(57)【要約】【課題】電荷転送部Ｔｃとフォトダイオード部ＰＤとの位置合わせのばらつきを低減し、これにより、微細化に際しても特性のばらつきを抑えて、低コストで高感度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、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型素子領域（第１導電型素子領域）１３に対して、電荷転送部Ｔｃを構成するｎ型転送チャネル領域１１を、半導体基板１上の第１の絶縁膜側壁１０を形成するための絶縁膜の膜厚により位置決めし、さらに、上記ｎ型素子領域１３に対して、電荷転送部Ｔｃを構成する電荷転送電極４ａを、第２のマスク側壁１４ａを形成するための絶縁膜の膜厚により位置決めするようにした。【選択図】図１
2010034332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、該半導体基板上に形成され、相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置であって、
該第２の半導体領域は、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の膜厚により位置決めされており、
該素子電極は、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された、該第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めされている、半導体装置。
【請求項２】
半導体基板上に形成された相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置を製造する方法であって、
該半導体基板上に絶縁膜を介して導電性電極材料膜を形成する工程と、
該導電性電極材料膜上に、該半導体基板の第１の半導体領域とすべき部分を覆うよう第１の絶縁性ハードマスク層を形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層の側面に第１の絶縁性側壁を自己整合的に形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層及び該第１の絶縁性側壁をマスクとしてイオン注入を行って該第２の半導体領域を形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転したマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層を、該第１の絶縁性ハードマスク層に対して自己整合的に形成する工程と、
該第２の絶縁性ハードマスク層をマスクとするイオン注入により、該第１の半導体領域を形成する工程と、
該第２の絶縁性ハードマスク層及びその側面に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料膜をエッチングして該素子電極を形成する工程とを含む、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部の各列に沿って配置され、対応する列のフォトダイオード部で生成さ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、
該各フォトダイオード部は、半導体基板上に形成された第１導電型素子領域を含み、
該電荷転送部は、該半導体基板上に形成された第１導電型転送チャネル領域を含み、
該第１導電型転送チャネル領域は、該第１導電型素子領域に対して、該半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の膜厚により位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像素子において、
前記電荷転送部は、前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含み、
該電荷転送電極は、前記第１導電型素子領域に対して、該半導体基板上に形成された、前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像素子において、
前記複数のフォトダイオード部の各列の一方側に、該フォトダイオード部とこれに対向する前記電荷転送部との間に位置するよう形成され、該フォトダイオード部から信号電荷を該電荷転送部に読み出す電荷読出部を備え、
該電荷読出部は、前記半導体基板上に形成された第２導電型読出領域を含み、該第２導電型読出領域の、該フォトダイオード部側の端面は、前記第１導電型素子領域の平面パターンを定義する第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４に記載の固体撮像素子において、
前記フォトダイオード部を、隣接するフォトダイオード部及び前記電荷転送部から分離する分離部を有しており、
該分離部は、前記半導体基板上に形成された第２導電型チャネルストップ領域を含み、該第２導電型チャネルストップ領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１導電型素子領域の平面パターンを定義する第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項７】
請求項４に記載の固体撮像素子において、
前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離は、
該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と等しい、固体撮像素子。
【請求項８】
請求項４に記載の固体撮像素子において、
前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離は、
該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と異なっている、固体撮像素子。
【請求項９】
マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部の各列に沿って配置され、対応する列のフォトダイオード部で生成さ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電極材料膜を形成する工程と、
該半導体基板の、該フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域とすべき部分を覆うよう第１の絶縁性ハードマスク層を形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層の側面に第１の絶縁性側壁を自己整合的に形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層および該第１の絶縁性側壁をマスクとしてイオン注入を行って、該電荷転送部を構成する第１導電型転送チャネル領域を形成する工程と、
該第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転したマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層を、該第１の絶縁性ハードマスク層に対して自己整合的に形成する工程と、
該第２の絶縁性ハードマスク層をマスクとするイオン注入により、該フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域を形成する工程と、
該第２の絶縁性ハードマスク層及びその側面に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料膜をエッチングして、該電荷転送部を構成する電荷転送電極を形成する工程とを含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の絶縁性側壁を形成する工程では、
前記第１の絶縁性ハードマスク層の全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を有する下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差を反映するよう形成し、該下地絶縁膜上に形成した側壁用絶縁膜を、その一部が該第１の絶縁性ハードマスクの側面に残るようエッチバックして、前記第１の絶縁性側壁を形成する、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第２の絶縁性ハードマスク層を形成する工程では、前記第１の絶縁性ハードマスクの全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を有する下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差が埋め込まれるよう形成し、該下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の上面が露出するようエッチングし、その後、該第１の絶縁性ハードマスク層を除去する、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の絶縁性ハードマスク層を形成した後、前記第１の絶縁性側壁を形成する前に、前記フォトダイオード部から信号電荷を前記電荷転送部に読み出す電荷読出部を構成する第２導電型読出領域と、該フォトダイオード部を隣接するフォトダイオード部及び該電荷転送部から分離する分離部を構成する第２導電型チャネルストップ領域とを形成する工程を含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第２導電型読出領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされている、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第２導電型チャネルストップ領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされている、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の絶縁性側壁を形成する工程では、前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離が、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と等しくなるよう、前記第１の絶縁性ハードマスク層の両側面に位置する該第１の絶縁性側壁の幅が決められている、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の絶縁性側壁を形成する工程では、
前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離が、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と異なるよう、前記第１の絶縁性ハードマスク層の両側面に位置する第１の絶縁性側壁の幅が決められている、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記第１の絶縁性側壁を形成する工程では、
前記第１の絶縁性ハードマスク層の全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を持つ第１絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差を反映するよう形成し、該第１絶縁膜の全面に第２絶縁膜を形成した後、該第２の絶縁膜をその一部が該第１の絶縁性ハードマスクの側面に第２絶縁性側壁として残るようエッチバックし、その後、該第１の絶縁性ハードマスク層の第２導電型読出領域側に位置する第２絶縁性側壁を除去し、
その後、前記第１導電型転送チャネル領域を形成する工程では、
該第１の絶縁性マスク層、該第１絶縁膜、および該第２絶縁膜側壁をマスクとしてイオン注入を行って、前記電荷転送部を構成する第１導電型転送チャネル領域を形成する、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項３に記載の固体撮像素子である電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法、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、フォトダイオード部と、電荷転送電極などを含む電荷転送部とを自己整合的（以下、セルフアラインともいう。）配置した半導体装置およびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、並びにこのような構成の固体撮像素子を用いた電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、民生用のデジタルスチルカメラや、カメラ付き携帯電話などのニーズが高まっており、それらに搭載されるＣＣＤ等の固体撮像素子の高画素化が急ピッチに進んでいる。固体撮像素子は、画質の向上が非常に強く要請されており、その要請に応えるためには、画素数を増やして解像度を高くすることと、感度の向上を図ることが必要であり、そのため、画素の配列密度を高くしつつ、さらに画素を小型化する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には従来の固体撮像素子の製造方法が開示されており、以下簡単に説明する。
【０００４】
図１３は、上記文献開示の従来の固体撮像素子の断面構造を示している。
【０００５】
従来の固体撮像素子を構成するｎ型半導体基板１０１には、ｐ型ウエル層１０２が形成され、該ｐ型ウエル層１０２には、各画素のフォトダイオード部ＰＤとなるｎ型不純物領域１０８がマトリクス状に形成されている。また、ｐ型ウエル層１０２には、ｎ型不純物領域１０８の列に沿って、垂直電荷転送部Ｔｃを構成するｎ型電荷転送チャネル１０３が形成されており、該電荷転送チャネル１０３とｎ型不純物領域１０８との間には、フォトダイオード部ＰＤで発生した信号電荷を垂直電荷転送部Ｔｃに読出す電荷読出部Ｒｃとなるｐ型電荷読出領域１０５が形成されている。ここで、ｐ型ウエル層１０２には、隣接する画素が分離されるよう画素分離部Ｓｐとしてｐ型チャネルストップ領域１０４が形成されている。また、ｐ型ウエル層１０２の表面上には、ゲート酸化膜１０６を介して、読出し電極を兼ねた電荷転送電極１０７が形成されている。
【０００６】
次に製造方法について説明する。
【０００７】
図１１〜１３は、上記文献開示の従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、それぞれ主要工程での断面構造を示している。
【０００８】
まず、ｎ型半導体基板（ｎ−Ｓｉ）１０１に対するイオン注入と熱拡散処理とを行って、該半導体基板１０１上にｐ型ウェル層（ｐウエル）１０２を形成した後、該ｐ型ウエル層１０２にリンを選択的にイオン注入して、垂直電荷転送部Ｔｃを構成するｎ型電荷転送チャネル１０３を形成する。その後、該ｐ型ウエル層１０２にボロンを選択的にイオン注入して、画素分離部Ｓｐとなるチャネルストップ領域１０４および電荷読出部Ｒｃとなるｐ型電荷読出領域１０５を形成する。このｐ型電荷読出領域１０５は、各画素のフォトダイオード部ＰＤで発生した信号電荷を電荷転送チャネル１０３に読出すための電荷読み出し部Ｒｃを構成する（図１１参照）。
【０００９】
次に、ｎ型半導体基板１０１の表面を熱酸化し、得られた熱酸化膜をパターニングしてゲート酸化膜１０６を形成する。その後、ゲート酸化膜１０６上にＬＰＣＶＤ法を用いてポリシリコンからなる電荷転送電極材料膜を堆積させる。その後、フォトレジスト（図示せず）をマスクとしてドライエッチングを用い、該電荷転送電極材料膜の、フォトダイオード部となる領域に開口部を形成して、読出電極を兼ねた電荷転送電極１０７を形成する（図１２参照）。
【００１０】
次に、フォトレジスト（図示せず）と電荷転送電極１０７とをマスクとしてリンのイオン注入を行い、フォトダイオード部ＰＤとなるｎ型不純物領域１０８を形成する（図１３参照）。その後、図示しないが、フォトダイオードが埋込みフォトダイオードとなるよう、フォトレジスト及び電荷転送電極１０７をマスクとしてｎ型不純物領域１０８にボロンをイオン注入してその表面部分にｐ＋型領域を形成する。最後に、半導体基板１０１上のフォトダイオード部以外の領域に、層間絶縁膜を介してタングステン等の金属遮光膜を形成して従来の固体撮像素子を得る。
【特許文献１】特開２０００−１８３３２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、固体撮像素子におけるセル（画素）の微細化は進む一方であり、特にセルピッチが２μｍ以下となるような微細なものも提案されていることから、素子特性のばらつきを抑えるためには、フォトダイオード部ＰＤや電荷転送部Ｔｃにおける各素子領域を、位置精度良く形成することが必要となる。
【００１２】
各素子領域は、一般にフォトリソグラフィー法を用いて形成したフォトレジストをマスクとして、イオン注入やエッチングによって形成され、各フォトリソグラフィー工程では、フォトマスクを用いて露光パターンが形成されるが、この際、露光装置の精度に依存して、少なくとも数十ｎｍ程度の位置合わせずれが発生する。この位置合わせずれは、ＣＣＤ固体撮像素子の高性能化あるいは小型化の妨げになる。
【００１３】
例えば、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型不純物領域１０８の端部の位置と、電荷転送電極１０７の端部の位置とがずれると、受光面積がばらつくばかりでなく、電荷転送電極１０７への印加電圧によって電荷読出部Ｒｃに生じるゲート電界がばらつく。結果として、電荷読出部Ｒｃを通じて信号電荷をフォトダイオード部ＰＤから電荷転送部Ｔｃに取り出す際に、電荷転送電極１０７に印加する読み出し電圧により読み出される信号電荷の量がばらつくことになる。
【００１４】
前述した従来の固体撮像素子については、電荷転送電極１０７を形成した後に、フォトダイオード部ＰＤとなるｎ型不純物領域１０８を形成するためのリンイオン注入を行っていることから、フォトダイオード部を構成するｎ型不純物領域１０８と、信号電荷の読出しを行う電荷転送電極１０７との位置ずれはなく、フォトダイオード部から垂直電荷転送部１０３への信号電荷の読出し特性を安定化させている。
【００１５】
しかしながら、垂直電荷転送部Ｔｃと、電荷転送電極１０７あるいはフォトダイオード部となるｎ型不純物領域１０８との位置合わせは、露光装置でのフォトマスクによる位置合わせ精度に依存することから、例えば、垂直電荷転送部Ｔｃと電荷転送電極１０７との位置がずれると、電荷読出部Ｒｃの幅（チャネルの長さ）がばらつき、電荷読出部１０５内でゲート電界が作用する範囲がばらつくので、読み出し電圧などの読み出し特性が変動することになる。
【００１６】
このため、従来の固体撮像素子の製造プロセスでは、少なくとも、フォトマスクの高精度な位置合わせを行うことが必要であり、高価なフォトリソグラフィー装置の導入が必須となっていた。
【００１７】
また、位置ずれに対するマージンをとって、電荷転送部Ｔｃと、電荷転送電極１０７あるいはフォトダイオード部のｎ型不純物領域１０８との位置関係を設計する必要があるので、基板の表面に有効に利用できない領域、例えば、ｎ型不純物領域１０８とチャネルストップ領域１０４との間のスペースやｎ型不純物領域１０８とｐ型電荷読出領域１０５との間のスペースが生じ、小型化や高画素化などの妨げになる。
【００１８】
さらに、従来の固体撮像素子の製造方法によれば、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型不純物領域１０８は、電荷転送電極材料膜から電荷転送電極１０７を形成するために、電荷転送電極材料膜に形成した開口領域に形成されることとなるが、今後のセルサイズの微細化により、隣接する電荷転送電極１０７の間の距離も縮まり、それに伴って、フォトダイオード部を構成するｎ型不純物領域１０８が基板上で占める領域も縮小し、所望のフォトダイオード容量が得られなくなり、高い感度特性を維持することが困難になる。
【００１９】
いずれにしても従来の固体撮像素子の構造では、電荷転送部Ｔｃと、電荷転送電極１０７あるいはフォトダイオード部のｎ型不純物領域１０８との間で位置ずれに対するマージンを確保して、低コストかつ高い感度特性を維持しつつ、固体撮像素子を微細化することにはいずれ限界が訪れる。
【００２０】
本発明は、微細化に際しても特性のばらつきを抑えて、低コストかつ高感度を維持することができる半導体装置およびその製造方法、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用いた電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板上に形成され、相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置であって、該第２の半導体領域は、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の膜厚により位置決めされており、該素子電極は、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された、該第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めされており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置を製造する方法であって、該半導体基板上に絶縁膜を介して導電性電極材料膜を形成する工程と、該導電性電極材料膜上に、該半導体基板の第１の半導体領域とすべき部分を覆うよう第１の絶縁性ハードマスク層を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層の側面に第１の絶縁性側壁を自己整合的に形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層及び該第１の絶縁性側壁をマスクとしてイオン注入を行って該第２の半導体領域を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転したマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層を、該第１の絶縁性ハードマスク層に対して自己整合的に形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層をマスクとするイオン注入により、該第１の半導体領域を形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層及びその側面に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料膜をエッチングして該素子電極を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。
【００２３】
本発明に係る固体撮像素子は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部の各列に沿って配置され、対応する列のフォトダイオード部で生成さ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、該各フォトダイオード部は、半導体基板上に形成された第１導電型素子領域を含み、該電荷転送部は、該半導体基板上に形成された第１導電型転送チャネル領域を含み、該第１導電型転送チャネル領域は、該第１導電型素子領域に対して、該半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の膜厚により位置決めされており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記電荷転送部は、前記半導体基板上に形成された電荷転送電極を含み、該電荷転送電極は、前記第１導電型素子領域に対して、該半導体基板上に形成された、前記第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めされていることが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記複数のフォトダイオード部の各列の一方側に、該フォトダイオード部とこれに対向する前記電荷転送部との間に位置するよう形成され、該フォトダイオード部から信号電荷を該電荷転送部に読み出す電荷読出部を備え、該電荷読出部は、前記半導体基板上に形成された第２導電型読出領域を含み、該第２導電型読出領域の、該フォトダイオード部側の端面は、前記第１導電型素子領域の平面パターンを定義する第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされていることが好ましい。
【００２６】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記フォトダイオード部を、隣接するフォトダイオード部及び前記電荷転送部から分離する分離部を有しており、該分離部は、前記半導体基板上に形成された第２導電型チャネルストップ領域を含み、該第２導電型チャネルストップ領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１導電型素子領域の平面パターンを定義する第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされていることが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離は、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と等しいことが好ましい。
【００２８】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離は、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と異なっていることが好ましい。
【００２９】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、マトリクス状に配列された複数のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部の各列に沿って配置され、対応する列のフォトダイオード部で生成さ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電極材料膜を形成する工程と、該半導体基板の、該フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域とすべき部分を覆うよう第１の絶縁性ハードマスク層を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層の側面に第１の絶縁性側壁を自己整合的に形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層および該第１の絶縁性側壁をマスクとしてイオン注入を行って、該電荷転送部を構成する第１導電型転送チャネル領域を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転したマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層を、該第１の絶縁性ハードマスク層に対して自己整合的に形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層をマスクとするイオン注入により、該フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域を形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層及びその側面に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料膜をエッチングして、該電荷転送部を構成する電荷転送電極を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。
【００３０】
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の絶縁性側壁を形成する工程では、前記第１の絶縁性ハードマスク層の全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を有する下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差を反映するよう形成し、該下地絶縁膜上に形成した側壁用絶縁膜を、その一部が該第１の絶縁性ハードマスクの側面に残るようエッチバックして、前記第１の絶縁性側壁を形成することが好ましい。
【００３１】
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の絶縁性ハードマスク層を形成する工程では、前記第１の絶縁性ハードマスクの全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を有する下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差が埋め込まれるよう形成し、該下地絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の上面が露出するようエッチングし、その後、該第１の絶縁性ハードマスク層を除去することが好ましい。
【００３２】
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の絶縁性ハードマスク層を形成した後、前記第１の絶縁性側壁を形成する前に、前記フォトダイオード部から信号電荷を前記電荷転送部に読み出す電荷読出部を構成する第２導電型読出領域と、該フォトダイオード部を隣接するフォトダイオード部及び該電荷転送部から分離する分離部を構成する第２導電型チャネルストップ領域とを形成する工程を含むことが好ましい。
【００３３】
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導電型読出領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされていることが好ましい。
【００３４】
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導電型チャネルストップ領域の、前記フォトダイオード部側の端面は、前記第１の絶縁性ハードマスク層により自己整合的に位置決めされていることが好ましい。
【００３５】
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の絶縁性側壁を形成する工程では、前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離が、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と等しくなるよう、前記第１の絶縁性ハードマスク層の両側面に位置する前記第１の絶縁性側壁の幅が決められていることが好ましい。
【００３６】
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の絶縁性側壁を形成する工程では、前記第１導電型素子領域とその一方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離が、該第１導電型素子領域とその他方側に位置する第１導電型転送チャネル領域との距離と異なるよう、前記第１の絶縁性ハードマスク層の両側面に位置する第１の絶縁性側壁の幅が決められていることが好ましい。
【００３７】
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の絶縁性側壁を形成する工程では、前記第１の絶縁性ハードマスク層の全面に、該第１の絶縁性ハードマスク層とのエッチング選択性を持つ第１絶縁膜を、該第１の絶縁性ハードマスク層の段差を反映するよう形成し、該第１絶縁膜の全面に第２絶縁膜を形成した後、該第２の絶縁膜をその一部が該第１の絶縁性ハードマスクの側面に第２絶縁性側壁として残るようエッチバックし、その後、該第１の絶縁性ハードマスク層の第２導電型読出領域側に位置する第２絶縁性側壁を除去し、その後、前記第１導電型転送チャネル領域を形成する工程では、該第１の絶縁性マスク層、該第１絶縁膜、および該第２絶縁膜側壁をマスクとしてイオン注入を行って、前記電荷転送部を構成する第１導電型転送チャネル領域を形成することが好ましい。
【００３８】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、請求項３に記載の固体撮像素子であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００４０】
本発明においては、半導体基板上に形成され、相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを備え、第２の半導体領域を、該第１の半導体領域に対して、半導体基板上の第１の絶縁膜の膜厚により位置決めし、該素子電極を、該第１の半導体領域に対して、半導体基板上の、該第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めするので、該第１の半導体領域に対する第２の半導体領域、および該第２の半導体領域上の素子電極とのアライメント精度を高めることができる。
【００４１】
また、本発明においては、複数のフォトダイオード部と、該フォトダイオード部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部とを備え、フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域に対して、電荷転送部を構成する第１導電型転送チャネル領域を、半導体基板上の第１の絶縁膜の膜厚により位置決めするので、例えば、電荷転送部の電荷転送チャネル領域とフォトダイオード部との距離が、フォトダイオード部の端面の位置を基準として、フォトダイオード部の形成に用いるマスク層の側壁にある絶縁膜の膜厚により規定されることとなる。このため、電荷転送チャネル領域とフォトダイオード部との位置あわせのばらつきを低減することができる。
【００４２】
また、本発明においては、フォトダイオード部を構成する第１導電型素子領域に対して、電荷転送部を構成する電荷転送電極を、半導体基板上の、第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めするので、例えば、電荷転送部の電荷転送電極とフォトダイオード部との距離が、フォトダイオード部の端面の位置を基準として、フォトダイオード部の形成に用いるマスク層のマスクパターンを反転したマスク層の側壁にある絶縁膜の膜厚により規定されることとなる。このため、電荷転送電極とフォトダイオード部との位置あわせのばらつきを低減することができる。
【００４３】
この結果、フォトダイオードの端部の位置と電荷転送電極の端部の位置が、従来の位置合わせずれのばらつきよりはるかに小さい絶縁膜の膜厚のばらつきで決まることから、読出電圧のばらつきが小さい固体撮像素子を得ることができる。
【００４４】
また、フォトダイオード部を構成するｎ型不純物領域（第１導電型素子領域）は、この領域を定義するマスク層により自己整合的に配置されるので、微細化に際しても、フォトダイオード部を構成するｎ型不純物領域（第１導電型素子領域）が、従来技術のように電荷転送電極の開口領域によって制約を受けることがなく、このため、フォトダイオード部の面積をより広く確保することが可能となり、フォトダイオード容量の減少を小さく抑えて固体撮像素子の高感度化を図ることが可能となる。
【００４５】
本発明においては、半導体基板のフォトダイオード部とすべき第１の素子領域を覆う第１の絶縁性ハードマスク層と、その側壁に自己整合的に形成した第１の絶縁性側壁とをマスクとして、選択的にイオン注入を行って電荷転送部の電荷転送チャネル領域を形成するので、フォトダイオード部の素子領域と電荷転送チャネル領域とを自己整合的に位置決めすることができる。また、上記第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転させたマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層およびその側面に自己整合的に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料をエッチングして電荷転送電極を形成するので、フォトダイオード部の素子領域と電荷転送電極とを自己整合的に位置決めすることができる。
【００４６】
この結果、フォトダイオード部を構成する素子領域と、電荷転送部を構成するチャンネル領域および電極との相対位置が、マスクの位置合わせずれなどを含まないセルフアラインの方法で正確に定められることとなり、読み出し電圧などの読み出し特性が安定した固体撮像素子を得ることができる。また、フォトダイオード部と電荷転送部との位置ずれに対するマージンをとって配置を設計する必要がなく、基板面を最大限に利用することができ、このため、素子の小型化や高画素化が可能となる。また、高価なフォトリソグラフィー装置による面倒な位置合わせが不要になるので、生産性を向上させ、コストを低下させることができる。
【発明の効果】
【００４７】
以上のように、本発明によれば、フォトダイオード部を構成する素子領域、電荷転送部を構成する電荷転送電極および電荷転送チャネル領域のそれぞれの相対位置が、マスクの位置合わせずれなどを含まないセルフアラインの方法で正確に定められるので、微細化に際しても特性のばらつきを抑えて、低コストで高感度なＣＣＤ固体撮像素子などの半導体装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
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。
【００４９】
（実施形態１）
図１〜図６は、本発明の実施形態１に係る固体撮像素子を説明する図であり、図１（ａ）は、該固体撮像素子の画素部の構成を示す平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面の構造を示す図である。
【００５０】
図１に示す固体撮像素子１００は、ｎ型シリコンからなる半導体基板（ｎ−Ｓｉ）１と、その表面に形成された低濃度のｐ型ウェル層（ｐウエル）２とを有している。このｐ型ウェル層２には、信号電荷を発生するフォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型シリコン領域（第１導電型素子領域）１３がマトリクス状に形成されており、該ｎ型シリコン領域１３の各列に沿って、垂直電荷転送部Ｔｃを構成するｎ型電荷転送チャネル領域（第１導電型転送チャネル領域）１１が形成されている。ここで、各フォトダイオード部ＰＤと、上記垂直電荷転送部Ｔｃの各フォトダイオード部ＰＤに対向する部分とは、固体撮像素子１００における各画素を構成している。
【００５１】
また、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３と電荷転送部Ｔｃのｎ型電荷転送チャネル領域１１との間には、フォトダイオード部ＰＤで発生した信号電荷を垂直電荷転送部Ｔｃに読出す電荷読出部Ｒｃを構成するｐ型電荷読出領域（第２導電型電荷読出領域）８が形成されている。また、ｐ型ウエル層２には、隣接する画素が分離されるよう画素分離部Ｓｐとしてｐ型チャネルストップ領域７が形成されている。また、半導体基板１上には、ゲート絶縁膜３を介して、垂直電荷転送部Ｔｃを構成するゲート電極（電荷転送電極）４ａが形成されている。このゲート電極４ａの上面および側壁には、例えば、熱酸化膜などの絶縁膜１５を介して、例えば、タングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１６が形成されている。また、このゲート電極４ａ上には、該ゲート電極４ａに駆動信号を印加する信号配線１８が配置されている。
【００５２】
ここで、電荷転送チャネル領域１１は、ゲート電極４ａの下方に位置するよう該半導体基板１のｐウエル領域２に形成されたｎ型不純物領域であり、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３に対して一定の位置に形成されている。
【００５３】
つまり、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型シリコン領域１３の、ｎ型電荷読出領域８側の端部ｂに対して、該端部ｂに対向する電荷転送チャネル領域１１の端部ａが、さらに該電荷転送チャネル領域１１上にゲート絶縁膜３ａを介して配置されているゲート電極４ａの端部ｃが、自己整合的に位置決めされている。また、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型シリコン領域１３の、ｐ型チャネルストップ領域７側の端部ｂ’に対して、該端部ｂ’に対向する電荷転送チャネル領域１１の端部ａ’が、さらに該電荷転送チャネル領域１１上にゲート絶縁膜３ａを介して配置されているゲート電極４ａの端部ｃ’が、自己整合的に位置決めされている。
【００５４】
具体的には、電荷転送部Ｔｃのｎ型転送チャネル領域１１の電荷読出部Ｒｃ側の端部ａは、ｐ型ウエル領域２の、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３を形成すべき部分を覆う第１のマスク層（第１の絶縁性ハードマスク）５とその側面に自己整合的に形成されたマスク側壁（第１の絶縁性側壁）１０とにより、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３の端部ｂに対して位置決めされている。ここで、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａとこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂとの距離Ｄ１は、上記マスク側壁１０の幅（膜厚）と、該マスク側壁１０の下側に形成される薄い絶縁膜（シリコン窒化膜）９の膜厚とにより設定されている。
【００５５】
また、電荷転送部Ｔｃのｎ型転送チャネル領域１１の画素分離部Ｓｐ側の端部ａ’も、電荷転送部Ｔｃのｎ型転送チャネル領域１１の電荷読出部Ｒｃ側の端部ａと同様に位置決めされている。つまり、上記ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａ’は、ｐ型ウエル領域２の、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３を形成すべき部分を覆う第１のマスク層（第１の絶縁性ハードマスク）５とその側面に自己整合的に形成されたマスク側壁（第１の絶縁性側壁）１０とにより、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’に対して位置決めされている。ここで、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａ’とこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’との距離Ｄ２は、上記マスク側壁１０の幅（膜厚）と、該マスク側壁１０の下側に形成される薄い絶縁膜（シリコン窒化膜）９の膜厚とにより設定されている。なお、ここでは、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａ’とこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’との距離Ｄ２は、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａとこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂとの距離Ｄ１と等しくしている。
【００５６】
また、上記フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３は、ｐ型ウェル２の深部に選択的に形成したものであり、また、図示していないが、このｎ型シリコン領域１３の表面には、該フォトダイオードが埋込みフォトダイオードとなるよう、ｐ＋型不純物領域（図示せず）が形成されている。ここで、このｎ型シリコン領域１３は、その一部が自己整合的にゲート電極４にオーバーラップするように形成されている。
【００５７】
具体的には、電荷転送部Ｔｃを構成するゲート電極４ａの電荷読出部Ｒｃ側の端部ｃは、上記第１のマスク層５のマスクパターンを反転させたマスクパターンを有する第２のマスク層（第２の絶縁性ハードマスク）１２ａとその側面に自己整合的に形成されたマスク側壁（第２の絶縁性側壁）１４ａとにより、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３の端部ｂに対して位置決めされている。ここで、電荷転送電極４ａの端部ｃとその近傍のｎ型シリコン領域１３の端部ｂとの距離Ｄ３は、上記マスク側壁１４ａの幅（膜厚）により設定されており、この距離Ｄ３は、ｎ型シリコン領域１３が電荷読出部Ｒｃ側でゲート電極４ａとオーバーラップする幅となっている。
【００５８】
また、電荷転送部Ｔｃを構成するゲート電極４ａの画素分離部Ｓｐ側の端部ｃ’も、電荷転送部Ｔｃを構成するゲート電極４ａの電荷読出部Ｒｃ側の端部ｃと同様に位置決めされている。つまり、上記ゲート電極４ａの端部ｃ’は、上記第１のマスク層５のマスクパターンを反転させたマスクパターンを有する第２のマスク層（第２の絶縁性ハードマスク）１２ａとその側面に自己整合的に形成されたマスク側壁（第２の絶縁性側壁）１４ａとにより、フォトダイオード部ＰＤのｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’に対して位置決めされている。ここで、電荷転送電極４ａの端部ｃ’とその近傍のｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’との距離Ｄ４は、上記マスク側壁１４ａの幅（膜厚）により設定されており、この距離Ｄ４は、ｎ型シリコン領域１３が電荷読出部Ｒｃ側でゲート電極４ａとオーバーラップする幅となっている。なお、ここでは、ｎ型シリコン領域１３が電荷読出部Ｒｃ側でゲート電極４ａとオーバーラップする幅（距離Ｄ４）は、ｎ型シリコン領域１３が電荷読出部Ｒｃ側でゲート電極４ａとオーバーラップする幅（距離Ｄ３）と等しくしている。
【００５９】
次に製造方法について説明する。
【００６０】
図２〜図６は、上記実施形態１の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、それぞれ、該製造方法により製造されるべき固体撮像素子の主要工程での断面構造を示している。
【００６１】
まず、例えば、ｎ型シリコン（ｎ−Ｓｉ）からなる半導体基板１に、ｐ型ウェル（ｐウエル）２を形成し、該ｐ型ウエル２上に熱酸化によりゲート絶縁膜３を形成し、さらに該ゲート絶縁膜３上にＣＶＤ法などによりポリシリコンを堆積して電荷転送電極材料膜４を形成する。ここで、上記ゲート絶縁膜３は、例えば、膜厚３０ｎｍの熱酸化膜からなり、上記電荷転送電極材料膜４は、例えば、膜厚２００ｎｍのポリシリコン膜からなる。その後、電荷転送電極材料膜４上にＣＶＤ法などによりシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜を例えば膜厚３００ｎｍに形成する。続いて、この第１の絶縁膜上に、フォトダイオード部を構成するｎ＋型素子領域１３が形成されるべき領域を覆うよう第１のレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクにして第１の絶縁膜をエッチング除去して第１のマスク層（第１の絶縁性ハードマスク）５を形成する（図２（ａ）参照）。
【００６２】
次に、上記第１のレジストパターンを除去した後、全面に第２のレジストパターン６を形成する。この第２のレジストパターン６は、ｐ型ウエル領域２の少なくともチャネルストップ領域７なるべき部分上にレジスト開口６ａを形成したものであり、該レジスト開口６ａ内には、上記第１のマスク層５の一方の端部（素子分離部Ｓｐ側端部）が位置している。その後、該第２のフォトレジスト６および第１のマスク層５をマスクとして、選択的にボロンからなるｐ型不純物を導入して、画素分離のためのｐ型チャネルストップ領域７を形成する（図２（ｂ）参照）。
【００６３】
次に、上記第２のレジストパターン６を除去した後に、第３のレジストパターン２８を形成する。この第３のレジストパターン２８は、ｐ型ウエル領域２の、少なくとも電荷読出領域８となる部分にレジスト開口２８ａを形成したものであり、該レジスト開口２８ａには、上記第１のマスク層５の他方の端部が位置している。その後、この第３のレジストパターン２８および第１のマスク層５をマスクに、選択的にボロンからなるｐ型不純物を導入して、信号電荷を垂直電荷転送部Ｔｃに読出すためのｐ型電荷読み出し領域８を形成する（図３（ａ）参照）。
【００６４】
ここでは、ｐ型チャネルストップ領域７のフォトダイオード部側エッジは、第１のマスク層５のチャネルストップ領域側エッジにより位置決めされ、ｐ型電荷読出領域８のフォトダイオード部側エッジは、上記第１のマスク層５の電荷読出領域８側エッジにより位置決めされる。このため、ｐ型チャネルストップ領域７およびｐ型電荷読出領域８は、これらの領域の間に位置する、ｐ型ウエル領域２のフォトダイオード部ＰＤとすべき領域１３に対しては、最終的にセルフアラインにより位置決めされ、それぞれの領域７および８のエッジとフォトダイオード部ＰＤとすべき領域１３のエッジとが一致する。
【００６５】
次に、例えば、全面に第２の絶縁膜としてシリコン窒化膜９をＣＶＤ法などにより約１０ｎｍの厚さに形成し、続けて、第３の絶縁膜としてシリコン酸化膜をＣＶＤ法などにより約２００ｎｍの厚さに形成し、その後、第３の絶縁膜であるシリコン酸化膜を全面エッチバックして、第１のマスク層５の側面に第１のマスク側壁（第１の絶縁性側壁）１０を形成する。続いて、上記第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）９および第１のマスク側壁１０をマスクに、選択的に例えばリンイオン注入を行って、垂直ＣＣＤを構成するｎ型電荷転送チャネル領域１１を形成する（図３（ｂ）参照）。ここで、第２の絶縁膜（シリコン窒化膜）９は、第１のマスク層５および第１のマスク側壁１０に対するエッチング選択性を有する膜であり、後に行う第１のマスク側壁１０の除去の際にエッチングストッパー膜として機能する。また、第２の絶縁膜９の膜厚は適宜設定されており、この膜厚により、フォトダイオード部ＰＤのエッジｂから電荷読出部側の電荷転送部Ｔｃのエッジａまでの距離Ｄ１と、フォトダイオード部ＰＤのエッジｂ’から素子分離部側の電荷転送部Ｔｃのエッジａ’までの距離Ｄ２とを規定している。
【００６６】
なお、言うまでもないが、距離Ｄ１は、フォトダイオード部ＰＤと電荷読出部Ｒｃとの境界位置ｂと、電荷読出部Ｒｃと垂直電荷転送部Ｔｃとの境界位置ａとの離間距離である。また、距離Ｄ２は、フォトダイオード部ＰＤと画素分離部Ｓｐとの境界位置ｂ’と、画素分離部Ｓｐと垂直電荷転送部Ｔｃとの境界位置ａ’との離間距離である。
【００６７】
次に、図３（ｂ）に示すように第１のマスク層５、第２の絶縁膜９、および第１のマスク側壁１０をマスクとするイオン注入により、ｎ型電荷転送チャネル領域１１を形成し、その後、第１のマスク側壁１０を、第２の絶縁膜９に対してエッチング選択性のある、例えばバッファードフッ酸などの薬液を用いてエッチング除去し、続けて、第２の絶縁膜９を、第１のマスク層５と電荷転送電極材料膜４とに対してエッチング選択性のある、例えばリン酸などの薬液を用いてエッチング除去する（図４（ａ）参照）。
【００６８】
次に、例えば、第４の絶縁膜としてシリコン窒化膜１２を約３００ｎｍの膜厚に全面に形成し（図４（ｂ）参照）、エッチバック法やＣＭＰ法を用いて第１のマスク層５表面が露出するまで第４の絶縁膜１２を平坦化する（図５（ａ）参照）。この状態で、第１のマスク層５を選択的にエッチング除去することにより、第１のマスク層５のマスクパターンを反転させたマスクパターンを有する第２のマスク層（第２の絶縁性ハードマスク）１２ａが形成される。この第２のマスク層１２ａをマスクに選択的にリンからなるイオン注入を行って、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型不純物層（第１導電型素子領域）１３を形成する（図５（ｂ）参照）。
【００６９】
次に、第５の絶縁膜としてシリコン窒化膜１４を約１０ｎｍの厚さに形成した後（図６（ａ）参照）、第５の絶縁膜をエッチバックして、第２のマスク層１２ａの側面上に第２のマスク側壁（第２の絶縁性側壁）１４ａに残し、その後、第２のマスク層１２ａおよび第２のマスク側壁１４ａをマスクにして転送電極材料膜４をエッチングしてゲート電極（電荷転送電極）４ａを形成する（図６（ｂ）参照）。
【００７０】
その後、図示しないが、第２のマスク層１２ａおよび第２のマスク側壁１４ａを除去し、埋込みフォトダイオードの形成を行うため、電荷転送電極４ａをマスクとしてボロンをイオン注入してｐ＋型領域を該ｎ型素子領域１３の表面に形成する。
【００７１】
以上の工程によって、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ＋型領域（ｎ型不純物領域）１３と、電荷転送部Ｔｃを構成する電荷転送チャネル領域１１および電荷転送電極４ａとを互いに位置ずれなくセルフアラインで形成することができる。
【００７２】
つまり、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ＋型領域１３、電荷転送電極４ａ、電荷転送チャネル領域１１の各領域の相対位置が、マスクの位置合わせずれなどを含まないセルフアラインで正確に定められることになる。
【００７３】
その後、図示しないが、水平転送部に対応する位置にもフォトリソグラフィーとドライエッチングにより電荷転送電極を形成する。
【００７４】
さらに、例えば、基板全面を熱酸化し、ゲート電極４ａの上面および側面上に５０ｎｍ程度の厚さに酸化膜等の絶縁膜１５を形成した後、例えば、ＣＶＤ法などによって膜厚１００ｎｍのタングステン（Ｗ）膜などの遮光膜１６を基板全面に形成し、該遮光膜１６の、フォトダイオード部ＰＤに対応する箇所に遮光膜開口１６ａを形成して、図１（ｂ）に示す断面構造を有する固体撮像素子１００を得る。
【００７５】
その後、図示しないがプラズマＣＶＤ法などでシリコンナイトライドなどのパッシベーション膜を形成し、該パッシベーション膜上に平坦化膜を介してカラーフィルタ、オンチップレンズ等を形成して固体撮像素子を得る。
【００７６】
このように本実施形態１では、複数のフォトダイオード部ＰＤと、該フォトダイオード部で生成された信号電荷を転送する電荷転送部Ｔｃとを備え、フォトダイオード部を構成するｎ型素子領域（第１導電型素子領域）１３に対して、電荷転送部を構成するｎ型転送チャネル領域１１を、半導体基板１上の第１の絶縁膜側壁１０を形成する絶縁膜の膜厚により位置決めするので、例えば、電荷転送部Ｔｃとフォトダイオード部との距離Ｄ１、Ｄ２が、フォトダイオード部の端面ｂ、ｂ’の位置を基準として、フォトダイオード部の形成に用いるマスク層の側壁にある絶縁膜（第１の絶縁膜側壁）１０の膜厚により規定されることとなる。このため、ｎ型電荷転送チャネル領域１１とフォトダイオード部ＰＤのｎ型素子領域１３との位置あわせのばらつきを低減することができる。
【００７７】
また、この実施形態１では、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型素子領域１３に対して、電荷転送部Ｔｃを構成する電荷転送電極４ａを、半導体基板１上の、第１のマスク側壁１０を形成するための第１の絶縁膜側壁とは異なる、第２のマスク側壁１４ａを形成するための第２の絶縁膜１４の膜厚により位置決めするので、例えば、電荷転送部Ｔｃの電荷転送電極４ａとフォトダイオード部ＰＤとの距離Ｄ３が、第２の絶縁膜１４の膜厚により規定されることとなる。このため、電荷転送電極４ａとフォトダイオード部ＰＤとの位置あわせのばらつきを低減することができる。
【００７８】
この結果、フォトダイオード部ＰＤの端部の位置ｂ、ｂ’と電荷転送電極４ａの端部ｃ、ｃ’の位置が、従来の位置合わせずれのばらつきよりはるかに小さい絶縁膜１４の膜厚のばらつきで決まることから、読出電圧のばらつきが小さい固体撮像素子を得ることができる。
【００７９】
また、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型素子領域（第１導電型素子領域）１３は、この領域を定義する第１のマスク層５により自己整合的に配置されるので、微細化に際しても、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型素子領域１３が、従来技術のように電荷転送電極４ａの開口領域によって制約を受けることがなく、このため、フォトダイオード部ＰＤの面積をより広く確保することが可能となり、フォトダイオード容量の減少を小さく抑えて固体撮像素子の高感度化を図ることが可能となる。
【００８０】
また、この実施形態１では、半導体基板１のフォトダイオード部ＰＤとすべきｎ型素子領域１３を覆う第１の絶縁性ハードマスク層５と、その側壁に自己整合的に形成した第１の絶縁性側壁１０とをマスクとして、選択的にイオン注入を行って電荷転送部Ｔｃのｎ型電荷転送チャネル領域１１を形成するので、フォトダイオード部ＰＤのｎ型素子領域１３とｎ型電荷転送チャネル領域１１とを自己整合的に位置決めすることができる。また、上記第１の絶縁性ハードマスク層５のマスクパターンを反転させたマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層１２ａおよびその側面に自己整合的に形成した第２の絶縁性側壁１４ａをマスクとして、該導電性電極材料４をエッチングして電荷転送電極４ａを形成するので、フォトダイオード部ＰＤのｎ型素子領域１３と電荷転送電極４ａとを自己整合的に位置決めすることができる。
【００８１】
この結果、フォトダイオード部ＰＤを構成するｎ型素子領域１３と、電荷転送部を構成するｎ型電荷転送チャンネル領域１１および電荷転送電極４ａとの相対位置が、マスクの位置合わせずれなどを含まないセルフアラインの方法で正確に定められることとなり、読み出し電圧などの読み出し特性が安定したＣＣＤ固体撮像素子を得ることができる。また、フォトダイオード部ＰＤと電荷転送部Ｔｃとの位置ずれに対するマージンをとって、固体撮像素子を構成する各部の配置を設計する必要がなく、基板面を最大限に利用することができ、このため、素子の小型化や高画素化が可能となる。また、高価なフォトリソグラフィー装置による面倒な位置合わせが不要になるので、生産性を向上させ、コストを低下させることができる。
（実施形態２）
図７〜図９は、本発明の実施形態２に係る固体撮像素子を説明する図であり、図７（ａ）は、この実施形態２の固体撮像素子における画素部の構成を示す平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面の構造を示す図である。
【００８２】
図７に示す固体撮像素子１００ａは、実施形態１の固体撮像素子１００において、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａ’とこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’との距離Ｄ２’を、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａとこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂとの距離Ｄ１’と異ならせたものであり、その他の構成は、実施形態１の固体撮像素子１００と同一である。
【００８３】
つまり、この実施形態２では、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａ’とこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂ’との距離Ｄ２’は、実施形態１の薄い絶縁膜（シリコン窒化膜）９および第１のマスク側壁１０に代わる厚いシリコン窒化膜９ａの膜厚により設定されている。また、ｎ型転送チャネル領域１１の端部ａとこれに対向するｎ型シリコン領域１３の端部ｂとの距離Ｄ１’は、実施形態１の薄い絶縁膜（シリコン窒化膜）９およびおよび第１のマスク側壁１０に代わる、厚いシリコン窒化膜９ａおよびマスク側壁１０ａ１の膜厚により設定されている。
【００８４】
次に、本実施形態２の固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００８５】
この実施形態２では、ｎ型半導体基板（シリコン基板）１にｐ型ウエル領域２を形成し、該ウエル領域２内に、電荷読出部Ｔｃを構成するｐ型電荷読出領域７および素子分離部Ｓｐを構成するｐ型チャネルストップ領域８を形成する工程は実施形態１と同一であるので、その後の工程について説明する。
【００８６】
図３（ａ）に示すように、ｎ型シリコン基板１にｐ型ウエル領域２を形成し、該ウエル領域２内にｐ型電荷読出領域７およびｐ型チャネルストップ領域８を形成した後、第２の絶縁膜９ａとしてシリコン窒化膜をＣＶＤ法などにより、その下地の段差が反映されるよう約２００ｎｍの厚さに形成し、続けて、第３の絶縁膜としてシリコン酸化膜をＣＶＤ法などにより、その下地の段差が反映されるよう約１００ｎｍの厚さに形成する（図８（ａ）参照）。その後、該第３の絶縁膜を全面エッチバックし、第１のマスク層５の側部に、シリコン窒化膜９ａを介して絶縁膜側壁１０ａ１および１０ａ２を形成する（図８（ｂ）参照）。
【００８７】
続いて、全面にフォトレジスト２０を、そのレジスト開口２０ａが、ｐ型ウエル領域２のチャネルストップ部７上に位置するよう形成する（図９（ａ）参照）。その後、第３の絶縁膜のエッチバックにより得られた絶縁膜側壁１０ａ１および１０ａ２のうちの、チャネルストップ部７上に位置する絶縁膜側壁１０ａ２を選択的にエッチング除去し、さらにフォトレジスト２０を除去した後、第１のマスク層５、第２の絶縁膜９ａ、および絶縁膜側壁１０ａ１をマスクに選択的に例えばリンイオン注入を行って、垂直ＣＣＤチャネル層２１を形成する（図９（ｂ）参照）。これにより、フォトダイオード部ＰＤと電荷読出部Ｒｃ側の垂直転送部Ｔｃとの距離Ｄ１’と、フォトダイオード部ＰＤと画素分離部Ｓｐ側の垂直転送部Ｔｃとの距離Ｄ２’とを異なるものに調整することができる。
【００８８】
その後は、上記絶縁膜側壁１０ａ１および第２の絶縁膜９ａを順序除去し、実施形態１で説明したように、第２のマスク層１２を形成し、これをマスクとするイオン注入によりフォトダイオード部ＰＤのｎ型素子領域１３を形成し、さらに該第２のマスク層１２とその側面に自己整合的に形成した第２の絶縁膜側壁１４ａとをマスクとして、導電型電極材料膜４を選択的にエッチングしてゲート電極４ａを形成する。さらに、遮光膜１６を、フォトダイオード部１３上に遮光膜開口１６ａが位置するよう形成し、実施形態１と同様に、パッシベーション膜を形成し、該パッシベーション膜上に平坦化膜を介してカラーフィルタ、オンチップレンズ等を形成して固体撮像素子を得る。
【００８９】
このような構成の本実施形態２では、上記実施形態１の効果に加えて、フォトダイオード部ＰＤと電荷転送部Ｔｃとの間の距離を、電荷読出部Ｒｃ側と画素分離部Ｓｐ側とで異ならせているので、フォトダイオード部から電荷転送部Ｔｃへの信号電荷の読出し特性などを適切なものに調整することができるという効果がある。
【００９０】
なお、本実施形態１および２では、特に説明しなかったが、上記実施形態１あるいは２の固体撮像装置の少なくともいずれかを撮像部に用いた、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３）
図１０は、本発明の実施形態３として、実施形態１あるいは２の固体撮像素子１００あるいは１００ａ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。
【００９１】
図１０に示す本発明の実施形態３による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１および２の固体撮像素子の少なくともいずれかを、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手段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手段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）する画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００９２】
また、上記実施形態では、固体撮像素子およびその製造方法について説明したが、本発明の基本原理は、一般的な半導体装置およびその製造方法にも適用可能である。
【００９３】
以下本発明の基本原理を適用した一般的な半導体装置およびその製造方法をその他の実施形態として説明する。
【００９４】
例えば、本発明の基本原理を適用した半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板上に形成され、相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置において、該第２の半導体領域を、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された第１の絶縁膜の膜厚により位置決めし、該素子電極を、該第１の半導体領域に対して、該半導体基板上に形成された、該第１の絶縁膜とは異なる第２の絶縁膜の膜厚により位置決めしたものである。
【００９５】
このような半導体装置では、第１の半導体領域に対する第２の半導体領域、および該第２の半導体領域上の素子電極とのアライメント精度を高めることができる。
【００９６】
また、本発明の基本原理と適用した半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された相対向する第１及び第２の半導体領域と、該第２の半導体領域上に配置された素子電極とを有する半導体装置を製造する方法において、該半導体基板上に絶縁膜を介して導電性電極材料膜を形成する工程と、該導電性電極材料膜上に、該半導体基板の第１の半導体領域とすべき部分を覆うよう第１の絶縁性ハードマスク層を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層の側面に第１の絶縁性側壁を自己整合的に形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層及び該第１の絶縁性側壁をマスクとしてイオン注入を行って該第２の半導体領域を形成する工程と、該第１の絶縁性ハードマスク層のマスクパターンを反転したマスクパターンを有する第２の絶縁性ハードマスク層を、該第１の絶縁性ハードマスク層に対して自己整合的に形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層をマスクとするイオン注入により、該第１の半導体領域を形成する工程と、該第２の絶縁性ハードマスク層及びその側面に形成した第２の絶縁性側壁をマスクとして、該導電性電極材料をエッチングして該素子電極を形成する工程とを含むものである。
【００９７】
このような半導体装置の製造方法では、第１の半導体領域、これに隣接する第２の半導体領域、および該第２の半導体領域上の素子電極のそれぞれの相対位置が、マスクの位置合わせずれなどを含まないセルフアラインにより正確に定められるので、微細化に際しても特性のばらつきを抑えて、微細化された高性能な半導体装置を実現することができる。
【００９８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明は、半導体装置およびその製造方法、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、固体撮像素子などの半導体装置の微細化に伴う特性のばらつきを抑えて、低コストで高感度な固体撮像素子などの半導体装置を実現することができるものであり、特に、ＣＣＤ等の固体撮像素子をカメラデバイスを搭載した電子機器の分野において、その高画素化を図る上で有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】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、図１（ａ）は、該固体撮像素子の画素部における各部の平面配置を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面の構造を模式的に示している。
【図２】図２は、上記実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、フォトダイオード部と電荷転送部とをセルフアラインさせるための基準となるレイアウトパターンを有する第１の絶縁性ハードマスクを形成する工程（図（ａ））、および、画素分離部を構成するｐ型チャネルストップ領域を形成する工程（図（ｂ））を示している。
【図３】図３は、上記実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、電荷読出部を構成するｐ型読出領域を形成する工程（図（ａ））、および電荷転送部を構成するｎ型電荷転送チャネル領域を形成する工程（図（ｂ））を示している。
【図４】図４は、上記実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、第１の絶縁性ハードマスクの絶縁膜側壁を除去した状態（図（ａ））、および第２の絶縁性ハードマスクを形成するための絶縁膜を形成した状態（図（ｂ））を示している。
【図５】図５は、上記実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、図４（ｂ）に示す、第２の絶縁性ハードマスクを形成するための絶縁膜をエッチバックした状態（図（ａ））、および、第２の絶縁性ハードマスクを用いてｎ型素子領域を形成する工程（図（ｂ））を示している。
【図６】図６は、上記実施形態１の固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、電荷転送電極材料膜上に第２の絶縁性ハードマスクの段差を反映するよう絶縁膜を形成する工程（図（ａ））、第２の絶縁性ハードマスクおよびその側面の第２の絶縁膜側壁をマスクとして、電荷転送電極を形成する工程（図（ｂ））を示している。
【図７】図７は、本発明の実施形態２による固体撮像素子を説明する図であり、図７（ａ）は、該固体撮像素子の画素部における各部の平面配置を示し、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面の構造を模式的に示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、第１の絶縁性ハードマスク上にその段差を反映するようシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を順次形成する工程（図（ａ））、および該シリコン酸化膜をエッチバックする工程（図（ｂ））を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の製造方法を説明する断面図であり、図８（ｂ）に示すシリコン酸化膜のエッチバックにより得られた絶縁膜側壁を選択的に除去する工程（図（ａ））、および電荷転送部の電荷転送チャネル領域を形成する工程（図（ｂ））を示している。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３として、実施形態１あるいは２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１１】図１１は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、半導体基板のｐ型ウエルに、チャネルストップ領域、垂直電荷転送部、電荷読み出し部を形成する工程を示している。
【図１２】図１２は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、半導体基板のｐ型ウエル上に電荷転送電極を形成する工程を示している。
【図１３】図１３は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子およびその製造方法を説明する図であり、半導体基板のｐ型ウエルにフォトダイオード部を構成する不純物領域を形成した状態を示している。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ｎ型半導体基板
２  ｐ型ウェル
３ａ  ゲート絶縁膜
４  導電性電極材料膜
４ａ  ゲート電極
５  第１のマスク層（第１の絶縁性ハードマスク層）
６、２８  レジストパターン
６ａ、２８ａ  レジスト開口
７  ｎ型チャネルストップ領域（第２導電型チャネルストップ領域）
８  ｐ型電荷読出領域（第２導電型電荷読出領域）
９、１２、１４  シリコン窒化膜
１０  第１のマスク側壁（第１の絶縁性側壁）
１１  ｎ型電荷転送チャネル領域（第１導電型電荷転送チャネル領域）
１２ａ  第２のマスク層（第２の絶縁性ハードマスク）
１３  ｎ型不純物領域（第１導電型素子領域）
１４ａ  第２のマスク側壁（第２の絶縁性側壁）
１５  絶縁膜
１６  遮光膜
１６ａ  遮光膜開口
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
１００、１００ａ  固体撮像素子
ＰＤ  フォトダイオード部
Ｒｃ  電荷読出部
Ｓｐ  素子分離部
Ｔｃ  垂直電荷転送部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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