(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ上に電荷転送部と受光部とを形成し、前記電荷転送部の上面にスパッタリング法によって遮光膜を形成する固体撮像素子の製造方法において、ターゲット表面に対して前記ウエハを所定の角度だけ傾けた状態で、前記ウエハの中心軸を回転中心として、前記ウエハまたは前記ターゲットを回転させながら前記遮光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。
【請求項２】
前記ターゲット表面にコリメータを装着して前記遮光膜を形成する請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやデジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固体撮像素子は、光の入力信号を電気信号に変換する受光部（通常、フォトダイオードが使われるので、以下「フォトダイオード部」という）と、このフォトダイオード部によって生成された信号電荷を出力端まで転送する電荷転送部（以下、「ＣＣＤ部」ともいう）とを用いて構成されている。フォトダイオード部には、光の入力信号を取り込むために、開口部が設けられている。また、電荷転送部には、不必要な光の進入を防止するために、その全体を覆うように遮光膜が設けられている。
【０００３】
図６は、従来技術に係る固体撮像素子の概略構成の断面図を示したものである。図６に示された従来技術に係る固体撮像素子は、半導体の基板１０１、Ｐ型領域１０２、第一の酸化膜１０３、シリコン窒化膜１０４、第二の酸化膜１０５、垂直ＣＣＤ部のＮ型領域１０６、Ｐ型領域１０７、ポリシリコン電極１０８、フォトダイオード部のＮ−型領域１０９、Ｐ＋＋領域１１０、ポリシリコン酸化膜１１１、絶縁層間膜１１２、遮光膜１１３、絶縁酸化膜１１４および保護膜１１５から構成されている。
【０００４】
以下、従来技術に係る固体撮像素子の構成および製造工程等について、さらに具体的に説明する。
基板１０１は、Ｎ型シリコン基板である。この基板１０１中には、基板１０１の主面からイオン注入して拡散させることにより、Ｐ型領域１０２が形成されている。また、基板１０１の主面上には、第一の酸化膜１０３が設けられている。第一の酸化膜１０３上には、シリコン窒化膜１０４が設けられている。シリコン窒化膜１０４上には、第一の酸化膜１０３よりも薄く形成された第二の酸化膜１０５が設けられている。垂直ＣＣＤ部のＮ型領域１０６およびＰ型領域１０７は、それぞれ所定の間隔で形成されている。
【０００５】
また、減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、一層目の転送電極であるポリシリコン電極を成長させ、リソグラフィ等のエッチング工程により、ポリシリコン電極とシリコン窒化膜上の薄い酸化膜が所定寸法の間隔で形成されている。その後、絶縁酸化膜が表面全体に形成される（ここでの工程は図６の断面図には現れない）。
【０００６】
次に、二層目の電荷転送電極であるポリシリコン電極１０８を成長させ、ドライエッチング工程により、ポリシリコン電極１０８と、シリコン窒化膜１０４上の第二の酸化膜１０５と、シリコン窒化膜１０４とが所定寸法の間隔で形成されている。Ｐ型領域１０２中には、基板１０１の主面から拡散されたフォトダイオード部のＮ−型領域１０９が形成され、Ｎ−型領域１０９の上層には、Ｐ＋＋領域１１０が形成されている。ポリシリコン電極１０８の表面にはポリシリコン酸化膜１１１が形成されており、このポリシリコン酸化膜１１１は、第二の酸化膜１０５およびシリコン窒化膜１０４の側面と、ポリシリコン電極１０８の表面とを覆うように形成されている。そして、絶縁層間膜１１２が、ＣＶＤ装置によって、ポリシリコン酸化膜１１１の表面全体を覆うように形成されている。絶縁層間膜１１２上には、遮光膜１１３が形成され、この遮光膜１１３の成膜後には、遮光膜１１３の全面を覆うように絶縁酸化膜１１４が形成されている。その後、画素部周辺には、配線部（図示省略）が形成される。そして、絶縁酸化膜１１４上および配線部上には、保護膜１１５が設けられている。
【０００７】
以上のように構成された従来技術に係る固体撮像素子において、基板１０１中のＰ型領域１０２中に形成されたＮ−型領域１０９は、光電変換により信号電荷を発生させる機能を有するフォトダイオード部である。このフォトダイオード部（Ｎ−型領域１０９）で生成された信号電荷は、２層目ポリシリコン電極１０８にパルス電圧を印加することによって、２層目ポリシリコン電極１０８の下に位置する垂直ＣＣＤ部であるＮ型領域１０６に移動する。そして、さらに、１層目ポリシリコン電極と２層目ポリシリコン電極１０８にパルス信号を交互に印加することによって、この信号電荷の転送が行われる。
【０００８】
従来技術に係る固体撮像素子を構成している遮光膜１１３としては、例えば、タングステン膜またはそのシリサイド膜等が用いられる。ところが、これらの膜は、膜ストレスが高く、単層では極めて密着性が悪い。そこで、従来は、この密着性を向上させるために、密着層としてポリシリコン膜を形成することによって、タングステン膜等の膜ストレスを緩和して、密着性を高めている。また、他の方法としては、スパッタリング法（以下「スパッタ法」という）によって、ある程度の密着性をもって遮光膜１１３の成膜を行っている。通常のスパッタ法によって、遮光膜１１３を成膜した場合においては、スパッタ方向であるウエハ表面に対し垂直方向にグレイン（結晶粒）が成長するため、遮光膜１１３は柱状結晶構造となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術に係る固体撮像素子においては、ＣＶＤ法により遮光膜を成膜すると、遮光膜の密着性が悪いために、密着層としてポリシリコン膜を形成する必要が生ずる。そうすると、密着層であるポリシリコン膜によって遮光膜の下地膜厚が増加し、この下地膜（ポリシリコン膜）の間を光が多重反射するので、この光がスミア成分となってスミア特性を悪化させる。
【００１０】
また、図７に示されるような従来のスパッタ法（ウエハ表面に対し垂直方向にスパッタする方法）によって遮光膜１１３を成膜すると、遮光膜１１３のカバレッジ（被覆性）が悪くなる。特に、電荷転送電極側面（図７のイ部およびロ部）の遮光膜１１３の厚さが極端に薄くなり、透過光によるスミア特性の悪化を引き起こしやすい。さらに、スパッタ方向であるウエハ表面に対し垂直方向にグレイン（結晶粒）が成長し、遮光膜は柱状結晶構造となるので、その垂直方向のグレインバウンダリ（結晶粒界）を通して、光が電荷転送部に漏れ込み、スミア特性が悪化する。
【００１１】
そこで、本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、遮光膜の良好な密着性を保持するとともに、ＣＣＤの電荷転送部に光が漏れ込むことを抑え、電荷転送電極側面に十分な膜厚を有しカバレッジが良好な遮光膜を形成し、グレインバウンダリからの光が漏れ込むことを防止して、スミア特性の良好な固体撮像素子を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、ウエハ（基板）上に電荷転送部と受光部とを形成し、前記電荷転送部の上面にスパッタリング法によって遮光膜を形成する固体撮像素子の製造方法において、ターゲット表面に対して前記ウエハを所定の角度だけ傾けた状態で、前記ウエハの中心軸を回転中心として、前記ウエハまたは前記ターゲットを回転させながら前記遮光膜を形成することを特徴とする。本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、前記ウエハと前記ターゲットとの間に所定の角度を設けたことにより、前記結晶粒の成長方向が前記ウエハ表面に対して垂直一方向ではなくなり、また、前記ウエハの中心軸を回転中心として、前記ウエハまたは前記ターゲットを回転させながら前記遮光膜を形成するので、前記結晶粒の成長角度（方向）が常に変化して、前記結晶粒が複数の方向に成長する。したがって、このようにして形成された前記遮光膜の結晶粒界を通って、光が前記電荷転送部まで達することは難しいので、本発明によれば、スミア特性の良好な遮光膜を有する固体撮像素子を製造することができる。さらに、前記ウエハ上の被メッキ部分に凹凸等の段差がある場合においては、従来は凸部側面に形成される前記遮光膜の厚さが極端に薄くなりがちであるが、本発明に係る固体撮像素子の製造方法によれば、前記ウエハと前記ターゲットとの間に所定の角度を設けて、前記ウエハの中心軸を回転中心として、前記ウエハまたは前記ターゲットを回転させながら前記遮光膜を形成しているので、前記遮光膜の厚さが薄くなりがちな前記凸部側面にも十分な膜厚を有する遮光膜を形成することができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像素子の製造方法においては、前記ターゲット表面にコリメータを装着して前記遮光膜を形成することが好ましい。この好ましい例によれば、前記ターゲット表面にコリメータを装着したことにより、前記ターゲットから原子が平行に放出されるので、前記ウエハ上の被メッキ部分に凹凸等の段差があっても、膜厚ばらつきの少ない均一な遮光膜を有する固体撮像素子を製造することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子およびその製造方法を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成の断面図を示したものである。図１に示された本実施形態に係る固体撮像素子は、半導体の基板１、Ｐ型領域２、第一の酸化膜３、シリコン窒化膜４、第二の酸化膜５、垂直ＣＣＤ部であるＮ型領域６、Ｐ型領域７、ポリシリコン電極８、フォトダイオード部であるＮ−型領域９、Ｐ＋＋領域１０、ポリシリコン酸化膜１１、絶縁層間膜１２、遮光膜１３、絶縁酸化膜１４および保護膜１５から構成されている。
【００１７】
図２は、本発明の第一の実施形態に係る固体撮像素子の製造工程の断面図を示したものである。以下、この図２に基づいて、本実施形態に係る固体撮像素子の構成および製造工程等をさらに具体的に説明する。
【００１８】
まず、固体撮像素子の基板１として、Ｎ型シリコン基板を用意する。次に、基板１の主面からイオン注入して拡散させることにより、この基板１中に、Ｐ型領域２を形成する。次に、Ｐ型領域２を介した基板１の主面上に、第一の酸化膜３を形成する。次に、この第一の酸化膜３上に、シリコン窒化膜４を形成する。次に、このシリコン窒化膜４上に、第一の酸化膜３よりも薄く形成された第二の酸化膜５を形成する。（図２（ａ）参照）
次いで、Ｐ型領域２中に、それぞれ所定の間隔で、Ｎ型領域（垂直ＣＣＤ部）６およびＰ型領域７を形成する。また、減圧ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって、一層目の転送電極であるポリシリコン電極を成長させ、リソグラフィ等のエッチング工程により、ポリシリコン電極とシリコン窒化膜上の薄い酸化膜を所定寸法の間隔で形成する。その後、絶縁酸化膜を表面全体に形成する（この工程は図２の断面図には現れない）。次に、二層目の電荷転送電極であるポリシリコン電極８を成長させ、ドライエッチング工程により、ポリシリコン電極８と、シリコン窒化膜４上の第二の酸化膜５と、シリコン窒化膜４とを所定寸法の間隔で形成する。（図２（ｂ）参照）
次いで、Ｐ型領域２中に、基板１の主面から拡散されたＮ−型領域（フォトダイオード部）９を形成し、Ｎ−型領域９の上層に、Ｐ＋＋領域１０を形成する。また、ポリシリコン電極８の表面には、ポリシリコン酸化膜１１を形成する。このポリシリコン酸化膜１１は、第二の酸化膜５およびシリコン窒化膜４の側面と、ポリシリコン電極８の表面および側面を覆うように形成されている。そして、さらに、ポリシリコン酸化膜１１の表面全体を覆うように、ＣＶＤ装置によって、絶縁層間膜１２を形成する。（図２（ｃ）参照）
次いで、絶縁層間膜１２上に、遮光膜１３を形成する。この遮光膜１３の成膜後には、遮光膜１３の全面を覆うように、絶縁酸化膜１４を形成する。その後、画素部周辺には、配線部（図示省略）を形成し、絶縁酸化膜１４上および配線部上に、保護膜１５を形成する。（図２（ｄ）参照）
以上のように構成された本実施形態に係る固体撮像素子において、基板１中のＰ型領域２中に形成されたＮ−型領域９は、光電変換により信号電荷を発生させる機能を有するフォトダイオード部である。このフォトダイオード部（Ｎ−型領域９）で生成された信号電荷は、２層目ポリシリコン電極８にパルス電圧を印加することによって、２層目ポリシリコン電極８の下に位置する垂直ＣＣＤ部であるＮ型領域６に移動する。そして、さらに、１層目ポリシリコン電極と２層目ポリシリコン電極８にパルス信号を交互に印加することによって、この信号電荷の転送が行われる。
【００１９】
図３は、本発明の第一の実施形態に係る固体撮像素子を構成している遮光膜の製造工程の断面図を示したものである。
図３に示された遮光膜の製造工程においては、遮光膜をスパッタ成膜する際に、ターゲット（陰極）１７表面に対して、ウエハ１８を平行ではなく、所定の角度を持たせて配置させている。そして、ウエハ１８またはターゲット１７を、ウエハ１８の中心軸を回転中心として回転させながら、遮光膜の成膜を行っている。
【００２０】
本実施形態においては、以上のようにして遮光膜を形成しているので、グレイン（結晶粒）の成長方向が、ウエハ１８表面に対し垂直方向の一方向のみではなくなる。すなわち、ターゲット１７表面に対し、ウエハ１８を所定の角度だけ傾けて、ウエハ１８またはターゲット１７を回転させながら遮光膜の形成を行うので、常にグレインの成長角度（方向）が変化し、複数の方向にグレインが成長して遮光膜が形成されることとなる。
【００２１】
したがって、本実施形態によれば、遮光膜を形成しているグレインが複数の方向に成長しており、このようなグレインバウンダリを通って、光が電荷転送部まで達することは難しいので、電荷転送部に光が漏れ込むことを防止することが可能となり、スミア特性の良好な固体撮像素子を得ることができる。また、遮光膜の厚さが極端に薄くなりがちな電荷転送電極側面にも十分な膜厚を有する遮光膜を形成することができる。
【００２２】
（第二の実施形態）
次に、本発明の第二の実施形態に係る固体撮像素子について説明する。本実施形態に係る固体撮像素子の構造は、基本的には、第一の実施形態に係る固体撮像素子と同様である。本実施形態に係る固体撮像素子と、第一の実施形態に係る固体撮像素子とは、遮光膜の製造工程のみが異なる。以下、第一の実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００２３】
図４は、本発明の第二の実施形態に係る固体撮像素子を構成している遮光膜の製造工程の断面図を示したものである。
図４に示された遮光膜の製造工程においては、遮光膜をスパッタ成膜する際に、ターゲット（陰極）１７表面に対し、ウエハ１８を平行ではなく、所定の角度を持たせて配置させ、ターゲット１７表面にコリメータ１９を装着している。すわなち、本実施形態に係る遮光膜を製造する場合には、コリメーションスパッタ法（コリメータ１９を用いて、ターゲット１７を構成していた原子を平行に放出する方法）を採用している。そして、ウエハ１８または（コリメータ１９を装着した）ターゲット１７を、ウエハ１８の中心軸を回転中心として回転させながら、遮光膜の成膜を行っている。
【００２４】
このコリメーションスパッタ法においては、ポリシリコン側面のカバレッジが良くなるように、ターゲット１７から平行に放出された原子と、被メッキ部分とが所定の角度を有するように構成されている。例えば、被メッキ部分の凹凸の寸法が図５に示すように、凸部の高さがａで、凸部と凸部との間の凹部の長さがｂである場合には、ターゲット１７を構成していた原子が、θ＝ｔａｎ−１（ａ／ｂ）の斜め方向から被メッキ部分に放出されるように構成されており、このような構成で、ウエは１８または（コリメータ１９を装着した）ターゲット１７を回転させて遮光膜１３の成膜を行う。
【００２５】
本実施形態においては、以上のようにして遮光膜１３を形成しているので、グレイン（結晶粒）の成長方向が、ウエハ１８表面に対し垂直方向の一方向のみではなくなる。すなわち、常にグレインの成長角度（方向）が変化し、複数の方向にグレインが成長して遮光膜１３が形成されることとなる。また、コリメータ１９を用いているので、凹凸等の段差があっても、膜厚ばらつきの少ない均一な遮光膜１３を形成することができる。さらに、ターゲット１７から平行に放出された原子と、被メッキ部分との間に、被メッキ部分の凹凸等の段差に応じた所定の角度θ（本実施形態においてはθ＝ｔａｎ−１（ａ／ｂ））を持たせているので、通常のスパッタ法では薄膜になりやすい段差部分（電荷転送電極側面）付近の遮光膜を、効果的に均一に成膜することができる。
【００２６】
したがって、本実施形態によれば、グレインが複数の方向に成長した遮光膜を得ることができるとともに、スパッタ法によって比較的良好な密着性を有し、さらに、電荷転送電極であるポリシリコン電極側面のカバレッジが良好で十分な膜厚を有する遮光膜を得ることができる。そして、このような遮光膜を有する固体撮像素子によれば、グレインが複数の方向に成長していることによって、光が電荷転送部まで達することが難しくなるので、電荷転送部に光が漏れ込むことを効果的に防止することが可能となり、スミア特性の良好な固体撮像素子を得ることができる。
【００２７】
なお、以上の各実施形態においては、ターゲットから放出される原子と、被メッキ部分との間に所定の角度を持たせて、固体撮像素子の遮光膜を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、被メッキ部分に凹凸のある他の物（固体撮像素子以外の物）についても、本発明に係るスパッタ方法を適用することが可能である。本発明を用いれば、被メッキ部分に凹凸等の段差があっても、ターゲットから放出される原子と、被メッキ部分との間に、その段差に応じた角度を持たせた状態でスパッタを行うことにより、均一な厚さを有する膜を効果的に形成することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、遮光膜の良好な密着性を保持するとともに、ＣＣＤの電荷転送部に光が漏れ込むことを抑え、電荷転送電極側面に十分な膜厚を有しカバレッジが良好な遮光膜を形成し、グレインバウンダリからの光が漏れ込むことを防止して、スミア特性の良好な固体撮像素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る固体撮像素子の概略構成の断面図
【図２】図１に示された固体撮像素子の製造工程の断面図
【図３】図１に示された固体撮像素子を構成している遮光膜の製造工程の断面図
【図４】本発明の第二の実施形態に係る固体撮像素子を構成している遮光膜の製造工程の断面図
【図５】本発明の第二の実施形態に係る固体撮像素子を構成している遮光膜を製造する際の被メッキ部分とスパッタ方向との関係を示した断面図
【図６】従来技術に係る固体撮像素子の概略構成の断面図
【図７】従来技術に係る固体撮像素子を構成している遮光膜を製造する際の被メッキ部分とスパッタ方向との関係を示した断面図
【符号の説明】
１    半導体の基板
２    Ｐ型領域
３    第一の酸化膜
４    シリコン窒化膜
５    第二の酸化膜
６    Ｎ型領域（垂直ＣＣＤ部）
７    Ｐ型領域
８    ポリシリコン電極
９    Ｎ−型領域（フォトダイオード部）
１０    Ｐ＋＋領域
１１    ポリシリコン酸化膜
１２    絶縁層間膜
１３    遮光膜
１４    絶縁酸化膜
１５    保護膜
１７    ターゲット（陰極）
１８    ウエハ
１９    コリメータ
【図１】
0003611172.tif 000002
【図２】
0003611172.tif 000003
【図３】
0003611172.tif 000004
【図４】
0003611172.tif 000005
【図５】
0003611172.tif 000006
【図６】
0003611172.tif 000007
【図７】
0003611172.tif 000008