０部分を除いて遮光膜７１が設けられ、さらにカラーフィルタ５０、マイクロレンズ６０が設けられる。また、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。電荷転送部４０および電極間絶縁膜６を除いて通例のものと同様であるので説明を省略する。また、図１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。
【００４５】
次にこの固体撮像素子の製造工程について詳細に説明する。
まず、ｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚１５ｎｍ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。
【００４６】
続いて、図３（ａ）に示すように、このゲート酸化膜２上に、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の第１層多結晶シリコン膜を形成する。このときの基板温度は６００〜７００℃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９００℃の熱処理を行い多結晶シリコン膜３をドーピングする（リン酸処理）。
【００４７】
続いて、そしてこの上層にポジレジストを厚さ０．５〜１．４μｍとなるように塗布する。
【００４８】
そして、図３（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ｇ１＝０．２μｍのレジストパターンＲ１を形成する。
【００４９】
この後、図３（ｃ）に示すように、有機材料であるＲＥＬＡＣＳ上層膜（商標名ＡＺ−Ｒ２００と）を形成し、７５〜１２０℃の熱処理を行い、ＲＥＬＡＣＳにより、狭ギャップ形成膜ＲＥを形成し、開口幅ｇ２＝０．１０μｍとなるようにする。
【００５０】
この後、図３（ｄ）に示すように、この狭ギャップ形成膜ＲＥを付加してなるレジストパターンＲ１をマスクとして、ＨＢｒとＯ_２との混合ガス（ＨＢｒ／Ｏ_２：６０／２（ｍｌ／ｍｉｎ））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多結晶シリコン膜３を選択的にエッチング除去し、電極を形成する。ここでは高密度プラズマエッチング装置などを用いるのが望ましい。
【００５１】
続いて、このレジストパターンＲ１および狭ギャップ形成膜ＲＥをマスクとして、転送効率を補うためのイオン注入を行う。ここではボロンを２０〜１００ＫｅＶ、１０^１０〜１０^１３／ｃｍ^２でイオン注入する。
そして、アッシングによりレジストパターンＲ１および狭ギャップ形成膜ＲＥを除去する（図４（ａ））。
こののち、減圧ＣＶＤ法により、電極のパターンの表面に膜厚８０ｎｍの酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜６を形成する（図４（ｂ））。
【００５２】
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を有するレジストパターンＲ２を形成する（図４（ｃ））。
【００５３】
そしてこのレジストパターンＲ２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多結晶シリコン膜３を選択的にエッチング除去し、フォトダイオード形成領域を開口する。（図４（ｄ））。
【００５４】
次に、図５（ａ）に示すように、このレジストパターンＲ２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、図５（ｂ）に示すように、基板１との間にｐｎ接合を形成する拡散領域４を形成する。このｐｎ接合によって光電変換部が形成される。
そして図５（ｃ）に示すように、電極３の側壁酸化を行う。
【００５５】
この後、図６（ａ）に示すように、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）により、酸化シリコン膜２ａをストッパとして窒化シリコン膜２ｂをエッチングする。
【００５６】
そして、図６（ｂ）に示すように膜厚５．４ｎｍ程度の薄い高温酸化膜（ＨＴＯ）６ｓを形成する。そしてさらに図６（ｃ）に示すようにこの上層に膜厚３０ｎｍ程度の窒化シリコン膜６ｐを形成する。
このようにして、単層電極構造の電荷転送部および光電変換部が形成される。
【００５７】
なお、この方法では、電極間領域となるギャップ形成のための露光マスクの変更によりレジストパターンをわずかに変更するのみで、光近接効果による短絡などの悪影響もなく、かつ光電変換部の感度低下や光学特性の劣化を招くことなく効率よく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。
【００５８】
また、この電極間絶縁膜６の幅は、レジストパターンＲ１の開口にＲＥＬＡＣＳ技術を用いて付加した微細幅の開口により、解像限界を超えて電極間領域を小さくした単層構造の電極を形成することができ、またこのレジストパターンＲ１をマスクとしてイオン注入を行うようにしているため、位置ずれもなく、高精度のイオン注入を行うことができる。
【００５９】
この酸化シリコン膜は減圧ＣＶＤ法によって形成したが、熱酸化膜あるいは熱酸化膜とＣＶＤ法によって形成した酸化シリコン膜との積層構造体でもよい。
【００６０】
そしてこの上層に遮光膜７１、膜厚１００ｎｍのＰ−ＴＥＯＳ膜７２を形成した後、膜厚７００ｎｍのＢＰＳＧ膜７３を形成し、８５０℃でリフローし平坦化する。このようにして絶縁膜７０を得る。この後、カラーフィルタ５０、平坦化層６１、マイクロレンズ６０などを形成して、図７に示すような固体撮像素子を得る。
【００６１】
かかる構成によれば、高い寸法精度で微細間隙をもつ電荷転送電極を光近接効果による悪影響なしに形成することができ、高感度で信頼性の高い固体撮像素子を提供することが可能となる。
【００６２】
これに対し、図１０（a）および（ｂ）に示したように、光電変換部形成領域３０に突出するようにギャップＧを形成した従来例の場合は、図１１（a）乃至（ｄ）、図１２（a）乃至（ｃ）に示すように、絶縁物の壁が形成される。この図１１（a）乃至（d）、図１２（a）乃至（ｃ）は、図４（a）乃至（d）、図５（a）乃至（ｃ）に相当し、絶縁物の壁が
光電変換部形成領域３０に突出して形成される点が異なるのみである。
【００６３】
なお、図４（ｂ）に示した電極間絶縁膜６の形成は、ＣＶＤ法によって形成したが、熱酸化によって表面に緻密な酸化膜を形成した後ＣＶＤ法によって形成してもよい。
また、上記固体撮像素子において、前記電極間分離領域としての電極間領域Ｇは、幅０．２μｍ以下である。
【００６４】
なお、前記第１の実施の形態では電極間分離領域Ｇの伸長部Ｇａは、図８（ａ）に模式図を示すように、光電変換部形成領域３０の端縁にそって長さｌだけ伸長させるように形成したが、この長さは光近接効果の影響でパターンが縮小しても電極間の短絡を招かない程度の長さとする。
【００６５】
（第2の実施の形態）
また、本発明の第２の実施の形態として、図８（ｂ）に示すように、前記伸長部Ｇａは光電変換部３０の角部から前記光電変換部の２つの端縁に沿って９０度程度の角度をなすように２方向に伸長する伸長部Ｇａ、Ｇｂで構成してもよい。
【００６６】
このように２方向に伸長部を形成することにより、２方に伸長する分だけ１つの伸長部を縮減することができ、光電変換部と電荷転送部との配線接続の自由度が増大する。
【００６７】
（第３の実施の形態）
また、本発明の第３の実施の形態として、図８（ｃ）に示すように、伸長部Ｇｓは光電変換部３０の角部から前記光電変換部の２つの端縁に沿って９０度程度の角度をなすように２方向に伸長し、先端で繋がるように構成してもよい。
【００６８】
これは、光電変換部の電極取り出し領域に方向性がある場合、光電変換部と電荷転送部との配線接続を形成する必要のない領域がある場合にはその方向に伸長部Ｇｓを形成すればよい。
【００６９】
なお、前記実施の形態では電荷転送電極は多結晶シリコンで構成したが、この電極の上層にチタン膜などの金属膜を形成しても良い。ここでチタン膜などの金属膜のスパッタリングに先立ち、スパッタリング装置内でアルゴンプラズマによるスパッタエッチを行い、多結晶シリコン膜表面の自然酸化膜を除去した後、大気に曝すことなく連続してチタン膜のスパッタリングを行うことにより、安定して低抵抗化をはかることができる。
【００７０】
さらにまた、スパッタリングなどによりチタン薄膜を形成したのち６５０〜７６０℃９０秒のＲＴＡ（急速熱処理）を行い、電極の多結晶シリコン膜とチタン膜との界面に同時にチタンシリサイドを形成するようにしてもよい。なお、縮退濃度までリンをドープした多結晶シリコンではシリサイド化のための加熱温度は７６０℃が最適である。
【００７１】
ここでｐ^＋多結晶シリコンに比べ、シリサイド化反応が遅いｎ^＋多結晶シリコンにおいては、シリサイド化によるせり上がりが生じにくいため、低抵抗化を優先して７６０℃又はそれ以上の温度で加熱することができる。又、この構造ではギャップを確実に形成しているため、せりあがりによる短絡を抑制することができる。
【００７２】
このとき多結晶シリコンとチタンとの反応は電極上でのみ起こり電極間絶縁膜で覆われているフォトダイオード上や、絶縁膜で覆われている周辺回路上のチタンは未反応のままとなる。
【００７３】
この後、アンモニアと過酸化水素水の混合液を用いたＳＣ−１処理を行い、未反応のチタン膜を除去し、８００℃９０秒のアニール工程を経てチタンシリサイドの低抵抗化をはかることにより、ドープト多結晶シリコン膜とこれらの上層に形成されたチタンシリサイドとの２層構造の電荷転送電極を形成するようにしてもよい。
【００７４】
なおここで用いる金属シリサイド膜としては、チタンシリサイドのほか、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、白金のシリサイドなどが適用可能である。またこれらの金属シリサイドの上層にさらにこれらチタン、タンタル、タングステン、モリブデン、ニッケル、コバルト、白金の窒化物、合金、化合物、複合物を形成しても良い。
【００７５】
また前記実施の形態では、シリコン系導電性膜として、多結晶シリコン膜を用いたが、多結晶シリコン膜に限定されることなく、アモルファスシリコン、マイクロクリスタルシリコンなど他のシリコン系導電性膜を用いてもよい。
【００７６】
また、このようにシリコン系導電性膜を用いた電極上に金属膜を形成する工程とを含むことにより、電極の低抵抗化をはかることができ、高速駆動が可能となる。
【００７７】
また、熱処理により前記電極と前記金属膜との界面に金属シリサイドを形成するシリサイド化工程と、シリサイド化されずに残った金属膜を選択的に除去する工程とを含み、シリコン系導電性膜と金属シリサイド層とからなる電荷転送電極を形成することにより、電極の更なる低抵抗化をはかることができる上、短絡不良もなく、信頼性の高い固体撮像素子電極を形成することが可能となる。
【００７８】
また、シリコン系導電性膜は電極間絶縁膜の上縁よりも十分に低い位置までエッチングしておくことにより、シリサイド化に際してせり上がりが生じても短絡を生じることなく自己整合的にシリサイド膜の形成を行なうことが可能となる。またせりあがりとは、ここでは、シリコンが金属膜中に拡散してシリサイドが形成される場合、シリコンが露出した領域が全てシリサイド化したあと、その周辺の金属中までシリコンが拡散しシリサイド化が進行し、いわゆる横方向成長がおこり、これが側壁絶縁膜に沿って伸長するものをいう。
【００７９】
また、シリサイド化後、シリサイド化されなかった金属膜をエッチング除去することにより、金属層などの低抵抗層の形成に必要なフォトリソ工程やエッチング工程が不要となり、工程数削減による歩留まりの向上が可能となる。
【００８０】
また、シリコン系導電性膜は、多結晶シリコン膜を成膜し、この多結晶シリコン膜に不純物を添加してもよいし、また、不純物を添加しながらアモルファスシリコン膜を成膜するようにしても良い。後者の方法によれば、不純物の注入工程が不要となり、製造が容易で信頼性の高い膜を形成することが可能となる。
【００８１】
さらに望ましくは、金属シリサイド膜として、コバルトシリサイドを用いるようにすれば、後続工程における熱による凝集もなく、より低抵抗のシリサイド膜を形成することが可能となる。
【００８２】
さらにまた、周辺回路領域など、シリサイドを形成しない領域は金属膜の形成に先立ちレジストで被覆保護しておくようにすればよい。
【００８３】
またこの金属膜を選択的に除去した後、熱処理により前記金属シリサイド膜を低抵抗化するアニール工程を含むようにしてもよい。
【００８４】
なおこのシリサイド化のための熱処理は、窒素雰囲気中で６９０から８００℃に加熱するのがよい。
【００８５】
また、シリサイド化されずに残った金属膜を除去した後、８００℃以上に加熱すれば、シリサイド膜の低抵抗をはかることが可能となる。
このように、６９０から８００℃程度の低温下でシリサイド化し、８００℃以上で加熱することにより、低抵抗で短絡不良のおそれのない電荷転送電極を形成することができる。６９０℃に満たないと，十分にシリサイド化できず、８００℃を越えると凝集が生じ、かえって抵抗が上昇するという不都合がある。
【００８６】
【発明の効果】
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、光電変換部の端縁に沿って電極間分離領域が伸長部を形成しているため、製造時に光近接効果による露光の劣化の影響により電極間がショートしたりすることなく微細化に有利な単層構造の電荷転送電極を形成することが可能となる。
また、光電変換部の端縁に沿って伸長部を形成しているため、電極間分離領域(壁)が光電変換部を遮ることなく形成できるため、感度の低下や光学特性に悪影響を及ぼすことなく単層電極構造の固体撮像素子を得ることができる。
【００８７】
また本発明の方法によれば、製造時に光近接効果による露光の劣化の影響により電極間がショートしたりすることなく微細化に有利な単層構造の電荷転送電極をもつ固体撮像素子を歩留まり良く形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の平面図である。
【図２】本発明の第1の実施の形態の固体撮像素子の断面図である。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】本発明の実施の形態の固体撮像素子を示す平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態の固体撮像素子を示す（模式的）平面図である。
【図９】従来例の固体撮像素子を示す平面図である。
【図１０】従来例の固体撮像素子を示す説明図である。
【図１１】従来例の固体撮像素子の製造工程を示す図である。
【図１２】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
３電荷転送電極（多結晶シリコン膜）
６電極間絶縁膜
３０フォトダイオード部
４０電荷転送部
５０カラーフィルタ
６０マイクロレンズ
７０絶縁膜

Claims

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であって、
前記電荷転送電極が電極間絶縁膜によって分離されており、
前記電極間絶縁膜は、前記光電変換部との境界領域で、前記光電変換部の端縁に沿って前記端縁の途中まで伸長する伸長部を具備してなることを特徴とする固体撮像素子。
前記伸長部は前記光電変換部の端縁に沿って前記電極間絶縁膜の伸長方向に対して所望の角度をなすように形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
前記伸長部は前記光電変換部の２つの端縁に沿って所定の角度をなすように２方向に向けて形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
前記電極間絶縁膜は、幅０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
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ように電極間絶縁膜で分離された単層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、
前記電荷転送電極の形成工程が、
ゲート酸化膜の形成された半導体基板表面に、導電性膜を形成する工程と、
前記導電性膜上に、フォトリソグラフィによりレジストのパターンを形成する工程と、
前記レジストのパターンをマスクとして前記導電性膜をエッチング除去し電極間分離領域を形成する工程と、
前記電極間分離領域内に絶縁膜を充填して前記電極間絶縁膜を形成する工程とを含み、
前記レジストのパターンを形成する工程では、前記電極間分離領域が、前記光電変換部との境界領域で前記境界領域から前記光電変換部の端縁に沿って前記端縁の途中まで伸長する伸長部を具備するように前記パターンを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
前記レジストのパターンを形成する工程は、
前記レジストのパターンの上に有機材料を塗布し、前記レジストの酸成分によって前記有機材料を熱硬化させることで、前記レジストのパターンの開口の側壁に熱硬化層を形成して前記開口を縮減する工程を含むことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記光電変換部を形成する工程は、前記電荷転送電極の形成後、前記電荷転送部表面をレジストで被覆し、前記半導体基板にイオン注入することによってｐｎ接合を形成する工程を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の固体撮像素子の製造方法。
前記光電変換部を形成する工程は、
前記電荷転送電極の形成後、前記半導体基板表面に、光電変換部形成領域上に開口を有するレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして前記光電変換部形成領域上の前記導電性膜をエッチング除去する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記光電変換部形成領域にイオン注入を行う工程とを含むことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。