JP4613756B2

JP4613756B2 - 固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び固体撮像素子を用いたカメラ

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Publication number: JP4613756B2
Application number: JP2005256694A
Authority: JP
Inventors: 健武田; 忠幸堂福; 建治竹尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-09-05
Also published as: JP2007073616A

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、及び固体撮像素子を用いたカメラに関する。

エリアセンサ等に用いられるＣＣＤ固体撮像素子は、半導体基板上に、複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設されている。転送電極列は、半導体基板に形成された電荷転送路の上に配置されており、その複数の転送電極が順次駆動されることによって、電荷転送路に沿って電荷が転送される。

特にインタートランスファータイプのＣＣＤ固体撮像素子では、その転送電極列を遮光膜で覆うことにより、電荷転送路への光の入射を防止している。これは、ＣＣＤ固体撮像素子では、電荷を順次となりの画素の転送電極の下へ転送していくため、その転送中に電荷転送路に光が入射したならば、転送中の電荷量が変化して、画面上に線となって現れるスミア現象を発生してしまうからであり、このスミア現象を防止するために、遮光膜で遮光しているのである。遮光膜の材料としては、一般的に、アルミニウム、タングステン、モリブデンなどの金属材料が使用されている。遮光膜を形成するには、光電変換部及び転送電極列が形成された半導体基板上に、スパッタ法やＣＶＤ法によって遮光膜材料層を成膜する。これによって、遮光すべき転送電極列の上面及び側壁面のみならず、光電変換部の表面にも遮光膜材料層が成膜されるため、これに続いて、光電変換部上の遮光材料をエッチング法により除去し、光電変換部が受光できるようにする。この種の遮光膜を有する固体撮像素子を記載した文献としては、例えば特開平１０−１７８１６６号公報などがある。

特開平１０−１７８１６６号公報

図５Ａ〜Ｆは、転送電極列を覆う遮光膜を形成する従来のプロセスを示した模式的断面図である。半導体基板上に、複数の光電変換部から成る光電変換部列と、複数の転送電極から成る転送電極列１１４とが並設されている。光電変換部列及び転送電極列の延在方向は図の紙面に垂直な方向である。図示のごとく、半導体基板上における光電変換部１１２の表面の高さは、転送電極列１１４の底面の高さと略々同レベルにあり、そのため光電変換部１１２の両側に、遮光膜１１６で覆われた転送電極列１１４の側壁面が立ち上がっている。図５Ａ〜Ｆに示した遮光膜の形成プロセスにおいて、遮光膜１１６の材料はタングステン（Ｗ）である。光電変換部列及び転送電極列１１４が形成された半導体基板上に、先ず、Ｗ層１１６を形成する（図５Ａ）。次に、必要ならばそのＷ層１１６の表面に裏面反射防止膜（ＢＡＲＣ）としてのＳｉＯ_２層を成膜した上で、フォトレジスト材料層を成膜し、そのフォトレジスト材料層にパターニングを施して、フォトレジストマスク１４０を形成する（図５Ｂ）。次に、そのフォトレジストマスク１４０をエッチングマスクとして用いて異方性エッチングを行うことで、光電変換部１１２の表面を覆っていたタングステンを除去し、そこに開口１１８を形成する（図５Ｃ）。こうして完成した遮光膜１１６は、光電変換部１１２に対応した遮光膜１１６の開口１１８の周縁に、転送電極列１１４の側壁面の下端から光電変換部１１２の方へ大きく張り出したエッジ部１１６ａが形成されている。そして、このエッジ部１１６ａの張り出し分だけ、光電変換部１１２の開口面積が小さくなっており、そのため感度が低下している。

図５Ｄ及びＥは、以上のプロセスの変更例であり、パターニングに際して、そのパターニングによってフォトレジスト材料層に形成する開口１４２の寸法を、光電変換部１１２の両側の互いに対向している転送電極列１１４の側壁面の間隔に等しくすることで、エッジ部１１６ａが形成されるのを回避し、もって光電変換部１１２の開口面積が最大になるようにしたものである。この場合、もし、そのパターニングにおけるミスアライメントが皆無であれば、図５Ｅに示したようにエッジ部は形成されず、全ての問題が解決することになる。しかしながら、実際には、フォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントは不可避のものであり、そのミスアライメントによって、図５Ｆに示したように、一方の転送電極列１１４の側壁面を覆っている遮光膜１１６の膜厚が減少し、その遮光性能が低下するという問題が発生する。従って、図５Ｃに示した、光電変換部１１２の方へ大きく張り出した遮光膜１１６のエッジ部１１６ａは、フォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを吸収するためのマージンを提供する手段として、従来の遮光膜の形成プロセスにおいては不可欠のものであった。そして、このようなエッジ部１１６ａが形成されることによって生じる、光電変換部１１２の開口面積の減少並びに感度の低下は、甘受する以外になかった。

本発明はかかる事情に鑑み成されたものであって、本発明の目的は、複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子において、光電変換部に対応した遮光膜の開口の周縁に、転送電極列の側壁面の下端から光電変換部の方へ大きく張り出したエッジ部を形成することなく、製造工程中のフォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを吸収できるようにし、もって、光電変換部の開口面積の減少並びに感度の低下を回避できるようにすることにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子の製造方法において、前記遮光膜の形成プロセスが、前記光電変換部列及び前記転送電極列が形成された半導体基板上に、遮光膜材料層を成膜するステップと、前記遮光膜材料層上にハードマスク材料層を成膜するステップと、前記ハードマスク材料層上にフォトレジスト材料層を成膜するステップと、前記フォトレジスト材料層に対してパターニングを行って前記フォトレジスト材料層に前記光電変換部に対応した開口を形成することでフォトレジストマスクを形成し、その際に、前記フォトレジスト材料層に形成する開口の縁部を、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスク材料層の厚さの範囲内に位置合わせするステップと、前記フォトレジストマスクをエッチングマスクとして用いて前記ハードマスク材料層に対して異方性エッチングを行うことでハードマスクを形成するステップと、前記ハードマスクをエッチングマスクとして用いて前記遮光膜材料層に対して異方性エッチングを行って、前記遮光膜材料層に前記光電変換部に対応した前記開口を形成するステップとを含み、前記遮光膜材料層に対して異方性エッチングを行う際に、オーバーエッチングを行うことにより、その異方性エッチングによる前記遮光膜材料層の材料除去領域を、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスクの下端部分の下方まで広げることを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像素子は、複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子において、前記遮光膜のうちの前記転送電極列の上面を覆っている部分並びに前記転送電極列の側壁面の上方領域を覆っている部分の表面が、前記光電変換部に対応した前記開口を異方性エッチングによって前記遮光膜に形成する際のエッチングマスクとして形成されたハードマスクにより覆われており、前記遮光膜は、前記光電変換部側に張り出したエッジ部を有さないことを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像素子を用いたカメラは、複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子を用いたカメラにおいて、前記遮光膜のうちの前記転送電極列の上面を覆っている部分並びに前記転送電極列の側壁面の上方領域を覆っている部分の表面が、前記光電変換部に対応した前記開口を異方性エッチングによって前記遮光膜に形成する際のエッチングマスクとして形成されたハードマスクにより覆われており、前記遮光膜は、前記光電変換部側に張り出したエッジ部を有さないことを特徴とする。

本発明によれば、光電変換部に対応した開口を有する遮光膜を形成する際に、従来の方法のようにフォトレジストマスクを用いた異方性エッチングによってその開口を形成するのではなく、先ず、フォトレジストマスクを用いた異方性エッチングによってハードマスクを形成し、そのハードマスクを用いた異方性エッチングによって光電変換部に対応した開口を遮光膜に形成する。そのため、光電変換部に対応した遮光膜の開口の周縁に、転送電極列の側壁面の下端から光電変換部の方へ大きく張り出したエッジ部を形成することなく、ハードマスクの厚さによって、製造工程中のフォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを吸収することができ、それによって、光電変換部の開口面積の減少並びに感度の低下を回避することができる。

以下に本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子１０の要部を示した模式的断面図である。図示例の固体撮像素子１０は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）であり、半導体基板上に複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設されている。光電変換部列及び転送電極列の延在方向は図の紙面に垂直な方向である。転送電極列１４の上面及び側壁面は、タングステン（Ｗ）の遮光膜１６によって覆われており、この遮光膜１６には光電変換部１２に対応した開口１８が形成されている。尚、遮光膜１６の材料はＷ以外のものとしてもよい。転送電極列１４の上面及び側壁面は、層間絶縁膜２０によって遮光膜１６から絶縁されており、転送電極列１４の下面は、別の層間絶縁膜２２によって下方の電荷転送路２４から絶縁されている。更に、光電変換部１２及び遮光膜１６の上層に第１の導光性膜２６が形成されており、この第１の導光性膜２６の上に、第１の導光性膜２６とは屈折率の異なる第２の導光性膜２８が形成されている。第２の導光性膜の上にはカラーフィルタ層３０が形成され、更にその上にオンチップレンズ３２が形成されている。第１及び第２の導光性膜２６、２８は、ホウ素リン珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）を成膜したものであり、両者の組成を変えて屈折率を異ならせることによって、両者間の界面に屈折作用を付与し、それによってレンズを構成している。尚、それら導光性膜の材料はＢＰＳＧに限られず、例えばリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）、砒素ガラス（ＡｓＳＧ）、またはテトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）＋オゾンなどを用いてもよい。また、両者間の界面を所望の形状にするためには、第１の導光性膜２６を成膜する際に、加熱リフロー工程を実施するなどすればよい。

図から明らかなように、遮光膜１６のうちの転送電極列１４の上面を覆っている部分の表面、並びに、遮光膜１６のうちの転送電極列１４の側壁面の上方領域を覆っている部分の表面が、ハードマスク３８により覆われており、このハードマスク３８は、光電変換部１２に対応した遮光膜１６の開口１８を異方性エッチングによって遮光膜１６に形成する際のエッチングマスクとして形成されたものである。ハードマスク３８の材料としては、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮなどが用いられる。また、ハードマスク３８を用いた異方性エッチングによる遮光膜材料層の材料除去領域が、転送電極列１４の側壁面において遮光膜材料層の表面を覆っているハードマスク３８の下端部分の下方まで広げられている。これは、異方性エッチングを行う際に、オーバーエッチングすることによって広げたものである。尚、固体撮像素子１０は、以上に説明した構成要素以外にも、固体撮像素子として機能するために必要な様々な構成要素を備えたものであるが、それら構成要素は、本発明に固有のものではなく、慣用構造のものとすればよいため、それらについての説明は省略する。

本発明は更に、その別の局面として、デジタル・スチル・カメラ、またはビデオ・カメラ、或いは、それら両方の機能を有するカメラなどの、種々のカメラを提供するものであり、本発明に係るカメラとは、本発明に係る固体撮像素子を用いたカメラである。固体撮像素子を用いたカメラ自体は従来公知であり、従って、当業者であれば、本明細書に開示する本発明に係る固体撮像素子についての情報が与えられれば、その情報に基づいて、本発明に係るカメラを容易に製作することができる。

図２Ａ〜Ｆは、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法のうちの遮光膜の形成プロセスを示した模式的断面図、図３Ａ及びＢは、図２のプロセスを説明するための図であり、遮光膜及びハードマスクの模式的拡大断面図である。である。本発明に係る固体撮像素子の製造方法を構成する様々なプロセスのうち、遮光膜の形成プロセス以外のプロセスは、本発明に固有のプロセスではなく、それらプロセスは慣用の方法に従えばよいため、それらについての説明は省略する。

図２Ａ〜Ｆに示した遮光膜の形成プロセスは、図１に示した固体撮像素子１０の遮光膜１６を形成するプロセスである。図１に示したように、半導体基板上における光電変換部１２の表面の高さは、転送電極列１４の底面の高さと略々同レベルにあり、そのため光電変換部１２の両側には、遮光膜１６で覆われた転送電極列１４の側壁面が立ち上がっている。

図２Ａ〜Ｆに示したプロセスでは、先ず、遮光膜１６を形成するために、光電変換部列及び転送電極列が形成された半導体基板上に、遮光膜材料であるタングステン（Ｗ）を成膜して、遮光膜材料層（Ｗ層）１６を形成する（図２Ａ）。このＷ層１６の成膜は、例えばスパッタ法やＣＶＤ法などによって行えばよい。尚、遮光膜１６の材料としては、Ｗ以外にも、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ａｌ、Ｔｉなどの様々な金属材料や合金、それに、それらの窒素、酸素化合物なども用いることができる。

次に、Ｗ層１６上に、ＳｉＯ_２層３６を成膜する（図２Ｂ）。このＳｉＯ_２層３６は、ハードマスク３８を形成するために成膜するものであり、従ってハードマスク材料層である。ハードマスク３８の材料としてＳｉＯ_２を用いるのは、後述するようにドライエッチング装置を用いてＷ層１６に対して異方性エッチングを行う際に、ＳｉＯ２はＷに対するエッチング選択比を大きく取れ、好ましいからであるが、ただし、ハードマスク３８の材料としてＳｉＮや、ＳｉＯＮなどを用いることもできる。また、Ｗに対するエッチング選択比を大きく取れ、且つ、ＣＶＤ法などによってＷ層１６上にコンフォーマルに成膜できる材料であれば、更にその他の材料を用いることも可能である。

ハードマスク３８の厚さは（従って、ハードマスク材料層であるＳｉＯ_２層３６の膜厚は）、後述するフォトレジストマスク材料層に対して行うパターニングの精度や、Ｗに対するＳｉＯ_２のエッチング選択比などの要因に応じて決定するものであり、これについては後に詳述する。

次に、ハードマスク材料層３６上に、フォトレジスト材料層を成膜し、更に、そのフォトレジスト材料層に対してフォトリソグラフィー法によりパターニングを行って、そのフォトレジスト材料層に光電変換部１２に対応した開口４２を形成することで、フォトレジストマスク４０を形成する（図２Ｃ）。また、そのパターニングの際に、図３Ａに示したように、フォトレジスト材料層に形成する開口４２の縁部Ｒが、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚さＴの範囲内にくるように位置合わせを行う。フォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントは不可避であるが、このステップによれば、フォトレジスト材料層に形成する開口４２の縁部Ｒが、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚さＴの範囲内に収まりさえすればよいため、フォトレジストマスク４０のパターニングの必要精度は低く、この程度の位置合せは容易に、しかも確実に行うことができる。このように位置合せしたならば、ハードマスク材料層３６は、図３Ａに示したように、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っている厚さＴの範囲うち、表面側の部分ＯＴのみがフォトレジストマスク４０から露出し、内側（Ｗ層１６側）の部分ＩＴはフォトレジストマスク４０によって覆われた状態になる。

次に、フォトレジストマスク４０をエッチングマスクとして用いてハードマスク材料層３６に対して異方性エッチングを行うことで、ハードマスク３８を形成する（図２Ｄ）。このとき、ハードマスク材料層３６のエッチング量は、光電変換部１２の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚み分を除去するのに必要な程度のエッチング量とする。これによって、ハードマスク材料層３６は、図３Ｂに示したように、フォトレジストマスク４０から露出している部分ＯＴが、光電変換部１２の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚み分に略々対応した高さＨに亘って削られるが、しかしながら、転送電極列１４の側壁面の高さは、この削られる部分の高さＨより十分に大きいため、ハードマスク３８の下端部分は、この異方性エッチングによって削られることなく元の形状を維持することができる。

次に、以上により形成したハードマスク３８をエッチングマスクとして用いて、遮光膜材料層であるＷ層１６に対して異方性エッチングを行い、それによってＷ層１６に、光電変換部１２に対応した開口１８を形成する（図２Ｅ）。このＷ層１６に対する異方性エッチングは、ドライエッチング装置の下部電極にバイアス電圧を印加して行い、また、エッチングガスとしては、例えばＣｌ、ＣＦ_２、Ａｒなどの混合ガスを用いて行うことが好ましいが、Ｏ_２やＮ_２などが混在しているエッチングガスを用いても問題はない。このＷ層１６に対する異方性エッチングは、ハードマスク３８をエッチングマスクとしてＷ層１６を削るものであるため、形成される開口１８の形状は、ハードマスク３８の形状が転写されたものとなり、しかも、転写されるハードマスク３８の形状は、ハードマスク３８を形成するための異方性エッチングにおいて削られることなく維持された、このハードマスク３８の下端部分の形状である。従って、フォトレジストマスク４０のパターニングにおけるミスアライメントは不可避であるにも関わらず、以上のプロセスによって遮光膜１６に形成される開口１８の形状、寸法、及び位置は、そのミスアライメントの影響から完全に解放されており、遮光膜１６の開口１８を高精度で形成することができる。

更に、光電変換部１２の表面のＷ層１６を除去した後に、異方性エッチングを継続する（オーバーエッチングする）と、バイアス電圧の印加を継続していても、十分なエッチングガスがハードマスク３８の下端部分の下方へ供給されるため、その領域のＷ層１６までも削って除去することができる。従って、このオーバーエッチングを行うことで、図２Ｅに示したように、異方性エッチングによるＷ層１６の材料除去領域を、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク３８の下端部分の下方まで広げることができる。これによって、開口１８の形状を乱すことなくその大きさを均一に拡大することができ、従って、光電変換部１２の開口面積が増大し、その感度が向上する。また、開口１８が広がることによって光の回折が小さくなるためスミア特性も改善される。以上によって遮光膜１６を完成したならば、続いてアッシングを行ってフォトレジストマスクを除去する（図２Ｆ）。

ここで、ハードマスク３８の厚さ（従って、ハードマスク材料層であるＳｉＯ_２層３６の膜厚）について更に詳しく説明する。本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、フォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚さＴの範囲内に収めることによって、そのミスアライメントを吸収するものである。従って、このハードマスク材料層３６の厚さＴを厚くするほど、ミスアライメントに対するマージンを大きくすることができるが、ただし厚すぎると、オーバーエッチングによってハードマスク３８の下端の下方までＷ層１６を除去する際のエッチング時間が長くなるという不都合や、それによって形成される遮光膜１６の開口１８の形状が乱れるという不都合が生じるため好ましくない。ミスアライメントの大きさは、主として、リソグラフィー法に用いる露光機の性能に依存し、また、エッチング時間や形成する開口の形状は、主としてエッチング装置の性能に依存する。現在一般的に用いられている露光機やエッチング装置の性能を考慮するならば、ハードマスク３８の厚さはおおむね４０〜１２０ｎｍ程度とすることが望ましいといえる。

ただし、ハードマスク３８の厚さは、光電変換部１２の開口面積を狭める要因となるものであるため、できるだけ薄くすることが、固体撮像素子１０の性能を向上させる上で好ましい。ハードマスク３８の厚さを減じるためには、フォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを小さくすることが望まれ、それには、ハードマスク材料層３６を成膜した上に裏面反射防止膜（ＢＡＲＣ）を成膜し、その上にフォトレジスト材料層を成膜すれば、そのＢＡＲＣによって露光時の光の反射やそのばらつきを抑えることができるため、ミスアライメントを小さくする効果が得られる。図４Ａ〜Ｇは、図２Ａ〜Ｆに示したプロセスに変更を加えてＢＡＲＣを成膜するようにした、変更例に係る遮光膜の形成プロセスを示した模式的断面図である。

図４Ａ〜Ｇに示したプロセスでは、先ず、光電変換部列及び転送電極列１４が形成された半導体基板上に、遮光膜材料層であるＷ層１６を成膜する（図４Ａ）。尚、遮光膜１６の材料はＷ以外のものとしてもよい。次に、そのＷ層１６上に、ハードマスク材料層３６を成膜し、そのハードマスク材料層３６上にＢＡＲＣ４４を成膜し、更にその上にフォトレジスト材料層を成膜する。そして、そのフォトレジスト材料層に対してフォトリソグラフィー法によりパターニングを行って、光電変換部１２に対応した開口４２をこのフォトレジスト材料層に形成することで、フォトレジストマスク４０を形成する（図４Ｂ）。また、そのパターニングの際に、図２Ａ〜Ｆのプロセスと同様に、フォトレジスト材料層に形成する開口４２の縁部が、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク材料層３６の厚さの範囲内にくるように位置合わせを行う。

次に、フォトレジストマスク４０をエッチングマスクとして用いて、ＢＡＲＣ４４に対してエッチングを行い、それによって、ＢＡＲＣ４４のうちの露出部分を除去する（図４Ｃ）。更に、フォトレジストマスク４０をエッチングマスクとして用いて、ハードマスク材料層３６に対して異方性エッチングを行い、それによって、ハードマスク３８を形成する（図４Ｄ）。次に、こうして形成したハードマスク３８をエッチングマスクとして用いて、遮光膜材料層であるＷ層１６に対して異方性エッチングを行い、それによって、光電変換部１２に対応した開口１８をＷ層１６に形成する（図４Ｅ）。このＷ層１６に対する異方性エッチングは、図２Ａ〜Ｆのプロセスの場合と同様にして行えばよい。更に、光電変換部１２の表面のＷ層１６を除去した後に、異方性エッチングを継続する（オーバーエッチングする）ことによって、図４Ｆに示したように、異方性エッチングによるＷ層１６の材料除去領域を、転送電極列１４の側壁面においてＷ層１６の表面を覆っているハードマスク３８の下端部分の下方まで広げる。以上によって遮光膜１６を完成したならば、続いてアッシングを行って、ＢＡＲＣ及びフォトレジストマスクを除去する（図４Ｇ）。

以上説明したように、本発明によれば、光電変換部１２に対応した開口１８を有する遮光膜１６に形成する際に、従来の方法のようにフォトレジストマスクを用いた異方性エッチングによってその開口を形成するのではなく、先ず、フォトレジストマスク４０を用いた異方性エッチングによってハードマスク３８を形成し、そのハードマスク３８を用いた異方性エッチングによって光電変換部１２に対応した開口１８を遮光膜１６に形成する。そのため、光電変換部１２に対応した遮光膜１６の開口１８の周縁に、転送電極列１４の側壁面の下端から光電変換部の方へ大きく張り出したエッジ部を形成することなく、ハードマスク３８の厚さによって、製造工程中のフォトレジストマスクのパターニングにおけるミスアライメントを吸収することができ、それによって、光電変換部の開口面積の減少並びに感度の低下を回避することが可能となっている。また、ハードマスク３８を用いた異方性エッチングによって光電変換部１２に対応した開口１８を遮光膜１６に形成する際に、オーバーエッチングを行うことにより、その異方性エッチングによる遮光膜材料層の材料除去領域を、転送電極列１４の側壁面において遮光膜材料層の表面を覆っているハードマスク３８の下端部分の下方まで広げることができる。これによって、開口１８の形状を乱すことなくその大きさを均一に拡大することができ、従って、光電変換部１２の開口面積が増大し、その感度が向上する。また、開口１８が広がることによって回折光が減るため、転送チャネルへの光の漏れこみが減り、スミア特性も改善される。

本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の要部を示した、模式的断面図である。Ａ〜Ｆは、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の製造方法のうちの遮光膜の形成プロセスを示した模式的断面図である。Ａ及びＢは、図２のプロセスを説明するための図であり、遮光膜及びハードマスクの模式的拡大断面図である。Ａ〜Ｇは、図２Ａ〜Ｆに示したプロセスに変更を加えてＢＡＲＣを成膜するようにした、変更例に係る遮光膜の形成プロセスを示した模式的断面図である。Ａ〜Ｆは、転送電極列を覆う遮光膜を形成する従来のプロセスを示した模式的断面図である。

符号の説明

１０……固体撮像素子、１２……光電変換部、１４……転送電極列、１６……Ｗ層（遮光膜）、１８……遮光膜の開口、２０……層間絶縁膜、２２……層間絶縁膜、２４……電荷転送路、２６……第１の導光性膜、２８……第２の導光性膜、３６……ＳｉＯ_２層（ハードマスク材料層）、３８……ハードマスク、４０……フォトレジストマスク、４２……フォトレジストマスクの開口。

Claims

複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子の製造方法において、
前記遮光膜の形成プロセスが、
前記光電変換部列及び前記転送電極列が形成された半導体基板上に、遮光膜材料層を成膜するステップと、
前記遮光膜材料層上にハードマスク材料層を成膜するステップと、
前記ハードマスク材料層上にフォトレジスト材料層を成膜するステップと、
前記フォトレジスト材料層に対してパターニングを行って前記光電変換部に対応した開口を前記フォトレジスト材料層に形成することでフォトレジストマスクを形成し、その際に、前記フォトレジスト材料層に形成する開口の縁部を、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスク材料層の厚さの範囲内に位置合わせするステップと、
前記フォトレジストマスクをエッチングマスクとして用いて前記ハードマスク材料層に対して異方性エッチングを行うことでハードマスクを形成するステップと、
前記ハードマスクをエッチングマスクとして用いて前記遮光膜材料層に対して異方性エッチングを行って、前記遮光膜材料層に前記光電変換部に対応した前記開口を形成するステップと、を含み、
前記遮光膜材料層に対して異方性エッチングを行う際に、オーバーエッチングを行うことにより、その異方性エッチングによる前記遮光膜材料層の材料除去領域を、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスクの下端部分の下方まで広げることを
を特徴とする固体撮像素子の製造方法。
前記ハードマスク材料層上にフォトレジスト材料層を成膜する際に、前記遮ハードマスク材料層上に裏面反射防止膜を成膜し、その上にフォトレジスト材料層を成膜することを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
前記ハードマスクの材料として、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮを用いることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子の製造方法。
複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子において、
前記遮光膜のうちの前記転送電極列の上面を覆っている部分並びに前記転送電極列の側壁面の上方領域を覆っている部分の表面が、前記光電変換部に対応した前記開口を異方性エッチングによって前記遮光膜に形成する際のエッチングマスクとして形成されたハードマスクにより覆われており、
前記遮光膜は、前記光電変換部側に張り出したエッジ部を有さない
ことを特徴とする固体撮像素子。
異方性エッチングによる前記遮光膜材料層の材料除去領域が、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスクの下端部分の下方まで広げられていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。
前記ハードマスクが、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮで形成されていることを特徴とする請求項４記載の固体撮像素子。
複数の光電変換部から成る光電変換部列と複数の転送電極から成る転送電極列とが並設され、前記光電変換部に対応した開口が形成された遮光膜により前記転送電極列の上面及び側壁面が覆われた固体撮像素子を用いたカメラにおいて、
前記遮光膜のうちの前記転送電極列の上面を覆っている部分並びに前記転送電極列の側壁面の上方領域を覆っている部分の表面が、前記光電変換部に対応した前記開口を異方性エッチングによって前記遮光膜に形成する際のエッチングマスクとして形成されたハードマスクにより覆われており、
前記遮光膜は、前記光電変換部側に張り出したエッジ部を有さない
ことを特徴とする固体撮像素子を用いたカメラ。
異方性エッチングによる前記遮光膜材料層の材料除去領域が、前記転送電極列の側壁面において前記遮光膜材料層の表面を覆っている前記ハードマスクの下端部分の下方まで広げられていることを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子を用いたカメラ。
前記ハードマスクが、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮで形成されていることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子を用いたカメラ。