JP4997703B2

JP4997703B2 - 固体撮像素子

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Publication number: JP4997703B2
Application number: JP2005044397A
Authority: JP
Inventors: 信二宮澤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2025-02-21
Also published as: JP2006229150A

Description

本発明は、固体撮像素子に係わる。

例えば、ＣＣＤ固体撮像素子においては、シリコン基板等の半導体基体に光電変換を行う受光センサ部を形成し、半導体基体上にゲート絶縁膜を介して信号電荷を転送するための転送電極を形成し、また受光センサ部以外に光が入射することを防ぐために遮光膜を設けている。
遮光膜は、受光センサ部の直上部分が開口されており、この開口を通じて受光センサ部に光が入射する。

そして、ＣＣＤ固体撮像素子では、転送電極の上にシリコン酸化膜から成る層間絶縁膜を形成し、この層間絶縁膜の上に遮光膜を形成している。この層間絶縁膜は、転送電極と遮光膜（通常金属材料が用いられる）とを絶縁している。

従来のＣＣＤ固体撮像素子では、転送電極上の層間絶縁膜が、受光センサ部の直上にも延在していたため、遮光膜の前記開口付近の部分は、半導体基体上のゲート絶縁膜の上に、さらに層間絶縁膜を介した位置にあった。このような構成とすることにより、層間絶縁膜（シリコン酸化膜）を、遮光膜に開口を形成するパターニングの際のエッチングストッパとして、使用することができる。
しかしながら、このような構造では、斜めに入射した光が、遮光膜と半導体基体との隙間（ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜）から入り込んで、転送電極の下の半導体基体内にある電荷転送領域に達することにより、スミアと呼ばれる縦筋状のノイズを発生させるという問題がある。

特に、固体撮像素子の多画素化が進むに従い、画素が縮小化されることにより、画素寸法に対する、遮光膜と半導体基体との隙間の比が大きくなることから、この隙間から入射した光に起因するスミアが発生しやすくなる。

そこで、遮光膜と半導体基体との隙間からの光の入射を防ぐことを目的として、遮光膜を、受光センサ部と転送電極との間に埋め込んで、遮光膜をゲート絶縁膜に接して形成した構造、或いは遮光膜を半導体基体に接して形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照）。

また、固体撮像素子において、高感度化を図る目的で、受光センサ部上に、低反射膜として、シリコン窒化膜を形成した構成が提案されている（例えば、上記特許文献２の図１、図２、図４等を参照）。
このように、受光センサ部上にシリコン窒化膜を形成することにより、受光センサ部のシリコンとの屈折率の差が、シリコン酸化膜だけの場合よりも小さくなるため、界面における反射率を低減することができる。

特開平１１−８７６７５号公報特開２００４−１４０３０９号公報

ところで、固体撮像素子を製造する際には、水素アニールを行っている。水素アニールを行うことにより、半導体基体のシリコンの表面付近における界面準位を低減し、暗電流の発生を抑制することができる。
この水素アニールの工程は、通常、半導体基体上にパターン形成される回路部品や各層を形成した後に行われる。

しかしながら、上述した、遮光膜を埋め込んで、ゲート絶縁膜或いは半導体基体に接して形成した構造において、さらに低反射膜のシリコン窒化膜で受光センサ部上を全て覆った構成とすると、遮光膜や低反射膜が水素をほとんど透過させないため、遮光膜と低反射膜に遮られて、水素が受光センサ部の半導体基体に通りにくくなり、水素アニールの効果が得られなくなってしまう。

この問題への対策としては、例えば、受光センサ部上の一部に、低反射膜のシリコン窒化膜を形成しない部分を設けて、埋め込まれた遮光膜とシリコン窒化膜との間に、水素の通り道を形成することが考えられる。
この構成の固体撮像素子を製造する場合には、受光センサ部上のシリコン窒化膜を一部除去する工程、又は受光センサ部のうち一部上にシリコン窒化膜を成膜する工程が、必要になる。

しかしながら、画素の縮小化が進むことにより、このように受光センサ部上のシリコン窒化膜を一部除去したり、受光センサ部のうち一部上にシリコン窒化膜を成膜したりすることが、加工精度の点（例えば、マスク合わせマージンの確保や線幅のばらつき）で困難になる。
また、受光センサ部上の低反射膜のない部分では、半導体基体表面での反射率が大きくなることから、低反射膜を設けた効果が小さくなってしまう。

上述した問題の解決のために、本発明においては、受光センサ部上の透過率を高くして感度の向上を図ることができると共に、製造中の水素アニールにより暗電流の発生を抑制することが可能な構造の固体撮像素子を提供するものである。

本発明の固体撮像素子は、半導体基体にフォトダイオードから成る受光センサ部が形成され、半導体基体上に少なくともゲート絶縁膜を介して信号電荷を転送するための転送電極が設けられ、ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の３層の積層膜から成り、フォトダイオードが形成された部分の半導体基体上に、ゲート絶縁膜のシリコン窒化膜と同じシリコン窒化膜から成る低反射膜が形成され、転送電極の上方に、フォトダイオードの上方に開口部を有する遮光膜が設けられ、この遮光膜が、低反射膜及びその上のシリコン酸化膜と転送電極との間にも埋め込まれて形成され、この遮光膜の埋め込まれた部分がゲート絶縁膜の最下層のシリコン酸化膜に接して形成され、遮光膜の埋め込まれた部分と低反射膜との間及び遮光膜の埋め込まれた部分とゲート絶縁膜のシリコン窒化膜との間に、水素を透過する、同一構成のシリコン酸化膜が形成されているものである。

上述の本発明の固体撮像素子の構成によれば、フォトダイオードが形成された部分の半導体基体上に、低反射膜が形成されていることにより、半導体基体の表面における反射を低減して、フォトダイオードに、より多くの光を入射させることが可能になる。
また、遮光膜が、低反射膜及びその上のシリコン酸化膜と転送電極との間にも埋め込まれて形成され、この遮光膜の埋め込まれた部分がゲート絶縁膜に接して形成されていることにより、半導体基体と遮光膜との間から光が入射して、転送チャネル等に入ってスミアを発生させることを抑制することができる。
さらに、遮光膜の埋め込まれた部分と低反射膜との間に水素を透過するシリコン酸化膜が形成されていることにより、この膜を通して、製造の際に水素を半導体基体の界面に供給することができる。これにより、界面準位を低減して、暗電流の発生を抑制することが可能になる。

また、本発明の固体撮像素子においては、低反射膜がゲート絶縁膜のシリコン窒化膜と同じシリコン窒化膜から成る構成としたことにより、製造の際に、低反射膜を成膜する工程を別途設ける必要がなく、ゲート絶縁膜を形成した後にゲート絶縁膜のシリコン窒化膜を利用して低反射膜を形成することができる。これにより、製造工程数を大幅に増大させることなく、低反射膜を形成することが可能になる。

上述の本発明によれば、スミアの発生を抑制し、フォトダイオード上の低反射膜により感度を向上することができると共に、製造の際に水素アニールにより半導体基体に水素を供給することができるため、これにより暗電流を低減することができる。

また、本発明の固体撮像素子の構成によれば、低反射膜や遮光膜を埋め込む溝の加工を容易に行うことが可能であるため、受光センサ部から成る画素の微細化を図り、固体撮像素子の多画素化や固体撮像素子を備えた撮像装置の小型化を図ることができる。
特に、画素の微細化が進むに従い、本発明による長所も大きくなる。

本発明の一実施の形態として、固体撮像素子の概略構成図（断面図）を図１に示す。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。図１は、固体撮像素子の一画素の断面図を示している。
この固体撮像素子１は、シリコン基板等の半導体基体２に、受光センサ部を構成し光電変換が行われるフォトダイオード３が形成され、半導体基体２の上方に信号電荷の転送を行うための転送電極７が設けられて構成されている。

転送電極７の下方の半導体基体２内には、図示しないが、信号電荷が転送される転送チャネルが形成され、この転送チャネルと、転送電極７と、これらの間の絶縁膜（ゲート絶縁膜）により、垂直転送レジスタが構成される。
また、フォトダイオード３から成る受光センサ部は、図示しないが、マトリクス状に配置され、受光センサ部の各列の一側に垂直転送レジスタが設けられる。垂直転送レジスタの一端には水平転送レジスタが接続される。
そして、それぞれの受光センサ部が画素を構成する。

また、転送チャネルと転送電極７との間の絶縁膜（ゲート絶縁膜）として、シリコン酸化膜４、シリコン窒化膜５、シリコン酸化膜６が形成されている。
即ち、転送電極７、シリコン酸化膜６、シリコン窒化膜５、シリコン酸化膜４、並びに半導体基体（シリコン基板等）２によって、いわゆるＭＯＮＯＳ（メタル・オキサイド・ナイトライド・オキサイド・セミコンダクタ）構造が構成されている。
このＭＯＮＯＳ構造により、垂直転送レジスタ等における転送電極７下のゲート絶縁膜４，５，６の膜厚をほぼ一定にして、転送電極７の下面を平らにすることができる。これにより、低電圧で効率良く電荷転送を行うことが可能になる、という利点を有する。

転送電極７の上方には、タングステンＷ等の金属から成る遮光膜１１が設けられている。
遮光膜１１の上には、全体を覆って絶縁層２０が形成されている。
そして、絶縁層２０の上には、必要に応じて、画素毎に、図示しないカラーフィルタやオンチップレンズが形成される。

さらに、受光センサ部のフォトダイオード３の上方には、ゲート絶縁膜のシリコン窒化膜５と同じシリコン窒化膜５から成る低反射膜５Ａが設けられている。
この低反射膜５Ａを設けたことにより、半導体基体２の界面で入射光が反射することを抑制して、フォトダイオードの感度を向上することができる。

そして、低反射膜５Ａによる反射特性は、低反射膜５Ａのシリコン窒化膜５の膜厚と、その下のシリコン酸化膜４の膜厚とを選定することにより、設定することが可能である。
好ましくは、例えば、シリコン酸化膜４の膜厚を２０〜５０ｎｍ、シリコン窒化膜５の膜厚を１０〜４０ｎｍとして、それぞれの範囲内で良好な反射特性が得られる膜厚に選定すればよい。

遮光膜１１は、前記特許文献１又は前記特許文献２に記載されている構成と同様に、受光センサ部のフォトダイオード３の上方と転送電極７との間に形成された溝内に埋め込まれている。これにより、遮光膜１１が、転送電極７の上方だけでなく、側方をも覆っている。この遮光膜１１の溝内に埋め込まれた部分１１Ａにより、斜めに入射した光が、垂直転送レジスタの転送チャネルに入射してスミアを発生させることを、抑制することができる。

本実施の形態の固体撮像素子１においては、特に、溝に埋め込まれた遮光膜１１（１１Ａ）の周囲、即ち溝の側壁にシリコン酸化膜１２，１３から成るサイドウォールが形成されている。
そして、このサイドウォールが形成されている分、遮光膜１１と低反射膜５Ａとなるシリコン窒化膜５との間にサイドウォールによって隙間が形成される。
この遮光膜１１と低反射膜５Ａとの間のサイドウォール（シリコン酸化膜）１３により、製造時に水素アニールを行う際の水素の導入経路が構成される。
水素アニールは、遮光膜１１を溝内に埋め込んだ後にも行う必要があることから、このサイドウォール（シリコン酸化膜）１３を設けたことにより、水素アニールを行って、半導体基体２の界面の状態を改善することができる。

また、本実施の形態の固体撮像素子１においては、転送電極７と遮光膜１１との間の絶縁膜が、シリコン酸化膜８、シリコン窒化膜９、絶縁膜１０又はサイドウォール（シリコン酸化膜）１２の構造となっている。
このように、間にシリコン窒化膜９を挟んだ構造となっていることにより、シリコン窒化膜９がシリコン酸化膜８，１２に対してエッチングの選択性を有することから、シリコン窒化膜９を、遮光膜１１を埋め込む溝を形成するエッチングのハードマスクとして用いることが可能になる。

なお、低反射膜５Ａの上には、シリコン酸化膜１４があり、このシリコン酸化膜１４は、膜厚が遮光膜１１の膜厚とほぼ同等（遮光膜１１よりやや厚い）になっている。

本実施の形態の固体撮像素子１は、例えば、次のように製造することができる。
まず、図２Ａに示すように、転送電極７、シリコン酸化膜８、シリコン窒化膜９を形成する。シリコン窒化膜９は、転送電極７の上側では、転送電極７の横側よりも厚く形成されているが、これは後の平坦化工程でシリコン窒化膜９をストッパとして用いるためである。

次に、図２Ｂに示すように、シリコン酸化膜１４を、後に形成する遮光膜１１の転送電極７の横側の厚さとほぼ同等の膜厚で形成する。実際には、サイドウォールを形成する分だけ厚くする。例えば、転送電極７の横側の遮光膜１１の厚さを１５０ｎｍとするときに、シリコン酸化膜１４の膜厚を２００ｎｍとすればよい。
次に、図２Ｃに示すように、表面を覆って、多結晶シリコン層１５を形成する。

次に、図２Ｄに示すように、遮光膜１１の加工マージンを確保するために、表面を平坦化する。このとき、前述したように、シリコン窒化膜９の転送電極７上の部分が、平坦化のストッパとして作用する。平坦化により、多結晶シリコン層１５は、シリコン酸化膜１４の凹部の中だけに残り、転送電極７上のシリコン窒化膜９が薄くなる。

続いて、図３Ｅに示すように、平坦化した表面に、層間絶縁膜となる絶縁膜（例えばＮＳＧ）１０を成膜する。

次に、図３Ｆに示すように、フォトレジスト１６をマスクとして用いて、まず、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件で、絶縁膜１０・シリコン酸化膜１４・シリコン酸化膜６をエッチングする。
このとき、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件とすることにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９がハードマスクとして作用すると共に、多結晶シリコン層１５がハードマスクとなって、多結晶シリコン層１５及びその下のシリコン酸化膜１４等が残る。これにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９と、多結晶シリコン層１５との間に、シリコン窒化膜５に達する溝が形成される。
さらに、多結晶シリコンとＳｉＮとがエッチング選択比を有し、かつＳｉＯ_２とＳｉＮとがエッチング選択比を有する条件で、エッチングを行うことにより、溝の底部のシリコン窒化膜５を除去する。これにより、シリコン酸化膜４に達する溝１７が形成されると共に、中央部に残ったシリコン窒化膜５により低反射膜５Ａが形成される。

続いて、図３Ｇに示すように、減圧ＣＶＤ法によりＴＥＯＳ膜を薄く（溝１７を埋めない程度の薄さで）成膜し、さらにエッチバックを行って、溝１７の側壁にサイドウォール１８（１２，１３）を形成する。
例えば、ＴＥＯＳ膜を膜厚３０ｎｍで成膜した場合には、溝１７の側壁に厚さ２５ｎｍ程度のサイドウォール１８が形成される。

次に、図４Ｈに示すように、遮光膜１１として、例えばＷ膜を成膜する。これにより、サイドウォール１８が形成された溝内に埋め込まれて、遮光膜１１が形成される。

次に、図４Ｉに示すように、フォトレジスト１９をマスクとして用いて、受光センサ部上の遮光膜１１をエッチングする。このとき、同じエッチング条件で、アライメント合わせ用の多結晶シリコン層１５も除去される。シリコン酸化膜１４は残る。
このときのエッチング条件としては、例えば、塩素（Ｃｌ_２）を主体としてＳＦ_６を混合した混合ガスをエッチングガスとして用いることができる。これにより、遮光膜１１のＷ膜と多結晶シリコン層１５とを同時にエッチングすることができ、かつＳＦ_６の作用によってシリコン酸化膜１４のオーバーエッチングを防ぐことができる。

その後は、フォトレジスト１９を除去してから、全体を例えばＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケート・ガラス）等の絶縁層２０で覆い、必要に応じてカラーフィルタやオンチップレンズを形成する。
このようにして、図１に示した固体撮像素子１を製造することができる。

なお、図２Ａに示したように、シリコン窒化膜９が、転送電極７の上側で転送電極７の横側よりも厚く形成されている状態は、シリコン窒化膜を２回成膜することにより、作製することができる。その方法を次に示す。

まず、ゲート絶縁膜となる絶縁膜４，５，６を順次形成した後に、図５Ａに示すように、シリコン酸化膜６上に、多結晶シリコン膜３１、絶縁膜３２、シリコン窒化膜３３を順次形成し、その上に、転送電極７のパターンに対応したフォトレジスト３４を形成する。
そして、フォトレジスト３４をマスクとして用いて、多結晶シリコン膜３１、絶縁膜３２、シリコン窒化膜３３をパターニングした後、フォトレジスト３４を除去することにより、図５Ｂに示す状態になる。これにより、多結晶シリコン膜３１から転送電極７が形成される。

続いて、転送電極７の側面を酸化して、パターニングされたシリコン酸化膜３２とからシリコン酸化膜８を形成する。
さらに、図５Ｃに示すように、表面を覆ってシリコン窒化膜３５を成膜する。

次に、図５Ｄに示すように、受光センサ部上のシリコン窒化膜３５を除去する。
これにより、転送電極７上では下層のシリコン窒化膜３３と上層のシリコン窒化膜３５とからシリコン窒化膜９が厚く形成され、転送電極７の横では上層のシリコン窒化膜３５のみによりシリコン窒化膜９が薄く形成される。
このようにして、図２Ａに示したように、転送電極７の上側と横側とで厚さの異なるシリコン窒化膜９を形成することができる。

なお、上述した製造方法では、多結晶シリコン層１５を形成した後の表面の平坦化工程において、シリコン窒化膜９をストッパとして用いた。
図１に示した本実施の形態の固体撮像素子１は、必ずしも、表面の平坦化工程をシリコン窒化膜９に達するまで行わなくてもよく、平坦化を途中で停止しても製造することが可能である。このように平坦化を途中で停止する場合の製造方法を以下に示す。

まず、図６Ａに示すように、図２Ａに示した構造のように、転送電極７を、シリコン酸化膜８及びシリコン窒化膜９が覆っている構造を作製する。
ただし、この製造方法では表面の平坦化をシリコン窒化膜９に達するまで行わず途中で停止させるため、シリコン窒化膜９を平坦化のストッパとして使用しない。そのため、図６Ａにおいて、シリコン窒化膜９は、転送電極７の上側と横側とでほぼ同様の膜厚となっている。このようなシリコン窒化膜９は、一度の成膜で形成することができる。

次に、図６Ｂに示すように、シリコン酸化膜１４を形成し、さらに多結晶シリコン層１５を形成する。
続いて、表面の平坦化工程を行う。ただし、図６Ｃに示すように、シリコン窒化膜９に達する前で停止する。ちなみに、図６Ｃではシリコン酸化膜１４の厚さが半分になった所で停止しているが、停止する際のシリコン酸化膜１４の厚さは任意に設定可能である。例えば、シリコン酸化膜１４の表面が少し削られて、シリコン酸化膜１４上の多結晶シリコン層１５が完全に除去された時点で、平坦化を停止しても構わない。この製造方法の場合、平坦化工程の後に、転送電極７の上方にもシリコン酸化膜１４が残る。

次に、図６Ｄに示すように、フォトレジスト１６をマスクとして用いて、まず、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件で、シリコン酸化膜１４・シリコン酸化膜６をエッチングする。
このとき、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件とすることにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９がハードマスクとして作用すると共に、多結晶シリコン層１５もハードマスクとして作用して、多結晶シリコン層１５及びその下のシリコン酸化膜１４等が残る。これにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９と、多結晶シリコン層１５との間に、シリコン窒化膜５に達する溝が形成される。
さらに、多結晶シリコンとＳｉＮとがエッチング選択比を有する条件で、エッチングを行うことにより、溝の底部のシリコン窒化膜５を除去する。これにより、シリコン酸化膜４に達する溝１７が形成されると共に、中央部に残ったシリコン窒化膜５により低反射膜５Ａが形成される。
その後は、図３Ｇ〜図４Ｉに示した工程と同様にして、図１に示した固体撮像素子１を製造することができる。この場合、図１の絶縁膜１０がシリコン酸化膜１４に変わるだけで、あとは同じである。

先に示した製法（図２Ａ〜図４Ｉ）の利点は、次の通りである。
図２Ｄに示したように、表面の平坦化をシリコン窒化膜９に達するまで行って、図３Ｅに示したように、改めて絶縁膜１０を成膜しているため、絶縁膜１０を成膜する際の下地が平坦面であり、絶縁膜１０を良好にかつ膜厚を制御して成膜することができる。これにより、シリコン窒化膜９と遮光膜１１との間の層間絶縁膜を、絶縁膜１０により厚さの制御性良く形成することができる。
従って、遮光膜１１の高さを均一に制御することが可能になり、光の入射範囲を各画素で均一にして感度のばらつきを非常に小さくすることができる。

なお、後に示した製法（図６）では、平坦化した後のシリコン酸化膜１４の厚さに差を生じることにより、遮光膜１１の高さに多少のばらつきが出ることが考えられるが、これによって生じる感度のばらつきが画質に影響しない程度であれば、この製法を採用しても構わない。この製法の場合、平坦化した後に絶縁膜１０を改めて成膜する必要がないため、製造工程数を削減することができる。

上述の本実施の形態の固体撮像素子１の構成によれば、遮光膜１１が、低反射膜５Ａと転送電極７との間の、ゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜４にまで達する溝の内部にも埋め込まれて形成されていることにより、この溝の内部に埋め込まれた部分１１Ａにより転送電極７の側方を覆っていて、斜めに入射した光が、転送電極７の下の転送チャネルに入射してスミアを発生させることを抑制することができる。

また、本実施の形態の固体撮像素子１の構成によれば、受光センサ部のフォトダイオード３の上方に、低反射膜５Ａが形成されていることにより、半導体基体２の界面で入射光が反射することを抑制し、多くの光をフォトダイオード３に入射させて光電変換させることができる。これにより、フォトダイオード３の感度を向上することができる。
そして、低反射膜５Ａが、ゲート絶縁膜を構成するシリコン窒化膜５と同じシリコン窒化膜５から成るので、低反射膜を成膜する工程を別に設ける必要がなく、製造工程数を増大させることなく低反射膜５Ａを形成することができる。

さらに、本実施の形態の固体撮像素子１の構成によれば、溝に埋め込まれた遮光膜１１（１１Ａ）の周囲、即ち溝の側壁にシリコン酸化膜１２，１３から成るサイドウォールが形成されていることにより、遮光膜１１と低反射サイドウォールのシリコン酸化膜１３による隙間を利用して、製造時に水素アニールを行う際に水素を半導体基体２に導入することができる。
このように水素アニールを行うことにより、半導体基体２の界面の状態を改善して、暗電流の原因となる界面準位を低減することができる。

また、前述した、図２Ａ〜図４Ｉに示した製造方法によれば、シリコン窒化膜９を、図２Ａに示したように、転送電極７の上方だけでなく横をも覆うように形成したことにより、この転送電極７の横を覆う部分を利用して、図３Ｆに示した溝１７を形成する工程において、シリコン窒化膜９をハードマスクとして利用することができる。
これにより、溝１７の位置が、転送電極７の横のシリコン窒化膜９により規制されることから、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、この転送電極７の横のシリコン窒化膜９に対して自己整合して形成される。

同様に、受光センサ部のフォトダイオード３上では、図３Ｆに示した溝１７を形成する工程において、多結晶シリコン層１５がハードマスクとなって、溝１７の位置が規制されることから、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、多結晶シリコン層１５の下の低反射膜５Ａに対して自己整合して形成される。

このように、前述した製造方法によれば、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、自己整合して形成されるため、低反射膜５Ａと転送電極７との間の所定の部分に遮光膜１１Ａを埋め込むことができる。
これにより、例えば低反射膜５Ａと遮光膜１１とを別々のマスクを用いてパターン形成した場合に生じるような、マスクの合わせズレにより一部が低反射構造にならない問題を回避することが可能になる。
また、シリコン酸化膜１４のあった位置に溝１７が形成されるため、シリコン酸化膜１４の膜厚により溝の幅が決まり、低反射膜５Ａの両側の溝１７の幅が均等になる。これにより、低反射膜５Ａの両側の遮光膜１１Ａの幅が均等になる。

上述の実施の形態では、ゲート絶縁膜を３層４，５，６としてＭＯＮＯＳ構造を構成して、ゲート絶縁膜のシリコン窒化膜５によって受光センサ部のフォトダイオード３上の低反射膜５Ａを構成したが、その他の構成にも本発明を適用することができる。

次に、本発明の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を図７に示す。
この固体撮像素子２１は、特に、ゲート絶縁膜がシリコン酸化膜４により構成され、また受光センサ部のフォトダイオード３の上に、シリコン窒化膜９から成る低反射膜９Ａが形成されている。
その他の構成は、図１に示した先の実施の形態の固体撮像素子１と同様であるので同一符号を付して重複説明を省略する。

即ち、本実施の形態の固体撮像素子２１は、ＭＯＮＯＳ構造ではなく、また、転送電極７の上側及び横側に形成されたシリコン窒化膜９によって、低反射膜９Ａを形成した構成であり、この構成において、遮光膜１１を低反射膜９Ａと転送電極７との間に埋め込んで形成し、低反射膜９Ａと遮光膜１１との間にサイドウォールのシリコン酸化膜１３を設けている。

本実施の形態の固体撮像素子２１は、例えば、次のように製造することができる。
まず、シリコン酸化膜４上に、図５Ａ〜図５Ｃに示した工程と同様にして、転送電極７、シリコン酸化膜８、シリコン窒化膜９を形成する。そして、図５Ｄに示した工程は行わず、受光センサ部上のシリコン窒化膜９はそのまま残す。
次に、図８Ａに示すように、シリコン窒化膜９の上にシリコン酸化膜１４を形成する。この場合も、図２Ｂに示した工程と同様に、シリコン酸化膜１４は、後に形成する遮光膜１１の転送電極７の横側の厚さとほぼ同等の膜厚で形成する。実際には、サイドウォールを形成する分だけ厚くする。

次に、図２Ｃ〜図３Ｅに示した工程と同様の工程を行う。これにより、多結晶シリコン１５がシリコン酸化膜１４の凹部内に残り、平坦化された表面の上に絶縁膜１０が形成される。

続いて、図８Ｂに示すように、フォトレジスト１６をマスクとして用いて、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件で、絶縁膜１０・シリコン酸化膜１４をエッチングする。
このとき、ＳｉＮ及び多結晶シリコンとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件とすることにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９がハードマスクとして作用すると共に、多結晶シリコン層１５もハードマスクとして作用して、多結晶シリコン層１５及びその下のシリコン酸化膜１４等が残る。これにより、転送電極７の横のシリコン窒化膜９と、多結晶シリコン層１５との間に、シリコン酸化膜４に達する溝が形成されると共に、溝の中央部に残ったシリコン窒化膜９により低反射膜９Ａが形成される。
なお、この製造方法では、溝の底部にあるシリコン窒化膜９がエッチングストッパとなるため、図３Ｆで説明したと同様に、シリコン窒化膜９に達する溝を形成した後に、ＳｉＮとＳｉＯ_２とがエッチング選択比を有する条件でエッチングを行って、溝の底部のシリコン窒化膜９を除去する。

次に、図３Ｇに示した工程と同様にして、図８Ｃに示すように、溝１７の側壁にサイドウォール（１２，１３）を形成する。
次に、図４Ｈに示した工程と同様にして、図８Ｄに示すように、遮光膜１１として例えばＷ膜を成膜する。これにより、サイドウォール１８が形成された溝内に埋め込まれて、遮光膜１１が形成される。

次に、図４Ｉに示した工程と同様の工程を行い、その後は、全体を絶縁層２０で覆い、必要に応じてカラーフィルタやオンチップレンズを形成する。
このようにして、図７に示した固体撮像素子２１を製造することができる。

本実施の形態の固体撮像素子２１の構成によれば、遮光膜１１が、低反射膜９Ａと転送電極７との間の、ゲート絶縁膜を構成するシリコン酸化膜４にまで達する溝の内部にも埋め込まれて形成されていることにより、この溝の内部に埋め込まれた部分１１Ａにより転送電極７の側方を覆っていて、斜めに入射した光が、転送電極７の下の転送チャネルに入射してスミアを発生させることを抑制することができる。

また、本実施の形態の固体撮像素子２１の構成によれば、受光センサ部のフォトダイオード３の上方に、低反射膜９Ａが形成されていることにより、半導体基体２の界面で入射光が反射することを抑制し、多くの光をフォトダイオード３に入射させて光電変換させることができる。これにより、フォトダイオード３の感度を向上することができる。
そして、低反射膜９Ａが、転送電極７の上及び横を覆うシリコン窒化膜９と同じシリコン窒化膜９から成るので、低反射膜を成膜する工程を別に設ける必要がなく、製造工程数を増大させることなく低反射膜９Ａを形成することができる。

さらに、本実施の形態の固体撮像素子２１の構成によれば、溝に埋め込まれた遮光膜１１（１１Ａ）の周囲、即ち溝の側壁にシリコン酸化膜１２，１３から成るサイドウォールが形成されていることにより、遮光膜１１と低反射サイドウォールのシリコン酸化膜１３による隙間を利用して、製造時に水素アニールを行う際に水素を半導体基体２に導入することができる。
このように水素アニールを行うことにより、半導体基体２の界面の状態を改善して、暗電流の原因となる界面準位を低減することができる。

また、前述した、図８Ａ〜図８Ｄに示した製造方法によれば、シリコン窒化膜９を、図８Ａに示したように、転送電極７の上方だけでなく横をも覆うように形成したことにより、この転送電極７の横を覆う部分を利用して、溝１７を形成する工程において、シリコン窒化膜９をハードマスクとして利用することができる。
これにより、溝１７の位置が、転送電極７の横のシリコン窒化膜９により規制されることから、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、この転送電極７の横のシリコン窒化膜９に対して自己整合して形成される。

同様に、受光センサ部のフォトダイオード３上では、溝１７を形成する工程において、多結晶シリコン層１５がハードマスクとなって、溝１７の位置が規制されることから、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、多結晶シリコン層１５の下の低反射膜９Ａに対して自己整合して形成される。

このように、前述した製造方法によれば、遮光膜１１の溝１７内に埋め込まれる部分１１Ａが、自己整合して形成されるため、低反射膜９Ａと転送電極７との間の所定の部分に遮光膜１１Ａを埋め込むことができる。
これにより、例えば低反射膜９Ａと遮光膜１１とを別々のマスクを用いてパターン形成した場合に生じるような、マスクの合わせズレにより一部が低反射構造にならない問題を回避することが可能になる。

なお、ゲート絶縁膜を３層としてＭＯＮＯＳ構造とした上で、さらにゲート絶縁膜のシリコン窒化膜とは別に低反射膜用のシリコン窒化膜を形成しても構わない。このように構成した場合には、ゲート絶縁膜のシリコン窒化膜を、遮光膜を埋め込む溝を形成する際のエッチングストッパとして利用することができる。

上述の各実施の形態の固体撮像素子１，２１は、遮光膜１１の埋め込まれた部分１１Ａと低反射膜５Ａ，９Ａとの間に、溝のサイドウォールのシリコン酸化膜１３があるという点と、低反射膜５Ａ，９Ａの上に遮光膜１１の埋め込まれた部分１１Ａの厚さに対応する厚さのシリコン酸化膜１４があるという点で、他の構成と区別することができる。
低反射膜５Ａ，９Ａ上のシリコン酸化膜１４は、絶縁層２０に通常用いられるＢＰＳＧのボロンやリンのような元素を含まないため、組成分布を調べることにより、容易にシリコン酸化膜１４の厚さを推定することが可能である。

また、上述の各実施の形態の固体撮像素子１，２１では、遮光膜１１を埋め込む溝１７を形成するエッチング工程において、同時にシリコン窒化膜５，９をパターニングして低反射膜５Ａ，９Ａを形成することにより、低反射膜５Ａ，９Ａや溝１７の加工が容易であることから、画素の微細化が進んでも、容易に加工を行うことができる。
従って、画素の微細化を図り、多画素化や固体撮像素子を備えた撮像装置の小型化を図ることができる。
そして、特に画素の微細化が進むに従い、各実施の形態の固体撮像素子１，２１の長所が大きくなる。

上述の各実施の形態では、本発明をＣＣＤ固体撮像素子に適用したが、その他の構成の固体撮像素子にも本発明を適用することが可能である。

また、上述の各実施の形態では、遮光膜が埋め込まれた溝の内壁のサイドウォールを酸化シリコン膜、転送電極と遮光膜の間のハードマスクとなる膜をシリコン窒化膜、フォトダイオード上のハードマスクとなる層を多結晶シリコン層により形成しているが、同様の性質を有する材料であれば、他の材料を使用しても構わない。
溝の内壁のサイドウォールには、水素を透過して水素アニールの経路となる材料を使用する。
ハードマスクには、フォトダイオード上を埋める絶縁層（上述の実施の形態ではシリコン酸化膜１４）に対して、エッチング選択性を有する材料を使用する。

また、本発明の低反射膜と遮光膜との間に水素アニールの経路となる材料を形成する構成は、上述した各実施の形態のように遮光膜の埋め込まれた部分を低反射膜及び転送電極に対して自己整合した位置に形成する場合には限定されず、その他のより広範囲の構成に適用することが可能である。
例えば、前記特許文献１や前記特許文献２に記載されている、遮光膜の構成や遮光膜の形成方法を採用して、さらにフォトダイオード上に低反射膜を設け、この低反射膜と遮光膜の埋め込まれた部分との間に、水素アニールの経路となる材料を形成することも可能である。

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。

本発明の一実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。Ａ〜Ｄ図１の固体撮像素子の製造方法を示す工程図である。Ｅ〜Ｇ図１の固体撮像素子の製造方法を示す工程図である。Ｈ、Ｉ図１の固体撮像素子の製造方法を示す工程図である。Ａ〜Ｄ図２Ａのシリコン窒化膜を形成する方法を示す工程図である。Ａ〜Ｄ図１の固体撮像素子の他の製造方法を示す工程図である。本発明の他の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。Ａ〜Ｄ図７の固体撮像素子の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１，２１固体撮像素子、２半導体基体、３フォトダイオード、４，６，１０，１２，１３，１４シリコン酸化膜、５，９シリコン窒化膜、５Ａ，９Ａ低反射膜、７転送電極、１１遮光膜、１５多結晶シリコン層、１８サイドウォール

Claims

半導体基体に、フォトダイオードから成る受光センサ部が形成され、
前記半導体基体上に、少なくともゲート絶縁膜を介して、信号電荷を転送するための転送電極が設けられ、
前記ゲート絶縁膜が、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜の３層の積層膜から成り、
前記フォトダイオードが形成された部分の前記半導体基体上に、前記ゲート絶縁膜の前記シリコン窒化膜と同じシリコン窒化膜から成る低反射膜が形成され、
前記転送電極の上方に、前記フォトダイオードの上方に開口部を有する遮光膜が設けられ、
前記遮光膜が、前記低反射膜及びその上のシリコン酸化膜と前記転送電極との間にも埋め込まれて形成され、前記遮光膜の埋め込まれた部分が前記ゲート絶縁膜の最下層のシリコン酸化膜に接して形成され、
前記遮光膜の埋め込まれた部分と前記低反射膜との間及び前記遮光膜の埋め込まれた部分と前記ゲート絶縁膜の前記シリコン窒化膜との間に、水素を透過する、同一構成のシリコン酸化膜が形成されている
固体撮像素子。